船用一體化封閉式燃油爐灶設(shè)計(jì)

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(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所，上海 200090)

實(shí)船使用中船舶廚房采用的敞開(kāi)式燃油爐灶爐膛完全敞開(kāi)，燃燒時(shí)消耗廚房氧氣，有明火產(chǎn)生，燃燒產(chǎn)生的煙氣影響廚房安全和工作環(huán)境，當(dāng)關(guān)閉廚房的門(mén)窗或船舶高速航行、操舵回轉(zhuǎn)時(shí)，廚房進(jìn)風(fēng)可能受限，而廚房排風(fēng)系統(tǒng)繼續(xù)排風(fēng)，廚房?jī)?nèi)負(fù)壓增大，敞開(kāi)式燃油爐灶燃燒所需空氣不足會(huì)造成爐灶熄火，當(dāng)煙囪管道阻力過(guò)小時(shí)，外界空氣倒灌進(jìn)爐灶也會(huì)導(dǎo)致?tīng)t灶熄火[1]。

考慮到如果使?fàn)t灶在燃燒時(shí)爐膛處于封閉狀態(tài)，并配上獨(dú)立的進(jìn)風(fēng)和排煙系統(tǒng)，可以使燃燒所需空氣直接從舷外抽取，與艙室大氣完全隔離，便能有效消除明火及爐灶熄火問(wèn)題，燃燒產(chǎn)生的煙氣通過(guò)獨(dú)立的排煙系統(tǒng)直接排至舷外，可以有效改善廚房工作環(huán)境。為此，將燃油爐灶爐膛完全封閉，并配上獨(dú)立的進(jìn)風(fēng)和排煙系統(tǒng)，并將燃油爐灶的燃燒器、供油系統(tǒng)、爐膛以及進(jìn)風(fēng)和排煙管路等部件集成使之成為一體化封閉式燃油爐灶。

1 一體化封閉式燃油爐灶結(jié)構(gòu)

一體化封閉式燃油爐灶采用模塊化和系列化設(shè)計(jì)，采用統(tǒng)一的外部管路接口，占地空間小，操作簡(jiǎn)單，指示信號(hào)簡(jiǎn)明。爐灶結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.1 可調(diào)火力燃燒器

自主研發(fā)設(shè)計(jì)的可調(diào)火力燃燒器采用蒸發(fā)霧化預(yù)混燃燒的原理，燃燒充分，工作可靠。燃油采用0#或-10#柴油，最大燃油量為3 kg/h，通過(guò)采用油配風(fēng)的方式實(shí)現(xiàn)多檔位配置，分別調(diào)節(jié)不同檔位下的進(jìn)風(fēng)量和進(jìn)油量到最佳匹配狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同火力下的穩(wěn)定燃燒，可滿(mǎn)足爆炒等各種中餐烹飪要求。

圖1 一體化封閉式燃油爐灶結(jié)構(gòu)示意

1.2 供油總成

供油總成由油泵、支架、濾器、調(diào)壓閥、噴油嘴及油管集成。噴嘴按預(yù)先設(shè)定占空比通斷工作，燃油通過(guò)噴嘴進(jìn)入霧化器后進(jìn)行機(jī)械霧化。當(dāng)占空比在10%～80%范圍內(nèi)，可以控制的噴油量為0.385～3.922 kg/h，滿(mǎn)足燃燒器所需的控制需求。

1.3 封閉式爐膛

爐膛結(jié)構(gòu)形式不僅對(duì)可靠性、安全性有影響，而且對(duì)燃燒效率也有重要影響。本一體化封閉式燃油爐灶對(duì)目前已有的各種爐膛形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化，采用耐高溫合金設(shè)計(jì)，提高爐膛熱效率、密封性、可靠性和安全性。同時(shí)，通過(guò)數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合確定爐膛形狀和結(jié)構(gòu)尺寸，使鍋體受熱均勻迅速，增大熱利用率。

1.4 高效海水冷卻器

爐灶燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庑枰禍氐降陀?0 ℃才能排放。因此，設(shè)計(jì)采用高效海水冷卻器對(duì)600 ℃左右的爐膛高溫?zé)煔膺M(jìn)行冷卻。

爐灶排煙中含有一定的硫成份，當(dāng)排煙中水蒸氣溫度降到露點(diǎn)以下時(shí)將形成硫酸，會(huì)腐蝕冷卻元件及管板、側(cè)邊板。為解決這一問(wèn)題，本一體化封閉式燃油爐灶冷卻元件結(jié)構(gòu)采用螺旋翅片管式，選用白銅冷卻管壓制成高翅片，以增加換熱面積，提高換熱系數(shù)，管板、側(cè)邊板采用不銹鋼材料。

1.5 進(jìn)風(fēng)及排煙管路

一體化封閉式燃油爐灶采用封閉式管路進(jìn)風(fēng)、排煙設(shè)計(jì)，使?fàn)t灶燃燒既不受廚房負(fù)壓環(huán)境影響，也不消耗廚房氧氣，且無(wú)明火、排煙。

爐灶進(jìn)風(fēng)管路上設(shè)計(jì)有空氣質(zhì)量流量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)際空氣質(zhì)量流量，避免氣壓、溫度等因素對(duì)空氣流量的影響而造成燃燒匹配失調(diào)，實(shí)現(xiàn)智能化控制。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)最佳燃油量和最佳空氣量的配置，即實(shí)現(xiàn)最佳空然比的配置，保證燃燒狀態(tài)最佳。

2 系統(tǒng)壓力匹配分析

一體化封閉式燃油爐灶的進(jìn)風(fēng)和排煙系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際使用情況，設(shè)置2臺(tái)串聯(lián)風(fēng)機(jī)提供燃燒所需的空氣并克服排煙阻力，1臺(tái)為進(jìn)風(fēng)管路的增壓風(fēng)機(jī)，另1臺(tái)為設(shè)置于排煙管路末端的引風(fēng)機(jī)。

一體化封閉式燃油爐灶采用蒸發(fā)霧化預(yù)混燃燒的燃燒器，根據(jù)燃燒器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)預(yù)混油氣進(jìn)入燃燒室壓力為正壓且壓力一般不大于200 Pa時(shí)，既可以避免燃燒器回火，也可避免壓力過(guò)大導(dǎo)致離焰。本海水冷卻器由于流速低，約為1 m/s(350℃)，因此冷卻器阻力損失可取80 Pa。

若進(jìn)風(fēng)管路壓力損失為H1，排煙管路壓力損失為H2(不包括海水冷卻器壓力損失)，則風(fēng)機(jī)的壓頭H需滿(mǎn)足：H1+H2+80

若進(jìn)風(fēng)管路和排煙管路的壓力損失較小，則單獨(dú)使用進(jìn)風(fēng)管路的增壓風(fēng)機(jī)或排煙管路的引風(fēng)機(jī)來(lái)克服阻力損失；若實(shí)船使用中進(jìn)風(fēng)管路和排煙管路很長(zhǎng)，需要克服的阻力損失較大時(shí)，可通過(guò)計(jì)算定制更高壓頭的風(fēng)機(jī)或采用增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)聯(lián)用的方式來(lái)克服阻力損失。

3 結(jié)論

1) 采用封閉式增壓燃燒技術(shù)，不僅解決了目前艦船燃油爐灶不能在廚房負(fù)壓條件下正常燃燒的難題，而且燃燒時(shí)不消耗廚房氧氣；

2) 采用可調(diào)火力燃燒器，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)不同檔位下的最佳空燃比，外焰直接加熱炊鍋，燃燒充分，節(jié)約燃油，多檔火力可調(diào)，滿(mǎn)足中餐烹飪要求；

3) 采用獨(dú)立的進(jìn)風(fēng)和排煙系統(tǒng)和封閉式爐膛燃燒，廚房?jī)?nèi)無(wú)明火、無(wú)燃燒廢氣，廚房?jī)?nèi)污染程度減小，且使廚房空調(diào)送排風(fēng)的設(shè)計(jì)可專(zhuān)注于廚房舒適性的提高，而不必兼顧爐灶燃燒的壓力、氧氣供給的問(wèn)題，降低相應(yīng)的空調(diào)負(fù)荷[2]；

4) 采用高效海水冷卻器，可降低排煙溫度使之適合船舶總體布置要求。

[1] 黎漢軍，劉喜元.船用汽化燃油爐灶熄火問(wèn)題研究[J].船海工程，2006(3)：108-109.

[2] 李偉光，楊海燕.采用封閉式燃油爐灶的船舶廚房空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)[J].船海工程，2009(3)：36-39.