潘澤林 薛家良

（廣東萬和新電氣股份有限公司 佛山 528300）

引言

出口歐盟的燃?xì)鉄崴?，均需滿足低氮氧化物排放的要求。目前大多數(shù)整機(jī)廠家紛紛使用能滿足低氮氧化物排放的水冷燃燒器用作整機(jī)的燃燒器。與常規(guī)燃燒器相比，水冷燃燒器為新興的燃燒器，工作時(shí)其一次空氣系數(shù)較大，火焰為為接近全預(yù)混狀態(tài)。同時(shí)，燃燒器上布置有水管，用于冷卻燃燒器，防止燃燒器溫度過高而出現(xiàn)回火。鑒于此，水冷燃燒器工作時(shí)的燃燒器溫度比常規(guī)部份預(yù)混燃燒器要低?？紤]到整機(jī)成本問題，該燃燒器目前主要與水氣聯(lián)動(dòng)閥配套使用，應(yīng)用于煙道式燃?xì)鉄崴髋c強(qiáng)抽式燃?xì)鉄崴鞯戎械投说臒崴髦小?/p>

現(xiàn)以水冷低氮煙道式燃?xì)鉄崴鳛槔?，分析點(diǎn)火不良原因與解決辦法。

1 熱水器點(diǎn)火方式和點(diǎn)火不良現(xiàn)象

目前，燃?xì)鉄崴髌毡椴捎脧?qiáng)迫著火對燃燒器進(jìn)行點(diǎn)火，實(shí)施方式是脈沖點(diǎn)火器放出高壓電?。娀鸹ǎ植靠扇蓟旌蠚膺M(jìn)行加熱直到著火，從而形成一個(gè)初始火焰中心，初始火焰中心再向未著火的可燃混氣傳播，從而生成穩(wěn)定的火焰。

而采用水冷燃燒器的煙道式較常見的點(diǎn)火不良現(xiàn)象是主要是爆燃和點(diǎn)火不成功，前者一次空氣系接近1。當(dāng)點(diǎn)火器點(diǎn)火前，熱水器的燃燒器及燃燒室均為空氣。當(dāng)可燃混合氣被噴到燃燒室時(shí)，其空氣系數(shù)已大于1。當(dāng)燃?xì)怏w點(diǎn)燃后，其氣體的燃燒速度少于氣流速度，火面遠(yuǎn)離燃燒器出口，容易出現(xiàn)意外熄火保護(hù)。再者，當(dāng)可燃混合氣體流速快，可燃?xì)怏w噴出燃燒器后不能馬上被點(diǎn)燃，使得燃燒室可燃?xì)怏w過多，當(dāng)可燃?xì)怏w累積一定程度時(shí)被點(diǎn)燃，從而出現(xiàn)爆燃。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，較低的環(huán)境溫度將加劇此現(xiàn)象。而后者則是氣路中的燃?xì)飧邏哼^高，使得電磁閥無法吸閥。

2 實(shí)驗(yàn)分析

本文選用12 升煙道式熱水器進(jìn)行分析。其燃燒器為水冷燃燒器，燃?xì)忾y體為水氣聯(lián)動(dòng)閥，噴氣管不帶分段閥，脈沖點(diǎn)火器采用常規(guī)款（點(diǎn)火電壓≥12 kV，點(diǎn)火頻率≥10 Hz）。下文對點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行分析，并通過實(shí)驗(yàn)，提出可行的解決辦法。

2.1 點(diǎn)火針位置對點(diǎn)火爆燃的影響

根據(jù)脈沖點(diǎn)火器對可燃混合氣進(jìn)行強(qiáng)迫著火的原理，電火花需對局部可燃混合氣進(jìn)行加熱直到著火。但是，當(dāng)電火花過于貼近燃燒器出氣口時(shí)，較冷的燃燒器出氣口對初始火焰散熱過大；同時(shí)，因可燃混合氣體從水冷燃燒器噴出時(shí)，已達(dá)全預(yù)混狀態(tài)，其單位燃?xì)鉂舛容^低，進(jìn)一步加大了對初始火焰的散熱，導(dǎo)致無法形成初始火焰；當(dāng)燃燒室中積累一定混合氣合才被點(diǎn)燃，導(dǎo)致爆燃。

為對點(diǎn)火針位置對水冷燃燒器點(diǎn)火的影響，特在對不同的點(diǎn)火針位置進(jìn)行測試，測試過程中，點(diǎn)火距離（放電距離）為5.5 mm。點(diǎn)火針位置分別如圖1、圖2。

圖1 無點(diǎn)火片結(jié)構(gòu)（點(diǎn)火針直接對燃燒器出口放電）

圖2 點(diǎn)火片結(jié)構(gòu)（點(diǎn)火針對點(diǎn)火片進(jìn)行放電）

根據(jù)EN26-2015 歐盟標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對熱水器分別使用高氣壓及基準(zhǔn)氣、離焰氣進(jìn)行測試。考慮到燃?xì)鉁囟葘c(diǎn)火可靠性有重要影響，故測試在進(jìn)水溫度、燃?xì)鉁囟?、環(huán)境溫度均在5 ℃的情況下進(jìn)行。同時(shí)進(jìn)行每次點(diǎn)火測試時(shí)，熱水器必須在冷態(tài)。測試結(jié)果如表1。

表1 熱水器冷態(tài)下各不同點(diǎn)火針高度的點(diǎn)火測試對比

從測試結(jié)果可以看出，在點(diǎn)火距離不變的情況下，點(diǎn)火針距燃燒器出氣口的距離越近，其爆燃現(xiàn)象越明顯，甚至出現(xiàn)點(diǎn)不著火的現(xiàn)象。當(dāng)點(diǎn)火針距燃燒器出氣口在（10～14）mm 時(shí)，點(diǎn)火均無爆燃現(xiàn)象。當(dāng)點(diǎn)火針距燃燒器出氣口大于14 mm 時(shí)，其點(diǎn)火性能開始變差。

在測試中發(fā)現(xiàn)，圖2 點(diǎn)火片結(jié)構(gòu)的點(diǎn)火性能明顯優(yōu)于圖1 無點(diǎn)火片的結(jié)構(gòu)。但點(diǎn)火片距離火焰過近。測試時(shí)發(fā)現(xiàn)燃燒器工作時(shí)，點(diǎn)火片馬上被燒紅，其材料耐高溫氧化的材料，但過高的溫度也會(huì)加速其氧化，長時(shí)間使用會(huì)存在安全隱患。經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化（如圖3），把圖2的結(jié)構(gòu)更改為點(diǎn)火針對另一針體進(jìn)行放電，該針體與脈沖點(diǎn)火器地線相連。兩針體材料宜采用耐高溫材料康泰爾及以上材料。

圖3 點(diǎn)火針對另一針體進(jìn)行放電

2.2 點(diǎn)火負(fù)荷對點(diǎn)火爆燃的影響

由爆然成因可知，點(diǎn)火負(fù)荷越大與爆燃成正相關(guān)。為此，減少點(diǎn)火負(fù)荷，對解決爆燃的問題有著積極的意義。的影響較大。而目前樣機(jī)采用無比例閥功能的水氣聯(lián)動(dòng)閥結(jié)構(gòu)，無法通過控制降低二次壓力來減少點(diǎn)火負(fù)荷；同時(shí)噴氣管無分段結(jié)構(gòu)，熱水器啟動(dòng)時(shí)以最大負(fù)荷啟動(dòng)。因此，需要通過優(yōu)化水聯(lián)動(dòng)閥來解決此問題。

方案一：水氣聯(lián)動(dòng)閥增設(shè)點(diǎn)火氣路

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，通往主燃燒器的任一燃?xì)馔飞希瑧?yīng)設(shè)計(jì)有少于兩道相互獨(dú)立且可關(guān)閥的閥門。如圖4。因此可以在閥門A 上并聯(lián)閥門C。閥門C 僅在熱水器點(diǎn)火時(shí)工作。工作時(shí)，閥門C 先開打開，成功點(diǎn)著后，依次打開閥門A、關(guān)閥閥門C，故通過控制閥門C 氣路面積可達(dá)控制點(diǎn)火負(fù)荷的目的。

圖4 燃?xì)馔返拈y門連接圖

使用該方案，按3.1 章的測試條件進(jìn)行測試，此方案能達(dá)到防爆燃的目的。但該方案必不可免的增加一電磁閥，使整機(jī)成本增加；并存在閥門A 與閥門C 同時(shí)工作的情況，對電池?fù)p耗較大。用戶頻繁更換電池，影響用戶體驗(yàn)。

方案二：水氣聯(lián)動(dòng)閥采用新型電磁閥。

新型電磁閥及其工作原理如圖5。該閥體能在不增加電磁閥的情況下，通過設(shè)定密封帽的中部的通氣面積來控制氣流量，當(dāng)點(diǎn)火成功后，打開電磁閥的主密封帽，主氣路完全打開。不會(huì)出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象。

圖5 新型電磁閥及其工作原理

2.3 燃?xì)鈮毫c(diǎn)火失敗的影響

目前，煙道機(jī)大多使用由氣瓶供氣的液化氣。經(jīng)常出現(xiàn)燃?xì)鈿饴芬颦h(huán)境溫度升高而導(dǎo)致靜壓力升高或氣氣瓶的減壓閥出口壓力過高，其燃?xì)鈮毫筛哌_(dá)10 kPa。而煙道機(jī)使用電池供電，電磁閥大多使用ZD201、ZD131、ZD252 等規(guī)格。根據(jù)公式：

式中：

F開閥—電磁閥的開閥力，單位N；

P—燃?xì)鈮毫?，單位Pa；

S—閥口通氣面積，單位m2；

F封閥—電磁閥彈簧提供的封閥力，單位N。

當(dāng)進(jìn)氣壓力瞬時(shí)過高時(shí)，將容易出現(xiàn)電磁閥因氣壓過高，電磁閥密封帽的封閥大于吸閥力（如表2），使得閥門打不開的現(xiàn)象，導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。

表2 高進(jìn)氣壓下吸閥及點(diǎn)火測試

當(dāng)出現(xiàn)氣壓過高出現(xiàn)吸閥不成功時(shí)，熱水器在啟動(dòng)的過程中將不會(huì)發(fā)出吸閥的聲音，使得用戶誤認(rèn)為熱水器故障，影響了用戶對產(chǎn)品的信心。新型的電磁閥（圖5）將有效解決高進(jìn)氣壓力下熱水器點(diǎn)火的問題。對采用圖5 結(jié)構(gòu)的熱水器進(jìn)行點(diǎn)火測試，對其分別通入不同靜態(tài)壓力，測試其在高進(jìn)氣壓下的吸閥能力。下表為在各氣壓下的主密封帽打開前的二次壓力數(shù)據(jù)。

從測試結(jié)果可以看出采用新型電磁閥還可以解決燃?xì)忪o態(tài)壓力過高導(dǎo)致點(diǎn)火失敗的問題。當(dāng)進(jìn)氣壓力達(dá)10 kpa 時(shí)熱水器能正常吸閥點(diǎn)火。

3 總結(jié)

本文針對水冷煙道式熱水器常見的點(diǎn)火問題，通過原因分析，提出了解決方法，并通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)得以驗(yàn)證。而在實(shí)際的應(yīng)用中，可應(yīng)用于強(qiáng)排機(jī)等機(jī)型，開發(fā)時(shí)需充分考慮噴氣管、燃燒器及燃燒室的情況，組合采用上述的解決方案，其效果更佳。