环保节能型醇基燃料小型燃烧器设计与应用

　　【摘 要】文章通过对燃烧器的聚热板材质、控制系统、炉膛、热反应盖、自加热气化系统等方面进行优化试验，设计了一种适合醇基燃料的小型燃烧器，综合热利用率达65%以上，可作为餐饮行业燃气灶替代方案。

　　【关键词】醇基;燃烧器;控制系统;气化

　　目前，餐饮业厨房的普通炒灶很容易实现采用醇基燃料加热烹饪，但存在单头小火炉、多头煲仔炉由于其单个燃烧器所需的燃料供给量范围小，所以产生热燃烧效率低等问题。我国醇基燃料事业起步于20世纪80年代末，在能源消耗行业中虽然起步晚，但是发展势头迅猛。醇基燃料主要集中应用于餐饮行业和环保型工业中，近几年产品覆盖面逐渐扩大，醇基燃料行业中企业之间的竞争越来越激烈。醇基燃料作为清洁能源推广应用在餐饮业，除了能改善厨房的环境，实现清洁醇基燃料作为新能源替代化石燃料的使用，最大限度地提高能源供给能力，改善能源结构，实现能源使用多样化，也实现了真正意义的环保减排[1]。

　　1 醇基燃料燃烧器的分类

　　广西区内从事该领域研究的主要是桂林市淦隆环保科技有限公司，该公司专注清洁醇基燃料的开发与应用，属于醇基燃料行业产业链中游。目前，醇基燃烧器主要有液面直燃式、打气加压式、气体烧料加压式、自增压式4类[2](见表1)。

　　2 餐饮醇基燃烧器的设计

　　2.1 总体设计思路

　　设计的民用燃烧器如图1所示，主要思路是利用碳化硅性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好的特点，通过在炉底座上设置由碳化硅压制成型热量集聚板，结合由碳化硅压制成型的耐火圈，热量传导迅速，炉膛的温度很快均匀，从而达到燃烧炉在刚开始工作时炉膛快速升温的目的。碳化硅性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，用碳化硅压制成型的炉底座、耐火圈，以不锈钢制作燃烧器，可有效延长本新型燃烧炉的使用寿命，降低维护费用。在23 ℃室温下进行实验测试，燃烧炉点火开始的15 min，炉膛内的温度达到680 ℃;使用30 min后，熄火，熄火1 h后测炉膛内的温度为202.6 ℃。该燃烧器可快速升温至1 200 ℃以上，高温更加有利于醇基燃料完全分解燃烧，从而产生更多的热量，提高热效率，节省燃料，同时熄火后的炉膛具有更长的保温时间。

　　2.2 燃烧控制系统设计

　　普通的液体燃料燃烧器、燃烧机等燃烧设备，其燃烧工作原理是采取将液体燃料直接喷射出，雾化或者汽化后与空气混合燃烧，没有获得最佳的燃烧效果，同时尾气中的有害物质含量超出排放标准规定量[4]。本文通过控制系统实时控制鼓风机与电磁泵实现燃烧器内风和燃料的自动配比获得最佳燃烧效果，减少废弃物排放。智能化燃烧控制系统的核心部件包括风机控制模块、电磁泵控制模块、点火器模块和MCU模块几个部分，MCU模块与风机控制模块、电磁泵控制模块和点火器模块电连接。MCU模块可以分别控制风机控制模块和电磁泵模块，从而分别实时控制鼓风机的转速与电磁泵的转速，实现燃烧器内风和燃料的自动配比。通过实时控制鼓风机与电磁泵实现燃烧器内风和燃料的自动配比，促进燃料燃烧完全，一方面降低燃料的消耗，另一方面减少燃烧尾气中的有害气体排放，有利于环境保护。燃烧控制系统设计思路如图2所示。

　　燃烧控制系统包括风压检测模块、燃料流量检测模块、输入模块、状态显示模块、火焰离子检测模块和声光报警模块等辅助模块。在燃烧的过程中，用户可以通过按键输入模块实现按键控制燃烧火力的大小，整个过程中风与燃料根据过量空气系数自动配比;状态显示模块实时显示系统状态;当系统出现故障，可通过以太网通信接口模块输入或者输出数据，维修人员通过通信接口模块进行系统的调试与维修;风压检测则模块实时检测鼓风机风路中风的压力;燃料流量检测模块实时检测电磁泵内液体的流速;火焰离子检测模块检测燃烧器内的火焰;声光报警模块可以通过MCU模块的检测结果发出声光报警。

　　2.3 炉膛燃烧效率对比试验

　　通过对成形炉膛和无成形炉膛的家用燃烧器进行自来水加热(固定时间)，计算2种炉膛的热效率，测试环境温度为25 ℃，测试对象为各加热自来水3.0 kg，自来水的温度为23 ℃。试验结果表明：采用无成形炉膛加热3.0 kg自来水116 s，消耗醇基燃料0.145 kg，热利用效率为38%;采用成形炉膛加热3.0 kg自来水114 s，消耗醇基燃料0.107 kg，热利用效率为44%，通过对比试验确定该家用醇基燃烧器采用成形炉膛结构。根据上述实验结果，采用成形炉膛方式作为本设计的优选方案。炉膛热利用效率对比见表2。

　　2.4 热反应盖优选试验

　　热反应盖的设计思路是提供高温的环境，醇基燃料按最佳的分解方式燃烧，从而提升燃烧率和热利用率，能充分保证螺旋状火焰对碳化硅炉膛座加热，防止敞口式的耐火圈导致少部分来不及分解燃烧的醇基燃料被甩到炉膛外。本文初步优选了5种市场上常见的热反应盖进行燃烧试验，通过对空白照组无热反应盖进行综合对比后确定最佳的热反应盖类型。试验环境条件如下(见表3)：實验室空气温度为26 ℃，加热的自来水量为3 kg，水温为22 ℃。实验结果表明，5号底部有8个凹槽中心无孔的热反应盖结构类型为当前最佳的醇基燃料热反应盖，3 kg自来水从22 ℃升温到100 ℃仅需103 s，热利用效率达44.12%，也无烧焦锅底现象。

　　2.5 醇基燃料自加热汽化系统设计

　　目前，国内的液体醇基燃料以醇基燃料为主，它是公认的清洁燃料。醇基燃料的密度为0.791，熔点为-97.8 ℃，沸点为64.7 ℃，燃点为475 ℃，比热容为2.51 kJ/kg·K，蒸发热为35.32 kJ/mol。利用醇基燃料沸点低、容易加热汽化的特点，设计一种小型醇基燃料自加热汽化燃烧系统，利用醇基燃料汽化燃烧产生的热量加热液体醇基燃料获得汽化输出，不需要另外的醇基燃料汽化热源。自加热汽化装置安装于火焰根部，即利用内焰加热自加热汽化装置，保证了液体醇基燃料汽化输出效果，同时保护自加热汽化装置免受高温氧化，延长自加热汽化装置的使用寿命，其核心思路是根据醇基燃料的特性，通过温度传感探针设定内胆中的安全点火温度T 1=65～75 ℃、加速点火温度T 2=160～170 ℃和运行温度T 3=250～280 ℃之间的转换和控制来调整。

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文章名称： 环保节能型醇基燃料小型燃烧器设计与应用

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