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商用燃气灶具高效节能的技术手段及应用

内容来源:本站 发布时间:2016-07-28 更新时间:2016-07-28 查看次数:859

前   言

  2014年4月28日《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》国家标准由国家质检总局、国家标准委批准公布,标准自2015年1月1日起实施。该标准的公布,结束了商用燃气灶具十多年没有产品节能标准的依据。

  工业企业是耗能大户已早被认可,而公共厨房因其隐秘性,常常容易被人忽视。即使是公共厨房的管理者也把商业厨房的耗能当成了正常的成本。但是这笔账算一算却会把人吓一跳。据测算,一个普通的上班族一天开车的里程大概为30公里,以2.0的轿车为例,按每百公里耗油量12升计算,一台轿车一天消耗93号汽油的重量为3.6升重量约为2.7kg折算后,该轿车一天消耗3.8kg标准煤。商业厨房的炉灶如果以一天平均工作5小时计算,平均每小时消耗天然气5立方米,则一天消耗的天然气25立方米,折算为标准煤就是30kg。可以推算出,一个天然气商业炉灶每天的耗能量相当于7.89辆2.0轿车。专家测算,如果按照每个餐饮企业3个炉灶计算,全国餐饮业炉头总量将达到1500万个炉灶。如果一个炉灶消耗每天标准煤30kg,按全年365天计算,1500万*30kg/1000*365=1.645亿吨,则商业厨房全年消耗能源为1.645亿吨标准煤。而2010年统计汽车每年消耗的汽油、柴油总量约1.2亿吨,相当于消耗标准煤1.766亿吨。由此可见,商业厨房的耗能基本相当于全国2010年汽车耗能。

  以中餐燃气炒菜灶为例,传统的广式中餐炒炉热负荷在50KW以上,热效率在20%左右,有效热负荷也只有10KW左右,而现有的中餐燃气炒菜灶的高效节能技术可以在热负荷35KW的时候,热效率提高到40%以上,有效热负荷可达到14KW,也就是说,现有的中餐燃气炒菜灶的高效节能技术可以满足火力的前提下在传统中餐燃气炒菜灶的耗能量的基础上节约40%以上。

  按高效节能中餐燃气炒菜灶每台每月与传统中餐灶节约40%的节能率相比可节约天然气25*30*40%=300立方米计算,那么每台一年可节约天然气3600方,折合标准煤4.32吨。如果全国所有的餐饮企业都用上高效节能商用中餐燃气炒菜灶,相当于减少了1500万*4.32=6480万吨标准煤的碳排放量或者7.89*40%*1500万=4734万台小汽车的碳排放量。节能环保效果显而易见。

总   论

  商用燃气灶具按使用气源可分为液化石油气灶、天然气灶和人工煤气灶等;按燃烧器的燃烧方式可分为为大气式燃气灶和鼓风式燃气灶,鼓风式燃气灶从空气供给时间不同分为鼓风扩散型(燃烧时混入空气)燃气灶和鼓风预混型(燃烧前混入空气)燃气灶;按使用用途可分为中餐燃气炒菜灶、燃气蒸箱、炊用燃气大锅灶、燃气低汤炉、燃气煲汤炉等。

  目前,国标《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》中仅对中餐燃气炒菜灶、燃气蒸箱、炊用燃气大锅灶做了能效的规定,在这里,我们主要对中餐燃气炒菜灶、炊用燃气大锅灶、燃气蒸箱这三种商用燃气灶具设备的高效节能的技术手段及应用进行介绍。



一、带锅起火灭防荒火功能的高效节能中餐燃气炒菜灶

  在这里,我们主要对较常见及应用较多的鼓风式中餐燃气炒菜灶的高效节能的技术手段进行探讨。

  在1987年制定的GB 7824-1987《中餐燃气炒菜灶》(后经确认为CJ/T 28-1999《中餐燃气炒菜灶》)的国标里,对中餐燃气炒菜灶的热效率要求不小于20%;而在代替GB 7824-1987《中餐燃气炒菜灶》标准和对CJ/T 28-1999《中餐燃气炒菜灶》的第一次修订里,作为替代标准的CJ/T 28-2003《中餐燃气炒菜灶》中,竟然取消了热效率的性能要求和试验方法。我在网上查到过一篇业内专家发表在专业杂志上的文章,大意是说很多生产厂家生产的广式灶在有效热负荷满足厨师火力需求的前提下,很难达到20%的热效率,建议在重新制定中餐燃气炒菜灶的标准时,取消热效率的性能要求和试验方法。从专家建议的结果上看,替代标准的CJ/T 28-2003《中餐燃气炒菜灶》中,没有了热效率的性能要求和试验方法。

  在提倡节能减排、低碳生活的今天,重新对中餐燃气炒菜灶的热效率标准做出新的规定是必要的,经过国家标准委、行业内专家以及商用燃气灶具生产企业几年的积极推动和辛苦努力下,在新的行业标准CJ/T28-2013《中餐燃气炒菜灶》中对热效率的标准作出了不低于25%的规定,在国家标准《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》中对《中餐燃气炒菜灶》作出了45%、35%、25%三级能效等级的规定,这些新标准的制定,是商用燃气灶具行业对于国家节能减排的既定国策的积极响应,对《中餐燃气炒菜灶》节能新技术的推广是一个极大的利好。部分高效节能商用燃气灶具已经做到在市场上被大量的公共机构、餐饮老板和厨师们认同和使用,经天津国家燃气用具质量监督检验中心检测,部分高效节能中餐燃气炒菜灶的热效率达到40%以上。这里,我把高效节能中餐燃气炒菜灶怎样做到高效节能以及把热效率提高到40%以上的技术原理及应用向大家详细介绍一下:

  中餐燃气炒菜灶要做到高效节能,主要从以下两个方面做文章。首先是提高热效率,其次是杜绝空烧。

(一)提高热效率

  提高中餐燃气炒菜灶的热效率不外乎两方面,第一,燃料充分燃烧,第二,减少燃气燃烧后热量的流失。
  第一,燃料充分燃烧。
  要充分燃烧,必须使燃气与空气的混合比例达到最佳。一般来说,天然气与空气最佳混合比例是1:10,液化石油气与空气最佳混合比例是1:20。由于燃气种类和燃气管网燃气压力的不稳定,在酒店厨房中餐燃气炒菜灶的实际操作过程中,特别是在大火爆炒时做到充分燃烧是比较困难的,由于目前我们把大部分产品用在了节能改造上,现场操作时依据在实验室测出的燃气流量值及风速值,在满足厨师需求的热流量的前提下通过测量风速调整进风量和燃气的进气量,达到燃气与空气的最佳混合比例,这样做,减少了过量空气,让进入燃烧器的燃气通过燃烧室后与空气均匀混合,做到了让燃气充分燃烧。CO含量仅为0.005%,为行业标准的二十分之一,燃烧火焰呈蓝青色,外焰温度可达1200摄氏度。


第二,减少燃气燃烧后热量的流失。
  传统鼓风式中餐炒菜灶的炉膛内空间比较大,而且有一个烟道将高温废气通过副炉加热温水锅后排至炉边的排烟口;部分中餐灶锅圈有开口,有一部分中餐灶锅圈没有开口,燃烧过程中燃烧的热量部分是靠火焰通过对流传热给锅底,少部分通过炉膛辐射传热,但火焰与锅底的接触只是一瞬间,大量热量未被利用就沿着烟道和锅圈上边的开口跑掉而被白白的浪费。所以传统鼓风中餐灶的热效率仅为20%左右。
  我们的高效节能鼓风式商用燃气燃烧器采取了三种措施来减少燃气燃烧后热量的流失。1、把传统炉灶的炉芯(燃烧器)、炉膛、锅圈三个部分做成采用耐热合金材料制造的整体结构,这个结构的锅圈的基本上是密封的,炒锅放在在锅圈上,基本杜绝了老式传统中餐炒菜灶热量大量流失的现象。2、炉膛设计成双层内空的(外层为保温层,内层为蓄热辐射层),并在接近锅圈的炉膛内层的上部设置了约二十个直径1.5CM的分火排烟孔,这种结构把燃气在炉膛里燃烧后产生的热量先加热炒锅后,部分高温废气通过分火孔进入双层蓄热室,高温废气所携带的部分热量传导到双层炉膛的内层,转变成辐射热再次利用后经排烟道再次进入送风管道与鼓风机鼓入的空气混合后形成高温低氧空气,再进入燃烧室与燃气混合燃烧,形成高温低氧燃烧,高温低氧燃烧方式降低了燃烧后高温烟气中一氧化碳和氮氧化物的含量,同时,也降低了高温烟气中的氧含量,减少了高温烟气中的过量空气带走烟气中的热量,提高了热效率。3、炉膛内衬多孔红外线材料辐射换热。高效节能鼓风式商用燃气燃烧器的炉膛的空间被设计成与炒锅底部相吻合的球凹形结构,在炉膛内的分火排烟孔的下方放置多孔红外线蜂窝材料,由于特殊材料制成的多孔红外线蜂窝材料将燃烧所产生的热能转化为红外线辐射传递,以红外线方式传递的热能可以更加有效地被炒锅所吸收;而将多孔红外线材料与锅底的距离调节适度,可增加换热,减少辐射热的损失。通过以上三种措施,可以把燃气燃烧后热量的流失降至最低,提高了热效率。经天津国家燃气用具质量监督检验中心检测,在热负荷21KW时,高效节能中餐燃气炒菜灶的热效率可达45.2%;达到了国家一级能效标准,在热负荷35KW时,高效节能中餐燃气炒菜灶的热效率可达43.4%;达到了国家二级能效标准。


二、杜绝空烧

  厨师在使用传统中餐燃气炒菜灶炒菜时,添加调料、分菜装盘等不需要用火时,需要经常把锅拿离灶口,而此时炒炉仍然在大火空烧,造成大量的燃料白白燃烧浪费。据统计,对于一般酒店厨房,这种烹饪过程中空烧浪费的燃料,达到总消耗量的10%-20%。此外,空烧的热量、废气以及噪音因为没有了锅的阻挡,直接释放到空气中,大大恶化了厨房的工作环境,给厨房工作人员的健康造成不良影响。

  中餐炒菜灶的防空烧装置在10年前就有人研发,有机械压杆式、电子压杆式、红外线探测式,林林总总前后不下几百家生产厂家生产这些产品,到今天为止,存活下来的没有几家;很多商用燃气灶具生产厂家也吃过大苦头,天天去修,客户也在抱怨,导致整个餐饮行业对中餐燃气炒菜灶的节能改造事业至今没有信心。防空烧装置的发展方向 ,也是要解决产品稳定性的问题,目前做的好的企业采用的是红外线探测式,该类产品已经做到解决了点火针更换率高、二次探测技术的应用、折射防烤式探头、熄火保护等一系列技术难题,产品既有防空烧功能又具备熄火保护安全功能。该产品只要按要求正确安装,正常操作时维修率几乎为零,使用寿命在3年以上。

  中餐燃气炒菜灶在加装防空烧节能控制系统后,厨师在操作过程中做到锅在火着,锅起火灭,杜绝了在添加调料和出菜装盘时的荒火现象,可节省燃气10%-20%。


  中餐燃气炒菜灶通过以上几方面的节能技术手段的应用,在实际使用的上万家酒店厨房、公共机构食堂中,与传统的中餐燃气炒菜灶相比,使用天然气燃料的客户节能率在30%以上,使用液化气的客户,节能率在40%以上。

  使用者选择高效节能中餐燃气炒菜灶的要点:

  1、火力要满足厨师的要求。由于酒店餐饮和食堂营业时间的限制,管理者要求厨师在单位时间里多出菜是对公共厨房管理最基本的要求,基于这个要求,火力必须满足厨师出菜速度的需求。在中国的八大菜系里,有川菜、鲁菜、粤菜、苏菜、浙菜、闽菜、徽菜和湘菜,粤菜对火力要求最高,其次是川菜、鲁菜、湘菜、闽菜,再者是苏菜、浙菜、徽菜。在火力要求比较高的菜系里,厨师操作时为了使菜受热均匀,常常会有颠锅、抛锅等动作,而在一些经常有婚寿喜宴的酒店里,常常是一锅里炒七八份菜,这时如果主火热负荷小的话,就会影响出菜速度,我们在给一些规模比较大的客户做节能改造的过程中,经常会看到一些热负荷只有20KW左右的试用节能灶被闲置在一旁无人使用,问厨师原因,都说是火力不够。在前期一些做高效节能商用燃气燃烧器的企业里,为了提高热效率,过度强调节能效果,很多产品的热负荷只有20KW左右,在做淮扬菜的时候火力还能将就,一旦做粤菜、川菜、湘菜时,厨师都不愿意使用,导致这种产品只能在江浙一带使用,不能大面积推广。所以,高效节能中餐燃气炒菜灶产品设计时主火最大热负荷要在35KW以上才能满足大部分菜系的烹饪功能,这种现象就像大马拉小车,在厨师操作过程中才能做到根据需要大小火互换。只有这样,才能做到火力适用多种菜系厨师的要求。

  2、稳定性。中餐燃气炒菜灶使用的环境是一个高温高湿的环境,使用中餐燃气炒菜灶时,炉膛里进水、掉进菜渣可以说是很正常的事,如果开发节能中餐燃气炒菜灶的企业连炉膛进水、进渣问题都解决不了,你的产品就不可能被市场认可。给大家说个真实的笑话,说是有一个做节能灶的企业,他们的业务员每隔半个月会到客户那里,手里拿根打毛衣的钢针到厨房里,干什么呢?大家猜一猜,猜的出来吗?对,通火孔。这样的企业最后竟然自夸售后服务到位,大家感觉是不是很好笑。中餐燃气炒菜灶在设计炉头时必须把进水、进渣问题首先考虑到位,才能做到免维护。

  3、耐用性。现有的做得比较好的几家生产高效节能商用燃气燃烧器的企业都是使用的铸铁炉膛,有双层的,也有单层的,大部分都能使用2-3年,有的山寨企业做的炉膛,因为靠低价和同行竞争市场,粗制滥造,材质低劣,使用不到一年就出现炉膛被烧塌的现象,在餐饮业内造成很坏的影响。要做到产品耐用性好,就要做到使用真材实料,炉膛和燃烧器关键部位要使用耐高温合金铸造,这样才能保证产品的使用寿命做到3年以上。

  综上所述,高效节能中餐燃气炒菜灶的研制容不得半点投机取巧,没有二到三年的时间对产品的耐用度、适用性和稳定性进行全方位的考验,是不可能把一个产品做成熟的。在产品没有完全成熟就匆忙推向市场,说到底是一种急功近利的行为,这种行为给整个商用燃气节能灶行业带来的负面影响是巨大的,特别是大城市,做节能灶改造项目的如飞蛾扑火一样,前仆后继,经常是你方唱罢我登场,时间长的能熬个一两年,时间短的几个月就如黄鹤杳然一去不复返。这种原因主要是没有一个既能满足厨师火力要求又稳定的产品让用户接受有关。所以,好的高效节能中餐燃气炒菜灶必须满足:厨师火力的要求;稳定性的要求;耐用性的要求。

二、炊用燃气大锅灶的高效节能的技术手段


  炊用燃气大锅灶是商用厨房中耗气量较大的商用燃气灶具,通常使用80cm以上直径的大锅,主要用于学校、工厂等单位大型食堂,用于炒、烧大锅菜。燃烧方式可分为大气式和鼓风式。

  由于燃气大锅灶的燃烧环境为封闭式燃烧,怎样做到燃气大锅灶的高效节能和使用稳定,要从以下两个方面采取措施:

  自然界中,热传递方式有三种,第一、辐射:物体之间利用放射和吸收彼此的红外线,而不必有任何介质,就可以达成温度平衡。 第二、传导:物体之间直接接触,热能直接以原子振动,由高温处传递到低温处。 第三、对流:物体之间以流体为介质,利用流体的热胀冷缩和可以流动的特性,传递热能。传统大锅灶燃气燃烧后产生的高温烟气与大锅之间采用的是第三种对流换热方式,这种换热方式是以空气为介质的,而空气是热的不良导体,换热效果差,热量在传递过程中损失比较大。在这三种热传递的方式中,第一种辐射传递因为不需要介质,热量的损失是最小的,所以燃烧器在满足有效热负荷的前提下,采用红外燃烧方式或者采用预混燃烧方式加红外线辐射换热材料,把燃烧后产生的热量与大锅之间采用辐射换热是大锅灶做到高效节能的必备前提条件之一。

  传统大锅灶的大锅锅底是一个光滑的凸面,在与燃气燃烧后生成的高温烟气和红外辐射热换热时,由于换热时间和面积的局限,被大锅吸收的热量较少,传统大锅灶的热效率仅为40%左右;节能大锅的翅片呈米字辐射状排列,即增加了锅底强度,又比普通锅的受热面积增大2-3倍!从而热量得到充分的吸收,提高了热效率,热效率比传统大锅灶提高近一倍,达到58.6%。所以采用节能型翅片式大锅大锅灶做到高效节能的必备前提条件之二。

  技术手段和优点:1、采用引射预混式红外线燃烧器。该燃烧器的独特设计,可使燃气和空气的混合达到最佳配比状态,静音,燃烧充分。
  2、利用蜂窝陶瓷板或金属聚能盘催化燃烧产生的红外辐射光波,把燃烧后产生的热能以较小的损失传递到大锅上,而在热传递的传导、对流和辐射三种方式中,辐射传递能让热量更加有效地使被加热物体所吸收,大大减少了热损失,从而达到节能的目的。
  3、增加热交换面积。节能大锅的吸热翅片两面均可吸热,总计热交换面积增加为原来对应炊具底部的2-3倍,极大的提高了热效率。
  4、增强热交换强度。吸热翅片的S状弧形设计。可以延长热交换路程和热交换时间;此外可以不断改变气体热分子的运动方向,破坏表面热层流,增强了热分子与吸热翅片的撞击力度,提高了热交换强度。
  5、采用高效导热材料。吸热翅片采用高效导热材料制成。导热系数高,所以它的吸热导热效果佳。能够有效吸收传递火焰空间的热量.
  6、消除糊底现象。本系列产品技术的核心之一,吸热翅片设计为米字型,可以使热气流既能畅通流动,又能达到最佳吸热效果,并把热量均匀传递到每个吸热片,分布到整个大锅底部,消除了热量集中在心部的糊底现象。

  7、在选用大锅时要采用可以防止炒菜过程中出现炉膛进水进渣的翻边大锅,这样,就不会出现燃烧器因进水进渣导致损坏影响设备使用的状况,做到稳定耐用。

三、燃气蒸箱的高效节能的技术手段

  燃气蒸箱是指以燃气为能源加热的饱和蒸汽蒸制食品的器具,燃气蒸箱是在常压下工作的,操作简单,适用范围广,适用与各类饭店及食堂用作蒸饭、蒸馒头、蒸糕、蒸鱼及肉类食品,是一种常用的炊事工具。它一般由两部分组成,上部是一个由一到数层有间隔隔层组成的的密闭箱体,下部是一个蒸汽发生器。蒸汽发生器以燃气燃烧器燃烧后的热量加热容器中的水,水沸腾后产生蒸汽进入上部的密闭箱体,蒸汽释放出冷凝热,凝结水通过管路回收;箱体中的食品通过蒸汽释放的冷凝热被加热,箱体同时还具备保温的功能。

  传统燃气蒸箱的蒸汽发生器的水箱一般是由较厚的碳钢板焊接而成,钢板厚度一般在3mm左右,水箱里水的容量约为30-40L,燃烧器的热负荷一般在49KW以上,这样才能快速在10分钟以内把水烧开生成蒸汽。由于蒸汽是由水箱里的水加热沸腾后产生的,水里的钙镁离子不能被水蒸气带走,在水质比较硬的地区,如果厨师没有操作燃气蒸箱设备使用完毕后及时放掉水箱中的水,就会生成水垢附着在水箱内壁;如果不及时进行清垢,长此以往,就会在水箱内壁形成厚厚的水垢层。而水垢层是热的不良导体,燃气燃烧后产生的热能就会被水垢阻隔,水不能很好的吸收热量,热效率就会降低,导致燃气的浪费。

  燃气蒸箱要做到高效节能,目前成熟的做法是用节能蒸汽机来代替燃气蒸箱的蒸汽发生器,这种节能蒸汽机在下部采用火排作为燃烧器,在水箱中设置多条用于换热的不锈钢火管,在水箱火管的上部设置排风机将高温烟气通过火管与水箱中的水换热产生蒸汽,由于水箱的体积较小(30L),火管与水的换热面积大,该设备可在2分钟左右产生蒸汽,使用方便快捷,热效率可达90%以上。该设备在水质为软水的区域应用较广泛。

  传统的节能蒸汽机火排在蒸汽发生室内胆正下方,水箱内胆底部是平面结构。在水质较硬的地区,经过长时间的使用,水箱内胆会结水垢,日积月累,水垢会一层一层的沉积起来,使水垢厚度增加,水箱内胆里的水与内胆底部形成一个水垢层,热能不能良好的传导给水,水不能充分的吸收热能,热效率就会降低,而且水垢聚集在火管间隙之间,由于热胀冷缩的作用,水垢很容易把内胆胀裂,缩短了机器的使用寿命。

  传统的节能蒸汽机在内胆的下方有一个直径为25mm的排水口,而发生器是一个全密封结构,在清除水垢时,如遇到大块的水垢就无法排除。因此,传统的节能蒸汽机新机器用一段时间后,就会出现蒸汽量小,内胆开裂漏水,维修成本高的情况。

  解决上述问题是提供一种热效率高、稳定性好的对燃式节能蒸汽机。

  结构如图:


  1、水箱水胆  2、火排  3、清垢口   4、火管烟气汇流室  6、排风机  7、蒸汽出口  8、进水口  9、水位控制装置10、出水口   11、燃气电磁阀

  对燃式节能蒸汽机的水胆下部设计成U形,将燃烧室改成独立控制的左右两个火排进行对烧,U形底部斜面形成水垢沉积槽,在水槽的一端设计了一个可开启的活动清垢口,可容手和工具伸进内胆内清理大块坚硬的水垢,从而彻底清理干净水垢。在使用的过程中内胆底部的热能则能充分的传导给水,热效率就不会因为水垢问题而降低。

  对燃式节能蒸汽机,双火排独立控制系统在一台蒸汽机拖几台用汽设备上,也体现了它可选择性的优势。当一台蒸汽发生器只拖一台用汽设备时,则只需开一个火排就可以满足使用者要求,这样就减少了燃气能源浪费,从而达到节能的目的,延长了机器的使用寿命,保证了机器在使用中的可靠稳定性能。

 

 

           中国工程建设标准化协会城镇燃气专业委员会委员

              全国燃烧节能净化标准化技术委员会委员委员

              湖北谁与争锋节能灶具有限公司 董事长

                              程    钧