燃气/空气比例调节控制方案的分析

摘要：本文对比分析不同燃气/空气比例调节方案，得出三种方案的优缺点及其应用场合，重点介绍了机械式恒比例调节的控制实现。

关键词：比例调节 引射式 电子式 机械式 预混燃烧

1、概述

对于燃气预混式燃烧器，在燃烧过程中，特别是在负荷变化过程中始终保证燃气与空气的混合比例恒定，是保证稳定的燃烧工况、提高燃烧效率和减少污染物的排放的先决条件。因此，设计一个精确可靠的燃气/空气比例调节系统是非常重要的。特别是对全预混燃烧器，稳定的燃气/空气比例系数是实现稳定燃烧的基本条件。

实现燃气、空气比例调节的方式如下：对于普通的大气式燃气燃烧器，由于引射器在一定范围内具有自动调节能力，即当燃气喷嘴的流量发生变化时，被引射进入的一次空气量也会随之发生相应变化，这在一定程度上保证了燃气/空气比例的恒定；对于鼓风式预混式燃烧器，由于燃气和空气混合方式的不同，就需要使用调节装置实现燃气/空气比例的控制。目前实现这一功能的技术主要有两种：电子式恒比例控制技术和机械式恒比例控制技术。

2、燃气/空气比例调节方案

2.1 引射式比例调节

目前多数燃气燃烧设备采用的是引射式比例调节，其核心部件为文丘里管，它由收缩管、颈管和扩散管三部分部分组成，如图1所示。该种比例调节方式的缺点一是只能预混部分空气，二是当热负荷较大时，燃烧器结构比较笨重。以红外陶瓷板燃烧器为例，燃气引射空气的引射比需要达到1比10至1比11，对于液化石油气引射比需要高达1比35之多。要达到如此大的引射比，在目前陶瓷板的阻力和液化石油气的额定压力（2800帕）条件下，要达到足够的引射比，必须保证喷嘴与文吐利严格对中，文吐利管内壁光滑。否则也是不容易达到的。就是可以达到也会因负荷加大使引射器体积过分庞大，而不能使用。

现在的形势是，已经有了空气鼓风，完全可以考虑甩开燃气引射空气的引射器，利用空气与燃气的压力机混合。很明显在这种条件下，空气引射燃气将会大大地降低引射比，同时也会减小引射器的体积。

图1 燃气/空气引射式比例调节

1、收缩管；2、颈管；3、扩散管

2.2 电子式恒比例调节

电子式恒比例调节是利用流量传感器检测到空气流量信号，控制器根据该信号经相应的运算后控制燃气比例调节阀，以维持燃气与空气流量比例的恒定。该种控制方式经常应用于大中型燃烧设备。

图2 电子式比例调节

以我们研发的智能化中餐灶自动控制系统为例进行说明。该燃烧器设置三段火负荷，其燃气比例阀电流在不同火种时分别为：大火（DC180～250mA±5mA）、中火（DC130～220mA±5mA）、小火（DC120～180mA±5mA）。系统进入燃烧状态时需要调节比例阀电流参数，有三种火模式调节。系统在燃烧过程中切换火（小、中、大火）时，每一种火切换后风机运行至与火种相应：低速风机对应小火，中速风机对应中火，高速风机对应大火。

2.3 机械式恒比例调节

机械式比例调节是利用风压变化自动调节燃气流量的等比例控制技术。这种燃烧器的鼓风量与燃气流量联动，燃烧器利用控制器驱动空气蝶阀以改变空气路风压，风压信号通过连通管同步控制燃气阀的开度。工作时随着控制器信号的变化，空气蝶阀与燃气阀同时改变开度，从而同步控制空气量与燃气量，实现了对火焰大小的控制。

该调节控制方案中使用的燃气阀组主要包括：安全切断电磁阀EV1、伺服电磁阀EV2、伺服压力调节阀RP、零点迁移量调节器G/A、空燃比例调节阀RQ等组成，如图 3所示。

图3 燃气阀组控制原理

FL-进口过滤器；EV1-安全电磁阀；FLP-点火燃烧器过滤器；RP-伺服压力调节器；G/A-零点迁移量调节器；EV2-伺服电磁阀；RQ-空燃比例阀

图4 燃气阀组内部结构

1、燃气进口；2、安全阀；3、燃气喷嘴；4、空气取压管；5、进口测压口；6、出口测压口；7、比例调节

图4为这一系统的内部结构原理图，其工作过程如下：

当两个电磁阀EV1、EV2线圈均不得电时，在阀组入口处测得燃气压力为燃气额定压力。当电磁阀EV1开启时，点火燃烧器开始工作；当电磁阀EV2开启后，主燃烧器才能工作。

当需要提高燃烧负荷时，首先要提高风机转速，使风量增加，此时经空气取压管使得膜片上侧压力增大，指挥阀的阀口被关小。其结果是使得原经过指挥阀阀口、联通孔的燃气泄流阻力增加，进而使得经联通孔导入调节阀膜片下侧的压力增加，调节阀被开大，燃气流量增加。在此过程中，膜片上侧弹簧的位移很小，因此认为弹簧的弹力恒定不变。此时无论风量如何变化，均能保持比例关系。当需要降低燃烧负荷时，调节过程相反。

3、结语

（1）对比分析三种不同燃气/空气比例调节方案，实践上可根据实际情况自行选择设计。

（2）引射式比例控制简单，但不适用于完全预混式燃烧器。

（3）电子式比例调节控制对大中型燃烧设备较准确，但对家用型燃烧设备灵敏性不够。

（4）机械式比例调节控制采用文丘里引射管与燃气比例阀相结合的方式，能够较理想的实现燃空比例控制，可广泛用于燃气燃烧设备。

参考文献

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[2]同济大学，重庆建筑大学，哈尔滨建筑大学，北京建筑工程学院.燃气燃烧与应用（第三版）[M].中国建筑工业出版社，2000.

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