介紹冷凝式燃燒和全預(yù)混技術(shù)原理，采用集成燃燒控制系統(tǒng)技術(shù)原理及優(yōu)勢(shì)，指出將常規(guī)設(shè)計(jì)的燃?xì)獗趻鞝t的燃燒器、預(yù)混腔、風(fēng)機(jī)、熱交換器組件及其他附件的功能集成為一個(gè)功能單元，可以大幅度減小燃燒系統(tǒng)的體積，不僅降低制造成本，而且利用該系統(tǒng)可制造體積更小更緊湊的產(chǎn)品同時(shí)集成燃燒控制系統(tǒng)具有功率調(diào)節(jié)范圍大等特點(diǎn)。最后，介紹了集成燃燒控制系統(tǒng)在整機(jī)上安裝的試驗(yàn)。

關(guān)鍵字：燃?xì)獗趻鞝t冷凝全預(yù)混燃燒集成

0引言在當(dāng)今世界燃?xì)獠膳袠I(yè)中，冷凝式采暖壁掛爐的市場(chǎng)發(fā)展令人矚目。將燃燒控制部件緊湊地組裝為一個(gè)熱力單元的集成燃燒控制系統(tǒng)，具備常規(guī)設(shè)計(jì)的燃?xì)獗趻鞝t的燃燒器、預(yù)混腔、風(fēng)機(jī)、熱交換器組件及其他附件的功能，大幅度減小了燃燒系統(tǒng)的體積，不僅降低制造成本，而且利用該系統(tǒng)可制造體積更小更緊湊的產(chǎn)品同時(shí)集成燃燒控制系統(tǒng)具有功率調(diào)節(jié)范圍大等特點(diǎn),對(duì)于促進(jìn)冷凝式燃?xì)獗趻鞝t的技術(shù)發(fā)展具有重要的意義。

1冷凝式燃?xì)饫眉夹g(shù)提高燃?xì)獗趻鞝t熱效率的技術(shù)發(fā)展主要圍繞：

一是燃?xì)庖耆急M，為使燃?xì)馊急M需要燃?xì)馀c空氣之間充分、均勻的混合，并提供燃燒所需的充足的氧氣

二是需把排煙溫度降到煙氣露點(diǎn)以下，使煙氣中的水蒸汽冷凝釋放出其潛熱，燃?xì)忉尫懦龅目偀崃勘阍黾印?/p>

因此，要求冷凝式壁掛爐的燃?xì)夂涂諝庠谌紵澳艿玫骄鶆蚧旌喜⒈３址€(wěn)定的比值，使燃?xì)馊紵浞?，同時(shí)合理的換熱器結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑴艧煖囟冉档铰饵c(diǎn)以下，煙氣中水蒸汽冷凝并釋放出汽化潛熱，熱效率比常規(guī)產(chǎn)品高10%以上，具有明顯的節(jié)能效果。

1.1水蒸汽冷凝的條件水蒸汽的冷凝與換熱器冷凝段的熱交換過(guò)程密切相關(guān)。在冷凝段換熱器上由于吸熱量小，肋片根部與水溫間的溫差也小，一般為1～2℃左右。肋片上的溫降約為5℃。排煙溫度與肋片頂端間的溫差在設(shè)計(jì)中宜大于20℃。按我國(guó)供暖規(guī)范，供暖熱水溫度為95℃，回水溫度為70℃若按歐洲供暖規(guī)范，供暖熱水溫為75℃，回水溫為50℃(當(dāng)用地板供暖時(shí)，熱水溫度為40℃，回水溫度為30℃)。在回水溫度為50℃條件下，如果仍采用大氣式燃燒方式(過(guò)剩空氣系數(shù)為=1.7，露點(diǎn)49℃)與肋片管換熱器，則肋片頂端溫度便會(huì)升到56℃，排煙溫度會(huì)隨之升到70℃附近，均大于煙露點(diǎn)，水蒸汽將不會(huì)冷凝。所以，燃?xì)獗趻鞝t實(shí)現(xiàn)水蒸汽冷凝，只有采用全預(yù)混低氧燃燒方式，使過(guò)?？諝庀禂?shù)從1.7降到1.2，露點(diǎn)相應(yīng)地從49℃提高到54℃，高于回水溫度，才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的水蒸汽冷凝。同時(shí)，將肋片管換熱器改為光管換熱器，使管外壁溫度下降到51℃左右。這樣，便能滿(mǎn)足換熱器壁面溫度低于煙氣露點(diǎn)，出現(xiàn)水蒸汽冷凝，實(shí)現(xiàn)冷凝運(yùn)行。所以，歐洲的冷凝式兩用爐都幾乎采用光管換熱器、全預(yù)混燃燒器和低氧燃燒方式，主要目的是為了實(shí)現(xiàn)冷凝運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)排煙溫度為60℃時(shí)，水蒸汽冷凝放熱占壁掛爐輸入熱量(即燃?xì)獾蜔嶂?的6%左右，冷凝現(xiàn)象在提高熱效率上的作用是顯著的。

1.2全預(yù)混燃燒過(guò)程過(guò)剩空氣系數(shù)對(duì)熱效率的影響也比較大，所以，必須要合理選擇過(guò)?？諝庀禂?shù)。過(guò)?？諝庀禂?shù)不一樣，煙氣中的水蒸汽的露點(diǎn)溫度也不相同。過(guò)?？諝庀禂?shù)越小，煙氣中的水蒸汽的露點(diǎn)溫度就越高，煙氣中水蒸汽的冷凝比額就越高，熱效率也就相對(duì)提高。在相同的排煙溫度下，過(guò)?？諝庀禂?shù)從1.7(煙氣中的O2含量9.1%)下降到1.2(煙氣中O2含量3.7%)，熱效率提高了3%～4%。而要把煙氣中的O2含量從9.1%下降到3.7%，必須采用全預(yù)混式燃燒器。同時(shí)，全預(yù)混低氧燃燒方式能有效減少煙氣中有害物質(zhì)CO、NOx、SOx，CO2排放量，減少煙氣熱量損失，提高整機(jī)的熱效率。

全預(yù)混式燃燒的一般原理如下：

1.轉(zhuǎn)速可調(diào)風(fēng)機(jī)(變頻調(diào)速風(fēng)機(jī))控制燃燒空氣的吸入量，從而控制壁掛爐系統(tǒng)的功率變化。

2.燃?xì)忾y根據(jù)空氣量的變化調(diào)整輸入的燃?xì)饬康淖兓?，使空燃比在整個(gè)壁掛爐功率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)恒定，不需要額外的二次燃燒空氣的補(bǔ)充，保證穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。

3.系統(tǒng)需要混合器來(lái)協(xié)助空氣與燃?xì)獾某浞只旌?，混合器的方式有很多種，文丘里結(jié)構(gòu)最普遍。

4.全預(yù)混燃燒需要支撐表面，燃燒支撐表面的物理性能直接關(guān)系到多種燃燒參數(shù)。圖1是一個(gè)具有代表性的全預(yù)混系統(tǒng)圖，采用風(fēng)機(jī)前預(yù)混方案，其流程為：變頻調(diào)速的燃?xì)怙L(fēng)機(jī)啟動(dòng)，在混合器中產(chǎn)生負(fù)壓，部分空氣將由此進(jìn)入混合器內(nèi)與此同時(shí)，燃?xì)忾y得到來(lái)自混合器內(nèi)的風(fēng)壓反饋信號(hào)，將燃?xì)忾y內(nèi)的開(kāi)關(guān)閥打開(kāi)并且根據(jù)風(fēng)壓信號(hào)調(diào)整燃?xì)忾y內(nèi)校正閥的開(kāi)度，相應(yīng)體積流量的燃?xì)鈴娜細(xì)忾y進(jìn)入混合器中與空氣進(jìn)行混合并一起進(jìn)入風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)作用下達(dá)到充分預(yù)混的狀態(tài)，通過(guò)導(dǎo)氣管、燃燒室進(jìn)入表面燃燒器，由點(diǎn)火變壓器發(fā)出的火花引燃。此外，還存在另外一個(gè)方案風(fēng)機(jī)后預(yù)混，見(jiàn)圖2。與風(fēng)機(jī)前預(yù)混方式相同，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)在混合器內(nèi)產(chǎn)生壓力信號(hào)啟動(dòng)燃?xì)忾y，燃?xì)獠唤?jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)直接進(jìn)入混合器，在其中與空氣混合，形成混合氣通過(guò)導(dǎo)氣管、燃燒室進(jìn)入表面燃燒器，由點(diǎn)火電極發(fā)出的高壓火花引燃。

在歐美冷凝式壁掛爐市場(chǎng)，風(fēng)機(jī)前預(yù)混方式與風(fēng)機(jī)后預(yù)混方式均普遍存在(見(jiàn)圖3，圖4，圖5)。然而，無(wú)論是風(fēng)機(jī)前預(yù)混方式還是風(fēng)機(jī)后預(yù)混方式，它們的共同點(diǎn)是：變頻調(diào)速的燃?xì)怙L(fēng)機(jī)、混合器和輸送空燃混合氣的導(dǎo)氣管都是必不可少的，因此，采用全預(yù)混方案的壁掛爐，其整體尺寸往往會(huì)比常規(guī)同類(lèi)產(chǎn)品大很多，在居住面積偏小的家庭接受全預(yù)混產(chǎn)品的程度會(huì)受到一些影響。

2集成燃燒控制系統(tǒng)目前解決全預(yù)混燃燒系統(tǒng)外形尺寸偏大的方案，就是將燃燒控制部件緊湊地組裝為一個(gè)熱力單元的集成燃燒控制系統(tǒng)，具備常規(guī)設(shè)計(jì)的燃?xì)獗趻鞝t的燃燒器、預(yù)混腔、風(fēng)機(jī)、熱交換器組件及其他附件的功能。圖6是一種有革新意義的結(jié)構(gòu)非常緊湊且高效的S集成燃燒控制系統(tǒng)：該熱引擎被設(shè)計(jì)于最先進(jìn)的冷凝壁掛爐的心臟部位，它將冷凝壁掛爐中燃燒控制所需的部件以緊湊的結(jié)構(gòu)整合在一起，提供了傳統(tǒng)部件，如：燃燒器、預(yù)混腔、風(fēng)機(jī)、熱交換器艙門(mén)及其他附件所提供的所有功能。S集成燃燒控制系統(tǒng)的混合器用于獲得空氣/燃?xì)饣旌衔?，混合氣體輸送到風(fēng)機(jī)的進(jìn)口，風(fēng)機(jī)將氣體輸送到燃燒器的燃燒頭，混合器包括多個(gè)管路，每個(gè)管路具有呈文丘里管形式的區(qū)域，該區(qū)域具有沿流動(dòng)方向收縮/擴(kuò)張的相鄰部分并具有喉部結(jié)構(gòu)，與喉部結(jié)構(gòu)引入的氣流混合的空氣在收縮部分內(nèi)輸送，空氣/燃?xì)饣旌衔锿ㄟ^(guò)管路的擴(kuò)張部分輸送到風(fēng)機(jī)的進(jìn)口。管路中每個(gè)通過(guò)互相分隔的燃燒器區(qū)域以防止內(nèi)部氣流交叉混合。第一密封件在多個(gè)管路的文丘里管中每個(gè)喉部結(jié)構(gòu)處插入第一密封件具有通孔并可與第二密封件互換，由于燃燒器區(qū)域連通，通孔調(diào)整管路中某些文丘里管路的喉部結(jié)構(gòu)，第二密封件具有相應(yīng)的通孔，通孔相關(guān)的橫截面的總體尺寸與第一密封件的相應(yīng)孔的橫截面的總體尺寸不同，從而根據(jù)所要求的熱力性能要求將空氣/燃?xì)饣旌衔镙斔偷饺紵鞯墓苤械牧髯柰ㄟ^(guò)第一密封件與第二密封件調(diào)節(jié)管路的多個(gè)孔組成的總體橫截面，由此來(lái)控制燃燒器(見(jiàn)圖7)。S集成燃燒控制系統(tǒng)的最大輸入功率可達(dá)40kW，功率調(diào)節(jié)范圍最大可達(dá)1:10，煙氣中CO含量低于1.010-4，NOx含量低于6.010-5，可配不銹鋼盤(pán)冷凝換熱器(見(jiàn)圖8)，砂鑄鋁冷凝換熱器(見(jiàn)圖9)，波紋盤(pán)管冷凝換熱器(見(jiàn)圖10)等，設(shè)計(jì)成更緊湊更合理、體積更小的高效冷凝壁掛爐產(chǎn)品。

3試驗(yàn)測(cè)試通過(guò)利用S集成燃燒控制系統(tǒng)配不銹鋼盤(pán)冷凝換熱器進(jìn)行了整機(jī)運(yùn)行測(cè)試。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如下：

3.1試驗(yàn)條件及方法

3.2燃燒測(cè)試數(shù)據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示：壁掛爐功率調(diào)節(jié)比在5.3:1范圍內(nèi)。偏移量和燃燒參數(shù)及排放煙氣成分均正常，符合EN483和EN437標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3堵塞煙氣和噪聲測(cè)試通過(guò)降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，檢測(cè)排放煙氣成分，均符合EN483標(biāo)準(zhǔn)要求。壁掛爐在CH4、界限氣不同進(jìn)氣壓力下運(yùn)行良好，無(wú)明顯異常噪音。噪音評(píng)估必須和最終在壁掛爐整機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行，這就需要安裝在一個(gè)合適的密封腔體內(nèi)，如需要可安裝適當(dāng)消聲器來(lái)滿(mǎn)足要求。

3.4試驗(yàn)小結(jié)S集成燃燒控制系統(tǒng)在整機(jī)試驗(yàn)全過(guò)程中，運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能良好，由于結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，可以顯著提高整機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

4結(jié)束語(yǔ)采用全預(yù)混冷凝燃燒技術(shù)是目前燃?xì)獠膳趻鞝t的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。常規(guī)設(shè)計(jì)的燃?xì)獗趻鞝t，其燃燒控制部件包括：燃燒器、預(yù)混腔、風(fēng)機(jī)、熱交換器組件，各自生產(chǎn)最后組裝在整機(jī)上，整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸較大。對(duì)于現(xiàn)在追求超薄時(shí)尚的需求市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，制約著冷凝式混壁掛爐的市場(chǎng)快速發(fā)展。而將燃燒控制部件緊湊地整合為一個(gè)熱力單元的集成燃燒控制系統(tǒng)，具備常規(guī)設(shè)計(jì)的燃?xì)獗趻鞝t的燃燒器、預(yù)混腔、風(fēng)機(jī)、熱交換器組件及其他附件的功能，大幅度減小了燃燒系統(tǒng)的體積，不僅降低制造成本，而且利用該系統(tǒng)可制造體積更小更緊湊的產(chǎn)品同時(shí)集成燃燒控制系統(tǒng)具有功率調(diào)節(jié)范圍大等特點(diǎn)。具備強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)于促進(jìn)冷凝式燃?xì)獗趻鞝t的技術(shù)發(fā)展具有重要的意義。