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(shè)備股份有限公司 山東 威海 264200

引言

飛機(jī)表面冰層對飛機(jī)起升的安全性影響非常大,可能會(huì)造成機(jī)毀人亡的嚴(yán)重事故,因此對飛機(jī)表面進(jìn)行有效的除冰至關(guān)重要。

飛機(jī)除冰方式主要是采用移動(dòng)式除冰車向飛機(jī)表面噴灑一定壓力和溫度的除冰液,對表面的冰層進(jìn)行沖擊、溶化,但除冰液會(huì)在短時(shí)間內(nèi)再次結(jié)冰,這就要求載液量及噴灑流量大、加熱速度快、溫度穩(wěn)定,同時(shí)要求鍋爐體積小、重量輕、安全性及可靠性高。

目前工業(yè)型燃油鍋爐大都采用通用型燃燒機(jī),其風(fēng)機(jī)為鑄造外殼,風(fēng)道尺寸大,與之匹配的爐體體積大,且只有大小兩個(gè)燃油噴嘴,只能進(jìn)行大小兩段火加熱,導(dǎo)致噴灑溫度忽冷忽熱,溫度控制精度低,作業(yè)效率低,作業(yè)時(shí)間長,導(dǎo)致飛機(jī)表面可能會(huì)再次結(jié)冰,對飛行安全造成極大隱患。

1 新型燃油鍋爐結(jié)構(gòu)概述

新型燃油鍋爐包括前煙箱、燃油系統(tǒng)、進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、爐體、后煙箱、煙囪、電控系統(tǒng)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(tǒng),前煙箱上方安裝進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)；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(tǒng)對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、噴油量、點(diǎn)火時(shí)序、火段及火焰的燃燒參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)控,對采集到的鍋爐進(jìn)出水集管的液體流量、溫度進(jìn)行計(jì)算所需的時(shí)實(shí)加熱功率,從而自動(dòng)控制風(fēng)壓、油壓參數(shù)及噴嘴開啟數(shù)量,完成16級(jí)火段組合燃燒,保證除冰噴灑溫度穩(wěn)定。這種新型燃油加熱器結(jié)構(gòu)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(dòng)車載快速加熱。鍋爐結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1

1.1 前煙箱及進(jìn)風(fēng)系統(tǒng) 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(nèi)部充分混合并點(diǎn)火燃燒；進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)是向前煙箱及爐體內(nèi)送入一定風(fēng)速和風(fēng)量的空氣,前煙箱及進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)馬達(dá)、風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、燃燒筒、風(fēng)機(jī)控制閥、風(fēng)壓開關(guān)、風(fēng)壓傳感器等組成。

高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)葉輪產(chǎn)生足夠的風(fēng)壓克服爐膛阻力和煙囪的阻力,向前煙箱送入一定風(fēng)速和風(fēng)量的空氣以滿足燃燒需要,當(dāng)風(fēng)機(jī)出口處的風(fēng)壓開關(guān)檢測到風(fēng)壓達(dá)到設(shè)定值后,電控系統(tǒng)才能啟動(dòng)點(diǎn)火程序,風(fēng)壓傳感器用于連續(xù)采集前煙箱內(nèi)的風(fēng)壓參數(shù),通過與程序?qū)崟r(shí)計(jì)算出所需的風(fēng)壓參數(shù)比較,實(shí)時(shí)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和燃油壓力相匹配,進(jìn)而控制燃燒火段的變化。

前煙箱中心安裝四個(gè)上下左右對稱的燃燒筒,風(fēng)在四個(gè)燃燒筒內(nèi)流動(dòng),燃燒筒有引導(dǎo)氣流和穩(wěn)定風(fēng)壓的作用,也是進(jìn)風(fēng)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(luò)風(fēng)而不是散風(fēng),保證火焰形狀穩(wěn)定、火焰長度長、爐體內(nèi)盤管受熱均勻。前煙箱結(jié)構(gòu)見圖2所示。

圖2

1.2 爐體及燃油系統(tǒng) 爐體吸收燃燒產(chǎn)生的熱量用以加熱爐內(nèi)盤管內(nèi)流動(dòng)的液體,由外衣、保溫層、內(nèi)盤管、進(jìn)水集管、出水集管、煙道、安裝固定支架等組成。

燃油系統(tǒng)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(nèi)提供燃燒所需燃料。燃油系統(tǒng)圖見圖3所示。

圖3

燃油系統(tǒng)、前封板、點(diǎn)火電極、火焰檢測器、觀察窗組成了點(diǎn)火系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng),見圖4所示。

圖4

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

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

燃油電磁閥分別安裝在4 個(gè)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(shí)時(shí)檢測噴嘴入口油壓參數(shù),程序自動(dòng)控制噴嘴的開關(guān)以及油壓和風(fēng)壓的不同組合狀態(tài),形成閉環(huán)控制,確保了0℃左右的除冰液由鍋爐進(jìn)水集箱進(jìn)入后,再從出水集箱出來即可瞬時(shí)加熱到85℃,且加熱溫度穩(wěn)定。

空氣在前煙箱中的四個(gè)燃燒筒內(nèi)流動(dòng),通過穩(wěn)焰盤時(shí)受葉片的引導(dǎo)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),可通過調(diào)整卡緊箍使穩(wěn)焰盤沿燃油管向前或向后移動(dòng),可改變旋轉(zhuǎn)氣流與直流氣流的比例,從而達(dá)到調(diào)整氣流旋流強(qiáng)度的目的。

點(diǎn)火電極位于1#噴油嘴的上方,由于車載式24V 點(diǎn)火變壓器很少,質(zhì)量不穩(wěn)定,220V 點(diǎn)火變壓品為主流產(chǎn)品,因此飛機(jī)除冰車采用車載24V 逆變220V 的點(diǎn)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(diǎn)火成功后點(diǎn)火變壓器斷電。

1#噴油嘴噴出的高壓燃油與空氣氣流經(jīng)過點(diǎn)火電極成功點(diǎn)火后,爐體中部區(qū)域會(huì)形成強(qiáng)烈燃燒的高溫?zé)煔?一部分直接補(bǔ)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(diǎn)燃的特點(diǎn),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(shí),爐中心火焰旋轉(zhuǎn)強(qiáng)烈,沖刷過來的火焰離風(fēng)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(jié)渣；切圓直徑太小會(huì)使?fàn)t膛中心的火焰變小,影響加熱效率?；鹧嬷睆皆O(shè)計(jì)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(huì)在爐筒內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重積炭,燒壞爐體的內(nèi)盤管。

2 運(yùn)行控制過程及參數(shù)

燃油鍋爐自動(dòng)控制運(yùn)行的基本過程是：風(fēng)機(jī)啟動(dòng) 前吹掃 電極產(chǎn)生電火花 建立點(diǎn)火火焰 燃燒 火焰熄滅 后吹掃 停機(jī),邏輯框圖見圖5所示。

表一為通過大量的實(shí)際運(yùn)行總結(jié)出的16 個(gè)火段的進(jìn)風(fēng)壓力、燃油壓力、噴嘴數(shù)量、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)表,以供參考。

圖5

5 結(jié)語

新型燃油鍋爐通過采用4個(gè)噴油嘴自動(dòng)控制組合成16段火的方式,解決了風(fēng)量及油量可調(diào)節(jié)范圍小的問題,確保了除冰噴灑溫度穩(wěn)定,提高了點(diǎn)火可靠性及環(huán)境適應(yīng)性。三年來已有近百臺(tái)除冰車在各種環(huán)境條件下使用,各項(xiàng)性能得到了用戶的充分肯定,新型燃油鍋爐的成功開發(fā),具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

表一 燃燒控制參數(shù)對照表