【摘 要】文章通過對燃燒器的聚熱板材質(zhì)、控制系統(tǒng)、爐膛、熱反應(yīng)蓋、自加熱氣化系統(tǒng)等方面進行優(yōu)化試驗，設(shè)計了一種適合醇基燃料的小型燃燒器，綜合熱利用率達65%以上，可作為餐飲行業(yè)燃氣灶替代方案。

　　【關(guān)鍵詞】醇基;燃燒器;控制系統(tǒng);氣化

　　目前，餐飲業(yè)廚房的普通炒灶很容易實現(xiàn)采用醇基燃料加熱烹飪，但存在單頭小火爐、多頭煲仔爐由于其單個燃燒器所需的燃料供給量范圍小，所以產(chǎn)生熱燃燒效率低等問題。我國醇基燃料事業(yè)起步于20世紀80年代末，在能源消耗行業(yè)中雖然起步晚，但是發(fā)展勢頭迅猛。醇基燃料主要集中應(yīng)用于餐飲行業(yè)和環(huán)保型工業(yè)中，近幾年產(chǎn)品覆蓋面逐漸擴大，醇基燃料行業(yè)中企業(yè)之間的競爭越來越激烈。醇基燃料作為清潔能源推廣應(yīng)用在餐飲業(yè)，除了能改善廚房的環(huán)境，實現(xiàn)清潔醇基燃料作為新能源替代化石燃料的使用，最大限度地提高能源供給能力，改善能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)能源使用多樣化，也實現(xiàn)了真正意義的環(huán)保減排[1]。

　　1 醇基燃料燃燒器的分類

　　廣西區(qū)內(nèi)從事該領(lǐng)域研究的主要是桂林市淦隆環(huán)保科技有限公司，該公司專注清潔醇基燃料的開發(fā)與應(yīng)用，屬于醇基燃料行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中游。目前，醇基燃燒器主要有液面直燃式、打氣加壓式、氣體燒料加壓式、自增壓式4類[2](見表1)。

　　2 餐飲醇基燃燒器的設(shè)計

　　2.1 總體設(shè)計思路

　　設(shè)計的民用燃燒器如圖1所示，主要思路是利用碳化硅性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好的特點，通過在爐底座上設(shè)置由碳化硅壓制成型熱量集聚板，結(jié)合由碳化硅壓制成型的耐火圈，熱量傳導(dǎo)迅速，爐膛的溫度很快均勻，從而達到燃燒爐在剛開始工作時爐膛快速升溫的目的。碳化硅性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好，用碳化硅壓制成型的爐底座、耐火圈，以不銹鋼制作燃燒器，可有效延長本新型燃燒爐的使用壽命，降低維護費用。在23 ℃室溫下進行實驗測試，燃燒爐點火開始的15 min，爐膛內(nèi)的溫度達到680 ℃;使用30 min后，熄火，熄火1 h后測爐膛內(nèi)的溫度為202.6 ℃。該燃燒器可快速升溫至1 200 ℃以上，高溫更加有利于醇基燃料完全分解燃燒，從而產(chǎn)生更多的熱量，提高熱效率，節(jié)省燃料，同時熄火后的爐膛具有更長的保溫時間。

　　2.2 燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計

　　普通的液體燃料燃燒器、燃燒機等燃燒設(shè)備，其燃燒工作原理是采取將液體燃料直接噴射出，霧化或者汽化后與空氣混合燃燒，沒有獲得最佳的燃燒效果，同時尾氣中的有害物質(zhì)含量超出排放標準規(guī)定量[4]。本文通過控制系統(tǒng)實時控制鼓風(fēng)機與電磁泵實現(xiàn)燃燒器內(nèi)風(fēng)和燃料的自動配比獲得最佳燃燒效果，減少廢棄物排放。智能化燃燒控制系統(tǒng)的核心部件包括風(fēng)機控制模塊、電磁泵控制模塊、點火器模塊和MCU模塊幾個部分，MCU模塊與風(fēng)機控制模塊、電磁泵控制模塊和點火器模塊電連接。MCU模塊可以分別控制風(fēng)機控制模塊和電磁泵模塊，從而分別實時控制鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速與電磁泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)燃燒器內(nèi)風(fēng)和燃料的自動配比。通過實時控制鼓風(fēng)機與電磁泵實現(xiàn)燃燒器內(nèi)風(fēng)和燃料的自動配比，促進燃料燃燒完全，一方面降低燃料的消耗，另一方面減少燃燒尾氣中的有害氣體排放，有利于環(huán)境保護。燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計思路如圖2所示。

　　燃燒控制系統(tǒng)包括風(fēng)壓檢測模塊、燃料流量檢測模塊、輸入模塊、狀態(tài)顯示模塊、火焰離子檢測模塊和聲光報警模塊等輔助模塊。在燃燒的過程中，用戶可以通過按鍵輸入模塊實現(xiàn)按鍵控制燃燒火力的大小，整個過程中風(fēng)與燃料根據(jù)過量空氣系數(shù)自動配比;狀態(tài)顯示模塊實時顯示系統(tǒng)狀態(tài);當系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可通過以太網(wǎng)通信接口模塊輸入或者輸出數(shù)據(jù)，維修人員通過通信接口模塊進行系統(tǒng)的調(diào)試與維修;風(fēng)壓檢測則模塊實時檢測鼓風(fēng)機風(fēng)路中風(fēng)的壓力;燃料流量檢測模塊實時檢測電磁泵內(nèi)液體的流速;火焰離子檢測模塊檢測燃燒器內(nèi)的火焰;聲光報警模塊可以通過MCU模塊的檢測結(jié)果發(fā)出聲光報警。

　　2.3 爐膛燃燒效率對比試驗

　　通過對成形爐膛和無成形爐膛的家用燃燒器進行自來水加熱(固定時間)，計算2種爐膛的熱效率，測試環(huán)境溫度為25 ℃，測試對象為各加熱自來水3.0 kg，自來水的溫度為23 ℃。試驗結(jié)果表明：采用無成形爐膛加熱3.0 kg自來水116 s，消耗醇基燃料0.145 kg，熱利用效率為38%;采用成形爐膛加熱3.0 kg自來水114 s，消耗醇基燃料0.107 kg，熱利用效率為44%，通過對比試驗確定該家用醇基燃燒器采用成形爐膛結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述實驗結(jié)果，采用成形爐膛方式作為本設(shè)計的優(yōu)選方案。爐膛熱利用效率對比見表2。

　　2.4 熱反應(yīng)蓋優(yōu)選試驗

　　熱反應(yīng)蓋的設(shè)計思路是提供高溫的環(huán)境，醇基燃料按最佳的分解方式燃燒，從而提升燃燒率和熱利用率，能充分保證螺旋狀火焰對碳化硅爐膛座加熱，防止敞口式的耐火圈導(dǎo)致少部分來不及分解燃燒的醇基燃料被甩到爐膛外。本文初步優(yōu)選了5種市場上常見的熱反應(yīng)蓋進行燃燒試驗，通過對空白照組無熱反應(yīng)蓋進行綜合對比后確定最佳的熱反應(yīng)蓋類型。試驗環(huán)境條件如下(見表3)：實驗室空氣溫度為26 ℃，加熱的自來水量為3 kg，水溫為22 ℃。實驗結(jié)果表明，5號底部有8個凹槽中心無孔的熱反應(yīng)蓋結(jié)構(gòu)類型為當前最佳的醇基燃料熱反應(yīng)蓋，3 kg自來水從22 ℃升溫到100 ℃僅需103 s，熱利用效率達44.12%，也無燒焦鍋底現(xiàn)象。

　　2.5 醇基燃料自加熱汽化系統(tǒng)設(shè)計

　　目前，國內(nèi)的液體醇基燃料以醇基燃料為主，它是公認的清潔燃料。醇基燃料的密度為0.791，熔點為-97.8 ℃，沸點為64.7 ℃，燃點為475 ℃，比熱容為2.51 kJ/kg·K，蒸發(fā)熱為35.32 kJ/mol。利用醇基燃料沸點低、容易加熱汽化的特點，設(shè)計一種小型醇基燃料自加熱汽化燃燒系統(tǒng)，利用醇基燃料汽化燃燒產(chǎn)生的熱量加熱液體醇基燃料獲得汽化輸出，不需要另外的醇基燃料汽化熱源。自加熱汽化裝置安裝于火焰根部，即利用內(nèi)焰加熱自加熱汽化裝置，保證了液體醇基燃料汽化輸出效果，同時保護自加熱汽化裝置免受高溫氧化，延長自加熱汽化裝置的使用壽命，其核心思路是根據(jù)醇基燃料的特性，通過溫度傳感探針設(shè)定內(nèi)膽中的安全點火溫度T 1=65～75 ℃、加速點火溫度T 2=160～170 ℃和運行溫度T 3=250～280 ℃之間的轉(zhuǎn)換和控制來調(diào)整。

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