2×45 kW双眼高效环保型燃气灶及余热回收系统设计

目录TOC\o"1-3"\h\u7723摘要 -1-第一章绪论1.1课题背景与研究意义我国人口众多，各类粮食消耗量巨大，同时我国餐饮文渊源流长，烹饪方式丰富多样，这样导致中餐烹饪时需要消耗大量的燃料。另外烹饪过程中环境的不同和传统燃气灶的缺陷，造成燃料的大量浪费。据中国饭店协会统计[[]朱建勇.商用燃气炊事用具的现状与发展的思考[J].公用科技，2010，24（4）；[]朱建勇.商用燃气炊事用具的现状与发展的思考[J].公用科技，2010，24（4）；41-43.随着中国社会经济的快速发展，工业化加快，各种能量消耗剧增，不可再生能源日益减少，使其价格处于逐步上升的趋势，同时近年来为了控制大气污染，减少二氧化硫、氮氧化物及粉尘等空气污染物排放，对燃料燃烧的清洁性要求进一步提高[[]钱伯章.世界能源消费现状和可再生能源发展趋势[J].节能与环保，2006,（3）：8-9.]。传统燃气炉具在餐饮企业使用普遍，燃气浪费特别严重，对换环境造成的污染大，采用新材料和新技术对传统生产工艺进行技术改革和改造已经迫在眉睫[[[]钱伯章.世界能源消费现状和可再生能源发展趋势[J].节能与环保，2006,（3）：8-9.[]朱建勇.商用燃气炊事用具的现状与发展的思考[J].城市公用事业,2010,24（04）:41-42+51+59.[]丛大鸣.积极推行能源计最促进国民经济可持续发展[N].经济导报，2006，7.商用燃气灶的分类方式[[]同济大学，等.燃气燃烧与应用[M].北京：中国建筑工业出版社,2000[]同济大学，等.燃气燃烧与应用[M].北京：中国建筑工业出版社,2000.根据目前商用燃气具发展现状，本课题提出的这种新型高效燃气灶，它是在普通商用燃气灶的基础上，提升空气与燃气的混合程度和加装蒸汽余热装置综合增加燃气热利用率。1.2国内外研究现状、代表研究成果经过多年商用燃气灶使用发现，大气式传统中餐炉灶燃气被浪费的原因主要有两种，一是大气式传统中餐炉灶燃烧不充分，也称为“化学热损失”，未被烧尽的燃气热能被浪费；二是大气式传统中餐炉灶是靠火焰通过对流传热给锅底，但火焰与锅底的接触只是一瞬间，大量热量未被利用就散发至空间，这被称为“物理热损失”。所以大气式传统中餐炉灶热效率通常只有22%左右[[]张煜圣,周亮,钟家淞.高效节能家用大气式燃气灶的研究[J].煤气与热力,2014[]张煜圣,周亮,钟家淞.高效节能家用大气式燃气灶的研究[J].煤气与热力,2014,34（07）:31-34.这些年为了提高燃气灶的效率、降低污染气体排放和改善厨师的工作环境，国内对燃气灶有如下改进：防空烧技术[[]冯克玲.防空烧预混燃烧集热利用3合1一体化节能整体炉膛.]较早被提出，燃气灶空烧是指当锅面离开灶台时，炉膛内的火依旧在燃烧，这样的热量就白白浪费了，一般空烧浪费率占整个烧菜的20%以上。免空烧节能炉灶解决了空烧浪费的问题，[]冯克玲.防空烧预混燃烧集热利用3合1一体化节能整体炉膛.广东工业大学刘效洲[[]刘效洲,张海燕,陈章俊,杨建豪,陈冠英.一种具有余热回收装置的新型高效燃气灶[J].广东化工,2019,46（03）:156-158.]等人研究了一种具有余热回收装置的新型高效燃气灶。这种燃气灶的设计采用大气式燃烧，在燃气灶排烟部装上换热器，回收排出烟气的余热来余热空气，降低烟气的排烟温度，减少带走的余热；在炉膛内布置有多孔陶瓷的蓄热装置，储存热量对过低形成二次辐射，有效提高了燃气灶的热效率。通过热平衡实验以及热态测试对比，结果显示新型燃气灶的平均热效率达到了60%，排放烟气CO浓度为100-300ppm；传统灶的热效率只有35[]刘效洲,张海燕,陈章俊,杨建豪,陈冠英.一种具有余热回收装置的新型高效燃气灶[J].广东化工,2019,46（03）:156-158.广东工业大学卢坚伟研究了全预混燃气灶引射器[[]卢坚伟.全预混引射式商用燃气灶的热工性能研究[D].广东工业大学,2016.]，新型全预混引射式燃气灶是结合引射器和燃烧器设计而成的。其主要结构是：燃气进气管道，全预混引射式燃烧器、燃气流量控制阀门，助燃空气控制阀门，燃气灶台体，进水管道，排烟管道。引射器由吸收室，混合室，扩压室组成。引射式燃烧器的工作过程如下：压力较高的流体高速通过工作喷嘴流出，在吸收室附近造成了很高的负压，因而卷吸周围压力较低的流体，将燃烧所需全部空气引射入混合室，两种不同速度的流体在混合室得的混合，在扩压室内将混合的流体动能一部分转化为克服头部所需的压力，然后在燃烧器头部稳定在一定速[]卢坚伟.全预混引射式商用燃气灶的热工性能研究[D].广东工业大学,2016.图1-1引射器结构图度下燃烧，就算有极少未燃烧的燃气，也可被喷射到炉膛里进一步的燃烧，既能达到引射助燃空气的作用（减少了风机的能耗，减少了风机的噪声污染），又有了全预混燃烧的效果，具有节能环保的性能。1.3设计思路与设计方案图1-2常见商用中餐灶根据传统燃气灶能量损失的问题，新型燃气灶的设计就必须避免这些问题[[]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，2001,21（1）:21-23.]：第一，增强燃气与空气的混合程度和调整适当的空气过量系数，使燃烧更加充分；第二，在传热方面，炉膛使用保温性能较好的材料，减少向灶台传热损失，同时增大火焰与锅底的传热；第三，关于烟气热量损失，将排出的烟气进行余热利用，本设计采用封闭燃烧炉膛以及烟气换热器进行蒸汽余热利用。图1-2常见商用中餐灶[]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，2001,21（1）:21-23.第二章燃气燃烧计算2.1燃气灶设计参数由设计任务书给出，燃气灶功率为2×45，气源是天然气，天然气成分如表2-1天然气体积成分表，天然气物性参数表2-2天然气物性参数表。表2-1天然气成分表燃气种类成份（体积百分数）H2COCH4C3H6C3H8C4H10N2O2CO2H2S天燃气——98.00.40.30.30.8—0.2—表2-2天然气物性参数表种类高位热值低位热值实用华白数动力粘度×106动力粘度×106天然气96508740101001.05413.922.2空气量计算燃气理论空气需要量： （2-1）式中：——燃气理论空气需要量；——燃气容积为1时，各成分百分含量。按任务设计书给出的天然气成分计算，=10.35。实际空气量V： （2-2）式中：α——过量空气系数，民用燃具取值1.3~1.8，本设计取1.6[[]国河.建筑燃气设计手[M]．北京：中国建筑工业出版社，1999[]国河.建筑燃气设计手[M]．北京：中国建筑工业出版社，1999.计算结果。2.3燃气燃烧烟气量燃气完全燃烧时，在理论空气需要量条件下，产生的烟气量称为理论烟气量，燃气燃烧理论烟气量：（2-5）（2-3）（2-6）（2-（2-5）（2-3）（2-6）（2-4）——烟气中三元自气体体积，；——空气含湿量，；——燃气含湿量，；——理论烟气中N2体积。天然气燃烧方程式：根据给定天燃气成分带入公式，理论烟气计算结果。实际烟气量Vf： （2-7）计算结果。

第三章燃气灶主体设计燃气灶的核心构件是燃烧器，燃烧器有扩散式燃烧器、大气是燃烧器、全预混式燃烧器。鼓风式预混燃烧器，燃气混合较为充分，火焰长度较短，火力猛，满足了热负荷大的要求，同时预混可以减少过量空气系数，减少热损热，预混空气由风机提供，空气初速度更大，混合更加充分。鼓风式部分预混燃烧器的主要结构为燃气喷嘴、燃气喷孔、混合管、火孔等。3.1炉头设计3.1.1燃气消耗量计算由任务书得天然气低位发热值8740，单眼热负荷为45kW,所以单位时间燃气量： （3-1）式中：Hg——热负荷，45kW；HL——天然气低位发热值。3.1.2火孔面积计算计算火孔总面积，用火孔强度或燃气空气离开火孔的速度来表示火孔的燃烧能力，选取额定火孔热强度：外圈热强度；内圈热强度；选取额定火孔出口流速；本设计额定功率；设计外圈所占热负荷为90%，内圈所占热负荷10%，所以外圈热负荷为；内圈热负荷为。求得外圈火孔面积Fp1： （3-2）求得内圈火孔面积Fp2： （3-3）3.1.3火孔数目计算计算火孔尺寸，火孔尺寸越大火焰传播速度越快，越容易回火，火孔尺寸小火焰传播速度慢，容易脱火[[]王三石.嵌入式灶具燃烧器结构与热工性能改善研究[D].重庆大学，2009：29-39.]。本设计选取外圈火孔的宽度为4.3[]王三石.嵌入式灶具燃烧器结构与热工性能改善研究[D].重庆大学，2009：29-39.（3-（3-4）（3-5）火孔数目：（3-5）（3-7）（3-6）3.（3-7）（3-6）理论温度tth： （3-8）式中：tth——理论燃烧温度，℃；QC——不完全燃烧损失热量，；计算结果=1970℃。实际燃烧温度计算公式： （3-9）式中：μ——高温系数，查《燃气工程设计手册》取0.75。实际燃烧温度计算结果℃。3.1.5火焰高度鼓风式燃烧器由鼓风机供给燃烧所需全部空气的燃烧器,一次空气系数为0。燃烧热强度和火焰长度取决于燃气和空气的混合情况，与相同热负荷的引射式燃烧器相比，鼓风式燃烧器结构较紧凑；当燃气和空气混合得较好时，火焰较短；热负荷调节范围较大；空气具有一定压力，提供了预热空气的可能性。当α＜1时出现锥形内、外焰，由预混空气使燃气燃烧形成内焰，由火焰周围供给空气使燃气燃烧形成外焰。当内焰接触锅底等冷表面时，出现焰面温度下降而中断燃烧，因此计算火焰高度是必要的，一般由经验公式计算。内焰锥体高度hi： （3-10）式中：hi——内焰锥体高度，；k——系数，查《燃气工程设计手册》取0.15；——单个火孔面积，；——火孔热强度，。计算结果hi=229。内焰锥体高度h0： （3-11）式中：——外焰锥体高度，；n1——火孔排数；n2——系数，天然气取1；——火孔直径，；s1——系数，查《查燃气工程设计手册》取0.79。计算结果=346mm。系数s1火孔边距，mm246810121416182022s11.471.221.040.910.860.830.790.770.750.740.74为充分利用加压空气，一般采用最佳工况设计，空气与燃气压力以及被引射空气吸气口截面积为已知。随着加压空气压力或加压空气量占一次空气量比例的增加，燃烧器尺寸减小，火孔出口速度提高，且幅度较大。增加燃气压力也有相同效果，但幅度较小。采用非最佳工况，设置火道，保持炉内正压或不冷却头部均可降低火孔出口速度，其中以采用非最佳工况效果最为显著[[]袁国汀.建筑燃气设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999[]袁国汀.建筑燃气设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.3.2炉膛设计炉膛体积的大小与所用燃烧器的热负荷以及燃烧器所采用的燃烧方式有关。炉膛体积过大，则通过炉膛壁面向外界环境散失的热量增加，使炉膛内烟气平均温度下降[[]马向阳.鼓风预混式中餐炒菜灶的设计与实验研究[D].重庆大学,2018[]马向阳.鼓风预混式中餐炒菜灶的设计与实验研究[D].重庆大学,2018. （3-12）式中：qV——炉膛体积热强度，kW/m3；Vh——炉膛有效体积，m3。炉膛的整体结构如图3-1炉膛结构图所示，炉膛设计没有具体的设计规范，本设计中炉膛内径为30cm，保证餐馆、食堂使用的锅1/2在炉膛内，以此增加传热面积。炉膛下部设计成倒梯形，使燃烧的火焰向上喷发，减少燃烧死角，减少整体的炉膛面积（具体数据见设计图）。火焰在4炉膛空间中封闭燃烧，产生的火焰和烟气与锅底进行传热。传热完成后，烟气通过3矩形口进入到1烟道中。烟气入口均匀分布在炉膛上边缘四周，确保燃气燃烧完成后，减小流体阻力顺利进入烟道。烟道横截面设计成梯形，起到减少烟气的流动阻力的作用。最后通过烟道底部4烟气出口统一收集起来，为下一环节进行蒸汽余热利用做准备。图中的6是布置的多孔陶瓷保温材料，以来可以增加热量利用率，二来可以减少热量向厨房施放，改善厨师的工作环境。此类烟气收集余热利用的方法与炉膛周围布置水箱的方案相比，虽然布置炉膛水箱的方法整体热利用率高一些，但是炉膛水箱的存在直接降低了燃气的燃烧温度，减少烟气热量向锅底释放，燃烧给锅底传热是主要矛盾，因此本设计在炉膛周围安装排烟管道的方法因此更优。图3-1炉膛示意图1-烟气通道；2-炉膛；3-烟气入口；4-烟气出口；5-炉头安放位置；6-多孔陶瓷；3.3混合器设计3.3.1混合器结构混合器主要分为三部分结构如图3-2炉头结构所示，第一部分为4弯管道初步预混部位，第二部分为2第二预混室一个腔体内，第三部分为1混合气出口，空气由鼓风机由6空气进气口鼓入，燃气从5主燃气进气口进入，在4第一预混弯道管空气跟燃气开始接触，弯道内空气跟燃气受冲击开始混合，初步混合后到达2第二预混室，从管道进入预混室管直径突然急剧变大，气流受影响进行第二次比较深度的混合，此时空气与燃气已经达到了较好的混合，随后混合气到达1混合气出口，混合气在火孔中急剧喷出，形成猛火。图3-2炉头结构图1-出火孔；2-第二混合区；3-火种进气口；4-第一混合区；5-燃气进口；6-空气进气口；7-传感器预留孔3.3.2混合器结构设计计算燃烧所需空气量和燃气量由式2-2和式3-1计算得16.56Nm3/,Nm3,4.43Nm3/,Nm3。（1）计算空气通道面积Fp： （3-13）式中：FP——空气通道面积，mm2；qp——喷嘴热强度，通常取qp=0.035~0.040kW/mm2。（2）计算混合管内径Wa： =30mm （3-14）（3）计算燃气分配室截面积Fg： （3-15）混合器的管道内径，第二预混室，第二预混室高度。3.4鼓风机选型设计炒菜灶底部安装风机，风机的作用是向燃气提供燃烧所需要的空气，同时为烟道排烟提供动力，其风量应能控制并且与燃气量相匹配设计说明书给出燃气灶功率为2×45，设计说明书给出的燃气的高位热值。设计说明书给出的燃气的低位热值，计算得出实际空气量16.56，全压。经计算，双眼每小时需要燃烧的燃气量为两倍得8.86。 需要实际每小时需要提供的空气量Q： （3-16）转速比： （3-17） 由于电机的转速一般为2900、1450、960、730几种，尽量选取大的转速这样可以减少风机的外形尺寸，当选取1450时计算得到可选用9-26型风机。查阅读设计手册[[]机械工业出版社期刊读者服务部推荐书目[J].通用机械,2011（05）:96-98.]得一般送风系统漏风量为5%-10%，管道阻力附加加量10%-15%，功率由得出，其中k为电动机容量安全系数，。为机械传动效率，，得风机电动机功率为12[]机械工业出版社期刊读者服务部推荐书目[J].通用机械,2011（05）:96-98.风机安装时还要注意安全。风机使用交流电工作，因而容易引起周围的燃气意外燃烧，线路要进行密封安装。第四章热平衡计算燃气灶热平衡关系式具体表达： （4-1）QQout——设备外部输人热，kJ/h；Qin——设备内部生成热，kJ/h；Qde——烟气中的二氧化碳、水蒸气在高温下分解吸热，kJ/h；Qe——有效利用热，kJ/h；Qab——化学反应吸热，kJ/h；Ql——各项热损失，kJ/h。体系排出热量产品带入热量量产品带出热量体系排出热量产品带入热量量产品带出热量供给能量供给能量44-1热平衡方框图4.1热收入项热收入项包括燃气的化学热、物理热和空气热三部分。燃气的化学热Qc： （4-2）计算结果=161996.84kJ。燃气的物理热Qg： （4-3）式中：cg——燃气从0~tg的平均定压比热，kJ/（m3·℃）计算结果=2475.93kJ。空气的物理热Qa： （4-4）式中：ca、qa、ta——分别为空气自0~ta的平均定压比热，kJ/（m3·℃）、流量。计算结果Qa=10650.12kJ。4.2热支出项包括有效利用热量、加热设备散热、排烟损失、辐射热损失、遗漏热损失等。有效利用热量Qe： （4-5）式中：G——被加热物件的产量，kg/h；t1、t2——被加热物件的起始与终了温度，℃；c1、c2——被加热物件在起始与终了温度下的比热，kJ/（kg·℃）；rw——相变潜热，kJ/kg。排烟损失Qf： （4-6）式中：——排烟量，；——烟气温度，℃；cf——烟气自（0~tf）℃的平均比热，kJ/（m3·℃）。辐射热损失： （4-7）式中：——炉膛温度，K；F——炉膛面积，m²；φ——辐射的综合角系数。

第五章余热回收系统设计余热是指被考察体系排出的载体所释放的高于环境温度的热量或可燃性废物的低发热量[[]尹英男,赵群.浅谈燃气行业余热的回收与利用[J].应用能源技术,2002（01）:29-[]尹英男,赵群.浅谈燃气行业余热的回收与利用[J].应用能源技术,2002（01）:29-30.从余热回收利用的角度[[]包予佳.余热资源品质的热力学可用势评价方法研究[D].华中科技大学,2014.]，可按余热载体余热资源划分为三种：固体载体余热资源、液体载体余热资源及气体载体余热资源。另外，按照余热载体的温度水平又可分为：高温余热（温度高于650℃）、中温余热（温度为300~650℃、低温余热（温度低于300[]包予佳.余热资源品质的热力学可用势评价方法研究[D].华中科技大学,2014.燃气灶余热利用的方式是利用与锅底接触过后的烟气用来加热水生成水蒸汽。与锅底接触过后烟气的热值依然很高，温度在400℃左右。在抽气机造成的低压条件下，烟气沿管道通向金属壁，进而加热水。5.1余热回收方案余热利用系统从三个方面设计，第一从减少余热总量来考虑，设计炉膛烟气通道，用排放烟气的热量产生蒸汽蒸饭消毒，把蒸饭与消毒跟炒菜放在同一能量利用第一梯度，提升能量利用的量，减少余热；第二从减少余热散失的角度，炉膛布置多孔陶瓷保温层，并且燃气在炉膛内进行封闭燃烧，减少了与外部环境的散热，降低燃气灶总体热量扩散速度。能量流动图5-1燃气灶能流图。图5-1燃气灶能流图5.2烟道换热器设计计算当燃气灶在额定负荷下工作时，由公式2-7和公式3-1计算的烟气量，qg=4.43m3/h，所以烟气流量得77.12m3/h，烟气离开炉膛温度进入烟道的平均温度为400℃，查表得烟气的参数，比热c为1.35kJ/kg，密度ρ为1.21kg/m3。换热器结构如图5-2烟道换热器结构示意图所示，水由1进水口进入换热器管加热，烟气由3进入壳程与管壁进行热交换。当水受热成水蒸汽时，通过换热管每一单元上的导管进入蒸汽收集管，图5-2烟道换热器结构示意图1-入水口；2-烟气出口；3-换热管；4-烟气入口；5-蒸汽出口；6-蒸汽收集管蒸汽再通过5出气口进入下一环节——蒸汽消毒柜或蒸柜。传热完毕后的烟气则通过4排烟口排出，换热器采用的逆流换热形式，换热效果更好。整个换热器结构简单，制作容易，易于安装，成本低，且有效的利用了炉膛送入的烟气。换热管内径为25mm，壁厚1mm，换热器面积： （5-1）式中：A——换热面积，m2;d——换热管直径，m；n——换热单元个数；L——每单元换热管长度。计算结果为0.52m2。经过测定，烟气排出时的平均温度为100℃，粗略计算换热量： （5-2）5.3余热利用经济性分析5.3.1计算原理通过对运行中的燃气灶进行监测测量，收集余热利用系统产出的热水重量、温度等数据，进而计算得到换热器的换热面积、传热系数等热力数据，并且通过测量计算出热水产量，计算得到节省的燃气量。热导率。热导率是在单位时同内，当沿热流方向的单位长度上围度降低1K时允许传导的热量,以符号表示,单位为。热导率标志着物质传导热量的能力。气体的热导率与分子结构、密度压力及温变等许多因素有关，尤其是随着温度的升高而增大。对于善度较小的单组分气体可用萨瑟兰公式计算热导率,即 （5-3） （5-4）式中：——温度T时及标准状态下气体热导率，;——实际温度及标准状态下的温度可取273K;——修正参数。气体的粘度指标有动力帖度和运动粘度。气体的动力粘度随温度的升高面增大,而气体的密度随温度升高而减小，所以当温度升高时气体的运动粘度迅速增大。当气压不变时,不同温度下的气体动力粘度，可根据萨瑟兰公式计算: （5-5）式中：——温度为TK时气体的动力粘度；——标准状态下气体的动力粘度。总传热系数K： （5-6）式中：α0——管外流体传热膜系数；αi——管内流体传热膜系数；——分别为管内管外流体污垢热阻；——换热管外表、内表传热面积；——换热器管内管外平均换热面积；——管壁厚度；——管壁材料导热系数。5.3.2热力计算数据 通过表5-1的已知数据，通过计算得到水各个阶段吸热量与烟道换热器的传热系数与换热面积等结果，数据记录在表5-2烟道换热器计算结果数据表中。 表5-1烟道换热器计算结果数据表名称符号单位数值公式水加热阶段吸热量水比热容4.2物性参数值水初始温度20水终止温度100水加热温差80水加热阶段吸热量0.62水蒸发阶段吸热量汽化潜热2258.4水蒸发阶段吸热量4.14蒸发过热阶段的吸热量饱和蒸汽焓值2675.58出口蒸汽温度110过热蒸汽焓值2696.16蒸汽过热阶段的吸热量0.04热负荷产生蒸汽过程中总的吸热量4.8传热系数总传热系数值80理论计算值热流密度300000按沸腾计算过度沸腾的计算管外流体传热膜系数2129.42管内流体传热膜系数98.74换热器手册钱颂文版104页查表管内流体污垢热阻0.000344换热器手册钱颂文版103页查表管外流体污垢热阻0.00086烟管外径0.03管壁壁厚0.0015烟管内径0.027单位长度外表面积0.0942单位长度内表面积0.08478单位长度平均面积0.08949管壁导热系数17查表总传热系数76.58有效换热面积0.4455.3.3热水回收计算通过测量实验加热的热水吸收的热量，并记录加热阶段燃气消耗量算出余热回收率，测量及计算结果记录在表5-2灶具余热回收率计算表格。表5-2灶具余热回收率计算表格[[]沈维道，童钧耕.工程热力学[M].[]沈维道，童钧耕.工程热力学[M].5版.高等教育出版社，2015：39-59.名称符号单位数值公式备注温控表设定的出水温度55给定值冷水管的进水温度5测量值热水管的出水温度70测量值加热温差65点火到第一次出热水的时间10测量值出水间隔3测量值每次热水的出水量2测量值十分钟平均出水量9测量值燃气流量计的初始示数2.005测量值燃气流量计的终止示数2.195测量值耗气量时间10测量值耗气量0.9每小时产生热水量120每小时余热回收的热量28208余热回收率21燃气价格19给定值14.5的瓶装天然气为113元，密度为余热等价值经济值205.4本章小结通过测量运行时的数据并且计算，可以得到这套烟道换热器结构的余热利用效果，换热有效面积约为0.52的有效换热面积，并且这部分的总传热系数可以达到76.58，这部分装置可以每小时吸收293余热，余热回收率达到了21%，天然气价格为19时，每小时可以节省20元。

第六章环保及安全设计6.1环保设计氮氧化物是燃烧产生烟气中的主要有害物之一，大气中的氮氧化物主要源于燃烧。其主要成分分为一氧化氮与二氧化氮，前者占90%~95%。一氧化氮为无色无味气体，与人体血红蛋白结合率是一氧化碳的数百倍之多[[]莫绪明,王敏生,谷兴琳.吸入一氧化氮的毒性及安全性研究进展[J].心血管病学进展,2001.]，并且有致癌作用。二氧化氮为红棕色气体，有刺激性气味，毒性为一氧化氮的四到五倍，空气中含90~100ppm时，3小时致人死亡，与一氧化碳共存时，毒性更强，在紫外线照射下与HC[]莫绪明,王敏生,谷兴琳.吸入一氧化氮的毒性及安全性研究进展[J].心血管病学进展,2001.6.1.1氮氧化物生成机理通常把燃烧产生的氮氧化物写成NOX,其中包括四部分，即热力型NO、快速型NO、燃料型NO、与NO2。热力型NO实在燃烧温度高的状况下生成，NO占绝大部分，可认为热力型NO为NO。NO生成所需的活化能大于燃烧反应活化能，所以生成反应滞后于燃烧反应因而发生在火焰下游。当空气过剩燃烧时，NO生成反应为：O+N2⇌NO+N⇌N+O2⇌NO+O当燃气过剩燃烧时，增加如下反应：N+OH⇌NO+H快速型NO是由碳氢化合物燃料燃烧时，在焰面附近急速生成，燃料过剩时更显著。生成反应为：CH2+N2⇌HCN+NHCH+N2⇌HCN+NHCN+O⇌NCO+HNCO+O⇌NO+CO气体燃料成分中HCN、NH3氮化合物的氮元素较空气中氮更易在燃烧时生成NO，称为燃料型NO，但对于气体燃料燃烧，其量微小，可以忽略不计。6.1.2降低氮氧化物生成量的措施根据氮氧化物生成机理，降低其生成量的对策为降低燃烧温度、降低氧浓度与缩短烟气在高温区停留时间。具体措施有炉喷射蒸汽或者水，烟气再循环以及采用低氮氧化物排放的燃烧器。由于喷射蒸汽或水将降低热效率，因此首选低氮氧化物排放燃烧器，如达不到要求，可增设烟气再循环，喷射蒸汽或水作为最后的不就措施。低氮氧化物排放燃烧器是应用各种低氮氧化物排放技术研制的燃烧器，包括空气多段燃烧、燃气多段燃烧、烟气再循环、浓淡燃烧、内焰燃烧、预混合稀薄燃烧、分散薄膜燃烧与辉炎燃烧等技术。氮氧化物排放量收燃烧时空气比率影响，烟气中的氧含量反映空气比率。为在相同基准上比较氮氧化物在烟气中浓度，须换算成同一烟气氧含量下的浓度，由公式计算： （6-1）式中：C——换算后的氮氧化物浓度，ppm；ON——烟气体积为100时，做基准的氧浓度；OS——烟气体积为100时，实际的氧浓度；CS——实际的氮氧化物浓度，ppm。6.1.3低氮氧化物燃烧器内焰燃烧是民用燃烧器不需外外加设施而降低氮氧化物的新燃烧方法，其方法是预混燃烧在底部封闭的圆筒状头部进行，缝隙形或圆形火孔分布在圆筒内壁上，而圆筒内外壁间构成头部供气空间。据日本东邦燃气株式会社资料，用于餐馆灶具是氮氧化物生成量下降50%，热效率提高10%，辐射热减少25%，从而使厨师操作时感受最大温度由使用一般灶具的65℃下降至48℃。低灶具氮氧化物生成的措施还有二次空气分段、设置火焰冷却器、烟气再循环与火焰分离等。二次空气分段有两种方式，第一种是控制灶中心部供入的二次空气它把灶中心部上升的二次空气分割成两部分，以降低空气在高温区停留时间，达到降低氮氧化物目的。第二种是控制在灶外围进入的二次空气，设置二次风罩，二次空气由罩上开孔处供入。设置火焰冷却器使高温区火焰温度下降，以降低氮氧化物生成，冷却体一般为金属或者陶瓷。在灶面排烟处设置排烟循环管，把烟气送至引射器燃气喷嘴的气收缩管处，以引射方式实现烟气再循环，使火焰降温，达到降低氮氧化物的目的。火焰分离是使用分离器将外焰分割成两部分，既分段接触二次空气，又拉伸了火、加强散热，这两者均降低氮氧化物生成。炊事灶的火焰分离器设置在外围火孔处，对应火孔成短槽形排列，火焰穿越短槽被分割。6.2灶具安全装置本设计采用热电式熄火保护装置。热电式熄火保护装置主要由热电偶、电磁阀两部分组成。热电偶通常是由两种不同的合金材料焊接而成，由于两种不同金属所携带的电子数不同，产生的热电势也不一样，当火焰加热时两个导体之间存在温差时,就会发生电子数（热电势）由高电位向低电位移动现象。温度越高,电子移动越多，电流越大，这种现象叫热电效应。热电偶就是利用这一原理工作的。电磁阀体主要由U形铁芯衔铁、端盖、壳体.弹簧、顶杆、密封垫等组成。U形铁芯两端绕有线圈,衔铁通过顶杆与密封垫连接。热电式熄火保护装置工作原理是：将电磁阀固定在燃气灶的旋塞阀内控制燃气通路，热电偶头部则固定在燃气灶燃烧器附近，热电偶的-端与电磁阀阀体连接。使用时，按压旋钮并旋转，在按压的同时，旋塞阀内的顶杆将电磁阀内U形铁芯、衔铁相互接触;当燃烧器被点火火花点燃时，通过被加热的热电偶所产生的热电势，使阀内线圈产生磁场令U形铁芯与衔铁吸合;当足以保持电磁阀在吸合状态时松开旋钮,这时燃气炉正常工作。燃气灶在正常工作中发生意外熄火时，热电偶头部温度慢慢降低，热电势也随之减弱直至消失，电磁阀因电流减少而磁性减弱，在弹簧力的作用下推动顶杆利用密封垫将燃气通路自动关闭，防止燃气向外泄漏，达到安全保护的作用。图6-1图6-1熄火装置保护工作原理

第七章控制系统设计7.1设计方案使用压力传感器通过测量外界压力通过发大电路输出电流信号，经A/D转换器进行模数转换后给单片机，单片机进行信号处理，将压力传感器输出的信号和测量的压力对应起来，当所测压力大于一定值时，电阀门打开并实现对燃气灶进行供气；当所测压力小于给定值时，电阀门关闭，因此燃气灶得不到供气。供气之后单片机又会控制脉冲点火器进行点火，当燃气灶点燃时温度传感器输出信号调解电路送给单片机处理，同理单片机进行算法处理关闭脉冲点火器，否则，单片机将控制脉冲点火器一直点火。7.2设计原理当燃气灶感受到外界压力（设定值）时（或超过设定值），压力传感器输出地信号通过信号调节电路，送到单片机，经单片机处理，输出信号控制外围电路打开电磁阀给燃气灶通燃气，延时1s控制脉冲点火器点火.然而，当燃气灶没有感受到压力时或压力没有达到设定值时，系统则不会工作。燃气灶有没有点燃，通过温度传感器来判断。温度传感器输出经信号调节电路（放大电路、模数转换），送给单片机处理，若没点燃则继续点火，若点燃则关闭脉冲点火器。原理图如图7-1系统组成原理图。图7-图7-1系统组成原理图7.3硬件设计第一部分感受压力部分。通过压力传感器感受压力，在通过运算放大器放大信号，模数转换送给单片机处理。当没有压力时或者压力没有达到预定值，电磁阀、脉冲点火器均不工作。由于压力传感器要避免温度的影响，所以将压力传感器放置在燃气灶与桌面接触的底脚上。第二部分点火部分。本部分由继电器，脉冲点火器两部分组成。继电器是用于实现弱点来控制强电，其目的就是减小脉冲点火器产生的高压脉冲对单片机的影响。脉冲点火器的工作还需要外界电源供电。第三部分控制电磁阀部分。本部分通过单片机输出信号控制继电器再控制电磁阀的闭合。控制电磁阀也不要外界供电，本系统，阀门默认打开50%,火候大小有人工旋转阀门