介绍了一种节能环保型灶具燃烧器。该燃烧器采用条缝形斜向火孔、切向引射器、坡面火盖等结构方式,使得火孔热强度降低,一次空气系数提高,火焰旋转,达到减少N0x和CO污染物生成量且火力集中强劲的效果。分析了影响N0x和CO污染物生成的因素及其抑制方法,探讨了提高热效率的措施。
1 概述
大气式中餐燃气炒菜灶热效率偏低,造成能源浪费。因此,需要采用新技术提高中餐燃气炒菜灶的热效率,降低氮氧化物和一氧化碳的排放量。
目前采用的节能技术主要有红外线无焰燃烧器技术、内焰火技术等。红外线无焰燃烧器具有热效率高、污染小等特点。但由于温度均匀,火力不集中强劲,不适合中餐炒菜的猛火爆炒,且大部分红外线无焰燃烧器采用陶瓷板材料,容易损坏,寿命较短。内焰火技术主要是火孔位于燃烧器环状空间的内侧,使得火力集中,但导致燃烧器体积增大,热负荷偏低。经过大量研究,笔者开发出一种节能环保型燃烧器,该燃烧器采用双螺旋式结构,即引射器与火孔均旋转,燃烧特点是火力集中、燃烧完全、污染小。
2 N0x污染控制方法
N0x的生成条件是高温、有氧,二者缺一不可。因此为抑制N0x的生成,在接近理论比情况下组织燃烧时,可采取措施,使氧一旦进入高温区就很快被消耗掉,即降低高温火焰面背后的氧含量,并设法减小燃烧高温区厚度,缩短烟气在高温区的停留时间。
通过提高一次空气系数,火焰的高温区靠近内锥表面,外焰相对变薄,使氧气在高温区的停留时间相对缩短,N0x生成量减少。同时通过采用条缝形火孔,增加火焰稳定性,增大火孔面积,降低火孔热强度,火焰呈蓝色短焰,温度分布均匀,避免了局部高温,抑制了N0x的生成,同时燃烧充分,生成的C0很少[2]。此外,限制二次空气从火焰根部自由吸入,避免由于火焰根部负压较大快速吸引大量空气,而使少量二次空气从火焰顶部供给,缩短了氧在高温区的停留时间,抑制N0x的生成。N0x的污染控制应采取提高一次空气系数和限制二次空气相结合的方法。
3 节能措施与原理
在燃烧器设计上通过采用凹面聚能设计和斜向内置式火孔,减少对流换热损失和对外界的辐射换热损失;采用切向旋转式火孔,使得火力集中,燃烧更加充分,有利于热效率的提高。
中餐燃气炒菜灶的节能不仅要从燃烧器方面考虑,还要结合整体灶具综合分析(包括锅架开口宽度、锅架高度、炉膛大小等)并采取相应措施。因为大气式燃烧器需要二次空气,所以锅架上要留有一定的开口,起到排烟和补充二次空气的作用。开口大小影响热效率,开口过大则对流换热损失增大,开口过小则会使烟气中的污染物含量提高,因此要确定合理的开口尺寸。锅架高度影响到吊火高度,吊火高度过高会造成不必要的热量损失,过低会影响燃烧效果,要在保证烟气符合设计指标的前提下,尽量降低吊火高度。
4 技术方案的确定
为突破节能关键技术,综合多项技术,以进一步提高燃具的热效率,力争在燃烧方式、控制技术、燃烧器的结构等方面取得突破,减少C0、N0x等有害气体及C02等温室气体的排放量。在保证N0x、CO低污染的同时,配合整体灶具采取措施,减少热量损失,提高灶具整体的热效率。
通过采用条缝形火孔,增大火孔面积,同时引射器切向供气,减小头部和引射阻力,提高一次空气系数,使燃烧更加完全,减小CO污染。条缝形火孔的火焰较薄且长度较短,火焰温度分布均匀,减少局部高温,使得火焰温度相对降低,有利于温度型N0的降低[3]。斜向内置式火孔既控制了火焰外圈二次空气的供给量,使N0x生成量减少,又使火力集中,减少了热损失,提高了灶具的热效率。旋转式火孔使得火力集中,强化燃烧,有利于热效率的提高。