介绍冷凝式燃烧和全预混技术原理，采用集成燃烧控制系统技术原理及优势，指出将常规设计的燃气壁挂炉的燃烧器、预混腔、风机、热交换器组件及其他附件的功能集成为一个功能单元，可以大幅度减小燃烧系统的体积，不仅降低制造成本，而且利用该系统可制造体积更小更紧凑的产品同时集成燃烧控制系统具有功率调节范围大等特点。最后，介绍了集成燃烧控制系统在整机上安装的试验。
关键字：燃气壁挂炉冷凝全预混燃烧集成
0引言在当今世界燃气采暖行业中，冷凝式采暖壁挂炉的市场发展令人瞩目。将燃烧控制部件紧凑地组装为一个热力单元的集成燃烧控制系统，具备常规设计的燃气壁挂炉的燃烧器、预混腔、风机、热交换器组件及其他附件的功能，大幅度减小了燃烧系统的体积，不仅降低制造成本，而且利用该系统可制造体积更小更紧凑的产品同时集成燃烧控制系统具有功率调节范围大等特点,对于促进冷凝式燃气壁挂炉的技术发展具有重要的意义。
1冷凝式燃气利用技术提高燃气壁挂炉热效率的技术发展主要围绕：
一是燃气要完全燃尽，为使燃气燃尽需要燃气与空气之间充分、均匀的混合，并提供燃烧所需的充足的氧气
二是需把排烟温度降到烟气露点以下，使烟气中的水蒸汽冷凝释放出其潜热，燃气释放出的总热量便增加。
因此，要求冷凝式壁挂炉的燃气和空气在燃烧前能得到均匀混合并保持稳定的比值，使燃气燃烧充分，同时合理的换热器结构能够将排烟温度降到露点以下，烟气中水蒸汽冷凝并释放出汽化潜热，热效率比常规产品高10%以上，具有明显的节能效果。
1.1水蒸汽冷凝的条件水蒸汽的冷凝与换热器冷凝段的热交换过程密切相关。在冷凝段换热器上由于吸热量小，肋片根部与水温间的温差也小，一般为1～2℃左右。肋片上的温降约为5℃。排烟温度与肋片顶端间的温差在设计中宜大于20℃。按我国供暖规范，供暖热水温度为95℃，回水温度为70℃若按欧洲供暖规范，供暖热水温为75℃，回水温为50℃(当用地板供暖时，热水温度为40℃，回水温度为30℃)。在回水温度为50℃条件下，如果仍采用大气式燃烧方式(过剩空气系数为=1.7，露点49℃)与肋片管换热器，则肋片顶端温度便会升到56℃，排烟温度会随之升到70℃附近，均大于烟露点，水蒸汽将不会冷凝。所以，燃气壁挂炉实现水蒸汽冷凝，只有采用全预混低氧燃烧方式，使过剩空气系数从1.7降到1.2，露点相应地从49℃提高到54℃，高于回水温度，才能实现稳定的水蒸汽冷凝。同时，将肋片管换热器改为光管换热器，使管外壁温度下降到51℃左右。这样，便能满足换热器壁面温度低于烟气露点，出现水蒸汽冷凝，实现冷凝运行。所以，欧洲的冷凝式两用炉都几乎采用光管换热器、全预混燃烧器和低氧燃烧方式，主要目的是为了实现冷凝运行。试验结果显示，当排烟温度为60℃时，水蒸汽冷凝放热占壁挂炉输入热量(即燃气低热值)的6%左右，冷凝现象在提高热效率上的作用是显着的。
1.2全预混燃烧过程过剩空气系数对热效率的影响也比较大，所以，必须要合理选择过剩空气系数。过剩空气系数不一样，烟气中的水蒸汽的露点温度也不相同。过剩空气系数越小，烟气中的水蒸汽的露点温度就越高，烟气中水蒸汽的冷凝比额就越高，热效率也就相对提高。在相同的排烟温度下，过剩空气系数从1.7(烟气中的O2含量9.1%)下降到1.2(烟气中O2含量3.7%)，热效率提高了3%～4%。而要把烟气中的O2含量从9.1%下降到3.7%，必须采用全预混式燃烧器。同时，全预混低氧燃烧方式能有效减少烟气中有害物质CO、NOx、SOx，CO2排放量，减少烟气热量损失，提高整机的热效率。
全预混式燃烧的一般原理如下：
1.转速可调风机(变频调速风机)控制燃烧空气的吸入量，从而控制壁挂炉系统的功率变化。
2.燃气阀根据空气量的变化调整输入的燃气量的变化量，使空燃比在整个壁挂炉功率调节范围内恒定，不需要额外的二次燃烧空气的补充，保证稳定燃烧状态。
3.系统需要混合器来协助空气与燃气的充分混合，混合器的方式有很多种，文丘里结构最普遍。
4.全预混燃烧需要支撑表面，燃烧支撑表面的物理性能直接关系到多种燃烧参数。图1是一个具有代表性的全预混系统图，采用风机前预混方案，其流程为：变频调速的燃气风机启动，在混合器中产生负压，部分空气将由此进入混合器内与此同时，燃气阀得到来自混合器内的风压反馈信号，将燃气阀内的开关阀打开并且根据风压信号调整燃气阀内校正阀的开度，相应体积流量的燃气从燃气阀进入混合器中与空气进行混合并一起进入风机，在风机作用下达到充分预混的状态，通过导气管、燃烧室进入表面燃烧器，由点火变压器发出的火花引燃。此外，还存在另外一个方案风机后预混，见图2。与风机前预混方式相同，风机启动在混合器内产生压力信号启动燃气阀，燃气不经过风机直接进入混合器，在其中与空气混合，形成混合气通过导气管、燃烧室进入表面燃烧器，由点火电极发出的高压火花引燃。
在欧美冷凝式壁挂炉市场，风机前预混方式与风机后预混方式均普遍存在(见图3，图4，图5)。然而，无论是风机前预混方式还是风机后预混方式，它们的共同点是：变频调速的燃气风机、混合器和输送空燃混合气的导气管都是必不可少的，因此，采用全预混方案的壁挂炉，其整体尺寸往往会比常规同类产品大很多，在居住面积偏小的家庭接受全预混产品的程度会受到一些影响。
2集成燃烧控制系统目前解决全预混燃烧系统外形尺寸偏大的方案，就是将燃烧控制部件紧凑地组装为一个热力单元的集成燃烧控制系统，具备常规设计的燃气壁挂炉的燃烧器、预混腔、风机、热交换器组件及其他附件的功能。图6是一种有革新意义的结构非常紧凑且高效的S集成燃烧控制系统：该热引擎被设计于最先进的冷凝壁挂炉的心脏部位，它将冷凝壁挂炉中燃烧控制所需的部件以紧凑的结构整合在一起，提供了传统部件，如：燃烧器、预混腔、风机、热交换器舱门及其他附件所提供的所有功能。S集成燃烧控制系统的混合器用于获得空气/燃气混合物，混合气体输送到风机的进口，风机将气体输送到燃烧器的燃烧头，混合器包括多个管路，每个管路具有呈文丘里管形式的区域，该区域具有沿流动方向收缩/扩张的相邻部分并具有喉部结构，与喉部结构引入的气流混合的空气在收缩部分内输送，空气/燃气混合物通过管路的扩张部分输送到风机的进口。管路中每个通过互相分隔的燃烧器区域以防止内部气流交叉混合。第一密封件在多个管路的文丘里管中每个喉部结构处插入第一密封件具有通孔并可与第二密封件互换，由于燃烧器区域连通，通孔调整管路中某些文丘里管路的喉部结构，第二密封件具有相应的通孔，通孔相关的横截面的总体尺寸与第一密封件的相应孔的横截面的总体尺寸不同，从而根据所要求的热力性能要求将空气/燃气混合物输送到燃烧器的管中的流阻通过第一密封件与第二密封件调节管路的多个孔组成的总体横截面，由此来控制燃烧器(见图7)。S集成燃烧控制系统的最大输入功率可达40kW，功率调节范围最大可达1:10，烟气中CO含量低于1.010-4，NOx含量低于6.010-5，可配不锈钢盘冷凝换热器(见图8)，砂铸铝冷凝换热器(见图9)，波纹盘管冷凝换热器(见图10)等，设计成更紧凑更合理、体积更小的高效冷凝壁挂炉产品。
3试验测试通过利用S集成燃烧控制系统配不锈钢盘冷凝换热器进行了整机运行测试。试验测试结果如下：
3.1试验条件及方法
3.2燃烧测试数据试验结果显示：壁挂炉功率调节比在5.3:1范围内。偏移量和燃烧参数及排放烟气成分均正常，符合EN483和EN437标准要求。
3.3堵塞烟气和噪声测试通过降低风机转速，检测排放烟气成分，均符合EN483标准要求。壁挂炉在CH4、界限气不同进气压力下运行良好，无明显异常噪音。噪音评估必须和最终在壁挂炉整机状态下进行，这就需要安装在一个合适的密封腔体内，如需要可安装适当消声器来满足要求。
3.4试验小结S集成燃烧控制系统在整机试验全过程中，运行稳定，调节性能良好，由于结构紧凑、重量轻，可以显着提高整机的技术经济性。
4结束语采用全预混冷凝燃烧技术是目前燃气采暖壁挂炉的技术发展趋势。常规设计的燃气壁挂炉，其燃烧控制部件包括：燃烧器、预混腔、风机、热交换器组件，各自生产最后组装在整机上，整机结构尺寸较大。对于现在追求超薄时尚的需求市场来说，制约着冷凝式混壁挂炉的市场快速发展。而将燃烧控制部件紧凑地整合为一个热力单元的集成燃烧控制系统，具备常规设计的燃气壁挂炉的燃烧器、预混腔、风机、热交换器组件及其他附件的功能，大幅度减小了燃烧系统的体积，不仅降低制造成本，而且利用该系统可制造体积更小更紧凑的产品同时集成燃烧控制系统具有功率调节范围大等特点。具备强劲的市场竞争能力，对于促进冷凝式燃气壁挂炉的技术发展具有重要的意义。
