关键词：辐射传热；加热炉；节能；
工业加热炉炉温都比较高，所以传热的方式以辐射为主，基于加热炉辐射传热的节能理论，炉内装强辐射元件、炉内衬喷涂辐射涂料、在辐射室装反射板、优化改造加热炉等加热炉辐射传热节能方法。其中喷涂辐射涂料以其不改变原本加热炉的结构，操作起来较为方便，且节能效果好，得到了较多的使用。
一、辐射室出口装新型反射板
一般工业加热炉的传热方式主要为辐射传热，经其辐射室出口的烟气温度较高，直接流出带走了相当部分的热量，使辐射室的热效率较低;若能增加辐射室吸收的热量，则整个加热炉的效率就会提高，进而可以减少燃料的消耗，实现节能。提出了在辐射室内出口处安装反射板，在烟气流出辐射室之前，让其先进行回流增加了烟气在室内的停留时间。利用数值模拟的方法对辐射室设置不同反射板的圆筒式加热炉进行燃烧及传热的三维计算，得到了如下四种工况下的流场、温度场、辐射传热及热效率的详细结果:不加反射板(工况1)、直径较小的反射板(工况2)、直径大的反射板(工况3)、新型反射板即两边带有倾斜度(工况4)。研究结果表明，工况2和工况3延长了烟气在辐射室内的停留时间，与工况1相比，气流循环得到了加强，工况4室内烟气回流明显增强，向上流动的烟气在板的两侧形成涡旋，进一步延长了烟气在炉膛内的停留时间，较大程度的改善了传热。工况2和工况3对温度场产生的影响较小，工况4使炉膛内温度分布更加扁平，径向温度随着反射板在炉膛内的高度增加而趋于均匀，改善了炉上部受热情况。工况2和工况3对流场、温度均匀分布的影响较小，但增加了部分辐射热量，随反射板直径的增大反射热量增加，使辐射室辐射传递的热量增加。对于工况4，改善了炉上部的受热情况，烟气出口温度降低，提高了辐射热效率。这种在辐射室内加装新型反射板的方式，有一定的节能效果，操作起来也比较方便，不需要在加热炉中做过多的改动，只需要将反射板安装在炉膛内，另外反射板的结构设计也较简单。
二、加热炉内装强辐射元件
在工业加热炉中，传统的节能方式以加热炉合理选择炉墙材料，用轻质砖代替重质砖，在炉膛内壁贴耐火纤维等方式，来实现减少蓄热和散热损失;这些措施起到一定的作用，但其目的都只是将热量积聚在了炉膛里，并没有解决热射线是否集中到达加热体的本质问题，使得发热体发出的热量到达加热体的仍然比较少，效率仍较低。先对加热炉热效率低进行分析，得出其本质原因在于炉膛内热射线呈漫反射状态，最终部分热射线通过炉壁散热损失了。针对于此，提出了一种新的节能方式———黑体强化辐射传热。从加热炉内工件获得的热量入手得到
以式(1)为依据提出一种方式既可以实现增大黑度又可以增加面积的方法———启用黑体元件，在不增加炉子的功率，不减少发射率的情况下，该黑体元件集增大炉膛面积、提高炉体黑度、增加辐照度三项功能于一体。根据兰贝特定律，热源空间各方向发射的辐射能，法线方向能量最多，将黑体元件安装在炉内顶部较佳。该方法节能的效果较好，可使炉体黑度达到0.95，迅速吸收射向元件的漫反射状热射线，随即将射线从无序到有序直接发射给工件，提高了射线的到位率，使工件吸收的能量增加，从本质上改变炉内射线呈漫反射的状态。此方法比较适于大批量连续生产，黑体元件要安装在炉内顶部才可达到射向工件的能量最多，对于一些顶部不便于安装的加热炉，需要重新考虑安装位置。此外元件是特别设计的，增加了实施的不便性。
三、高温红外辐射涂料
涂红外辐射涂料能增加基体表面黑度，增强基体表面对热源热量吸收后的辐射传热，改变了传热区内辐射的波谱分布，将热源间断式的波谱转变为连续形式的波谱，进而促进被加热物热量的吸收。红外线通常是指波长在2.5-1000μm范围内的电磁波，通过被物体吸收使物质内部质点产生共振，从而使物体温度上升。通常情况下，高红外辐射涂料由辐射粉体基料、粘接剂、载液组成。在我国，1974年上海硅酸盐研究所研制出的涂料运用到金属上，适用温度范围为60-1800℃，平均节能达5%左右。90年代初南京航空航天大学以Fe2O3和MnO2为辐射基体，比例从20%～80%变化，以CuO、CoO、Co2O3为助烧剂，研制出了一类高红外涂料;由于Co2O3价格高，随后又研制出以主要成分为SiO2的矿石粉末为基础，掺杂Fe2O3的新型低成本红外涂料。
四、优化管式加热炉结构形式
目前炼油厂及石油化工厂所使用的加热炉均为水平管双面辐射管箱式炉型，根据其炉子的特点，在辐射室顶部拐角处不可避免地存在烟气内回流区，而造成辐射室内烟气温度及辐射管热强度分布不均匀，所以导致其能耗大，热效率低。研发了一种新型加热炉。该炉辐射室侧墙设置为倾斜状，侧墙底部有一段垂直墙，垂直墙高度在侧墙总高度的1/10-7/10之间，侧墙的倾斜角度为10°时最佳。这种新型管式加热炉辐射室内避免了烟气回流，辐射室两侧的倾斜度缩小了辐射室内部与辐射管之间的距离。此后为了进一步提高传热效率，中国石油天然气华东勘察设计研究院研制了一种中间炉管座吊组合结构的管式加热炉，其由辐射室中间炉管、炉管支座结构、炉管联排结构、炉管吊架结构组成的以座为主吊座组合结构，解决了加热炉增设辐射室中间炉管困难的技术缺陷。在新型加热炉的基础上，从增大换热管的表面积出发，提出了一种传热效率得到大幅度提高的辐射炉管，该辐射炉管由外管、空心内管、定位块组成，外管与内管之间设有环形间隙，其定位块在环形间隙内;用于乙烯裂解炉，增大了管比表面积，提高了传热效率，在内、外管间的环形间隙设置的螺旋形状的定位块，使间隙内的流体产生旋转，减薄了管内流体的边界层，减小了热阻，进而提高了辐射传热效率。新型结构加热炉辐射室内沿辐射管高度方向的热强度分布更为均匀，降低了辐射管管壁最高温度，减少了燃料的消耗，降低装置操作费用;它使辐射室内烟气温度场及辐射管热强度分布更为均匀，提高了辐射管的辐射及对流传热效率;由于倾斜度的设置，缩短了辐射室内部与辐射管之间的距离，提高了烟气流动速度，从而提高辐射室上部辐射管的辐射传热及对流传热。这种通过结构改造的方法，提高了生产经济效益，节能效果较明显。由于侧墙倾斜的设置和底部还有一段垂直高度，加大设计时候的难度，外侧墙的倾斜角度也需要谨慎设置，不同的角度达到的节能效果不同。
五、辐射传热节能技术的发展趋势
加热炉内最主要的传热方式是辐射传热，其节能技术的研究发展也主要围绕辐射传热的理论与特点展开。根据其技术的发展脉络和存在的问题，辐射传热节能技术研究的重点与发展趋势。加强研究炉内强辐射元件安装位置的普适性;着力改善高温辐射涂料的粘结剂，提高粘结剂与基体间的结合力，避免涂层脱落，延长涂层的使用周期;深入加强红外辐射涂料节能机理的研究，为高温红外辐射涂料的研制开发提供坚实的理论基础;进一步优化加热炉的结构，使炉内温度分布更为均匀;辐射涂料超细超薄化、成分复合化、功能多元化;延长易损元件和涂料的使用寿命，维修方便、维修成本更低。
参考文献：
［1］张仲寅．红外节能涂料的研制和应用．2016.
［2］周康亮．工业加热炉辐射传热节能方法与发展趋势.2017.