一种余热回收型炊用燃气大锅灶热效率测试的探讨
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摘要：传统的炊用燃气大锅灶排烟温度高，热量浪费大，同时造成厨房环境恶化。通过技术改造，在灶体后部排烟管路加装余热回收装置，既回收了烟气中的热量，又降低排烟温度，实现能源的分布式综合利用，同时改善了厨房环境。本文通过介绍一种余热回收型炊用燃气大锅灶，探讨其综合热效率的提高及测试方法。
关键词：余热回收型炊用燃气大锅灶；节能；热效率
中图分类号：TU996.7+5 文献标识码： A
前言
随着社会经济的快速发展，酒店餐饮服务业的发展越来越快，随之带动了整个商用厨房设备行业快速发展，厨房设备的发展趋势正在向着高端化、节能化、智能化和综合一体化发展，产品结构向美观、时尚、环保、能耗低的方向演化。而炊用燃气大锅灶作为商用厨房设备的主导产品之一，也不例外，高效节能是其发展主要方向之一。随着行业标准CJ/T392-2012《炊用燃气大锅灶》以及强制性国家《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》的制定实施，产品热效率问题已经引起了整个行业、消费者的广泛关注。本文仅就一种余热回收型炊用燃气大锅灶，探讨综合热效率的提高及测试方法。
二、余热回收型炊用燃气大锅灶结构
1、传统炊用燃气大锅灶
炊用燃气大锅灶定义：使用城镇燃气为主能源，有封闭或半封闭的金属组装式炉膛，且锅为固定或可倾斜式的炊用大型灶具[1]。传统炊用燃气大锅灶（图1），主要由燃烧器装置 （ 包括气室、风室和炉膛）、气电路装置（包括气阀、风阀、燃气管路、鼓风管路、鼓风机、电器开关、电路、点火器装置和熄火保护装置等）、辅助装置 （包括壳体、炉体、锅架、锅具、烟管等）等组成。在使用时，烟气从烟管中排出，烟口烟气温度甚至超过500℃，造成热量的大量浪费，同时造成灶具面板温度过高，厨房环境恶化。
2、余热回收型炊用燃气大锅灶
余热回收型炊用燃气大锅灶（图2），是在传统大锅灶的灶体后部增加烟气余热回收利用装置，结构简单，容易实现。余热回收利用装置主要由换热器、温控器、温度探头、电磁阀、进出水管和保温水箱组成。
在正常使用时，燃烧产生的高温烟气通过翅片式换热器，转化为管路内水的温度升高，根据所需热水温度的要求，在温控仪上设定所需温度值，当温度探头检测到水温达到设定的温度值时，传递给温控仪，然后温控仪发出指令，打开电磁阀，进水管开始进冷水，通过进水压力，把换热器内的热水顶出，通过出水管热水储存在保温水箱内供下级利用。而当温度探头检测到水温低于温控仪设定的温度值时，进水电磁阀处于关闭状态，换热器与热烟气不断地进行热量交换，当温度探头检测到水温达到设定的温度值时，重复上述功能。通常进水压力为自来水压力，特殊场合可加装增压水泵实现水的流动。
1——烟管；2——炉膛；3——烟道口 1——保温水箱；2——出水管；3——温度探头；
4——锅具；5——燃烧器；6——炉门通道 4——烟管；5——换热器；6——进水管；
7——电磁阀；8——大锅灶；9——温控仪
图1传统炊用燃气大锅灶示意图图2余热回收型炊用燃气大锅灶示意图
三、余热回收型炊用燃气大锅灶热效率测试
根据CJ/T392-2012《炊用燃气大锅灶》标准规定，只对大锅本身进行热效率测试，对烟气余热回收利用没有给出相应的测试要求。GB/T2588-2000《设备热效率计算通则》中对设备热效率是这样定义的：热设备为达到特定目的，供给能量利用的有效程度在数量上的表示，它等于有效能量对供给能量的百分数[2]。热设备的能源利用应该从全面的角度、综合利用的角度加以衡量和评价，特别是随着商业厨房电器向一体化、节能化方向发展，分布式能源的综合应用更为大众所关注。
结合最近实施的CJ/T392-2012《炊用燃气大锅灶》以及CJ/T187-2013《燃气蒸箱》热效率测定方法，针对这种新型的余热回收型炊用燃气大锅灶提出其热效率试验方法以及试验系统。
通常炊用燃气大锅灶在正常使用时属于连续工作的设备，燃气输入状态稳定，在规定的条件下，燃烧状态稳定，热效率测定时易建立热稳定工况。在CJ/T392-2012《炊用燃气大锅灶》热效率测定方法的基础上，借鉴CJ/T187-2013《燃气蒸箱》热效率测试系统[3]，根据大锅灶的热负荷以及产品结构特点、烟气余热回收装置的设置情况，在测量大锅灶本身热效率时，可以同时或分时进行余热回收系统热效率测试，建立试验系统如图3所示。
1——燃气阀门；2——燃气调压器；3——燃气流量计；4——压力表；5——大锅灶；6——温度计；
7——保温水箱；8——电子秤；9——变频器；10——增压泵；11——恒温恒压水箱；12——储水箱。
图3试验系统
测试要求规定如下：
1、大锅灶热效率按CJ/T392-2012标准规定的方法进行；
2、余热回收系统热效率试验方法：
2.1 通过恒温恒压水箱提供稳定的供水状态；
2.2 将余热回收系统内水的排出温度设置比进水温度高25℃以上，在锅内和余热回收系统内加好水后，点燃大锅灶预烧一段时间，待炉膛及余热回收系统内水烧热后，停止预烧，再在大锅内重新加入规定的水量后，开始测试大锅灶热效率；间隔一定时间，待余热回收系统第一次排完水后开始测试余热回收系统热效率；
2.3从余热回收系统排完水后开始测试，到下一次排完水为一个循环，连续测试3个循环，记录此期间测试燃气消耗量V余，进水温度t1，出水温度t2，总出水量M；
2.4 测试连续进行两次，偏差不得超过5%，否则重新测试；
2.5计算公式：
η余＝M×C×(t2-t1)/(V余×Q1)×(273+tg)/288×101.3/(Pamb+Pm-S)×100…（1）
式中：
η余——余热回收装置实测热效率，％；
M ——总出水量，kg;
C——水的比热，取0.00419MJ/(kg ·℃)；
t1——进水初温，℃；
t2——出水终温，℃；
Q1——0℃、101.3kPa状态下试验燃气的低热值，MJ/m3；
V余——测量余热回收装置热效率时实测燃气消耗量，m3；
Pm——实测燃气流量计内的燃气相对静压力，kPa；
Pamb——试验时的大气压力，kPa；
tg——燃气流量计内的燃气温度，℃；
S——温度为tg时的饱和水蒸汽压力，kPa
3、综合热效率为大锅灶热效率与余热回收系统热效率之和。
表1 一组测试数据
试验数据分析：
这种余热回收装置对于热烟气中的余热回收效果显著。增加该余热回收装置后，炊用燃气大锅灶使用时，原本500℃左右的高温烟气，通过烟气余热回收装置后，其排烟口温度下降至140℃左右，余热回收效果明显，占大锅灶自身热效率的35%以上。
同时烟气中一氧化碳排放量也有较大幅度的降低，仅为原来的三分之一左右；大锅灶本身热效率有一定程度的提高，较原来提高近3%。增加余热回收装置，排烟速度降低了，炉膛燃气燃烧更充分了，燃烧热量吸收更增加了。
科学的检验和试验工作是搞好燃具的设计研发、燃具产品质量认证和燃具产品生产全面质量管理的基础。针对余热回收型炊用燃气大锅灶热效率测试建立的试验系统是在CJ/T392-2012《炊用燃气大锅灶》热效率测定方法的基础上、借鉴CJ/T187-2013《燃气蒸箱》热效率测试系统演变而来，符合燃具产品热效率测试的基本要求，为了确保测试的稳定性和准确性，增加了恒温恒压供水装置，保证在测试过程进水压力变化小于±0.02MPa,进水温度变化小于±0.5℃。在对试验样品连续实际工作中观察，设置合适的出水温度，可以确保余热回收装置连续出水，但出水温度不稳定。而设置偏高出水温度，余热回收装置以比较稳定的出水周期工作，即使与大锅灶本身热效率测试分时进行，也可以获得可靠的结果，同时便于试验工作的开展。该试验系统稳定可靠，试验重复性好。
三、结束语
热效率是一项反映设备能量利用的技术水平和经济性的综合指标，用于衡量设备的能量有效利用程度[2]。随着节能环保风潮的进一步涌动，节能意识不断深入社会各个层面，能源的综合利用以及产品创新更是层出不穷，有效测定燃具热效率，综合评定产品节能效果，不仅影响测试工作的客观公正、科学准确，同时对产品技术创新起积极的推动和引导作用。
参考文献：
[1] CJ/T 392-2012炊用燃气大锅灶 [S]
[2] GB/T 2588-2000设备热效率计算通则 [S]
[3] CJ/T 187-2013燃气蒸箱 [S]