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    浅谈预混式余火再利用节能灶的原理在商用灶上的应用
    发布时间 : 2018-03-21 20:10 浏览量 : 74

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    浅谈预混式余火再利用节能灶的原理在商用灶上的应用

                           ------作者  陈立德

    2010年浙江省燃气具行业协会举办的全省能效测评,科莱尔公司的产品燃气蒸箱、大锅灶、炒灶、矮脚灶获得了四项一级能效,在这四项产品中,除了燃气蒸箱我们使用的是强制热交换原理外,其它三种产品基本上使用的是:“预混+余火再利用=热效率提高”这一原理。

     

    众所周知,中餐烹饪经常需要猛火爆炒,这就对灶具提出了很高的要求,除了要求炉膛、炉芯能耐受长期高温外,还要求火力必须足够大?;痪浠八狄?/span>0.1平方米的面积上达到有效热负荷10kw以上,如此有限的面积接受这样的热负荷是很困难的,尤其是12kw以上更加困难,传统的做法就是增大火流速度,通过提高风速,增加燃气的供应量来实现,从而使火焰冲击锅底的速率加快,达到提高有效热负荷的目的。

    当商用灶有效热负荷达到10kw以上时,仅仅通过增加火流速度,也就是单纯通过强制对流来实现提高有效热负荷是十分低效的,甚至每提高10kw热负荷获得的有效热负荷不到10%,而且热负荷越高有效热负荷增加率越低。这也是目前很多大功率中餐商用灶热效率长期徘徊在10%-15之间的原因。因此,仅仅靠强制对流难以获得较高的有效热负荷,因为锅底的面积已经限定。

    众所周知,热有三种传递方式,除了对流之外还有辐射和传导,传导在中餐灶具中的应用实例也不少,但在本文中暂不考虑,而辐射是一个非常简便易行的传热方式。

    中餐炒灶的热利用率非常低,余火浪费很大,这就为实现辐射传热提供了条件。其实传统炒灶中的辐射也是普遍存在的,无论是宁式灶还是广式灶,当火焰气流射向锅底被弹射切向流经锅底面时,一方面与锅底进行对流热交换,一方面向锅底辐射红外线进行辐射热交换。但气体的密度毕竟很低,通常是固体密度的千分比级别,所释放的红外线和其他频率的射线相对固体也是千分比级别的。因此,火焰气流红外线对有效热负荷的贡献率很低,热量白白的从烟道或炉圈溢烟口流失。如果我们把炉膛中加装一圈蜂窝陶瓷板,把炉膛分割成主炉腔和副炉腔,炉圈去掉溢烟口,副炉腔设置烟道或排烟口,当锅放到炉圈上强行让余火通过陶瓷板使陶瓷板被加热,再从副炉腔的烟道排出,这样陶瓷板充分吸收余火的热量,自身温度可以被加热到高度900°C,通常温度也能达到700-800°C(详见专利号200620140127.4),我们可以根据Stefan-Boltzmann定律计算出蜂窝陶瓷板的辐射功率:

    E=σT4

    其中σ是Stefan-Boltzmann常数5.6696x10-8W?m-2?K-4 ,T是绝对温度,陶瓷板的面积大约为0.1㎡,陶瓷板的工作温度为800°C,绝对温度为1073K

    E=5.6696x10-8 x0.1x1073x1073x1073x1073=7.5kw,

    因此陶瓷板的红外线辐射贡献率高达7千瓦以上,如果主火有效热负荷是9kw,陶瓷板红外线辐射是7kw,总有效热负荷理论上可以达到16kw,实际效果也可以达到14kw以上,

    这对任何菜系的火力要求都是足够的。


    图一   预混式余火再利用节能灶的构造


    image.

    图二    传统炉灶燃烧温度低,强制对流效果差。

    关于预混式炉头提高热效率很多文章都有介绍,这个效果是公认的。但单靠预混式炉头有很多弊端,其中之一就是如果炉头离锅底太近会导致锅底局部过热,太远又会降低热效率,如果结合陶瓷板收集余火技术就可以克服这一弊端,陶瓷板的热辐射指向锅体的周边,弥补了单纯预混炉头的不足。预混式余火再利用节能灶就是使用预混炉头结合陶瓷板技术利用余火转化为红外线的方式提高整体的热效率。归纳起来就是通过预混提高火焰的温度,这样对热效率的提高贡献度比传统大约提高30%左右(单纯预混式炉头因为离锅底远,达到这一效果是困难的),陶瓷板的红外线辐射比传统炉头提高30%以上,综合提高高达50%以上。热效率最高可以做到48%以上,有效热负荷可以做到16kw以上。

    以上介绍的是注重陶瓷板辐射效果结合预混式炉头提高热效率的技术,笔者在早期开发炉头时还另外注意到了将陶瓷板辐射作为辅助手段,强调强制对流提高热效率的技术(见专利200620140958.9),效果也十分显著,具体说来就是使用预混式炉头,把陶瓷板拼成椎体,取消副炉腔,陶瓷板做成通孔或盲孔,使炉腔容积变小,这样锅和陶瓷板形成的椎体之间形成一个狭缝,余火强行通过锅底和陶瓷板之间的狭缝时火焰的流速会明显提高,因此也就提高了强制对流的效果,同时陶瓷板也会部分发红辐射出一定量的红外线。当然这样做红外辐射的效果会差些,但强制对流的效果会有所改善,除此之外具体应用还有其他的好处,这里就不一一累絮了,事实上,很多厂家都在应用这以技术,也在这方面的应用已经取得很好的成效。

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