浅析嵌入式上进风燃气灶的结构

1、浅析嵌入式上进风燃气灶的结构 作者：靳文杰 王 文章来源：天津市公用事业设计研究所 点击数：2004更 新时间：2008-3-6 20:30:22里收赦贡 1前言 对嵌入式灶所使用的上进风燃气燃烧器（以下简称 上进风燃烧器”应该重 新认识。该燃烧器的质量优劣悬殊，差距较大。因此，针对家庭使用对燃烧器 性能的要求，设计一种结构紧凑而又具较大热负荷，较高热效率，且烟气中有 害气体含量低的燃气灶，具有较好的市场前景。 2结构原理 按照大气式燃烧原理设计的燃烧器， 它具有稳定性好，热流量调节范围大， 不易回火，脱火极限高等及具有一般大气式燃烧器的特点。还有： a、烟气中一 氧化碳含量低，清洁无黑烟，锅

2、底无结碳；b、取消了风量调节器，可随着燃气 量的变化，能自动调节一次空气引风量；c、主要从灶面上部燃气器的侧向一次 引风通道引入一次空气，火力均匀；d、拆卸方便，易清洁。 该燃烧器由下壳、引射器、主体、火盖、装饰圈、喷嘴等组成 （见图）。在 外环火盖外缘下方，主体的外圆柱上部表面圆周沿水平倾斜向上呈 a角，均匀 分布着一圈梯形、圆形或矩形火孔；在内环火盖外缘，主体的内环圆柱上部， 沿水平倾斜向上呈B角，均匀分布着一圈圆型火孔。向上倾斜的火孔布置使火 焰燃烧时燃烧器不致过热，容易混合二次空气助燃。主体的内环顶部均匀分布 着一圈垂直向上的圆型保 1下壳 2燃气进口 3一次引风通道 4引射器 5主体

3、 6火盖 7保火孔 8火孔 9锅架 10.装饰圈11.汤盘12.灶面13.二次引风通道 14吸气口 15喷嘴 16灶壳 上进风燃烧器结构原理图 火孔。保火孔射出的燃气通过内环火盖与主体顶部缝隙流出，起到为内环火稳 焰，防止脱火的作用。引火器是燃烧器的核心部分，垂直布置在燃烧器的中心 位置与喷嘴中心同轴，其吸气口截面与喷嘴轴线垂直，作用是将喷嘴射出的燃 气与吸气口引入的一次空气混合成燃气混合气， 输送给送气通道， 传送到火孔。 装饰圈又可称为 “分火圈 ”作用是将热烟气流和冷空气流隔开，便于冷空气吸入 装饰圈下一次引风通道，不受装饰圈上部的热烟气流的影响和干扰。位于燃烧 器下壳的二次引风通道为燃

4、烧火焰提供二次空气。锅底至火盖上表面空间距离 的空气流动也为火焰提供二次空气。 当燃气在一定的压力下，以一定的速度从喷嘴射出，进入引射器。引射器 吸气口燃气气流周围压力低于外界压力形成负压，周围空气就自动经燃烧器的 四个一次引风通道经过吸气口吸入引射器、且迅速与燃气混合，形成符合一定 比例，垂直向上的混合气流，边混合，边送气。首先向距离最近的内环火孔供 气，然后通过分布于主体内的四个送气通道向外环火孔供气，混合气以一定的 夹角，流速自火孔流出，经点火器点燃，形成均匀的内外双环蓝色火焰。并依 靠装饰圈隔开冷热气流，便于装饰圈下的一次引风通道引入一次空气与燃气混 合，还便于从装饰圈下的二次引风通道

5、引入二次空气，分配给火焰助燃，二次 空气的流通还可以起到降低灶内温度作用 例如：某市居民小区采用集中供给液化石油气和空气混合气，指定使用天 然气灶。当使用天然气上进风嵌入灶按下手钮点火时，火也只能点燃 1 6，大 部分火孔脱火，抬手后火焰全部熄灭。 调查：使用下进风天然气灶的邻居调整风门后燃烧正常。 分析：混合气配比与当地天然气华白数、燃烧势不符，空气比例大，引射 一次空气过多，燃烧速度小于气流速度所以脱火。 维修内容：更改花盆型喷嘴，比原喷嘴加高5mm孔径不变，使用中燃烧正 常，经检验一氧化碳合格。加高喷嘴后减少了一次空气引射量，使燃烧速度与 气流速度平衡。 建议：上进风燃烧器要根据当地气源

6、设计，气源成分，压力变化后，灶具 也要改进。 当上进风燃烧设计合理时，每个火孔喷出倾斜向上的蓝色火焰，内外焰清 晰，火焰短而有力，否则，会造成脱火回火，黄焰等非正常燃烧状况，烟气中 有害气体会迅速增加。 3 上进风燃烧器设计问题 31 喷嘴孔径计算 喷嘴孔径计算公式： d=(Lg/0. 0035a)(S/h)1/4 Lg=I/Qd 其中：d喷嘴直径(mm); Lg燃气流量(m3/h); S相对密度；h燃气 压力(Pa); Qd燃气低热值(MJ/m3); I 设计热流量(MJ/h);卩贲嘴流量系 数，取 0. 70. 8。 设计后的喷嘴孔实测热流量与设计热流量的偏差小于 15为合格。如果 超出偏

7、差范围应对孔径修正。 32 火孔设计 (1)根据气源种类选择表 1 中间偏大的火孔热强度，但比台式燃气灶的燃烧 器应减小 2 4，以适应嵌入灶二次空气流通较差、灶体散热慢的情况。 火孔总面积 Sp=I qP I 额定热流量 (kW) qp火孔热强度(kW/ mm2) (2)为了火焰与二次空气能够充分混合，单火孔面积不易过大，火孔间需有 合适的距离，可参考表 1 经验参数计算选取单火孔面积和火孔距离，确定出火 孔个数。火孔应设计倾斜向上的 a B角。a B角过小，火焰向外，燃烧器温 度低，向周围散热多，热效率低；a B角过大，火焰向内，燃烧器温度低，向 周围散热少，热效率低；a B角适中，火焰集

8、中对受热体加热，向周围散热少， 火焰向内，燃烧器温度低，向周围散热少，热效率较高。取值范围a =403 B =37 3 3引风通道 根据额定热流量设计一次引风通道和吸气口内径，参考表 1。二次引风通 道的设计截面积大于 4 倍火孔总面积。 3. 4 e A、B值的选择 引射器内外径 3/12=e喷嘴与引射器之间距离B及燃烧器主体内壳顶 部与引射器上端面之间距离 A 三个数据直接影响一次空气的引射量， e、 A、 B 值越小，引射一次空气量越少，越容易出现黄焰等不完全燃烧情况；而 e、 A、 B 值越大，引射一次空气量越多，越容易出现脱火、回火不稳定燃烧状态。要 根据不同气源进行设置。经过实验达

9、到最佳燃烧状态，确定最佳值。 35 燃烧器下壳 燃烧器下壳中心螺孔上端面要采用机加工方法，车削成平面或在螺孔上部 加工出一个锥面与喷嘴锥面锥度相符，严密密封。下壳内腔不应为封闭结构， 应在底部加工一个4 5mm以上的通孔，液体流入下壳，可迅速排出，避免 腐蚀下壳。 3 6锅底至火盖距离 D 合理的距离D,应使以a B倾角燃烧的火焰外焰刚好接触锅底， 缩短了内 焰高温区与锅底距离，延长了烟气与锅底接触时间，增加了换热面积。在保证 较高热效率的条件下，可以适当增加高度 D，有利于锅底空气流通，补充二次 空气，降低燃气灶温度。 37设计火力集中的燃烧器 (1) 在热流量相同的条件下，应尽量设计较小燃

10、烧器外径 1和较大的内环 火孔面积，以满足烹调对中心火力的要求，又可提高热效率。 (2) 燃烧器内环火可设计成下进风结构，既可提高内环火热流量又能单独使 用内环火，并使燃烧器设计热流量增大。 4 燃烧状态的调整 4 1 热流量 满足烟气中有害气体在标准要求范围内，提高火孔热强度，使热流量达到 较大值。 42 烟气 改变喷嘴长度、几何形状使火焰保持在无脱火、回火、黄焰的稳定状态， 烟气中氧气在 10以内，一氧化碳应小于标准要求。 4. 3热效率 在满足烟气中有害气体浓度符合标准要求条件下，调整锅架高度，当锅架 过低，火焰受压影响热效率；当锅架过高，火焰烧不着锅底也会影响热效率。 应通过实验确定合

11、理的锅架高度，还应兼顾降低高度对灶内整体温度的影响。 表1不同气源的上进风燃烧器经验参数表 参数 人工煤气R 天然气T 液化石油气 Y 方火孔尺寸 2.5從 2.5 .5 2.5 X.5 LXH(mm) 1.5 4.2 2X4.2 2X4.2 园火孔尺寸(mm) 2.0 2.4 2.02.6 2.0 2.6 方火孔中心间距 (1.5 3)L较小值指大小相间布置的火 (mm) 孔中心间距 额定火孔热强度qp (W/mm2) 9.813.2 6.68.2 6.9 8.8 引射器内径/喷嘴外 径比eCV 1.21.5 1.42.0 人工煤气可设计带内侧 条孔的花盆型喷嘴 1.4 2.0 引射器上端与

12、主体内 壳顶部距离A 1.5 2.8 1.73.3 1.7 3.5 火孔面积/喷嘴面积 72 80 260340 560640 锅底与火盖距离 D(mm) 28 40 2538 25 38 喷嘴伸入引射器吸气 口距离B（mm） 616 316 3 8 单燃烧器额定热流量 l（kw） 3.4 3.9 3.23.7 3.2 3.7 一次引风通道截面积 /火孔总面积 0.70 0.75 吸气口截面积/火孔 面积 0.55 0.66 说明：本表数据供设计参考值 4. 4实验 通过对装有上进风燃烧器的嵌入灶的结构进行了多次改进和实验，确定了 设计的基本参数（见表2）,又对锅底至火盖高度D和热流量I的选取

13、做了实验（见 表3、表4）。实验结果表明采用高度D为26mm，热流量为3. 4kW，有较佳使 用效果。 表2燃烧器结构部分参数表 E( / ) A(mm) B(mm) 3（mm） (mm) p(mm2) 2.0 2.8 3.5 19 106 492 Sp火孔总面积 表3热流量I对火焰状态、烟气、效率的影响（D=26mm） 热流量 l(kw) 火焰状态 02 CO(10-6) COa=1(%) 效率(%) 3.88 有黄馅 8.1 460 0.075 54.1 3.40 正常 9.0 150 0.026 52.1 2.95 正常 13.5 58 0.016 48.9 表4锅架高度D对火焰状态、烟

14、气、效率的影响(1=3 . 4kW) D(mm) 火焰状 态 。2(%) CO(10-6) COa=1(%) 效率(%) 20 有黄焰 7.9 571 0.091 54.6 26 正常 9.0 150 0.026 52.1 36 正常 13.9 65 0.019 47.9 实验用气：天然气 W=52 . 8MJ/m3,Cp=41 5对嵌入式燃气灶设计的几点建议 (1) 漏气是首先需要重视的问题，要搞好阀体和气管的设计、加工。阀体、 燃烧器、气管组装前要进行检验，加工及装配后要进行严格的气密性检验。 (2) 点火检验一次点火率及燃烧性能。 在灶壳侧面底面设置大于火孔总面积 20倍以上的通风孔总面积。底部 设置较多的通风孔。并注意布置通风孔不要影响灶下壳强度，达到提供二次空 气，降低烟气中有害气体浓度；空气循环散热，降低灶内温度，防止机件过热， 还便于发现灶内部件漏气、机件损坏等故障；延长灶具使用寿命。 设计中应注意的问题： 根据嵌入式燃气灶封闭型结构的特点，灶具设计应注意以下问题： (1)燃烧器的热负荷应小于 36kW ，减少烟气中有害气体，降低灶内温度。 (2)灶壳设计容积大小应适中，超薄设计影响灶内散热。 (3) 下进风燃气灶设计的风量调节器 (风门 )应易于调整，人工煤气喷嘴和风 量调节器设计要考虑防止回火。 (4) 易于采用脉冲点火装置， 必须设置熄火保护装置， 意外漏气