商用燃气器具余热利用测试辅助系统

2021-12-05章全奎

商品与质量 2021年40期

关键词：余热器具水箱

章全奎

安徽省产品质量监督检验研究院安徽合肥 230051

传统商用厨房燃气器具燃料热能利用率比较低，大量热量未被有效利用,造成严重的能源浪费，厨房设备节能潜力巨大。随着国家节能减排措施的实施，带有烟气余热利用的商用燃气器具产品应运而出，很大程度的提升了燃气利用的效率，节能减排效果较好。

对于烟气余热利用的节能效果评价，生产企业大多参照商用燃气器具产品标准中的方法进行，国内一些省份也针对该类产品制定了相应的地方标准，但对于烟气余热测试中应用到的辅助系统没有进行标准化，市场上也无定型产品。

为了科学规范地测量和评价商用燃气器具的余热利用效果，设计出科学规范的烟气余热测试辅助系统很有必要。

1 测试辅助系统原理

该测辅助试系统由保温储水箱、水循环系统、搅拌系统、和控制系统组成。将测试系统与燃气器具中的余热利用部分进行连接，保温储水箱中的冷水通过水循环系统经燃气余热装置循环加热，根据保温水箱的温升、水的重量以及燃气耗气量便可计算出烟气余热利用的热效率。见图1所示。

图1 余热利用热效率试验系统

2 系统组件的设计

2.1 保温水箱

2.1.1 水箱容积

容积500L，尺寸φ860×1100mm（水箱内胆净尺寸为φ760×1100），内层SUS304不锈钢，外层SUS201不锈钢，50mm聚氨酯整体发泡保护层[1]。

按照测试的燃气灶具可能的最大功率55kW甚至更高，余热回收效率25%，推导余热回收功率13.75kW，连续使用1小时情况下，可回收的总热量13.75kWh（49.5MJ），相当于将约263kg的水从常温（冬季按15℃、夏季按25℃）加热到60℃（温升分别是45℃和35℃）。从测试角度，连续测试时间30min应该是可行的，即便有些设备强调余热回收，前端能效可能相对较低，并且设备功率较大，配备500L容量的水箱是足够的。另外生产厂家提供的换热装置包括测试管道内还有一定的水容量，该容量应该统一纳入到测试的总水容量之中。

2.1.2 水箱的保温性能

按国家建筑标准设计图集16S401《管道和设备保温、防结露及电伴热》，聚氨酯发泡的导热系数为：λ=0.020+ 0.00122TmW/m·℃

聚氨酯发泡层厚度50mm，Tm为保温层内外算术平均温度按（60+15）/2=37.5℃计，传热系数α约为0.00049kW/m2，环境温度10℃时，传热温度差50℃，水箱表面积5.5m2，散热功率0.135kW，约为余热回收功率的1%。实际上在测试过程中，水温是逐渐上升的，散热量也随着水箱水温的提高而逐步加大，所以水箱在加热前期水温偏低时其散热功率并没有0.135kW，但也考虑管道散热和顶盖的对流散热，保温散热功率可以默认为0.135kW，如果考虑到测试过程中循环泵电机消耗的功率大部分用于水加热，且大体与散热功率等同，因此忽略保温散热功率对余热能效测试的影响[2]。

2.1.3 终止水温的设定

在给排水设计规范中，对于热水的设计计算及供应基本以60℃为标准。结合炊用燃气大锅灶以及中餐燃气炒菜灶关于热效率的测定中终止水温的设定，余热利用测试终止温度建议设定在60℃。

2.2 循环泵

小型管道泵，流量2t/h，扬程，11m，输入功率330W，输出功率250W，交流220V，50Hz，参考水泵型号（威乐PH-255EH），进出口口径DN40；

2.2.1 测试水量计算

以余热功率13.75kW为例，在试验时间30min情况下，如终止温度在60℃附近，假定初始水温度考虑夏冬不同季节夏季按测量开始时温度25℃、冬季初始测量温度15℃，此前进行循环使水箱与换热装置的水温接近一致，那么夏季时节，理论计算需要的水容量约169kg、冬季131kg，该水量包含厂家余热利用装置内的水容量[3]。

2.2.2 循环水量测算

如每个循环的水温升在3℃附近，那么循环流量为169×35/3=131×45/3≈2t/h。

2.2.3 水泵扬程的选取

为保证测试的准确性，余热利用装置与水箱间的循环管路距离应尽可能短，以减少管道热损，建议二者之间的水平距离在2米以内、管路最高点离地距离不超过2.5米。在循环流量2t/h时，考虑管道距离较短，采用经济摩阻下，可选管道尺寸为DN40，比摩阻为104Pa/m，由于管道上管件（弯头、变径、内接头、管箍等）较多，还有阀门等，按10个计，折算长度30米，阻力3120Pa，加上高差3米，总阻力约4米，对应水泵的流量2t/h时，扬程11米，符合试验要求。

2.3 搅拌器

参考GB35848-2018《商用燃气燃烧器具》热效率试验中的搅拌器结构制作方式；

顶盖φ850，搅拌片直径φ380，拉手φ6丝杆，长度1100，其它做法与GB35848标准一致。

2.4 温度测点

水箱测点分布（距水箱内胆底部）：50mm、150mm、250mm、350mm、450mm、550mm、650mm、750mm、850mm，合计布置9个温度测点，测试时取埋入测试水内的数量的平均值。

2.5 液位计

水箱上安装有玻璃管液位计，以此来确定埋入水中的温度探头数量，并作为判断水箱中的装水量的参考。

2.6 水表

用于计量余热回收系统能效的测试上水量，最终热水量的测定待实验完成后用电子秤进行精确称量。

2.7 上水手动阀

手动上水，根据不同炉灶功率、厂家声称的余热利用功率或效率和当前自来水温度，上水至相应液位，并根据水表读数及时关闭上水手动阀门。

3 测试步骤

（1）将余热利用测试装置的输入、输出端按照图1接入余热利用测试装置；

（2）在主灶未开启状态下，关闭阀门12、18，打开阀门15，向14注水，水温不超过25℃，当水量达到水箱容积50%～75%时停止注水，关闭阀门15。打开阀门5、17，关闭阀门7、8，向6注水，燃具系统正常运行15min后。在余热回收效率检测前，调节余热系统水温至25℃±5℃，关闭阀门5、17，打开阀门18同时打开循环泵；

（3）主灶按CJ/T392-2012、CJ/T28-2013热效率测试要求，水初温取室温加5K，水终温取水初温加30K，在水初温和终温前5℃时用搅拌器搅拌至初温和终温；初温和终温均为15内温度传感器所测量的平均温度；

（4）当保温水箱内温度传感器所测量的平均温度达到终温时记录耗气量，关闭主灶；

（5）将水箱及余热装置内水放出，测量储水量。

4 余热利用热效率计算

η余：余热利用热效率，单位为百分数（%）；t1：保温水箱内水的初温值，单位为摄氏度（℃）；t2：保温水箱内水的终温值，单位为摄氏度（℃）；G：加热的水量，单位为千克（kg）；c：水的比热，单位为兆焦耳每千克摄氏度（4.19×10-3MJ/kg·℃）；V：实测燃气耗量，单位为立方米（m3）；Q1：15℃，101.3kPa状态下实测试验气低热值，单位为兆焦耳每立方米（MJ/m3）tg：通过燃气流量计的燃气温度，单位为摄氏度（℃）；pamb：试验时的大气压力，单位为千帕（kPa）；pg：灶前燃气压力，单位为千帕（kPa）；pv：温度为tg℃时的饱和水蒸汽压力，单位为千帕（kPa）。