隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,能源問題日益突出,高效節(jié)能環(huán)保是當(dāng)今全球都非常關(guān)心的主題和家電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。全預(yù)混燃燒技術(shù)是一種燃燒效率高,具有效高燃燒熱強(qiáng)度的燃燒方式,同時(shí)在燃燒過程中產(chǎn)生的CO和NOX效低。因此,將全預(yù)混燃燒技術(shù)應(yīng)用與燃?xì)鉄崴髦?充分發(fā)揮全預(yù)混燃燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),開發(fā)出高效節(jié)能的全預(yù)混燃?xì)饩呤谴髣?shì)所趨。
什么是全預(yù)混燃燒技術(shù)?
大家都知道,燃?xì)庑枰諝庵械难鯕庾鳛橹嘉锊拍苋紵?而在燃?xì)饩呱贤ǔ⒐┙o燃?xì)馊紵目諝饬縑分作兩部分提供,一是燃?xì)庵鹎?與燃?xì)庖黄疬M(jìn)入燃燒器并與燃?xì)馔耆旌闲纬煽扇蓟鞖?為V1,二是著火后(空氣從火焰四周進(jìn)入使燃?xì)馊急M)為V2, V=V1+V2 兩端除以理論空氣量V0,得 V/V0=V1/V0+V2/V0 α=α1+α2式中 α1-------(α1= V1/V0)燃燒器的一次空氣系數(shù)
一次空氣系數(shù)α1是燃燒器的一個(gè)重要特征值,在分析火焰特性時(shí)十分重要,可由此區(qū)分其燃燒方式,見下表:
完全預(yù)混燃燒與擴(kuò)散燃燒、局部預(yù)混相比,在燃燒器和控制方式上有很大的區(qū)別。
全預(yù)混燃燒器有幾種不同的結(jié)構(gòu)形式,常用的一為多孔陶瓷板,一為雙金屬網(wǎng),還有金屬纖維的燃燒器。陶瓷板燃料器具有導(dǎo)熱系數(shù)小、質(zhì)地均勻、成本低等特點(diǎn),陶瓷材料的低導(dǎo)熱系數(shù)有助于保持火焰的穩(wěn)定,燃燒器火孔采用蜂窩狀排列,能有效地避免離焰和回火,增大熱負(fù)荷調(diào)節(jié)比。
雙金屬網(wǎng)是由一種由耐高溫不銹鋼制成的圓柱形燃燒器,它是專門為采用高效率/冷凝技術(shù)的家用采暖及熱水設(shè)備使用,適用于帶有圓形燃燒室的燃?xì)鉄崴鳌４朔N燃燒器產(chǎn)品具有寬廣的產(chǎn)品范圍,適用于各種不同尺寸需求的燃?xì)鉄崴?可以達(dá)到非常低的煙氣排放水平以及超高的功率調(diào)節(jié)范圍。
金屬纖維燃燒器以特種金屬纖維作為燃燒表面,燃燒強(qiáng)度可以達(dá)到2500kw/m2,其使用的最高溫度可達(dá)1300℃,由于其1000℃以上仍具有優(yōu)良的抗氧化性能和熱強(qiáng)度,所以金屬纖維燃燒器除具有燃燒效率高外,還具有耐熱沖擊、低壓降、安全無回火、反應(yīng)迅速、熱慣性小、冷卻快、經(jīng)久耐用、有害氣體釋放少等優(yōu)勢(shì)。這種燃燒技術(shù)是近幾年才逐漸推廣應(yīng)用新型燃燒技術(shù),被廣泛應(yīng)用不同的領(lǐng)域。
對(duì)于鼓風(fēng)式全預(yù)混燃燒器,在燃燒過程中,特別是在負(fù)荷變化過程中必須始終保證燃?xì)馀c空氣的混合比例恒定,是保證穩(wěn)定、高效、低排放燃燒的先決條件。因此,有一個(gè)精確可靠的燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)是非常重要的。
對(duì)于普通的大氣是燃?xì)馊紵?由于引射器在一定范圍內(nèi)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)能力,即當(dāng)燃?xì)鈬娮斓牧髁堪l(fā)生變化時(shí),被引射進(jìn)入的一次空氣量也會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。這在一定程度上保證了燃?xì)?空氣比例的恒定。而在鼓風(fēng)式全預(yù)混燃燒器中,由于燃?xì)馀c空氣的混合方式不同,燃?xì)饬髁颗c空氣流量失去了在大氣式燃燒器中所具有的相互關(guān)聯(lián)。因此需要使用調(diào)節(jié)裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)?空氣比例的控制。實(shí)現(xiàn)這一功能的技術(shù)通常有兩種:電子式燃?xì)?空氣等比例控制技術(shù)和機(jī)械式燃?xì)?空氣等比例控制技術(shù)。前者是利用流量傳感器檢測(cè)空氣流量信號(hào),控制器根據(jù)該信號(hào)經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算后控制燃?xì)獗壤{(diào)節(jié)閥,以維持燃?xì)馀c空氣流量比例的恒定。這種控制方法被較多地應(yīng)用于大型的燃燒系統(tǒng),特別是非線性系統(tǒng),但由于目前技術(shù)條件的限制,應(yīng)用與燃?xì)鉄崴鬟@樣的小型燃燒系統(tǒng)上,其控制精度不夠理想。因此,目前在燃?xì)鉄崴髦休^多使用的第二種控制技術(shù),即利用風(fēng)壓變化自動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁康臋C(jī)械式燃?xì)?空氣等比例控制技術(shù),如下圖所示。
由于完全預(yù)混式燃燒在著火前燃?xì)馀c空氣預(yù)先進(jìn)行均勻混合,在瞬間完成燃燒,其火焰很短甚至看不見,所以又稱無焰燃燒,完全預(yù)混燃燒的火孔熱強(qiáng)度很高,并且能在很少的過?？諝庀禂?shù)下達(dá)到完全燃燒,幾乎不存在化學(xué)不完全燃燒現(xiàn)象,因此燃燒溫度很高,同時(shí)熱損失少,熱效率高。
全預(yù)混燃燒方式能有效降低污染物排放,這里所說的污染物主要是指燃?xì)馊紵蟠嬖谟跓煔庵械腃O和NOX,特別是NOX,雖然其總體排放濃度較CO低,但其毒性卻比CO高幾十倍。
根據(jù)NOX生產(chǎn)機(jī)理不同,可將礦物燃料燃燒生成的NOX分為三類:F-NO(燃料型氮氧化物)、P-NO(快速型氮氧化物)和T-NO(熱力型氮氧化物)。
由于F-NO是以化合物形式存在于燃料中的氮原子被氧化而生成的。一般供工業(yè)及民用的氣體燃料中氮的化學(xué)物含量很少,且F-NO的生成溫度在600-900℃,而全預(yù)混燃燒的穩(wěn)定一般都遠(yuǎn)于高于此值,因此可以認(rèn)為全預(yù)混燃燒不產(chǎn)生F-NO。
P-NO是富碳化氫類燃料燃燒特有的現(xiàn)象,只有部分預(yù)混火焰的內(nèi)錐表面才會(huì)生成。而全預(yù)混燃燒時(shí)一次空氣系數(shù)α1≥ 1,所以只要保證燃?xì)馀c空氣混合均勻,燃燒區(qū)域空氣處處過剩,就不會(huì)產(chǎn)生P-NO。
而對(duì)于T-NO,通過適當(dāng)控制過?？諝庀禂?shù),全預(yù)混燃燒可大大的減少其生成。由此可知,全預(yù)混燃燒能有效降低NOX的排放。
那燃燒后煙氣中的CO含量呢?實(shí)驗(yàn)證明,在火焰溫度下,如果有充分的氧氣和停留時(shí)間,CO的濃度就會(huì)在反應(yīng)之后降至很低的程度。由于全預(yù)混燃燒在燃燒前已完成了燃?xì)馀c過?？諝獾木鶆蚧旌?可以在很大程度上保證每一個(gè)燃?xì)夥肿又車加谐渥愕难鯕夥肿哟嬖?。因?即使較短的停留時(shí)間也可以保證CO的充分氧化,并最終降低煙氣CO的排放。
在歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家,近年來運(yùn)用全預(yù)混燃燒技開發(fā)的燃?xì)鉄崴?采暖兩用爐,在短短數(shù)年時(shí)間內(nèi)已迅速達(dá)到40%的銷售份額,國(guó)內(nèi)的燃?xì)饩咝袠I(yè)全預(yù)混燃燒技還處于初級(jí)基礎(chǔ)研發(fā)階段,已有個(gè)別企業(yè)研發(fā)出可實(shí)際運(yùn)用的產(chǎn)品,如華帝、萬和,在國(guó)家大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的背景下,具有高效節(jié)能、低NOX排放的全預(yù)混燃燒技的運(yùn)用將是國(guó)內(nèi)燃?xì)饩咝袠I(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
