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一种燃气灶点火技术

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：王世阳

[导读] 摘要：随着国家节能减排政策的逐步升级，家用燃气灶的燃烧技术也需同步不断升级，需要在原来基础上提高能效（热效率），同时减少废气排放量。各个燃气具生产制造企业也在挖空心思，加大对燃气燃烧器的研制，不断的改进和提升燃烧性能。

        广东顺德格意威登电器有限公司
        摘要：随着国家节能减排政策的逐步升级，家用燃气灶的燃烧技术也需同步不断升级，需要在原来基础上提高能效（热效率），同时减少废气排放量。各个燃气具生产制造企业也在挖空心思，加大对燃气燃烧器的研制，不断的改进和提升燃烧性能。本文在介绍常家用大气式燃气灶的基础上，引生出一种新的燃气灶点火技术-鼓风燃烧技术，并对鼓风燃烧进行了重点分析。
        关键词：燃气灶；鼓风燃烧；技术
        近年来，我国燃气事业得到迅速发展，城市燃气的使用量大幅增长。在提高了居民的生活质量的同时，燃气燃烧效率问题也引起了人们注意。作为燃气能量的置换工具-燃气灶，其燃烧技术的改进势在必行。
        一、家用燃气灶分类
        家用燃气灶的分类方法有很多，根据燃气灶使用气源可分为人工煤气燃气灶、天然气灶和液化石油气灶；按灶面材质可分为不锈钢灶、陶瓷灶和钢化玻璃灶等；按燃烧器数目可分为单眼灶、双眼灶和多眼灶；按点火方式可分为压电陶瓷点火灶和电脉冲点火灶；按燃烧器引入一次空气位置可分为上进风灶和下进风灶；按燃烧方式可分为大气式燃气灶和完全预混式燃气灶；按安装方式可分为嵌入式灶和台式灶。
        二、家用大气式燃气灶
        我们现在的灶具产品上通常采用的燃烧方式为大气式燃烧，其工作原理是燃气在灶前压力下，燃气从喷嘴高速喷出，并形成局部负压，并通过风门处及喷嘴自身的引射孔，引射四周的静止空气（一次空气）一起进入引射器，在引射器内
        燃气与引射进入的空气实现混合，并经减速扩压后进入燃烧器头部，可燃混气从头部火孔流出被点燃生成本生火焰。这种燃烧过程的组织方式称大气燃烧或局部预混燃烧。大气式燃烧器的主要优点是燃烧工况易于调节，燃烧充分、温度较高、一次空气供给靠燃气射流卷吸四周空气，不需要外部动力，因而结构简单，制作方便，在燃气灶具上应用广泛。在目前的民用灶具中，完全可以满足普通消费者的基本需求。
        三、一种新的燃气灶点火技术-鼓风燃烧技术
        实现热效率高，废气低排放的前提是燃气燃烧完全，燃烧温度高。但目前的扩散式燃烧显然是不具备的。大气式燃烧的特点是根据高速燃气靠负压引射一次空气，其引射的一次空气不能提供燃烧所需要的全部空气，必须有充足的二次空气，意即必须有充足的二次空气补充面积，这就需要大气式燃烧器必须具备较大的二次空气补充量，以致燃烧器本身比较笨重，这在民用燃气灶实现上是不现实的。同时，就目前世面上的红外线全预混来看，仅仅是无限加大腔体，减少负荷来接近空燃的全预混状态，一来大腔体比较废料，比较笨重，二来热负荷只能做的很低（目前红外燃烧器热负荷不超过3.5KW），不能满足国人猛火爆炒的烹饪习惯。据此推理，靠自然引风的引射能力（燃气额定压力已经固定）不能达到燃烧完全、燃烧温度高、换热能力强的燃烧状况，必须靠外界助氧来补充或弥补燃烧所需要的全部空气。此种条件下，便诞生了鼓风燃烧的实现方式，如需靠外界助氧，涡轮增压（鼓风助氧）是最直接也是最实际的方式。但就空气补充来讲，又分为两种补充方式，即鼓风一次空气和鼓风二次空气两种鼓风方式。
        第一种方式：鼓风（氧）一次空气。

        图示为典型的鼓风一次空气燃烧系统，空气采用机械送风，燃气与空气两股气流或平行、或同心、或环绕、或斜交的喷出口混合燃烧。高压压缩空气由喷嘴喷出，用其喷射所需具有的能量引射低压燃气，经混合管混合后，再送火孔燃烧。在燃气与和空气的混合装置中，使用煤气管三通接头，混合管几乎都用煤气管制作，压缩空气从喷嘴喷出时引射燃气，这样，进入混合管里的燃气，远比靠煤气本身压力流出的要多。对于这种方式来说，利用高压空气引射或混掺燃气，基本上达到或靠近全预混状态，这样的状态燃烧温度更高，锅架到锅底的距离更低，燃烧效率更高。提高热效率实质为有效提高火焰与锅底换热及锅底与盛水换热强度，这种结构火焰与锅底的换热方式基本为热辐射。对家用燃气灶来说，要想实现上述燃烧结构并产业化，笔者认为在技术上有以下几个需要注意的地方：
        1.燃烧的稳定性较差，调节范围较小，出火需采用稳焰装置及腔体内过压保护装置；
        2预混系统的电控和操作系统的整体思路设计，如什么时候风机启动，什么时候靠传感器去制动等；
        3风机预混系统的稳定性和可靠度；
        4.风机参数的设定，风速、风量和燃气进气量的有效匹配，避免过剩空气系数过大或过小，通过调整风速及风机风门可以确定全负荷时最佳空气量；
        5.需考虑风速变化的滞后性对燃烧工况带来的影响。比如：燃烧灶由大火调节至小火时，小火需要的空气不多，但风机风速的变化不是瞬间完成，带有一定的滞后性，极易使小火发生回火或离焰，甚至感应针感应不到火焰造成熄火，影响消费者的使用；
        6.热负荷在调节过程中，变化后的系统伺风量的准确性。一般灶具均为火力无级调节，调节过程中，系统的伺风量也必须跟着变大或变小，甚至是很细微的变化。最好的处理方式是采用预混后经精密空-燃比例阀实行再分配，关于燃气与空气的比例混合器国外厂家已有产品进入我国市场，例如霍尼韦尔(Honeywell)与西特(Sit)两家公司都推出自己的产品。但是，国外的产品一般把执行机构与控制电路合为一体。当需要提高燃烧设备的负荷时，可加大风机压力，提高空气流量，燃气流量也随之加大，并保持原来与空气流量的比例。同理，在小负荷条件下，也可以保持燃气与空气的比例不变。一般来说，国外产品性能稳定，但价格比较贵。
        第二种方式，鼓风（氧）二次空气。
        和鼓风一次空气不同，鼓风燃烧也可以通过强力补充二次空气来实现。家用燃气热水器用的便是这种方式，先让其自燃引风燃烧，再鼓风，最后达到好的混合条件和燃烧状况。和前者不同，本种给风方式火焰清晰可见，鼓风后火焰降低，高温燃烧气流及烟气高速被喷向锅具，传热过程为高速对流换热加热速度快，大幅度提高燃气灶具的热效率，相对于现行国家标准应有大幅度的提高。技术上实现难点在于，家用燃气灶的燃烧环境是敞开的，和鼓一次空气不同，强制供给二次空气时，火焰可能会被吹斜，毕竟鼓风的风速度肯定大于分子扩散造成的气流流速。另外，鼓风时有可能会造成空气对火焰散热，造成热效率下降。当然，在鼓风系统的整体设计和系统稳定性上，本种方式类同鼓一次空气。为避免以上弊端，在鼓二次空气时，燃烧器周围最好加上围护结构，例如炉架加圈，或者燃烧器做成内置结构，以减少散热。技术层面，对于鼓风燃烧，总的来讲，不管采用何种方式，鼓风燃烧会带来以下优势：可以有效提高火焰温度和气流速度，火力猛且集中；可以有效降低碳排放；可降低NOx排放量；由于风量可调，燃烧过程中氧气浓度可控制到最小需求值。即过剩空气系数尽可能接近1；根据NOX生成机理，烟气在高温区域停留时间短，可以抑制快速型NOx产生，且对流换热后自身温度降低，可抑制高温型NOx产生，再加上完全燃烧后的贫氧，直接切断了NOx的链反应路径。
        结语：
        随着国家低碳经济的持续深入，环保节能的大环境，灶具的燃烧技术升级势在必行，鼓风燃烧的时代即将来临。与自然引风扩散式燃烧器相比，鼓风扩散式燃烧器燃烧热强度大，火焰长短可调节。与热负荷相同的引射式燃烧器相比，其结构紧凑，体形轻巧，占地面积小。特别是当热负荷较大时，此优点更为突出。另外，鼓风扩散式燃烧器要求燃气压力低，热负荷调节范围大，能适应正压炉膛，容易实现粉煤—燃气或油—燃气联合燃烧。还可以采用预热空气或燃气，预热温度甚至可接近燃气着火温度，因此可以极大地提高燃烧温度。
        参考文献：
        [1]黄强.大气式燃烧器的结构优化及加热均匀性研究[D].华中科技大学,2017.
        [2]邓鹏飞,汪一,王维亮,陈雄,李明.基于传热性能分析的大气式燃气灶结构优化[C].中国家用电器协会.2016年中国家用电器技术大会论文集.中国家用电器协会:《电器》杂志社,2016:987-994.
        [3]李鹏举. 结构简约的高效燃气灶具的研发[D].华中科技大学,2016.
        [4]邓鹏飞,张蒙恩. 大火力高效率燃气灶的研究与应用[C]. 中国家用电器协会.2015年中国家用电器技术大会论文集.中国家用电器协会:《电器》杂志社,2015:942-945.