船用一體化封閉式燃油爐灶設計

， ， ，， ，

(中國船舶重工集團公司第七一一研究所，上海 200090)

實船使用中船舶廚房采用的敞開式燃油爐灶爐膛完全敞開，燃燒時消耗廚房氧氣，有明火產生，燃燒產生的煙氣影響廚房安全和工作環境，當關閉廚房的門窗或船舶高速航行、操舵回轉時，廚房進風可能受限，而廚房排風系統繼續排風，廚房內負壓增大，敞開式燃油爐灶燃燒所需空氣不足會造成爐灶熄火，當煙囪管道阻力過小時，外界空氣倒灌進爐灶也會導致爐灶熄火[1]。

考慮到如果使爐灶在燃燒時爐膛處于封閉狀態，并配上獨立的進風和排煙系統，可以使燃燒所需空氣直接從舷外抽取，與艙室大氣完全隔離，便能有效消除明火及爐灶熄火問題，燃燒產生的煙氣通過獨立的排煙系統直接排至舷外，可以有效改善廚房工作環境。為此，將燃油爐灶爐膛完全封閉，并配上獨立的進風和排煙系統，并將燃油爐灶的燃燒器、供油系統、爐膛以及進風和排煙管路等部件集成使之成為一體化封閉式燃油爐灶。

1 一體化封閉式燃油爐灶結構

一體化封閉式燃油爐灶采用模塊化和系列化設計，采用統一的外部管路接口，占地空間小，操作簡單，指示信號簡明。爐灶結構見圖1。

1.1 可調火力燃燒器

自主研發設計的可調火力燃燒器采用蒸發霧化預混燃燒的原理，燃燒充分，工作可靠。燃油采用0#或-10#柴油，最大燃油量為3 kg/h，通過采用油配風的方式實現多檔位配置，分別調節不同檔位下的進風量和進油量到最佳匹配狀態，實現不同火力下的穩定燃燒，可滿足爆炒等各種中餐烹飪要求。

圖1 一體化封閉式燃油爐灶結構示意

1.2 供油總成

供油總成由油泵、支架、濾器、調壓閥、噴油嘴及油管集成。噴嘴按預先設定占空比通斷工作，燃油通過噴嘴進入霧化器后進行機械霧化。當占空比在10%～80%范圍內，可以控制的噴油量為0.385～3.922 kg/h，滿足燃燒器所需的控制需求。

1.3 封閉式爐膛

爐膛結構形式不僅對可靠性、安全性有影響，而且對燃燒效率也有重要影響。本一體化封閉式燃油爐灶對目前已有的各種爐膛形式進行結構和工藝設計優化，采用耐高溫合金設計，提高爐膛熱效率、密封性、可靠性和安全性。同時，通過數值模擬和試驗驗證相結合確定爐膛形狀和結構尺寸，使鍋體受熱均勻迅速，增大熱利用率。

1.4 高效海水冷卻器

爐灶燃燒產生的高溫煙氣需要降溫到低于60 ℃才能排放。因此，設計采用高效海水冷卻器對600 ℃左右的爐膛高溫煙氣進行冷卻。

爐灶排煙中含有一定的硫成份，當排煙中水蒸氣溫度降到露點以下時將形成硫酸，會腐蝕冷卻元件及管板、側邊板。為解決這一問題，本一體化封閉式燃油爐灶冷卻元件結構采用螺旋翅片管式，選用白銅冷卻管壓制成高翅片，以增加換熱面積，提高換熱系數，管板、側邊板采用不銹鋼材料。

1.5 進風及排煙管路

一體化封閉式燃油爐灶采用封閉式管路進風、排煙設計，使爐灶燃燒既不受廚房負壓環境影響，也不消耗廚房氧氣，且無明火、排煙。

爐灶進風管路上設計有空氣質量流量傳感器實時監測實際空氣質量流量，避免氣壓、溫度等因素對空氣流量的影響而造成燃燒匹配失調，實現智能化控制。同時，可以實現最佳燃油量和最佳空氣量的配置，即實現最佳空然比的配置，保證燃燒狀態最佳。

2 系統壓力匹配分析

一體化封閉式燃油爐灶的進風和排煙系統根據實際使用情況，設置2臺串聯風機提供燃燒所需的空氣并克服排煙阻力，1臺為進風管路的增壓風機，另1臺為設置于排煙管路末端的引風機。

一體化封閉式燃油爐灶采用蒸發霧化預混燃燒的燃燒器，根據燃燒器實測數據，當預混油氣進入燃燒室壓力為正壓且壓力一般不大于200 Pa時，既可以避免燃燒器回火，也可避免壓力過大導致離焰。本海水冷卻器由于流速低，約為1 m/s(350℃)，因此冷卻器阻力損失可取80 Pa。

若進風管路壓力損失為H1，排煙管路壓力損失為H2(不包括海水冷卻器壓力損失)，則風機的壓頭H需滿足：H1+H2+80

若進風管路和排煙管路的壓力損失較小，則單獨使用進風管路的增壓風機或排煙管路的引風機來克服阻力損失；若實船使用中進風管路和排煙管路很長，需要克服的阻力損失較大時，可通過計算定制更高壓頭的風機或采用增壓風機與引風機聯用的方式來克服阻力損失。

3 結論

1) 采用封閉式增壓燃燒技術，不僅解決了目前艦船燃油爐灶不能在廚房負壓條件下正常燃燒的難題，而且燃燒時不消耗廚房氧氣；

2) 采用可調火力燃燒器，動態調節不同檔位下的最佳空燃比，外焰直接加熱炊鍋，燃燒充分，節約燃油，多檔火力可調，滿足中餐烹飪要求；

3) 采用獨立的進風和排煙系統和封閉式爐膛燃燒，廚房內無明火、無燃燒廢氣，廚房內污染程度減小，且使廚房空調送排風的設計可專注于廚房舒適性的提高，而不必兼顧爐灶燃燒的壓力、氧氣供給的問題，降低相應的空調負荷[2]；

4) 采用高效海水冷卻器，可降低排煙溫度使之適合船舶總體布置要求。

[1] 黎漢軍，劉喜元.船用汽化燃油爐灶熄火問題研究[J].船海工程，2006(3)：108-109.

[2] 李偉光，楊海燕.采用封閉式燃油爐灶的船舶廚房空調通風設計[J].船海工程，2009(3)：36-39.