燃气灶具的原理、选购、和使用

灶具安装时要及时试火

一、考察灶具燃烧性能
　　评价一个灶具性能好坏主要是看其燃烧器的燃烧性能。主要评价标准如下：
　　1、燃烧器火力应满足烹饪或烧开水的要求，或者说要达到一定的热负荷。我国有关标准规定，家用灶具主火燃烧器的额定热负荷不得小于2.91千瓦（相当 10 480千焦／时）。也就是说，在这样的热负荷下可以把5千克的冷水在15分钟左右烧开。
　　2、燃烧要稳定。因为不同的烹饪过程要求不同的火力，这就需要在使用中调节灶具的热负荷，因而要求无论是将火力调大或调小，燃气燃烧都要稳定，不应出现脱火、回火及黄焰等现象。火苗上窜,火焰的外围发红,此为氧化焰,热值不高也费气,火苗发蓝,火焰的外围发白,此为中性焰,热值最高也省气,火苗发红,火焰的外围发黑,此为碳化焰,热值最低也费气.
　　3、热效率要高，使燃气燃烧时产生的热量得到充分利用。我国有关标准规定，家用灶具的热效率应大于55％。也就是说，当采用热负荷为2.91千瓦（相当 10 480千焦／时）的灶具烧水时，每小时燃气燃烧所产生的2.91千瓦热量中，至少应有 1.60千瓦（相应5 760千焦／时）左右的热量被水吸收。
　　4、燃烧要完全，烟气中的有害物质少。燃气燃烧的完全程度，通常用烟气中的一氧化碳含量表示。我国有关标准规定，烟气中的一氧化碳含量不得超过0.05％。
　　
二、气密性检查。灶具的供气管、配件及连接件应严密不漏气。如果灶具气密性不合格，则为致命缺陷，它是灶具发生事故的最大隐患。简单试验方法如下：接通气源，关闭旋钮，用皂液刷涂管路、阀体及接口处，无气体泄漏方可。

以下为参考资料，可以选读

一、燃气灶的安装注意 事项
1.检查气种是否合适。

2.嵌入式灶具要严格按说明书给的开孔尺寸挖孔，灶具安装位置四周有易燃材料时，必须采用隔热防火板。开孔尺寸的大小适当，不能造成台面对整机挤压或使面板承受灶体重力，特别是玻璃面板灶具。安装灶具时注意玻璃面板灶具的面板四角不应受到硬物碰撞。

3.进气管一定要用管箍固定，长度要适宜，过长会增加进气管阻力造成压降，降低了灶具的热流量，过短会造成拉拽现象，胶管易脱落。

4.胶管规格要与接头配套，松则密封不严造成漏气，过紧（如用热水泡才能套上）就会加速胶管的老化。

5.须定期检查胶管是否有裂痕、脱落现象。因为许多灶具引起的火灾都是由接头造成的。

6.进气管应选用燃气专用胶管，但勿用乙烯类塑料管。

7.嵌入式灶具在灶台下适当的位置开不小于1.50mmX150mm进气孔，用来补充一次空气及安装进气管。

8.供气软管严禁穿越楼板或墙壁安装，以免受磨损漏气。

二、燃气灶的安装环境要求
1.厨房面积不应小于2平方米，室内高度不应小于2.2米。煤气燃烧时会产生一些废气，房子空间狭小不易排除，容易发生人身中毒。

2.厨房应有良好通风，以便随时排除废气，冬季不要把窗缝糊死。

3.厨房温度不宜过低，在5℃以上为宜。

4.厨房与相邻房间应很好隔离，防止漏出的煤气相互串通。

三、燃气灶的使用
　　在密闭的空间里，燃气燃烧不完全时产生的一氧化碳，与人体的血红素结合，会影响血液供给氧气的能力，使人体组织缺氧导致中毒，并且在短时间内就可对人造成严重伤害。因此，美澳日等国均有室内一氧化碳测定器，随时监控室内的一氧化碳含量。
　　哈佛医学院有临床研究指出，即使在正常的一氧化碳浓度中，心脏也会受到不良影响。美国《急救医学年鉴》作者麦克多伦博士曾经提到，有些人一氧化碳中毒后，还以为自己得了感冒，经过血液检验后，才发现是一氧化碳中毒。
　　其实在生活中，只要在使用燃气灶时注意一些细节，就可以避免天然气泄漏引起的中毒。
　　第一，在使用时，应随时留心炉火的颜色。橘黄色火苗说明燃气燃烧不全，在这种情况下，会释放出一氧化碳。可以通过调节灶台下的风门，来调整火焰，以蓝色火苗为准。
　　第二，煮汤或烧水时，容器不要装得太满，也不能无人守候，以免火被溢出的汤、水浇熄而产生漏气。厨房的空间相对较小，在做饭时，要尽量多开窗，便于有毒气体排放出去。
　　第三，在炖菜或煲汤时，有些人喜欢把火苗开得很小，这样也容易引发漏气或者不完全燃烧。所以，燃气灶在使用中，火不能开得过小。
　　第四，在低温环境下，有些燃气灶会出现燃烧效率不佳或不能使用的问题。这时，不要用蜡烛、打火机等热源直接对燃气罐或出火口加热，可以采用加热棒或挡风板等较安全的方式。
　　第五，不论哪种燃气灶，都应当尽量使用铜管或铁管来连接，最好不用橡胶软管，长度最好不超过1米；管子接头处应使用夹子等进行固定，以防止脱落；如果使用了橡皮管，要经常检查，最好一两年更换一次。
　　第六，在使用完毕后，应及时关闭家用燃气灶的总闸。如果大量的燃气气体泄漏，在遇到明火时，有可能引发爆炸。

四、燃气的种类
　　
　　城镇燃气可分为：人工煤气、天然气和液化石油气。因为不同种类燃气的发热值和燃烧特性各不相同，所以燃气灶喷嘴和燃烧器头部的结构尺寸也不同，燃气灶与燃气要匹配才能使用。人工煤气灶具、天然气灶具或液化石油气灶具是不能互相代替使用的，如果相互代替使用，轻则燃烧情况恶劣，满足不了使用要求；重则出现危险、事故、甚至根本无法使用。燃气灶在铭牌上都注明了所适用的燃气种类，用户搞清铭牌十分必要。

　　什么是天然气？
　　天然气是指在地层中天然存在的可燃气体。广义地说，煤矿的瓦斯、浅地层中的沼气等也属于天然气，但通常都是把由油、气田开采出来的可燃气体称之为天然气。
　　天然气在地层中有的是呈气态单独存在，有的是呈气态与原油共存，或者是溶解在原油中，随原油一起采出到地面后，在常温和常压下呈气态从原油中逸出。
　　天然气的分类方法目前还不统一，各国都有自己的习惯分法。我国习惯上把天然气分为气层气、伴生气和凝析气三种。
　　气层气也叫气田气。它是指在地层中呈气态单独存在，采出地面后仍为气态的天然气。例如，我国四川庙高寺等地、陕甘宁盆地中部（以下简称陕北）的天然气均属于气层气。气层气的甲烷含量一般在90％以上，其它组分为乙烷、丙烷，以及二氧化碳、氮、硫化氢和稀有气体（氦、氩、氖等）。低热值约为34500～36000千焦／标米3。
　　伴生气也叫油田气。它是指在地层中溶解在原油中，或者呈气态与原油共存，随原油同时被采出的天然气。例如，我国大庆、胜利等油田所产的天然气中大部分都是伴生气。华北油田向北京输送的天然气中，也有一部分是经过净化处理的伴生气。伴生气中甲烷含量一般约占65％～80％，此外还有相当数量的乙烷、丙烷、丁烷甚至更重的烃类。低热值约为41500～43900千焦／标米3。
　　凝析气是指在地层中的原始条件下呈气态存在，在开采过程中由于压力降低会凝结出一些液体烃类（通常叫做凝析油）的天然气。例如，我国新疆柯克亚的天然气就属于凝析气。华北油田向北京输送的天然气中，除前边提到的伴生气外，还有相当一部分是经过净化处理的凝析气。凝析气的组成大致和伴生气相似，但是它的戊烷、己烷以及更重的烃类含量比伴生气要多，一般经分离后可以得到天然汽油甚至轻柴油产品。凝析气的低热值约为46100～48500千焦/米3。
　　标天然气用作城镇燃气，具有哪些特点？
　　天然气是一种储量很大、输送方便、成本低廉、清洁无灰渣、热值较高及燃烧产物对环境污染小的优质能源，因此，是一种理想的城镇燃气气源。从世界能源利用的趋势来看，采用天然气作为城镇燃气的主要气源，已成为当前的发展方向。在我国，近十多年来凡是有条件的城市如天津、成都、北京等地，都相继通过管道将邻近油、气田的天然气送入市区，作为城镇的燃气气源。
　　（1）天然气作为一种可燃气体，除具有一般燃气易燃、易爆等共同特点外，与人工燃气相比，它用作城镇燃气时具有以下特点：
　　①热值较高，约为人工燃气的两倍，甚至更高。换句话说，采用天然气作燃气的燃具与采用人工燃气的燃具相比，当两者的热负荷及热效率相同时，天然气用量约为人工燃气用量的一半。因此，使用天然气作燃气时，用于城镇燃气管网系统的成本较低。
　　②输送到城镇作燃气的天然气，一般都已经过净化处理，因此，对人体基本上无毒害作用。
　　人工燃气中含有较多的一氧化碳，如果泄漏到空气中，将会对人体产生毒害，甚至造成死亡。天然气的主要组分是甲烷，以及少量的乙烷、丙烷等。除了因天然气泄漏使空气中的氧浓度降低，对人体有窒息作用外，这些烃类本身都是无毒的。
　　（2）与液化石油气相比，天然气用作城镇燃气时具有以下特点：
　　①天然气比空气轻，它的密度一般是空气的0.55～0.85倍。因此，它泄漏后会扩散到空气的上部，并且容易漂浮和逸散。相反，液化石油气的气体比空气重，它的密度一般是空气的1.5～2.0倍，因此，它泄漏后会沉积到空气的下部，还可以由高处流向低处，积存在通风不好和不易扩散的地方。所以，如果室内出现漏气现象，尽管都要立即通风换气，但是对于天然气燃具来讲，还要特别注意室内上部的通风；对于液化石油气燃具来讲，则应特别注意室内下部的通风。
　　②天然气和人工燃气一样，都是由管道送到用户家中，不像液化石油气那样要用钢瓶装运与使用，用完后还必须换瓶，因而使用起来省时、省力。尤其是对于居住在高层建筑的用户，或对于老弱病残的用户来讲，其方便性就更为明显。当然，对于散居的用户居民，采用瓶装的液化石油气可不受居住区域、地点和条件的限制，因此也是灵活方便的。
　　③天然气的主要组分是甲烷（CH4），在各种烃类分子中，它的碳原子数与氢原子数之比是最小的，而液化石油气的主要组分为丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）和丁烯（C4H8），它们分子中的碳原子数与氢原子数之比就比甲烷要大。因此，甲烷完全燃烧后生成的烟气中由碳原子燃烧生成的二氧化碳含量最少。也就是说，天然气完全燃烧生成的烟气中的二氧化碳含量，比液化石油气完全燃烧生成的烟气中二氧化碳的含量要少，这对减少大气层的温室效应是有利的。此外，天然气中含硫、氮少，生成的烟气中二氧化硫及氧化氮等均较少。因此，采用天然气作燃气更有利于环境保护。
　　④一般来说，用管道输送到城镇的天然气组成在一段时间内是比较稳定的。因此，当用户通过调风板（也叫风门）将燃具的火焰质量调节到最佳状态之后，一般不需要再改变调风板的开度。对于充装在钢瓶内使用的液化石油气来讲则不同。刚开始使用时，由瓶内流出的液化石油气气体中，沸点较低的丙烷、丙烯含量较多；随着使用时间增加，液化石油气气体中沸点较高的丁烷、丁烯含量逐渐增多；最后甚至会在钢瓶内剩下沸点更高，以至于在常温下不易气化的残液。因此，一瓶液化石油气刚开始使用时，尽管已调好燃具的调风板使火焰质量良好，但过了一段时间后，如不再调节调风板，就可能出现黄焰。这说明液化石油气气体中的丁烷、丁烯含量增加，完全燃烧时所需要的空气量也相应增加。此时，应开大调风板，以便吸入足够的一次空气量以满足燃烧需要。

五、家用燃气灶的结构分析

家用燃气灶是通过燃气的化学能向热能的转化来烹调菜肴、加工食品，以满足家庭需要的燃气用具。燃气灶由供气部分、燃烧部分和辅助部分组成。

1、供气部分
供气部分包括燃气管路（含燃气主管及支管），阀门等。这部分的作用是根据燃烧器的设计流量，供应足够的燃气量；阀门是控制燃气灶的开关，要求阀门开关灵活，管路及阀门应保证严密不漏气。
阀门是灶弄虚作假中的主要部件，以台式灶为例，阀门由旋塞和阀体两部分组成，旋塞的锥体上设有2组通气孔，第1组气孔是供给点火装置的气源，第2组气孔是供给燃烧器的气源。两组气孔分别对应阀体通向点火装置和燃烧器的供气管路。当旋钮按下到底后，旋塞向左旋转90度，此时第1组气孔与阀体通向点火装置的气孔连通，给点火装置供气，第2组气孔中主气孔与阀体通向燃烧器的气孔连通供气，点火装置动作点火，点燃燃烧器，此时处于最大供气量状态，火焰散发的热量最大。旋钮松开后，在弹簧作用下旋塞与阀体接通的点火气孔断开，点火结束。当旋钮继续向左旋转旋塞主气孔逐渐关小，火焰也逐渐减小，至90度时主气与阀体通向燃烧器的气孔断开，第二组气孔中火孔与阀体通向燃烧器的气孔连通，因火孔供气量小，火焰减小，处于保火状态。具备双环火的双通道燃烧器，配备的双气阀门可使灶具在保火状态时，阀体通向外环火的气孔关闭，只有内环火通气，节约了燃气，方便了使用。台式灶的供气部分应设计直管和万向两种进气管口结构，以满足不同位置安装胶管需要；设计万向节进气管口时，要考虑拆装胶管时受力较大和碰撞后易漏气的情况；T型管内径、阀体内管路内径及旋塞气孔直径按不同气源设计，防止因燃气量供应不足或供应燃气量过大影响燃烧性能。（见图1）

2、辅助部分
辅助部分包括点火装置、自动控制装置和其它部件（外壳、支角、炀盘和锅架等）。

下面介绍主要装置的功能。
2.2 自动控制装置。包括意外熄火时能自动关闭气源的熄火保护装置和过热状态时能自动关闭气源的过热保护装置、回火保护装置等安全装置。熄灭火保护装置的工作原理（见图2）。使用时，首先按下旋钮5（这一按钮与旋塞阀杆和点火器开关连在一起），此时随旋塞阀1的阀杆下移，推动阀芯针在机械装置的作用下打开电磁阀2，在逆时针旋转90度时，旋塞的主气孔与阀体的进气管路接通，通气气路通过电磁阀2和旋塞阀1向燃烧器4供气的同时，点火器6电路被接通，产生高压放电，点燃燃烧器4，热电偶3被火焰加热，产生的热电势使电磁阀保持开启，点火结束。燃气灶进入工作状态后，手离开旋钮，使阀杆在弹簧的作用下复位，点火器电中悉开，高压放电停止。当发生意外熄火时，热电偶逐渐冷却，热电热消失后，电磁阀自动关闭。还有一种光电熄火保护装置是利用集成控制电路和光电探测装置来完成熄火保护工作，即操作旋钮在机械装置作用下打开电磁阀和旋塞阀点燃火焰后，利用光电探测装置收集到的光信号，传递给集成控制电路，转变为通电信号，给电磁阀一个工作电流，使其保持开启状态；当发生意外熄火后，光电信号消失，集成控制电路收不到信号，就会切断电源，自动关闭电磁阀。回火保护装置、过热保护装置也是利用热敏元件、集成电路组成控制电路。出现故障自动关闭电磁阀。安全保护装置保证燃气灶在使用中出现意外熄火等情况下，能够自动关闭燃气阀门，切断燃气气源，防止发生事故。（见图2）

3、燃烧部分
燃烧部分指燃烧器，它是燃气灶的主要部分。家用燃气灶的燃烧器按照燃烧方式不同，可分为大气式燃烧器和预混式燃烧器两种。

3.1 大气式燃烧器是根据部分预混燃烧方法设计的燃烧器，其一次空气系数0＜α′＜1。大气式燃烧器由头部及引射器两部分组成。其工作原理是：燃气在一定的压力下，以一定的流速从喷嘴流出，进入吸气收缩管，依靠燃气本身能量的引射作用，吸引周围空气进入引射器，这部分空气也称为一次空气。一次空气和燃气在引射器内混合，然后经头部火孔流出，进行燃烧。在燃烧中从火焰周围吸引空气助燃，这部分空气称为二次空气。
新产品在设计定型试验中，当燃烧工况出现问题时，通过以下步骤依次试验解决：调整喷孔截面与引射器喉部距离→改进燃烧器火孔、火盖→更改引射器喉部设计。
使用时通过风量调节器（风门）控制引风量大小。当火焰出现脱火、回火时将风门开度减小，使一次空气量减小；当燃烧器出现黄焰，火焰发红，且产生软弱无力的长火焰时将风门的开度增大。火焰呈较短而有力的兰色火焰时燃烧效果最好。一次空气吸入口设在吸气收缩管上，其开口面积的大小按照设计热流量、气源参数计算。吸入口处风速不超过1.5m/s。

3.1.2 引射器喉部截面到喷嘴孔截面应有一定距离L，位置不正确，将影响一次空气吸入量。当喉部直径大于喷嘴外径时，一般取L=（1.0~1.5）倍的喉部直径。安装喷嘴时，喷嘴中心线与混合管中心线应一致，偏移或有交角会影响一次空气量和二种气体的混合效果。
3.1.3 火孔也称为燃烧孔，其形状或大小变化对燃烧效果影响很大。常用的有（1）圆火孔，常用钻头直接钻出，加工方便。为防止赃物堵塞，一般火孔应大于直径2mm。（2）方火孔（矩形或梯形孔）加工有铸造或机械两种方法，要求制造工艺高，适于可拆卸（火盖）燃烧器头部，且与二次空气火孔接触面较圆火孔大，适于二次空气量需要较多的场合。（3）条形火孔即缝隙火孔，一般宽度小于2mm，长度在（6~30）mm之间，在火盖上排列1~3排，火孔交叉布置，且沿水平方向呈一夹角。适于热流量大，加热面小的场合。条形火孔相当于多个方火孔相连，二次空气的接触较差，容易造成不完全燃烧，出现黄焰和CO过高等情况。如果设计合理，加工组装达到技术要求，这种条形火孔可以提高火孔热强度和热效率。

3.2 完全预混式燃烧器燃气燃烧所需要的空气全部依靠燃气的能量从一次空气吸气口吸入，并进行预混，过剩空气系数α=1.03~1.06。常见的是红外线辐射燃烧器（以下简称红外燃烧器），是一种低压引射式完全预混式燃烧器。当从引射器吸气口吸入足够量空气，且与燃气进行充分混合后，在燃烧时不需要二次空气，燃烧充分迅速，火孔外表面基本无火焰或火焰很短，所以又称红外辐射燃烧器为无焰燃烧器。

燃烧器分为引射器和头部两部分。引射器基本与大气式相同。头部火盖有多种形式，家用灶常用的是金属网或多孔陶瓷板。喷嘴喷出燃气的同时，在吸气收缩等周围形成负压，引射空气，经引射器混合后，混合气从头部金属网或陶瓷板逸出火孔。喉部截面积要根据预混式燃烧对空气量的需求设计，靠风门调节空气量，当火孔无明显火焰，且火盖外表面燃烧状态呈橘红色时最佳，此时形成红外线辐射体，不同火孔直径数据见表2。

表2 红外燃烧器不同气源火孔直径数据

气源
人工煤气
天然气
液化气

火孔（mm）
0.85~0.90
1.2~1.5
1.1~1.2
由于火孔总面积大，燃烧器内压降低，引射了大量的一次空气，点火初期，火焰在陶瓷板火盖的表面燃烧，随着陶瓷板表面温度的不断上升，火焰逐渐稳定，燃烧反应达火孔内数毫米处。这个反应受到表面加热和燃气空气混合气的冷却相平衡后，即保持一定的温度。热流量过大，表面温度过高，易出现明显火焰，严重时有黄焰；热流量过低，易产生回火。热流量正常，设计合理的引射器结构，使燃气和空气比例合适，混合均匀，才能有较佳的燃烧效果，火盖表面呈橘红色，没有明显火焰，或有极短的火焰。优点是热辐射体产生热效率可达60%以上，燃烧完全，烟气中有害气体很少，加热均匀、受热面积大。缺点是热流量比大气式燃烧器低，体积较大。
红外辐射燃烧器喷嘴和风量调节器（风门）的结构及功能与大气式燃烧器中介绍相同，请参照大气式燃烧器有关内容。红外辐射燃烧器适合安装在台式燃气灶、嵌入式燃气灶使用。
3.1.1 喷嘴是燃烧器的重要组成部分。喷嘴应具备两个性能：a.为燃烧器火焰提供数量准确的燃气；b.为引射规定使用燃气气源所需的一次空气量，应使燃气产生喷射作用，并在燃气周围形成负压。
要按燃烧器对喷嘴性能的要求，根据气源、火孔形状、大小、面积、喉部直径、吸气口的形状、大小、综合分析确定喷嘴形状、有无侧孔及侧孔孔径。根据燃气的燃烧特性曲线可知，使用液化石油气容易出现黄焰现象，天然气容易出现脱火现象，人工煤气容易出现回火现象。下面针对燃气不同特点进行喷嘴设计分析。①侧孔喷嘴（见图4）。此喷嘴的特点是喷嘴出口孔径在于喷孔孔径，降低了扩散段流速，由于喷孔的出口侧壁开圆侧孔六个作为一次空气吸入口，随着侧孔增大，引射的一次空气量增加。侧孔孔径易小于3.2mm，保证喷嘴强度，防止扭距过大或震动上起断裂。在燃气喷射时从侧孔吸入部分一次空气与燃气混合，混合气经喷嘴顶端出口孔喷出，出口孔再次吸入部分一次空气，并在引射器内得到充分混合。侧孔喷嘴适于一次空气量需求较大的液化气、天然气下进风燃气灶。改变侧孔大小和调节喉部截面至喷嘴距离可消除脱火、黄焰等非正常燃烧状况。②无侧孔喷嘴（见图3）。此喷嘴的特点是喷孔设计在喷嘴顶端，燃气直接从顶端喷孔喷射，吸入一次空气，并在引射器内进行充分混合，调节喉部截面至喷嘴距离可消除回火等非正常燃烧状况。无侧孔喷嘴适于一次空气量需求较小的人工煤气燃烧器及其它小流量的燃烧器。③花盆喷嘴（见图5）。此喷嘴形似花盆，称为花盆喷嘴。这种喷嘴特点是出口直径大于喷孔直径，侧面均匀设计条形侧孔数个，降低了扩散段的气体流速，使一次空气从喷嘴侧孔和喷嘴出口孔吸入，适于需求一次空气量较小的人工煤气上进风燃气灶，减小喷嘴高度和深入引射器的深度，可增加吸入一次空气量，将喷嘴用在天然气上进风燃气灶。此喷嘴通过调整与引射器喉部距离可消除回火、脱火等非正确燃烧工况。④小喷嘴（见图6）。这种喷嘴顶端设喷孔，喷射燃气，可引射较大量的一次空气，适于天然气、液化气上进风燃气灶。此喷嘴通过调整与引射器距离可消除脱火、黄焰等非正常燃烧工况。（