研究
，卷:19(1)DOI: 10.37532/0972-768X.2021.12(1).402

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平底锅机构炉灶:评估效率和功率有和没有鼓风机

可Commeh^1＊， Agyei-Agyemang²E Kwarteng^3.——J·萨普昂⁴和E海因德曼斯^3.

¹加纳库马西夸梅·恩克鲁玛科技大学机械工程系

²加纳库马西夸梅·恩克鲁玛科技大学机械工程系

^3.机械工程系，阿克拉，SNV(荷兰发展组织)，加纳

⁴机械工程系，Elizka救济基金会，阿克拉，加纳

*通信:

可Commeh,加纳库马西夸梅·恩克鲁玛科技大学机械工程系电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

做饭是生活中至关重要的一部分，通常是在炉子上做的。由于各种原因，厨灶已经有了各种各样的改进和改进。例如，根据火力控制、用途和尺寸等进行了修改。近年来，炉具的改造正朝着增加的方向发展燃料效率和减少排放。改进了使用固体燃料的炉灶生物质有可能增加用它准备的食物的营养价值。由于完全燃烧，这些炉子也减少了排放，这有助于遏制室内污染空气污染以及随之而来的问题。应用工业陶瓷库马西KNUST技术咨询中心(TCC)的农村企业发展单元(AIC-RED)已经开发并建造了一个机构炉灶。对炉子进行了测试，以评估它的功率和燃料效率有和没有鼓风机强制通风。炉子没有鼓风机时功率为11.5千瓦，有鼓风机时功率为11.6千瓦。的燃料不使用鼓风机时效率为47.4%，使用鼓风机时效率为54.5%。数量燃料强制通风和自然通风的炉子分别为11.93公斤和14.2公斤，相差2.27公斤。另一方面，强制通风和自然通风炉的炭产量分别为0.14 kg和0.47 kg，相差0.33 kg。

关键字

机构炉灶;沸水试验;燃料效率;动力和强制空气

简介

最近在丹麦奥尔胡斯大学福伦校区举行的“循环生物经济日-欧洲新蛋白质来源”会议上，有人指出，烟雾是继艾滋病和疟疾之后的第三大杀手。加纳的大多数炉灶都使用其中一种燃料作为燃料的木材或木炭。燃料木材和木炭占加纳全部炉灶的75%燃料根据[1］．这给该国的森林储备带来了很大的压力。森林木材消耗的速度远远超过加纳森林的生长速度[2］．对于发展中国家的人民来说，生物质燃料是一种更便宜的来源燃料用于烹饪，在某些情况下是唯一的实用来源燃料做饭。颗粒物的排放，以及黑碳的排放，造成了很大的影响健康问题。有人认为，这种排放的主要部分来自烹饪生物质燃料(3.］．烹饪与生物质燃料也构成威胁，是造成森林砍伐的一个重要因素。4］．大约30年前，世界上32%的人口和发展中国家45%的人口主要依赖木材燃料［5)，但不幸的是，随着科技的进步，这种趋势并没有多大改变。大多数人仍然依赖木材燃料用于烹饪和加热。

这种情况在大多数发展中国家并无不同。的用法是全球性的生物质随着人口的增长，炉子也会增加健康风险及对环境的负面影响[6］．这个词健康世卫组织报告称，约有30亿人在做饭和取暖时使用设计简陋的炉子生物质在全球范围内。近200万人死于吸入因使用固体而受到污染的室内空气生物质燃料。空气中的高颗粒物有不利影响健康对人的影响。在对1600个城市进行的一项研究中，PM10的平均水平为71 μg/m^3.［7］．

一些特定的疾病与室内有关空气污染包括五岁以下儿童的肺炎和每年夺去约100万人生命的慢性阻塞性呼吸系统疾病[8］．

据阿普罗韦切研究中心称，一些妇女为了养家糊口，要走很远的路去采摘和采集燃料把木头捆成沉重的捆，头或背上背回家。这些妇女中有些是哺乳的母亲，必须背着沉重的包袱燃料木制的，也把婴儿放在他们的后面或前面。他们中的一些人还面临着被不道德的人强奸和羞辱的风险[9］．

中美洲的一项研究表明，暴露在烟雾中生物质使用炉灶和每天抽三包烟对儿童没有影响[4］．基本的含义生物质炉子对全球变暖有影响，人类健康砍伐森林会导致其他环境退化，如生物栖息地的侵蚀和破坏，这就要求在世界范围内开发改进的炉灶[9］．

低效的炉灶也会导致温室气体和黑碳(煤烟)的增加。这是因为这些炉子利用了生物质和/或化石燃料，但不要完全燃烧它们。世界各地数以百万计的人使用这种低效和无效的炉灶和各种炉灶是黑碳气溶胶的主要来源，占全球黑碳排放总量的五分之一。从这些烹饪、烘焙和吸烟设备中排放出的黑碳，不仅有助于气候改变，但也会破坏天气模式，加速雪、冰和冰川的融化，许多人依赖它们作为饮用水和农业。采用新颖、简单、清洁和高效的炉灶和烤箱是一个重要的缓解办法气候改变，以及拯救生命、环境和创造财富一样少燃料用于大批量的食品加工。在她的研究使用和推广高效机构厨灶可能产生的积极影响[10]，他观察到，这将产生收入和就业机会，获得新的技能和知识，防止土壤退化生育能力由于保存了树木和林地，保护了水，动植物和维持生物多样性由于保存了森林覆盖，减少了其他排放，另一方面避免了或更有效的燃烧燃料木材，这将创造和提高环保意识的水平。［10他还指出，推广高效的机构炉灶将节省木材，这将在很大程度上产生减少温室气体排放的涟漪效应燃料一方面，由于避免燃烧和更有效的燃烧，减少了温室气体(CO2和CH4的排放)燃料另一方面，木材。

满足许多人需求的炉灶或任何使用超过20升水的炉灶都被称为机构炉灶。这些炉子通常体积大，构造牢固。它们用于为学校、医院、监狱、工厂、食堂、节日、商业饮食场所等烹饪、煮、加热、烘焙、烤或烟熏食品和膳食[11好的制度炉灶是改进或先进的炉灶。

一个炉子有资格成为一个改进或先进的炉子，如果它使用燃料效率高，结果少燃料消耗，这意味着花在购买或收集上的钱或时间更少燃料分别。另一个特点是它应该燃烧燃料清洁，不仅高效，从而减少室内空气污染有一个正的健康对炉子使用者的影响。这种炉子也应该受到使用者的赞赏。设计和实施更有效的炉灶，减少排放和使用燃料因此，人们鼓励自己做饭。设计更好的炉灶可以减少一氧化碳(CO)和颗粒物(PM)排放50-90%，同时提高效率燃料降低30-60%(取决于其他参数，如热交换和蒸汽烹饪平台)，参考明火和三石烹饪配置系统。据观察，这主要是由于燃烧的改进燃料由于它被限制在设计的燃烧室中[12］．腔室外壳的主要贡献是更好的气流控制和减少辐射和对流的传热损失。这也改善了燃烧，从而减少了排放[12］．

向火中注入空气的想法已经存在很长时间了。高炉就是根据这个原理工作的。根据历史学家的说法，中国在公元前5世纪开始使用高炉制造铸铁。当空气被迫进入火时，它能够增加火焰的温度和强度。强制空气促进完全燃烧，从而减少炉内排放物[13］．在改良炉灶上加装风扇，废气排放量相对较少，[14]观察到炉子的排放量进一步减少。通过风机的引入，高速射流的二次气流定位在上方燃料床增加了气体、烟雾、空气和火焰的混合，导致接近完全燃烧[14］．在侧进料强制通风炉中燃料研究人员将木材水平送入火堆，当二次空气喷射进入火堆上方时，并没有在减少排放方面取得太大成功。然而，当从燃料下面引入空气射流，将空气吹到树枝和火中，空气-火焰-气体烟雾的混合导致排放量降低。释放物被发现是PM_2.5: 4.5毫克/分钟，大功率3.3千瓦和PM_2.5: 3.8 mg/min，低功率为1.4千瓦[14］．

灶台有三种传热方式。它们是传导，辐射和对流。其中，主要贡献者是对流。

当气体通过自然或强制的方式流入火中并发生热量交换时，炉子中的对流传热就发生了能源粒子之间通过传导。气体在炉内流动的速度是影响对流换热程度的因素之一。用鼓风机强制空气进入炉子的燃烧室，可以增加炉子内气体的速度，这将导致对流传热的增加，这也可以提高炉子的整体热效率[15］．

加纳的大多数餐馆和传统饮食场所都使用生物质机构炉灶。这些厨房没有烟囱将烟雾和热量引导到烹饪区之外。这种炉子散发出的热量使做饭的地方太热，使人不舒服。本研究中使用的炊具由KNUST的TCC与SNV合作建造和改进，有一个烟囱。在运行过程中，灶台外部温度不超过环境温度30ºc。

本研究的主要目的是评估强制空气对功率和功率的影响燃料本研究的主要目的是评估强制空气对功率和效率的影响燃料机构炉灶的效率，评估机构炉灶的效率和功率，并为炉灶制造商和企业家提供技术建议。

在研究强制对流对炉灶性能的影响时，Agenbroad观察到，随着引入空气的体积流速的增加，燃烧得到改善，从而提高了炉灶系统的温度[12］．图1显示了Agenbroad观察到的趋势。

在一项研究中[16]报告说，马拉维大约90%的机构厨房依赖于生物质用于烹饪，大约20-50%的食物预算用于能源因为在接受调查的机构中，约60%的机构烹饪使用了效率极低的炉灶技术。

本研究探讨了强制对流对炉灶效率的影响。用风箱强行引入气流。

平底锅及公用灶具(IC)

锅是一个厚3毫米的不锈钢金属锅，直径84厘米，高44厘米。它完全沉入了制度的火炉。如图2所示，锅的侧面与IC的壁之间的间隙为2厘米，没有裙边。集成电路由致密的普通粘土砖建造，燃烧室和内壁使用绝缘砖，锅下沉到连接燃烧室的砖绝缘腔中，如图3所示。

方法

用沸水试验对炉子进行了评估。所使用的程序如下:进行初始读数和测量;在炉子里点火，将水加热到沸点，每五(5)分钟测量一次温度上升。然后让水煮沸一段时间，然后进行最终读数和测量。然后利用收集到的数据计算了炉子的功率和效率。这个炉子先是在没有鼓风机的情况下测试，后来又用鼓风机测试。

结果与讨论

炉子功率的一般定义是它使用或燃烧燃料的速度。在这项研究中，功率被定义为有用的热量传递到锅中的速率。因此，有用功率是热量的量能源单位时间转移到水中的焦耳，取决于炉子，燃料供应和锅用来加热水。

因此，一个炉子的效率是生产的速度能源每燃料木材消费。在这项研究中，炉子的效率是炉子传递更多热量的能力能源以最少的开支燃料木头。

一个能源210.75 MJ的输入能源输出功率为11.5 kW，输出功率为99.88 MJ燃料在没有鼓风机的情况下，炉体效率为47.40%。鼓风机的引进增加了能源输出功率提高了0.1 kW和1.43 MJ燃料效率提高了7.1%即使能源输入量降低24.8 MJ。

功率的增加燃料效率可以归因于鼓风机引入了足够的空气进行完全燃烧。也就是说，引入鼓风机，从强制空气中流过燃烧室或立管的热气体的速度增加，这也有助于热效用传递，通过创建涡。由于气体的速度增加，气体撞击锅底表面和沿其两侧流动的速率增加，导致热量传递增加，因此，功率和燃料效率。观察到，使用鼓风机时，蓝色火焰比使用自然气流时多;燃烧良好，排放较低，气体非常热。

计算功率的参数和方程

问_w=水中有用热

问_e蒸发水的热量

问_t=传递到水中的总有效热量(能量输出)

C_w=水的比热容

C_wJ / g = 4.186°C

米_w=水的重量

W_w=蒸发水的重量

V=水的蒸发比热

V = 2260 kJ /公斤

ΔT=水温变化

t=测试所用时间

t = 145分钟= 8700年代

计算效率的参数和方程

E_{弗兰克-威廉姆斯}=薪柴能量

E_c=木炭的能量

问_{弗兰克-威廉姆斯}=总能源薪柴生产(能量输入)

年代_w木材的比热燃烧

年代_w= 16 MJ /公斤

年代_c=木炭的比热燃烧

年代_c= 35 MJ /公斤

表1显示了在没有鼓风机的炉子测试期间收集的数据。

表2显示了在使用鼓风机测试炉子期间收集的数据。

表3显示了在测试炉子性能期间收集的数据。

结论

TCC平底锅机构炉在无强制通风的情况下测试效率为47.4%，输入功率为11.5 kW。而强制空气热效率为54.5%，功率为11.6 kW。使用鼓风机强制通风使它更燃料有效的与低权力和更好能源效率。这表明，强制通风测试留下的木炭较少，为0.14公斤，而自然对流测试则为0.47公斤。在机构和商业厨房使用这种炉子可以帮助节省购买资金燃料木材和减少室内空气污染。烟囱的设置将减少室内的空气污染空气污染大量的排放物将被引导出厨房。更高的输入能源210.75 MJ，但热效率较低(47.4%)，这是由于不完全燃烧产生了较重的颗粒物质，可能会阻碍热气体的容易流动，以提高热效用进入锅能源为185.95 MJ，但较高的热效率(54.50%)是由于较少的颗粒物增强了燃烧。强制通风可提高热效率低输入功率。

参考文献

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