燃气应用的新发展

1燃气红外辐射加热技术

1．1引言

红外辐射，俗称红外线，是一种电磁波。它和可见光、紫外线、x射线以及微波、无线电一样既具有波动性又具有粒子性，传播速度约为3x108米／秒，可以在真空中传播，也可以在介质中传播，具有直射、折射、反射、干涉、衍射等物理现象。它们之间的区别仅在于波长(或频率)不同。可见光的波长范围约为0．38—0．75微米，红外辐射的波长范围约为0．75—1000微米，波长大于1000微米的为微波和无线电电波。通过三棱镜可以把可见光分成为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红七种颜色，而红外辐射的波长比红光的波长还长，即在光谱的红色端以外，所以称之为红外线，人们的视觉感觉不到它。

燃气与其燃烧所需的空气全部预混以后，在一定条件下进行无焰燃烧，可以直接产生红外辐射用于各种加热过程。

燃气红外加热技术在工业和民用燃烧设备中得到了广泛的应用。实践证明它比传统的对流加热具有投资省、启动快、效率高、污染少等优点。经过特殊设计的红外辐射器还能够发射出波长较长的远红外辐射，对某些物体更有效地加热，进一步节约能源。

常用的燃气辐射器有金属网辐射器和多孔陶瓷板辐射器两种。目前国际上大力发展各种优质多孔陶瓷板燃气辐射器，它具有燃烧均匀、辐射波波长较长和不易回火等优点。同济大学燃气红外研究所采用一种全新的干法成型工艺，研究成功了x型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器。

1．2X型多孔陶瓷板燃气辐射器的研究

X型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器有以下主要结构特点：

(1)具有高发射率表面层

多孔陶瓷板燃气辐射器在正常工作时其表面温度为800—850oC，在这种温度下其主要的辐射能量波长为2—6微米。然而，普通陶瓷在这一波段内的发射率却是很低的(见图2，c)。为了提高辐射器的辐射能力，我们研究了一种高发射率材料，作为复合层多孔陶瓷板的表面层。它具有广谱高发射率的特点(见图2，b)，从而弥了陶瓷的缺点，使辐射能力提高。X型复合层多孔陶瓷板采用干压法成型工艺，基板和表面层在模具中一次压成，人窑后一起烧结，结合牢固不会脱落。与热压铸成型法相比，干压法不需要石蜡和制蜡饼工序，不需埋烧脱蜡过程，缩短了烧成周期，并大大提高了窑位的利用率。据估算，用新的干压法工艺制造多孔陶瓷板，其原材料、辅助材料和能源的消耗约为热压铸法工艺的1／2左右。

(2)机械强度和抗热震性能较好

通过对基板材料配方、粉体制备与烧结工艺等反复研究和改进，提高了多孔陶瓷板的械械强度。又由于降低了热膨胀系数，其抗热震性能较好，能长期承受冷、热急变而不破坏。

表1所示多孔陶瓷板的物理性能。从表中可以看出，用干压法成型的多孔陶瓷板密度较低，而抗折强度和热膨胀系数都优于国外同类产品的指标.

(3)燃烧稳定性和燃烧完全度好

对X型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器(新型辐射器)和市售的多孔陶瓷板燃气辐射器的极限热强度进行测试，其结果列于表2。从表中可见x型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器的极限热强度较高，也即燃烧的稳定范围较大。

燃烧完全度可用烟气中一氧化碳的浓度来衡量。对复合层多孔陶瓷板进行燃烧试验，其结果列于表3.将烟气中一氧化碳Co的浓度(表示换算到a＝1的一氧化碳浓度)和多孔陶瓷板的表面温度to(oC)绘成曲线表示于图3，可以看出，额定负荷下(11kcal／cm2·h)烟气中Co低于40pPm；当热负荷在额定值的+20％范围内波动时，C0在100pPm以下。总的来说，一氧化碳排放量是很低的。

从以上研究和试验结果表明，X型复合层多孔陶瓷板机械强度较高，而热膨胀系数较小，因此使用性能好。用它做成的x型多孔陶瓷板燃气辐射器燃烧稳定，排烟中的C0含量较普通燃烧器大为降低，是一种清洁的绿色燃烧装置。

1．3多孔陶瓷板燃气辐射器的应用

燃气红外辐射器在各种干燥工艺上得到了广泛的应用。实践已经证明，燃气红外辐射器发出的辐射波长较长，使一些被加热的物容易吸收，因此已在许多工艺中得到采用，如：

1、纺织、印染工业中的脱水和树脂等浸渍物的干燥；

2、油漆、油墨或涂层的烘干；

3、蓄电池的铅板的预烘；

4、陶瓷生产的烘干过程；

5、石棉石棉水泥瓦的烘干；

6、纸张和胶合板的干燥；

7、其它。

除了工业干燥以外，红外辐射器用于食品烘焙也是非常合适的。许多食品采用燃气红外辐射烘烤不仅可以加快烘烤速度，而且色、香、味都比较好。因此现代的家用灶和商业灶里，安装了各式各样的燃气红外辐射器。

燃气红外辐射器也广泛用于大空间采暖。辐射采暖不必加热室内空气，热量直接被墙壁、天花板、地板等固体表面吸收，人在采暖房间里得到了取暖器和四周维护物的辐射，感觉比较舒适。此时室内空气可以比对流采暖时低5—10oC，大大节约了热能，而燃气辐射采暖的初投资和运行费用比对流采暖系统低得多。