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炉膛是管式加热炉的核心部分。从火嘴喷出的燃料在炉膛内燃烧，需要有一定的空间使其燃烧完全，因此辐射室的体积较大。由于燃烧时火焰的温度很高（可达1500℃~1800℃左右），所以不能直接冲刷炉管，以防止炉管结焦或者被燃烧，因而热量主要靠火焰和烟气的辐射来传送。一部分热量被炉管接受，一部分热量使炉墙温度升高。又由于炉墙外部有隔热层，热量基本上散不出去，炉墙又把热量反射回来，传送炉管一部分。火焰的形状和大小主要取决于火嘴的结构形式和尺寸。火焰离炉管越远，辐射传热量越小，所以只要保证火焰不直接扑到炉管上，应该尽量减小炉膛体积，节省投资。
辐射室炉墙由耐热层、隔热层和保护层组成。其中耐热层除能耐一定的高温外，还要具有良好的在辐射性能，能将吸收的热量在辐射给炉膛。耐热层有耐火砖砌筑的和耐火衬里两类。耐火衬里具有结构简单、厚度薄、重量轻、施工简便等优点，是管式加热炉炉衬的发展方向。尤其陶瓷涂料耐火衬里，不仅耐高温、耐振动、有良好的绝热性，而且辐射系数高，大大增加了辐射能力。
辐射室是热交换的主要场所，全炉热负荷的70%~80%是由辐射室担负的，它是全炉的重要部位。烃蒸气转化炉、乙烯裂解炉等，其反应和裂解过程全部有辐射室完成。可以说，一个炉子的优劣主要看它的辐射室性能如何。
主要给加热炉以高温热源，是炉子的主要组成部分。如前所述，由于燃烧火焰刚猛，必须特别重视火焰与炉管的间距以及燃烧器间的间隔，尽可能使炉膛处处受热均匀，使火焰不直接炉管并实现低氧完全燃烧。为此，要合理的选择燃烧器的类型，仔细布置燃烧器。
