提高燃?xì)饩邿嵝适枪?jié)能的一種途徑

陳利芬

（廣西壯族自治區(qū)民用燃料及氣體產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，廣西 南寧 530007）

我國人口基數(shù)很大，資源總量相對少，人均資源占有量更是嚴(yán)重不足，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國人均資源占有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界平均水平。例如煤炭、天然氣、石油等人均的儲(chǔ)存量不及世界平均水平的一半，部分資源只占世界平均水平的百分之十以下。當(dāng)前，我國出現(xiàn)城市化、現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，需要的能源總量很大，但是由于環(huán)保節(jié)能觀念缺失，很多資源在使用中由于沒有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)而造成大量浪費(fèi)，能源的供需矛盾突出，這是能源面臨的主要問題。因此，要提高能源的使用效率，樹立節(jié)能、環(huán)保的資源使用理念，開發(fā)新技術(shù)，提高資源的使用效，政府做好監(jiān)督、企業(yè)依靠自覺執(zhí)行，增強(qiáng)資源危機(jī)意識(shí)，認(rèn)真貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展、科學(xué)使用的政策，實(shí)現(xiàn)我國能源的持續(xù)有效使用，推動(dòng)現(xiàn)代化建設(shè)的步伐。目前形勢下的國際燃油價(jià)格不斷創(chuàng)歷史新高，在國際能源緊張的趨勢下，深入研究如何提高燃?xì)饩叩臒嵝?，則具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 燃?xì)饩叩陌l(fā)展歷史

燃?xì)饩叩陌l(fā)展歷史，可以追溯到人類用火的開始。自原始社會(huì)時(shí)期的鉆木取火，聰明的人類就懂得如何使用樹枝、柴禾等自然物質(zhì)煮熟食物，一直發(fā)展到現(xiàn)代社會(huì)的燃?xì)夤艿垒斔吞烊粴?，或者使用燃?xì)饩邔?shí)現(xiàn)食物的烹制等。在19世紀(jì)50年代初，德國化學(xué)家本生有了重大的發(fā)現(xiàn)，被稱為本生火焰。隨后的幾十年內(nèi)這種大氣火焰才被人們慢慢掌握。當(dāng)天然氣出現(xiàn)后，迅速的進(jìn)入市場，這種采用混空氣的大氣式燃燒器變得流行，燃?xì)庠钪械娜細(xì)夂涂諝饣旌线@一方法，大多數(shù)是采用文吐利管，依靠燃?xì)鈴膰娮靽姵龅膭?dòng)能，吸入一定量空氣，如此形成了引射型大氣式燃燒器。20世紀(jì)40年代初，這種燃燒器都占據(jù)燃?xì)庠钍袌龅闹饕匚?，但是引射型大氣式燃燒器也存在一些缺點(diǎn)：內(nèi)外焰的燃燒容易產(chǎn)生 NO，需要二次空氣的空間。所以20世紀(jì)60年代，國內(nèi)外開始研究燃?xì)饧t外線技術(shù)。采用的是全預(yù)混空氣燃燒法，燃燒所需要的空氣會(huì)全部混入。這種技術(shù)方式有兩種結(jié)構(gòu)型：一種是多孔陶瓷板；一種是雙金屬網(wǎng)，有時(shí)候也把二者聯(lián)合起來綜合應(yīng)用。全預(yù)混空氣燃燒器的優(yōu)點(diǎn)首先是它不需要二次空氣，而且煙氣中NO數(shù)量很少，熱效率也比較高。經(jīng)過幾十年不斷的努力探索，對燃?xì)饩卟粩喔倪M(jìn)提高，燃?xì)饩哒孕滦?、高效、低污染、小體積等特點(diǎn)問世，逐漸提高燃?xì)庠畹男阅?，提高燃?xì)饩叩臒崮苄省?/p>

2 紅外線無焰燃?xì)庠詈蛡鹘y(tǒng)燃?xì)庠畋容^分析

2.1 燃燒溫度比較

普通的燃?xì)庠罹呷細(xì)鉁囟燃s為800～820℃。但是紅外線無焰燃?xì)庠钊紵郎囟容^高，一般約為在 900～950 ℃。這個(gè)可以通過一個(gè)試驗(yàn)證明兩者的差別：首先把兩枚同樣規(guī)格的硬幣放在不同的燃?xì)庠钌?，在氣壓同? 800 Pa的條件下點(diǎn)燃，三至五分鐘之后，紅外線的無焰燃?xì)庠钌嫌矌疟蝗刍瞧胀ㄈ細(xì)庠钌系挠矌艆s沒熔化。實(shí)驗(yàn)證明了紅外線無焰燃?xì)庠畹娜紵郎囟雀哂谄胀ㄔ罹?，因此就證明在同一時(shí)間，采用同樣的條件，紅外線的燃?xì)庠钅芎母庸?jié)約、熱能效率更高。

2.2 熱效率的對比分析

陶瓷板的紅外線燃?xì)庠?，其工作原理是：燃?xì)馔ㄟ^引射器預(yù)混燃?xì)馊紵枰目諝饪偭浚ㄟ^?？諝庀禂?shù) α＝1.03～1.06），燃?xì)?、空氣混合物?.1～0.14 m每秒的速度，從陶瓷板數(shù)的千個(gè)小孔道溢出燃燒，把板面加熱到赤紅狀態(tài)，這時(shí)的溫度達(dá)到 800～900 ℃。板面、高溫?zé)煔鈱﹀佭M(jìn)行輻射和對流加熱，這時(shí)的燃?xì)馊紵菬o焰狀態(tài)。而普通的大氣燃具工作原理是：燃?xì)饫靡淦鲀H預(yù)混燃燒所需要的一部分空氣量（一次空氣系數(shù)a'＝0.55－0.65），然后以1.0～3.5 m每秒的速度，經(jīng)過頭部的火孔流出，從周圍獲取二次空氣來進(jìn)行燃燒（過?？諝庀禂?shù) a＝1.3－1.8），形成具有內(nèi)、外焰的火焰，這樣產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵饕ㄟ^對流換熱方式進(jìn)行對燃具的加熱。這兩種燃具由于自身的燃燒、加熱方式有所區(qū)別，所以加熱效果上的表現(xiàn)也不同。

2.3 污染物的排放比較

根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求，普通的燃?xì)庠罹逤O排放量必須少于500 ppm，但是紅外線無焰燃?xì)饩叩腃O排放量只有7 ppm，普通燃?xì)饩叩腘Ox的排放量為少于100 ppm，而紅外線無焰燃?xì)庠罹叩腘Ox排放量也只有7 ppm，通過這一數(shù)據(jù)說明紅外線無焰燃?xì)饩叩奈廴疚锱欧帕恳儆谄胀ㄈ細(xì)庠罹?，因此也就更加環(huán)保。

3 燃?xì)庠罹叩臒嵝史治龇?/h2>

分析燃?xì)饩邿嵝实淖詈梅椒ň褪遣捎梅雌胶夥ǎㄟ^燃?xì)饩呤褂眠^程中的熱損失來推導(dǎo)燃具的熱效率。采用這一方法的優(yōu)勢在于可直接得到燃?xì)饩邿釗p失情況，針對熱損失來進(jìn)行設(shè)計(jì)與改進(jìn)，這樣就可實(shí)現(xiàn)燃具的熱效率提高。這一方法在燃?xì)鉄崴髦杏泻芎玫膽?yīng)用，并得到很多具有價(jià)值的結(jié)論。然而你，對于燃?xì)饩邅碚f，熱效率的測試裝置自身就是一個(gè)相對開放的系統(tǒng)，它的測試系統(tǒng)邊界不明確，煙氣的溫度、煙氣的含氧量、火焰的對外輻射熱量等因素很難準(zhǔn)確掌握，煙氣所帶走的熱量及火焰對周圍環(huán)境熱輻射所造成的損失，都無法準(zhǔn)確計(jì)算，因而反平衡法測試燃?xì)庠罹邿嵝?，只有理論指?dǎo)意義，難以在實(shí)際應(yīng)用中精確計(jì)量。按照反平衡分析思路，燃?xì)庠罹吖ぷ鲿r(shí)，主要的熱損失包括排煙熱損失、火焰對周圍環(huán)境的熱輻射以及高溫灶具面板帶來的熱損失，其中的大部分，就是排煙熱損失，因此要提高燃?xì)庠畹臒嵝首钪匾墓ぷ骶褪窃诒ＷC燃?xì)馔耆紵那疤嵯?、降低煙氣的排出溫度；其次是減少火焰對周圍環(huán)境的熱輻射以及高溫灶具面板帶來的熱損失。

4 燃?xì)饩吖ぷ鞯倪^程

對于確定的燃?xì)庠罹?，在熱效率測試過程中，加熱鍋的受熱面積是與熱負(fù)荷對應(yīng)的，不能改變，要實(shí)現(xiàn)燃?xì)馔耆紵那疤嵯?、降低煙氣的排出溫度，只能提升換熱面有效面積，其中一個(gè)有效手段就是實(shí)現(xiàn)燃?xì)饣鹧娓邷貐^(qū)向灶具中心區(qū)域移動(dòng)。從燃?xì)庠钤矸治觯蟛糠秩細(xì)庠罹叨疾捎么髿馐饺紵绞?，燃?xì)獯髿馐饺紵绞降囊粋€(gè)重要特點(diǎn)，就是火焰分為內(nèi)焰和外焰兩部分：內(nèi)焰主要是燃?xì)馀c混合好的一次空氣反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物過程，肉眼可見火焰，火焰溫度較低，加熱能力不強(qiáng)；而外焰則是這些中間產(chǎn)物與周圍的二次空氣接觸，生成二氧化碳和水的過程，該過程是燃?xì)夥磻?yīng)的主要放熱過程，肉眼看不到明顯火焰，火焰溫度很高，加熱能力很強(qiáng)。要實(shí)現(xiàn)燃?xì)饣鹧娓邷貐^(qū)向灶具中心區(qū)域移動(dòng)，關(guān)鍵在于補(bǔ)充的二次空氣含氧量更高或二次空氣溫度升高。

5 節(jié)能燃?xì)饩呓Y(jié)構(gòu)分析

實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，采用了集熱罩結(jié)構(gòu)，以集熱罩夾層作為二次空氣通道。燃?xì)庠罟ぷ鲿r(shí)，燃?xì)饣鹧嬖诩療嵴稚戏较蛴蔂t頭向外側(cè)運(yùn)動(dòng)，二次空氣由集熱罩周圍開口，進(jìn)入集熱罩夾層，最后從集熱罩與爐頭之間的間隙，進(jìn)入燃?xì)馊紵齾^(qū)域。與現(xiàn)有嵌入式燃?xì)庠钕啾?，帶集熱罩的嵌入式灶具，在熱能利用方面?yōu)勢十分明顯：集熱罩將二次空氣與燃?xì)馊紵笏a(chǎn)生的煙氣完全隔離，確保二次空氣成分不受煙氣干擾，且直接輸送到火焰根部，有效縮短了火焰長度，實(shí)現(xiàn)火焰高溫區(qū)域向加熱鍋中心移動(dòng)，有效換熱面積明顯提升；集熱罩將煙氣與二次空氣隔離后，燃?xì)馊紵蟾邷鼗鹧娌辉偈艿蕉慰諝饫鋮s影響，煙氣溫度更高，有利于燃?xì)饣鹧媾c加熱鍋之間的對流換熱；燃?xì)庠罟ぷ鬟^程中，高溫火焰輻射熱量，經(jīng)集熱罩表面反射回加熱鍋底，提高了熱能利用率的同時(shí)，還減少了火焰對周圍環(huán)境的熱量輻射，提升了用戶使用舒適性；二次空氣沿集熱罩運(yùn)動(dòng)過程中，集熱罩上表面受熱，其中一部分的熱量被二次空氣所吸收之后，再被送入燃?xì)庠?，轉(zhuǎn)變成有用熱量，這樣提升了熱能利用率；雙層集熱罩結(jié)構(gòu)，還可以將集熱罩上層高溫層對周圍環(huán)境的輻射熱量損失，減到更小，同樣減少了灶具對周圍環(huán)境的熱量輻射，提升了用戶使用舒適性；對比測試結(jié)果：超人某型號(hào)內(nèi)旋火燃?xì)庠?，在常?guī)使用狀態(tài)下，測試熱效率為57%在增加集熱罩后，在保證煙氣正常的條件下，實(shí)測熱效率達(dá)到70%，熱效率提升幅度達(dá)到20%以上。

[1]江建海.提高燃?xì)饩邿嵝适枪?jié)能的一種途徑[J].科技資訊，2008（13）.

[2]王璋保.節(jié)約能源——古老而又年輕的熱工課題[J].工業(yè)爐，1998（04）.

[3]荊寶.節(jié)約是“第五能源”[J].秘書工作，2005（08）.