大功率高效率的燃?xì)庠钛邪l(fā)探討

王 梅

（廣東萬和新電氣股份有限公司，廣州 528305）

我國具有較高的能源總量以及豐富的能源種類，但因我國人口數(shù)量較多，同世界上很多國家相比，人均可用能源量則相對較少。在生活中，能源可以說是保障生活質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，而在科技不斷發(fā)展的過程中，人們對能源的需求量以及依賴性只會逐漸增大，需要從多方面節(jié)約能源。在日常生活中，燃?xì)庠钍侵匾碾娖髟O(shè)備，人們需要做好高效率燃?xì)庠畹难邪l(fā)，在滿足人們生活需要的同時(shí)更好地達(dá)到能源節(jié)約的目標(biāo)。

1 高效燃?xì)庠罱Y(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

燃?xì)庠钤诎氚鼑目臻g內(nèi)燃燒，在燃燒過程中，部分熱量將經(jīng)過開放空間向外散發(fā)，因沒有充分利用而具體利用效率表現(xiàn)并不佳。通常，目前所使用的燃?xì)庠顭嵝识荚?6%左右。本研究希望通過新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來減少熱損失，以實(shí)現(xiàn)其使用效率的提升。本文設(shè)計(jì)的燃?xì)庠罹哂兴膫€(gè)顯著特點(diǎn)。

（1）在實(shí)際使用中，火焰以向內(nèi)的方式噴射，使火焰能夠以更為集中的方式對鍋底進(jìn)行加熱，同時(shí)減少火焰在燃燒中同周邊空氣的接觸面，在對高溫?zé)煔馔苓呡椛鋼Q熱情況進(jìn)行減少的基礎(chǔ)上對高溫?zé)煔馔伒组g的輻射換熱以及對流換熱進(jìn)行增加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱效率的提升。

（2）燃?xì)馊紵龝r(shí)會形成向上的氣流，人們可以充分發(fā)揮抽吸功能，從燃燒器的底部中心位置對二次空氣進(jìn)行補(bǔ)充，在燃燒充分的情況下獲得更少的廢氣排放量。

（3）使用集煙罩，其設(shè)置可以起到強(qiáng)化燃燒的作用，并提升換熱。

（4）對兩排火孔進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中第二排為環(huán)形火孔，能夠在穩(wěn)焰方面起到較好效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)二次空氣的充分利用。同普通燃?xì)庠钕啾?，其能夠較好地滿足低排放、大負(fù)荷以及高效率的運(yùn)行要求，其中，引射器以及爐頭等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以說是研究的關(guān)鍵點(diǎn)。考慮到未來需要對試驗(yàn)工況進(jìn)行不斷調(diào)整，具體設(shè)計(jì)也要充分考慮靈活性，即通過簡單方式的應(yīng)用即能夠起到變化結(jié)構(gòu)的效果，具體表現(xiàn)在噴嘴基座可以根據(jù)需求固定或者移動，可以更換火蓋同下方混合室連接部位，以更好地對不同狀況下的燃燒特性進(jìn)行研究。

2 高效燃?xì)庠罱Y(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)

2.1 燃燒器引射管設(shè)計(jì)

引射管是燃燒器的重要組成部分，具有對一次空氣進(jìn)行引射，使燃?xì)馔諝饩鶆?、充分混合以及提供燃燒器火蓋部分背壓的作用。對于引射管來說，其性能的高低將直接對燃燒器的燃燒特性產(chǎn)生影響，做好引射管的設(shè)計(jì)則成為獲得良好燃燒特性的關(guān)鍵。目前，很多關(guān)于引射管的研究都將其內(nèi)流動作為一維流動，在流線方向動量守恒的基礎(chǔ)上通過建立方程對其進(jìn)行計(jì)算，但該種計(jì)算方式并不能夠給出引射器的具體數(shù)值。

同傳統(tǒng)的引射器相比，高效引射器具有更大的熱負(fù)荷和燃?xì)饬?，人們需要在原有的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)引射器。具體來說，主要需要優(yōu)化的點(diǎn)包括有擴(kuò)壓段長度、喉部尺寸以及直管段長度等，增加喉部長度和直徑能夠有效優(yōu)化引射系數(shù)，漸擴(kuò)段長度增加2mm能夠獲得較好的效果，但如果繼續(xù)增加效果則不明顯。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，不可能對其長度與直徑進(jìn)行無限度的增加，人們需要聯(lián)系實(shí)際計(jì)算結(jié)果來確定適合的尺寸。

2.2 爐頭設(shè)計(jì)

在燃?xì)庠钪?，爐頭的作用有兩方面，首先，當(dāng)引射管當(dāng)中混合氣體傳輸?shù)綘t頭位置時(shí)，其可以進(jìn)行進(jìn)一步的混合處理。其次，爐頭能夠以均勻的方式將混合氣體通過火孔分配開來。目前，在家用燃?xì)庠钪校褂玫亩际嵌嗷鹂谞t頭，本設(shè)計(jì)使用的為多火孔爐頭。從理論角度來說，當(dāng)爐頭具有較大尺寸與面積時(shí)，混合氣體在火孔中分配的流量更為均勻，不同火孔具有更為平均的燃燒狀態(tài)。如果爐頭體積過大，在點(diǎn)火之前，爐頭將具有大量空氣，實(shí)際點(diǎn)火時(shí)存在較大的噪聲，在熄火時(shí)，爐頭中也具有大量的混合氣體，會出現(xiàn)熄火噪聲情況。通常，需要保證爐頭的截面面積為總火孔面積的兩倍。根據(jù)計(jì)算可知，爐頭直徑為100mm，能夠有效提升熱效率，雖然煙氣存在一定波動，但也符合國家相關(guān)要求。而在110mm后，繼續(xù)對爐頭直徑增加，熱效率卻逐漸下降，從綜合角度考慮，將爐頭直徑確定為100mm。

2.3 火蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在具體設(shè)計(jì)火蓋時(shí)，需要將火孔的燃燒能力作為關(guān)鍵因素進(jìn)行考慮。火孔的燃燒能力是指火孔完全燃燒、處于穩(wěn)定狀態(tài)下的燃?xì)馐褂昧?。在本設(shè)計(jì)中，它主要具有兩方面內(nèi)容。

2.3.1 外環(huán)火蓋設(shè)計(jì)

外環(huán)火蓋具有兩排火孔，即處于下部的環(huán)形火孔和處于上部的方形火孔。環(huán)形火孔的應(yīng)用，能夠?qū)Τ隹诘拿娣e與形狀進(jìn)行重塑，以改變火孔強(qiáng)度。本文對4種不同強(qiáng)度的外環(huán)火蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)，以逐漸增加火孔面積，降低火孔強(qiáng)度。

2.3.2 內(nèi)環(huán)火蓋設(shè)計(jì)

在燃燒器內(nèi)部對中心火進(jìn)行設(shè)計(jì)，其功率占總功率的20%。為了使外環(huán)與中心具有足夠的二次空氣進(jìn)口空間，滿足活動強(qiáng)度范圍，特對頂部位置不具有火孔的柱形火蓋、錐形火蓋以及頂部具有火孔的火蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)熱負(fù)荷目標(biāo)，有效節(jié)約空間。

2.4 混合室設(shè)計(jì)

在燃?xì)庠钊紵髦?，混合室的作用是充分均勻空氣、燃?xì)饣旌衔?，之后將其傳輸?shù)交鹕w的頭部位置，再分布到不同火孔實(shí)現(xiàn)完全、穩(wěn)定的燃燒。根據(jù)該要求，要保證頭部不同點(diǎn)具有相等的混合氣體壓力。需要注意的是，從引射管進(jìn)入混合室的過程中，需要保證混合氣傳輸?shù)臅惩ㄐ?，這樣才能夠保證混合氣體舒暢流動，使引射管能夠?qū)崿F(xiàn)足量一次空氣的引入。同時(shí)，要做好混合室容積控制，避免容積過大，防止在關(guān)火時(shí)由于內(nèi)部存在較多的混合氣體出現(xiàn)滅火噪聲情況。

2.5 煙氣罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

煙氣罩的設(shè)計(jì)，能夠使煙氣在鍋壁面以及鍋底位置具有更長的停留時(shí)間，使煙氣熱量能夠更好地加熱整個(gè)鍋體，有效提升燃燒產(chǎn)生的熱量。同時(shí)，在煙氣作用影響下，鍋外部空氣的熱對流以及熱傳導(dǎo)都將減少，以實(shí)現(xiàn)燃燒效率的提升。

3 結(jié)語

本文對大功率高效率的燃?xì)庠钛邪l(fā)進(jìn)行研究。未來，人們還需要不斷優(yōu)化細(xì)節(jié)，進(jìn)一步提升燃燒效率，以獲得更好的設(shè)計(jì)效果。

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