一種新型即熱燃油鍋爐

林海蕓 都奎江 鐘 韜

威海廣泰空港設備股份有限公司 山東 威海 264200

引言

飛機表面冰層對飛機起升的安全性影響非常大,可能會造成機毀人亡的嚴重事故,因此對飛機表面進行有效的除冰至關重要。

飛機除冰方式主要是采用移動式除冰車向飛機表面噴灑一定壓力和溫度的除冰液,對表面的冰層進行沖擊、溶化,但除冰液會在短時間內再次結冰,這就要求載液量及噴灑流量大、加熱速度快、溫度穩定,同時要求鍋爐體積小、重量輕、安全性及可靠性高。

目前工業型燃油鍋爐大都采用通用型燃燒機,其風機為鑄造外殼,風道尺寸大,與之匹配的爐體體積大,且只有大小兩個燃油噴嘴,只能進行大小兩段火加熱,導致噴灑溫度忽冷忽熱,溫度控制精度低,作業效率低,作業時間長,導致飛機表面可能會再次結冰,對飛行安全造成極大隱患。

1 新型燃油鍋爐結構概述

新型燃油鍋爐包括前煙箱、燃油系統、進風系統、爐體、后煙箱、煙囪、電控系統等,前煙箱位于爐體前方,前煙箱后部通過止口與爐體前端把接,前煙箱前部安裝燃油系統,前煙箱上方安裝進風系統的風機；后煙箱安裝于爐體的后端,煙囪安裝于爐體前部上方,形成兩回程加熱。電控系統對風機轉速、噴油量、點火時序、火段及火焰的燃燒參數進行采集、監控,對采集到的鍋爐進出水集管的液體流量、溫度進行計算所需的時實加熱功率,從而自動控制風壓、油壓參數及噴嘴開啟數量,完成16級火段組合燃燒,保證除冰噴灑溫度穩定。這種新型燃油加熱器結構緊湊、加熱速度快,溫度控制精度高、安全可靠,抗震性能好,適用于移動車載快速加熱。鍋爐結構見圖1所示。

圖1

1.1 前煙箱及進風系統 前煙箱提供燃燒所需的合理燃燒和混合空間,用于空氣和燃油在內部充分混合并點火燃燒；進風系統是向前煙箱及爐體內送入一定風速和風量的空氣,前煙箱及進風系統主要由風機馬達、風機、風道、燃燒筒、風機控制閥、風壓開關、風壓傳感器等組成。

高速旋轉的風機葉輪產生足夠的風壓克服爐膛阻力和煙囪的阻力,向前煙箱送入一定風速和風量的空氣以滿足燃燒需要,當風機出口處的風壓開關檢測到風壓達到設定值后,電控系統才能啟動點火程序,風壓傳感器用于連續采集前煙箱內的風壓參數,通過與程序實時計算出所需的風壓參數比較,實時控制風機轉速和燃油壓力相匹配,進而控制燃燒火段的變化。

前煙箱中心安裝四個上下左右對稱的燃燒筒,風在四個燃燒筒內流動,燃燒筒有引導氣流和穩定風壓的作用,也是進風通道的組成部分,燃燒筒的后部為喇叭口,尾部采用圓弧收口,形成包絡風而不是散風,保證火焰形狀穩定、火焰長度長、爐體內盤管受熱均勻。前煙箱結構見圖2所示。

圖2

1.2 爐體及燃油系統 爐體吸收燃燒產生的熱量用以加熱爐內盤管內流動的液體,由外衣、保溫層、內盤管、進水集管、出水集管、煙道、安裝固定支架等組成。

燃油系統主要由油水分離器、高壓油泵、燃油過濾器、燃油比例閥、燃油電磁閥、噴油嘴、燃油加熱棒、油壓傳感器、油管及接頭等組成,向前煙箱內提供燃燒所需燃料。燃油系統圖見圖3所示。

圖3

燃油系統、前封板、點火電極、火焰檢測器、觀察窗組成了點火系統及監視系統,見圖4所示。

圖4

采用實心噴射角為60°的噴油嘴,形成實心均勻的錐形噴霧,在最大噴油量下燃燒時,火焰的最大長度和直徑均小于爐體爐膛的尺寸,同時在燃油量調節時,噴嘴頭部的積炭或結焦不影響燃燒性能,四個噴油嘴采用的是四角布置、切圓燃燒的方式。

在1#噴嘴的進油管內,加裝了電阻絲加熱棒對進油加熱,使油的粘度下降到可霧化燃燒程度,增加了點火時噴油霧化效果,保證在點火火焰建立安全時間內建立穩定的點火火焰,點火成功后,火焰檢測器檢測到信號給控制器,加熱棒自動斷電。

燃油電磁閥分別安裝在4 個噴油嘴的前端,燃油比例閥、油壓傳感器安裝在高壓油泵的出口管路,燃油比例閥控制噴油嘴入口的燃油壓力,油壓傳感器實時檢測噴嘴入口油壓參數,程序自動控制噴嘴的開關以及油壓和風壓的不同組合狀態,形成閉環控制,確保了0℃左右的除冰液由鍋爐進水集箱進入后,再從出水集箱出來即可瞬時加熱到85℃,且加熱溫度穩定。

空氣在前煙箱中的四個燃燒筒內流動,通過穩焰盤時受葉片的引導而產生旋轉,可通過調整卡緊箍使穩焰盤沿燃油管向前或向后移動,可改變旋轉氣流與直流氣流的比例,從而達到調整氣流旋流強度的目的。

點火電極位于1#噴油嘴的上方,由于車載式24V 點火變壓器很少,質量不穩定,220V 點火變壓品為主流產品,因此飛機除冰車采用車載24V 逆變220V 的點火變壓器輸出高壓電,通過電弧放電成足夠的光能和熱能,引燃燃油,點火成功后點火變壓器斷電。

1#噴油嘴噴出的高壓燃油與空氣氣流經過點火電極成功點火后,爐體中部區域會形成強烈燃燒的高溫煙氣,一部分直接補充到相鄰2#、3#、4#噴油嘴噴出燃油的根部,使相鄰噴油嘴的燃油升溫引燃,卷吸和鄰角的相互點燃的特點,使四角布置、切圓燃燒的方式具有良好的著火性能。

切圓直徑較大時,爐中心火焰旋轉強烈,沖刷過來的火焰離風口根部近,甚至可能引起氣流貼近前煙箱的封板前壁,火焰沖向前壁從而引起結渣；切圓直徑太小會使爐膛中心的火焰變小,影響加熱效率。火焰直徑設計為不大于爐膛的二分之一,火焰長度是爐膛的三分之一,火焰直徑太大、火焰太長會在爐筒內部產生嚴重積炭,燒壞爐體的內盤管。

2 運行控制過程及參數

燃油鍋爐自動控制運行的基本過程是：風機啟動 前吹掃 電極產生電火花 建立點火火焰 燃燒 火焰熄滅 后吹掃 停機,邏輯框圖見圖5所示。

表一為通過大量的實際運行總結出的16 個火段的進風壓力、燃油壓力、噴嘴數量、風機轉速參數表,以供參考。

圖5

5 結語

新型燃油鍋爐通過采用4個噴油嘴自動控制組合成16段火的方式,解決了風量及油量可調節范圍小的問題,確保了除冰噴灑溫度穩定,提高了點火可靠性及環境適應性。三年來已有近百臺除冰車在各種環境條件下使用,各項性能得到了用戶的充分肯定,新型燃油鍋爐的成功開發,具有一定的經濟效益和社會效益。

表一 燃燒控制參數對照表