李羅標(biāo)

（廣東萬(wàn)和新電氣股份有限公司 佛山 528305）

引言

隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到氮氧化物的危害性，減少氮氧化物對(duì)保護(hù)環(huán)境起到舉足輕重的作用，世界各國(guó)紛紛頒布相關(guān)政策來(lái)限制氮氧化物的排放，低氮排放已成為一個(gè)全球的趨勢(shì)。其中，歐美等大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，保護(hù)環(huán)境的力度更甚，已對(duì)氮氧化物的排放提出了明確的要求。歐洲從2018年9月份起實(shí)施熱水器和熱水儲(chǔ)存罐的ErP生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)施條例（EU）No 814/2013，其中規(guī)定最大氮氧化物排放量限制于2018年9月份起開(kāi)始實(shí)施，即燃?xì)鉄崴鞯腘Ox的排放小于56 mg/kWh。

目前，在燃?xì)鉄崴黝I(lǐng)域能實(shí)現(xiàn)低氮氧化物排放的機(jī)型只有全預(yù)混燃?xì)鉄崴?、濃淡燃?xì)鉄崴骷八淙紵細(xì)獗趻鞝t，上述機(jī)型均有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、普及率低等特點(diǎn)。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，2017年中國(guó)出口的燃?xì)鉄崴鳠煹罊C(jī)占比75 %。基于以上的原因及節(jié)能減排的需要，各大燃?xì)饩叩膹S(chǎng)商為搶占商機(jī)，紛紛研究適用于煙道機(jī)低NOX排放的燃燒技術(shù)。煙道式熱水器在工作過(guò)程中無(wú)風(fēng)機(jī)參與，無(wú)法使用全預(yù)混燃燒器及濃淡燃燒器，水冷燃燒器是一個(gè)很好的選擇。

1 煙道式水冷燃燒燃?xì)鉄崴鞯奶攸c(diǎn)

燃?xì)鉄崴魅紵^(guò)程中所生成的NOX主要有三種類(lèi)型：燃料型NOX、快速型NOX和熱力型NOX，燃料型NOX是由燃料中的氮化物受熱氧化分解而生成的，快速型NOX是空氣中的氮?dú)馀c燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)反應(yīng)而生成的，熱力型NOX是燃燒區(qū)域中的氮?dú)獗桓邷匮趸傻摹?/p>

經(jīng)測(cè)量，家用燃?xì)鉄崴髋欧诺牡趸镏校蠹s95 %為熱力型NOX，5 %左右為快速型的NOX。因而，減少氮氧化物的排放，主要是減少熱力型NOX的生成。目前，常用的抑制熱力型NOX手段主要是降低燃燒溫度，減少或消除燃燒區(qū)域的局部高溫和減少煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間。

水冷燃燒器的一次空氣系數(shù)為1.2以上，為完全預(yù)混燃燒，其火焰高度相對(duì)較矮，燃?xì)鈬姵鋈紵骱篑R上充分燃燒。燃燒后的高溫?zé)煔怦R上得到周邊的過(guò)?？諝庀♂?zhuān)瑹煔鉁囟鹊玫接行У南陆?，煙氣停留在高溫區(qū)的時(shí)間大大縮短，使得熱力型NOX生成量大大減少。而全預(yù)混燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣群芸欤一鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣入S著燃?xì)夂涂諝鉁囟鹊纳叨龃?，使得燃燒過(guò)程中容易發(fā)生回火。為解決回火的問(wèn)題，需要在在火孔板附近布置合理的水路，如圖1所示，我們?cè)谌紵髯?、中、右布置三條冷卻水管，可對(duì)燃燒器左右腔體進(jìn)行有效冷卻，使燃燒器整體的溫度不會(huì)過(guò)高，提高燃燒穩(wěn)定性。

2 EN 26-2015的氮氧化物測(cè)試及界限氣測(cè)試

由于絕大多數(shù)的煙道式燃?xì)鉄崴饔糜诔隹冢铦M(mǎn)足歐洲測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)于國(guó)標(biāo)只測(cè)量最大負(fù)荷下的氮氧化物排放，歐盟的EN 26標(biāo)準(zhǔn)則更為全面。歐盟為使環(huán)境得到最好的保護(hù)，對(duì)人民的生活習(xí)慣進(jìn)行研究，得出燃?xì)鉄崴髟谧畲筘?fù)荷下工作的情況相對(duì)較少；因此，只測(cè)量最大負(fù)荷下的氮氧化物就顯得意義較小。EN 26采用加權(quán)平均的方法，綜合考慮各負(fù)荷段的氮氧化物排放，其公式如下：

從公式1可以看出，控制低氮氧化物的排放的關(guān)鍵在于控制50 %負(fù)荷與最小負(fù)荷下的氮氧化物排放。同時(shí)，為提高燃?xì)饩叩倪m應(yīng)性，需要對(duì)熱水器進(jìn)行在最高氣壓Pmax、額定氣壓Pm及最低氣壓Pmin界限氣測(cè)試，其界限氣（天然氣G20為例）如表1。

但是，在測(cè)試過(guò)程中（以I2H組為例），當(dāng)使用G23氣種時(shí)，在最小氣壓1 700 pa下，在小火啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)啟動(dòng)失敗的問(wèn)題，因此不符合符準(zhǔn)要求。為解決小火啟動(dòng)問(wèn)題，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，提出了幾種可行的解決方案，以供參考。

3 試驗(yàn)內(nèi)容及分析

煙道式水冷燃燒器水器廠(chǎng)家均采用雙電磁閥啟動(dòng)。該雙電磁閥由大磁閥與小電磁閥組成，兩電磁閥為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。當(dāng)熱水器啟動(dòng)時(shí)，脈沖控制器先打開(kāi)小電磁閥，使得熱水器在一定的負(fù)荷下啟動(dòng)，當(dāng)感應(yīng)到火焰信號(hào)t1秒后，脈沖點(diǎn)火器控制打開(kāi)大電磁閥，t2秒后再關(guān)閉小電磁閥，此時(shí)，熱水器的負(fù)荷由水氣聯(lián)動(dòng)閥的氣閥芯控制。

本文以氣種為EN 26-I2H，11升熱水器為例子，為解決小火啟動(dòng)失敗提供了三種解決方法，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證這些方案可行，具體方案如下：

1）減少小電磁閥的通道，減少點(diǎn)火負(fù)荷。

使用11升燃?xì)鉄崴鳒y(cè)試，氣閥芯旋到小火處，分別采用G20測(cè)試點(diǎn)火負(fù)荷與G23低氣壓測(cè)試點(diǎn)火，數(shù)據(jù)如表2。

結(jié)果分析：因小電磁閥的通道大小，決定著熱水器的點(diǎn)火負(fù)荷的大小。當(dāng)小火負(fù)荷小于點(diǎn)火負(fù)荷時(shí)，此負(fù)荷少于燃燒器能正常工作的最小負(fù)荷，故出現(xiàn)離焰熄火。然而，當(dāng)點(diǎn)火負(fù)荷過(guò)大時(shí)，在小電磁閥關(guān)閉的時(shí)候，燃燒器將瞬間減少燃?xì)饬髁?，在此瞬間，燃?xì)獾囊淮慰諝膺^(guò)大，使得火焰因一次空氣過(guò)大出現(xiàn)離焰。故需要選擇合適的小火負(fù)荷及點(diǎn)火負(fù)荷。

圖1 水冷燃燒器示意圖

表1 界限氣氣種

2）延后火焰反饋針的保護(hù)時(shí)間

在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)火焰反饋針保護(hù)時(shí)間。測(cè)試時(shí)采用點(diǎn)火負(fù)荷為9.5 kW，小火負(fù)荷為8.5 kW。數(shù)據(jù)如表3。

試驗(yàn)結(jié)果分析：從上述數(shù)據(jù)可以看出，增加反饋針延遲保護(hù)時(shí)間可使小火點(diǎn)火成功，原因?yàn)樾‰婇y關(guān)閉瞬時(shí)，燃燒器將瞬間減少燃?xì)饬髁浚诖怂查g，燃?xì)獾囊淮慰諝膺^(guò)大，使得火焰因一次空氣過(guò)大出現(xiàn)離焰，反饋針探測(cè)不到火焰而保護(hù)，使得點(diǎn)火失敗，當(dāng)。當(dāng)延遲反饋針的保護(hù)時(shí)間后，過(guò)大的一次空氣系數(shù)變?yōu)檎Ｖ?，使得燃燒器火焰正常?.8 s延遲后反饋針重新探測(cè)到火焰信號(hào)，使得點(diǎn)火成功。因此需要在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)，延遲反饋針的保護(hù)時(shí)間，有助于解決小火點(diǎn)火失敗的問(wèn)題。

3）增加小火負(fù)荷：通過(guò)擴(kuò)大氣閥芯的小孔，增加小火負(fù)荷，測(cè)試時(shí)采用點(diǎn)火負(fù)荷為9.5 kW，其測(cè)試數(shù)據(jù)如表4。

表2 減小電磁閥通道測(cè)試結(jié)果

表3 延后火焰反饋針的保護(hù)時(shí)間測(cè)試結(jié)果

表4 增加小火負(fù)荷測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果分析：增加小火負(fù)荷，能把小電磁閥切換時(shí)所帶來(lái)的一次空氣增加導(dǎo)致的離焰的熄火。但過(guò)大的最小負(fù)荷均會(huì)導(dǎo)到NOX排放超標(biāo)。故需合理選擇最小負(fù)荷。

4 結(jié)論

本文主要研究了燃?xì)鉄崴餍』饐?dòng)失敗的問(wèn)題，對(duì)于煙道機(jī)的水冷燃燒器，提出了三種解決小火啟動(dòng)問(wèn)題的思路，分別是：減少點(diǎn)火負(fù)荷、延后火焰反饋針的保護(hù)時(shí)間以及增加小火負(fù)荷來(lái)解決小火啟動(dòng)問(wèn)題，并通過(guò)了試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了這三種思路的可行性，這些方案成本較低，工藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模推廣。