全預混燃燒技術在燃氣具中的應用原理

　　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心的主題和家電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。全預混燃燒技術是一種燃燒效率高，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，將全預混燃燒技術應用與燃氣熱水器中，充分發(fā)揮全預混燃燒技術的優(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？

　　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構形式，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/冷凝技術的家用采暖及熱水設備使用，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。這種燃燒技術是近幾年才逐漸推廣應用新型燃燒技術，被廣泛應用不同的領域。

　　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具有自動調節(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聯(lián)。因此需要使用調節(jié)裝置來實現(xiàn)對燃氣/空氣比例的控制。實現(xiàn)這一功能的技術通常有兩種：電子式燃氣/空氣等比例控制技術和機械式燃氣/空氣等比例控制技術。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，即利用風壓變化自動調節(jié)燃氣流量的機械式燃氣/空氣等比例控制技術，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，并且能在很少的過剩空氣系數(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?？諝獾木鶆蚧旌希梢栽诤艽蟪潭壬媳ＷC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)年時間內已迅速達到40%的銷售份額，國內的燃氣具行業(yè)全預混燃燒技還處于初級基礎研發(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燃氣具行業(yè)新的經(jīng)濟增長點。                                (責編 朱禹韜)