几种进口燃烧机高压点火装置的比较

文章编号: 1001- 1609( 2001) 02- 0036- 05 几种进口燃烧机高压点火装置的比较 张晓鹏, � 胡红利, � 周玉铭 (西安交通大学, � 陕西 西安 710049) A COMPARISON ON ELECTRONIC IGNITERS OF SOME IMPORTED COMBUSTORS ZHANG Xiaopeng, � HU Hongli, � ZHOU Yuming ( Xi� an Jiaotong University, � Xi� an 710049, China) 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 中图分类号: � TK16� 文献标识码: � A Abstract: � The principle of high voltage ignition and electronic ig� niter is introduced in this paper. The detail parameters of some fa� mous electronic igniters are presented. Through analysis and com� parison of some typical electronic igniters, the layouts of the electric poles for different combustors in which the different types of fuel are used are evaluated, It is of benefit to the designing and producing of national combustors. Keywords: � high voltage ignition; � combustor ; � electrode 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, 最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 收稿日期: 2000- 10- 18; � 修回日期: 2001- 01- 11 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。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] : ∀36∀ April 2001 � � � � � � � � � High Voltage Apparatus � � � � � � � � � � � � Vol. 37 � No. 2 Ub= 2. 7+ 1. 4l 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,最小点火能量与 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,最小点火能量随电极间距的减小 而增加。图 1为最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最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, 所需的最 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分, 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220V/ 50 Hz 的电源, 经电源变压器 T1后成为电压较低的 电源,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 T 3的初级释放,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。 ∀37∀2001年 4月 � � � � � � � � � � � � � 高 � 压 � 电 � 器 � � � � � � � � 第 37卷 � 第 2期 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。 表1 � 美国 Honeywell产品 Satronic 系列电子点火器工作参数表 型号 初级 次级电压/ V 频率/ Hz 电压/ V 频率/ Hz 点火间距/ mm 功率/电流 ZT801 230 50 2% 7 000 20 000 3~ 5 50 VA ZT802 240 50 2% 7 000 21 000 3~ 5 50 VA ZT812 220/ 240 50 1% 10 000 22 000 2~ 3 50 VA ZT815 110/ 240 50/ 60 1% 8 000 24 000 2~ 3 50 VA ZT870 220/ 240 50 1% 16 000 50 000 2~ 5 17 mA ZT900 220/ 240 50 2% 7 000 20 000 2~ 3 40 mA ZT930 220/ 240 50 2% 7 000 20 000 3~ 5 40 mA 表 2� 瑞典 Danfoss 产品 EBI 系列电子点火器工作参数表 型号 初级 次级电压/ V 频率/ Hz 电压/ V 频率/ Hz 点火间距/ mm 功率/ VA EBI 230 50/ 60 1% 15 000 20 000 2. 5~ 5 60 EBIM 230 50/ 60 2% 7 500 20 000 2. 5~ 5 60 EBIIP 230 50/ 60 1% 11 000 20 000 2. 5~ 5 60 表 3 � 意大利 BRAHAMA 产品 E 系列高压点火器工作参数表 型号 初级 次级电压/ V 频率/ Hz 电压/ V 发火率/ % 点火间距/ mm 电流/ mA TRE 510PC 220/ 230 50 1% 7 000 连续 < 6 10 TRE 820 220/ 230 50 2% 5 500 20% , 3 min < 6 20 TRE 820P 220/ 230 50 1% 11 000 20% , 3 min < 6 20 TRE 820PC 220/ 230 50 1% 11 000 连续 < 6 20 TRE 1135P 220/ 230 50 1% 14 000 25% , 4 min < 6 35 ∀38∀ April 2001 � � � � � � � � � High Voltage Apparatus � � � � � � � � � � � � Vol. 37 � No. 2 表 4� 意大利 BRAHAMA 产品 G 系列高压点火器工作参数表 型号 � � 初级 � � � � 次级电压/ V 频率/ Hz 电压/ V 发火率/ % 点火间距/ mm 电流/ mA TRG 1015C 220/ 230 50 2% 7 000 连续 < 6 15 TRG 1015C 400 50 2% 7 000 连续 < 6 15 TRG 1020C 220/ 230 50 2% 7 000 连续 < 6 20 TRG 1035 220/ 230 50 2% 7 000 25% , 4 min < 6 35 TRG 1230 220/ 230 50 2% 8 500 25% , 4 min < 6 30 表 5� 意大利 BRAHAMA 产品 S 系列高压点火器工作参数表 型号 初级 次级电压/ V 频率/ Hz 电压/ V 发火率/ % 点火间距/ mm 电流/ mA TRS 515PC 220/ 230 50 1% 7 000 连续 < 6 15 TRS 610PC 200/ 230 50 1% 8 400 连续 < 6 10 TRS 623P 220/ 230 50 1% 8 400 25% , 4 min < 6 23 TRS 708PC 220/ 230 50 1% 9 800 连续 < 6 8 TRS 812C 220/ 230 50 2% 5 500 连续 < 6 12 TRS 818C 220/ 230 50 2% 5 500 连续 < 6 18 TRS 818PC 220/ 230 50 1% 11 000 连续 < 6 18 TRS 820 220/ 230 50 2% 5 500 25% , 4 min < 6 20 TRS 820P 220/ 230 50 1% 11 000 25% , 4 min < 6 20 TRS 830P 220/ 230 50 1% 11 000 25% , 4 min < 6 30 TRS 1020 220/ 230 50 2% 7 000 连续 < 6 20 TRS 1030 220/ 230 50 2% 7 000 25% , 4 min < 6 30 TRS 1220 220/ 230 50 2% 8 450 25% , 4 min < 6 20 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。 ∀39∀2001年 4月 � � � � � � � � � � � � � 高 � 压 � 电 � 器 � � � � � � � � 第 37卷 � 第 2期 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最佳位 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: 张晓鹏( 1962- ) , 男,福建福州人, 硕士, 西安 交通大学能源与动力工程学院工程师, 从事锅炉燃烧过程及 自动控制的相关研究。 ∀40∀ April 2001 � � � � � � � � � High Voltage Apparatus � � � � � � � � � � � � Vol. 37 � No. 2