全預(yù)混燃燒技術(shù)在燃?xì)饩咧械膽?yīng)用原理

　　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，開發(fā)出高效節(jié)能的全預(yù)混燃?xì)饩呤谴髣菟叀?/p>

　　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ǔ⒐┙o燃?xì)馊紵目諝饬縑分作兩部分提供，一是燃?xì)庵鹎埃ㄅc燃?xì)庖黄疬M(jìn)入燃燒器并與燃?xì)馔耆旌闲纬煽扇蓟鞖猓閂1，二是著火后（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(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，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?。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?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。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。

　　對于普通的大氣是燃?xì)馊紵?，由于引射器在一定范圍?nèi)具有自動調(diào)節(jié)能力，即當(dāng)燃?xì)鈬娮斓牧髁堪l(fā)生變化時，被引射進(jìn)入的一次空氣量也會隨之發(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)裝置來實現(xiàn)對燃?xì)?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?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空氣流量信號，控制器根據(jù)該信號經(jīng)相應(yīng)的運算后控制燃?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，并且能在很少的過剩空氣系數(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)錐表面才會生成。而全預(yù)混燃燒時一次空氣系數(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，就不會產(chǎn)生P－NO。

　　而對于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(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燃?xì)夥肿又車加谐渥愕难鯕夥肿哟嬖凇Ｒ虼?，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(dá)國家，近年來運用全預(yù)混燃燒技開發(fā)的燃?xì)鉄崴?采暖兩用爐，在短短數(shù)年時間內(nèi)已迅速達(dá)到40%的銷售份額，國內(nèi)的燃?xì)饩咝袠I(yè)全預(yù)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(jì)的背景下，具有高效節(jié)能、低NOX排放的全預(yù)混燃燒技的運用將是國內(nèi)燃?xì)饩咝袠I(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點。                                (責(zé)編 朱禹韜)