導(dǎo)語(yǔ)：嵌入式燃?xì)庠罟?jié)能設(shè)計(jì)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

嵌入式燃?xì)庠?/a>因其外觀美觀且符合整體廚房的趨勢(shì)，越來(lái)越被消費(fèi)者認(rèn)可并購(gòu)買(mǎi)，但嵌入式燃?xì)庠畹牧觿?shì)是其熱效率不高。燃?xì)庠畹臒嵝适侵冈跇?biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，有效利用的熱量在燃?xì)馊紵尫趴偀崃恐兴嫉谋壤?，即燃?xì)饽茉吹睦寐剩呛饬咳細(xì)庠钍欠窆?jié)能的關(guān)鍵指標(biāo)。但受嵌入式結(jié)構(gòu)的限制，一次進(jìn)風(fēng)不暢，其熱效率低于臺(tái)式燃?xì)庠睿斐闪四茉吹睦速M(fèi)。目前，國(guó)內(nèi)嵌入式燃?xì)庠町a(chǎn)品的熱效率通常在55％～63％，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB30720-2014《家用燃?xì)庠钅苄薅ㄖ导澳苄У燃?jí)》規(guī)定了嵌入式燃?xì)庠畹哪苄У燃?jí)要求，其中最高能耗的三級(jí)嵌入式燃?xì)庠畹臒嵝时仨毟哂?5％；而同類(lèi)的臺(tái)式燃?xì)庠畹臒嵝蕜t高于60%。國(guó)內(nèi)嵌入式家用燃?xì)庠畋Ｓ辛考s1×108臺(tái)，即使其熱效率僅提高1％，也將為國(guó)家節(jié)約非?？捎^的燃?xì)赓Y源。因此提高嵌入式燃?xì)庠畹臒嵝?，有助于我?guó)的節(jié)能減排，提高能源的利用率。燃?xì)庠钜话悴捎锰烊粴夂鸵夯瘹庾鳛槿紵べ|(zhì)，由于天然氣和液化氣相對(duì)成本低廉，且主要燃燒產(chǎn)物為水和二氧化碳等，對(duì)于環(huán)境的污染較少。對(duì)于消費(fèi)者而言，產(chǎn)品能效的高低，直接影響著燃?xì)饣蛘咭夯瘹獾挠脷饬?。因此燃?xì)庠畹臒嵝矢叩椭苯佑绊懼M(fèi)者的生活成本，尤其是各地對(duì)于天然氣實(shí)行階梯價(jià)格，因此需要研究開(kāi)發(fā)高能效的燃?xì)庠?。同時(shí)嵌入式燃?xì)庠畹挠行崃考幢诲佄盏臒崃績(jī)H為燃燒氣體所產(chǎn)生的熱量的50%～70%，其余大部分散失到周?chē)諝庵?。因此，需要將這部分無(wú)效熱量減少，使其有效熱量的比例增加，進(jìn)而提高能源的利用效率。目前國(guó)內(nèi)嵌入式燃?xì)庠畲嬖跓嵝实汀⒛芎拇?、局部過(guò)熱等問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)嵌入式燃?xì)庠钸M(jìn)行熱工分析，研究其燃燒和傳熱過(guò)程，驗(yàn)證影響嵌入式燃?xì)庠顭嵝实母鞣N因素，如燃?xì)獾臒嶂怠⑷細(xì)鈮毫?、補(bǔ)氣溫度、燃燒器的噴嘴、文丘里管、火蓋和鍋架等。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)逐步分析各要素，發(fā)現(xiàn)減小二次空氣進(jìn)口面積，提高內(nèi)環(huán)熱負(fù)荷比例，優(yōu)化火蓋以及降低鍋架高度等可以提高嵌入式燃?xì)庠畹臒嵝省?/p>

2熱工分析和實(shí)驗(yàn)樣機(jī)

對(duì)燃?xì)庠谇度胧饺細(xì)庠畹娜紵M(jìn)行熱工分析，輸入總熱量Q入包括燃?xì)馊紵a(chǎn)生的化學(xué)熱Q1、參與燃燒的空氣帶入的熱量Q2、參與燃燒的燃?xì)鈳氲臒崃縌3，燃燒釋放的總熱量近似等于燃?xì)馊紵a(chǎn)生的化學(xué)熱。其在換熱過(guò)程有三種方式，分別是熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。根據(jù)能量守恒定律可得：Q入=Q出Q入=Q1+Q2+Q3Q出=Q4+Q5+Q6η=Q4/Q1式中：Q入—傳熱過(guò)程中的總輸入熱量，kJ；Q出—傳熱過(guò)程中的總輸出熱量，kJ；Q1—燃?xì)馊紵龝r(shí)產(chǎn)生的熱量，kJ；Q2—燃?xì)鈳?lái)的熱量，kJ；Q3—燃?xì)馊紵龝r(shí)，空氣帶來(lái)的熱量，kJ；Φ—鍋內(nèi)水的吸收的熱量，即有效熱量，kJ；Q5—高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃?，kJ；Q6—其他對(duì)外的損失熱量，kJ；η—熱效率，%。其中，高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃縌5和其他對(duì)外的損失熱量影響著嵌入式燃燒灶的熱效率。因此通過(guò)提高鍋水的熱吸收、減少損失熱量是提高燃?xì)庠顭嵝首钪苯佑行У姆椒?。提高鍋水的熱吸收量，?jù)傳熱學(xué)公式：Φ=AhΔT式中：A—傳熱面積，m2；h—總傳熱系數(shù)，W／(m2•K)；ΔT—傳熱溫差，K。其中：式中：h1—燃燒側(cè)對(duì)鍋底的對(duì)流傳熱系數(shù)，δ—鍋的厚度，λ—鍋底的導(dǎo)熱系數(shù)，h2—鍋對(duì)水的的對(duì)流系數(shù)，ΔT—火焰外焰溫度tf1與鍋內(nèi)水的溫度tf2之間的傳熱溫差。提高鍋的吸收熱量需要從煙氣側(cè)的對(duì)流系數(shù)，火焰和鍋底的接觸面積和提高傳熱溫差三個(gè)方向考慮。（1）提高鍋外側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)h1。對(duì)流傳熱系數(shù)h1與煙氣的物性、流動(dòng)速度以及鍋的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)，降低鍋底的熱阻即減小鍋表外面熱力邊界層。通過(guò)增加擾動(dòng)降低熱力邊界層，提高換熱系數(shù)。如采用旋轉(zhuǎn)火焰燃燒或交叉火焰燃燒等方式。（2）增加燃?xì)庠畹幕鹧媾c鍋底的鍋底面接觸。目前的燃燒器一般包括內(nèi)環(huán)火焰與外環(huán)火焰，由于內(nèi)環(huán)的熱負(fù)荷小，熱流強(qiáng)度不高，雖然外環(huán)火焰與二次空氣接觸充分，但火焰靠近鍋底外側(cè)，造成熱效率不高。通過(guò)優(yōu)化火孔分布，加強(qiáng)內(nèi)環(huán)火焰的熱負(fù)荷，提高鍋底熱流強(qiáng)度，提高熱效率。（3）提高火焰與鍋底的傳熱溫差。鍋的溫度一般相對(duì)穩(wěn)定，只能提高火焰外焰溫度tf1來(lái)增圖1內(nèi)環(huán)熱負(fù)荷對(duì)熱效率的影響大換熱量。在燃?xì)獬煞峙c燃燒熱功率一定的情況下，火焰溫度與過(guò)?？諝庀禂?shù)緊密相關(guān)。對(duì)于燃?xì)庠?，其過(guò)剩空氣系數(shù)受一次空氣量和二次空氣量的影響。一次空氣量取決于引射結(jié)構(gòu)，提高一次空氣的溫度和加速一次空氣與燃?xì)獍l(fā)生預(yù)混，使其燃燒速度加快，火焰溫度高，為了確保燃?xì)獾耐耆紵?，參加燃燒的二次空氣量往往較大，導(dǎo)致火焰溫度和煙氣溫度的降低。因此，提高一次空氣系數(shù)，降低過(guò)?？諝庀禂?shù)，可以有效提高火焰外焰溫度tf1。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)為我司以液化石油氣/天然氣為燃料的三級(jí)能效的嵌入式燃?xì)庠?，額定熱負(fù)荷是4.2kw，熱效率為55%?，F(xiàn)有匹配的火蓋為普通直流火蓋，其在燃燒工況下，煙氣中Q2的體積分?jǐn)?shù)為10.7%，CO的體積含量為243ppm。根據(jù)上述的理論，對(duì)燃?xì)庠钸M(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。測(cè)試環(huán)境條件：大氣壓力：100.6kpa，環(huán)境溫度：23.5℃，濕度：73.4%RH。測(cè)試使用燃?xì)鉃橐夯蜌猓?0Y），15℃低熱值華白數(shù)：73.51MJ/Nm3，理論CO2：13.788%，額定燃?xì)鈮毫Γ?.8kpa.

3節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1燃燒器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。燃?xì)饨?jīng)噴嘴噴出，進(jìn)入文丘里管時(shí)，燃?xì)鈮毫ο陆?，流速提升，吸進(jìn)一次空氣，一次空氣與燃?xì)庠跀U(kuò)張管內(nèi)混合后，經(jīng)過(guò)火蓋的火槽，以一定的夾角和速度噴出，燃燒火焰向上擴(kuò)散，底部形成負(fù)壓，進(jìn)一步吸入二次空氣，加速空氣與燃?xì)獾脑倩旌先紵?。因此合理的噴嘴尺寸與文丘里管的最優(yōu)匹配，將帶入足夠的一次空氣，提高了燃?xì)庠畹臒嵝省娮斓呐浔扰c文丘里管如同冰箱中壓縮機(jī)，對(duì)于燃?xì)庠畹臒嵝势鹬P(guān)鍵作用。燃?xì)庠诹鹘?jīng)火蓋時(shí)，使其火焰產(chǎn)生較強(qiáng)的擾動(dòng)，提高提高過(guò)外側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)h1。優(yōu)化設(shè)計(jì)采用旋流式火蓋，減小溫度邊界層和熱力邊界層，提高換熱系數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證新設(shè)計(jì)旋流式活蓋對(duì)整機(jī)的熱效率的影響，測(cè)試發(fā)現(xiàn)旋流式火蓋性能由于普通直流式火蓋，熱效率和煙氣等性能指標(biāo)，普通的直流式熱效率均低于旋轉(zhuǎn)式的火蓋，旋轉(zhuǎn)式火蓋燃燒器燃燒更均勻穩(wěn)定且，煙氣中CO含量更低。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。3.2提高內(nèi)環(huán)的熱負(fù)荷。外環(huán)火焰直接與大氣接觸，如果外環(huán)熱負(fù)荷過(guò)大，則產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔鈦?lái)不及與鍋進(jìn)行換熱，直接排到大氣中，造成能量的損失。通過(guò)主副燃燒器的噴嘴尺寸優(yōu)化，來(lái)調(diào)整其內(nèi)外火環(huán)的熱負(fù)荷比例，實(shí)現(xiàn)熱效率的提升。在試驗(yàn)過(guò)程中，不斷提高內(nèi)環(huán)火熱功率，其熱負(fù)荷從23％逐步提高至38％，發(fā)現(xiàn)其熱效率先增加后減小的趨勢(shì)。在增大到一定比例時(shí)，其煙氣中CO含量翻倍增長(zhǎng)，熱效率未出現(xiàn)提升，如見(jiàn)表2所示。由圖1、2可知，在熱負(fù)荷33%時(shí)，其熱效率表3不同二次進(jìn)風(fēng)面積對(duì)燃燒對(duì)比二次空氣面積mm2熱最高，燃料燃燒比較充分以及過(guò)剩的空氣系數(shù)較小。提高內(nèi)環(huán)的熱負(fù)荷，有利于燃?xì)庠畹臒嵝实奶岣?，但?dāng)內(nèi)環(huán)熱負(fù)荷過(guò)高，出現(xiàn)熱效率下降的趨勢(shì)，煙氣中CO含量隨之快速增加，不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。造成燃燒惡化的主要原因是二次進(jìn)風(fēng)量滿足不了內(nèi)環(huán)的需求量，導(dǎo)致貧氧燃燒，火焰長(zhǎng)度拉長(zhǎng)，造成了燃燒工況的惡化，從而導(dǎo)致煙氣中CO含量超標(biāo)。內(nèi)環(huán)火在鍋底中央，其產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠阱伒诇舻臅r(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此增大內(nèi)圈火的熱功率，火力更加集中在鍋底，增加傳熱面積，增強(qiáng)了高溫?zé)煔鈱?duì)鍋和水的對(duì)流傳熱。但當(dāng)內(nèi)環(huán)熱負(fù)荷增大到一定程度時(shí)，內(nèi)環(huán)火焰燃燒所需的二次空氣補(bǔ)充不足，不完全燃燒程度增大，從而導(dǎo)致煙氣中CO含量迅速增長(zhǎng)。因此確定合適的內(nèi)環(huán)火熱功率有利于提高燃?xì)庠畹臒嵝省?.3改善二次進(jìn)風(fēng)量。嵌入式燃?xì)庠蠲姘逄幱诜忾]狀態(tài)，二次進(jìn)風(fēng)不像臺(tái)式灶具那樣，中間通道供給空氣。因此嵌入式燃?xì)庠钚枰獌?yōu)化設(shè)計(jì)二次空氣通道用于補(bǔ)充空氣。測(cè)試發(fā)現(xiàn)檢測(cè)煙氣中的氧含量往往高于臺(tái)式燃?xì)庠钊紵a(chǎn)生的氧含量，表明其過(guò)?？諝庀禂?shù)較大，故其熱效率不高。因此改善二次進(jìn)風(fēng)，減小高溫?zé)煔獾膿p失，有利于嵌入式燃?xì)庠顭嵝实奶岣?。煙氣體積取決于過(guò)?？諝庀禂?shù)，減小煙氣量的熱損失，有助于其熱效率的提高。通過(guò)改善二次空氣補(bǔ)充，降低過(guò)?？諝庀禂?shù)。燃燒過(guò)程中，熱損失主要包括高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃縌5和其他損失熱量Q6，如火焰對(duì)外輻射的熱量以及燃?xì)庠顚?duì)外的熱量損失，因Q6影響因素太多，此處不做太多分析。根據(jù)換熱原理有：Q5=CpρVyΔT煙式中：ρ—煙氣的密度，kg／m3；Vy—燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣體積，m3；Cp—煙氣的比定壓熱容，kJ／(kg•K)；ΔT煙—煙氣離開(kāi)鍋壁面的溫度與環(huán)境溫度的差值，℃。針對(duì)二次進(jìn)風(fēng)面積，設(shè)計(jì)了四款不同的爐頭，其中其二次進(jìn)風(fēng)的面積分別是6825mm2，5119mm2，，3413mm2，1706mm2，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其不同面積的二次進(jìn)風(fēng)量的熱效率。其CO的含量和熱效率如表3所示。適當(dāng)降低二次進(jìn)風(fēng)面積，減小了其剩余空氣系數(shù)，降低了高溫?zé)煔鈳ё叩臒釗p失，進(jìn)而提高了燃?xì)庠畹臒嵝?，但繼續(xù)降低二次進(jìn)風(fēng)面積，則出現(xiàn)熱效率下降，以及CO的體積含量急速升高，主要是因?yàn)閮?nèi)環(huán)的火焰無(wú)法獲得足夠的空氣，出現(xiàn)不完全燃燒導(dǎo)致的。因此合理的設(shè)計(jì)二次進(jìn)風(fēng)面積，才能獲得燃燒效率的提升。3.4鍋架高度的優(yōu)化。當(dāng)燃燒器和內(nèi)外熱負(fù)荷確定后，需要對(duì)鍋架進(jìn)行最優(yōu)化匹配，往往鍋支架高度越低，燃燒火焰越易與鍋底表面接觸，增加了傳熱面積，有利于鍋熱量的吸收，增加有效熱量提高。但導(dǎo)致了二次空氣量減小，造成不完全燃燒，煙氣中CO含量超標(biāo)。接觸表面的提高，鍋支架高度越高，其燃燒所需的二次空氣量很多，燃燒也越充分，煙氣中CO含量很低。但火焰與鍋底的接觸表面的減小，煙氣的熱損失也增加，不利于鍋熱量的吸收，降低了熱效率。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鍋架高度對(duì)于嵌入式燃?xì)鉄嵝实挠绊?，其中鍋架高度是指鍋架的高度與火孔之間的高度差。測(cè)試鍋架高度分別為25mm，20mm，15mm，10mm等不同高度的鍋架，其測(cè)試分熱效率如表4所示。實(shí)驗(yàn)表明，適當(dāng)降低鍋架高度，可以提高嵌入式燃?xì)庠畹臒嵝?，但是隨著高度的降低，其煙氣中CO的含量也在隨著快速增加，造成這種現(xiàn)象的主要原因是，高度的下降，提高了火焰在鍋底的停留時(shí)間，但同時(shí)也惡化了二次進(jìn)風(fēng)，造成貧氧燃燒，降低的了燃?xì)獾娜紵?，進(jìn)而降低了嵌入式燃?xì)庠畹臒嵝剩S著鍋架高度的增加，外環(huán)的二次空氣增加，促進(jìn)了外環(huán)內(nèi)焰的燃燒，減小了不完全燃燒的損失，故其內(nèi)火焰的溫度升高，但其內(nèi)環(huán)的火焰溫度下降，長(zhǎng)度變短，內(nèi)環(huán)的外火焰溫度和長(zhǎng)度變化不大。雖然二次空氣量增大，同時(shí)也促進(jìn)了外延的擴(kuò)散燃燒，但其熱損失也在增加，使得外延溫度變化不大。3.5余熱利用。嵌入式燃?xì)庠钤谑褂萌紵龝r(shí)，不可能實(shí)現(xiàn)燃料的能量100%轉(zhuǎn)移到鍋具內(nèi)，總有一部分的熱量通過(guò)對(duì)流、熱輻射的方式，散失到外界空氣中。如何考慮對(duì)于煙氣中余熱回收，也是燃?xì)庠顭嵝侍嵘囊环N方式。通過(guò)煙氣的余熱預(yù)熱一次空氣，提高空氣的焓值，有利于提高火焰的燃燒溫度，增加鍋底的熱流強(qiáng)度，提高火焰與鍋底的換熱效率，進(jìn)而提高燃?xì)庠畹臒嵝?；同時(shí)對(duì)嵌入式燃?xì)庠钪車(chē)P(pán)有水管，利用煙氣的余熱加熱水，并與其他設(shè)備合理利用，提高了能量的利用率和減少煙氣與大氣環(huán)境的熱擴(kuò)散，在一定程度也是一種提高燃?xì)庠顭嵝实姆绞健?/p>

4結(jié)論

（1）本文通過(guò)對(duì)嵌入式燃?xì)庠钭鋈紵蛡鳠徇^(guò)程的分析，通過(guò)對(duì)其燃燒結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改善內(nèi)外環(huán)熱負(fù)荷比率，提高鍋底的熱流強(qiáng)度，增強(qiáng)火焰與鍋底的擾動(dòng)，加快燃燒速度，強(qiáng)化對(duì)流換熱，實(shí)現(xiàn)較大幅度節(jié)能效果。（2）一次空氣和二次空氣對(duì)嵌入式燃?xì)庠畹挠绊戄^大，因此合理配比一次空氣和二次空氣，優(yōu)化二次進(jìn)風(fēng)面積，降低過(guò)?？諝庀禂?shù)，提高火焰溫度，增加鍋底的熱流強(qiáng)度，進(jìn)而獲得較高的熱效率。（3）增加燃?xì)庠钌嫌酂峄厥昭b置，加熱一次空氣提高火焰溫度和利用高溫?zé)煔庥酂峒訜崴糜谄渌猛?，提高了能源利用率和燃?xì)庠畹臒嵝省?/p>

作者:魏華鋒 班永 王強(qiáng) 單位:杭州老板電器股份有限公司