紅外線與大氣式組合燃?xì)庠畹男阅茉囼?yàn)

侯懿寧

(福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008)

1 概述

燃?xì)舛嗫捉橘|(zhì)紅外線燃燒技術(shù)也稱燃?xì)廨椛淙紵夹g(shù)，是一種先進(jìn)的燃燒技術(shù)，在提高燃燒效率、擴(kuò)展可燃極限、節(jié)約燃料、改善環(huán)境等方面具有其他燃燒技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性，被譽(yù)為劃時(shí)代的燃燒技術(shù)[1-3]。該技術(shù)以高溫固體介質(zhì)輻射為主，大大提高了換熱效率，可以應(yīng)用于工業(yè)和民用諸多領(lǐng)域，如：石油冶煉、紅外線無(wú)焰燃燒設(shè)備、輻射式加熱器、陶瓷材料合成、多孔催化劑燃燒、空氣中有機(jī)揮發(fā)物去除、多孔介質(zhì)內(nèi)襯內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、污染物控制等環(huán)保與燃燒領(lǐng)域[4-9]，從而滿足節(jié)能和環(huán)保要求。

在我國(guó)，該燃燒技術(shù)應(yīng)用于燃具領(lǐng)域已久，多位學(xué)者在這方面進(jìn)行了大量的開(kāi)發(fā)研究，在理論與實(shí)踐上取得了可喜的成績(jī)[10-15]。一些企業(yè)開(kāi)發(fā)了多種規(guī)格和型式的紅外線燃?xì)庠睢?/p>

2 紅外線與大氣式組合燃?xì)庠?/h2>

紅外線與大氣式組合燃?xì)庠?簡(jiǎn)稱組合式燃?xì)庠?，外圍設(shè)置紅外線燃燒器(熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷的75%左右)，中心設(shè)置大氣式燃燒器，其雙眼灶實(shí)物見(jiàn)圖1。該燃?xì)庠钅艹浞职l(fā)揮兩種燃燒方式的優(yōu)點(diǎn)并彌補(bǔ)各自的不足，實(shí)現(xiàn)了高效低污染燃燒，較大提高了燃?xì)庠畹臒嵝?，與紅外線燃?xì)庠?、大氣式燃?xì)庠钕啾?，具有非常顯著的性能優(yōu)點(diǎn)。

圖1 組合式燃?xì)庠顚?shí)物

3 對(duì)比試驗(yàn)

3.1 燃?xì)庠畹倪x擇

考察在達(dá)到基本相同加熱能力的前提下，組合式燃?xì)庠詈痛髿馐饺細(xì)庠畹臒嵝省⒁谎趸寂欧帕?、氮氧化物排放量等?shí)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行對(duì)比分析。選擇燃?xì)庠顣r(shí)，考慮到加熱能力基本相當(dāng)，對(duì)熱效率高的燃?xì)庠睿x擇額定熱負(fù)荷小一些的燃?xì)庠?。因此，選擇額定熱負(fù)荷為3.5 kW的臺(tái)式組合式燃?xì)庠詈皖~定熱負(fù)荷為3.8 kW的臺(tái)式大氣式燃?xì)庠罡?臺(tái)，對(duì)右眼燃燒器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。額定熱負(fù)荷指右眼燃燒器額定熱負(fù)荷，左眼燃燒器額定熱負(fù)荷與右眼燃燒器相同。均采用液化石油氣鋼瓶供氣。2臺(tái)燃?xì)庠钤跉庠礊橐夯蜌鈺r(shí)額定壓力為2 800 Pa。

3.2 試驗(yàn)系統(tǒng)、試驗(yàn)方法

燃?xì)庠顪y(cè)試試驗(yàn)系統(tǒng)、試驗(yàn)方法執(zhí)行GB 16410—2020《家用燃?xì)庠罹摺贰?/p>

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

① 灶前壓力為額定壓力時(shí)試驗(yàn)結(jié)果分析

灶前壓力為額定壓力2 800 Pa時(shí)，2種燃?xì)庠畹男阅茉囼?yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 灶前壓力為額定壓力時(shí)，2種燃?xì)庠畹男阅茉囼?yàn)結(jié)果

從表1可知，在額定壓力下，組合式燃?xì)庠畹臒嵝时却髿馐饺細(xì)庠罡?1.3個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)能20%以上；組合式燃?xì)庠畹囊谎趸俭w積分?jǐn)?shù)約為大氣式燃?xì)庠畹?0%；組合式燃?xì)庠畹牡趸矬w積分?jǐn)?shù)比大氣式燃?xì)庠罱档土?8%。雖然組合式燃?xì)庠畹念~定熱負(fù)荷比大氣式燃?xì)庠钚?，但試?yàn)中發(fā)現(xiàn)，在相同加熱水量和溫升情況下，組合式燃?xì)庠畹挠脮r(shí)更短。

② 變?cè)钋皦毫r(shí)試驗(yàn)結(jié)果分析

改變?cè)钋皦毫?，試?yàn)得到灶前壓力分別為2 000、2 400、2 800、3 200、3 600 Pa時(shí)2種燃?xì)庠畹男阅茉囼?yàn)結(jié)果，見(jiàn)圖2。

從圖2可知，隨著灶前壓力提高，2種燃?xì)庠畹臒嵝示饾u降低，熱負(fù)荷、一氧化碳體積分?jǐn)?shù)和氮氧化物體積分?jǐn)?shù)均逐漸升高。當(dāng)灶前壓力達(dá)到3 200 Pa時(shí)，大氣式燃?xì)庠畹臒嵝实陀趪?guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的55%。各種灶前壓力下，組合式燃?xì)庠畹臒嵝拭黠@高于大氣式燃?xì)庠睿骄呒s11個(gè)百分點(diǎn)；組合式燃?xì)庠畹牡趸矬w積分?jǐn)?shù)明顯低于大氣式燃?xì)庠睿唤M合式燃?xì)庠畹囊谎趸俭w積分?jǐn)?shù)也比大氣式燃?xì)庠畹?。因此可以判斷，在?shí)際使用過(guò)程中，無(wú)論在人為關(guān)小閥門(mén)節(jié)流降壓情況下，還是在用氣高峰時(shí)段管網(wǎng)整體壓力偏低情況下，組合式燃?xì)庠钆c大氣式燃?xì)庠钕啾?，都具有高熱效率、低污染排放的特性?/p>

組合式燃?xì)庠畹臒嶝?fù)荷、熱效率、一氧化碳和氮氧化物排放性能均符合GB 16410—2020。

4 組合式燃?xì)庠畹男阅芴攸c(diǎn)原因分析

4.1 熱效率高原因分析

陶瓷板采用凹面結(jié)構(gòu)，使紅外線集中加熱鍋底，無(wú)論對(duì)平底鍋還是圓底鍋，熱量散失都較少。陶瓷板表面發(fā)射率大，使單位面積輻射能傳遞量更大，提高輻射換熱效率。中心大氣式燃燒器火力非常集中，溫度高，燃燒完全，對(duì)流換熱路徑長(zhǎng)，換熱效率高。外圍紅外線燃燒器采用完全預(yù)混式燃燒，過(guò)?？諝庀禂?shù)小，理論燃燒溫度高，使得傳熱溫差增大，熱效率提高。組合式燃?xì)庠羁刹捎幂^低的鍋支架，減小傳熱距離，減少輻射熱損失，從而提高熱效率。紅外線輻射波長(zhǎng)范圍與被加熱物體(特別是水分子和高分子物質(zhì))接受波長(zhǎng)相匹配時(shí)，產(chǎn)生共振效應(yīng)，強(qiáng)化了傳熱過(guò)程。紅外線的穿透性使被加熱物體表層和深層同時(shí)被加熱，加熱過(guò)程更迅速、更均勻，熱效率也更高。

圖2 改變?cè)钋皦毫r(shí)2種燃?xì)庠畹男阅軐?duì)比試驗(yàn)結(jié)果

4.2 低污染物排放原因分析

外圈紅外線燃燒器引射空氣量充足，且混合均勻，故燃燒完全，一氧化碳體積分?jǐn)?shù)極低，采用完全預(yù)混式燃燒，過(guò)剩空氣系數(shù)小，有效抑制氮氧化物的生成。陶瓷板的存在，使燃?xì)馊紵a(chǎn)生的熱量迅速傳遞給陶瓷板基體，火焰高溫區(qū)厚度大幅減小，煙氣穿過(guò)火焰高溫區(qū)的時(shí)間大大縮短，能迅速進(jìn)入低溫區(qū)，故有效抑制熱力型氮氧化物的生成。雖然中心大氣式燃燒器產(chǎn)生的氮氧化物體積分?jǐn)?shù)較高，但由于外圈紅外線燃燒器的存在，其高溫?zé)煔馀c紅外線燃燒器產(chǎn)生的低溫?zé)煔庋杆倩旌希箿囟认陆翟S多，從而降低了產(chǎn)生大量氮氧化物的可能性。另外，由于大氣式燃燒器熱負(fù)荷占比僅約為25%，其產(chǎn)生的氮氧化物被稀釋。

5 結(jié)論

① 組合式燃?xì)庠畹臒嶝?fù)荷、熱效率、一氧化碳和氮氧化物排放性能均符合GB 16410—2020《家用燃?xì)庠罹摺贰?/p>

② 當(dāng)灶前壓力為額定壓力時(shí)，組合式燃?xì)庠畹臒嵝时却髿馐饺細(xì)庠罡?1.3個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)能20%以上；組合式燃?xì)庠畹囊谎趸俭w積分?jǐn)?shù)約為大氣式燃?xì)庠畹?0%；組合式燃?xì)庠畹牡趸矬w積分?jǐn)?shù)比大氣式燃?xì)庠罱档土?8%。

③ 隨著灶前壓力提高，2種燃?xì)庠畹臒嵝示饾u降低，熱負(fù)荷、一氧化碳體積分?jǐn)?shù)和氮氧化物體積分?jǐn)?shù)均逐漸升高。當(dāng)灶前壓力達(dá)到3 200 Pa時(shí)，大氣式燃?xì)庠畹臒嵝实陀趪?guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的55%。各種灶前壓力下，組合式燃?xì)庠畹臒嵝拭黠@高于大氣式燃?xì)庠睿骄呒s11個(gè)百分點(diǎn)；組合式燃?xì)庠畹牡趸矬w積分?jǐn)?shù)、一氧化碳體積分?jǐn)?shù)均比大氣式燃?xì)庠畹汀?/p>