1试验装置及方案
试验装置及流程。模拟试验炉按原形1/3.
3线性尺寸比例缩小，炉膛截面为1.95 m×1. 05 m（长×宽） .由于本研究的对象是加热炉的辐射段，试验炉没有装对流段。炉管均匀分布于炉膛的两个侧面，每一侧布有26根横列炉管，S型连接，单管程。被加热介质用压缩空气，其在炉内的流程为上进下出。炉膛内壁和炉底板用硅酸铝纤维材料保温。燃烧器喷口按一定分布规律布置在炉底板上，燃料采用石油液化气，由燃烧器喷口向炉内喷射燃烧，助燃空气由烟囱抽力形成炉膛负压吸入喷口后，与燃料混合扩散燃烧。
通过改变每个燃烧器向上喷口轴线与炉底板之间的夹角，可以使原来向上的射流变为倾斜射流。改变燃烧器在炉底板上的排列和倾斜射流方向，在多个喷口射流的共同作用下，炉内会形成不同的流场。
本次研究进行了5种燃烧方式的试验对比，即： a.按照原型炉的燃烧方式DDD单排5个喷口直流向上燃烧；b.双排8个喷口直流向上燃烧；c.双排8个喷口倾斜向上形成单涡旋流燃烧；d.双排8个喷口倾斜向上形成双涡旋流燃烧；e.在d方案的基础上，在两个旋流中心各加一个高度为0. 5 m的导流筒。图中喷口处箭头代表射流倾斜的方向。
喷口煤气流速为10 m/ s ，煤气温度为常温，喷口空气流速为2 m/ s ，助燃空气温度为常温，管内空气流量为20 m3/ h.
不同燃烧方式下管壁温度的分布是衡量炉膛换热强弱的重要指标。因此，试验的首要任务是测量不同燃烧方式时管壁温度的分布，同时测量被加热空气的进出口温度和炉膛出口烟温进行比较。采用镍铬2镍硅热电偶进行管壁的温度测量。
将热电偶均匀布置在炉管管壁上，具体布置方法为：沿炉子高度方向从下往上每间隔3根炉管布置一排，考虑炉管横向的温度分布不均匀，每根炉管上等距布置9个热电偶。为了把误差降低，二次仪表采用SWP2SSR2M智能化64路巡检仪，它可以同时读出64个测点的值。
试验中，由于每个试验工况需要3 h以上才能达到稳定状态，考虑环境温度变化时炉墙散热的影响，试验分3组（同种环境条件为一组）进行，**组为方案a ，b和d对比试验；第二组为方案c和d对比试验；第三组为方案d和e对比试验。
2试验结果及分析
每次试验时记录加热炉达到稳定状态时炉管所有测点温度的测量数据。测出了每排炉管上的9点温度之后，并以此分布图来判断炉膛内烟气对炉管的传热强弱。
a.可以看出，单排直流燃烧和双排直流燃烧效果差不多。虽然从理论上来说，燃烧器数量增加且喷口靠近炉管可以降低火焰中心高并增强炉管传热，但由于煤气量较少，流速较低，这种作用不甚明显。相比较而言，双排双旋流的燃烧方式效果很明显，炉膛下部炉管管壁温度增加约10～20℃。由于炉膛内烟气流动由直流向上变成螺旋向上，新鲜燃烧产物在炉内停留时间加长，管壁附近流速和温度增加，这都会加强炉管的传热。
b.看到双排单旋流燃烧和双旋流燃烧炉管自下而上温度分布趋势相当，但单旋流的炉管绝对温度却低于双旋流。这是由于炉膛截面为矩形，其长度约为宽度的两倍，单旋流气流不能很好形成涡旋，炉管长度方向速度和温度分布不均匀，使炉管平均温度降低。
c.可见，方案e在两个旋涡中心加上导流筒以后，炉膛上部炉管温度虽相差不大，但下部炉管的温度明显上升。由于烟气的附壁效应，导流筒在这里起到了稳定气流和火焰中心的作用，使得炉膛下部炉管温度分布趋于均匀，加之导流筒吸热后的辐射作用，管壁平均温度得到提高。
取3种方案被加热空气进出口温差和炉膛出口烟气温度对比，从中可以看出直流燃烧改为旋流后，与管壁温度提高相对应的是被加热空气进出口温差的提高和排烟温度的降低。
综合以上试验结果可以认为，矩形截面炉膛采用两组每组4个燃烧器喷口倾斜向上的有序布置，其气流可以形成两个反向旋转的涡旋，此种方式强化了燃烧和传热，如果在每个涡旋中再布置一个圆形导流筒，可起到稳定气流和增强辐射的作用，这些措施会使炉膛下部的炉管管壁温度大幅度升高，工质在炉膛内的吸热量增加，从而提高了加热炉炉膛的热效率。试验条件下数据显示，采取上述措施后，炉管管壁平均温度要提高20℃。
预计在实际加热炉中，由于火焰温度高达1 400℃以上，导流筒采用耐火浇注料制作，辐射换热的增强作用会更加明显，这样，节能效果更加可观。