粉末冶金多孔板紅外線輻射燃?xì)庠罹呷紵匦?/h1>

摘 要

摘要：采用實驗裝置，測試了粉末冶金多孔板紅外線輻射天然氣灶具中鍋距、催化劑、調(diào)風(fēng)板相對開度這3個因素對熱效率和污染物排放量的影響。關(guān)鍵詞：燃?xì)庠罹?；粉末冶金多孔板；紅外線
摘要：采用實驗裝置，測試了粉末冶金多孔板紅外線輻射天然氣灶具中鍋距、催化劑、調(diào)風(fēng)板相對開度這3個因素對熱效率和污染物排放量的影響。
關(guān)鍵詞：燃?xì)庠罹?；粉末冶金多孔板；紅外線輻射；熱效率；CO排放量；NO排放量
Combustion Characteristic of Infrared Gas Range with Powder Metallurgical Porous Plate
JIA Zhen，ZHOU Wei-guo，LI Shi-wei，ZHONG Shou-liang
Abstract：The influence of distance from pot，catalyst and relative aperture of damper of infrared natural gas range with powder metallurgical porous plate on thermal efficiency and pollutant emission is tested using an experimental device.
Key words：gas range；powder metallurgical porous plate；infrared radiation；thermal efficiency；CO emission；NO emission
   隨著天然氣的廣泛應(yīng)用，各種燃具日益增多，廚房空氣中NO和CO濃度與燃具NO和CO的排放量及用熱量有很大關(guān)系[1]，因此節(jié)能低污染灶具受到廣泛關(guān)注。紅外線輻射灶具是一種節(jié)能環(huán)保灶具。天然氣紅外線加熱技術(shù)是指燃?xì)馀c空氣全部預(yù)混后，在一定條件下進(jìn)行無焰燃燒，產(chǎn)生紅外線供加熱使用。天然氣紅外線加熱技術(shù)具有加熱均勻、不直接與被加熱物體接觸、熱效率高、污染少等優(yōu)點。本文通過測試粉末冶金多孔板紅外線輻射天然氣灶具性能，分析粉末冶金多孔板燃燒性能曲線，探究降低燃燒污染物排放量和提高熱效率的途徑。
1 粉末冶金多孔板特點
   國外早在20世紀(jì)初就有人提出燃?xì)獗砻嫒紵碚?，但直?0世紀(jì)40年代紅外線燃燒器才有較大發(fā)展。紅外線輻射天然氣灶具的燃燒表面材料經(jīng)歷陶瓷材料和金屬材料時代，由于陶瓷材料存在易碎的缺點，隨著技術(shù)的進(jìn)步逐步被淘汰。金屬作為燃燒表面材料可以經(jīng)受較大的熱沖擊，例如水潑在燃燒的灶具表面上將很快被蒸發(fā)而不會在灶具上留下任何損壞的痕跡[2]。常見的金屬燃燒表面材料有金屬網(wǎng)、金屬纖維等。
    粉末冶金多孔板是一種新型金屬燃燒表面材料，主要成分是鐵鉻鋁等元素。粉末冶金多孔板可以做成不同形狀的孔，如三角形孔、方形孔、圓形孔。
 

2 試驗裝置和試驗方法
本試驗紅外線輻射天然氣灶具采用自然引射式灶具，圖2為紅外線輻射天然氣灶具試驗裝置。粉末冶金多孔板應(yīng)用于紅外線燃燒尚屬首例，本次試驗灶具是某廠家生產(chǎn)的紅外線燃燒灶具，燃燒材料為金屬，標(biāo)準(zhǔn)熱功率是3.6kW。本次試驗把原來的表面燃燒材料拆掉，安裝粉末冶金多孔板。試驗實測熱功率是3.9kW，存在粉末冶金多孔板的紅外線燃燒負(fù)荷與灶具標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷不完全匹配的現(xiàn)象，故試驗灶具并非理想灶具，若改造灶具，可以進(jìn)一步提高熱效率。
 

    將燃?xì)鈮毫φ{(diào)整為額定壓力，點燃灶具，燃燒穩(wěn)定后放上鍋(鍋中加水)，通過測試鍋中水的溫升以及對應(yīng)燃?xì)庀牧浚嬎銦嵝?，通過煙氣分析儀測試煙氣中污染物體積分?jǐn)?shù)。
3 試驗結(jié)果與分析
    影響灶具熱效率和污染物排放量的因素很多，本文主要研究鍋距(粉末冶金多孔板到鍋底加熱部位的距離)、催化劑、調(diào)風(fēng)板開度這3個因素對熱效率和污染物排放量的影響。
3.1 鍋距和催化劑的影響
    本次試驗有兩種粉末冶金多孔板，一種表面涂有催化劑層，另一種表面無催化劑層。試驗中熱功率較大，為3.9kW，故調(diào)風(fēng)板全部打開，保證足夠的空氣。
   ① 熱效率與鍋距和催化劑關(guān)系
   通過試驗發(fā)現(xiàn)，鍋距、催化劑對熱效率影響很大，熱效率與鍋距和催化劑關(guān)系見圖3。
    從圖3可以看出，粉末冶金多孔板在表面加催化劑時燃燒熱效率高于不加催化劑時，因此表面加催化劑是必要的。當(dāng)鍋距較小時，鍋底部離粉末冶金多孔板很近，鍋底溫度較低，降低了粉末冶金多孔板表面燃燒溫度，從而造成了不完全燃燒，降低了熱效率；隨著鍋距的增大，粉末冶金多孔板的表面溫度升高，熱效率升高，在鍋距為18mm時達(dá)到最大；隨著鍋距的進(jìn)一步增大，鍋底距離粉末冶金多孔板的距離太大，導(dǎo)致紅外線向周圍空間輻射增多，紅外線的熱損失增大，熱效率降低。
    ② 煙氣中CO體積分?jǐn)?shù)與鍋距和催化劑關(guān)系
    煙氣中CO體積分?jǐn)?shù)與鍋距和催化劑有一定的關(guān)系，見圖4。
 

   當(dāng)鍋距較小時，粉末冶金多孔板表面溫度較低，造成CO向CO2的轉(zhuǎn)化率降低。鍋距增大，粉末冶金多孔板表面溫度升高，并且二次空氣供給也越充分，因此燃燒就越完全，CO生成量減少。故煙氣中CO生成量隨著鍋距增大而減少。
    ③ 煙氣中NO體積分?jǐn)?shù)與鍋距和催化劑關(guān)系
    煙氣中NO體積分?jǐn)?shù)與鍋距和催化劑關(guān)系見圖5。從圖5可以看出，在調(diào)節(jié)的鍋距范圍內(nèi)，煙氣中NO生成量很低。特別是在鍋距為10～14mm時，由于鍋底溫度低，抑制了NO生成，表面加催化劑的粉末冶金多孔板的煙氣中NO體積分?jǐn)?shù)為0。
 

    根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410—2007《家用燃?xì)庠罹摺返囊?guī)定，煙氣中CO、NO的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)均小于500×10-6。本試驗在鍋距為18mm時，煙氣中CO的體積分?jǐn)?shù)僅為175×10-6，NO的體積分?jǐn)?shù)僅為6×10-6，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。
3.2 調(diào)風(fēng)板相對開度的影響
   調(diào)風(fēng)板相對開度決定過剩空氣系數(shù)，過剩空氣系數(shù)對熱效率與污染物排放量有一定影響。本次試驗選用表面加催化劑粉末冶金多孔板，在鍋距為18mm時進(jìn)行試驗。圖6、7分別為調(diào)風(fēng)板相對開度與煙氣中NO、CO體積分?jǐn)?shù)關(guān)系(其中調(diào)風(fēng)板相對開度為0時代表全關(guān)，1代表全開，其余類推)。
 

    隨著調(diào)風(fēng)板相對開度的變化，過?？諝庀禂?shù)發(fā)生改變，熱效率隨之改變，圖8為調(diào)風(fēng)板相對開度與熱效率關(guān)系。
   調(diào)風(fēng)板相對開度變大，過剩空氣系數(shù)逐漸增大，煙氣中NO生成量逐漸減少。當(dāng)調(diào)風(fēng)板相對開度≤0.4時，空氣量嚴(yán)重不足，導(dǎo)致天然氣燃燒不充分，煙氣中CO生成量很高。在調(diào)風(fēng)板全開時，空氣充足，煙氣中CO得以充分燃燒轉(zhuǎn)化為CO2，煙氣中CO體積分?jǐn)?shù)降低。
    通過增大調(diào)風(fēng)板相對開度，增大過?？諝庀禂?shù)，使天然氣完全燃燒，提高熱效率。
4 結(jié)論
    ① 粉末冶金多孔板表面加催化劑層時，熱效率高于不加催化劑層時，并且污染物排放量小。
    ② 粉末冶金多孔板紅外線輻射天然氣灶具的熱效率在鍋距為18mm時達(dá)到最大值。
    ③ 在調(diào)風(fēng)板全開時，從試驗結(jié)果可知，熱效率最高且污染物排放量小。因此灶具設(shè)計時，要適當(dāng)調(diào)節(jié)過剩空氣系數(shù)，使得燃燒更加充分。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 馮良，譚建新，全惠君，等.新型燃?xì)饧t外燃燒器的研制[J].上海煤氣，2002，(3)：21-23.
 
(本文作者：賈珍1 周偉國1 李世巍1 仲守亮2 1.同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 上海 201804；2.上海材料研究所 上海 200437)