大热负荷调节比全预混冷凝壁挂炉的设计探讨
2018-05-11 16:07 来源：中国壁挂炉网 浏览量：3164
摘要：本文简要介绍了大热负荷调节比全预混冷凝壁挂炉系统的构建原理以及应用特点，讨论了其中关键部件的基本原则和运行模式。此机型主要利用调节燃空混合物（燃气——空气混合气）的出气口开度，改变对应该预混器所能适用的最大功率和最小功率，能使热负荷调节比得到更大，对用户的使用更加便利和舒适。
0引言
随着生活水平的不断提高，人们对壁挂炉的要求也不断的提高，据市场上的信息了解，需要具有大范围热负荷调节比的冷凝式燃气壁挂炉来满足市场需求，然而大范围热负荷调节能提供更舒适的恒温生活热水及家庭供暖需求，能更好的适应用户的用水需求。目前市场上大热负荷调节比的燃气热水器及壁挂炉都是常规大气式燃烧机型，且多半是采用分段燃烧来实现大热负荷调节比。分段燃烧是把参与燃烧的火排分成N部分，通过调节燃气比例阀及参与燃烧的火排数量来决定输入热负荷大小。其主要意义是为了冬夏用水需求不同而对输入功率需求有所区别，冬天水冷须全负荷燃烧，才能满足用户的用水需求，但是夏天水温较高，就只需要一半的火排燃烧就可以满足了（如分成了2段燃烧，夏天就只有一段火排参与燃烧），所以在燃气比例阀最小热负荷输入状态下只有一半燃烧器参与燃烧，就能得到更小的热负荷输入。
在全球资源紧张缺乏时代及气候变暖问题已成为人类生存和发展新的挑战，发展低碳经济，倡导低碳生活是形势所趋。然而冷凝式燃气壁挂炉在节能、环保上具有重要的意义，在发展壁挂炉行业当中，冷凝式燃气壁挂炉是发展的方向，而最终会代替普通壁挂炉。目前冷凝式燃气壁挂炉最大的热负荷调节比也只有4:1（最大输入热负荷与最小输入热负荷之比），为此开发一款大热负荷调节比的冷凝式壁挂炉来满足市场上的需求，并更能体现节能和环保意识是非常必要的。
1结构设计原理
要设计大热负荷调节比的全预混冷凝式机型，首先要满足在额定热负荷要求的前提下尽量降低最小热负荷的输入，得到最大的热负荷调节比是机型设计的基本原则。本机型设计是采用前预混冷凝式壁挂炉系统作为整机基础，加入分段式预混器。对分段式预混器燃空混合物出气口的开度进行调节，得到对应该预混器所能适用的最大输入功率和最小输入功率，所以采用分段式预混器进行燃空混合物出气口的调节，是获得更大热负荷调节比的关键结构部件。分段式预混器是通过在预混器出气口处安装一个电磁开关阀体，通过改变电磁阀的开启与闭合状态，产生预混器出气口的最大开度和最小开度，从而起到对燃空混合物进行限流作用。图1、图2是分段式预混器在开启状态与关闭状态时的内部结构示意图。
由图1所示可以知道，当电磁阀没有电源接通时，处于关闭状态，内置弹簧由于拉力的作用，阀体膜片被弹簧向上拉起，而此时预混器的燃空混合物出气口处于最大状态，燃空混合物也就处于最大流量。
由图2所示可以知道，当电磁阀有电源接通时，处于开启状态，电磁阀产生的推力克服内置弹簧的拉力作用，阀体膜片被电磁阀向下顶起，而此时预混器的燃空混合物出气口处于最小状态，燃空混合物也就处于最小流量。
为了燃空混合物在燃烧过程中处于最佳状态，可以通过预混器上的调节螺丝配合燃气比例阀来调节燃气的流量，达到最好的混合比例。图3为燃气比例阀与分段式预混器组合结构原理图。
如图3所示，前预混系统所使用的分段式预混器安装在风机进口，则分段式预混器的前压Pa1为大气压。因此，无需空气取压管，阀上的取压口位置直通大气即可。Pa2为分段式预混器出口压力，即风机进口压力。
当需要提高燃烧负荷时，首先提高风机转速，使风量增加，此时分段式预混器出口压力Pa2减少，经分段式预混器及燃气输送管道，使调节阀膜片上侧的压力Pg也减少，调节阀被开大，燃气流量增加，则热负荷输入增加。
当需要降低燃烧负荷时，调节过程则相反。所以风机转速减少时，使风量减少，此时分段式预混器出口压力Pa2增加，经分段式预混器及燃气输送管道，使调节阀膜片上侧的压力Pg也增加，调节阀被关小，燃气流量减少，则热负荷输入减少。
同理可得，风机在某一转速，当分段式预混器的电磁阀处于关闭状态时，预混器开口开度处于最大，风量大，预混器出口压力Pa2小，使调节阀膜片上侧的压力Pg也变小，调节阀被开大，燃气流量大，则热负荷输入大。
当分段式预混器的电磁阀处于开启状态时，预混器开口开度处于最小，风量小，预混器出口压力Pa2大，使调节阀膜片上侧的压力Pg也变大，调节阀被关小，燃气流量小，则热负荷输入小。
由数据表1、表2、图4、图5可知，壁挂炉设备在预混器混合物出气口最大开度时对应的最大功率为32kW（对应风机转速4800r），最小功率为6.04kW（对应风机转速1200r），而在预混器混合物出气口最小开度时所对应的最大功率为12.8kW（对应风机转速6000r），最小功率为2.69kW（对应风机转速1200r）。
由此可得在预混器混合物出气口最大开度时，壁挂炉设备可以达到的热负荷调节比是5:1，在预混器混合物出气口最小开度时，壁挂炉设备达到的热负荷调节比也是5:1。所以对整机可能达到的最大热负荷和最小热负荷而言，分段式预混器能把32kW前预混冷凝式壁挂炉的热负荷调节比达到10:1以上。
2整机系统的运行模式
预混器混合物出气口处于最大开度是设备默认状态，所以当设备启动后，在冬季或夏季模式时，PCB主控板都不接通电磁阀电源，预混器混合物出气口处于最大开度，壁挂炉按照程序的控制正常运行，在此状态下其功率的变化范围在32kW～6kW。
当用户对负荷需求不断减小时，把供暖温度或浴水温度设置较低，PCB主控板一直会对设置温度和实际温度作出对比，而此时6kW（1200r）的负荷热输入仍然过大，所需温度未能达到用户的设置温度（实际温度大于设置温度），PCB主控板就会接通电磁阀电源，使电磁阀处于开启状态，预混器混合物出气口开度由最大切换成最小，同时风机转速会根据设置的温度由1200r（2.69kW）逐渐增加，输入热负荷也就随之增加，使壁挂炉达到设置温度所对应的热负荷。
同理当壁挂炉处于预混器混合物出气口最小开度状态运行时，而用户对负荷需求却不断增加时，把供暖温度或浴水温度设置较高，PCB主控板一直对设置温度和实际温度作出对比，而此时预混器混合物出气口最小开度所对应的最大输入负荷12.8kW（6000r）的负荷热输入过小，所需温度未能达到用户的设置温度（实际温度小于设置温度），PCB主控板就会断开电磁阀电源，使电磁阀处于关闭状态，预混器混合物出气口开度由最小切换成最大，同时风机转速会根据设置的温度由4800r（32kW）逐渐减小或不变（不变是因为32kW都未能满足功率输入），使壁挂炉达到设置温度所对应的负荷。
由以上所述可得到以下功率、风机转速在运行中的变化曲线。
3结束语
本论文对分段式预混器从原理及结构上进行了介绍，并在整机系统的运用和控制作出了简要分析，所以在预混器出气口处安装一个电磁开关阀体，通过改变电磁阀的开启与闭合状态，改变预混器出气口的最大开度和最小开度，对设备的最大负荷和最小负荷进行控制，得到更大的热负荷调节比是可行的，由此更能满足用户对用水的需求指标，实现节能、环保。
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