民用燃气灶

一、概述：

最早的煤气燃烧器（燃气灶的燃烧部分）是几百年前由法国人研制，英国人发明并不断完善的。设计时依照不同空气系数下的火焰传播速度、喷射器喷出口速度和引射比(燃料流动能量所能吸入的空气量)及燃烧器制造装配过程中的误差等等因素，在即不发生回火，又尽量提高燃烧效率的原则下，将一次空气系数（提前预混的那部分空气）选择了0.6。又称大气式（半预混）    燃烧器。

燃料改为天然气后，人们也仅仅是将喷射器前燃料喷头直径大小及燃烧器的火焰出口进行了改动。

二、 问题的提出：

       按空气动力学知识，燃料喷头截面积的大小，与喷射速度无关，只影响喷射流量。而直接影响喷射器引射比的因素，就是燃料喷头的喷射速度。就是说，燃料改为天然气后燃烧器的这种改变，没有影响到引射比。“一次空气系数”还是0.6。

   所谓空气系数，是指燃料燃烧时单位燃料所需的实际空气量与理论空气量之比。对于气体燃料，在达到最佳空气系数=1.03_~1.1情况下才属于完全燃烧。此时，燃烧效率最高，烟气中污染物排放浓度最低。

       城市煤气中主要燃烧成分为一氧化碳与氢气，燃烧时单位燃料理论空气需要量＜2Nm³/Nm³。空气系数0.6则一次空气量＜1.2Nm³/Nm³。

天然气中主要燃烧成分为甲烷，燃烧时单位燃料理论空气需要量≈10Nm³/Nm³。安照煤气空气系数0.6的一次空气量＜1.2Nm³/Nm³计算实际能达到的一次空气系数只有0.12。考虑到天然气与煤气密度不同、气体常数不同等等因素，目前天然气燃烧器的实际一次空气系数＜0.33。达不到0.6。所以天然气灶的火苗很长，热量却不高。

煤气火焰传播速度=1.25m/s.天然气火焰传播速度=0.67m/s。所以，天然气燃烧器防止回火的最佳一次空气系数应当大于煤气。

煤气燃烧时一次空气系数与回火速度：

空气系数：          1           0.7          0.3 

回火速度m/s：     100           35           10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、 燃烧方式：

       工业燃烧器燃烧方式有两种：直焰燃烧与平焰燃烧。

直焰燃烧与民用燃烧器一样，半预混或全预混的混合气体喷出火焰出口后直接燃烧。从大气中获取燃烧所需的其余氧气。

平焰燃烧是燃料与燃烧所需全部空气在喷射器内预混后，通过一个蜗壳旋流器（旋流器内压力始终大于回火压力），使混合气体产生高速旋流，紧挨着旋流器的出口处，设置有一个具有喇叭口形状的烧嘴砖。利用流体流动时，都是紧贴管道外壁（附壁效应）的特点，高速旋转流动的气流在喇叭口处也沿着喇叭口附壁展开并开始燃烧，形成圆盘型火焰。火焰的中心，有相当于火焰直径1/2的负压区。

以燃料消耗10Nm³/h的平焰燃烧器为例，圆盘型火焰直径600mm, 火焰厚度＜50mm。然后靠热辐射将热量传递出去。

在正常情况下，火焰直接加热（对流传热）热效率≈0.3；辐射传热热效率≈0.8。目前民用燃烧器都是采用火焰直接加热（对流传热）的。

还有那个火焰中心的负压区，其作用，是利用负压，将燃烧所产生的烟气席卷进去进行二次燃烧。

四、天然气燃烧时有害气体：

   天然气不完全燃烧产生的有害物质，主要是氮氧化合物（NxO）和一氧化碳（OC）。其中NxO是破坏臭氧层的主要物质，尤其是高温NxO。只有在高温条件下（1200度）才能分解。

烟气中NxO浓度，西方国家几十年前就有标准控制，我国十二五规划中，已将控制NxO排放浓度列进计划中。

工业燃烧器的烟气排放中NxO浓度，只有平焰燃烧器与新型的高温贫氧燃烧装置能达到标准（烟气二次燃烧时，分解了大部分高温NxO产物）。

五、 烟气利用：

只要燃烧，就会产生烟气。这种烟气不但污染了大气，还造成大量燃料浪费。所以工业上都是将这部分烟气利用来预热助燃空  气。按照测算，助燃空气每提高温度100度，即可节约燃料5%。

九十年代末，国外研制了高温贫氧燃烧技术。利用燃料在超过某一特定温度时，燃烧就不再需要那么多氧气的特点，通过特殊方式，一是将助燃空气温度提高到这种特定温度，二是将助燃空气中掺入部分烟气，使氧气含量降低（在特定温度下，燃烧只需要3_~15%的氧气）。这种掺加进来的烟气，可使助燃空气温度更高，更重要的是将烟气进行二次燃烧，以减少烟气排放中的有害气体浓度。

六、理想民用燃气灶：

1、          从空气供应量上，采用更有效的新型喷射器或者多级喷射，一次空气提供量达到100%，达到真正的全预混。且所提供空气量的多少，是严格依据空气系数自动调节的。

2、          增加蜗壳旋流器与喇叭口型烧嘴砖。改直焰燃烧为平焰燃烧。将直焰对流传热改为平焰辐射传热。

3、          采用特殊装置，在助燃空气中掺加进部分烟气，以提高助燃空气温度和造成烟气二次燃烧。

理论计算，这种民用燃气灶，可以节约燃料30%以上，烟气排放中有害气体浓度降低40%以上。