船用一体化封闭式燃油炉灶设计

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(中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海 200090)

实船使用中船舶厨房采用的敞开式燃油炉灶炉膛完全敞开，燃烧时消耗厨房氧气，有明火产生，燃烧产生的烟气影响厨房安全和工作环境，当关闭厨房的门窗或船舶高速航行、操舵回转时，厨房进风可能受限，而厨房排风系统继续排风，厨房内负压增大，敞开式燃油炉灶燃烧所需空气不足会造成炉灶熄火，当烟囱管道阻力过小时，外界空气倒灌进炉灶也会导致炉灶熄火[1]。

考虑到如果使炉灶在燃烧时炉膛处于封闭状态，并配上独立的进风和排烟系统，可以使燃烧所需空气直接从舷外抽取，与舱室大气完全隔离，便能有效消除明火及炉灶熄火问题，燃烧产生的烟气通过独立的排烟系统直接排至舷外，可以有效改善厨房工作环境。为此，将燃油炉灶炉膛完全封闭，并配上独立的进风和排烟系统，并将燃油炉灶的燃烧器、供油系统、炉膛以及进风和排烟管路等部件集成使之成为一体化封闭式燃油炉灶。

1 一体化封闭式燃油炉灶结构

一体化封闭式燃油炉灶采用模块化和系列化设计，采用统一的外部管路接口，占地空间小，操作简单，指示信号简明。炉灶结构见图1。

1.1 可调火力燃烧器

自主研发设计的可调火力燃烧器采用蒸发雾化预混燃烧的原理，燃烧充分，工作可靠。燃油采用0#或-10#柴油，最大燃油量为3 kg/h，通过采用油配风的方式实现多档位配置，分别调节不同档位下的进风量和进油量到最佳匹配状态，实现不同火力下的稳定燃烧，可满足爆炒等各种中餐烹饪要求。

图1 一体化封闭式燃油炉灶结构示意

1.2 供油总成

供油总成由油泵、支架、滤器、调压阀、喷油嘴及油管集成。喷嘴按预先设定占空比通断工作，燃油通过喷嘴进入雾化器后进行机械雾化。当占空比在10%～80%范围内，可以控制的喷油量为0.385～3.922 kg/h，满足燃烧器所需的控制需求。

1.3 封闭式炉膛

炉膛结构形式不仅对可靠性、安全性有影响，而且对燃烧效率也有重要影响。本一体化封闭式燃油炉灶对目前已有的各种炉膛形式进行结构和工艺设计优化，采用耐高温合金设计，提高炉膛热效率、密封性、可靠性和安全性。同时，通过数值模拟和试验验证相结合确定炉膛形状和结构尺寸，使锅体受热均匀迅速，增大热利用率。

1.4 高效海水冷却器

炉灶燃烧产生的高温烟气需要降温到低于60 ℃才能排放。因此，设计采用高效海水冷却器对600 ℃左右的炉膛高温烟气进行冷却。

炉灶排烟中含有一定的硫成份，当排烟中水蒸气温度降到露点以下时将形成硫酸，会腐蚀冷却元件及管板、侧边板。为解决这一问题，本一体化封闭式燃油炉灶冷却元件结构采用螺旋翅片管式，选用白铜冷却管压制成高翅片，以增加换热面积，提高换热系数，管板、侧边板采用不锈钢材料。

1.5 进风及排烟管路

一体化封闭式燃油炉灶采用封闭式管路进风、排烟设计，使炉灶燃烧既不受厨房负压环境影响，也不消耗厨房氧气，且无明火、排烟。

炉灶进风管路上设计有空气质量流量传感器实时监测实际空气质量流量，避免气压、温度等因素对空气流量的影响而造成燃烧匹配失调，实现智能化控制。同时，可以实现最佳燃油量和最佳空气量的配置，即实现最佳空然比的配置，保证燃烧状态最佳。

2 系统压力匹配分析

一体化封闭式燃油炉灶的进风和排烟系统根据实际使用情况，设置2台串联风机提供燃烧所需的空气并克服排烟阻力，1台为进风管路的增压风机，另1台为设置于排烟管路末端的引风机。

一体化封闭式燃油炉灶采用蒸发雾化预混燃烧的燃烧器，根据燃烧器实测数据，当预混油气进入燃烧室压力为正压且压力一般不大于200 Pa时，既可以避免燃烧器回火，也可避免压力过大导致离焰。本海水冷却器由于流速低，约为1 m/s(350℃)，因此冷却器阻力损失可取80 Pa。

若进风管路压力损失为H1，排烟管路压力损失为H2(不包括海水冷却器压力损失)，则风机的压头H需满足：H1+H2+80

若进风管路和排烟管路的压力损失较小，则单独使用进风管路的增压风机或排烟管路的引风机来克服阻力损失；若实船使用中进风管路和排烟管路很长，需要克服的阻力损失较大时，可通过计算定制更高压头的风机或采用增压风机与引风机联用的方式来克服阻力损失。

3 结论

1) 采用封闭式增压燃烧技术，不仅解决了目前舰船燃油炉灶不能在厨房负压条件下正常燃烧的难题，而且燃烧时不消耗厨房氧气；

2) 采用可调火力燃烧器，动态调节不同档位下的最佳空燃比，外焰直接加热炊锅，燃烧充分，节约燃油，多档火力可调，满足中餐烹饪要求；

3) 采用独立的进风和排烟系统和封闭式炉膛燃烧，厨房内无明火、无燃烧废气，厨房内污染程度减小，且使厨房空调送排风的设计可专注于厨房舒适性的提高，而不必兼顾炉灶燃烧的压力、氧气供给的问题，降低相应的空调负荷[2]；

4) 采用高效海水冷却器，可降低排烟温度使之适合船舶总体布置要求。

[1] 黎汉军，刘喜元.船用汽化燃油炉灶熄火问题研究[J].船海工程，2006(3)：108-109.

[2] 李伟光，杨海燕.采用封闭式燃油炉灶的船舶厨房空调通风设计[J].船海工程，2009(3)：36-39.