徐麥建 崔華俊 林林勇 彭梓釗

（廣東萬(wàn)和新電氣股份有限公司 佛山 528305）

引言

全預(yù)混冷凝式燃?xì)獠膳療崴疇t（以下簡(jiǎn)稱全預(yù)混冷凝爐）技術(shù)具有極高的換熱效率、超低的氮氧化物排放的特點(diǎn)以及變頻靜音運(yùn)行，深受用戶關(guān)注。相比于傳統(tǒng)的大氣式燃?xì)獠膳療崴疇t，全預(yù)混冷凝爐在燃燒方式上采用全預(yù)混燃燒，使燃?xì)馊紵浞?，排煙損更低；在換熱上充分吸收煙氣中的顯熱與水蒸氣的潛熱，進(jìn)一步提高燃?xì)獠膳療崴疇t的熱效率，既高效又環(huán)保。但由于我國(guó)部分地區(qū)的空氣質(zhì)量欠佳、燃?xì)獠患儯灾氯A(yù)混燃?xì)獠膳療崴疇t在國(guó)內(nèi)的使用過(guò)程中有時(shí)出現(xiàn)排煙系統(tǒng)堵塞的問(wèn)題。含有高碳羥的燃?xì)庠诤蓄w粒物的空氣中燃燒容易產(chǎn)生固體顆粒燃燒產(chǎn)物并附著在盤管上，部分固體顆粒會(huì)從盤管上滴落到燃燒器上造成火孔堵塞，堵塞現(xiàn)象將導(dǎo)致其換熱效率下降、煙氣惡化及運(yùn)行噪音增大，大大降低燃?xì)獠膳療崴疇t的性能與使用壽命。因此，排煙系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象是目前全預(yù)混燃?xì)獠膳療崴疇t亟待解決的問(wèn)題。

目前解決全預(yù)混燃?xì)獠膳療崴疇t堵塞問(wèn)題最有效的方法為定期通知維修師傅上門維護(hù)，但由于各地區(qū)空氣質(zhì)量差異，燃?xì)獠膳療崴疇t堵塞快慢不一致，若僅通過(guò)使用時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行維護(hù)，缺乏經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性。本文提出一種在消音管中內(nèi)置文丘里取壓管的取壓方式增大取壓的讀值，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)風(fēng)壓變化判斷全預(yù)混燃?xì)獠膳療崴疇t的排煙系統(tǒng)堵塞狀況。

1 消音管取壓方式的改進(jìn)設(shè)計(jì)

選取一臺(tái)全預(yù)混燃?xì)獠膳療崴疇t，安裝在預(yù)混器前端的消音管開(kāi)設(shè)一個(gè)小孔進(jìn)行取壓的方式，風(fēng)壓傳感器獲取的風(fēng)壓數(shù)值較低，配備一個(gè)64 W，空載轉(zhuǎn)速6 000 r/min 的EBMPAPST 變頻風(fēng)機(jī)。在點(diǎn)火時(shí)測(cè)量的風(fēng)壓僅有20 Pa （風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速按3 200 r/min），在后清掃的狀態(tài)下風(fēng)壓值在（50～60）Pa（風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速按7 000 r/min）的范圍內(nèi)。通過(guò)在燃?xì)獠膳療崴疇t內(nèi)置的風(fēng)壓傳感器測(cè)量的點(diǎn)火風(fēng)壓與后清掃風(fēng)壓數(shù)值變化來(lái)判斷全預(yù)混冷凝爐排氣系統(tǒng)的堵塞情況，以更精準(zhǔn)地提醒用戶進(jìn)行燃?xì)獠膳療崴疇t維護(hù)。該取壓方式獲得的風(fēng)壓數(shù)值低且受風(fēng)壓傳感器的測(cè)量精度影響，燃燒室及排煙系統(tǒng)堵塞時(shí)測(cè)得的風(fēng)壓數(shù)值變化不明顯，無(wú)法準(zhǔn)確地判斷排氣系統(tǒng)的堵塞狀況。采用更高精度的風(fēng)壓傳感器將帶來(lái)成本較大幅度增高，因此本文提出采用加裝文丘里取壓管的方式，此方案成本低、更符合現(xiàn)實(shí)需求。

圖1 全預(yù)混燃?xì)獠膳療崴疇t堵塞情況

為了探究?jī)?nèi)置文丘里管對(duì)風(fēng)壓取值的變化，選擇更合適的取壓位置，對(duì)消音管進(jìn)行流體仿真分析。安裝于全預(yù)混燃?xì)獠膳療崴疇t內(nèi)的消音管結(jié)構(gòu)如圖2 所示，出氣口連接風(fēng)機(jī)。

圖2 進(jìn)氣管三維圖

采用Solidworks Flow Simulation 對(duì)進(jìn)氣管進(jìn)行流體仿真分析，對(duì)出氣口設(shè)置出口風(fēng)速10 m/s，采用高精度網(wǎng)格劃分，流體仿真的靜壓結(jié)果如圖3 所示。圖3（a），將靜壓顯示最大值設(shè)置為101 325 Pa（該數(shù)值為在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下海平面的氣壓），最小值按全局平均最小值設(shè)定?？芍麄€(gè)進(jìn)氣管處于負(fù)壓狀態(tài)，進(jìn)氣管轉(zhuǎn)角處風(fēng)壓值最低，末端處的部分位置也存在較低氣壓的區(qū)域，但氣壓狀態(tài)不穩(wěn)定；結(jié)合圖3（b）速度的流動(dòng)跡線分析可知，在進(jìn)氣管末端處存在渦流，導(dǎo)致進(jìn)氣管末端處?kù)o壓分布不均。在圖3（b）流動(dòng)跡線—速度仿真圖中，進(jìn)氣管進(jìn)氣口與消音腔的中央?yún)^(qū)域氣流速度較大，轉(zhuǎn)角處氣流速度相對(duì)平緩，末端與風(fēng)機(jī)連接的拐角位置氣流速度同樣較大。

圖3 進(jìn)氣管流體仿真結(jié)果

根據(jù)進(jìn)氣管仿真結(jié)果并結(jié)合文丘里取壓管在進(jìn)氣管安裝的難易程度，選取了三個(gè)文丘里管的取壓點(diǎn)，如圖3 所示。通過(guò)三維建模的方式將文丘里管安裝于所選取的三個(gè)取壓點(diǎn)：消音腔、轉(zhuǎn)角處、末端處，并進(jìn)行流體仿真分析。同樣在出氣口設(shè)置10 m/s 的出口速度，對(duì)安裝有文丘里取壓管的位置進(jìn)行局部網(wǎng)格控制，流體網(wǎng)格數(shù)為403 884 個(gè)，仿真結(jié)果如圖4 與表1 所示。

表1 各取壓位置不同取壓孔的風(fēng)壓值

圖4 進(jìn)氣管加裝文丘里管的靜壓仿真結(jié)果

仿真結(jié)果顯示，消音腔處的常規(guī)取壓孔與原始取壓孔的風(fēng)壓值相近，轉(zhuǎn)角處的常規(guī)取壓孔與末端常規(guī)取壓孔的風(fēng)壓值相近且較原始取壓孔的風(fēng)壓值要大；在選定的三處取壓點(diǎn)加裝文丘里取壓管的情況下，轉(zhuǎn)角處的風(fēng)壓值最低，低至100 587.78 Pa，消音腔的風(fēng)壓值最大，兩處的壓差相差131.54 Pa。由于燃?xì)獠膳療崴疇t風(fēng)壓開(kāi)關(guān)的取壓方式為負(fù)壓，因此風(fēng)壓值越低，燃?xì)獠膳療崴疇t內(nèi)置的風(fēng)壓傳感器測(cè)量的數(shù)值越大，因此在轉(zhuǎn)角處安裝文丘里管進(jìn)行取壓能獲得較大的風(fēng)壓數(shù)值。相比于雙管取壓，單管取壓另外一段與大氣相通，常規(guī)取壓孔內(nèi)任意一處風(fēng)壓值都比大氣壓低，采用單管取壓的方式能獲得相對(duì)于雙管取壓更大的壓差，所以在轉(zhuǎn)角處安裝文丘里取壓管并采用單管取壓的方式最佳。

2 取壓口風(fēng)壓測(cè)量試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)儀器

采用BG80-B-213-0N22 數(shù)字壓力計(jì)，取壓量程：（0～1）kPa，精度：±1 %。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 不同取壓點(diǎn)風(fēng)壓測(cè)量試驗(yàn)

分別將文丘里管安裝于消音管內(nèi)已選好的取壓點(diǎn)，從文丘里管取壓孔引出兩條取壓管接入微壓計(jì)，文丘里取壓孔接入微壓計(jì)負(fù)壓端，常規(guī)取壓孔接入微壓計(jì)正壓端，若采用單管取壓，則常規(guī)取壓孔無(wú)需接入微壓計(jì)僅進(jìn)行密封。分別進(jìn)行單管測(cè)量和雙管取壓測(cè)量。在不通燃?xì)獾臓顟B(tài)下啟動(dòng)燃?xì)獠膳療崴疇t，燃?xì)獠膳療崴疇t進(jìn)入點(diǎn)火狀態(tài)，此時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，觀測(cè)微壓計(jì)顯示數(shù)值，待風(fēng)壓數(shù)值穩(wěn)定后讀取的風(fēng)壓值，為點(diǎn)火風(fēng)壓。燃?xì)獠膳療崴疇t點(diǎn)火失敗后報(bào)錯(cuò)，將進(jìn)入后清掃模式，此時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變大，待風(fēng)壓數(shù)值穩(wěn)定后讀取的風(fēng)壓值，為后清掃風(fēng)壓。

2.2.2 排煙系統(tǒng)堵塞風(fēng)壓測(cè)量試驗(yàn)

為了研究原始取壓孔與加裝文丘里管的兩種取壓方式，在不同排煙系統(tǒng)堵塞情況的風(fēng)壓變化情況，對(duì)這兩種取壓方式進(jìn)行堵塞試驗(yàn)，采用鋁箔紙對(duì)燃?xì)獠膳療崴疇t排煙口進(jìn)行堵塞。排煙口為直徑60 mm 的圓型孔，先用鋁箔紙將出風(fēng)口完全堵住，將出風(fēng)口按如圖6 所示分成16 份，每次試驗(yàn)用刀具按1/16 進(jìn)行切割，測(cè)量點(diǎn)火狀態(tài)與后清掃模式的風(fēng)壓值，取風(fēng)壓穩(wěn)定時(shí)的最大值和最小值再求其平均值。

圖6 排煙系統(tǒng)堵塞示例

2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 不同取壓點(diǎn)風(fēng)壓測(cè)量結(jié)果

圖7 為通過(guò)測(cè)量不同取壓點(diǎn)的風(fēng)壓測(cè)量結(jié)果，從圖表中的數(shù)據(jù)可知，改進(jìn)設(shè)計(jì)后的三個(gè)取壓孔（加裝文丘里取壓管），風(fēng)壓值均比原始取壓孔的風(fēng)壓值大兩倍或以上；各取壓位置的風(fēng)壓值大小由大到小依次為：轉(zhuǎn)角處＞末端處＞消音腔＞原始取壓孔，符合仿真結(jié)果的大小規(guī)律。

圖7 不同取壓點(diǎn)的風(fēng)壓測(cè)量結(jié)果

2.3.2 排煙系統(tǒng)堵塞風(fēng)壓測(cè)量結(jié)果

針對(duì)原始取壓孔與轉(zhuǎn)角處的風(fēng)壓值隨煙管堵塞的變化情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，結(jié)果如圖8 所示。排煙系統(tǒng)堵塞比例在0～6/16 的范圍內(nèi)，隨著排煙系統(tǒng)堵塞面積的增大，風(fēng)壓值保持不變；排煙系統(tǒng)堵塞比例在6/16～11/16 的范圍內(nèi)，隨著排煙系統(tǒng)堵塞面積的增大，風(fēng)壓值逐漸下降且下降斜率逐漸增大；排煙系統(tǒng)堵塞比例在11/16～1 的范圍內(nèi)，風(fēng)壓值隨堵塞面積增大快速下降，轉(zhuǎn)角處（后清掃風(fēng)壓）的風(fēng)壓值測(cè)量曲線斜率要遠(yuǎn)大于原始取壓孔（后清掃風(fēng)壓），因此采用在轉(zhuǎn)角處加裝文丘里取壓管的方式可以更好地把風(fēng)壓讀取值放大，有利于根據(jù)風(fēng)壓值的變化判斷排煙系統(tǒng)的堵塞情況，更好地實(shí)現(xiàn)維護(hù)預(yù)警提醒。

圖8 排煙系統(tǒng)堵塞與風(fēng)壓值變化關(guān)系

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)全預(yù)混冷凝爐的消音管進(jìn)行流體仿真分析，提出了一種在消音管中內(nèi)置文丘里管的取壓方式，并對(duì)消音管取壓方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在消音管中找到最佳的風(fēng)壓取壓點(diǎn)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，達(dá)到將風(fēng)壓取壓數(shù)值放大的效果，本文結(jié)論如下：

1）消音管內(nèi)各取壓位置的風(fēng)壓絕對(duì)值由大到小依次為：轉(zhuǎn)角處＞末端處＞消音腔＞原始取壓孔。單管取壓比雙管取壓取得的風(fēng)壓數(shù)值更大，轉(zhuǎn)角處加裝文丘里取壓管讀取的風(fēng)壓值比常規(guī)取壓方式大2.3 倍。

2）在消音管轉(zhuǎn)角處加裝文丘里取壓管，對(duì)比原始取壓方式，隨著排氣系統(tǒng)堵塞比例增加，其讀取的風(fēng)壓值曲線斜率大。

3）綜合上述仿真與試驗(yàn)結(jié)果分析，加裝文丘里取壓管的取壓方式可以把風(fēng)壓值放大，有利于根據(jù)風(fēng)壓值的變化判斷煙管的堵塞情況，在不需提高風(fēng)壓傳感器精度的情況下，以更低的成本實(shí)現(xiàn)排煙系統(tǒng)堵塞狀況更高精度監(jiān)控，更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)維護(hù)預(yù)警提醒。