[摘 要]针对斯特林发动机燃气加热炉在加热质量方面存在输出功率低，温度均匀性差等问题，通过采用平焰烧嘴、增加辐射板等多种优化方法，能够进一步改善斯特林发动机发电效率及提高发电功率。
　　[关键词]燃气炉；平焰烧嘴；辐射板
　　中图分类号：TK403 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0025-01
　　1 引言
　　斯特林发动机又称为热气机，是一种外燃机，即依靠外部热源对密封在机器中的工质加热，进行闭式循环，推动活塞做功。斯特林对外燃方式无特殊要求，只要外部热源的温度高于机器中的工质的温度即可，因此加热方式灵活：既可以使用化石燃料，有可以使用太阳能、生物质能，以及具有一定温度的工业废热作为热源。此外斯特林发动机还具有效率高、噪音低、运转特性好、振动小、工作可靠和维修费用低等优点。在石化能源危机越来越严重的今天，利用太阳能作为加热源来进行发电日益受到重视，并成为各国研究的热点。
　　国外已经有成熟的太阳能斯特林发动机技术并应用于实际。我国研制的斯特林发动机发电功率主要还停留在1～5KW级。目前已有某国内大型国企设计出20KW发电功率的斯特林发动机，目前仍采用电加热较多，由于加热功率不够、且温度均匀性差，使得发动机难以工作在额定发电功率下。[1]本文提出了燃气式加热炉的方法对斯特林发动机热端进行加热，并提出了加热炉的优化设计方法。
　　2 提高燃气炉输出功率和温度均匀性的优化方法
　　2.1 采用高质量平焰烧嘴
　　平焰烧嘴的燃烧火焰是圆盘形的薄层火焰。[2]这种圆盘形的薄层火焰是利用旋转气流的离心作用，配合喇叭形平焰烧嘴转形成的。它包括烧嘴砖、风壳、旋流器和天然气管道等部分组成。本次设计采用多孔结构，用于提供高质量的、均匀的面状火焰。平焰燃烧器基本结构如图1所示。
　　相较于传统的直焰燃烧器，平焰燃烧器的温度均匀性优势突出。在试烧试验过程中本文采用追踪法，利用8个热电偶，对预定输出温度为850℃工作状态的燃气炉进行了测温试验，热电偶在炉腔上的分布如图2，部分实驗数据如表1。
　　根据上述实验结果我们得出，本次设计的燃气炉的温度不均匀系数最大为6.25%，满足设计要求。
　　2.2 增加辐射板
　　平焰燃烧器的传热方式为空气对流传热，这种方式下的燃烧器温升快，但热量损耗大。增加辐射板后，可以将高温燃气能转化为辐射能，作用于斯特林发动机热端，实现辐射传热，很大程度上减少了热量损耗。[3]同时，平焰燃烧器存在的火焰“黑心”问题仅通过改变烧嘴砖出口曲线无法消除。辐射板采用高温合金杆和高温陶瓷杆交替排布，以大间隙安装方式，两层辐射板以90°相位差重叠作用，形成2mm*2mm的间隙，因此对燃烧火焰有一定的紊流作用，进一步提高了火焰的均匀性，改善了“黑心”问题；辐射传热有一定的均化作用，抑制了高点温升，确保了火焰的均匀性。辐射板结构如图所示。
　　设计者对增加辐射板前后的燃气炉进行了输出功率的测试试验。结果表明，在特定的工作条件下，增加辐射板前的平均输出功率为8kw。其他条件不变，增加辐射板后的平均输出功率为12kw，提高了50%，故输出功率得到了明显提高。
　　3 结语
　　综上所述，随着生产方对燃气炉加热质量的日益提高，如何提高燃气炉输出功率及温度均匀性的措施及小结如下。
　　（1）采用高质量的平焰燃烧器，可以从根本上保证火焰的均匀性，提高加热质量。
　　（2）增加辐射板后，燃气炉的传热方式为对流—辐射混合传热，大幅提高了燃气炉的输出功率；且辐射板的紊流、均化作用，进一步保证了燃气炉的温度均匀性。
　　参考文献
　　[1]郑忠，高家锐.快速对流加热技术及其应用.21中国钢铁年会论文集.238.
　　[2]丁翠娇，蒋扬虎，郑兆平等.几种燃烧器的试验研究.冶金能源.2004.07（4）：23～41.
　　[3]蔡敬文，周绍芳，孙贤刚.高温燃烧器的研究设计.煤炭技术.2011.1. （1）：30～178.
　　资助基金
　　大学生创新创业基金201410702002。