管聰榮

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國(guó)能源消耗迅猛增加，煤炭產(chǎn)量、用量、燃煤煙塵及有害氣體排放量均居世界首位。2013 年初，京、津、冀廣大地區(qū)的嚴(yán)重霧霾再一次提醒并督促我們節(jié)能減排、防治大氣污染絲毫不能懈怠。民用散燒原煤分布范圍廣，管控難度大，不適于集中整治，只有從各地居民的不同條件出發(fā)，采取形式多樣、操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、民眾歡迎的做法，把降低煙塵排放、防治大氣污染融入百姓日常生活之中，這就是已經(jīng)在全國(guó)各地展開(kāi)的潔凈煤系列工程，重點(diǎn)是推廣民用型煤，發(fā)展型煤產(chǎn)業(yè)，開(kāi)展型煤科研，把推廣應(yīng)用型煤和發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)聯(lián)系起來(lái)，抓緊抓好，永不放松。

要把型煤工程做大做強(qiáng)，要使居民燃用型煤輕松順手，效果顯著，就必須有高效節(jié)能、物美價(jià)廉的爐具。本文所評(píng)介的民用型煤系列爐具，是在推廣應(yīng)用型煤的長(zhǎng)期實(shí)踐中摸索、總結(jié)、設(shè)計(jì)、加工、試用、成型、博得居民滿意、并向國(guó)家專利部門申請(qǐng)批準(zhǔn)的專利產(chǎn)品，即：高效回風(fēng)型煤爐（ZL200720190217.9）；環(huán)保節(jié)能型煤爐（ZL200720173632.3）；煤爐（ZL200720190216.4）；外觀設(shè)計(jì)（專用爐三）（ZL200730323253.）；外觀設(shè)計(jì)（專用爐一）（ZL200730323255.2）；外觀設(shè)計(jì)（專用爐二）（ZL200730323254.8）。

1 民用型煤爐具設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

民用型煤爐具是系列產(chǎn)品，設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造工藝、使用效果等有許多共同之處。測(cè)定結(jié)果表明，所有民用型煤爐具專利產(chǎn)品均能節(jié)煤30%～45%，減少二氧化碳排放25%～35%，減少一氧化碳排放90%～95%，減少致癌物苯并芘排放95%～100%。

①都有一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、小巧玲瓏、使用方便的破碎器，用以破碎燒盡的型渣，成功地解決了型渣難取的問(wèn)題。未采用破碎器前，加一次煤需要2 min～3 min，采用破碎器后只需要20 s～30 s，效率提高5倍。

②都有一個(gè)設(shè)計(jì)巧妙的灰渣箱，可以把爐具的下出灰口封得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，有利于封火壓火，保持爐具周圍的清潔。每個(gè)爐具都有一個(gè)平整潔凈的爐臺(tái)，或稱鍋臺(tái)，便于食物的擺放和保溫。

2 高效回風(fēng)型煤爐

本爐型的主要發(fā)明和創(chuàng)新之處體現(xiàn)在型煤燃燒效率高。型煤在傳統(tǒng)型煤爐內(nèi)燃燒不充分，型煤芯部燒不透就作為煤渣扔掉，浪費(fèi)資源。專利型煤爐具能把型煤中所有可燃成分全部燒光，提高燃燒效率10%～15%，節(jié)約煤炭20%～30%。

專利型煤爐具熱能利用充分，在滿足取暖和生活用火的同時(shí)可以保持室內(nèi)空氣清新。實(shí)現(xiàn)上述要求采取了以下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

①煤爐側(cè)面有一根來(lái)自室外的入風(fēng)管道6（見(jiàn)第11 頁(yè)圖1），煤爐上口還可以安裝一根出風(fēng)管道，型煤爐的通風(fēng)自成系統(tǒng)，與環(huán)境空氣質(zhì)量無(wú)關(guān)。傳統(tǒng)型煤爐具或散燒原煤的一般爐具其進(jìn)風(fēng)口均設(shè)在爐具下部，利用爐膛的微負(fù)壓把室內(nèi)空氣吸入爐膛以助燃燒，爐具上口則由于火焰所具有的微正壓而造成煙氣外溢，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量。

圖1 高效回風(fēng)型煤爐結(jié)構(gòu)示意

②由室外引入的冷風(fēng)不直接通入爐膛，而是在環(huán)繞爐膛外壁與爐體內(nèi)壁形成的密閉腔內(nèi)，利用爐膛外壁散出的熱量預(yù)熱之后再?gòu)臓t膛的入風(fēng)口進(jìn)入爐膛，通入爐膛內(nèi)的風(fēng)流溫度可以達(dá)到700℃～900℃，立即起到助燃作用，保證爐火穩(wěn)定燃燒。而傳統(tǒng)型煤爐具或散燒原煤的一般爐具直接把與室溫相同的風(fēng)流送入爐膛，與爐膛內(nèi)溫度有700℃～800℃的溫差，影響爐火正常燃燒，影響煤炭熱效能。

③在爐體外部加一個(gè)環(huán)形水箱，利用水作為介質(zhì)吸納爐體散逸的熱量，升高水溫，可以供應(yīng)熱水，還可以在“封火”時(shí)保持爐溫，向室內(nèi)散熱。熱水溫度一般保持在70℃～85℃，相當(dāng)于1.5 kW 的散熱器。

④圖1 左側(cè)用鋼管和爐體構(gòu)成環(huán)形風(fēng)路是本爐型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最妙之處，它可以充分利用燃燒動(dòng)力學(xué)原理使冷熱風(fēng)自動(dòng)循環(huán)。當(dāng)熾熱的火焰催著熱風(fēng)沖到爐臺(tái)上坐著的炊具時(shí)，一部分熱風(fēng)便自動(dòng)流向風(fēng)管5。由于風(fēng)管1 處的風(fēng)壓受到燃燒動(dòng)力的影響比5 處要低，熱風(fēng)便從5 流向1，再流向爐膛底部的進(jìn)風(fēng)口14，最后進(jìn)入爐膛。這時(shí)，熱風(fēng)中帶著的黑煙、實(shí)際上是揮發(fā)物分解出來(lái)的有機(jī)物又被燃燒一次，炭黑全部被燒盡，解決了冒黑煙的問(wèn)題。這就是有煙煤無(wú)煙燃燒的原理。一般情況下，本專利型煤爐具可以把85%～99%的黑煙轉(zhuǎn)化為熾熱的火焰，提高熱效率20%～28%。

⑤圖1 中的部件11 是灰渣破碎器，位于爐膛10與落灰箱13 的接合部，圖中只能看到手柄。圖2 是破碎器11 的整體結(jié)構(gòu)示意。當(dāng)搖動(dòng)手柄3 時(shí)，軸1帶動(dòng)破碎桿2 轉(zhuǎn)動(dòng)將煤渣破碎。

圖2 高效回風(fēng)型煤爐灰渣破碎器結(jié)構(gòu)示意

⑥如果用燃燒動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)評(píng)介本煤爐，可以叫雙回程爐具。

3 環(huán)保節(jié)能型煤爐

圖3 環(huán)保節(jié)能型煤爐具結(jié)構(gòu)示意

①本型煤爐具最大的特點(diǎn)是爐臺(tái)和爐膛都設(shè)計(jì)成反射箱（見(jiàn)圖3），爐臺(tái)是上大下小的圓錐形，把熱能沿著爐臺(tái)錐形面反射到炊具側(cè)壁或底部加熱炊具。爐膛做成上小下大的圓錐形，使?fàn)t膛里面的熱能沿著錐形面反射到型煤上，使之加快燃燒速度，迅速產(chǎn)生熱能。爐體8 做成上小下大的圓錐形，使加熱箱的結(jié)構(gòu)和尺寸更合理。根據(jù)監(jiān)測(cè)，通過(guò)爐膛壁6 散出的熱量約為總發(fā)熱量的10%～15%。這部分熱量又被爐體8 攔住用于加熱從通風(fēng)孔9 進(jìn)來(lái)的冷風(fēng)，回收了熱能，提高熱效率5%～8%。

②出煙管道12 上設(shè)有調(diào)節(jié)閥門13，調(diào)節(jié)閥門改變開(kāi)啟角度可以改變出風(fēng)量，從而改變?nèi)紵龔?qiáng)度和火勢(shì)強(qiáng)弱。

③在底座上裝有一個(gè)進(jìn)風(fēng)管，必要時(shí)可以在進(jìn)風(fēng)管處安裝一個(gè)小型吹風(fēng)機(jī)，提高爐具的熱效率和熱能輸出，風(fēng)機(jī)的功率約為60 W。

④二次送風(fēng)和預(yù)熱箱的結(jié)構(gòu)原理是把爐膛5 的外表面和爐體8 的內(nèi)表面做成由2 個(gè)截錐形圓筒拼成的箱體，爐膛內(nèi)表面是受熱面，它將高熱傳給箱體內(nèi)的冷風(fēng)，起到預(yù)熱作用。被加熱的冷風(fēng)送入爐膛5，保證爐溫，保證燃燒穩(wěn)定。爐體下部在圓周上開(kāi)了3 個(gè)直徑8 mm 的孔4 作為進(jìn)風(fēng)孔。爐膛上部在圓周上開(kāi)了20 個(gè)直徑5 mm 的孔9 作為向爐膛內(nèi)送風(fēng)的進(jìn)風(fēng)孔，形成自動(dòng)循環(huán)的風(fēng)路。

由于有了預(yù)熱箱和自動(dòng)循環(huán)的風(fēng)路，爐膛內(nèi)氧氣充足，型煤燃燒充分，提高爐溫70℃～100℃。就是燒大同的長(zhǎng)焰煙煤，盡管揮發(fā)分高達(dá)30%以上，所產(chǎn)生的黑煙最少有80%～90%被充分燃燒而轉(zhuǎn)化為熱能，并且保持室內(nèi)空氣清新。

如果從燃燒動(dòng)力學(xué)的角度去評(píng)介本爐型，可以稱為雙送風(fēng)型煤爐。

4 實(shí)用新型煤爐

本型煤爐結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)越、價(jià)格低廉、推廣使用廣泛，深受居民歡迎。因?yàn)樗陌l(fā)明，成功地解決了型煤爐使用中普遍存在的問(wèn)題。

圖4 實(shí)用新型煤爐結(jié)構(gòu)示意

圖5 實(shí)用新型煤爐灰渣破碎器結(jié)構(gòu)示意

①添煤和清理煤渣問(wèn)題。舊式型煤爐添煤時(shí)要把正在燃燒的型煤和已經(jīng)燒盡的煤渣全部取出，扔掉煤渣，再把正在燃燒的型煤按照取出時(shí)相反的順序放回爐內(nèi)，最上邊放一塊新的型煤，相當(dāng)麻煩。本型煤爐在爐膛底部加裝一個(gè)煤渣破碎器14（見(jiàn)圖4），圖5是該組件14 的整體結(jié)構(gòu)示意，只要轉(zhuǎn)動(dòng)手柄13，最多轉(zhuǎn)動(dòng)2 圈，時(shí)間不過(guò)20 s～30 s 煤渣即被破碎，從爐膛底部漏到落灰箱內(nèi)，這樣隨時(shí)可以從爐膛9 的上口加入新的型煤。解決取煤渣和加新煤?jiǎn)栴}是型煤爐的第一次革命，也是本型煤爐最重要的發(fā)明和創(chuàng)新。

②本型煤爐設(shè)有排煙專用管道6（見(jiàn)圖4），煙道內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)閥門7。這2 項(xiàng)設(shè)計(jì)從本型煤爐開(kāi)始采用，對(duì)于調(diào)整火勢(shì)、改善爐內(nèi)通風(fēng)效果極好。

③落灰箱1 裝在底座的密閉箱內(nèi)，防止灰塵污染環(huán)境。落灰箱抽出、插入、倒灰、清掃都很方便。

④爐臺(tái)上口可以放置炊具，口徑可以變換大小。

5 外觀設(shè)計(jì)

民用型煤爐的主要服務(wù)對(duì)象是平民百姓家、小型餐飲業(yè)、作坊、店鋪、游動(dòng)攤販、小商品經(jīng)營(yíng)點(diǎn)、食品加工廠等。它既是熱源，又是工作臺(tái)，還可以當(dāng)陳列名優(yōu)廚藝的展板，用以招攬顧客，必須做得小巧玲瓏，美觀大方，輕便好用，價(jià)廉低耗，因此外觀設(shè)計(jì)顯得非常重要。民用型煤爐系列專利產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)共分3 種類型。第一類與節(jié)能環(huán)保型煤爐配套，爐型較大，一般固定安裝，而且有直通室外的排煙管道，可以為較大型炊具提供熱源，用于集體食堂、車間、加工作坊。第二類與高效回風(fēng)型煤爐配套，設(shè)有直通室外的進(jìn)風(fēng)管道，基本不產(chǎn)生煙塵，對(duì)保持環(huán)境衛(wèi)生有利，可以固定安裝于辦公室、會(huì)議室等重要場(chǎng)所。第三類與新型煤爐配套，適用于廣大農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的家庭居室，城市個(gè)體工商戶等。