进口燃烧器高压点火装置的比较

 
 
 
摘要：本文介绍了高压点火原理以及电子点火器的工作原理和工作过程，提供了几种典型电子点火器的详细参数，通过对几种进口燃烧机电子点火器的分析比较，得出了不同燃料燃烧器电极布置的方案以及不同放电位置的优劣。这对目前我国国产燃烧机的设计与生产和对进口燃烧机的选型与维修具有一定的参考价值。 
关键词：高压点火；燃烧机；电极

1  前言 
随着国家对环境保护的日益重视，各城市对废气、废水等的排放都加以严格限制。燃煤锅炉的烟尘是造成城市大气污染的主要因素之一，为了实现“还我一片蓝天”的美好理想，现在许多大中城市已禁止燃煤锅炉运行，取而代之的是燃油、燃气锅炉。在燃油、燃气锅炉中，比较主要的部件是燃烧机，而高压点火装置是燃烧机中关键的电子部件之一。由于进口燃烧机所附资料均不提供其所带高压点火装置的原理电路、性能及参数说明，而仅提供外型尺寸、外部接线等极其简单的单页说明，这就给我国的燃烧机代理、用户带来了相当的不便，同时也给国产燃烧机的设计与成套加大了难度。笔者在近十年的时间内，对多种进口燃烧机及其高压点火装置进行过选型与调试，陆续收集到了一些相关资料，在此提供给大 
家，希望对业内人士有所帮助。 
目前，在我国市场上有八个国家的数十种燃烧机，常见的有德国的 Weisaupt、SAACHE、MAN、Elcoklockner，法国的 CUENOD、Guillot、SICMA、RADIANT，美国的 Johnson、Power Flame，英国的 NUWAY，意大利的 FBR、baltur、UNIGAS、Riello、ECOFLAM，荷兰的 Purlpher，瑞典的 Bentone和韩国 ABC、Sookook 等。虽然燃烧机的品种繁多，但其高压点火装置却仅为有限的数种。除了个别燃烧机配备本土产的高压点火装置外，在其余十几种燃烧机中，其高压点火装置基本上都是采用国际上几个知名公司的产品，如意大利的 BRAHAMA、瑞典的 Danfoss、法国的 Landis 和美国的 Honeywell 等。

2  高压点火及其装置的原理简介 
2.1 高压点火的原理 
高压点火又称为电火花点火，是应用广泛的一种点火方法。当电火花从燃气或雾化的燃油中通过时，燃料很快由良好的绝缘体变为良好的导电体。随着两极间电压的增高，电场逐渐加强，燃料中的带电体被电场加速，运动着的带电粒子与分子发生非弹性碰撞。当碰撞剧烈到一定程度，分子就被电离，从而也变成了带电粒子。带电粒子的浓度以指数级数增加，开始时的微小电流被放大几百万倍，产生一个大电流。这一过程所需时间取决于所加电压与击穿电压的比值。击穿电压取决于燃料成分、电极形状、极间距离以及燃料的温度与压力条件。击穿电压可按下式近似计算［1］： 
Ub=2.7+1.4l

式中：Ub——击穿电压(kV)；l——极间距离(mm)。 
当电极间距大于临界距离时，比较小点火能量与电极间距无关；而当电极间距小于临界距离时，由于电极本身的吸热，比较小点火能量随电极间距的减小而增加。图1为比较小点火能量与电极间距、电极尺寸的关系曲线，燃料为11%的甲烷空气混合气体。   
  
放电电极的形状也对比较小点火能量的大小有一定的影响，如图2所示，在相同的电极间距和电极尺寸条件下，放电点越尖，其本身吸热越少，所需的比较小点火能量也就越小。

 
2.2高压点火装置的原理简介 
高压点火装置是燃烧机上的电子核心部件之一，虽然其价格仅占燃烧机总价的很少一部但它担负着重要的燃料点燃工作。高压点火装置的失效，轻则燃烧机无法工作，影响生产；重则可能造成锅炉爆炸。尤其是当高压点火装置未完全失效时，燃料已大量喷入炉膛，熄火保护装置尚未动作，此时高压点火装置突然点火，将会造成非常严重的后果。由此可见高压点火装置的重要性。 
高压点火装置一般由整流电路、振荡电路、升压部件及放电电极组成。整流电路将220 V/50 Hz 的交流电进行整流、滤波，转变为直流电；振荡电路的作用则是根据放电频率，将直流电再振荡成交流电；升压部件将振荡后的交流电升压，以达到可以电离空气的高电压，再利用高压硅堆形成高压脉冲电流；放电电极则是由特殊材料制成的，置于燃料出口。各部件输出波形如图3所示［2］。 
图4是点火装置的原理电路简图。交流220 V/50 Hz 的电源，经电源变压器 T1 后成为电压较低的电，然后经过整流桥 B 将交流电源变为直流脉冲电源，再经过电容C1 的滤波，就得到了直流电源，这一部分即为整流电路。振荡电路由电阻R1、三极管 BG 和升压变压器 T2 的初级构成，振荡后由升压变压器T2 进行一次升压，然后由高压二极管或高压硅堆 D 整流，得到高压直流电。该直流电经电阻R2 对电容C2充电，同时在大电容C3 上储备能量。当C2 被充电到一定电压时，双向二极管 D2 开启，触发双向可控硅SCR 导通，此时电容C3已储备了相当的能量，该能量通过回路电容C3、双向可控硅 SCR 和二次升压变压器T3 的初级释，此时在二次升压变压器的次级上就产生了高电压。该高压经放电电极击穿一定厚度的空气后放电，从而完成脉冲点火的一次放电点火。电容 C3在放电后又再次充电，从而进行一连串的充放电过程，在电极间就产生了一系列放电火花，完成一次点火过程。 
3  高压点火装置的比较 
3.1几种典型高压点火装置的参数 
Honeywell 是美国生产的高压点火装置，其中常用的 Satronic 系列电子点火器是以固态继电器为基础设计的。不同于传统的铁芯式变压器，它通过内部点火电路，在次级产生高频、高压电火花。该系列电子点火器的工作参数由表1给出。 
Danfoss 是瑞典生产的高压点火装置，EBI 系列电子点火器常用于燃油和燃气燃烧机的点火。它是采用电子变频产生高压的原理进行工作的，适用于间歇点火，在3 min 内，35℃ 的条件下发火率为33%；60℃的条件下发火率为20%，表2给出了该系列电子点火器的工作参数。 
BRAHAMA 是意大利生产的高压点火装置，分为 E、G 和 S 三个系列，均采用高性能的点火变压器来升压。表3、表4和表5分别给出了它们的工作参数。

3.2高压点火装置的比较 
高压点火装置的比较包括固态继电器电子点火器与点火变压器电子点火器的比较；单极型、双极型以及中间接地的双极型电子点火器的比较；不同燃料燃烧器电极布置的比较以及不同放电位置优劣的比较。 
采用固态继电器的电子点火器与采用点火变压器的电子点火器相比，使用了较为先进的固态继电器升压技术，具有体积小、重量轻、发热低和工作可靠等优点。但由于采用了价格较为昂贵的固态继电器，从而使整个电子点火器的成本增加，价格较采用点火变压器的电子点火器高出许多。对于上述知名品牌的点火变压器电子点火器，经过了数十年的现场使用证明，其工作可靠性与寿命不比固态继电器电子点火器差，与电热丝点火器相比，要强出许多。后者是早期使用(国内现在尚有使用)的用于燃油燃气燃烧机的点火装置，该点火装置虽点火可靠，但点火速度慢、点火丝寿命短，所需的功率也较大，目前在国外已被淘汰。 
电子点火器的输出分为单极型、双极型以及中间接地的双极型，以适应不同的燃烧器设计。所谓单极型，其输出只有一个电极，另一个电极在点火器的内部或外部接地(即接燃烧机外壳)。在工作时，电极对地放电，产生火花，引燃燃料气体。其特点是较为安全可靠，使用方便，仅需引出一个电极加以绝缘即可。需要注意的是对于外部接地的单极型电子点火器，切记不能将两极接反否则可能会引起电子点火器乃至整个控制设备毁坏。所谓双极型，其内部与单极型的内部基本一样，只是另一个电极不接地。在工作时，是两极间放电来引燃燃料气体的。其特点是使用灵活，但安全性不如单极型，且需对两个引出电极加以绝缘。中间接 
地的双极型是采用带有中间抽头的点火变压器或采用两个固态继电器来实现的。在工作时，它可以用两极间的放电来引燃燃料气体，也可以用两极分别对地的放电来引燃燃料气体(不常有)，此时要求有较高的输出电压。采用两极间放电的特点是布置灵活，可放置在理想的点火位置而不受喷嘴位置的影响，适用于对点火位置要求较严的燃料。与单极型相比，每个电极对地所具有的电压仅为单极型的一半，这有益于电极引线的绝缘，相对来说也比较安全。 
在放电点火方式以及电极的布置上，有对地放电和两极间放电之分。由于燃料气的易燃易爆性，故燃气燃烧机全部是采用较为安全的对地放电方式。由于燃气的成分不同，它们的火焰传播速度也有较大的差异，对于火焰传播速度较低的燃料，采用预混式燃烧，点火方式是电极对稳焰盘或侧壁放电，如图5所示。对于火焰传播速度较高的燃料，采用后混式燃烧，点火方式是电极对喷嘴放电，如图6所示。燃油燃烧机有一部分是采用对地放电的方式，另一部分则是采用两电极间放电的方式。对地放电又可分为几种方式，一种是单电极对喷嘴放电，另一种是单电极对稳焰盘放电，还有一种是双电极对喷嘴放电。两电极间放电可分为一电 
极接点的假两电极放电以及真正的两电极间放电两种方式，所谓的假两电极放电是指其中的一个电极实际上是接地的。单极放电强调的是其电气的安全性，因一个电极接地没有浮空的电极；而两极放电则强调的是点火的成功率，因其两极可以放置在点火区的比较佳位置。图7所示为单电极对喷嘴放电点火的电极位置示意图，图8所示为双电极或假两电极之间放电点火的电极位置以及两个单电极(并接于同一个点火器输出极)对喷嘴放电点火的电极位置示意图。 
4  结语 
通过上面的分析与比较可以得出：采用不同升压部件的电子点火器，虽然工作原理不同，价格不同，但都能够满足点燃燃料的需要。不同的输出形式(单极型、双极型和中间接地的双极型)各有其优缺点，有的侧重于安全性，有的则侧重于灵活性。燃用不同燃料的燃烧机必须选择相应的电子点火器以及不同的电极布置方式，否则有可能安全得不到保障或者无法引燃燃料。对于燃料为燃气的燃烧机，考虑到安全性的影响，必须采用单电极点火方式；而对于燃油燃烧机，为了获得较好的点火位置及较高的点燃率，建议采用双极型的点火方式。

参考文献： 
［1］姜正候燃气工程技术手册［M］.上海：同济大学出版社，1993

［2］(英)劳顿、(英)塞主编电气工程师技术手册［M］.北京：机械工业出版社，1991作者简介：