摘　要：從減少燃?xì)庠顭煔鉄釗p失方面，研究提高家用大氣式燃?xì)庠顭嵝实姆椒āＭㄟ^采用火孔向內(nèi)聚中分氣盤和喇叭孔旋火火孔、加裝半封閉燃燒室和減小排煙間隙等方法，可顯著提高熱效率，達(dá)70％以上。

關(guān)鍵詞：家用大氣式燃?xì)庠睿?span lang="EN-US">  旋火火孔；

Research on High-efficience and Energy-saving Domestic Atmospheric Gas Stove

Abstract：The way to improve the thermal efficiency of domestic atmospheric gas stove is studied by reducing the exhaust gas heat loss．The thermal efficiency of more than 70％can be significantly improved by adopting the air distribution disk with flame hole cohesion and trumpet-shaped voNex flame hole，adding the semiclosed combustion chamber and reducing the gap for smoke exhaust．

Keywords：domestic atmospheric gas stove；voflex flame hole；thermal efficiency；semi-closed combustion chamber；gap for smoke exhaust

1　概述

中國由于人口眾多，能源資源相對(duì)匱乏，人均能源可采儲(chǔ)量遠(yuǎn)低于世界平均水平，僅約為世界平均值的10％，因此能源問題較其他國家更為突出，而且燃?xì)鈨r(jià)格不斷攀升，消費(fèi)者的生活負(fù)擔(dān)日益加重。

燃?xì)庠钭鳛槿粘Ｉ畋匦璧膹N房加熱器具，目前國內(nèi)市場(chǎng)上的大氣式燃?xì)庠顭嵝释ǔH為50％～54％，市場(chǎng)對(duì)節(jié)能燃?xì)庠畹男枨蠓浅Ｆ惹?，因此開發(fā)高效節(jié)能的燃?xì)庠钍潜厝坏陌l(fā)展方向^[1]。

2　燃?xì)庠顭釗p失分櫥

根據(jù)能量守恒定律得：

式中Qi——換熱過程中的總輸入熱量，kJ

Qo——換熱過程中的總輸出熱量，kJ

Qa——空氣帶入的熱量，kJ

Qg——燃?xì)鈳氲臒崃浚?span lang="EN-US">kJ

Qgc——燃?xì)馊紵a(chǎn)生的化學(xué)熱(以低熱值計(jì))，kJ

Qb——鍋中水吸收的熱量，kJ

Qf——煙氣帶走的熱量，kJ

Qc——燃燒過程中火焰對(duì)外輻射熱損失，kJ

h——熱效率

Qa和Qg可以忽略不計(jì)，因此總輸入熱量近似等于燃?xì)馊紵a(chǎn)生的熱量。按照GB l6410—2007《家用燃?xì)庠睢穼?duì)我公司某型號(hào)燃?xì)庠钸M(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并應(yīng)用煙氣焓值等計(jì)算公式^[2-3]進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)煙氣熱損失占總輸入熱量的比例為19.6％。因此，在燃燒過程中影響燃?xì)庠顭嵝实闹饕蛩貫闊煔鉄釗p失。

3　影響燃?xì)庾⒁珰鉄釗p失的主要囂紊

影響燃?xì)庠顭煔鉄釗p失的主要因素有燃燒器火孔分布和形式、燃燒器位置、排煙溫度。

①燃燒器火孔分布和形式

傳統(tǒng)燃燒器的火孔是布置在分氣盤的外側(cè)邊緣(稱為火孔向外散開分氣盤)，火焰向外燃燒，其外焰對(duì)鍋底的加熱面過于開散，不能集中于鍋底有效部位，使得高溫?zé)煔馀c鍋底之間得不到有效換熱。此外，傳統(tǒng)燃燒器采用圓孔火孔，從圓孔火孔流出的空燃混合物流速高，與二次空氣的混合不均勻，往往導(dǎo)致燃燒不完全。因此需要增大鍋支架高度來增大二次空氣補(bǔ)充量，增加燃?xì)夥肿优c空氣分子碰撞的可能性，促使燃燒完全，但是這樣也會(huì)導(dǎo)致過?？諝庀禂?shù)增大，煙氣體積增大，煙氣帶走的熱量損失也增大。

因此，可以考慮改變火孔的分布方式和火孔形式，來彌補(bǔ)傳統(tǒng)燃燒器存在的上述不足。

②燃燒器位置

傳統(tǒng)燃?xì)庠畹娜紵魇窃诿姘迳喜客耆ㄩ_的，其燃燒的火焰完全裸露在空氣中，向四周輻射而損失了大量熱量，并且燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈺?huì)干擾二次空氣的補(bǔ)充，導(dǎo)致產(chǎn)生更多的煙氣熱損失。

因此燃燒器應(yīng)當(dāng)放置在半封閉的燃燒室內(nèi)，通過設(shè)計(jì)專用空氣通道供給燃燒所需空氣，實(shí)現(xiàn)空氣與煙氣分離，使燃燒系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)，減少煙氣帶走的熱量損失，從而提高燃?xì)庠畹臒嵝省?span lang="EN-US">

③排煙溫度

傳統(tǒng)燃?xì)庠铄佒Ъ苁浅ㄩ_式的，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈴腻佒Ъ芘c鍋底之間形成的間隙(稱為排煙間隙)排出。當(dāng)產(chǎn)生的煙氣總量一定，排煙間隙面積越大，通過鍋底壁面的高溫?zé)煔饬魉僭叫?，換熱量就越少，導(dǎo)致排出的煙氣溫度越高，煙氣帶走的熱量也就越多。

因此，在保證燃燒器端面與鍋底有足夠的距離使燃?xì)馊紵耆那疤嵯?，運(yùn)用微隙排煙技術(shù)，降低排煙間隙高度，減小通過鍋底壁面的高溫?zé)煔夂穸?，加?qiáng)換熱，降低排煙溫度，減少煙氣帶走的熱量，從而提高燃?xì)庠畹臒嵝省?span lang="EN-US">

4　高效率燃?xì)庠畹难芯?span lang="EN-US">

①燃燒器火孔分布和形式

改變?cè)瓉淼幕鹂紫蛲馍㈤_分氣盤結(jié)構(gòu)，將分氣盤設(shè)計(jì)成火孔向內(nèi)聚中分氣盤，即火孔分布在分氣盤內(nèi)側(cè)邊緣。在火孔排布時(shí)，分氣盤應(yīng)采用上下兩排火孔，兩排火孔的中軸線均與分氣盤的中軸線錯(cuò)開，且火孔中軸線與水平面成一定角度，這樣的火孔稱為旋火火孔。旋火火孔產(chǎn)生的火焰圍繞分氣盤的中軸線呈盤繞狀，比直火火孔(火孔的中軸線與分氣盤的中軸線相交)更能產(chǎn)生渦流形成負(fù)壓，卷入更多的二次空氣，加速燃?xì)馀c二次空氣的再混合，并推動(dòng)高溫?zé)煔饴菪仙紵壑?、充分，增?qiáng)了高溫?zé)煔馀c鍋底的熱交換，減少了熱損失，從而提高了熱效率?；鹂紫蛲馍㈤_分氣盤結(jié)構(gòu)見圖1，火孔向內(nèi)聚中分氣盤結(jié)構(gòu)見圖2。

在火孔設(shè)計(jì)時(shí)，將火孔設(shè)計(jì)成喇叭孔形，即沿著火孔內(nèi)的混合氣流動(dòng)方向，火孔孔徑由小變大，實(shí)現(xiàn)混合氣從小孔進(jìn)入、大孔流出。小孔進(jìn)氣可以解決回火問題，大孔出氣可以降低火孔出口處的混合氣流速，便于更多的二次空氣供應(yīng)到火焰根部，使得燃燒更充分，從而大大降低鍋支架的高度，提高燃?xì)庠畹臒嵝省?span lang="EN-US">

將傳統(tǒng)燃?xì)庠畎凑丈鲜龇椒ㄟM(jìn)行火孔分布和形式的改進(jìn)，在鍋支架高度均為30mm、排煙間隙為30mm，未加裝半封閉燃燒室的情況下進(jìn)行測(cè)試，改進(jìn)前、后的測(cè)試結(jié)果見表1。在表1～4中，CO體積分?jǐn)?shù)是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、過?？諝庀禂?shù)為1時(shí)的折算值。

旋火火孔中軸線與分氣盤中軸線的夾角a、旋火火孔中軸線與水平面的夾角b對(duì)煙氣中CO體積分?jǐn)?shù)和燃?xì)庠顭嵝视绊懙膶?shí)驗(yàn)結(jié)果(在鍋支架高度均為30mm，排煙間隙為30mm，采用火孔向內(nèi)聚中分氣盤和喇叭孔旋火火孔，未加裝半封閉燃燒室情況下)見圖3、4，圖3中CO體積分?jǐn)?shù)是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、過?？諝庀禂?shù)為1時(shí)的折算值。由圖3、4可知，a越大，煙氣中CO體積分?jǐn)?shù)越低，燃?xì)庠顭嵝拭黠@升高。但a達(dá)到一定角度后，改善效果慢慢減小，并且加工難度越來越大，只適合制作樣機(jī)，難以大批量生產(chǎn)。b越大，煙氣中CO體積分?jǐn)?shù)越高，b增大到一定程度后，CO體積分?jǐn)?shù)翻倍增長，而熱效率無明顯變化。

在加工工藝允許的情況下，夾角a應(yīng)盡量大，夾角b啟應(yīng)盡量小，此時(shí)燃燒工況較佳，既可減少CO排放量，又可提高熱效率。綜合考慮加工工藝及燃燒工況，夾角a和b均取20°比較理想。

②燃燒器位置

將燃燒器放置在半封閉的燃燒室內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，由于半封閉燃燒室的作用，燃燒所需空氣通過專用空氣通道從燃燒器頂端與中心下方供給，實(shí)現(xiàn)空氣與煙氣分離，使得空氣與煙氣互不干擾，燃燒更充分，有效降低了過?？諝庀禂?shù)，減少了熱損失。加裝半封閉燃燒室前后的測(cè)試結(jié)果(在鍋支架高度為28mm，采用向外散開分氣盤和圓孔直火火孔，排煙間隙為14mm情況下)見表2。由表2可知，加裝半封閉燃燒室后，熱效率(絕對(duì)值)提高了4.7％，CO排放量更低。加裝半封閉燃燒室后的燃?xì)庠罱Y(jié)構(gòu)見圖5。

③降低排煙溫度

在保證燃燒器端面與鍋底有足夠距離使燃?xì)馊紵耆那疤嵯拢鸩綔p小排煙間隙，不同排煙間隙下的燃燒情況測(cè)試結(jié)果(鍋支架高度為30mm，采用向內(nèi)聚中分氣盤和圓孔直火火孔，加裝半封閉燃燒室)見表3。由表3可知，排煙間隙由14mm逐步減小至8mm，其煙氣溫度逐漸降低，熱效率逐漸增高，但排煙間隙高度減小到一定程度時(shí)，CO排放量翻倍增長且超出了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求(在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，過?？諝庀禂?shù)為1時(shí)的CO體積分?jǐn)?shù)≤500×10^-6)。

通過測(cè)試可知，排煙間隙小于10mm時(shí)，由于排煙阻力增大，不利于一次空氣與二次空氣的供給，造成燃燒不完全，CO排放超標(biāo)。而排煙間隙為10mm時(shí)，熱效率可達(dá)70％以上，CO排放量也在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)。因此排煙間隙為10mm最為理想。

④新型燃?xì)庠钫麢C(jī)燃燒測(cè)試結(jié)果

將以上改進(jìn)方法進(jìn)行綜合應(yīng)用，新型燃?xì)庠钫麢C(jī)燃燒測(cè)試結(jié)果(鍋支架高度為28mm)見表4。

5　結(jié)論

采用火孔向內(nèi)聚中分氣盤、喇叭孔旋火火孔，燃燒時(shí)形成渦流，加快燃燒，燃燒充分，加強(qiáng)了換熱效果，減少了熱損失，是提高熱效率的關(guān)鍵。設(shè)置半封閉的燃燒室，將二次空氣與高溫?zé)煔馔耆綦x，使得空氣與煙氣互不干擾，燃燒更充分，降低了過?？諝庀禂?shù)，減少了熱損失。適當(dāng)降低排煙間隙，減薄通過鍋底壁面的高溫?zé)煔夂穸?，加?qiáng)換熱，降低排煙溫度。將以上三個(gè)方面結(jié)合，可有效提高家用大氣式燃?xì)庠畹臒嵝?。通過應(yīng)用到我公司產(chǎn)品上，節(jié)能效果非常顯著，熱效率可達(dá)70％以上，煙氣中CO排放量均遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)的限值。

參考文獻(xiàn)：

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本文作者：張煜圣  周亮  鐘家淞

作者單位：廣東萬和新電氣股份有限公司