新型燃烧控制技术在中国使用的可行性研究

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摘 要：随着人们对节能减排和环境保护的意识加强，对于未来中国家用燃气采暖热水炉将采用何种燃烧方式进行探讨。通过对大气式燃烧和全预混燃烧的比较，显而易见全预混燃烧有着巨大的优势，是大势所趋。尽管目前推广普及上有困难，但是我们仍需迎难而上，为创造舒适的环境做出一点贡献。

关键词：全预混燃烧；ErP；燃气采暖热水炉

随着目前中国经济的高速发展，国人的生活是越来越富裕。但是幸福感却越来约少。其他的都不说，但就这蓝天白云，目前基本已成一种奢望。天空基本都是灰蒙蒙的。也正因如此，人们对环境污染问题越来越关注。拿目前普遍使用的燃气采暖热水炉为例，在欧洲欧盟逐年出台了一些用来降低能源消耗及排放的指令，如《锅炉效率指示 92/42/EC结合标识指示92/75/EC》、《建筑能源消耗法令》、《可再生能源用于供热及制冷法令》、《耗能相关产品指令（ErP）》等。其中最引人关注的《耗能相关产品指令（ErP）》已经在2015年9月强制执行。这意味着在欧盟范围内无法销售普通的大气式燃烧的燃气采暖热水炉，必须使用效率更高，排放更少的全预混燃烧的燃气采暖热水炉。在这方面，欧洲已不止领先我们一步。我们目前采暖基本还停留在燃煤，烧秸秆等低效固体燃料。尚未普及燃气采暖，更别提使用全预混燃烧的燃气采暖热水炉了。好在我们的国家看到了这个问题，目前正在积极推广使用燃气。并率先在北京推行了新的锅炉排放标准DB11/ 139―2007。严格限制了排放，基本与欧洲的ErP指令要求持平。不过要完全符合这个标准，我们还有很长一段路要走。

关于DB11/ 139―2007的排放要求，基本就限制了普通的大气式燃烧的燃气采暖热水炉的使用。因为大气式燃烧燃烧腔温度较高，容易产生大量的氮氧化物。这是污染空气的主要成分之一。而且大气式燃烧过剩空气较高，带走了很多热量，降低了燃气采暖热水炉的效率，浪费了能源。因此必须使用全预混燃烧的燃气采暖热水炉才能满足标准的要求。

关于全预混燃烧是指燃气在燃烧前与足够的空气进行充分混合，在燃烧的过程中不再需要供给空气的燃烧方式。全预混燃烧的火焰短且传播速度快，燃烧器与换热器距离短，提高换热系数，燃烧室容积热强度很高，且能在很小的过剩空气系数下达到完全燃烧（通常α=1.05～1.1）。没有多余的空气带走热量，热效率高。全预混燃烧不产生燃料型氮氧化物，不产生快速型氮气化合物，降低了温度型氮氧化物的生成浓度。全预混燃烧方式也能降低一氧化碳的排放浓度。一氧化碳是由碳燃料氧化而产生的一种中间产物，燃料中最初的碳都先被氧化成一氧化碳，再进一步被氧化成二氧化碳，由于全预混燃烧在燃烧前已经完成了燃气与过剩空气的均匀混合，可以在很大程度上保证每一个燃气分子周围都有充分的氧气分子存在从而进行充分燃烧，因此全预混燃烧的产生的一氧化碳排放浓度很低。

大气式燃烧与全预混燃烧方式对比：大气式燃烧也叫部分预混燃烧，靠燃气压力通过喷嘴喷射燃气，燃气的流动通过文丘里管将周围的空气引入部分空气作为一次空气达到部分混合，混合了部分一次空气的燃气从燃烧器火孔喷出进行不完全燃烧，将二次空气引入到火焰周围与没充分燃烧的燃气形成二次燃烧，一次燃烧与二次燃烧火焰相加火焰长度较长，火焰温度较低。为了防止火焰接触到换热器形成不完全燃烧，通常将热交换器放置在离燃烧器较远（130mm左右）的位置。否则，二次空气靠热交换器上部的风机吸入炉腔，炉腔内为负压，燃烧热质点密度小，影响热交换器的换热效率，也影响热交换器的使用寿命。另外，一次火焰燃烧后没燃烧的燃气分子接触到二次空气才燃烧，接触的概率相对减少了，若想增大接触概率则需加大过剩空气数α。过多的不参与燃烧的二次空气虽然使燃烧充分了，减少一氧化碳的含量，但带走了燃烧腔的热量，降低了效率。过剩的氧气与氮气还会生成氮氧化物。大气式燃烧产生的一氧化碳、氮氧化物较高，燃烧效率较低。另外，大气式燃烧由于燃烧不充分产生积碳既损坏机器又损害环境。相比之下全预混燃烧方式的火焰温度高，火焰短，燃烧的火焰离换热器近，换热系数高，燃烧效率也高。

既然全预混燃烧这么好，为何我们国家目前没有大面积推广呢？目前我们面对的主要问题是：一、成本，全预混燃烧所需要使用的零部件成本较大气式燃烧的零部件要高出30-60%。这在目前以价格为主导的中国市场是个不小的负担。由于最终消费者对两种不同的燃烧方法使用的感受区别不明显，因此大部分消费者在国家没有相关补贴的前提下不愿意多花钱买节能环保的产品。因为很多人觉得多花的钱，在今后的使用中不一定能省出来。这个情况在欧洲也一样，在没有补贴的国家全预混燃烧的燃气采暖热水炉普及率不高。在有补贴的国家，基本家家户户都是全预混燃烧的产品。二、安装调试，由于全预混燃烧方式的稳定性较差，稳定燃烧的范围较小，当燃气与空气的配比不对时可能连点火都困难，这就要求安装调试人员必须具备专业的安装调试设备和技能才能使机器安全、稳定工作。对调试设备的投入和对调试人员的培训对于生产厂商来说都是一笔不小的成本。三、售后维护，由于全预混燃烧会产生些许的固态结晶物，因此为了保证机器的正常运行，需要对全预混燃烧的采暖热水炉进行定期的清洗。一般来说一年要清洗一次。但是目前消费者没有对采暖热水炉进行定期清洗的习惯，更谈不上收费清洗。这样就造成收费清洗消费者不愿意，不清洗机器不能正常使用，消费者投诉的恶性循环。很多厂商为了避免此类纠纷，不愿意推广全预混燃烧的采暖热水炉。四、燃气供应不足，目前我国的燃气资源还比较匮乏，目前燃气的使用优先用于烧饭做菜。很多地方限制使用燃气进行采暖。每到冬天的用气高峰，燃气公司可能会在天然气中掺一些液化气，以保证燃气供应。一般这种掺气的做法对于大气式的燃烧来讲没有什么问题。因为大气式燃烧过剩空气多，所以就算燃气成分有所变化，所需的空气始终够用，燃烧不会产生什么问题。而全预混燃烧是根据所使用燃气的成分事先设定好的燃烧配比，多少燃气配多少空气。当燃气成分发生变化，燃烧配比被破坏，就会产生爆燃，回火，点火困难等现象，影响正常使用。

虽然目前看似困难重重，但是未来的方向非常明确，全预混燃烧将是今后的主流。我们目前所面临的问题，会随着全预混燃烧的普及成本降低，安装维护人员素质的提高，用户使用习惯的进步，加之向国外采购燃气弥补不足，慢慢解决。也许这需要一段时间，不过我们要坚定我们的发展方向。不要因为目前的困难而断言全预混燃烧技术不适合中国。要知道欧洲也是经过了近30年的时间才从大气式燃烧转换为全预混燃烧。我们要有信心，发挥中华民族吃苦耐劳的精神和聪明才智必定会战胜困难，让世界对我们刮目相看的。