1 小負荷燃燒常見問題 ①燃燒噪聲回火是引起燃燒噪聲的主要原因，在燃燒負荷下降時，可燃混合氣的流速降低。當混合氣流速度低于火焰

1 小負荷燃燒常見問題

①燃燒噪聲

回火是引起燃燒噪聲的主要原因，在燃燒負荷下降時，可燃混合氣的流速降低。當混合氣流速度低于火焰傳播速度時，則引發回火，回火條件分析見圖1［1］。回火引起燃燒噪聲，造成CO體積分數急劇上升，同時把燃燒器燒壞。下面對引發回火的各因素進行分析。

圖1 回火條件分析

1.引發回火時混合氣流速度 2.回火極限時混合氣流速度 3.火焰穩定燃燒時混合氣流速度 4.火焰傳播速度

a.火焰傳播速度

全預混過?？諝庀禂档淖兓苯痈淖兞嘶旌蠚獾睦碚撊紵郎囟龋⒂纱艘鸹瘜W反應速度發生明顯變化，火焰傳播速度也相應改變［2］49。不同可燃氣體因密度、熱導率不同將影響其火焰傳播速度，不同燃氣、不同過?？諝庀禂祵鹧鎮鞑ニ俣鹊挠绊懸妶D2［2］49。

圖2 不同燃氣、不同過剩空氣系數對火焰傳播速度的影響

1.水煤氣 2.焦爐煤氣 3.液化石油氣 4.天然氣

b.火孔壁散熱

火焰傳播是依靠分子導熱，使未燃混合氣溫度升高引起反應，使燃燒波不斷向未燃混合氣中推進，而火孔壁對火焰進行散熱，可降低煙氣溫度，當火焰向火孔壁的散熱量大于火焰放熱量，火焰無法傳播。

c.主控制器調節

當房間供暖達到設定溫度后，壁掛爐控制器根據實際熱負荷需求，會由大火燃燒轉到小火燃燒，如主控制器控制不合理，風機轉速降低速率過快，燃氣比例閥與風機未同步調節，導致燃氣與空氣比例不恒定，使混合氣輸出速度低于火焰傳播速度，導致火焰不穩定或回火，伴隨有“噗、噗”的噪聲。因此控制器在調節負荷時要避免瞬間變化過大。

②意外熄火

熱負荷越小，燃燒火焰就越短，火焰探針檢測到火焰電流就越弱，出現電壓或氣壓有較大的波動時，導致火焰探針檢測到火焰電流出現較大的波動，進而出現不正常熄火現象。在確定最小負荷時除考慮外界因素影響，更要提高自身性能減少意外熄火的可能性，其中火焰探針材料及安裝位置對火焰電流有較大影響。

a.火焰探針材料

火焰探針材料將影響其導電性能及反應的靈敏度，金屬材料在熱態下電阻會發生改變，電阻變化速度越快，表征材料反應越靈敏。其中常用的材料有鎳鉻絲、康泰爾絲、STT絲，在相同熱負荷情況下，相同形狀尺寸不同材料的火焰探針測得的反饋電流見表1。

表1 相同形狀尺寸不同材料的火焰探針測得的反饋電流

可以看出，STT絲材料的火焰探針在高溫火焰下持續60 s時，檢測到火焰探針反饋電流1.2μA，并在120 s內迅速穩定在1.6 μA。鎳鉻絲材料在180 s時穩定在1.4 μA，康泰爾絲材料在180 s時穩定在1.6 μA，因此STT絲材料趨于穩定的速度高于鎳鉻絲、康泰爾絲，對熱反應電阻變化最靈敏，因此STT絲材料在熱態下的導電性能最好。

在電壓或氣壓波動導致出現火焰不穩定的情況下，火焰探針所選用的材料導電性越好，靈敏度越高，越容易出現熄火。但導電性差、靈敏度低的材料在出現煙管堵塞的情況下，影響及時切斷燃氣，因此要綜合考慮兩方因素。

b.火焰探針與燃燒器表面距離

火焰電流與火焰探針距燃燒器表面的距離有關，控制火焰探針與燃燒器表面的距離，就可使反饋電流適當增加或減小。當火焰越短，探針離火焰表面距離越遠，反饋電流越小，在熱負荷為6 kW時，火焰探針距燃燒器表面不同距離下檢測到的反饋電流見圖3。隨著火焰探針距燃燒器表面距離增大，反饋電流減小。因此在最小負荷下，只要把火焰探針調整到距離燃燒器表面合適的位置，保證反饋電流大于設定的熄火電流，可減少火焰不穩定產生的意外熄火。

圖3 火焰探針距燃燒器表面不同距離下檢測到的反饋電流

③CO含量偏高

CO由不完全燃燒產生，如果有充分的氧氣和停留時間，CO的濃度會降至很低。全預混燃燒中，燃燒前燃氣與足夠的空氣進行充分混合，燃燒所產生的CO很少［3］，煙氣中CO體積分數一般不超過0.005%，實現低排放、低污染效果。

a.燃氣比例閥調節不當

燃氣與空氣之間的比例，是通過比例閥調節實現，通過調節比例閥調節螺絲先確定大負荷時燃氣與空氣比例，再通過零位調節確定小負荷時燃氣與空氣比例。兩個工作點確定后，整個負荷變化過程中，燃氣與空氣比例成線性變化，調節過程中使煙氣CO2體積分數保持在9.0%左右。如果在出廠檢驗時只注重調節大負荷燃燒時燃氣與空氣比例，而忽略小負荷時燃氣與空氣比例，或在小負荷調節時，零位調節不當，造成小火產生不完全燃燒，導致CO劇增。

b.熱負荷調節比過大

根據燃氣比例閥調節特性，如果熱負荷調節比超過1∶5，燃氣比例閥得到的空氣壓力信號比較弱，不能準確地根據空氣流量大小給出相對應的燃氣流量，造成燃氣與空氣比例不恒定，使燃氣不完全燃燒，不同熱負荷下煙氣中CO體積分數見表2。可以看出，當額定熱負荷為24 kW，若熱負荷調節比超過1∶5，最小熱負荷時煙氣中CO體積分數會明顯增大。

表2 不同熱負荷下煙氣中CO體積分數

④燃燒器過熱

全預混燃燒火焰只有內焰，火焰很短甚至無焰，當熱負荷低時，焰面貼近燃燒器，燃燒器被加熱，形成高溫輻射源，如果溫度超過燃燒器所能承受的正常工作溫度，將降低燃燒器的使用壽命。因此在確定最小熱負荷時，應考慮燃燒器所能承受的最高工作溫度，保障壁掛爐的持續使用壽命。

2 解決措施

①為了防止回火，必須盡可能使氣流的速度場均勻，在最低熱負荷時各點的混合氣流速度都大于火焰傳播速度。

②過?？諝庀禂祷揪S持在1.2～1.3。

③燃燒器采用小火孔，孔徑小于所使用燃氣的火焰傳播臨界孔徑，同時增大火孔壁對火焰的散熱。

④合理地選擇火焰探針材料，確定火焰探針到燃燒器表面距離，達到最優。

⑤熱負荷調節比范圍設定為20%～100%。

3優化熱負荷調節比的方法

熱負荷調節比大，能提供更舒適的恒溫生活熱水及家庭供暖需求。但當前許多廠家為了保證機器的穩定性而減小熱負荷調節比，提高最小熱輸入，這樣將大大降低機器的舒適性。

根據流量計算式，在保證混合氣最低流速時，通過減小流通截面積以降低混合氣輸入量。由于燃氣與空氣的比例恒定，混合氣流量減少，熱負荷也相應降低。

在全預混燃燒系統中，采用文丘里混合裝置保證燃氣與空氣充分混合，通過改變空氣輸入孔或混合氣輸出孔流通面積，可以設計不同的熱負荷調節比。額定熱負荷為24 kW的前預混混合器見圖4。

圖4 額定熱負荷為24 kW的前預混混合器

1.燃氣進氣管 2.軸向空氣進口 3.徑向空氣進口 4.調節環

預混混合器的徑向空氣吸入口，可通過調節環進行開口大小調節，當其徑向空氣進口開度最大時，熱負荷調節比為1∶3.5，當徑向空氣進口開度最小時，熱負荷調節比為1∶5。通過調節不同的開度以達到設計要求。為了保證燃燒的穩定性，適應各種環境、氣體成分及壓力的差異性，一般全預混機型熱負荷調節比控制在20%～100%范圍內。

4 結語

通過對全預混冷凝式壁掛爐在小負荷工況下的燃燒噪聲、意外熄火、CO含量偏高、燃燒器過熱問題進行分析，針對各影響因素提出改進措施，從而有效防止小負荷產生各種故障，提高產品的穩定性和適應能力。通過調節文丘里混合裝置的流通面積，適當加大熱負荷調節比，提高產品的舒適性。

原創：徐麥建，等

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