关键词：燃气采暖热水炉；C形火排；火焰；空气系数；烟气
1 前言
人们的家庭生活离不开家用燃气具的使用，特别是燃气采暖炉、燃气热水器和燃气灶具的使用，它们能为人们的取暖和淋浴带来所需的热水、烹饪食物带来所需的热量，但是家用燃气具在使用过程中会产生一定量的烟气，烟气中CO含量均会对人体健康产生一定的危害。测定燃气采暖炉烟气中的CO的含量不仅可以衡量燃气燃烧是否完全，还可以评价燃烧产物的污染程度。因此家用燃气具国家标准对烟气排放有着严格的规定，超出国家标准规定的烟气排放量的家用燃气具是不允许上市销售的。随着经济的发展，使用燃气采暖炉的用户也在飞速增加。由于燃气采暖炉功率较大，使用时间较长，所以分析燃气采暖炉燃烧产生烟气中CO含量，对生活中产生的烟气排放量有着重要指导的作用。
2 燃烧基础分析
下面以甲烷为例对燃烧化学反应进行分析。甲烷的燃烧反应十分复杂，它是经过许多级中间反应才完成的，其真实反应过程如下：
(1)CH4+O→CH3OH
(2)CH3OH+O→CH2(OH)2
(3)CH2(OH)2→CH2O+H2O
(4)CH2O+O→CHO(OH)
(5)CH(O)→CO+H2O
(6)CO+O→CO2
上述反应中的O是活性氧原子。上述6个反应中第1 级与第6级活化能最大，反应最慢，需要的反应时间最长。CH4燃尽需要第6级反应才能完成，由于外界的影响可能出现反应中间过程终止，导致不完全燃烧产物出现。尤其是第6个反应，若不能完全进行，将引起烟气中CO产品上升，甚至超标。烟气中的CO含量必须严格限制，为了防止CO引起人身中毒事故，所以降低烟气中CO含量是壁挂炉开发设计中的重大课题。
壁挂炉正常运行时，出现的回火、脱火、黄焰现象都会引起CO含量增大。从图1可知影响CO含量的最大因素便是燃烧器的空气系数a和燃烧器的火孔强度q。针对这一现象，下面专门对不同火孔形状及不同火孔面结构的火排进行研究，需求一种不存在图1四个不良区内的性能较好的火排。
3 试验火排的结构
常规C形火排内部流道由收缩段、喉口、混合段、扩压段、头部、火孔六部分组成。各部分的性能作用如下表：
C形火排在燃气热水器及燃气采暖炉上得到了广泛的应用，前人也做过大量的试验研究，对收缩段、喉口、混合段、扩压段、头部研究得相对比较成熟。在此前提下，本文针对火孔及火孔面结构进行试验研究，进一步优化烟斗式火排的结构与性能。
I 燃烧器①火排
此种火排的火孔呈横向条形分布，火孔面为平面。外形结构如图3所示：
II 燃烧器②火排
火排②整体结构、火孔形状与火排①保持一致，火孔面为正V形面，如图4所示：
此种火孔面为正V型结果，火焰根部与火排接触面积更大，火焰根部扎得更稳，燃烧稳定性会提高。
III 燃烧器③火排
火排③整体结构、火孔形状与火排①保持一致，火孔面为倒V形面，如图5所示：
此种火孔面为倒V型结果，燃气从火排孔喷出向两边扩撒，能够吸收更多的二次空气参与燃烧，燃烧更充分，CO含量会相应减少。
IV 燃烧器④火排
火排④整体结构与火排①保持一致，火孔由圆形火孔和方形火孔组成，能将燃气分布得更加均匀，其火孔面积与条形火孔的面积相同，火孔面为平面，如图6所示：
V 燃烧器⑤火排
火排⑤整体结构、火孔形状与火排④保持一致，火孔面为正V形面，如图7所示：
VI 燃烧器⑥火排
火排⑥整体结构、火孔形状与火排④保持一致，火孔面为倒V形面，如图8所示：
4 单独火排试验装置及测试
以上六种燃烧器先后安装在同一台模拟燃烧器燃烧的装置（使用12T天然气）上测试，使用相同的喷气管及喷嘴，保持喷嘴到燃烧器的引射口距离不变。调整不同气压从200Pa到1200Pa下燃烧，观察火焰状态。试验装置如图9所示，
火排①②③为相同条缝形火孔，对应火孔面分别为平面、正V形、倒V形，单独对火排燃烧测试观看火焰得知随着气压增加火排①出现了离焰，火排②内焰始终均匀稳定，火排③内焰被分离变硬、变矮和变倾斜；火排①外焰高度不一，火排②外焰比较均匀稳定，火排③外焰高度不一且出现黄焰。从比较结果知道火排性能排序为②③①。
火排④⑤⑥为相同条圆形加方形的火孔，对应火孔面分别为平面、正V形、倒V形，单独对火排燃烧测试观看火焰得知随着气压增加火排④内焰硬度和高度出现了不一致，火排⑤内焰始终均匀稳定，火排⑥内焰部分被分离开始变斜变硬；火排④外焰出现高度不一，火排⑤外焰比较均匀稳定，火排⑥外焰高度基本一致。从比较结果知道火排性能排序为⑤⑥④。
5 整机试验测试
1）六种火排分别安装在同一台26kW普通燃气采暖炉，使用12T天然气在洗浴状态模式下通过调节参数在不同负荷进行测试CO及CO2对比。
烟气测试数据如下表：
从以上三个图表的曲线变化可知在不同负荷下，燃烧火排②的uCO含量最低，其次为⑤；火排③的uCO含量变化比较稳定；火排①与④变化较大，抗干扰能力较差。试验结果验证了对单独火排测试的验证结论。
2）在以上试验条件中，对六种燃烧器在洗浴模式下满负荷燃烧，对风机进行降风量试验对比uCO及CO2含量变化的情况。
烟气测试数据如下表：
从上表中的曲线变化可知，在不同风速下，燃烧火排②的uCO含量最低，火排④变化较大，抗干扰能力较差。
从测试数据可以看出，火排结构及火孔形状相同只是火孔形式不同的火排①②③相比，在相同的条件下，uCO含量有所降低；火孔总面积相同而火孔形状结构不同的火排②与④相比，其uCO含量有所下降。
6 结论
1）相同条件下，火排结构及火孔的形状相同，改变火孔平面结构，可改变火孔热强度及空气系数，从而改善烟气中uCO的含量。
2）相同条件下，火排结构及火孔总面积相同，改变火孔形状结构，可改变火孔热强度及空气系数，从而改善烟气中uCO的含量。
参考文献
[1] 郭全，燃气壁挂锅炉及其应用技术，中国建筑工业出版社，2008年
[2] 夏昭知，伍国福，燃气热水器，重庆大学出版社， 2002年
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[4] GB25034-2010《燃气采暖热水炉》中国标准出版社，2010年