1概述自国家提出“煤改气”政策后，北方地区都在加快推进“煤改气”工程，燃气采暖热水炉被大众熟知，其销量快速增长。中国土木工程学会燃气分会燃气供热专业委员会调查统计数据显示，2017~ 2019年中国国内燃气采暖热水炉市场总销量为1 272万台，其中“煤改气”工程的燃气采暖热水炉销量占总销量的59.2%。燃气采暖热水炉市场发展迅猛，燃气采暖热水率安装不规范，导致给排气管堵塞等现象时有发生。在燃气采暖热水炉使用过程中，随着使用时间的延长，风机会出现老化或积尘等现象，导致风机性能衰减。这些现象的发生会影响燃气采暖热水炉的燃烧工况，出现燃烧产物中CO含量没有满足标准要求的现象，从而产生安全隐患。针对这些问题，《燃气采暖热水炉》（GB 25034—2010）中气流监控条款明确了测试方法和性能要求。随着“煤改气”工程的推进和北方地区的雾霾问题出现，部分地区在“煤改气”工程中对燃气采暖热水炉的氮氧化物排放提出了低氮要求，水冷低氮燃气采暖热水炉（以下简称燃气采暖炉）进入市场。由于该类产品的结构比较特殊，不同配置的产品其气流监控方式不同，标准中的测试方法不同，产品优化设计阶段的侧重点也不一样。因此本文将对不同配置下的水冷低氮燃气采暖炉的气流监控方式进行对比，分析不同配置的监控原理，明确其对应的测试方法、技术特点和存在的问题，为该类产品的优化设计提供参考。2气流监控装置的定义GB 25034—2010中气流监控装置的定义为：气流监控装置是当空气供应或燃烧烟气排放出现异常情况时，使燃气具安全关闭的一种装置。2.1气流监控测试方法GB 25034—2010中7.5.8规定了气流监控的测试方法，包括给排气压力监控和给排气流量监控。2.1.1给排气压力监控将器具设定在额定热输入状态，达到热平衡后，连续测量燃烧产物中的CO和CO2或O2含量，按照制造商的选择做如下之一的试验：（1）逐渐降低风机工作电压直至熄火；（2）使风机工作在能够点燃燃烧器的最小工作电压下，器具从冷机启动直到达到热平衡状态。2.1.2给排气流量监控将器具设定在额定热输入状态，达到热平衡后，连续测量燃烧产物中的CO和CO2或O2含量，按照制造商的选择做如下之一的试验：（1）逐渐堵塞给气管或排气管；（2） 堵塞给气管或排气管在使燃烧器处于刚能点燃的临界状态，器具从冷机启动直到达到热平衡状态；（3）逐渐降低风机工作电压直至熄火；（4）使风机工作在能够点燃燃烧器的最小工作电压下，器具从冷机启动直到达到热平衡状态。2.2气流监控装置气流监控装置主要包括气流产生装置和监控装置。根据燃气采暖炉的运行原理，气流的产生主要依靠风机。气流监控方法包括压力监控和流量监控，常用的压力监控装置为风压开关和风压传感器，常用的流量监控方式为风机转速监控。因此，气流监控装置主要包含风机、风压开关和风压传感器。2.2.1风机风机的作用是将燃气燃烧需要的空气吸入燃烧室内，同时将燃烧产生的烟气排到室外。主要包括罩极式交流风机和直流无刷变频风机。（1） 罩极式交流风机。罩极式交流风机采用的是罩极电机，该类风机在正常运行时，风机电压保持不变，则风机转速基本保持不变。当风机运行电压逐渐降低时，风机转速逐渐降低。当风机电压降低至某个电压值时，风机停止运行。目前多数水冷低氮燃气采暖炉采用该类风机。（2）直流无刷变频风机。直流无刷变频风机采用的是直流电机，其特点是可以产生连续转矩，实现无级调速，调速范围广。该类风机运行时风机转速与热输入之间呈正相关变化。目前有少量水冷低氮燃气采暖炉采用该类风机。2.2.2风压开关风压开关是一种利用气体的静压来推动微动开关以实现电流通断的探测元件，作用是保证燃气采暖炉在给排气不畅的情况下能及时关闭燃气通道，机器自动停止运行。风压开关的工作原理为风机没有启动时，风压开关两个触点处于断开状态；当风机启动后，风机里面的取压点P1和P2产生压力差，压力直管的压力P1大于文丘里管的压力P2，并克服了风压开关内部的弹簧力，迫使风压开关两触点接触，风压开关闭合；当风机意外停转、转速降低或给排气通道堵塞时，压力直管P1产生的压力不足以克服风压开关内部的弹簧力，风压开关两触点在弹簧力的作用下复位，处于断开状态。2.2.3风压传感器风压传感器与风压开关一样，作用均为保证设备在当风机意外停转、转速降低或给排气通道堵塞时，能够及时关闭燃气通道。风压传感器的工作原理为气体压力直接作用在传感器的膜片上，膜片会产生与气体压力成正比的微位移，导致传感器的电阻发生变化。电子线路检测到这一变化，会转换输出一个对应于这个压力的标准信号，并反馈至控制器；控制器识别该标准信号，并判断该电信号是否正常，当电信号不正常时燃气采暖炉熄火并停止运行。风压传感器与风压开关的区别是，风压开关只有开启和关闭两个设计动作压力值，风压传感器则可以对一定范围内的风机出口压力进行监控。3气流监控方式对比分析结合风机分类、风压开关和风压传感器，常见的水冷低氮燃气采暖炉的气流监控方式可以分为以下7种，本文分别对其监控原理、测试方法、技术特点和存在的问题进行对比分析。3.1方式1方式1采用罩极式交流风机+风压开关配置的监控方式。（1）监控原理。当风机意外停转、转速降低或给排气通道堵塞时，风机出口压力不足以克服风压开关内部的弹簧力时，风压开关断开，机器停机并报故障。（2）测试方法。该方式采用的监控装置是风压开关，监测风机出口的压力，测试方法为压力监控，具体见2.1.1。（3）存在的问题。检测结果显示，采用该方式的燃气采暖炉，存在以下两个问题：①离焰燃烧时烟气中CO含量不满足标准要求。燃气采暖炉在正常运行时，机器电源输入电压及风机转速恒定不变，即风机在不同的热输入下均以额定热输入时的风机转速运行。由于水冷低氮燃烧器的结构比较特殊，燃烧火焰较短，燃气采暖炉在最小热输入状态下燃烧火焰更短；而此时风机转速为额定状态下的转速，因此火焰会出现离焰现象。检测结果显示，绝大多数采用该配置的机器，离焰燃烧状态下的烟气不满足GB 25034—2010中6.6.3.2的要求。② 最小热输入偏高。结合上述水冷低氮燃烧器的分析，热输入越低，火焰长度越短，燃烧稳定性越差。采用该配置的机器，能够实现正常燃烧的最小热输入一般为额定热输入的40%以上。3.2方式2方式2采用罩极式交流风机+控制器程序改变风机转速+风压开关配置的监控方式。与方式1相比，该方式采用了控制器程序改变风机转速。风机转速的改变原理为采用截波的方式，将风机电源的正弦波形进行改变，对波形进行补偿后，正弦波的频率变小，采用这种波形直接驱动的风机电机的转速降低。因此可以在一定范围内降低风机转速。热输入越大，风机转速越高，热输入越小，风机转速相对偏低，可以避免在最小热输入状态下发生离焰现象。（1）监控原理。方式2的监控原理与方式1一致。（2）测试方法。该方式采用的监控装置是风压开关，监测风机出口的压力，测试方法为压力监控，具体见2.1.1。（3）技术特点。①采用该类监控配置的燃气采暖炉，风机转速会随着热输入的降低而降低。风机转速越低，燃烧火焰稳定性越好，能够实现正常燃烧的最小热输入越低。结合水冷低氮燃烧器和方式2监控配置的结构特性，检测结果显示，采用方式2配置的燃气采暖炉能够保持稳定燃烧的最低热输入比方式1稍低。②与方式1相比，在其他条件相同的条件下，采用该类配置的燃气采暖炉，机器在最小热输入状态运行时的风机转速相对偏低，减少了离焰现象的发生，烟气中CO含量能够满足要求。（4）存在的问题。检测结果显示，采用该类方式的燃气采暖炉，存在最小热输入状态下机器点火失败问题。为了保证燃气采暖炉在遇到风机意外停转、转速降低或给排气通道堵塞时，能够在烟气超标前及时停机，但又避免外界环境的轻微影响造成机器频繁停机，风压开关的设计动作压力值一般较高。风压开关的设计动作压力值偏高，导致机器在最小热输入状态下点火运行时出现点火失败的问题。原因为风机转速较低，产生的风压较低，该压力不足以克服风压开关内部的弹簧力，导致风压开关不能闭合，机器点火失败，不能正常点火运行。3.3方式3方式3采用带霍尔传感器的罩极式交流风机+控制器程序改变风机转速+风压开关配置的监控方式。（1）监控原理。燃气采暖炉采用该配置时，在热输入较高状态下运行时采用风压开关监控，在热输入较低状态下运行时采用风机转速监控。燃气采暖炉处于大负荷运行时，风压开关通过监测风机出口压力进行气流监控；燃气采暖炉处于小负荷运行时，风压开关不再监控，控制器通过监控风机转速进行气流监控，即霍尔传感器将监测到的风机转速转换为电信号如电压值反馈至控制器，并与控制器设定的机器停机电压值比较。（2）测试方法。结合气流监控在额定热输入条件下进行测试的要求及该方式的监控原理可知，该方式在额定热输入时为风压开关监控风机出口压力，其测试方法为压力监控，具体见2.1.1。（3）技术特点。①采用该类监控方式的燃气采暖炉，在大负荷和小负荷状态下分别采用不同的方式进行气流监控，既解决了方式1存在的离焰燃烧时烟气中CO含量不满足要求的问题，又解决了方式2存在的最小热输入状态下机器的点火运行问题。② 与方式2一样，能够保持燃气采暖炉正常燃烧的最小热输入比方式1稍低。（4）存在的问题。采用该方式的产品，大负荷和小负荷状态下的气流监控方式不一样，控制比较复杂。3.4方式4方式4采用罩极式交流风机+风压传感器配置的监控方式。（1）监控原理。当风机意外停转、转速降低或给排气通道堵塞时，风机出口压力发生变化。风压传感器将监测到的风机出口压力转变为控制器可识别的电信号，控制器判断该电信号是否正常，当电信号不正常时燃气采暖炉熄火停机并报故障。（2）测试方法。该方式采用的监控装置是风压传感器，监测风机出口的压力，测试方法为压力监控，具体见2.1.1。（3）技术特点。根据风压传感器的结构特性可知，其监测范围较大，相比采用风压开关的监控方式，该方式不存在最小热输入状态下机器点火失败的问题。（4）存在的问题。采用该类监控配置时，风机转速在燃气采暖炉运行过程中保持恒定，存在的问题与方式1一致，包含离焰燃烧时烟气中CO含量不满足标准要求和最小热输入偏高。3.5方式5方式5采用罩极式交流风机+控制器程序改变风机转速+风压传感器配置的监控方式。与方式4相比，该方式采用了控制器程序改变风机电压。（1）监控原理。与方式4一样。（2）测试方法。该方式采用的监控装置是风压传感器，监测风机出口的压力，测试方法为压力监控，具体见2.1.1。（3）技术特点。① 与方式4相比，在其他条件相同的条件下，采用该类监控配置时，机器在最小热输入状态运行时的风机转速相对偏低，减少了离焰现象的发生，烟气中CO含量能够满足要求。② 能够保持燃气采暖炉稳定燃烧最小热输入比方式4稍低。3.6方式6方式6采用带霍尔传感器的罩极式交流风机+控制器程序改变风机转速配置的监控方式。（1）监控原理。当燃气采暖炉采用带霍尔传感器的罩极式交流风机且没有安装风压开关或风压传感器时，气流监控方式为霍尔传感器将监测到的风机转速转换为电信号如电压值反馈至控制器，并与控制器设定的燃气采暖炉停止运行的电压值比较。当机器的给排气烟管堵塞时，或者风机长时间运行后性能下降时，风机转速降低，霍尔传感器监测到风机转速降低，转换的电压值降低；当该电压值达到控制器设定的安全电压值时，燃气采暖炉熄火并停止运行。（2）测试方法。根据该方式的监控原理可知，该方式监控风机转速，风机转速对应风机流量，其测试方法为流量监控，具体见2.1.2。（3）技术特点。①采用该类监控方式时，机器在最小热输入状态运行时的风机转速相对偏低，减少了离焰现象的发生，烟气中CO含量能够满足要求。② 相比方式3，该方式在燃气采暖炉运行全过程均采用风机转速监控，没有采用压力监控装置，经济性更好。3.7方式7方式7仅采用直流无刷变频风机配置的监控方式。（1）监控原理。当机器的给排气烟管堵塞时，或者风机长时间运行后性能下降时，风机转速降低；当风机转速逐渐降低至控制器设定的安全风机转速时，燃气采暖炉熄火并停止运行。（2）测试方法。风机转速改变时流量发生改变，测试方法为流量监控。由于风机为直流风机，所以测试方法为流量监控中的堵塞烟管或临界值启动，具体见2.1.2中（3）和（4）。（3）技术特点。① 结合直流无刷变频风机的特性，风机转速与热输入呈正相关。相比罩极式交流风机，该类风机的风机转速可以降至更低，因此，在7种监控方式中，方式7能够实现的最小热输入最低，可以达到额定热输入的30%以下。②在热输入较低时，风机转速较低，空气进气量低，同时排烟损失也较低，因此燃气采暖炉在小负荷状态下的燃烧效率比大负荷状态高。（4）存在的问题。相比罩极式交流风机，直流无刷风机的成本更高，采用该监控配置的机器的成本更高，并且控制程序更复杂。4结语不同监控配置的水冷低氮燃气采暖炉，气流监控方式、测试方法、技术特点和存在的问题不同，本文分析了目前常见的7种水冷低氮燃气采暖炉监控方式，对各种方式的监控原理、测试方法、技术特点和存在问题进行了对比分析。（1）从运行稳定性和气流监控效果来看，方式1和方式2存在一定的局限性，在相同条件下，方式4和方式5更优优势；（2）结合运行稳定性、气流监控效果和经济成本，相比方式3，方式6更具有优势；（3）采用方式7的产品，虽然成本最高，但运行稳定性最好，能够实现稳定燃烧的最小热输入也最低，气流监控效果也最好。