红外线燃气燃烧技术也称燃气辐射燃烧技术.docx

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红外线燃气燃烧技术也称燃气辐射燃烧技术

红外线燃气燃烧技术也称燃气辐射燃烧技术，是一种较新较先进的燃烧技术。

它采用完全一次预混空气燃烧方式，由引射器通过燃气压力自然引射空气（一般占全部所需理论空气量的105%~110%）进入燃烧器腔体内，并经完全充分的混合，在具有9300多孔燃烧辐射板的表面进行燃烧，它的燃烧基本上无可见火焰，所以又称为“无焰燃烧”。

燃烧器采用了中间开孔的环徊中空结构，使预混气体燃烧穿过辐射面板后能再次得到空气的补给，使残余的游离碳燃烧殆尽，真正达到“无焰燃烧”，所以长期使用不会熏黑锅底。

另一方面燃气预先与空气完全混合后，在“顾家”具有9300个火孔的辐射燃烧板上燃烧，能有效的抑制一氧化碳及氮氧化物的排放。

比普通大气式燃气炉分别降低90%和70%以上，消除了威胁人体健康的隐患。

“顾家”红外线灶具改进燃烧器结构使燃气在燃烧前与足够的空气完全混合，引射器采用整体拉伸搪瓷的新工艺，保证了燃烧器内壁的光滑和喷嘴与引射管的同心度，使燃烧十分完全。

同时，炉具的辐射燃烧板火孔结构由圆孔改为方孔，开孔达9300多个，使燃气有足够的空气燃烧，减少了“化学热损失”；特殊材料制成的燃烧板燃烧所产生的热能转化为红外线辐射传递，更有效地被加热物体吸收，大大地减少了“物理热损失”。

经过国家权威机构检测“顾家”红外线燃气炉的热效率高达66.7%，按折算比普通大气式燃气炉可节能26%以上。

红外线燃气灶为什么比大气灶

（传统燃气灶）节能环保温度高呢?

陶瓷板红外线燃气灶对锅加热时，除了高温烟气的对流和辐射加热外，陶瓷板的辐射加热要占很大的一部分。

如果把陶瓷板与锅底近似看作两个灰表面，环境看作黑表面，这样就组成一封闭的辐射换热系统。

其中陶瓷板与锅底的辐射换热由下面公式③确定：

燃气为大庆液化石油气。

假设陶瓷板面发射率ε1=0.86①，铝锅底面氧化层ε2=0.3；板面温度t1=850℃，锅底表面平均温度t2=45℃（锅内水温20~70℃），房间墙壁温度t3=20℃。

依据“传热学”④中有关资料，并考虑锅底面积大于陶瓷板表面积的情况，取ф1,2为0.9。

根据空间辐射网络计算，陶瓷板对锅的辐射热量占总换热量的57.3%。

大气式燃气灶主要以对流方式对锅加热，它的火焰可以进行有限的辐射加热。

本生火焰属于不发光的火焰，其中能够进行辐射加热的主要是燃烧产物中的CO2和H2O气体，它们的辐射光谱是不连续的，只能辐射一定波长范围内的能量，与固体表面相比，辐射能力要差得多。

根据夏克（Schack）提出的近似计算公式⑤，二氧化碳向周围壁面的辐射换热量为：

QCO2=0.019εCO2（PL）1/3<（Tg/100）3.5-（Tw/100）3.5>A（kW）

（2）

水蒸气向周围壁面的辐射换热量为：

QH2O=1.64εH2OP0.8L0.6<（Tg/100）3-（Tw/100）3>A（kW）（3）

εCO2、εH2O——CO2、H2O气体的发射率；

P——CO2、H2O气体的分压力，kPa；

L——气体有效厚度，m；

Tg、Tw——气体、周围壁面温度，K；

A——气体表面积，m2。

假设火焰平均温度1400℃，火孔与锅底之间距离25mm，周围壁面温度（取锅底表面温度）45℃，按照上两式进行计算，辐射加热量可能不到整个换热量的8%。

该值考虑了本生火焰只有一面对锅进行辐射加热的情况。

2、陶瓷板红外线燃气灶过剩空气系数小

燃气要达到完全燃烧就需要一定的过剩空气系数。

过剩空气系数的大小不仅影响着理论燃烧温度的高低，而且在排烟温度相同的条件下，也决定了排烟损失的大小。

这两点对燃气灶的热效率都有直接影响。

（1）过剩空气系数对理论燃烧温度的影响

前已述及，陶瓷板红外线燃气灶的过剩空气系数为1.03~1.06，而大气式燃气灶的过剩空气系数为1.3~1.8。

以大庆液化石油气为燃料，并假定陶瓷板红外线燃气灶过剩空气系数1.05，大气式燃气灶的过剩空气系数1.5。

经计算，燃气在陶瓷板红外线燃气灶燃烧的理论燃烧温度约为2040℃；而在大气式燃气灶的理论燃烧温度约为1600℃。

二者相差400多摄氏度。

根据传热理论，无论是辐射换热还是对流换热，增大两物体的换热温差，都会提高换热量。

特别是辐射换热，按照斯蒂芬-波长兹曼定律，换热量与温度的4次方差成正比例关系。

显示过剩空气系数小对提高陶瓷板红外线燃气灶热效率是有利的。

（2）过剩空气系数对排烟损失的影响

烟气焓的计算公式②：

If=I0f+（α-1）I0α（4）

If——烟气的焓（kJ/Nm3）；

I0f——理论烟气的焓（kJ/Nm3）；

I0α——理论空气的焓（kJ/Nm3）

α——过剩空气系数。

排烟损失qpy②：

qpy=If/H1×100%（5）

H1——燃气低热值（kJ/Nm3）

从上面公式看出，在烟气成分一定的情况下，影响If大小的主要因素是烟气温度tf和过剩空气系数α，如果排烟温度越高，过剩空气系数越大，则排烟损失越大。

当以大庆液化石油气为燃料，过剩空气系数分别为1.05和1.5时，排烟温度tf变化时的排烟损失qpy见表3。

表3排烟损失qpy（%）

tf/℃15020025.0

α1.055.97.910.0

1.508.211.013.8

由表中可见，假定两种燃气灶在排烟温度相同的条件下，大气式燃气灶的排烟损失要高出2.3%~3.8%。

3、陶瓷板红外线燃气灶锅支架高度小

无论是对陶瓷板红外线燃气灶，还是对大气式燃气灶，锅支架高度对热效率和烟气中的CO含量都有影响，许多文献已证明了这一结论②⑥-⑨。

一般规律是：

锅支架高度升高，热效率降低，烟气中CO含量减少。

因此，在保证烟气中CO含量达到有关标准的前提下，应尽可能降低锅支架高度。

在应用上，陶瓷板红外线燃气灶的锅支架高度一般在15mm以内，而大气式燃气灶锅支架高度在20~30mm之间。

造成这种差异的原因是二者燃烧方式的不同。

陶瓷板红外线燃气灶采用的是完全预混式燃烧，不需要从周围获取二次空气。

同时，气体从小孔道中流出速度不高，因此锅底可以距离板面较近，也不会对流出气体产生较大的反压力，而仍然能保证燃气的正常燃烧。

在较小的锅支架高度情况下，对陶瓷板红外线燃气灶与锅的换热是有利的。

一方面产生的高温烟气与锅底充分接触，进行辐射和对流换热，另一方面根据辐射换热角系数的定义式，赤热的板面离锅底越近，平均角系数越大，辐射换热量就越多，而从锅底与板面之间的空隙向周围环境的辐射热损失就越小。

大气式燃气灶的锅支架高度是比较高的，因为较小的锅支架高度会减少二次空气的供给量，同时，燃烧形成的本生火焰易与冷的锅底接触，这样都会产生不完全燃烧而导致烟气中的CO含量升高。

对于大气式燃气灶而言，较高的锅支架高度对锅的加热是不利的。

较高的锅支架高度，会增加周围空气向火焰的扩散，降低火焰温度而减少换热。

同时，由于火孔有一定倾角（一般取300）②，具有主要负荷的外圈火孔的火焰，其高温烟气并没有与全部锅底接触，只是接触到锅底的周边部分。

这样，锅支架高度升高就会减少烟气与这部分锅底接触的面积，而使换热量减少。

当然，影响换热的因素还有锅的形状，材质，环境因素等等。

本文不作详细讨论。

三、结论

通过对陶瓷板红外线燃气灶和大气式燃烧气灶的测试对比和理论分析，可以得出如下结论：

1、陶瓷板红外线燃气灶与大气式燃气灶相比，热效率高。

2、陶瓷板红外线燃气灶具有陶瓷板辐射体。

燃气燃烧的一部分热量将陶瓷板加热，陶瓷板再通过辐射对锅加热。

这是陶瓷板红外线燃气灶热效率较高的主要原因。

3、陶瓷板红外线燃气灶采用完全预混式燃烧，过剩空气少，理论燃烧温度高，排烟损失小，使得换热量增加，热效率提高。

4、陶瓷板红外线燃气灶采用较小的锅支架高度，增加了换热，减少了辐射热损失，从而提高了热效率。

红外线燃气灶　　红外线的波长比可见光长，具有热效应，有极强的穿透能力，不易被大气所吸收。

因此，红外线燃气灶具有明显的节能效果。

　　红外线本身携带能量。

太阳照在人的身体上才会感觉温暖。

由于这种特点，现在市场上出现了许多应用红外线的产品，如：

红外线保健内衣，红外线家庭取暖器，红外线测体温等。

而红外线炉灶是利用红外线的这些特点制造而成的。

　　节能效率可以达到35%以上。

由特殊耐火材料制成的红外线辐射板，在火焰燃烧的时候，将火焰转变成红外线，加快物体的受热过程。

由于红外线辐射传递，从而使燃气灶的性能得到很大的改善。

　　红外线燃气灶的优点：

　　1、节能：

由于红外线热辐射的特点，所以红外线燃气灶热效率高，普通燃气灶的热效率为52%，而红外线燃气灶的热效率可以达到68%以上。

而红外线燃气灶的节能效果也可以达到30%以上。

　　2、环保：

由于红外线燃气灶采用无焰燃烧（燃烧时没有可见的明火），长期使用不会熏黑炊具和污染厨房环境。

普通的燃气灶由于燃烧不充分，会产生一氧化碳和氮氧化物，前者吸入人体会中毒，而后者容易慢性致癌。

红外线燃气灶因为燃烧充分，所以污染物的排放量大大低于国家标准，特别是一氧化碳的排放量，只有国家标准的十分之一。

　　3、安全：

　　红外线燃气灶具有极好的抗风性能，不容易被风吹熄。

不容易产生如黄焰、脱火、回火等普通燃气灶容易产生的燃烧不稳定的现象。

　　好的红外线燃气灶燃烧器应具有良好的抗热震性能（20℃到1100℃急冷急热实验30次不会爆裂），既将燃烧器烧到1100℃的时候，瞬间投入20℃的冷水中，30次不会爆裂。

在正常做饭的过程中，如果有冷水倒入正常燃烧的燃烧器，燃烧器不熄灭，不爆裂。

　　选购红外线燃气灶需要注意的问题

　　1、当前市面上销售的红外线燃气灶多是在原来燃气灶燃烧器基础上改进的，没有按红外线的要求来设计。

例如：

按红外线燃烧器设计要求，燃烧器所需要的空气全部由引射器吸入，而不需要二次空气，这一点原来的燃气灶是达不到的。

造成红外线燃烧器也需要二次空气的供给，但红外线灶面上连成一片二次空气很难与燃气再混合好而燃烧，这造成不完全燃烧加重，使厨房的卫生条件恶化。

　　红外线燃气灶是无焰燃烧，某些红外线产品采用完全预混式燃烧，燃烧发应在火孔内及表面进行，火孔表面火焰很短，虽成为无焰燃烧，但不是真正的无焰燃烧（有短火焰）。

而真正的无焰燃烧，主要是将反映控制在火孔内催化剂表面进行，燃烧时，可达到完全无焰燃烧状态，真正实现无焰燃烧。

　　能量释放方式不同，石棉上的红外线很多是先将金属网或多孔陶瓷板加热，再通过被加热金属网或多孔陶瓷板在高温下二次释放一定波长的红外线，看起来燃烧效果和真正的红外线相同，但是节能效果就差距很大。

而真正的红外线应该完全以红外辐射方式释放出能量，这从根本是避免了由可见光造成的燃烧能量的损失。

　　2、选购红外线燃气灶应该选购正规厂家生产，有完善售后服务的产品。

注意到专卖店或者有信誉的商场购买。

选购时注意察看燃气灶的说明书，看清楚红外线燃烧器的燃烧的材料、原理。

还有产品是否成系列，是否有适合现在各种燃气（煤气、液化气、天然气、沼气等）的燃烧器。

　　3、家庭现有燃气灶改装红外线燃烧器时，必须购买正规厂家的产品，有合格证，产品外表光滑，最好选用铸铁的底盘，铸铁的底盘不怕长时间燃烧。

红外线燃烧器必须由专业人员安装，以免因安装不到位而产生的节能效果不明显或者出现安全问题。

　　4、红外线燃气灶热量高，这不适合中国人做米饭的焖饭要求，因此，在选择时应该选择有火力调节功能的红外线灶。

没有火力调节的，最好一个火眼是红外线燃烧器，另一个选择普通大气式燃烧器。

　　5、现场实验：

选购红外线燃气灶，最好在店内进行试火，一看点火是否好用，二是看红外线燃烧器在点火30秒内能否产生红外线，与普通燃气灶比较，看是否能达到产品宣传的节能效果。

三要检查包装箱内是否有产品合格证，使用说明书，保修单，产品附件清单。

灶具本体上应有铭牌标志，注明型号、燃气种类、燃气额定压力、制造厂名称、制造厂名称等。

　　自主知识产权

　　我国最早的红外线燃气灶具是由广州市红日燃气具有限公司开发生产的。

该公司已获得多项国家发明专利。

红外线燃气灶热效率提高的探讨

一、前言

以陶瓷板为材料的燃气红外线辐射器自二十世纪40年代问世以来①，在民用方面一直用于采暖和烘烤食品。

80年代中期，在我国少数地区开始使用它作为炊事灶具。

由于陶瓷板红外线燃气灶加热均匀，火力强，这种燃气灶很快在其他地区得到了推广和使用。

陶瓷板红外线燃气灶与大气式燃气灶相比，热效率高，烟气中有害成分少②。

下面仅就陶瓷板红外线燃气灶与大气式燃气灶的热效率作一对比分析。

二、陶瓷板红外线燃气灶与大气式燃气灶热效率的对比

陶瓷板红外线燃气灶的工作原理：

燃气利用引射击器预混了燃气燃烧所需要的全部空气量（过剩空气系数α=1.03~1.06），燃气—空气混合物以0.1~0.14m/s的速度从陶瓷板数千个小孔道溢出进行燃烧，将板面加热到赤红状态，温度达到800~900℃②，板面和高温烟气对锅进行辐射和对流加热，此时燃气燃烧为无焰状态。

大气式燃气灶的工作原理：

燃气利用引射器仅预混燃烧所需要的一部分空气量（一次空气系数α′=0.55~0.65），然后以1.0~3.5m/s的速度，经过头部的一些火孔流出，并从周围再获取二次空气进行燃烧（过剩空气系数α=1.3~1.8），形成具有内、外焰的本生火焰②，产生的高温烟气主要以对流换热的方式对锅加热。

由于这两种灶的燃烧和加热方式不同，表现在加热效果上也是不同的。

经过对16个厂家生产的燃气灶抽样检测（8种为陶瓷板红外线燃气灶，8种为大气式燃气灶），将它们的热效率数据列于表1和表2上。

从表中看出，陶瓷板红外线燃气灶的热效率比大气式燃气灶平均高出10.1个百分点。

注：

1、测试燃气为液化石油气；

2、按照国家标准进行测试，锅底热强度基本相同。

三、陶瓷板红外线燃气灶热效率较高的原因

1、陶瓷板红外线燃气灶辐射效率大。

陶瓷板的形状一般为圆形，直径168mm，厚11~12mm。

小孔道直径依然气种类而不同，对液化石油气，孔道直径为1.2~1.4mm。

陶瓷板主要由滑石粉，粘士等材料组成，属于非金属固体材料。

在一定温度下，它的表面朝其上方的半球空间各不同方向发射包括各种波长的能量。

陶瓷板红外线燃气灶对锅加热时，除了高温烟气的对流和辐射加热外，陶瓷板的辐射加热要占很大的一部分。

如果把陶瓷板与锅底近似看作两个灰表面，环境看作黑表面，这样就组成一封闭的辐射换热系统。

其中陶瓷板与锅底的辐射换热由下面公式③确定：

Q1,2=（J1-J2）/（1/ф1,2F1）

（1）

Q1,2——陶瓷板与锅底之间辐射换热量，W；

J1、J2——陶瓷板、锅底的有效辐射，W/m2；

ф1,2——陶瓷板对锅底的平均角系数；

F1——陶瓷板表面积，m2。

燃气为大庆液化石油气。

假设陶瓷板面发射率ε1=0.86①，铝锅底面氧化层ε2=0.3；板面温度t1=850℃，锅底表面平均温度t2=45℃（锅内水温20~70℃），房间墙壁温度t3=20℃。

依据“传热学”④中有关资料，并考虑锅底面积大于陶瓷板表面积的情况，取ф1,2为0.9。

根据空间辐射网络计算，陶瓷板对锅的辐射热量占总换热量的57.3%。

大气式燃气灶主要以对流方式对锅加热，它的火焰可以进行有限的辐射加热。

本生火焰属于不发光的火焰，其中能够进行辐射加热的主要是燃烧产物中的CO2和H2O气体，它们的辐射光谱是不连续的，只能辐射一定波长范围内的能量，与固体表面相比，辐射能力要差得多。

根据夏克（Schack）提出的近似计算公式⑤，二氧化碳向周围壁面的辐射换热量为：

QCO2=0.019εCO2（PL）1/3[（Tg/100）3.5-（Tw/100）3.5]A（kW）

（2）

水蒸气向周围壁面的辐射换热量为：

QH2O=1.64εH2OP0.8L0.6[（Tg/100）3-（Tw/100）3]A（kW）（3）

εCO2、εH2O——CO2、H2O气体的发射率；

P——CO2、H2O气体的分压力，kPa；

L——气体有效厚度，m；

Tg、Tw——气体、周围壁面温度，K；

A——气体表面积，m2。

假设火焰平均温度1400℃，火孔与锅底之间距离25mm，周围壁面温度（取锅底表面温度）45℃，按照上两式进行计算，辐射加热量可能不到整个换热量的8%。

该值考虑了本生火焰只有一面对锅进行辐射加热的情况。

2、陶瓷板红外线燃气灶过剩空气系数小

燃气要达到完全燃烧就需要一定的过剩空气系数。

过剩空气系数的大小不仅影响着理论燃烧温度的高低，而且在排烟温度相同的条件下，也决定了排烟损失的大小。

这两点对燃气灶的热效率都有直接影响。

（1）过剩空气系数对理论燃烧温度的影响

前已述及，陶瓷板红外线燃气灶的过剩空气系数为1.03~1.06，而大气式燃气灶的过剩空气系数为1.3~1.8。

以大庆液化石油气为燃料，并假定陶瓷板红外线燃气灶过剩空气系数1.05，大气式燃气灶的过剩空气系数1.5。

经计算，燃气在陶瓷板红外线燃气灶燃烧的理论燃烧温度约为2040℃；而在大气式燃气灶的理论燃烧温度约为1600℃。

二者相差400多摄氏度。

根据传热理论，无论是辐射换热还是对流换热，增大两物体的换热温差，都会提高换热量。

特别是辐射换热，按照斯蒂芬-波长兹曼定律，换热量与温度的4次方差成正比例关系。

显示过剩空气系数小对提高陶瓷板红外线燃气灶热效率是有利的。

（2）过剩空气系数对排烟损失的影响

烟气焓的计算公式②：

If=I0f+（α-1）I0α（4）

If——烟气的焓（kJ/Nm3）；

I0f——理论烟气的焓（kJ/Nm3）；

I0α——理论空气的焓（kJ/Nm3）

α——过剩空气系数。

排烟损失qpy②：

qpy=If/H1×100%（5）

H1——燃气低热值（kJ/Nm3）

从上面公式看出，在烟气成分一定的情况下，影响If大小的主要因素是烟气温度tf和过剩空气系数α，如果排烟温度越高，过剩空气系数越大，则排烟损失越大。

当以大庆液化石油气为燃料，过剩空气系数分别为1.05和1.5时，排烟温度tf变化时的排烟损失qpy见表3。

由表中可见，假定两种燃气灶在排烟温度相同的条件下，大气式燃气灶的排烟损失要高出2.3%~3.8%。

3、陶瓷板红外线燃气灶锅支架高度小

无论是对陶瓷板红外线燃气灶，还是对大气式燃气灶，锅支架高度对热效率和烟气中的CO含量都有影响，许多文献已证明了这一结论②⑥-⑨。

一般规律是：

锅支架高度升高，热效率降低，烟气中CO含量减少。

因此，在保证烟气中CO含量达到有关标准的前提下，应尽可能降低锅支架高度。

在应用上，陶瓷板红外线燃气灶的锅支架高度一般在15mm以内，而大气式燃气灶锅支架高度在20~30mm之间。

造成这种差异的原因是二者燃烧方式的不同。

陶瓷板红外线燃气灶采用的是完全预混式燃烧，不需要从周围获取二次空气。

同时，气体从小孔道中流出速度不高，因此锅底可以距离板面较近，也不会对流出气体产生较大的反压力，而仍然能保证燃气的正常燃烧。

在较小的锅支架高度情况下，对陶瓷板红外线燃气灶与锅的换热是有利的。

一方面产生的高温烟气与锅底充分接触，进行辐射和对流换热，另一方面根据辐射换热角系数的定义式，赤热的板面离锅底越近，平均角系数越大，辐射换热量就越多，而从锅底与板面之间的空隙向周围环境的辐射热损失就越小。

大气式燃气灶的锅支架高度是比较高的，因为较小的锅支架高度会减少二次空气的供给量，同时，燃烧形成的本生火焰易与冷的锅底接触，这样都会产生不完全燃烧而导致烟气中的CO含量升高。

对于大气式燃气灶而言，较高的锅支架高度对锅的加热是不利的。

较高的锅支架高度，会增加周围空气向火焰的扩散，降低火焰温度而减少换热。

同时，由于火孔有一定倾角（一般取300）②，具有主要负荷的外圈火孔的火焰，其高温烟气并没有与全部锅底接触，只是接触到锅底的周边部分。

这样，锅支架高度升高就会减少烟气与这部分锅底接触的面积，而使换热量减少。

当然，影响换热的因素还有锅的形状，材质，环境因素等等。

本文不作详细讨论。

四、结论

通过对陶瓷板红外线燃气灶和大气式燃烧气灶的测试对比和理论分析，可以得出如下结论：

1、陶瓷板红外线燃气灶与大气式燃气灶相比，热效率高。

2、陶瓷板红外线燃气灶具有陶瓷板辐射体。

燃气燃烧的一部分热量将陶瓷板加热，陶瓷板再通过辐射对锅加热。

这是陶瓷板红外线燃气灶热效率较高的主要原因。

3、陶瓷板红外线燃气灶采用完全预混式燃烧，过剩空气少，理论燃烧温度高，排烟损失小，使得换热量增加，热效率提高。

4、陶瓷板红外线燃气灶采用较小的锅支架高度，增加了换热，减少了辐射热损失，从而提高了热效率。