隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展,能源問題日益突出,高效節(jié)能環(huán)保是當今全球都非常關(guān)心的主題和家電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。全預混燃燒技術(shù)是一種燃燒效率高,具有效高燃燒熱強度的燃燒方式,同時在燃燒過程中產(chǎn)生的CO和NOX效低。因此,將全預混燃燒技術(shù)應用與燃氣熱水器中,充分發(fā)揮全預混燃燒技術(shù)的優(yōu)點,開發(fā)出高效節(jié)能的全預混燃氣具是大勢所趨。
什么是全預混燃燒技術(shù)?
大家都知道,燃氣需要空氣中的氧氣作為助燃物才能燃燒,而在燃氣具上通常將供給燃氣燃燒的空氣量V分作兩部分提供,一是燃氣著火前(與燃氣一起進入燃燒器并與燃氣完全混合形成可燃混氣)為V1,二是著火后(空氣從火焰四周進入使燃氣燃盡)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是燃燒器的一個重要特征值,在分析火焰特性時十分重要,可由此區(qū)分其燃燒方式,見下表:
完全預混燃燒與擴散燃燒、局部預混相比,在燃燒器和控制方式上有很大的區(qū)別。
全預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熱系數(shù)小、質(zhì)地均勻、成本低等特點,陶瓷材料的低導熱系數(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氣熱水器。此種燃燒器產(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氣熱水器,可以達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,燃燒強度可以達到2500kw/m2,其使用的最高溫度可達1300℃,由于其1000℃以上仍具有優(yōu)良的抗氧化性能和熱強度,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。這種燃燒技術(shù)是近幾年才逐漸推廣應用新型燃燒技術(shù),被廣泛應用不同的領(lǐng)域。
對于鼓風式全預混燃燒器,在燃燒過程中,特別是在負荷變化過程中必須始終保證燃氣與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,有一個精確可靠的燃氣/空氣比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)是非常重要的。
對于普通的大氣是燃氣燃燒器,由于引射器在一定范圍內(nèi)具有自動調(diào)節(jié)能力,即當燃氣噴嘴的流量發(fā)生變化時,被引射進入的一次空氣量也會隨之發(fā)生相應的變化。這在一定程度上保證了燃氣/空氣比例的恒定。而在鼓風式全預混燃燒器中,由于燃氣與空氣的混合方式不同,燃氣流量與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)裝置來實現(xiàn)對燃氣/空氣比例的控制。實現(xiàn)這一功能的技術(shù)通常有兩種:電子式燃氣/空氣等比例控制技術(shù)和機械式燃氣/空氣等比例控制技術(shù)。前者是利用流量傳感器檢測空氣流量信號,控制器根據(jù)該信號經(jīng)相應的運算后控制燃氣比例調(diào)節(jié)閥,以維持燃氣與空氣流量比例的恒定。這種控制方法被較多地應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,應用與燃氣熱水器這樣的小型燃燒系統(tǒng)上,其控制精度不夠理想。因此,目前在燃氣熱水器中較多使用的第二種控制技術(shù),即利用風壓變化自動調(diào)節(jié)燃氣流量的機械式燃氣/空氣等比例控制技術(shù),如下圖所示。
由于完全預混式燃燒在著火前燃氣與空氣預先進行均勻混合,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,完全預混燃燒的火孔熱強度很高,并且能在很少的過?？諝庀禂?shù)下達到完全燃燒,幾乎不存在化學不完全燃燒現(xiàn)象,因此燃燒溫度很高,同時熱損失少,熱效率高。
全預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氣燃燒后存在于煙氣中的CO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物含量很少,且F-NO的生成溫度在600-900℃,而全預混燃燒的穩(wěn)定一般都遠于高于此值,因此可以認為全預混燃燒不產(chǎn)生F-NO。
P-NO是富碳化氫類燃料燃燒特有的現(xiàn)象,只有部分預混火焰的內(nèi)錐表面才會生成。而全預混燃燒時一次空氣系數(shù)α1≥ 1,所以只要保證燃氣與空氣混合均勻,燃燒區(qū)域空氣處處過剩,就不會產(chǎn)生P-NO。
而對于T-NO,通過適當控制過?？諝庀禂?shù),全預混燃燒可大大的減少其生成。由此可知,全預混燃燒能有效降低NOX的排放。
那燃燒后煙氣中的CO含量呢?實驗證明,在火焰溫度下,如果有充分的氧氣和停留時間,CO的濃度就會在反應之后降至很低的程度。由于全預混燃燒在燃燒前已完成了燃氣與過?？諝獾木鶆蚧旌?可以在很大程度上保證每一個燃氣分子周圍都有充足的氧氣分子存在。因此,即使較短的停留時間也可以保證CO的充分氧化,并最終降低煙氣CO的排放。
在歐洲等發(fā)達國家,近年來運用全預混燃燒技開發(fā)的燃氣熱水/采暖兩用爐,在短短數(shù)年時間內(nèi)已迅速達到40%的銷售份額,國內(nèi)的燃氣具行業(yè)全預混燃燒技還處于初級基礎(chǔ)研發(fā)階段,已有個別企業(yè)研發(fā)出可實際運用的產(chǎn)品,如華帝、萬和,在國家大力發(fā)展低碳經(jīng)濟的背景下,具有高效節(jié)能、低NOX排放的全預混燃燒技的運用將是國內(nèi)燃氣具行業(yè)新的經(jīng)濟增長點。
