几种品牌高压点火装置的比较

本文介绍了高压点火原理以及电子点火器的工作原理和过程，提供了几种典型电子点火器的详细参数，通过对几种进口燃烧机电子点火器的分析比较，得出了不同燃料燃烧器电极布置的方案以及不同放电位置的优劣。这对目前我国国产燃烧机的设计与生产和对进口燃烧机的选型与维修具有一定的参考价值。
1  前言
随着国家对环境保护的日益重视，各城市对废气、废水等的排放都加以严格限制。燃煤锅炉的烟尘是造成城市大气污染的主要因素之一，为了实现“还我一片蓝天”的美好理想，现在许多大中城市已禁止燃煤锅炉运行，取而代之的是燃油、燃气锅炉。在燃油、燃气锅炉中，Zui主要的部件是燃烧机，而高压点火装置是燃烧机中关键的电子部件之一。由于进口燃烧机所附资料均不提供其所带高压点火装置的原理电路、性能及参数说明，而仅提供外型尺寸、外部接线等极其简单的单页说明，这就给我国的燃烧机代理、用户带来了相当的不便，同时也给国产燃烧机的设计与成套加大了难度。笔者在近十年的时间内，对多种进口燃烧机及其高压点火装置进行过选型与调试，收集到了一些相关资料，希望对业内人士有所帮助。
目前在我国市场上有八个国家的数十种燃烧机，常见的有德国的 Weisaupt、SAACHE、MAN、Elcoklockner，法国的 CUENOD、Guillot、SICMA、RADIANT，美国的 Johnson、Power Flame，英国的 NUWAY，意大利的 FBR、baltur、UNIGAS、Riello、ECOFLAM，荷兰的 Purlpher，瑞典的 Bentone和韩国 ABC、Sookook 等。虽然燃烧机的品种繁多，但其高压点火装置却仅为有限的数种。除了个别燃烧机配备本土产的高压点火装置外，在其余十几种燃烧机中，其高压点火装置基本上都是采用国际上几个知名公司的产品，如意大利的 BRAHAMA、瑞典的 Danfoss、法国的 Landis 和美国的 Honeywell 等。
2  高压点火及其装置的原理简介
2.1 高压点火的原理
高压点火又称为电火花点火，是应用广泛的一种点火方法。当电火花从燃气或雾化的燃油中通过时，燃料很快由良好的绝缘体变为良好的导电体。随着两极间电压的增高，电场逐渐加强，燃料中的带电体被电场加速，运动着的带电粒子与分子发生非弹性碰撞。当碰撞剧烈到一定程度，分子就被电离，从而也变成了带电粒子。带电粒子的浓度以指数级数增加，开始时的微小电流被放大几百万倍，产生一个大电流。这一过程所需时间取决于所加电压与击穿电压的比值。击穿电压取决于燃料成分、电极形状、极间距离以及燃料的温度与压力条件。击穿电压可按下式近似计算［1］：
Ub=2.7+1.4l
式中：Ub——击穿电压(kV)；l——极间距离(mm)。
当电极间距大于临界距离时，Zui小点火能量与电极间距无关；而当电极间距小于临界距离时，由于电极本身的吸热，Zui小点火能量随电极间距的减小而增加。图1为Zui小点火能量与电极间距、电极尺寸的关系曲线，燃料为11%的甲烷空气混合气体。
 
放电电极的形状也对Zui小点火能量的大小有一定的影响，如图2所示，在相同的电极间距和电极尺寸条件下，放电点越尖，其本身吸热越少，所需的Zui小点火能量也就越小。
 
2.2高压点火装置的原理简介
高压点火装置是燃烧机上的电子核心部件之一，虽然其价格仅占燃烧机总价的很少一部但它担负着重要的燃料点燃工作。高压点火装置的失效，轻则燃烧机无法工作，影响生产；重则可能造成锅炉爆炸。尤其是当高压点火装置未完全失效时，燃料已大量喷入炉膛，熄火保护装置尚未动作，此时高压点火装置突然点火，将会造成非常严重的后果。由此可见高压点火装置的重要性。
 
高压点火装置一般由整流电路、振荡电路、升压部件及放电电极组成。整流电路将220 V/50 Hz 的交流电进行整流、滤波，转变为直流电；振荡电路的作用则是根据放电频率，将直流电再振荡成交流电；升压部件将振荡后的交流电升压，以达到可以电离空气的高电压，再利用高压硅堆形成高压脉冲电流；放电电极则是由特殊材料制成的，置于燃料出口。各部件输出波形如图3所示［2］。
图4是点火装置的原理电路简图。交流220 V/50 Hz 的电源，经电源变压器 T1 后成为电压较低的电，然后经过整流桥 B 将交流电源变为直流脉冲电源，再经过电容C1 的滤波，就得到了直流电源，这一部分即为整流电路。振荡电路由电阻R1、三极管 BG 和升压变压器 T2 的初级构成，振荡后由升压变压器T2 进行一次升压，然后由高压二极管或高压硅堆 D 整流，得到高压直流电。该直流电经电阻R2 对电容C2充电，同时在大电容C3 上储备能量。当C2 被充电到一定电压时，双向二极管 D2 开启，触发双向可控硅SCR 导通，此时电容C3已储备了相当的能量，该能量通过回路电容C3、双向可控硅 SCR 和二次升压变压器T3 的初级释，此时在二次升压变压器的次级上就产生了高电压。该高压经放电电极击穿一定厚度的空气后放电，从而完成脉冲点火的一次放电点火。电容 C3在放电后又再次充电，从而进行一连串的充放电过程，在电极间就产生了一系列放电火花，完成一次点火过程。
 
3  高压点火装置的比较
3.1几种典型高压点火装置的参数
Honeywell 是美国生产的高压点火装置，其中常用的 Satronic 系列电子点火器是以固态继电器为基础设计的。不同于传统的铁芯式变压器，它通过内部点火电路，在次级产生高频、高压电火花。该系列电子点火器的工作参数由表1给出。
Danfoss 是瑞典生产的高压点火装置，EBI 系列电子点火器常用于燃油和燃气燃烧机的点火。它是采用电子变频产生高压的原理进行工作的，适用于间歇点火，在3 min 内，35℃ 的条件下发火率为33%；60℃的条件下发火率为20%，表2给出了该系列电子点火器的工作参数。
BRAHAMA 是意大利生产的高压点火装置，分为 E、G 和 S 三个系列，均采用高性能的点火变压器来升压。表3、表4和表5分别给出了它们的工作参数。