一種新型燃氣爐灶煙氣余熱回收系統設計與分析

程文強

摘 要：在總結比較以往設計和使用的經驗基礎上，通過一種新型燃氣爐灶煙氣余熱回收系統設計與分析，探索燃氣爐灶煙氣余熱回收更加合適的方法和路徑，改進內置換熱器，提高余熱轉換熱水的輸出品質；改進加熱系統水循環形式，減少電磁閥和溫度傳感器的配置數量，提高系統的穩定性和可靠性；改進系統運行控制方式，應用總體控制與分時段控制相結合系統的理論，提高系統實用性，有效利用資源和避免浪費。

關鍵詞：燃氣爐灶 煙氣余熱 回收系統 可靠性和實用性

中圖分類號：TK115 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（a）-0076-02

商用燃氣灶具主要是指適用于商業餐飲場所及各大機關單位、學校、工地食堂的大型廚房燃氣烹飪設備，目前大量使用的有中餐燃氣炒菜灶、炊用燃氣大鍋灶、燃氣蒸箱等。商用燃氣灶具設備大多采用傳統型式結構，熱能利用熱效率較低，大量剩余熱量通過散熱和排煙系統直接排出，造成后堂溫度上升，廚房工作環境惡化。為此，在采納新型節能燃燒器和產品結構的基礎上，綜合考慮商用灶具以及廚房后堂等的能源需求關系，設計和研制一種新型燃氣爐灶煙氣余熱回收系統，有利于煙氣余熱回收，制備下級熱水使用，提高系統工作的穩定性和可靠性；同時提高能源綜合利用率，降低能源消耗，改善廚房環境。

1 系統介紹

燃氣鍋灶在燃燒過程中有大量的高溫煙氣釋放，將煙氣廢熱回收裝置安裝于燃氣鍋灶后靠排煙煙道上，采用上下口相互插入方式，冷水從夾套下部進入，頂部出水，在夾套內側沿煙氣垂直流動方向，布置數根翅片管，煙氣從管外翅片間穿過并傳熱到翅片，冷水自管內流動并與管壁進行熱交換，充分獲得煙氣熱量，煙氣溫度可從進口處600 ℃下降到排出160 ℃左右，甚至更低，將煙氣中熱量轉移到水中，并通過管道輸送到儲水箱待下級使用（圖示略）。

如何提高煙氣余熱利用的技術措施，包括合肥順昌公司等生產企業與研究機構做了大量的工作，如在采用高效燃燒器、改進爐膛內部結構、改進配置鍋具的吸收熱量性能、采用防空燒技術、提高煙氣余熱利用率、減小熱損失等方面做了卓有成效的研究和實踐。文章在總結比較以往設計和使用的經驗基礎上，提出改進并開發一種新型燃氣爐灶煙氣余熱回收系統。

1.1 內置換熱器的改進

為保障水質符合飲用水質要求，換熱器材質更換為SUS304不銹鋼，不再使用水夾套并取消拉筋加固以防止內側板承壓變形的設計方式，改為由SUS304軋制的進出水聯箱，在聯箱之間安裝數根翅片管，翅片管的管子材質也為SUS304不銹鋼，考慮到不同材質對煙氣傳熱的影響，翅片材質采用碳素冷板，厚度0.3～0.4 mm。上下排列的翅片管換熱管束采用叉排，翅片管傾斜安裝，以保證熱水自然流動的暢通，換熱排管外側采用不銹鋼SUS201或SUS304與進出水聯箱組成換熱煙室。煙室外板采用保溫隔熱處理，減少熱量損失。

1.2 加熱系統水循環形式的改進

由于以往系統較多采用了電磁閥和溫度傳感器控制，故障點較多；用戶如不能及時用完水箱存水，會導致爐灶再次使用中熱水無法儲存的問題，引起水箱溢流，出現熱能和水資源的雙重浪費；或者較長時間不用時，會使得水箱內原有存水溫度下降，無法再加熱使用；當采取按流量計費方式時，不利于節能減排量的核實，實際運行中容易產生爭議等問題。為了提高系統的穩定性和可靠性，便于系統的實際操作和應用，對煙氣余熱加熱系統水循環形式進行了創新性改進。

1.2.1 自然循環加熱系統

利用熱水自然提升的原理，改進水路方式，采用自然循環加熱系統（圖示略），這樣可以大大減少電磁閥和溫度傳感器的配置數量。該系統適合于爐灶數量較少情況下，換熱裝置共用1根循環冷熱水管，要求水箱安裝置于爐灶高度以上，水箱底部超過換熱器出水口位置0.3～0.5 m以上，換熱器下部進水口全部并聯并與水箱下部出水口連接，換熱器上部出水口也匯合到總管上回到水箱，回水總管要求有不小于3°的向上傾斜到水箱的角度。單組并聯爐灶數量不超過4臺，如爐灶數量較多，可采取多并聯回路方式進行。

1.2.2 強制循環加熱系統

當爐灶數量較多、或水箱無法安裝置于爐灶高度以上、或水箱與爐灶距離較遠、或者現場安裝困難時，在自然循環煙氣廢熱回收系統上增加水泵強制循環加熱系統（見圖1）。即在每個爐灶換熱器進水口安裝電磁閥，當爐灶使用時，電磁閥將自動打開，換熱循環泵工作由壓力開關控制，當水泵出口壓力低于設定值，水泵將啟動循環加熱。

為保證系統的熱效率，在每臺爐灶換熱器進口管道上安裝電磁閥一個，與燃氣灶風機聯動，當風機電源接通時，電磁閥打開，反之則關閉。

在采取強制循環情況下，水箱的位置高低及與爐灶的距離將無關緊要，管道的安裝坡度將不做嚴格要求、管路將可以做的直徑較小。

1.3 系統運行控制的改進

原系統由于為一次性熱水制備，必須及時用完或用掉部分，否則爐灶再次使用中制備的熱水將無法儲存導致水箱溢流，從而引起水和熱量的雙重浪費；另外，水箱原有存水較長時間變冷，不能回流加熱，必須先排空放盡才能重新儲備熱水。基于以上問題，新型系統采用變液位控制保證水箱水溫的穩定和符合使用要求的方式。在水箱滿水時采用上水電磁閥及浮球閥雙重控制切斷上水，保證不會出現溢流情況，水箱水溫在原設定基礎上可繼續循環升溫；另外，水箱剩余水即使溫度較低，但在下次的爐灶使用中還能得到再循環加熱而不會浪費。

采取自動化運行控制，應用系統的理論，總體控制與分時段控制相結合，提高系統的實際運行效果，客戶滿意度大大提高。

2 結語

新型爐灶廢熱回收系統不僅優化了產品結構，易于加工制造，與水直接接觸的材料采用不銹鋼材質，保證了水質符合使用要求；取消了原先每臺爐灶進出口的電磁閥和溫控探頭，即使在強制循環加熱情況下安裝有電磁閥，但其作用也與原來不同，電磁閥關閉不嚴不會對系統運行造成影響。

參考文獻

[1] CJ/T 392-2012炊用燃氣大鍋灶[S].

[2] CJ/T 28-2013中餐燃氣炒菜灶[S].