燃烧系统简介

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1、BBQ燃烧系统简介燃烧系统可以说是BBQ的心脏部分,它的性能质量决定一个BBQ的好坏,燃烧系统分为三个部份:1.供气部分;2.点火部分;3.燃烧部分.本文试图从以下五个方面就BBQ的燃烧系统做个简介:一. 燃气基本知识二. 供气部分器材结构性能特点三. 点火部分器材结构性能特点四. 燃烧部分器材结构性能特点五. 炉头设计要点及参数一 燃气基本知识可燃气体种类很多,用以BBQ的主要燃气有以下几种:1. 液化石油气(LPG)液化石油气的英文全称是Liquefied Petromal Gas,其主要成分是C3(丙烷/丙烯)及C4(丁烷/丁烯),二者在不同国家有不同的比例. 液化石油气在常温下为无色无

2、味气体,但当加压到0.790.97Mpa(78个大气压)时,转变为液体,其体积是原来的3.45%,因此储存,运输,使用都很方便.液化石油气的燃烧热值是:87.9108.9MJ/M32. 丙烷(Propane)丙烷在欧洲一些国家不可以入户,使用红色钢瓶储存.丙烷的主要特点是沸点较低(-42.7),在低温时的蒸气压力也很高,因此在冬季低温是也可以很好的汽化燃烧.丙烷燃烧热值较低,为83.7MJ/M33. 丁烷(Butane)丁烷可以入户,一般使用蓝色钢瓶储存.丁烷沸点较高(-0.5),冬季户外使用时有限制:如点不着火,燃烧不稳定等;但与丙烷比较,相同温度其蒸气压力较小,相对比较安全.因此,户外使用

3、便搚式钢瓶内装都是丁烷.丁烷的燃烧热值较高,为108.8MJ/M34. 天然气(NG)天然气英文全称是Natural Gas.其成分主要是甲/乙烷,燃烧热值较低,为33.541.86MJ/M3.天然气烤炉的缺点是必须有固定或半固定的管道连接,没有钢瓶供气方便,优点是没更换钢瓶的烦恼.天然气烤炉的另一个难点是;不同国家,地区的天然气技术参数不同,无当地煤气公司或业内人士指点,设计工作很难进行.二 供气部分器材结构性能特点供气部分包括:钢瓶,减压阀,瓦斯管,炉阀以及VHR.以下分别介绍:1.钢瓶钢瓶是用来储存燃气的,钢瓶的规格依燃气种类变化,同时不同国家地区之间都有不同的标准,具体的请参考相应的一

4、些标准;2.减压阀减压阀又叫调整器,英文名Regulator,顾名思义,它使用来减压,因为从钢瓶直接出来的气体压力很高,而我们燃烧需要的是低压燃气,减压阀就给我们解决了这个问题.目前我们多采用外购标准件,从设计选用的角度来讲,我们会涉及以下几个方面:2.1额定流量(Q)减压阀的额定流量是指在最小共给压力下的流量,受限制于钢瓶的自然汽化能力,BBQ用的减压阀流量多控制在2KG/H以下的级别;在可能的情况下,减压阀流量应尽可能的选用大一些,因为流量越大,燃烧越稳定2.2额定出口压力(P)各国对减压阀额定出口压力规定不一,美国规定出口压力为11”水柱(简称11”W.C.),澳洲为2750Pa,欧洲最

5、为混乱,有28/29/30/50mbar等不同规格2.3入口联接钢瓶阀/减压阀均属民生工业产品,各国接口标准很少有相同的,因此在设计过程中要查询相应标准做为参考.以下是几个常用接口标准:美国: UL144入口联接为TYPE I接口,有过流保护功能澳洲 AG205,POL接口,近年有用美国TYPE I接口的趋势欧洲 EN12864及BS3016,欧洲市场接口最为混乱,常用的有以下几种:Compact 20/21/22mmJumbo 35mmSnap Tight 27mmMini Jumbo 16mm2.4出口联接减压阀出口联接瓦斯管的插管结构,需注意的问题在各国标准中都有详细规定,主要是为了保证

6、瓦斯管的联接强度,接管口径多为8和10mm,美国为5/16规格3.瓦斯管(Hose)传统瓦斯管多为橡胶管,但近年来PVC瓦斯管逐渐替代了橡胶管.在设计过程中,我们需要注意以下几个方面: (1)瓦斯管超温问题;(2)瓦斯管于炉阀及减压阀的联接强度;(3)瓦斯管于液化石油气的兼容性.瓦斯管按口径来分,有8mm(欧洲/澳洲),5/16”(美国),10mm(欧洲),3/8”(美国天然气用管),13mm(少部分欧洲国家),1/4”(美标高压管)按使用压力来分有高压管和低压管4.炉阀(Valve)BBQ是户外休闲产品,风吹雨淋在所难免,出于防蚀要求,一般采用铜阀4.1基本结构炉阀一般有高低态流量,高态流量

7、由阀嘴控制,低态流量由阀塞的小孔控制,一般是高态的5060%.炉阀主要由以下几部分组成:阀本体:支承诸如阀塞,阀嘴及其它一些密封件;阀塞:有一个或多个用以燃气流通的孔,与阀本体以相同锥度实现密封,其小孔控制低态流量;阀杆:用于操作阀塞的旋转,与固定盖一同实现从关到开的动作;阀嘴:控制炉阀高态流量且通过该孔排出燃气4.2炉阀形式根据烤炉炉头配置情况,常用的有如下几种形式炉阀4.2.1单阀:常用于便携式和经济型烤炉上,单阀热负荷控制在15000BTU/H以下4.2.2 双阀组合:常用于一般烤炉上,炉阀组合热负荷控制在30000BTU/H以下4.2.3 管阀组合:管阀组合形式多变,热负荷控制在200

8、0060000BTU/H之间4.2.4 安全考克:所谓安全考克是指在普通炉阀上增加一组电,磁阀及热电偶组合,增加了一项火焰监控功能的炉阀,常用于取暖器及户内使用的炉具上,若在室内使用,必须配备缺氧保护装置(OPS)4.2.5 针阀:普通炉具需要使用低压燃气,前端必须配备低压减压阀;但对于市面上的炸锅和野外炉具类产品,多使用高压调整器,此时就需要用到针阀系统,才能可靠的使用4.3 炉阀的性能寿命要求:首先一个是流量控制要求,炉阀必须有高低态流量控制功能,而且低态流量一般控制在高流态的5060%之间;其次是操作使用寿命要求,各国的标准大同小异,均在10000次左右;最后是耐温要求,不同国家有不同的

9、标准,不同厂家也有不同的要求,具体要求参考各国标准5.VHRVHR是应美国市场要求,瓦斯过给系统必须预组,不允许消费者对瓦斯共给系统有任何组装动作,而提出的一种解决方案.它是炉阀/瓦斯管/减压阀组合的简称三. 点火部分BBQ的点火方式有很多种,简介如下:1.手动点火方式大多数的烤炉要求有手动点火的功能,以保证预定的点火功能失效后,炉具仍然可以使用.2.压电点火装置压电点火装置的工作原理是利用压电陶瓷受机械撞击后,可以产生一定的电压,此电压通过电极放电,产上火花,点燃燃烧器2.1压电陶瓷点火装置种类a. 压电子:应用最普遍,分单/双出口两款;b. 炉阀联动点火:将压电子与炉阀集合一起,利用炉阀开

10、关的旋转动作点火;c. 旋转式压电子:利用一套棘轮机构,将普通压电子的单发电火转化为旋转式连续点火.提高点火效率.2.2提高电火效率的途径:2.2.1提高输出电压.理论上,液化石油气在8KV左右的电火花下即可点燃,为保证可靠性,点火装置输出电压控制在1520KV之间;2.2.2控制电极棒调火间距,一般都这个间距控制在35mm之间;2.2.3设置集气罩,增大局部气体浓度,保证点火的可靠性.3脉冲点火方式脉冲点火方器采用干电池做电源,打火方式简单,安全可靠,一旦按下按钮,即可产生一连串的电火花.是理想的炉具点火器,但是它的价格是压电子的5倍,因此一般用在中高档烤炉中.四. 燃烧部分燃烧部分可以说是

11、炉具的心脏零部件了,它主要是炉头和其它一些防虫网之类的辅助件.这里着重说一下炉头.1炉头燃烧器形式燃烧器形式有两种,绝大多数的的BBQ所示使用的燃烧器形式是大气式燃烧器,即炉头必须先与一部分新鲜空气(一次空气)在引射器内预先混合,然后在二次空气的辅助下完成燃烧过程.另外一种是陶瓷板红外线燃烧器,燃气混合空气在炉腔内完全燃烧,将陶瓷板烧红,对外热辐射放热,它具有燃烧完全,效率高,均温等优点,随着一些关键技术的攻破及成本的控制,这种炉头越来越普遍运用.2.常见炉头形式:炉头一般多以材料来区分,常见的有以下几种:2.1 镀铝板冲压炉头:多用于便搚式及经济款烤炉,是烤炉产品中使用最多的炉头品种,主要优

12、点是成本较低,但12年后即会出现锈蚀穿孔问题.2.2 不锈钢板冲压炉头:不锈钢板冲压炉头多用于经济款烤炉上,其结构,功能与镀铝板冲压炉头完全一样,只是材料不同,给消费者提供一个相对较好的选择.2.3 铸铁炉头:在所有档次的烤炉里均大量使用,它制作成本较低,主要优点是燃烧质量稳定.缺点是耐腐蚀性不好,虽然从高温烤漆到珐琅处理,一路改善,但效果有限.2.4 铸铜及不锈钢铸造炉头铸铜炉头和不锈钢冲压炉头一样,给消费者提供另外选择,但成本提高了3倍左右,同时部分结构设计不是很合理时,在长期高温工作中,会产生变形.不锈钢铸造炉头材料和工艺成本不是一般炉头能够接受的,只有最高端的专业烤炉市场才有销售,在此

13、只做了解.2.5 管形炉头管形炉头在中高档烤炉上都有使用,管形炉头材料主要有镀铝管,镀铬铁管,不锈钢管,其用料较省,主要成本在工艺成本上,因为焰孔成型多为有芯冲制,但炉头过长,是一个工艺难点,在有折弯的场合,控制焰孔变形又是一个难点.在使用上,因管炉头一次空气引射段与炉头本体在同一轴在线,导致炉头结构长度较长,因而限制了其在前控制平台烤炉上的使用.2.6 陶瓷板红外线炉头此炉头结构主要包括混合管，炉头腔体和陶瓷板三部分，燃气混合燃烧所需全部空气由混合管进入到炉头腔体混合，通过陶瓷板上面的小孔，在陶瓷板表面燃烧，温度迅速升到8001000，向外辐射红外线；红外线炉头一般安装在后面与旋转烤叉配套使

14、用。.五.炉头的设计要点及设计参数1. 炉头设计的一般要求1.1热负荷足够,满足烤炉烧烤所需的热量;1.2燃烧过程中,火焰稳定,有一定的抗风能力,符合相关的标准;1.3燃烧效率高,燃烧完全,充分利用燃烧释放的热量,不产生黄焰,CO含量符合相关标准;1.4燃烧噪音小;1.5结构紧凑,安全可靠,成本低廉.2. 主炉头设计要点2.1烧烤面积烧烤面积是烤炉的一项主要技术参数,单位一般用平方英吋.目前市场来看,烧烤最大面积多控制在600700平方英吋之内,再有增大,就受到钢瓶的自然汽化能力和减压阀的负荷能力限制了.2.2 烤炉热负荷(BTU/H)对于不同的烤炉,为保证效果,要有不同的热负荷,在最初的设计

15、中,原则上我们可按80100BTU/H.IN2进行设置,最后按测试情况进行修正.2.3 烧烤面均温问题对于消费者来说,最重要的是烤炉的均温问题,很难想象,同时放上去的食品,几分钟后,有的烧糊了,有的却还没熟.市面上的烤炉多少有点这个问题,对于一个好的烤炉来讲,要求烧烤面各点温差不得大于50.从设计角度来讲,均温问题可从以下几个方面来解决:a,炉头形式b.火焰分散装置实践证明,仅靠炉头形式及分布方式的安排,并不能保证烧烤面均温,必须使用火焰分散装置,来进行烟气扰流,保证烧烤面均温.C.烧烤面高度此高度包括两个方面,一是火焰分散装置的高度,原则上应以主炉大火时,不接触火焰为准,否则会破坏燃烧过程的

16、化学反应,导致温度降低,及析碳,CO超标等问题,4080mm是一个参考数据,具体数据应根据炉头火焰尺寸和型式确定;另外一个是烤网距火焰分散装置的高度,参考数据是4060mm.2.4组件超温问题在烤炉设计中,最常见的是零部件温度超标问题各国安规对此都有要求,只是数据不同,以下做为参考:1) 必须用手操作的零部件,温度控制在室温加30,但不得超过60;2) 瓦斯管温度必须控制在60以下;3) 炉阀内若有高份子材料,炉阀工作温度必须控制在该材料的耐温极限以下.3 边炉边炉一直是个争论点,有部分专业人士一直怀疑配备边炉的必要性.但是市面上的烤炉30%配备了边炉,热负荷也越来越大,目前120001500

17、0BTU/H的边炉似乎成了标配了.对于边炉主要考虑其热负荷及可能的座锅直径及座锅高度.另外一个处理难点是边炉供气器系统的预组问题,目前有”VHR”方案(即减压阀/瓦斯管/边炉阀完全预组并固定在主炉上)和快速接头方案.(后附常用公/英制单位换算表)常 用 单 位 换 算 表一、常用压力单位换算：帕(Pa)巴(bar)毫巴(mbar)毫米水柱(mmH2O)公斤力/厘米2(Kgf/Cm2)磅力/英寸2(psi)110 -50.010.1021.02 * 10 -514. 5 * 10 -510 511000101971.0197214. 51000.001110.20.001020.01459.80

18、79.807 * 10 -50.0981110 -414.22 * 10 -4980670.9807980.710 4114.226894.80.0689568.957030.07031二、常用流量单位换算：米3/小时(m3/h)升/分(L/Min)英 尺3/小时(SCFH)116. 666735. 31470.0612.118880.02831680.4719471三、常用长度单位换算：米 ( m )厘米 ( Cm )英尺 ( ft )英寸 ( in )11003. 28139. 370.0110. 03280. 39370.304830.481120.02542. 540.08331四、常用重量单位换算：吨 ( t )公斤 ( kg )克 ( g )磅 ( lb )1100010 62204.620.001110002.2046210 -60.0011124.536 * 10 -40.4535924453.59241五、常用力矩单位换算：牛米 ( Nm )公斤力米 ( kgfm )磅力英尺 ( lbfft )10.1020.73769.80717.2331.3560.13831