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1、中国土木工程学会城f f - 燃气分会应用专业委员会2 0 0 9 年年会论文集 鼓风式强化燃烧器的设计探讨 吴振铸1 ( 华帝燃具股份有限公司) 1 概述 在我国燃气具的发展有近三十年了，近年来一些燃气灶具企业积极研发各种节能、环保的燃气具 产品，市场上还出现了高效的红外线灶。及各种提高效率、降低烟气的结构形式和技术，如：“主火 中置”“净燃“ 聚能火”“双高效”等技术，都是在燃烧器上下足了功夫。燃烧器是燃气具的核心， 随着人们对生活舒适性的增加要求和国家大力提倡节能、环保政策。在这个背景下对鼓风式强化燃烧 器进行了设计探讨。 2 灶具的发展及市场分析 民用灶具是指家庭用灶及公福用灶，家用灶
2、从开始的铸铁灶、单眼灶、双眼台式灶到如今的嵌入 式灶。公福灶也有炊事多眼灶、立管式、鼓风旋火燃烧式、中压式燃烧器等。 目前，嵌入式家用燃气灶具根据G B l 6 4 1 0 _ _ 2 0 0 7 家用燃气灶具标准允许单个燃烧器火眼热负 荷最大5 2 3 k w ，由于现有的燃烧器一般采用大气式燃烧器，它需要一定量的二次空气补充燃烧。而嵌 入式灶具条件所限，补充二次空气是有限的，大负荷的燃烧器需要更大量的空气补充，因而市场上很 少有5 k w 以上的嵌入式燃烧器，而中国部分家庭的烹饪要求大火、猛火炒菜。因而这部分是一个空白。 C J T 3 0 3 0 一1 9 9 5 炊用燃气大锅灶标准，适
3、用于单个灶眼额定热负荷不大于8 0 k w ，大锅灶的热负荷 不低于4 2 ，中压中餐炒菜灶火孔热强度高、火力猛，已在一些城市得到普遍采用。但仅适用液化石 油气，而现在西气东送，许多城市也置换了天然气，无疑中压中餐炒菜灶有它的局限性。因而高效、 节能、环保、猛火的新型燃烧器有着它巨大的市场前景。 3 设计思路及方案 为了克服上述的不足，打破传统燃烧器的设计方案，引用高速燃烧器的工作原理及特点，设计一 种能满足民用灶具的要求，经考察在技术上是可行的，在工艺上也是容易达到的。因而设计了鼓风式 强化燃烧器，根据其设计有下列几项特点： 1 ) 燃气和空气在由燃烧器、稳焰圈组成的燃烧室内强烈的混合和燃烧
4、，由于二次空气充足，完全燃 烧的烟气以高流速喷向被加热件，与加热件进行强烈的对流换热，热效率高。 2 ) 嵌入式灶具二次空气的流入有限，而本燃烧器装置风量可以大量取至灶外，因而可以做到灶具标 准要求的最大负荷燃烧器而正常燃烧。 3 ) 由于风量可调，在燃烧过程中氧的浓度可以控制到需要的最少量，烟气在高温区域停留时间短， 高温高速的烟气引射被加热件后，本身被迅速稀释而降低温度，炉内强烈的换热也使烟气迅速降 2 7 4 中国土木工程学会城市燃气分会应用专业委员会2 0 0 9 年年会论文集 温，因而抑制了N O 。的生成，是一种低N O ，的燃烧器，达到减排的效果。 4 ) 火孔热强度高，因火孔形
5、式能保证火孔流速在高速时不脱火、不离焰，因而在设计时取高的火孔 热强度，比一般大气式燃烧火孔热强度高5 0 ，在额定热负荷的情况下，火孔面积小，火力集中， 适用于爆炒、猛火的需要。采用鼓风式强化燃烧，燃烧器一次空气系数 0 4 5 ，因而引射管部分比 一般大气式燃烧器更小。 5 ) 热负荷调节范围大。根据结构特点，可以做到各种负荷额的燃烧器，适用于嵌入式家用灶、炒菜 灶、蒸锅灶，是一种新型的燃烧装置。 4 设计中的性能特点及参数 以一个5 2 3 k w 的鼓风强化燃烧器和大气式燃烧器比较其性能特点： 1 ) 燃烧器的头部设计 大气式燃烧器火孔燃烧能力及火孔总面积，其火孔热强度与火孔出口速度的
6、关系为： Q p _ ( 0 0 0 3 6 H i V p ) ，( 1 + aV 。) Q 。一火孔热强度( k w ，m m 2 ) H i 燃气低热值( 1 ( J N m 3 ) a 1 一次空气系数 V 。一理论空气需要量( N m 3 N m3 ) v D 一火孔出口气流速度( N m s ) 以液化石油气为燃气，大气式燃烧器常用设计参数： 额定火孔热强度Q p x l 0 3 ( k w ，舢n 2 )7 O 一9 3 一次空气系数a 0 6 0 一O 6 5 引射管直径与喷嘴直径比d 。d 1 5 1 6 才能得到额定火孔出口流速V 。( N n l S ) 1 2 1 5
7、这样的气流速度才大于回火极限速度，小于离焰极限速度。而强化燃烧器设计构造的不同，火口 出口流速不受极限速度的限制，而选用一次空气系数a 5 0 ，因而火孔总面积小于5 0 ，火头面积更小，火力更集中，火焰更 猛烈。 2 ) 火孔形式设计 鼓风式强化燃烧器的重要一点是火孔形式有别于大气式燃烧器，它要满足于在鼓风状态下不离 焰、不脱火，而又充分燃烧。因而设计成多个短立管组成总的火孔总面积，而每个短管有主火孔，四 周有多个稳焰孔，上有一个开槽的稳焰圈。这种形式的稳焰状态很好，在鼓风的状态下，燃气充分混 合而不脱焰。 3 ) 鼓风装置与燃烧室 2 7 5 中国土木工程学会城市燃气分会应用专业委员会2
8、0 0 9 年年会论文集 这部分为本燃烧器的独特装置。立管式强化燃烧器下部有空气室，空气室的顶部有透气板，透气 板上分布有若干小孔，压缩的空气通过小孔传送到燃烧器立管火孔根部形成气流。空气室的上面是燃 烧室，燃烧室由内隔热稳焰圈和外挡风圈组成，内置立管式强化燃烧器，一定压力的空气和火孔的燃 气在燃烧室形成紊流，进行强烈的混合燃烧，烟气以高的流速喷向被加热件，与加热件进行强烈的对 流传热。设计成二层档圈的目的是提高热效率，使火力集中在这个设定的烟道中传热。 以上几点是强化燃烧器和大气式燃烧器主要区别的几点，适用于各种负荷燃烧器上。 5 结束语 本装置已申报国家专利，设计出来的样机试制工艺简单，增加火孔立管数可做成各种负荷的燃烧 器，适用于嵌入式家用灶、炒菜灶、大锅灶等。样机经初步测试，火焰稳定，效率、烟气等明显优于 其他燃烧器。但后续的电器部分及空气输配有待完善改进，争取达到理论设想的最佳状态。 参考文献 1 燃气燃烧与应用第三版，同济大学，重庆建筑工程学院，哈尔滨建筑工程学院，北京建筑工程学院，中国建筑工 业出版社 2 液化气中压中餐炒菜灶燃烧器，吴振铸，专利号：8 8 2 0 3 8 0 7 9 3 燃气应用手册，李强霖，蔡玉琢译，日本燃气学会 4 国外燃气编辑部，城市燃气协会华北分会，( 设计参考手册) 译者唐曾乐，燃气燃烧装置 2 7 6
