———談家用燃氣爐頭的節能改造經驗
(山東淄博大成熱電有限公司 淄博255000) 紀雷
我國的能源資源并不充足，人均占有量明顯低于世界平均水平。目前，在我國生產生活中大量消耗的還是不可再生能源，大量民用爐灶熱效率偏低，不僅造成了能源資源的巨大浪費，而且對環境大氣也增加了熱污染排放,這與國家節能減排有悖。本文針對幾款家用爐頭設計不合理、火焰外溢、燃氣利用率低的狀況，依據熱力燃燒原理，以手工方法進行了技術改造。改造后的爐頭中心火旺、燃燒穩定、熱效率明顯提高，經長期使用效果良好。因此，對現有燃氣浪費、熱效率不高的一些新、老爐頭的改造提供了可借鑒的經驗。
十幾年來，筆者使用過液化石油汽、煤氣等幾款家用爐灶。因對爐灶普遍出現的火焰外溢、中心火力不旺等現象不滿意，自1997年始曾對三款爐頭進行了技術改造。改造后爐灶使用效果良好，爐灶中心溫度高火力旺，火焰外溢少；與前相比，炒菜燒飯時鍋底火焰集中，燃氣浪費少，熱效率提高，做飯時間縮短。下面，以其中一款爐灶為例，詳細說明一下改造情況，其它兩款在其后作簡單介紹。
爐灶爐頭的結構型式
第一款被改造的爐頭是上世紀九十年代初天津某廚房設備廠生產的液化石油氣爐灶，電子打火引燃，爐頭的內圈、外圈均為鑄造而成的。
其爐頭設計不合理的方面：
爐頭內、外圈鉆有噴燃孔的圓環面上，分別均勻排列有Ф2的氣孔若干，燃氣燃燒時沿圓環面形成小、大兩層內、外圈火焰帶。氣孔所在圓環的斜面均與水平面呈45°，這樣氣流射出后與鉛垂向夾角也為45°，即內、外圈火焰沿圓環面向外側斜上方向（背離鍋底中心）射出。爐頭內圈直徑較小，氣孔排列在Ф35的圓上，火焰射出后能夠舔著鍋底靠近中心的部位，熱量利用率較高；但外圈直徑較大，氣孔排列的圓直徑為100mm,火焰偏離垂直方向45°射出后，火焰帶舔著鍋底的圓圈離鍋體邊緣較近而距鍋底中心較遠，并且火焰碰到鍋底后很快沿鍋體邊緣上翻。這樣，不但整個鍋底面火焰密度偏小火力不旺，而且很多燃氣熱量未能充分地加熱鍋底，便從鍋體圓周悄悄溜掉，造成了熱能大量浪費。再者，內外圈氣孔的設計總數偏少，使得燃氣流速較大，特別是外圈火焰射流偏長，進一步使外焰偏離鍋底中心，增加了熱損失。可以說，內圈火焰熱量能夠有效利用，但內圈氣孔少熱量小；外圈氣孔多熱量大，但外圈許多熱量卻溜出了鍋外。造成了燃氣用了不少，鍋底中心不熱鍋邊熱的現象。還有，炒菜熗鍋需用大火急火時，常常是炒勺的邊緣已很熱、但中心部位才剛剛燒熱；有意延長加熱時間，當炒勺中間燒熱時邊緣會更熱，這時下料爆炒，霧化的食油常常在鍋邊著火，既費時間又費油費火。火焰外溢，還會將鍋勺把手烘烤得燙手。長此以往，有的鍋勺手柄會因溢火燒烤明顯老化、烤焦。
節能改造的設想
如何將爐頭的外圈火利用好，減少火焰外溢是問題的關鍵。根據鍋爐原理、熱力學、傳熱學等方面理論和實踐分析，應設法使氣流燃燒形成的火焰帶盡量靠近或指向鍋底中心，令鍋勺底面的溫度梯度由內向外依次降低，以延長火焰、煙氣流程，增加換熱面積和鍋勺吸熱量，提高燃氣熱能利用效率。
為實現連續、穩定、高效燃燒的目的，改造后的爐頭應達到以下要求：
1．使火焰射流盡可能指向鍋底中心，火焰帶向內收攏、集中，增加鍋底中心火焰密度，減少向圓周外散射的外焰。2。保持通暢的空氣通道，一定的過剩空氣量，燃氣與空氣良好地混合，使燃氣充分燃燒。3。適當的噴燃孔燃氣流速、合理的火焰長度和外焰高度，延長火焰及煙氣與鍋勺底部的熱交換時間。4。點火時，電子打火令燃氣在圓環面上仍然能夠依次順利引燃；爐頭內外圈火焰大小能夠靈活地調節。5。燃燒穩定，不出現回火、脫火、熄火現象。
節能改造的實施
1.在內圈噴燃孔的內側，距離圓心更近處劃一個圓，使用手電鉆Ф2的鉆頭在其上以均勻間距打孔若干。為使空氣良好助燃，燃氣充分燃燒，新打的氣孔盡量與原噴燃孔位置逐個錯開排列，留有被吸入空氣的間隙，保持氣孔間隔均勻。新打氣孔分流了原氣孔的燃氣，新氣孔火焰更加趨向圓心。
2.在外圈噴燃孔的內側劃定兩個圓，一個在水平圓環面上，另一個在45°斜圓環面上。分別在兩個圓上打Ф2的新氣孔若干，三層噴燃孔層與層之間的氣孔均注意錯落布置，凡兩個氣孔間隙的正中便對應鄰層氣孔，且氣孔間距均勻，以利于空氣的吸入、混合、助燃，火力分布均勻。三層氣孔中，中間新孔氣流向上垂直射出，內層偏離垂線45°向內斜上方向（指向鍋底中心）射出。新鉆兩層氣孔分流了原來最外層氣孔的氣流，使其流量減少、流速降低，縮短了射流的長度和外焰的高度，燃氣外溢減少；新鉆兩層氣孔的火焰靠近鍋底中心，流經鍋底路徑延長，熱交換時間延長，鍋底吸熱量增加。
改造后的爐灶燃燒時，每一噴燃孔均有藍色細流涓涓涌出，內外圈形成二層和三層火焰，增加了鍋底部的火焰密集程度，明顯增加了鍋底中心的溫度。
改造后的使用效果
改造前，曾用直徑220mm、容量5.5L的鋁壺在爐灶上以大火燒過一壺開水，費時15min；改造后，同樣方法燒水只用了12min。假如前后燃氣量完全相同，則燃氣節約15-12/15=20%。另外，炒菜時間也縮短，鍋底中心溫度高，可以達到旺火爆炒的效果，鍋勺的把手也不再燙手，改造后的爐火燒到了鍋“心”上。應該說，改造效果是令人滿意的。若有不足之處，就是在關火時“砰砰”聲明顯比以前大。分析原因，一是與手電鉆鉆孔工藝粗糙有關：氣孔大小不一，有些孔徑偏大，氣孔間隔不勻；另一個是爐頭噴燃孔增多、噴燃總面積增大，點火、關火時氣孔不是依次引燃或熄滅，而是若干氣孔同時爆燃和突然熄滅，造成爐頭火焰區空氣密度突變、局部輕微爆炸所致。后來，在偏大的幾個氣孔中插上比較細的鐵釘以減少氣孔通流面積試驗，砰砰聲明顯減小。
另兩款爐頭的改造情況
第一款爐頭取得比較成功的改造經驗以后，2000年用同樣方法改造了第二款中山電器廚房設備廠的“萬福”牌液化氣爐灶。該灶爐頭與前款結構略有差別，但弊病大同小異。改造時在內圈外圈各增加一層氣孔，加大爐頭圓面上火焰密度，實現四層火焰帶燃燒。使用中內外圈火焰大小調節靈便，燃燒非常穩定，熱效率高，點火熄火時完全消除了令人討厭的砰砰聲。此爐頭無砰砰聲，究其原因，是原有Ф2.2與新鉆Ф1.8的氣孔大小、間距均勻，氣孔直徑小流量小，點火熄火燃氣能夠依次引燃和緩慢熄滅的緣故。
第三款是2005年購買的浙江凱旋燃具公司生產的煤氣灶，該產品爐頭直徑相對較小、火力集中，外圈設置了兩層噴燃孔，相比前兩款要合理得多，但經使用后仍感覺不滿意。該爐頭的內圈氣流火焰呈45°向上向外斜射；外圈內層氣孔偏少，外層氣孔火焰射流較長，仍有外溢現象。故，新開少量氣孔，加大內圈中心部位火焰；增加外圈內層氣孔數量，使內層噴燃孔再密集一些，減少外層火焰外溢。因原外圈內層氣孔Ф2.5直徑較大，所以增加部分新鉆氣孔后，關火時又出現了砰砰聲，管道煤氣壓力低時聲音輕微，壓力高時聲響較大。改造后，如前所述方法測試，13.5min燒開水的時間縮短為12min。改造后的實物圖示如下
技術改造的收獲
對幾款爐頭的技術改造，可以說是成功的。經改造的爐頭，加強了火焰指向圓心的集中度，火焰分布更加合理，氣體燃燒充分，火焰外溢明顯減少、鍋體吸熱增加，提高了“鍋爐”對燃氣的利用率，減少了熱量浪費。長時間燃燒爐頭不過熱，不回火、不熄火，藍色火焰燃燒穩定，未出現黃火、紅火缺氧燃燒現象，而且，多層藍色火苗恬靜地燃著，具有觀賞性。不足方面是，由于不具備測量及試驗儀器設備，熱效率及煙氣中CO等成分無法實測；手工改造的工器具所限，工藝比較粗糙，尺寸存在偏差，美觀性差一些。鉆孔時，如果氣孔均布得好，圓上排列整齊，孔徑再縮小一些，砰砰聲能夠明顯減小或消除。
結 語
自第三款爐頭改造以后，筆者便專門留意商場超市、親戚朋友家的各品牌的爐灶，近期還走訪過當地幾家大型超市和爐灶專營店，發現老式爐頭問題較多，有的新式爐頭也存在文中所述弊病，其中也包括著名廠商生產的爐灶，如：爐頭尺寸偏大、內圈噴燃孔偏少、支撐鍋勺的支架偏高、火焰向外散射、漩流型爐頭火焰外溢等等問題，造成了熱效率降低和燃氣浪費。我們如果改造一款不節能爐灶節約10%燃氣，那么全國一年可以節約的燃氣量會是個相當大的數目。
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