为了提高蓄热式辐射管的整体性能，目前的研究工作集中在优化管体结构上，目的在于能使更多的回流烟气参与燃烧再循环，提高燃烧效率，均匀管壁热流；同时降低污染物的排放。
蓄热式辐射管分为单端型及双端型两种。单端型蓄热式辐射管有P型及双P型；双端型蓄热式辐射管有U型及W型。
单端型蓄热式辐射管以双P型为优，因其具有结构对称，加热面积大，抗高温蠕变性能好及内部烟气循环强烈等优点而受到重视。德国WS公司将该型蓄热式辐射管运用于大型立式带钢热处理炉上，收到了管壁温度分布均匀、热效率高、带钢热处理质量优良且管体使用寿命长等效果。对于这一类蓄热式辐射管改进的关键是通过合理匹配预热空气出口与燃气出口速度，使得更多的回流烟气参与再循环燃烧；要使管内呈无火焰状态，使管壁温度分布均匀；同时实现污染物排放量极少的目标。有专利采用中心喷口喷射燃气而周向喷口交替进行空气喷射与排烟的设置，由于两种管型结构都具备使得大量烟气产生回流的弯管结构，因而降低了燃烧区的火焰中心温度，大幅度地降低了NOx的生成。
与单端型蓄热式辐射管相比，双端型蓄热式辐射管装置更易组织起有效的燃烧，同时燃烧烟气在管内的双向交替流动使得管壁温度分布更为均匀，且管体制造加工方便，故而在现今热处理行业中运用较广。对于这类蓄热式辐射管而言，改进的关键在于燃烧器的结构优化，主要是采用燃气分级及空气分级综合燃烧技术，进一步降低NOx的排放，并能满足在较大范围调节热负荷的要求。有专利采用了空气分级燃烧的形式，设计了两类二次空气喷口的形状，通过大小不同的二次空气喷口来改变辐射管周向燃烧烟气与二次空气的混合状况，从而改善了辐射管周向的温度分布。
为了提高蓄热式辐射管的燃烧热效率，加强辐射管的加热能力，强化管内的燃烧效果，还有必要在管内设置各类不同功能的插件。比如，在U型蓄热式辐射管中离喷口一段距离的位置设置可自由移动的燃烧筒，它可使空气发生分级燃烧。又如，在双端式蓄热式辐射管中设置碰撞板，通过碰撞板的作用，人为地将燃气分为两部分使之发生分级燃烧，使周向温度均匀化，并降低NOx的排放。
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