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第四章加热设备热源:凡能够直接产生大量的热，且其热能能够经济而有效地被应用于食品的热处理方面，即称为热源。我国目前使用的热源大致可分为固体燃料、液体燃料、气体燃料、电能和其他能源。其中液化石油气由于具有发热量高，压力稳定，点火方便，燃烧后无灰渣等特点而得到广泛应用。电能烹饪设备如电炒灶、电饭锅、电磁灶、微波炉等，其效率高达80％以上。因此它将是未来烹饪加热设备的主流。第一节传热概述传热或热交换:是不同温度的两个物体之间或同一物体的两个不同温度部分之间所进行的热的转移。根据分子论，物体温度升高的实质是物体内部分子运动速度的加快。传热现象也可用能量变化来解释.当物体的内能发生变化时，将发生两种不同现象：一种是作功；另一种是传热。所以热现象是物体内能发生变化的产物。传热现象之所以发生，主要是由于物体内存在温度的差异，温度差就是传热的推动力。一、传热的基本方式根据传热机理，可将传热分为热传导、热对流和热辐射三种基本方式。(一)热传导热传导又称导热，其实质是分子和自由电子相互碰撞而传递动能的结果。当物体内部或两个直接接触的物体之间存在温度差时，温度较高部分的分子具有较大动能，通过碰撞或振动将动能传递给温度较低部分的分子。热传导既可以发生在固体中，也可以发生在液体和气体中。一般情况下，金属导热系数最大，非金属固体次之，液体较小，气体最小。因此金属传热最好。(二)热对流热对流是流体质点发生相对位移而引起的传热现象，热对流必然发生于流体中，伴随着流体质点(大量分子)的运动而进行热传递。对流换热分为自然对流换热和强制对流换热两种。由于流体内部各点温度不同而发生的对流称为自然对流，由外力作用而发生的对流称为强制对流。在流体强制对流中，也存在自然对流。(三)热辐射热辐射是通过电磁波传递能量的过程。这些辐射能一旦发射到食品表面上，一部分即被食品吸收而转化为热能，使食品获得热量而升温，达到对食品进行加热、干制或熟化的目的，另一部分被反射或透射。烹饪加热设备必须满足下列要求：一是工艺要求，必须能按烹饪要求生产出质量合格的产品，一台良好的加热设备主要体现在---对操作参数如温度、时间、压力等的变化是否易于操纵，是否适应烹调方法多种多样的要求，是否结实耐用，节能符合环保要求等。二是满足清洁卫生要求，设备与食品接触部分要光滑易洗，在整个工作过程中，不能给食品和人体带来任何不卫生问题，如燃煤，燃油或燃气设备。三是安全可靠，使用维修方便。四是节能和经济要求，设备的购置和使用、维护和更新等综合费用应以最低水平为优。第三节燃气热设备一、概述人类发现和使用气体燃料的历史，可追溯到2000多年前。约在公元前100多年前的前汉时期，我国的四川盆地就发现天然气，并开始有了简单的应用。18世纪初，随着冶金工业的发展，人们开始懂得用煤加工成焦炭，在炼焦过程中产生一种副产品气体，即煤气，它是可以燃烧的。后来，随着石油加工产品的开发，液态的石油气即液化石油气也随之产生。从此气体燃料进入工业供热和家用燃料的应用范围。(一)燃气的种类燃气按其材料来源不同，可分为天然气、人造煤气和液化石油气等。1．天然气天然气是埋藏在邻接石油或煤矿区的地壳内的有机物，经过化学分解而形成的。如果开采出来的煤气中不含石油就叫纯天然气，如果含有石油，就叫石油气。天然气主要成分是由甲烷和己烷，此外还含有氮、二氧化碳、硫化氢以及微量的氢气等。天然气的特点是热值高，一般在33350～41860kJ／m³，其开采成本低，产量大，输气压力高，毒性小，适于远距离输送，是理想的居民生活及工业用燃气。2．人造煤气人造煤气是从固体燃料或液体燃料加工中取得的可燃气体，按其原料和制取方法不同，又可分为以下几类：(1)干馏煤气。(2)气体煤气。(3)油裂解煤气(4)高炉煤气3．液化石油气通过天然气液化生成或石油化工厂生产的石油气中分离出来的燃气称为液化石油气。其主要成分为丙烯、丙烷、丁烯等。液化石油气具有热值高使用方便等特点，是一种优良的气体燃料，已成为民用燃气的主要来源。(二)燃气热设备分类及其特点燃气热设备种类多，根据加热要求及用途可分为：家庭用炒具、公用炊事用炒具、烘烤灶和烧水器具。燃气热设备特点：一是易燃、稳定、加热迅速，既节省时间、节约能源，又可随意调节火焰的大小，使用方便。二是热效率高，燃烧充分时，其热效率可高达60％～65。三是便于输送和贮存，由于液化石油气兼有气体和液体燃料的优点，液化较易,大大提高运输和贮存效率。四是燃烧过程易于自动控制。二、燃气设备(一)燃烧原理1．燃烧过程燃气是由多种碳氢化合物组成的，燃烧时各组分与氧激烈化合，产生热和光。由于液化石油气燃烧时的烟气温度都超过100℃，因此烟气中由氢与氧化合生成的水蒸气都是以气态形式消失在大气中的。燃烧过程中有时发生脱火和回火现象。当燃气喷离火孔的速度大于燃烧速度时，火焰就不能维持稳定，呈现颤动，并离开火孔一段距离。若燃气离开火孔速度继续增大，则火焰继续上移，以至最后完全熄灭，这称为脱火。当燃气离开火孔的速度小于燃烧速度时，火焰将缩人内部，导致混合物在燃烧器内进行燃烧，并形成不完全燃烧，这种现象称为回火。回火和脱火均为不正常燃烧过程。2．燃烧条件煤气和液化石油气是易燃气体，但它的燃烧必须具备两个条件，一是需要一定的温度(即着火温度)，二是需要适量的空气。着火温度即燃点，取决于某种燃气中各组分的含量，燃气与空气的分扩散转移速度、燃烧室形状和大小、混合物的加热方法和速度等。如果在燃气中加入惰性气体，如二氧化碳、氮气等，则着火温度将提高，即难以点燃。可燃气体在空气中的燃点。其中液化石油气的着火温度很低，又同时具有易扩散特点，若因设备损坏或接口不良而出现泄漏，则一遇火种就可能引起爆炸。3．燃气的燃烧方式在燃烧器中，燃气未燃烧之前就供给的空气量称一次空气量，用V1表示。一次空气量与理论空气量之比称一次空气系数，用α1表示。其式如下：α1=V1／V理论根据α、V的大小，燃气的燃烧方式通常有三种：扩散燃烧，部分预混空气燃烧和无焰燃烧。当α1=0时为扩散式燃烧，所需的空气，完全依靠扩散作用从周围大气中获取。其火焰长而无力，分为三层。中心因未达着火温度而较暗，中间一层发光明亮，碳氢化合物受热分解生成碳化氢，而游离在高温下的灼热发光；最外层由可燃气体扩散在空气中燃烧形成。这种方式混合速度慢，所以火焰温度较低，常会发生不完全燃烧。为了提高燃气的燃烧效率，可用机械鼓风。当0α11，部分预混空气燃烧，燃气与所需的空气预先部分混合，然后混合气体从火孔流出，则一经点燃，就有部分燃气依靠一次空气首先燃烧形成火焰的焰心，即内锥，其余的燃气与内锥生成的产物混合在一起，以便与固定气进行扩散式燃烧，形成外锥。正常时，火焰的内锥一般呈淡绿色，轮廓清晰，外锥呈淡蓝色火焰。无焰式燃烧为α1=1．05～1．1，燃烧所需的全部空气可预先得到充分的混合。燃烧进行得十分迅速，化学能转化为热能的过程中，损失最小，几乎看不到火焰，所以称为无焰燃烧。它的燃烧温度很高，，易发生回火。(二)燃气具基本结构我国燃气灶具基本上由燃烧器、供气系统、自动控制装置、点火装置和其他部件等五部分组成。1．燃烧器主要由喷嘴、调风板、燃烧器头、火盖与调节螺钉等组成。2．点火装置民用燃气具点火方式分人工点火和电火花点火及电热丝点火等几种。(1)压电陶瓷点火器。压电陶瓷电火花点火是使用最广泛的一种点火方式。压电陶瓷受冲击力作用时将产生高电压。这种点火器由两组压电陶瓷(I和Ⅱ)组成，需要点燃时，凭借旋转点火开关动作的外力，在弹簧的作用下，使压电陶瓷I和Ⅱ发生撞击，把这个机械能转换成5000～10000V的瞬时高电压。电极间在高电压作用下打火，燃气从电极旁边喷出，即被电火花点燃。(2)脉冲电子打火器。脉冲电子打火装置采用干电池作电源，其线路用晶体管或集成块，产生高压脉冲，由高压绝缘导线把电能输送到铂丝制作的点火头上，使局部气体分子被离子化，在点火头处产生火花放电，可产生一连串的电火花，形成点火源。3．双金属簧片式熄火保护装置熄火时自动关断气源是现代较高档或重要的燃气具的安全装置，一般由火焰检测、变换及放大、执行机构这三部分组成。按检测元件检测原理，熄火保护装置主要有双金属片式、热电偶式、光电式和火焰导电式等。这里主要介绍双金属片式熄火装置。双金属簧片式熄火保护装置的动作原理，双金属簧片是用两种热膨胀系数不同的金属薄片压制而成的，它是一种热敏元件，受热时，双金属簧片向膨胀系数小的金属一面弯曲，带动机械传动装置动作。将该簧片安装在小火或主燃烧器旁边，由于熄火引起温度的下降，从而对燃气通道产生关闭动作。4．供气系统民用燃气分管道供气和钢瓶供气两大类，城市煤气一般对其采用管道供气而不进行液化，液化石油气一般采用钢瓶供气。(1)管道煤气。城市煤气采用管道煤气，从整体上说，成本较低。城市煤气系统由气源部分、输配部分和用户三部分组成。(2)钢瓶减压阀。钢瓶是专门贮存液化石油气的高压容器，它是一种有缝的焊接容器。液化石油气用于民用和公共福利事业的钢瓶规格有三种：YSP-10(10kg装)、YSP-15(15kg装)和YSP-50(50kg装)。钢瓶的结构如图4—11所示。钢瓶由底座、瓶体、护罩、瓶嘴等组成。一般钢瓶的材料采用16Mn低碳合金结构钢或20号优质碳素结构钢，以防止钢瓶低温环境中焊缝发生冷脆裂痕。一般钢瓶的设计工作环境温度在-40～48℃之间，钢瓶放置地点和工作中是应值得注意的。钢瓶在工作时，打开角阀，则液化气在环境温度的作用下变成气体(气化温度很低)，此时气化后压力可高达196～980kPa，通过角阀后不能直接应用于灶具上，故常在角阀和灶具之间设置减压阀。减压阀的作用是将从钢瓶来的燃气高压降低，并调节稳定在适应燃烧器燃烧的一定范围之内常用的减压阀有往复式和杠杆式两种。杠杆式减压阀其工作原理如下：当进气压力升高时，进入减压室的液化石油气增多，其压力随之升高，从而使橡胶薄膜上凸，上气室的部分空气由呼吸孔排出阀体。这样就带动杠杆向上移动，使阀垫下移，进气喷嘴变小，进气量变小，压力降低。当减压室压力降到一定程度时，橡胶薄膜下凹，带动杠杆向下移动，外部空气从呼吸孔进入上气室，使阀垫向上移动，进气喷嘴变大，进气量增加，压力升高。这样就保持了进气压力无论偏高或偏低，减压室的压力总是恒定的，出口压力也是恒定的，从而起到减压和稳压的作用，保证灶具燃烧的稳定性。(四)灶具的选择及技术要求1．燃烧完全在燃烧生成的烟气中，一氧化碳的含量不超过0．05％，以保护环境卫生，不危害人体健康。2．调节火焰方便使用灶具过程中，应能按烹饪要求调节火焰，能保证不脱火、不回火、不产生红火。3．一定热效率一般在额定压力和允许压力变化的范围内，燃气的热效率应不小于如表4-2规定的值。4．具有一定的热负荷在额定燃气压力下，燃具的热负荷称为额定热负荷(五)燃气灶具的使用及注意事项1．燃气灶具的安放位置灶具的安放环境要通风良好，远离易燃物品，并要求放置在不易燃烧的物体上。灶台高度一般为70cm，灶具之间净距应不小于40cm。2．钢瓶的安放钢瓶应放置于通风良好和尽量干燥的地方，严禁钢瓶靠近明火的煤炉或柴炉。一般距煤气炉1m以上，必须直立放置，空间能够方便关启角阀，并且容易把钢瓶搬动。3．点火操作顺序人工点火的灶，应先划着火，做到火等气，再扭动燃气开关，燃气一出来遇到火种立即燃烧。4．火焰的调节可调节风门，使火焰呈淡蓝色，如果火焰发红或冒烟，表明进风量小。如果出现离焰，表明进风量过大。如果发生回火，可关闭灶具开关，稍停半分钟。适当调小风门后再点火，调节风门。5．停火操作顺序先关掉燃气总开关(钢瓶角阀)，待火熄灭后，再关闭灶具开关。关闭自动点火式灶具的开关时，只需将胶木执手向“关断”方向旋转关闭燃气。6．不允许自行改变燃气种类由于液化石油气与焦炉煤气的特性不同，所以不能直接用焦炉煤气灶来烧液化石油气。7．保持灶具清洁经常擦拭灶具，尤其要保持火孔畅通，以保证正常使用和清洁卫生。8．角阀使用注意事项经常检查角阀上面的压母是否松动，其标志线是否移位。不能自行拆卸角阀，也不能在角阀转动部位加注润滑油