第23卷第3期2003年3月
文章编号：（2003）1000-441603-0146-03
煤气与热力
Gas&Heat
Vol.23No.3Mar.2003
金属纤维燃烧器在中餐燃气炒菜灶的应用
黄志甲1，张
旭1，胡国祥2
*
（1.同济大学热能系，上海200092；2.上海洁能燃气设备制造有限公司，上海200050）摘要：分析了金属纤维燃烧器的技术特点，将金属纤维燃烧器应用到中餐燃气炒菜灶上，热效率可提高117%，CO和NOx排放的体积分数可减少90%以上。
关键词：燃气燃烧；金属纤维燃烧器；中餐燃气炒菜灶；节能；污染物排放中图分类号：TU996.75
文献标识码：B
ApplicationofMetallicFibrousBurnerinChineseCookingHot-plate
HUANGZhi-jia1，ZHANGXu1，HUGuo-xiang2
（1.TongjiUniversity，Shanghai200092，China；
2.ShanghaiCleanEnergyGasApplianceLtd.，Co.，Shanghai200050，China）
Abstract：Thekeytechnologiesofmetallicfibrousburnerareanalyzed，basedofthesetechnologiesandChi-nesecookinghot-platecharacteristics，metallicfibrousburnerissuccessfullyappliedtoChinesecookinghot-plate.Theenergyefficiencyhasbeenincreasedover100%，andtheemissionsofCOandNOxhavebeende-creasedover90%.
Keywords：gascombustion；metallicfibrousburner；Chinesecookinghot-plate；savingenergy；pollutante-mission
1引言
中餐燃气炒菜灶要求燃烧器火力集中、锅底热强度高、加热速度快、热负荷大。很多研究认为多孔陶瓷板红外辐射燃烧有利于提高中餐燃气炒菜灶的热效率和减少污染物的排放，其原因是采用了全预混表面燃烧技术。表面燃烧国内研究较多的是陶瓷
［4，5］
板燃烧器，而对金属纤维表面燃烧技术的认识
单个中餐燃气炒菜灶的能耗虽然不高（平均功率约为28kW），但其数量大（全国拥有量约80万
台），因此研究高能效、低污染的中餐燃气炒菜灶有重要意义。中餐燃气炒菜灶的国家标准对它的热效率、废气排放、安全性等方面都作了规定，如热效率规定不低于20%，CO排放的体积分数不高于
［1］
。但该标准与国际先进水平相差较1000×10-6
大，国内很多学者围绕中餐燃气炒菜的节能和环保
［2，3］
做了大量的研究工作，推动了中餐燃气炒菜灶
才刚刚起步，但在欧洲环保要求高的国家已商业化。由于金属纤维的强度和热震稳定性明显优于陶瓷板，因此金属纤维燃烧技术应用于中餐燃气炒菜灶具有更多的优越性。
的技术进步。
2金属纤维燃烧器
2002-03-19*收稿日期：
基金项目：上海市高新技术成果转化项目（20000247）作者简介：黄志甲（1963—），男，安徽安庆人，副教授，博士生，从事热能工程的教学与科研工作。
第3期2.1
燃烧装置
黄志甲等：金属纤维燃烧器在中餐燃气炒菜灶的应用・147・
金属纤维燃烧装置主要由燃烧器头部、调速风机、燃气调节阀、混气装置、点火装置和控制系统等组成。空气由风机鼓入混气管，在混气管两侧形成压力差，燃气阀打开后，燃气从混气管压力较低一侧进入并与空气混合，然后预混气体进入燃烧器头部的分流静压室，再经过金属纤维表面的缝隙流出，在金属纤维表面上燃烧。2.2
技术关键
态和蓝焰状态。当燃烧热强度低于800kW/m2时，
火焰为辐射状态，燃烧在金属纤维里面进行，火焰是橙黄色，传热以辐射为主；当燃烧热强度大于1000
火焰呈蓝焰状态，燃烧在纤维表面上进kW/m2时，
行，传热以对流为主。辐射状态可用于干燥、烘烤等领域，蓝焰状态可以用于工业加热和民用灶具、热水器、两用机、锅炉等方面。表面燃烧的NOx排放比
其他燃烧形式低得多，其原因可以从影响NOx生成的3个主要因素（即燃气的燃烧温度，过剩氧浓度和金属纤维燃烧器的燃烧是全预混表面燃烧，其技术关键如下。
（1）金属纤维
金属纤维的主要成分是Fe，Cr，Al，
含稀有金属钇。该材料具有耐高温（1100℃）、抗氧化、机械强度高等优点。金属纤维有两种，一种是由金属丝编织而成，另一种是通过烧结而成。这两种纤维表面均匀分布着很多气孔，具有很好的透气性。
（2）预混设施
混气管是实现空气燃气混合的装置，其结构和引射器相类似。但它是通过空气引射燃气，而一般的引射器是由燃气引射空气。空气燃气混合的程度对燃烧的完全程度影响很大，此外空气燃气比例的控制更为重要。对大气式燃烧器，燃气压力是引射空气的动力，由于引射器特性的非线性，所以不能保证在不同的燃气压力（燃烧器的负荷）下，引射的空气量与燃气量呈线性变化。普通的鼓风式燃烧，由于风量和燃气量的调节依靠蝶阀或球阀实现，因此在调节负荷时也保证不了空气燃气比例的一致。本研究所采用的风机是直流无刷调速风机，燃气通过电动调节阀调节。在负荷调节时，首先调节风量，即调节风机的转速，随着风机转速变化风量变化，风压也随之变化，风压变化通过传感器传到燃气调节阀，调节阀按空气燃气比例确定燃气阀门的开启电流，完成空气燃气比例的控制。所以，空气燃气全预混系统能保证燃烧器在不同负荷下，空气燃气比例的一致，改变了一般的燃烧器在负荷调节时，空气燃气比例偏离设计值太大的不足，能保证在不同调节比下完全燃烧，节约了能源，减低了CO等污染物的排放量。此外，它还有负荷调节比大、无级调节等优点。
（3）表面燃烧
该燃烧器燃烧时可产生两种燃烧状态：辐射状
混合气体在火焰区域停留的时间）来分析。首先，金属纤维表面燃烧时，虽然火焰的峰值温度较高，但在火焰面的后面，由于高温的燃烧产物和金属纤维存在强烈的对流换热，烟气温度迅速下降。NOx生成反应所需的活化能高于燃气可燃成分与氧反应的活化能，故NOx的生成速度比燃烧反应的速度慢。NOx的生成反应发生在火焰面的下游，但火焰面下游的温度迅速下降，不能形成局部的高温区，因此抑制了NOx的生成。其次，
由于采用全预混的燃烧方式，并且在不同调节比下，空气燃气比例可以控制，因此它可以在空气系数很小的情况下达到完全燃烧，燃烧产物中过剩氧的浓度很低，亦导致NOx的生成量降低。最后，由于全预混燃烧，燃烧速度非常快，火焰很短，在这个极短的燃烧区域，燃烧产物的停留时间也极为短暂，因此也减少了NOx的生成机会。2.3
性能特点
金属纤维燃烧器属表面燃烧可产生辐射和蓝焰两种燃烧状态，NOx排放低，
温度分布均匀。由于采用了金属纤维作为燃烧器头部，因此，燃烧器头部可以做成圆盘形、圆柱形、球形等各种形状；抗热震稳定性好；抗机械冲击性能强；无噪声；热惰性小，温度控制精确；维护简单。
由于采用全预混燃烧，所以燃烧强度大；负荷调节比大；燃气的适应性强；燃烧效率高，CO排放低；燃烧稳定性好，不易回火。
3
在炒菜灶上的应用
3.1
解决的主要问题
中餐炒菜灶提高热效率和降低排放的关键是燃
烧和控制系统，如何结合我国的技术资源条件，在保证燃烧性能的条件下，采用国内的先进技术产品，降低成本，是研究中的主要问题。在研制中，对直流无
・148・
煤气与热力
2003年
刷调速风机的特性、燃气自动比例阀的性能、混气管、自动点火、熄火保护以及控制系统进行了研究。3.2
节能和环保效果分析
上海市燃气具检测中心对整机进行了检测，主要结果见表1。
普通的中餐炒菜灶的燃烧噪声高达80dB，由于
金属纤维质的柔软，能够消除燃烧所产生的共振，因此燃烧时无噪声，考虑环境基础噪声为45dB，则噪声相对减少43.7%。
以上分析表明，在中餐炒菜灶上应用金属纤维燃烧器后，热效率提高了1倍多，节能率超过一半，表1
不同中餐炒菜灶的主要指标比较
热效率CO体积分数
NOx噪声/%
/10-6/10-6
/dB普通型20.0100050080金属纤维型
43.5
98
39
45
（1）节能效果
热效率提高=（43.4-20）/20×100%=117%
相对节能率=（43.4-20）/43.4×100%=54%
按文献［3］的节能估算方法来评价金属纤维燃气
炒菜灶的节能效果。假设全国中餐炒菜灶都采用金属纤维燃烧技术，全国城镇人口4亿，平均每1000人拥有1台中餐炒菜灶，中餐炒菜灶的平均功率为28kW，
每天使用4h，则中餐炒菜灶每年的能耗为5.887×1010MJ，
每年总的节能量为3.179×1010MJ。（2）环保效果
1）CO相对减少
普通的中餐炒菜灶的CO排放的体积分数为
1000×10-6，采用金属纤维燃烧器后，CO排放的体
积分数为98×10-6，则CO排放量相对减少90.2%。
2）NOx相对减少
普通的中餐炒菜灶的NOx排放的体积分数为500×10-6，
采用金属纤维燃烧器后，NOx排放的体积分数为39×10-6，
则NOx排放量相对减少92.2%。3）噪声相对减少
主要污染物的排放相对减少90%以上，燃烧无噪声，具有明显的节能和环保效果。
4结论
（1）金属纤维燃烧器应用到中餐炒菜灶上，可以把灶具的热效率从20%提高到43%，主要污染物的排放减少90%以上，燃烧无噪声，燃烧调节比大，并能无级调节。
（2）金属纤维燃烧技术由于可以实现辐射和蓝焰两种燃烧状态，因此还可广泛地应用于干燥、烘烤和工业加热等领域。
（3）金属纤维燃烧技术符合节能和环保的要求，是燃气燃烧的发展方向之一。参考文献：
1］GB7824—87，中餐燃气炒菜灶［S］.2］陈
明，段常贵，侯根富.中餐燃气炒菜灶热效率的提
高［J］.煤气与热力，2001，（1）：20—21，28.
3］侯根富，陈
明.红外线中餐燃气炒菜灶的研制［J］.
煤气与热力，2001，（2）：117—121.
4］李艳红.多孔陶瓷板燃气燃烧的反应动力学及燃烧特
性的研究（博士论文）［D］.上海：同济大学，1997.5］徐吉浣，施惠邦，徐振平，等.复合层多孔陶瓷板燃气
辐射器的研究［J］.煤气与热力，1994，（4）：33—36.
［［［［［
第23卷第3期2003年3月
文章编号：（2003）1000-441603-0146-03
煤气与热力
Gas&Heat
Vol.23No.3Mar.2003
金属纤维燃烧器在中餐燃气炒菜灶的应用
黄志甲1，张
旭1，胡国祥2
*
（1.同济大学热能系，上海200092；2.上海洁能燃气设备制造有限公司，上海200050）摘要：分析了金属纤维燃烧器的技术特点，将金属纤维燃烧器应用到中餐燃气炒菜灶上，热效率可提高117%，CO和NOx排放的体积分数可减少90%以上。
关键词：燃气燃烧；金属纤维燃烧器；中餐燃气炒菜灶；节能；污染物排放中图分类号：TU996.75
文献标识码：B
ApplicationofMetallicFibrousBurnerinChineseCookingHot-plate
HUANGZhi-jia1，ZHANGXu1，HUGuo-xiang2
（1.TongjiUniversity，Shanghai200092，China；
2.ShanghaiCleanEnergyGasApplianceLtd.，Co.，Shanghai200050，China）
Abstract：Thekeytechnologiesofmetallicfibrousburnerareanalyzed，basedofthesetechnologiesandChi-nesecookinghot-platecharacteristics，metallicfibrousburnerissuccessfullyappliedtoChinesecookinghot-plate.Theenergyefficiencyhasbeenincreasedover100%，andtheemissionsofCOandNOxhavebeende-creasedover90%.
Keywords：gascombustion；metallicfibrousburner；Chinesecookinghot-plate；savingenergy；pollutante-mission
1引言
中餐燃气炒菜灶要求燃烧器火力集中、锅底热强度高、加热速度快、热负荷大。很多研究认为多孔陶瓷板红外辐射燃烧有利于提高中餐燃气炒菜灶的热效率和减少污染物的排放，其原因是采用了全预混表面燃烧技术。表面燃烧国内研究较多的是陶瓷
［4，5］
板燃烧器，而对金属纤维表面燃烧技术的认识
单个中餐燃气炒菜灶的能耗虽然不高（平均功率约为28kW），但其数量大（全国拥有量约80万
台），因此研究高能效、低污染的中餐燃气炒菜灶有重要意义。中餐燃气炒菜灶的国家标准对它的热效率、废气排放、安全性等方面都作了规定，如热效率规定不低于20%，CO排放的体积分数不高于
［1］
。但该标准与国际先进水平相差较1000×10-6
大，国内很多学者围绕中餐燃气炒菜的节能和环保
［2，3］
做了大量的研究工作，推动了中餐燃气炒菜灶
才刚刚起步，但在欧洲环保要求高的国家已商业化。由于金属纤维的强度和热震稳定性明显优于陶瓷板，因此金属纤维燃烧技术应用于中餐燃气炒菜灶具有更多的优越性。
的技术进步。
2金属纤维燃烧器
2002-03-19*收稿日期：
基金项目：上海市高新技术成果转化项目（20000247）作者简介：黄志甲（1963—），男，安徽安庆人，副教授，博士生，从事热能工程的教学与科研工作。
第3期2.1
燃烧装置
黄志甲等：金属纤维燃烧器在中餐燃气炒菜灶的应用・147・
金属纤维燃烧装置主要由燃烧器头部、调速风机、燃气调节阀、混气装置、点火装置和控制系统等组成。空气由风机鼓入混气管，在混气管两侧形成压力差，燃气阀打开后，燃气从混气管压力较低一侧进入并与空气混合，然后预混气体进入燃烧器头部的分流静压室，再经过金属纤维表面的缝隙流出，在金属纤维表面上燃烧。2.2
技术关键
态和蓝焰状态。当燃烧热强度低于800kW/m2时，
火焰为辐射状态，燃烧在金属纤维里面进行，火焰是橙黄色，传热以辐射为主；当燃烧热强度大于1000
火焰呈蓝焰状态，燃烧在纤维表面上进kW/m2时，
行，传热以对流为主。辐射状态可用于干燥、烘烤等领域，蓝焰状态可以用于工业加热和民用灶具、热水器、两用机、锅炉等方面。表面燃烧的NOx排放比
其他燃烧形式低得多，其原因可以从影响NOx生成的3个主要因素（即燃气的燃烧温度，过剩氧浓度和金属纤维燃烧器的燃烧是全预混表面燃烧，其技术关键如下。
（1）金属纤维
金属纤维的主要成分是Fe，Cr，Al，
含稀有金属钇。该材料具有耐高温（1100℃）、抗氧化、机械强度高等优点。金属纤维有两种，一种是由金属丝编织而成，另一种是通过烧结而成。这两种纤维表面均匀分布着很多气孔，具有很好的透气性。
（2）预混设施
混气管是实现空气燃气混合的装置，其结构和引射器相类似。但它是通过空气引射燃气，而一般的引射器是由燃气引射空气。空气燃气混合的程度对燃烧的完全程度影响很大，此外空气燃气比例的控制更为重要。对大气式燃烧器，燃气压力是引射空气的动力，由于引射器特性的非线性，所以不能保证在不同的燃气压力（燃烧器的负荷）下，引射的空气量与燃气量呈线性变化。普通的鼓风式燃烧，由于风量和燃气量的调节依靠蝶阀或球阀实现，因此在调节负荷时也保证不了空气燃气比例的一致。本研究所采用的风机是直流无刷调速风机，燃气通过电动调节阀调节。在负荷调节时，首先调节风量，即调节风机的转速，随着风机转速变化风量变化，风压也随之变化，风压变化通过传感器传到燃气调节阀，调节阀按空气燃气比例确定燃气阀门的开启电流，完成空气燃气比例的控制。所以，空气燃气全预混系统能保证燃烧器在不同负荷下，空气燃气比例的一致，改变了一般的燃烧器在负荷调节时，空气燃气比例偏离设计值太大的不足，能保证在不同调节比下完全燃烧，节约了能源，减低了CO等污染物的排放量。此外，它还有负荷调节比大、无级调节等优点。
（3）表面燃烧
该燃烧器燃烧时可产生两种燃烧状态：辐射状
混合气体在火焰区域停留的时间）来分析。首先，金属纤维表面燃烧时，虽然火焰的峰值温度较高，但在火焰面的后面，由于高温的燃烧产物和金属纤维存在强烈的对流换热，烟气温度迅速下降。NOx生成反应所需的活化能高于燃气可燃成分与氧反应的活化能，故NOx的生成速度比燃烧反应的速度慢。NOx的生成反应发生在火焰面的下游，但火焰面下游的温度迅速下降，不能形成局部的高温区，因此抑制了NOx的生成。其次，
由于采用全预混的燃烧方式，并且在不同调节比下，空气燃气比例可以控制，因此它可以在空气系数很小的情况下达到完全燃烧，燃烧产物中过剩氧的浓度很低，亦导致NOx的生成量降低。最后，由于全预混燃烧，燃烧速度非常快，火焰很短，在这个极短的燃烧区域，燃烧产物的停留时间也极为短暂，因此也减少了NOx的生成机会。2.3
性能特点
金属纤维燃烧器属表面燃烧可产生辐射和蓝焰两种燃烧状态，NOx排放低，
温度分布均匀。由于采用了金属纤维作为燃烧器头部，因此，燃烧器头部可以做成圆盘形、圆柱形、球形等各种形状；抗热震稳定性好；抗机械冲击性能强；无噪声；热惰性小，温度控制精确；维护简单。
由于采用全预混燃烧，所以燃烧强度大；负荷调节比大；燃气的适应性强；燃烧效率高，CO排放低；燃烧稳定性好，不易回火。
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在炒菜灶上的应用
3.1
解决的主要问题
中餐炒菜灶提高热效率和降低排放的关键是燃
烧和控制系统，如何结合我国的技术资源条件，在保证燃烧性能的条件下，采用国内的先进技术产品，降低成本，是研究中的主要问题。在研制中，对直流无
・148・
煤气与热力
2003年
刷调速风机的特性、燃气自动比例阀的性能、混气管、自动点火、熄火保护以及控制系统进行了研究。3.2
节能和环保效果分析
上海市燃气具检测中心对整机进行了检测，主要结果见表1。
普通的中餐炒菜灶的燃烧噪声高达80dB，由于
金属纤维质的柔软，能够消除燃烧所产生的共振，因此燃烧时无噪声，考虑环境基础噪声为45dB，则噪声相对减少43.7%。
以上分析表明，在中餐炒菜灶上应用金属纤维燃烧器后，热效率提高了1倍多，节能率超过一半，表1
不同中餐炒菜灶的主要指标比较
热效率CO体积分数
NOx噪声/%
/10-6/10-6
/dB普通型20.0100050080金属纤维型
43.5
98
39
45
（1）节能效果
热效率提高=（43.4-20）/20×100%=117%
相对节能率=（43.4-20）/43.4×100%=54%
按文献［3］的节能估算方法来评价金属纤维燃气
炒菜灶的节能效果。假设全国中餐炒菜灶都采用金属纤维燃烧技术，全国城镇人口4亿，平均每1000人拥有1台中餐炒菜灶，中餐炒菜灶的平均功率为28kW，
每天使用4h，则中餐炒菜灶每年的能耗为5.887×1010MJ，
每年总的节能量为3.179×1010MJ。（2）环保效果
1）CO相对减少
普通的中餐炒菜灶的CO排放的体积分数为
1000×10-6，采用金属纤维燃烧器后，CO排放的体
积分数为98×10-6，则CO排放量相对减少90.2%。
2）NOx相对减少
普通的中餐炒菜灶的NOx排放的体积分数为500×10-6，
采用金属纤维燃烧器后，NOx排放的体积分数为39×10-6，
则NOx排放量相对减少92.2%。3）噪声相对减少
主要污染物的排放相对减少90%以上，燃烧无噪声，具有明显的节能和环保效果。
4结论
（1）金属纤维燃烧器应用到中餐炒菜灶上，可以把灶具的热效率从20%提高到43%，主要污染物的排放减少90%以上，燃烧无噪声，燃烧调节比大，并能无级调节。
（2）金属纤维燃烧技术由于可以实现辐射和蓝焰两种燃烧状态，因此还可广泛地应用于干燥、烘烤和工业加热等领域。
（3）金属纤维燃烧技术符合节能和环保的要求，是燃气燃烧的发展方向之一。参考文献：
1］GB7824—87，中餐燃气炒菜灶［S］.2］陈
明，段常贵，侯根富.中餐燃气炒菜灶热效率的提
高［J］.煤气与热力，2001，（1）：20—21，28.
3］侯根富，陈
明.红外线中餐燃气炒菜灶的研制［J］.
煤气与热力，2001，（2）：117—121.
4］李艳红.多孔陶瓷板燃气燃烧的反应动力学及燃烧特
性的研究（博士论文）［D］.上海：同济大学，1997.5］徐吉浣，施惠邦，徐振平，等.复合层多孔陶瓷板燃气
辐射器的研究［J］.煤气与热力，1994，（4）：33—36.
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