现代燃气热水器的新概念.docx
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现代燃气热水器的新概念
现代燃气具的新概念、新技术、新试验方法
建设部城镇燃气标准技术归口单位张维华
ISO/TC161“燃具自动调节和控制装置技术委员会”标准
ISO/TC161“燃具自动调节和控制装置技术委员会”(TC161标准中国批准单位是中国市政工程华北设计研究院)于2003年起,正着手迅速的把欧洲协调标准转化为国际标准,现以完成以下转换:
1.ISO23550-2004《燃气燃烧器具安全和控制装置基本要求》
由原EN13611-2000《燃气燃烧器具和燃气用具安全和控制装置一般要求》转换。
2.ISO23551.1-2004《燃气燃烧器具安全和控制装置特殊要求第1部分自动阀门》
由原EN161《燃具自动截止阀》转换。
3.ISO23551.2-2004《燃气燃烧器具安全和控制装置特殊要求第2部分燃气调压器》
由原EN88《进口压力小于200×105Pa燃气调压器》转换。
4.ISO23551.3-2005《燃气燃烧器具安全和控制装置特殊要求气动型燃气/空气比例控制器》
由原EN12067-1--1998《气动型燃气/空气比例控制器》转换。
5ISO23551.4-2005《自动阀门检测系统》
由原EN1643-2000《自动阀门检测系统》转换。
6ISO23552.1-2005《燃油燃气炉及燃气燃烧器安全控制规程电动型燃气/空气比例控制器》
由原EN12067-2--2001《电动型燃气/空气比例调节器》转换。
摘:
ISO23550-2004《安全和控制装置基本要求》还有以下内容,将逐步转换为国际标准。
——燃烧器自动控制器(EN298)
——燃烧器热电火焰监视装置(EN125)
——手动旋塞阀(EN332)
——机械恒温器(EN257)
——多功能控制器(FMC)(EN126)
——压力传感器(EN1854)
——零位调节器(EN12078)
把ISO燃气燃烧器具安全和控制装置标准变为我国国家标准或行业标准,然后把EN燃气燃烧器具整机标准转变为我国国家标准或行业标准,使燃气燃烧器具行业的我国国家标准或行业标准与国际标准接规。
先进的欧洲器具标准
现代标准特点:
考虑环境要求优先,在环境与安全要求、节约能源要求和贸易需要(型式检验用标准)间寻求平衡的原则。
在中国要符合GB1。
1、GB1。
2、GB20000。
4和GB20000。
5的规定。
——EN483—2001《集中供暖锅炉额定热输入不超过70KW的C型锅炉》
——EN297—2003《集中供暖锅炉额定热输入不超过70KW的B11型和B11BS型锅炉》
下面的EN677是EN483和EN297冷凝部分的技术要求的补充。
——EN677—1998《集中供暖锅炉额定热输入不超过70KW的冷凝锅炉的特定要求》。
没有冷凝部分内容的国外标准:
——EN26—2000《装有气体喷嘴的卫生用燃气快速热水器》标准。
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欧洲标准中产品分类
欧洲按燃具排烟方式分A、B、C三类。
A——直排式;A1;A2;A3;
B——半密闭式;B1;B2;B3;B4;B5;
C——密闭式;C1;C2;C3;C4;C5;C6;C7;C8;(密闭式见CJ/T228的分类)
其中:
A1——无风扇直排;
A2——风扇在换热器上方直排;
A3——风扇在燃烧器下换热器下方直排;
B1——带防逆风罩但无风扇的烟道式;
B1-2——带防逆风罩,风扇在器上方的烟道式;
B1-3——带防逆风罩,风扇在燃烧器下方的烟道式;
B1-4——带防逆风罩,风扇在一次烟道上的烟道式。
(防逆风罩上)
B2-1——无防逆风罩烟道式的烟道式
B2-2——无防逆风罩,风机在换热器上方的烟道式;
B2-3——无防逆风罩,风机在燃烧器下方的烟道式;
B3-2——同轴烟筒烟气排入公用烟道,风取自室内烟道安装处,风扇在换热器上方的烟道式;
B3-3——同轴烟筒烟气排入公用烟道,风取自室内烟道安装处,风扇在燃烧器下方的烟道式;
B4-1——烟筒上屋顶有防逆风罩烟道式;;
B4-2——烟筒上屋顶有防逆风罩,风机在换热器上方烟道式;;
B4-3——安装同上面,风机在燃烧器下方烟道式;;
B4-4——安装同上面,风机在防风罩上烟道式;;
B4-5——安装也可以从墙上排出烟气烟道式;。
B5-1——无防逆风罩烟气上屋顶烟道式;;
B5-2——无防逆风罩烟气上屋顶,风机在换热器上方,可以从墙上排烟烟道式;;
B5-3——无防逆风罩烟气上屋顶,风机在燃烧器下方,可以从墙上排烟烟道式;。
我国标准分类与日本标准相似,比较简单,自然烟道式、强排式、自然平衡式、强制给排气式、室外式等共5类。
标准适用范围不同
——例如EN26热水器标准:
适用:
A11AS型、B11型、B11BS型,(注意:
没有B2-2型的强排式)
适用:
C1~C8型,但其中不适用:
C3-1、C4-1、C5-1、C6-1、C7-1、C8-1型。
——EN483欧标锅炉标准适用C1~C8型;
但其中不适用C4-1、C5-1、C6-1、C8-1型。
——我国GB6932标准适用范围:
A型直排型被淘汰;
B型只有相当B1-1型的自然烟道式,还有相当于B2-2型的强排式;但EN26热水器标准适用范围中没有B2-2型的强排式。
我国目前的主要产品强排式热水器,不符合欧标标准的要求。
C型只有相当于C1-1型自然平衡式和相当于C1-2强制排气式、和相当于C1-3强制鼓风式。
燃具“卫生燃烧”的概念
在EN483或EN26标准定义中:
如果燃烧产物中没有任何可燃成分的痕迹(H、CO、CH)是指“完全的”燃烧概念(Complete);
相反如果燃烧产物中有显著的一种任何可燃成分,则燃烧被认为是“不完全的”燃烧,(Incomplete);
干燥的无氧燃烧产物中的CO含量被作为判定和区别“卫生”(hyginic)和“不卫生”(non-hyginic)燃烧的标准。
本标准规定了针对不同所有和试验的最高CO极限含量,如果CO含量低于或等于所允许的极限含量,则燃烧被认为是“卫生”的;如果CO含量高于或等于所允许的极限含量,则燃烧被认为是“不卫生”的。
燃烧安全检测
燃烧适用性和安全性有下面4个方面要求都是要检测的,否则检测是不全面的:
——无风条件下燃烧安全要求,主要检测设计和加工的燃烧安全;
——有风条件下燃烧安全要求,主要检测系统通风和排烟的燃烧安全;
——缺氧条件下燃烧安全要求,主要检测系统内外故障条件下的燃烧安全;
——环境条件变化时的燃烧安全要求,主要检测系统在自然环境条件变化时的燃烧安全。
关于气流监控装置
EN26标准和EN483标准都要求对空气流或烟气流进行监控,并且这种监控是和(卫生燃烧)烟气中CO要求相联系在一起的!
其实要求概括起来是两句话:
a.无论何时、任何条件下烟气中CO大于0.1%时不能启动运行。
b.无论何时、任何条件下运行时,烟气中CO大于0.2%时要切断运行。
气流监视装置有直接监控(连续流量监控)或间接监控(压力监控或风机电压监控、或分段流量监控)2种方法。
EN26标准中没有半密闭式强排燃气快速热水器。
是因为气流监视装置切断,需要对器具类型和烟道有严格的要求,是不平衡式半密闭强排燃气快速热水器不能实现的。
主燃烧器的点火方式:
欧洲标准目前主燃烧器的点火方式,都可以从以下5种中选用:
a直接点火
b长明点火燃烧器点火
c交叉式点火燃烧器点火
d间歇式点火燃烧器点火
e中断式点火燃烧器点火
用下面图示解释:
1.有点火燃烧器场合
点熄主点熄主点
火火火火火火火
长明火
点火
主火
间歇点火
点火
主火
中断点火
点火
主火
交叉点火
点火
主火
2.大型燃具自动点火场合
<10s<1s<10s<3s中断点火方式
最长时间
开关
电火花中断点火
开关连续和间歇
辅助点火点火方式
开
主火直接点火电点火方式
火花时间辅助主火时间熄火
点火检测安全时间
点火操作过程
燃气回路安全
GB6932国标对“燃气回路的构成”要求只有5.1.2.4条“通往主燃烧器任一燃气通路上,应设置不少于两道可关闭的阀门,两道阀门的功能应是互为独立的,气密性应符合表7规定的要求”。
这样的条款对使用水气连动阀的燃气快速热水器是正确的;但对于不使用水气连动阀的燃气快速热水器,而使用自动切断阀的燃气快速热水器是不准确的,尤其对使用比例阀的燃气快速热水器更是不准确的。
——EN26燃气快速热水器(小于45KW)
EN26适用的机型是AAS、B11、B11BS、C11、C12、C13、C21、C22、C23、C32、C33、C42、C43、C52、C53、C62、C63、C72、C73。
(EN26标准中没有B2型半密闭强排热水器)
注:
符合EN161“燃气自动切断阀”按气密力要求的分A、B、C、D4个等级;EN燃气具产品标准中使用的集成部件中,气密力符合EN161分级要求的阀定义为A)、B)、C)、D)4个等级。
EN26第6.2.12条“燃气回路的构成”,容许有3种燃气回路类型:
(以下仿宋体字是EN26第6.2.12条的内容摘要)
a.“无风扇的快速热水器,主燃气回路至少应有2个串联的阀门组成.。
一个通过控制水流控制主燃气回路燃气供给的水气连动阀,和作为火炎监控装置一部分的关闭阀或由火炎监控装置操作的至少是一个C级或C)级自动切断阀,阀可以被过热保护装置、大气式传感装置,烟气安全排放保护装置来操作“。
b.“带风扇的快速热水器、主燃气回路至少应有2个串联的阀门组成.。
一个通过控制水流控制主燃气回路燃气供给的水气连动阀,和一个作为火炎监控装置一部分的关闭阀,关闭阀也可以被过热保护装置、大气式传感装置,烟气安全排放保护装置来操作。
这对带风扇的、有常明火点火器的热水器是唯一的“。
(有常明火点火器时,关闭阀可以不是C级或C)级)。
c.“带风扇的快速热水器、主燃气回路至少应由两个C级阀或C)级阀组成。
其中一个C级阀或C)级阀被某种仪器探测到的水流大小和火炎监控装置控制,至少一个阀由过热保护装置控制。
两个C级阀应同步开启或不同步开启,但是必须同步关闭(≤5s)”。
EN26燃气快速热水器中主燃烧器回路有下面的解读:
A适用于燃气快速热水器的回路,是由水流控制的自动水气连动阀、火炎监控装置一部分的关闭阀或火炎监控装置控制的C级阀或C)级阀组成。
BEN26指出大气式传感装置是AAS型热水器使用的、而烟气安全排放保护装置是B11BS型热水器使用的;空气或烟气压力或流量监测装置是C型热水器使用的。
(EN26标准中没有B2型半密闭强排热水器)
CEN26第6.2.7条指出点火燃烧器中,适用于燃气快速热水器的点燃点火燃烧器,有手动点燃点火燃烧器(常明火)、用电火花点火器点燃点火燃烧器和自动电子控制器(符合EN298要求的)自动点燃的点火燃烧器3种。
DEN26标准对预清扫没有要求。
E EN26的7.8.3.1条要求热电式火焰监控装置的阀的气密力等级是C级阀或C)级;自动水气连动阀气密力等级是A级或A)级阀。
F可以发现燃气快速热水器的主燃烧器回路结构中,大量使用水流控制的自动水气连动阀目的是为快速得到热水。
G能与EN483燃气采暖炉主燃烧器回路结构相当的只有第3种C型快速热水器回路,但是 EN26标准并没有过多地解读C型快速热水器的具体要求;没有象EN483-2000的附录D那样的对C型主燃烧器回路结构作具体解释;也没有提到D级和D级以上比例阀的具体要求。
EN483(G/T228)标准对燃气回路安全要求
a.热电式火焰监控装置熄火保护阀为C)级;
b.比例阀为D级或D)级以上;
c.不使用水气连动阀。
主燃烧器回路要求:
(以下仿宋体字是EN483内容摘要)(附录D)
A.对不论有或没有风扇,但有常明火或交叉点火燃烧器的器具最低要求;
对有风扇、有预清扫的采暖炉最低要求。
a.直接点火
CD>250W同步关闭
CC>250W不同步关闭
b.带常明火
CC>250W不同步关闭
≤250W
c:
有交叉点火
CD)>250W
D)>250W
d:
交叉点火
CD)>250W
C)≤250W
CD)>250W
CD)>250W
B.对有风机、无常明火或交叉点火并且没有预清扫的最低要求:
(两C阀也同步关闭
>250W)
a.直接点火
CC>250W(主)
b.间歇点火
CC>250W(主)
≤250W(点)
c.间歇或中断点火
CC>250W(主)
C>250W(点)
d.间歇或中断点火
CC>250W(主)
C≤250W(点)
CC>250W(主)
CC>250W(点)
注:
1.单个气路上两个C级阀可以用一个B阀和D)阀代替;两个阀必须同步关闭。
2.无预清扫\带风扇采暖炉的必要条件之一时:
——有永久或交叉式点火燃烧器;
——热输入大于250W的燃气回路两个阀必须同时关闭,阀至少是两个C级或B和D
级。
——满足燃烧室保护特性要求(C11型)
——点火时不涉及燃烧室外的混合燃气(C12、C13)
——D级阀有气密性要求,但无气密力要求。
理解:
1.主燃气回路热输入大于250W时,器具有常明火或有交叉点火燃烧器、或有预清扫功能(第1个安全条件),主燃气回路上两个串联阀门容许有一个D级阀(还有一个C级(或以上)阀),但必须同步关闭两个串联阀门(第2个安全条件);主回路上两个串联阀门是C级阀时(或以上),又有常明火、或有交叉点火燃烧器、或有预清扫,两个串联阀门可以不同步关闭(第3个安全条件)。
如果主回路上两个串联阀门是C级(或以上)阀时,但器具没有常明火或有交叉点火燃烧器、或没有预清扫时,必须同步关闭两个串联阀。
换言之,常明火、交叉点火燃烧器、预清扫都可以起到一个阀门的安全功能。
2.常明火点火燃烧器热输入回路上小于250W时;点火燃烧器热输入回路上至少应有一个C级(或以上)阀;交叉点火燃烧器热输入小于250W回路上要有两个串联阀门,可以有一个D)级阀;在有风扇,器具小于250W间歇或中断点火燃烧器的回路上必须有一个C级阀。
如果有交叉点火燃烧器,或者有预清扫时点火燃烧器热输入大于250W,点火燃烧器回路上至少应有个D级阀;有风扇、没有常明火或有交叉点火燃烧器、没有预清扫的间歇或中断点火燃烧器的回路上必须有两个C级阀。
3.要求产生非易失锁定时必须同时关闭两个串联阀门;热电式火焰监控可以只作用于热电式阀,但时间控制在5s之内;
4.安全装置根据热电式火焰监控装置控制时,在发生闭合时应没有延迟;
5.两个不同步关闭的串联阀必须是C级以上的阀门;
6点火燃烧器热输入小于250W时,对最大安全时间不作要求;
7点火燃烧器热输入大于250W时,可直接点火,对有风扇的采暖炉不作点火极限试
验;
8.多次试点火时,每次要进行预清扫,安全阀的延迟时间不计算在最大安全时间内。
EN483中附录D中主回路的组成如下:
采暖炉类型中不包括A、B型,C41、C51、C61、C81型。
关于点火安全时间和熄火安全时间
关于时间概念较多,必须把概念搞清楚。
EN298有第1安全时间的概念:
即如果火焰检测器没有检测到火焰信号时,辅助燃气阀门、起动燃气阀门或主燃气阀门被通电与被断电之间的时间间隔。
第2安全时间:
如果火焰检测器没有检测到火焰信号时,在只有第1安全时间被用于辅助或起动燃气火焰时,第2安全时间是指主燃气阀门被通电和被断电之间的时间间隔。
所以第1安全时间和第2安全时间系指比较复杂的有辅助燃气阀或起动燃气阀的器具。
在程序设计上起动可能有起动的第1阶段和起动的第2阶段。
同时在第1安全结束和第2安全时间开始之前的时间间隔,是辅助燃气火焰和起动燃气火焰的检验周期,检验辅助火焰和起动火焰是否稳定,这些概念大都是有辅助燃气火焰的、较大热输入的器具。
EN483又定义了热电式的特殊时间和自动控制系统安全时间:
——热电式的特殊时间:
—点火持续时间T1A不大于30S;
—熄火延迟时间T1E大于35KW不大于60S
小于或等于35KW不大于45S;
——自动控制系统安全响应时间:
—点火安全响应时间不大于1S;
—再点火安全响应时间不大于1S;
—气流监控安全响应时间不大于10S;
—前清扫安全时间5S~15S
—熄火安全响应时间
无再点火(D阀)不大于5S;
有再点火不大于1S;
锁定时间不大于30S;
—内部故障响应时间间歇器具不大于3S;
连续器具不大于60min;
——点火时间和外部故障响应时间由开发商自定。
——间歇安全点火燃烧器的熄火安全响应时间不大于60S
再点火安全响应时间不大于1S;
自动阀门的“关闭功能”
关键词:
安全装置控制装置调节装置
为什么国际标准ISO23551-1、欧洲标准EN161、EN483和我国CJ/T228标准,都提出自动截止阀门的“关闭功能”要求?
这是由于欧洲90/396/EEC“燃气具指令”的基本要求中的3.10条规定:
“燃气具同时装备有安全装置和控制装置时,安全装置的功能必须不拒绝/否定控制装置”。
自动阀门是控制装置又是安全装置。
自动阀作为安全装置门的“关闭功能“概念:
第1种是自动阀门作为控制装置时,有“控制关断”(正常程序操作)和“安全关断”(故障程序操作)概念,还有非易失锁定和易失锁定等概念,这些都是控制装置影响安全装置的概念。
是上述安全装置的功能必须不拒绝/否定控制装置的概念。
第2种自动阀门作为安全装置时的“关闭功能”概念,是与上面程序操作概念完全不同的非程序操作“关闭功能”。
是安全装置本身应具有的“关闭功能”。
例如我们假设控制装置或程序操作发生故障,不能控制和影响安全装置时,安全装置仍然具有保证安全的关闭。
ISO标准要讨论的就是指自动阀门作为安全装置的第2种“关闭功能”的概念,这是一个非常重要的燃气器具系统“最后”的安全保证功能。
(例如:
EN483和GB14536。
1指出温控器和限温器是1类装置、过热切断器是2类装置)
“关闭功能”的概念
——燃气用具使用的自动截止阀门的种类非常多,目前有热电式阀、自吸阀、强吸阀、电磁蝶式阀、电磁阀、电磁式阀组、比例阀、水气连动阀等等。
标准要求适用于燃气燃烧器和燃气用具的自动截止阀门或由介质驱动的截止阀门(而且介质是由电动控制阀门控制的),提供“关闭功能”的关闭力和气密力是弹簧力。
——标准中的自动截止阀门是指通电时打开,断电时关闭的自动截止阀门。
有关定义如下:
1)机械驱动装置:
驱动阀门闭合元件的部件,一般指弹簧或介质。
2)驱动能:
移动闭合元件到开启位置所需之能或力,可由外部能源供给(电、气、液),并在阀门内转换为开启力。
3)开启力:
移动闭合元件到开启位置所需之力,这个力主要是电磁力或介质驱动力。
4)关闭力:
关闭阀门之力,与燃气压力无关,这个力是需要设计的,太大或太小都不合适。
5)气密力:
当闭合元件处在闭合位置时,作用在阀口上的力。
与燃气提供的压力无关;这个力是阀的最小关闭力,当这个力大于关闭力时,要产生燃气泄漏。
自动截止阀门有气密性和气密力要求,气密性是我们熟悉的概念。
气密性要求如下表:
公称尺寸(内径)
DN
最大泄漏量cm3/h(空气)
内部气密性
外部气密性
DN<10
20
20
10≤DN≤25
40
40
25<DN≤80
60
60
80<DN≤150
100
150<DN
150
自动截止阀门最小气密力的要求如下表:
阀门
测试压力kPa
允许的流量
A类
15
上表中内部气密性所给的值
B类
5
C类
1
或:
阀门
测试压力kPa
允许的流量
A类
16.5
2dm3/h
B类
5.5
2dm3/h
C类
1.1
2dm3/h
自动阀按气密力分级
1)A、B、C、J级阀:
在关闭件小孔面上有最小的气密力;气密力不因进口压力而减
少。
A、B、C级阀的气密力要求见CJ/T228标准和上表。
J级是蝶形阀(工作压力≥50kPa)
2)D级阀:
是不承受任何气密力的阀门。
3)E级阀:
E级阀的最小气密力是最大工作压力的1.5倍或大于15kPa,E级阀的气密力会随燃气进口压力而减少,但仍满足气密力要求。
一般指具有气密性要求的比例控制膜片阀。
(2阀组后面的阀即是)
4)球阀等只与摩擦力有关,当摩擦力大于5N时,其关闭力应是摩擦力的2..5倍;当摩擦力≤5N时,关闭力应是5倍的摩擦力。
——提供关闭力和气密力的弹簧材料要求
直径≤2.5mm的弹簧材料应当是耐腐蚀的材料;
直径≥2.5mm的弹簧材料可由耐腐蚀的材料制造或采取防腐蚀的措施。
气密力的检测
阀处于断电位置,用适用流量表,向阀供空气(驱动),压力增速<1毫巴/s、把空气接阀进口或出口,关键是使空气压力方向与阀关闭件关闭方向相反。
对A、B、C级阀,按规定压力测其泄漏量。
E级阀,增大空气压力到最大工作压力的1.5倍,超过1.5倍或150毫巴,使空气压力方向与关闭件方向相反,取最大测流量值。
J类阀门,卸下弹簧,压缩到关闭位置测量其弹簧力。
以电磁阀为例说明阀的“关闭功能”(剩磁问题)
弹簧开启力15%电磁开启力+剩磁力
关闭力
关闭功能
气密力
1弹簧的关闭力要大于气密力加15%电磁开启力加剩磁力,否则漏气了。
2电磁开启力最大,要克服弹簧关闭力后,同时阀开启到最大位置。
所以调试时要设计关闭力的大小,太大时:
提早关断(一般会比15%电磁开启力大);小时:
由于剩磁关不上,显然不合格,关键决定阀芯的热处理水平!
关于电气检测
电气外部、内部故障检验模式
一般电气安全性能要求:
——外壳防护等级要求;
——防触电等级要求;
——电气强度和绝缘电阻、泄漏电流;
——安装结构要求;
——控制器用途、耐久性周期、2型控制器漂移要求。
外部故障检验
——我国燃气具控制器中的启动和运行自检程序,如火焰电流故障、风机失速故障、点火器故障、器体过热、缺水保护、掉电保护、电源过压保护、电磁阀电压故障、风压开关异常等等,都是外部故障检验模式,没有下面内部故障检验模式。
内部故障检验
——配线错误不会影响安全;(GB14536.1H27.1.4非正常工作)
——元器件断路和短路故障,不会
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