———谈家用燃气炉头的节能改造经验

(山东淄博大成热电有限公司 淄博255000)  纪雷

      我国的能源资源并不充足，人均占有量明显低于世界平均水平。目前，在我国生产生活中大量消耗的还是不可再生能源，大量民用炉灶热效率偏低，不仅造成了能源资源的巨大浪费，而且对环境大气也增加了热污染排放,这与国家节能减排有悖。本文针对几款家用炉头设计不合理、火焰外溢、燃气利用率低的状况，依据热力燃烧原理，以手工方法进行了技术改造。改造后的炉头中心火旺、燃烧稳定、热效率明显提高，经长期使用效果良好。因此，对现有燃气浪费、热效率不高的一些新、老炉头的改造提供了可借鉴的经验。

      十几年来，笔者使用过液化石油汽、煤气等几款家用炉灶。因对炉灶普遍出现的火焰外溢、中心火力不旺等现象不满意，自1997年始曾对三款炉头进行了技术改造。改造后炉灶使用效果良好，炉灶中心温度高火力旺，火焰外溢少；与前相比，炒菜烧饭时锅底火焰集中，燃气浪费少，热效率提高，做饭时间缩短。下面，以其中一款炉灶为例，详细说明一下改造情况，其它两款在其后作简单介绍。 
      炉灶炉头的结构型式 
      第一款被改造的炉头是上世纪九十年代初天津某厨房设备厂生产的液化石油气炉灶，电子打火引燃，炉头的内圈、外圈均为铸造而成的。
      其炉头设计不合理的方面：
      炉头内、外圈钻有喷燃孔的圆环面上，分别均匀排列有Ф2的气孔若干，燃气燃烧时沿圆环面形成小、大两层内、外圈火焰带。气孔所在圆环的斜面均与水平面呈45°，这样气流射出后与铅垂向夹角也为45°，即内、外圈火焰沿圆环面向外侧斜上方向（背离锅底中心）射出。炉头内圈直径较小，气孔排列在Ф35的圆上，火焰射出后能够舔着锅底靠近中心的部位，热量利用率较高；但外圈直径较大，气孔排列的圆直径为100mm,火焰偏离垂直方向45°射出后，火焰带舔着锅底的圆圈离锅体边缘较近而距锅底中心较远，并且火焰碰到锅底后很快沿锅体边缘上翻。这样，不但整个锅底面火焰密度偏小火力不旺，而且很多燃气热量未能充分地加热锅底，便从锅体圆周悄悄溜掉，造成了热能大量浪费。再者，内外圈气孔的设计总数偏少，使得燃气流速较大，特别是外圈火焰射流偏长，进一步使外焰偏离锅底中心，增加了热损失。可以说，内圈火焰热量能够有效利用，但内圈气孔少热量小；外圈气孔多热量大，但外圈许多热量却溜出了锅外。造成了燃气用了不少，锅底中心不热锅边热的现象。还有，炒菜炝锅需用大火急火时，常常是炒勺的边缘已很热、但中心部位才刚刚烧热；有意延长加热时间，当炒勺中间烧热时边缘会更热，这时下料爆炒，雾化的食油常常在锅边着火，既费时间又费油费火。火焰外溢，还会将锅勺把手烘烤得烫手。长此以往，有的锅勺手柄会因溢火烧烤明显老化、烤焦。
      节能改造的设想
      如何将炉头的外圈火利用好，减少火焰外溢是问题的关键。根据锅炉原理、热力学、传热学等方面理论和实践分析，应设法使气流燃烧形成的火焰带尽量靠近或指向锅底中心，令锅勺底面的温度梯度由内向外依次降低，以延长火焰、烟气流程，增加换热面积和锅勺吸热量，提高燃气热能利用效率。
      为实现连续、稳定、高效燃烧的目的，改造后的炉头应达到以下要求：
      1．使火焰射流尽可能指向锅底中心，火焰带向内收拢、集中，增加锅底中心火焰密度，减少向圆周外散射的外焰。2。保持通畅的空气通道，一定的过剩空气量，燃气与空气良好地混合，使燃气充分燃烧。3。适当的喷燃孔燃气流速、合理的火焰长度和外焰高度，延长火焰及烟气与锅勺底部的热交换时间。4。点火时，电子打火令燃气在圆环面上仍然能够依次顺利引燃；炉头内外圈火焰大小能够灵活地调节。5。燃烧稳定，不出现回火、脱火、熄火现象。  
      节能改造的实施
      1.在内圈喷燃孔的内侧，距离圆心更近处划一个圆，使用手电钻Ф2的钻头在其上以均匀间距打孔若干。为使空气良好助燃，燃气充分燃烧，新打的气孔尽量与原喷燃孔位置逐个错开排列，留有被吸入空气的间隙，保持气孔间隔均匀。新打气孔分流了原气孔的燃气，新气孔火焰更加趋向圆心。
2.在外圈喷燃孔的内侧划定两个圆，一个在水平圆环面上，另一个在45°斜圆环面上。分别在两个圆上打Ф2的新气孔若干，三层喷燃孔层与层之间的气孔均注意错落布置，凡两个气孔间隙的正中便对应邻层气孔，且气孔间距均匀，以利于空气的吸入、混合、助燃，火力分布均匀。三层气孔中，中间新孔气流向上垂直射出，内层偏离垂线45°向内斜上方向（指向锅底中心）射出。新钻两层气孔分流了原来最外层气孔的气流，使其流量减少、流速降低，缩短了射流的长度和外焰的高度，燃气外溢减少；新钻两层气孔的火焰靠近锅底中心，流经锅底路径延长，热交换时间延长，锅底吸热量增加。
      改造后的炉灶燃烧时，每一喷燃孔均有蓝色细流涓涓涌出，内外圈形成二层和三层火焰，增加了锅底部的火焰密集程度，明显增加了锅底中心的温度。
改造后的使用效果
      改造前，曾用直径220mm、容量5.5L的铝壶在炉灶上以大火烧过一壶开水，费时15min；改造后，同样方法烧水只用了12min。假如前后燃气量完全相同，则燃气节约15-12/15=20%。另外，炒菜时间也缩短，锅底中心温度高，可以达到旺火爆炒的效果，锅勺的把手也不再烫手，改造后的炉火烧到了锅“心”上。应该说，改造效果是令人满意的。若有不足之处，就是在关火时“砰砰”声明显比以前大。分析原因，一是与手电钻钻孔工艺粗糙有关：气孔大小不一，有些孔径偏大，气孔间隔不匀；另一个是炉头喷燃孔增多、喷燃总面积增大，点火、关火时气孔不是依次引燃或熄灭，而是若干气孔同时爆燃和突然熄灭，造成炉头火焰区空气密度突变、局部轻微爆炸所致。后来，在偏大的几个气孔中插上比较细的铁钉以减少气孔通流面积试验，砰砰声明显减小。
另两款炉头的改造情况
      第一款炉头取得比较成功的改造经验以后，2000年用同样方法改造了第二款中山电器厨房设备厂的“万福”牌液化气炉灶。该灶炉头与前款结构略有差别，但弊病大同小异。改造时在内圈外圈各增加一层气孔，加大炉头圆面上火焰密度，实现四层火焰带燃烧。使用中内外圈火焰大小调节灵便，燃烧非常稳定，热效率高，点火熄火时完全消除了令人讨厌的砰砰声。此炉头无砰砰声，究其原因，是原有Ф2.2与新钻Ф1.8的气孔大小、间距均匀，气孔直径小流量小，点火熄火燃气能够依次引燃和缓慢熄灭的缘故。
      第三款是2005年购买的浙江凯旋燃具公司生产的煤气灶，该产品炉头直径相对较小、火力集中，外圈设置了两层喷燃孔，相比前两款要合理得多，但经使用后仍感觉不满意。该炉头的内圈气流火焰呈45°向上向外斜射；外圈内层气孔偏少，外层气孔火焰射流较长，仍有外溢现象。故，新开少量气孔，加大内圈中心部位火焰；增加外圈内层气孔数量，使内层喷燃孔再密集一些，减少外层火焰外溢。因原外圈内层气孔Ф2.5直径较大，所以增加部分新钻气孔后，关火时又出现了砰砰声，管道煤气压力低时声音轻微，压力高时声响较大。改造后，如前所述方法测试，13.5min烧开水的时间缩短为12min。改造后的实物图示如下
      技术改造的收获
      对几款炉头的技术改造，可以说是成功的。经改造的炉头，加强了火焰指向圆心的集中度，火焰分布更加合理，气体燃烧充分，火焰外溢明显减少、锅体吸热增加，提高了“锅炉”对燃气的利用率，减少了热量浪费。长时间燃烧炉头不过热，不回火、不熄火，蓝色火焰燃烧稳定，未出现黄火、红火缺氧燃烧现象，而且，多层蓝色火苗恬静地燃着，具有观赏性。不足方面是，由于不具备测量及试验仪器设备，热效率及烟气中CO等成分无法实测；手工改造的工器具所限，工艺比较粗糙，尺寸存在偏差，美观性差一些。钻孔时，如果气孔均布得好，圆上排列整齐，孔径再缩小一些，砰砰声能够明显减小或消除。

      结 语
      自第三款炉头改造以后，笔者便专门留意商场超市、亲戚朋友家的各品牌的炉灶，近期还走访过当地几家大型超市和炉灶专营店，发现老式炉头问题较多，有的新式炉头也存在文中所述弊病，其中也包括著名厂商生产的炉灶，如：炉头尺寸偏大、内圈喷燃孔偏少、支撑锅勺的支架偏高、火焰向外散射、漩流型炉头火焰外溢等等问题，造成了热效率降低和燃气浪费。我们如果改造一款不节能炉灶节约10%燃气，那么全国一年可以节约的燃气量会是个相当大的数目。