燃气壁挂炉的比例阀调节应用技术

提高燃气壁挂炉的调节比
—从气动比例控制到电子比例控制
摘要：
本文介绍了欧洲壁挂炉燃气阀控制技术的发展趋势—从气动比例式燃气阀控制到更高调节比的电子比例调节燃气阀控制，以及霍尼韦尔预混冷凝式燃烧控制技术的特点。

关键词：壁挂炉，冷凝，预混，调节比（TDR），气动比例式燃气阀，电子比例式燃气阀，节能，高效
正文：
传统燃气壁挂炉总是远离人们的视野，只有在它故障不工作而导致洗澡的热水不热或者居室内的采暖不足感到寒冷的时候，才有人关注它。

当需要热水的时候，传统燃气壁挂炉一般采用固定的燃烧功率，仅需要开关功能即可。

配合热水储水箱，可以提供采暖或生活热水所需温度。

可是按照当今燃气壁挂炉有关节能方面的考虑，这种加热方式十分不理想，具体来说有以下的固有的效率低的缺陷：
开/关循环时的热量损失
热水在储存时的热量损失
温度控制并不精确，相对于设定点时高时低
虽然目前最终用户对燃气壁挂炉的认识还是相当有限的，但我们同时也注意到越来越多的用户在对产品的良好品质，生活方式和环境保护有着更高的要求，这就意味着在燃气壁挂炉故障停机之前，用户就开始关注它了。

一些房东和建筑商向他们的客户做宣传促销时，会宣传某些燃气壁挂炉以下的特色和优点来赢得客户的青睐：
每月的运行成本低
环保型的住宅采用对环境无污染的产品
洗澡时大流量的恒温热水
居住空间内舒适的温度
根据客户的生活习惯，居室内温度易于设定
为了促进用户去意识到现代燃气壁挂炉的好处，仍然有更多的工作需要我们来做，但我们已经有了一个正确方向。

有一个参数可以帮助我们推广以上的各种优点，那就是燃气壁挂炉的调节比（TDR）。

持续增大调节比，燃气壁挂炉的优势将进一步得到加强。

燃气壁挂炉调节比（TDR）的定义
调节比（TDR）为燃气壁挂炉在持续燃烧情况下，最大功率和最小功率之比。

越大的调节比，燃气壁挂炉有越大的火焰比例调节能力。

在特定燃气压力范围内，能提供持续恒定的出水温度，不受出水流量或使用模式的影响。

通过控制燃气出口压力和混合来控制负荷。

举例：
25kW燃气壁挂炉调节比（TDR）为5：1，这就说明它的最小负荷可以达到5kW
调节比（TDR）和燃烧方式
调节比对燃气壁挂炉效率的影响和燃烧器类型有关
大气式燃烧器（有一次风和二次风），电子或机械式燃气比例调节需要达到特定的比例。

调节比（TDR）对燃气壁挂炉的燃烧效率有着负面的影响，尽管它没有频繁开/关循环时的热损失。

假设只是控制燃气流量，进风风机转速恒定或不带风机，CO2%将会随实际功率变化而改变。

如果采用比例调节的风机和燃气进气量进行比例配风，可以实现恒定效率。

但是大气式燃烧不能够设计成冷凝高效式壁挂炉，除非增加一个二次换热器，才有可能增加部分热效率。

预混式燃烧器为获得可靠的燃烧效果，需要固定的燃气/空气比，需要控制燃气和进风风压，通过比例控制燃烧器火焰，燃气壁挂炉可以在一个特定的燃气-空气流量范围内火焰保持持续燃烧。

调节比（TDR）通常对热效率有着正面的影响。

这种燃烧方式需要同时控制燃气和空气以达到恒定的λ（空气过量系数）或CO2%值。

负荷越低（在调节比之内），燃气壁挂炉的排烟温度越低，换热器内的烟气冷凝就越多，从而热效率越高，小火焰和进风量增加了热交换且降低排烟温度。

高效率的预混式燃气壁挂炉，调节比（TDR）越大，温度调节精度越精确。

高调节比（TDR）的优点
调节比（TDR）越大意味着调节火焰由小功率到大功率的的调节范围越大，满足更加宽广的加热需求。

这将有助于获得更加精确和稳定的输出温度。

无论是几人同时洗澡大量热水的需求，还是地板采暖保温时很小的加热需求，燃气壁挂炉可以在保证热效率的同时提供合适温度的出水量。

这意味着一台燃气炉可以满足更加广泛的应用，制造商可以减少这一范围内的产品型号，为生产厂家、经销商、批发商、安装公司以及最终用户产生真正的商业利益。

这些切实的利益促使不断地提高燃气壁挂炉的调节比TDR到10：1，这样一来意味着一台
40kW的锅炉最小可以比例调节到4kW，这将非常受用户欢迎，比如家里可以建造更多浴室，可以提供更多的生活热水（40kW）。

同时在地板采暖时只需要个很小的功率（4kW）。

尤其在当今新的建筑规范要求建筑用保温材料建造，热量损失更少，所以需要采暖的功率更小。

高调节比（TDR）不仅有助于在控制方面更加高效，而且用户在使用方面更加感到舒心。

如何实现高调节比（TDR）
预混式燃烧器，在小负荷下的调节精度至关重要。

λ（空气过量系数）或者CO2%需要在整个比例调节带保持恒定，所以燃气和空气的调节比至
关重要。

预混式燃烧器只允许有比较小的CO2%比例带，在过高的λ值（空气过量）时，火焰会脱火，而在偏低的λ值时，燃烧器表面会产生大量的热量而导致燃烧器损坏，所以需要精确的燃气和空气控制。

燃气和空气控制有两种基本的方式：
1. 气动燃气空气控制
2. 电子燃气空气控制
1）气动燃气空气控制
空气通过进气口（进风孔或文丘里管）产生的空气压力降，并且将这个压力和预混燃气阀的特别燃气调节器相连接，燃气通过喷射器的压力降将和风压降一致（燃气/ 空气 1：1）。

因此燃气和空气混合（λ或者CO2%）在整个比例调节范围保持恒定比例。

如果调整1：1燃气空气比例（偏移量），将会导致两用炉在低负荷CO2%逐渐增强的变化。

∆P 空气
∆P 燃气P 环境
通常，气动预混式锅炉可靠运行系统的最大的调节比（TDR ）为6：1。

基于这种气动比例控制原理，霍尼韦尔提供宽广的燃气控制阀。

功率从十几千瓦，一直到900千瓦。

从1990年开始，霍尼韦尔已经销售了超过7百万只这种气动比例控制阀，在欧洲市场占有率超过40%，成为市场领导者。

霍尼韦尔预混冷凝式燃烧控制系列产品
dP
dP 空气 锅炉负荷
CO 2
偏移量调整= dP 燃气- dP 空气
气动燃气/空气比例控制-偏移量调整
a d j u s t m e n t
2）电子燃气空气控制
电子燃气空气比例控制系统，燃气和空气量通过电子系统关联控制。

这种系统能够很大程度改善误差。

该系统需要一个或多个传感器来控制燃气空气的比例和精确电子比例燃气阀（基于压力或流量）。

基于这种流量传感器、压力传感器或燃烧传感器的信号反馈到燃气阀的电子比例控制装置。

这种控制还有一个优点是在λ（空气过量系数）改变时，能自适应控制。

实现了完全免调整和燃气自适应，可以根据燃气的品质或气种变化自行调整。

电子燃气空气控制系统的调节比（TDR）要求比气动比例更高。

为了实现自适应系统，电子燃气空气控制可以通过当今的高精度的燃气阀和传感器技术，以及采用补偿和反馈系统来实现。

测试结果表明：电子燃气空气控制调节比（TDR）可以达到10:1。

预混式燃烧系统的调节比（TDR）限制
最大燃烧器端压力受控于所选择风机的最大转速。

预混燃气阀的功率需要和风机相匹配，以达到所需恒定的燃气空气比例。

最小的燃烧器端压力受限于燃气空气比例控制的精度。

举例（气动燃气空气1：1压力比例控制）：
当最小的dPgas 为50 Pa，且最大的偏移量为5 Pa (+/- 10%)，则最大的CO2%偏移量为 +/- 0,5%。

当最小的dPgas 为30 Pa，且最大的偏移量为5 Pa (+/- 16.7%)，则最大的CO2%偏移量为 +/- 0,83%。

最小的delta P越低，调节比（TDR）越高，CO2%公差带也越高，燃烧也越不稳定。

采用更加精确和可靠的预混燃气阀和/或传感器可以设定更小的最低负荷燃气空气流量，而且CO2带也会更加窄，实现高调节比（TDR），表现优异且运行可靠的控制系统。

如果CO2%带运行超出了燃烧器特定的范围，将会导致燃烧器过热损坏、火焰脱火或有噪声产生。

为什么电子燃气空气控制可以提高调节比（TDR）
控制燃气和比例的传感器技术和精确控制的电子比例燃气阀是获得高调节比（TDR）的关键。

这种前馈和后馈系统能达到高调节比（TDR），燃烧反馈系统能提供可靠的解决方案。

有了这些反馈系统，就能监测到燃气成分的改变并通过调整混合比例来校正，该系统的最大优点就是它的自适应免调整性。

这些系统已经研发出来但是还没有得到广泛的应用。

霍尼韦尔已经在一些系统中采用了这种技术并显示了良好的可靠性。

将来的燃气具设计正向着更高调节比（TDR）的趋势进行。

霍尼韦尔预混冷凝式燃烧控制系统概览。