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下鼓风变频风机控制方式在燃气采暖热水炉中的运用

日期: 2016-03-14
浏览次数: 131
摘要:
本文对燃气采暖热水炉定速罩极风机控制方式和下鼓风变频风机控制方式二种风机控制方式进行了阐述和解析,结合产品的特点及未来低碳经济的发展趋势,对其中的一种下鼓风变频风机控制方式进行了重点的剖析和阐述。
 
关键词:
燃气采暖热水炉;定速罩极风机控制方式;燃烧效率;风量;能源浪费;下鼓风变频风机控制方式;风机进风量;小火维持
 
0.引言:
随着国家低碳经济,节能减排政策的逐步升级,环保节能的大环境逐渐形成。家用燃气采暖热水炉的燃烧控制技术升级也势在必行。需要在原来的基础上能效(热效率)更高,同时废气排放量更少,烟气排放更环保。各个燃气采暖热水炉生产制造企业也在努力研究和开发,不断改进和提升家用燃气采暖热水炉的燃烧性能。据我所知,目前市面上销售的燃气采暖热水炉,绝大部分都是采用定速罩极风机控制技术。要实现热效率更高,烟气排放温度更低的前提就是要燃气的充分完全燃烧。下鼓风变频风机控制技术就是在此背景下诞生的,笔者就重点对下鼓风变频风机控制方式进行阐述和分析。
 
正文:
1. 定速罩极风机控制技术
在欧式普通家用燃气采暖热水炉燃烧控制过程中,罩极风机是定速控制的,无论是大火燃烧时还是小火燃烧时风机转速都恒定不变,这样的控制方式就会造成小火燃烧时风量过大,排走了热量,导致燃气采暖热水炉的燃烧效率下降;其次是当烟道排烟不畅堵塞或者逆风时,也会造成燃气采暖热水炉燃烧效率下降,废气排放超标,污染环境。当室内温度达到热平衡的状态下时,此时仅需小火燃烧维持即可,定速罩极风机在这种情况下仍然会以最大风量排风,造成不必要的能源浪费。罩极风机处在高温排烟口,高温烟气会加速罩极风机电机的老化,易导致风机发生噪音和风机性能衰减。         

定速罩极风机控制方式风机转速和比例阀电流关系,具体曲线如下图所示:

 

2013061309212263.png

2.罩极风机调速控制技术
风机风量与风机转速、烟道排烟的顺畅度(如逆风、堵塞等)都有关。逆风是随着环境的变化而变化的,无法控制,所以当出现风机风量不够时,必须对风机风量的变化进行检测、做出风量补偿控制,才能实现风机风量与燃气比例阀气量配比的最佳控制。因此,通过对风机风量的变化进行检测,并对罩极风机进行调速控制,做到风量补偿控制,可以提高燃气采暖热水炉的燃烧效率和减少废气排放污染。
目前在市场上已经出现了上吸风罩极风机调速,并且和燃气比例阀做了一定的对应配比调节,在效率的提升上有了一定的进步。但是上吸风罩极电机在性能和要求上还是有某些弱点,因上吸风罩极电机处在集烟罩处,此处烟气温度大于130度以上,高温烟气会对罩极电机和罩极电机上的调速器件造成影响,降低其使用寿命和可靠性。 因此需要在软件控制和硬件控制上都做一些特别的处理才能适合批量性的生产,从目前厂家的短时试用情况来看,普遍反应可以提高燃烧效率,获得一定的节能效果。
3. 下鼓风变频风机控制技术
目前市场上最理想和最成熟的风速调节方案是来自于日本和韩国类型的下鼓风变频风机技术控制方案,采用下鼓风方式控制风速,使风量和比例阀的燃气输出达到最佳匹配,风机电机的无极控制使变频风机的风量随着比例阀的燃气输出自动调节风机进风风量。达到风量的无极控制.因下鼓风风机需采用直流无刷变频电机,故此方案的成本要高于目前各燃气采暖热水炉生产厂家普遍使用的罩极风机的控制方案。因变频风机在实际使用中是固定于壁挂炉燃烧室下方,此处环境温度小于60度,进风口的空气也属于自然空气温度,环境温度和进风口空气温度都不高,所以对变频风机电机内的调速原器件的性能和寿命不会产生直接的影响,可以保证变频风机长期、有效、安全的工作。更有利于燃气采暖热水炉整机的质量稳定。

下鼓风变频风机控制方式风机转速和比例阀电流关系,具体曲线如下图所示:

2.png

 
为了使大家对下鼓风变频风机控制方式的节能效果有更深刻的理解和认识。笔者对相同功率采用定速罩极风机控制技术(型号:L1PB18)和下鼓风变频风机控制技术(型号:L1GB18)的燃气采暖热水炉各一台做了对比测试实验。
检验环境条件: 20 ℃、101.4kPa。
实验标准:GB25034-2010《燃气采暖热水炉》
实验室条件:
a) 实验室温度: 20℃±5℃;
b) 进水温度: 20℃±2℃;
c) 实验室温度与进水温度之差应小于等于5K
d) 其他条件应符合GB/T16411的要求.
热平衡条件:试验时的热平衡状态是指水流的出水和回水温度稳定在±2K内。
电源条件: 220V,50Hz。
燃气参数:华白数:(MJ/M3)50.73   燃烧势:40.3 额定燃气压力:2000Pa
主要检验仪器设备:
气象色谱仪,烟气分析仪,湿式气体流量计,整机测试台

器具按铭牌标示规定调整在额定负荷状态,运行达到热平衡后,用气体流量计测量燃气流量,气体流量计的指针运行一周以上,且测定时间不少于1min,将实测的燃气耗量按公式(1)换算成基准状态下热输入。当使用湿式流量计测量时,应用公式(2)对燃气密度进行修正;用dh 取代d。

3.png

式中:
Q—— 20 ℃、大气压101.4kPa、干燥状态下的折算热输入的数值,单位为千瓦(kW);
Hi —— 20 ℃、101.4kPa 基准气低热值的数值,单位为兆焦每标准立方米(MJ/Nm3);
V —— 试验燃气流量的数值,单位为立方米每小时(m3/h);
pg —— 试验时燃气流量计内的燃气压力的数值,单位为千帕(kPa);
pa —— 试验时的大气压力的数值,单位为千帕(kPa);
tg —— 试验时燃气流量计内的燃气温度的数值,单位为摄氏度(℃);
d —— 干试验气的相对密度的数值;
dr —— 基准气的相对密度的数值;
pS——在tg时的饱和水蒸气压力的数值,单位为千帕(kPa.)
测试部分负荷采暖热效率同上实验条件,器具运行达到热平衡后测试,以10 分钟为一个循环,根据最小热输入与额定热输入的百分比算出器具燃烧的时间t1,计算出在t1 时间内消耗燃气的体积V,并记录10 分钟内的采暖出水温度平均值θ1 和采暖回水温度平均值θ2,采暖水流量qV

按(3)(4)公式计算

4.png

经过测试热效率实验结果对比如下表(一):
 
型号
 
额定热输入时采暖热效率(%)
部分负荷下采暖模式热效率(%)
额定负荷下热水模式热效率
(%)
 
备注
L1PB18
88.2
84.6
88.3
上吸风定速罩极风机控制
L1GB18
92.6
96.5
92.5
下鼓风变频风机控制
特殊燃烧时按要求调至极限热输入时,不完全燃烧时,离焰燃烧时,有风燃烧时用烟气分析仪对烟道排出的烟气进行分析测试。结果如下表(二)
特殊燃烧时CO含量实验结果对比               表(二):
 
型号
 
极限热输入时CO含量(%)
不完全燃烧时CO含量(%)
离焰燃烧时CO含量(%)
有风燃烧时CO含量(%)
 
 
备注
L1PB18
0.033
0.151
0.007
0.007
上吸风定速罩极风机控制
L1GB18
0.003
0.019
0.001
0.002
下鼓风变频风机控制
由实验结果对比表(一),表(二)可以看出由于下鼓风变频风机可以控制风量和比例阀的燃气输出达到最佳的联动。比用上吸风定速罩极风机控制方式在热效率,CO含量等方面都有了很大的进步,节能和环保效果明显。特别是在部分负荷下热效率比用上吸风定速罩极风机控制方式提高了11.9%。效果特别显著。
 
 
总结:
1.    随着国家低碳经济的持续深入,环保节能的大环境,燃气采暖热水炉的技术升级势在必行,下鼓风变频风机控制技术的运用必将大放异彩。
2.    随着燃气采暖热水炉买方市场的日趋理性,下鼓风变频风机控制技术显著的节能效果,此技术在不久的将来将能得到更加广泛的运用和推广。
3.    上吸风定速罩极风机控制方式只是通过调节比例阀的电流来调节进气量,无论是最小燃烧功率和最大燃烧功率时,风机的转速都不变,热量损失大,燃烧消耗多。但下鼓风变频风机控制方式在电流调节比例阀进气量的基础上。风机的进气量通过PID控制来实现,可根据热负荷的变化,联动风机的转速变化,减少热量的损失,使空气和燃气完全配比燃烧。所以下鼓风变频风机控制方式的燃烧就比上吸风定速罩极风机控制方式的燃烧要更加完全和充分。排烟温度更低,热效率更高。

 

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