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燃?xì)庵胁统床嗽畈捎眉t外線無(wú)焰燃燒的可行性研究
燃?xì)庵胁统床嗽畈捎眉t外線無(wú)焰燃燒的可行性研究 摘要 現(xiàn)大氣試中餐炒菜灶存在熱效率低、燃燒不完全、燃燒噪聲大等不足。按照中灶的自身特點(diǎn)及輻射傳熱理，若采用紅外線無(wú)焰燃燒可以大幅度提高其熱效率，減少有害物質(zhì)的排 放。實(shí)驗(yàn)證明了燃?xì)庵胁统床嗽钣眉t外線無(wú)焰燃燒燃燒是可行的。 0 引言 近年來，隨著旅游業(yè)的發(fā)展和人民生活方式的改變，在外就餐的人數(shù)與日俱增，新賓館、飯店不斷涌現(xiàn)。與之相適應(yīng)，用于制作作炒菜的中餐炒菜灶的數(shù)量也在不斷增加。然而，目前絕大多數(shù)中餐灶的熱效率僅為20%左右，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中餐燃?xì)獬床嗽睢分袑?duì)熱效率也僅要求不小于20％，能源利用效率低。而且存在燃燒不完全、煙氣中有害物質(zhì)含量較高、燃燒噪聲大等問題。隨著中餐炒菜灶數(shù)量的增多，研究如何提高中餐炒菜灶的熱效率、降低有害物質(zhì)排放、改善廚師的工作環(huán)境，將具有十分重要的意義。 本文針對(duì)中餐炒菜灶的特點(diǎn)，通過理論分析和對(duì)樣機(jī)測(cè)試結(jié)果的分析，論述了燃?xì)庵胁统床嗽畈捎眉t外線無(wú)焰燃燒可行性。 1 中餐炒菜灶采用紅外線無(wú)焰燃燒的可行性分析 與家用灶具相比，中餐炒菜灶有以下特點(diǎn)：主要適用尖低鍋；炒菜時(shí)一般僅使用鍋深1/3-2/3以下的部位，因此要求火力集中，鍋底局部熱強(qiáng)度高；為保證菜的鮮、嫩程度，加入菜后不明顯降低鍋的溫度，要求加熱速度快，具有較大熱負(fù)荷[1]。 目前，中餐炒菜灶絕大多數(shù)都是采用大氣式燃燒方式。由于這種燃燒方式只預(yù)混了燃燒所需的部分空氣，因此燃燒溫度、燃燒強(qiáng)度受到限制。大氣式燃燒主要以對(duì)流形式傳熱，而且過�？諝庀禂�(shù)較大(—般a＝1.3-1.8)，火焰較長(zhǎng)。由于中餐炒菜灶要求熱負(fù)荷較大、鍋底的使用面積較小，采用大氣式燃燒不能進(jìn)行有效換熱，大部分熱量隨煙氣損失掉，因而造成設(shè)備熱效率低。此外，當(dāng)火焰與鍋底接觸時(shí)，將造成不完全燃燒，導(dǎo)致煙氣中有害物質(zhì)Co含量的增加，在鍋底積碳等。 紅外線無(wú)焰燃燒是一種完全預(yù)混式無(wú)焰燃燒技術(shù)，具有過�？諝庀禂�(shù)較小(一般a=1.05-1.10)、燃燒速度快、燃燒完全、燃燒溫度高、燃燒噪聲低等特點(diǎn)。這種燃燒是以輻射和對(duì)流兩種形式傳熱，—般輻射熱量占總熱量的45—60%[2]。通過調(diào)整輻射面的形狀，可以達(dá)到定向加熱的目的，能夠滿足中餐炒菜灶火力集中、鍋底局部熱強(qiáng)度高的要求，有利于提高設(shè)備的熱效率。此外，由于紅外線具有一定的穿透能力[3]，可以穿透鍋底進(jìn)行加熱，因而可以縮短加熱時(shí)間，這也是中餐炒菜灶所要求的。從理論上講中餐炒菜灶用紅外線無(wú)焰燃燒是可行的。 2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的建立 2.1燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù) 2.1.1氣源 采用液化石油氣，高熱值為：122284KJ／Nm3：低熱值為：113780KJ/Nm3：相對(duì)密度為：1．9542；華白數(shù)為：87475：額定壓力為3000Pa。 2.1.2 熱負(fù)荷 鑒于目前多數(shù)中餐炒菜灶的最大熱負(fù)荷在28kw左右，其熱效率為20%，采用紅外線無(wú)焰燃 燒后，熱效率會(huì)大幅度增加，按40%計(jì)算，額定熱負(fù)荷為14kw完全能夠滿足要求。 2．1．3燃燒器結(jié)構(gòu)形式 輻射面采用多孔陶瓷板形式。按照傳熱理論，輻射面的形狀影響著輻射換熱量。在設(shè)計(jì)燃燒時(shí)，考慮到中餐炒菜灶主要適用尖底鍋的特點(diǎn)，將多孔陶瓷板分8塊以等腰梯形與水平面呈45o傾斜布置。為克服紅外線無(wú)餡燃燒熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍小的缺點(diǎn)，燃燒器設(shè)置成雙引射器、兩環(huán)結(jié)構(gòu)。內(nèi)環(huán)熱負(fù)荷為4.652kw，外環(huán)熱負(fù)荷為6.978。燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。 2．1．4輔助燃燒器 目前研究結(jié)果證實(shí)，采用紅外線無(wú)焰燃燒與大氣式燃燒相結(jié)合的組合式灶具，即可提高灶具的熱效率，又能擴(kuò)大其熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍。為使設(shè)計(jì)的中餐炒菜灶具有較大的熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，并考慮—灶多用的功能要求，在主燃燒器內(nèi)設(shè)置了熱負(fù)荷較小的大氣式燃燒器。其熱負(fù)荷為3.489kw。 2．2實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng) 將燃燒器安裝在現(xiàn)有的灶臺(tái)內(nèi)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中餐燃?xì)獬床嗽睢返臋z驗(yàn)要求，確定實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)見圖2。 3 測(cè)試結(jié)果分析 3．1實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果 3．1．1紅外線無(wú)焰燃燒器單獨(dú)工作時(shí)測(cè)試 結(jié)果 實(shí)驗(yàn)從兩個(gè)方面進(jìn)行。—方面，為了更 合理地確定灶具的結(jié)構(gòu)，通過改變鍋支架高度了解燃燒情況，其測(cè)試結(jié)果見表1。另一 方面，為了了解灶具的適應(yīng)性和熱負(fù)荷的可調(diào)范圍，通過改變?cè)钋肮鈮毫M(jìn)行，測(cè)試結(jié)果見表2。 表1 改變鍋支架高度情況下測(cè)試結(jié)果 鍋支架高度(mm)熱負(fù)荷(kw)熱效率(%)面板溫度(℃)O2(%)CO(ppm)CO2(%)NOx(ppm)COa=1(%)54 63 70 79 86 11.87 11.88 11.87 11.87 11.88 42.16 42.44 41.31 39.30 38.20 882 883 876 873 872 2.8 4.2 11.0 14.0 15.7 240 130 14 24 11 9.8 9.4 5.5 3.9 3.7 36.2 30.8 20.3 14.2 14.1 0.0277 0.0163 0.0029 0.0210 0.0830 注：1 鍋支架高度指燃燒器上邊緣與鍋同支架接觸的垂直距離 2 NOx含量已折算為過�？諝庀禂�(shù)a=1時(shí)的濃度 表2 改變?cè)钋肮鈮毫η闆r下測(cè)試結(jié)果 灶前壓力(pa)熱負(fù)荷(kw)熱效率(%)面板溫度(℃)O2(%)CO(ppm)CO2(%)NOx(ppm)COa=1(%)700 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 5.33 6.69 8.21 9.49 10.61 11.87 12.76 13.24 38.50 40.39 40.45 41.30 41.81 42.07 612 692 767 813 836 876 878 893 17.7 16.4 15.2 13.5 12.8 11.0 9.0 8.9 800 174 89 64 60 14 60 61 1.8 2.5 3.2 4.1 4.8 5.5 6.7 7.2 3.9 7.2 11.5 14.2 18.0 20.3 23.4 25.4 0.5225 0.0808 0.0326 0.0181 0.0155 0.0029 0.0105 0.0116 注： 鍋支架高度為70mm 為了更直觀地了解實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更有效地對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，故將測(cè)試數(shù)據(jù)繪制成圖表見圖3 3.1.2紅外線無(wú)焰燃燒器與輔助燃燒器同時(shí)工作時(shí)測(cè)試結(jié)果 紅外線無(wú)焰燃燒器與輔助燃燒器同時(shí)工作時(shí)，同樣按改變鍋支架高度和改變?cè)钋肮饬煞?/p> 面進(jìn)行。測(cè)試結(jié)果見表3和表4。 表3 改變鍋支架高度情況下測(cè)試結(jié)果 鍋支架高度(mm)熱負(fù)荷(kw)熱效率(%)面板溫度(℃)O2(%)CO(ppm)CO2(%)NOx(ppm)COa=1(%)63 70 79 15.15 15.22 15.18 43.38 44.79 43.47 876 874 873 2.9 3.9 9.8 >2000 14 24 10.1 9.5 6.2 27.5 69.5 54.3 >0.2322 0.0253 0.0086 表4 改變?cè)钋肮鈮毫η闆r下測(cè)試結(jié)果 灶前壓力(pa)熱負(fù)荷(kw)熱效率(%)O2(%)CO(ppm)CO2(%)NOx(ppm)COa=1(%)2000 3000 4000 13.29 15.22 18.16 45.00 44.79 41.82 5.4 3.9 1.8 26 206 800 8.7 9.5 10.8 76.6 69.5 101.0 0.0035 0.0253 0.0875 3．2測(cè)試結(jié)果分折 從表1測(cè)試數(shù)據(jù)和圖3曲線可以看出當(dāng)改變鍋支架高度時(shí)，熱負(fù)荷、多孔陶瓷板的板面溫度基本保持不變，熱效率隨鍋支架增高呈先升后降趨勢(shì)。隨鍋支架增高，煙氣中C0(折算為a＝1)含量先減少后增多，在鍋支架高度為70mm附近達(dá)到最少。NOx含量減少，02含量增多。這些現(xiàn)象說明，當(dāng)鍋支架過低時(shí)，煙氣排放受阻，從而使燃燒器背壓增大，引射的空氣量減少，燃?xì)鉀]能在陶瓷板的火孔內(nèi)完全燃燒。當(dāng)鍋支架過高時(shí)，由于二次空氣的滲入，煙氣溫度降低，從而使效率降低。鍋支架增高，輻射角系數(shù)減小，鍋吸收輻射量減少，也是熱效率降低的因素。因此，在設(shè)計(jì)紅外線無(wú)焰燃燒的灶具時(shí)，應(yīng)充分考慮鍋支架高度對(duì)熱效率及煙氣中有害物質(zhì)含量的影響。 表2和圖4的數(shù)據(jù)說明，隨著灶前供氣壓力的升高，熱負(fù)荷增大，板面溫度升高，輻射換熱量增多，熱效率升高。但升高幅度逐漸減小。在額定壓力3000Pa附近，煙氣中C0(折算為a＝1)含量較少，而且變化不大。當(dāng)灶前供氣壓力偏離額定壓力較大時(shí)，煙氣中CO含量迅速增多。當(dāng)壓力小于1000pa時(shí)，co含量已超出了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。在改變供氣壓力的測(cè)試過程中，壓力在700-4000pa范圍內(nèi)變化時(shí)，均未發(fā)生脫火或回火現(xiàn)象。但當(dāng)壓力降低至700Pa時(shí)，火焰在陶瓷板的表面漂浮，面板溫度較低，有發(fā)生脫火的可能。 在1500-4000Pa，既0.5—1.2倍額定壓力范圍內(nèi)，熱負(fù)荷從8.21kw增至13.24kw。在此范圍內(nèi)，熱效率為40％左右，煙氣中CO含量滿足標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 紅外線無(wú)焰燃燒與輔助燃燒器(熱負(fù)荷較小的大氣式燃燒器)同時(shí)工作時(shí)的測(cè)試結(jié)果，說明在中餐炒菜灶上采用紅外線無(wú)焰燃燒與大氣式燃燒的組合形式，更能有效地提高灶具的熱效率。這是由于相對(duì)于鍋的受熱面而言，輔助燃燒器的熱負(fù)荷較小，雖然采用的是大氣式燃燒，以對(duì)流傳熱為主，但相對(duì)受熱面的增加，導(dǎo)致傳熱量的增加，因而熱效率提高。 4 結(jié)論 1．實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果說明了燃?xì)庵胁统床嗽畈捎眉t外線無(wú)焰燃燒可以大幅度提高灶具的熱效率，可由20%左右提高到40%，煙氣中有害物質(zhì)含量也明顯降低。證實(shí)了燃?xì)庵胁统床嗽畈捎眉t外線無(wú)焰燃燒是可行的。 2．采用紅外線無(wú)焰燃燒與大氣式燃燒的組合形式，更能有效地提高灶具的熱效率。 參考文獻(xiàn) 1 張尊中.關(guān)于中餐燃?xì)獬床嗽顭嵝实奶接?家用燃?xì)饩?1996(1) 2 同濟(jì)大學(xué)等.燃?xì)馊紵c應(yīng)用.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998 3 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