1、引言

全预混燃烧方式被证明是降低烟气排放和提高燃烧设备热吸收效率最佳方式，其工作原理是将燃气和空气按照固定的比例混合，然后从燃烧器表面喷出燃烧，这种燃烧方式已经被广泛地应用于燃气热水器行业，尤其是冷凝机器上。

2、风机前负压全预混工作原理和分析

全预混燃烧时，如何保证燃气和空气以稳定的比例混合是非常关键的，现行主流的全预混燃烧系统图如图1所示。

该系统是由风机为空气和燃气的吸入和混合提供动力，风机吸力作用下在文丘里的喉部产生负压pventuri，空气的进入量由空气进口压力pair和pventuri之间的压差确定，而燃气的进入量由燃气进口压力pgas和pventuri之间的压差决定。其中燃气阀的作用是控制并稳定燃气的供气压力，我们通过伺服系统psignal的联动作用使pgas=pair，然后通过燃气截流口面积的调节，使进入燃烧器内部的燃气量与空气量维持在一个恒定的比例。

3、风机后正压全预混的工作原理和分析

我们将主流的全预混燃烧方式进行改造，将风机置于燃气与空气混合之前，即风机后预混燃烧系统，其系统图如图2所示。

此时由于pair在风机之后，为正压，利用伺服调节系统psignal产生的联动作用原理，用皮托管将阀门的取压口psignal与空气通道的取压口pair连接起来，使psignal=pair，从而pgas=pair，空气的进入量依旧由空气进口压力pair和pventuri之间的压差决定，燃气的进入量由燃气进口压力pgas和pventuri之间的压差决定，此系统依旧能满足全预混燃烧维持燃气和空气混合比的条件。

4、两种系统的初步测试结果对比

采用一台额定功率为73kW的容积式热水器作为试验样机，其现有的燃烧方式为风机前全预混，对其在额定燃气压力（2000Pa）与额定电压（220V，50Hz）下的燃烧测试结果如表1所示。

我们将其改造为风机后全预混式系统，同样对其在额定燃气压力（2000Pa）与额定电压（220V，50Hz）下的不同风机转速进行测试，结果见表2。

从测试结果可以看出，在额定供气压力下，改装后燃烧系统在低功率下运行时火焰状态及烟气排放都是正常的，但在功率加大（伴随着风机风速增加）时，火焰出现不稳，空燃比也不能保持稳定。问题分析如下：一般来讲，风机前预混中pMix（燃气与空气混合处的压力）为负值，风机后预混的p'Mix为正值，p'Mix>pMix，而最大燃气流量为K(pSupply-pMix)1/2，在相同的燃气供气压力下，风机前预混能达到的负荷，风机后预混则不一定能达到，所以火焰不稳是由于燃气供气压力的不足导致燃气流量不足。可见，如果提高燃气供气压力，应该可以避免这种现象的发生。

5、改进与应用分析

我们将燃气的供气压力提高至4000Pa，其他条件不变，重新进行了测试，测试结果见表3。

分析发现，提高供气压力到一定值后，燃烧系统在不同负荷下均能稳定燃烧并保持排放的稳定。

燃气的供气压力是有限定的，国标规定天然气的额定供气压力为2000Pa，另外在最低供气压力1000Pa的条件下燃气具应有可靠的工作性能，所以燃烧系统必须在该燃气压力下能够稳定地工作。

因此我们对更小功率的容积式燃气热水器进行了测试对比，使用风机前预混式燃烧系统，在1000Pa燃气供气压力及额定的电压下，燃烧测试结果见表4。

当更改成风机后预混后，在最低供气压力1000Pa及额定电压下，燃烧测试结果如表5。

从测试结果看，在最低供气压力下，风机后预混与风机前预混的功率相当，烟气分析结果也接近，所以风机后预混式的燃烧系统在这款小功率的热水器上可以替代原有风机前预混系统。

6、结论

风机后全预混燃烧系统的优势在于燃气不流经风机内部，因而如果对风机密封性及防静电性能要求不高，可以用普通、便宜的直流风机代替。这款热水器原本使用铸铝蜗壳风机，改进后可以使用镀锌板做的普通直流风机，成本节省相当可观。

其劣势在于风机后压力为正值，在相同的功率下所需最低供气压力比风机前预混要高，又或者说在相同的供气压力下，风机后预混系统能达到的最大功率要小。所以风机后全预混系统适用于小负荷、系统阻力小和调节比较小的机型，或者适合在燃气供气压力较高的条件下使用。