本應用說明可使您了解到礦物燃料加熱系統的基本原理以及通過使用溫度計、數字式萬用表 (DMM)、鉗形表、壓力/真空模塊和其它附件對這些系統進行故障排除的方法。熱泵和強制空氣電加熱爐在福祿克公司的其它應用說明中進行介紹。

加熱系統原理

　　強制空氣加熱熱量在一個中央燃燒爐中產生，隨后通過管道系統被輸送和分配到需要調節的空間。通過對加熱系統的合理設計，將能夠向被調節的區域輸送靜態、經過過濾處理的和舒適的空氣。最新的現代加熱系統設計也可通過電子方式對空氣進行過濾，隨著區域溫度的變化對氣流進行調節，并根據占用時間輸入外部的新鮮空氣。

　　在今天的市場上，主要有三種類型礦物燃料加熱系統。它們是天然氣、液化石油氣 (LP) 和礦物油強制空氣燃燒爐。

礦物燃料強制空氣加熱

　　強制空氣礦物燃料燃燒爐是一種在工廠中已制成并完成包裝的加熱裝置，它包括：

　　- 一個用于氣體或油燃燒室的設計方案
　　- 一個熱交換器
　　- 一個廢氣排放室
　　- 一個強制空氣循環風機
　　- 一個控制器部分

　　新裝置經常還包括一個用于提高效率的輔助熱交換器和一個用于燃燒氣體的輔助風機。由于新裝置會大大降低燃燒氣的溫度并從燃燒氣中移除水蒸汽，它們經常也被稱作冷凝高效燃燒爐。另外，它們還以塑料廢氣管取代了傳統使用的金屬廢氣管，因為其產生的廢氣溫度與使用低效舊裝置時相比要低的多。

　　舊標準燃氣爐效率介于65 % 和 78 % 之間，而新的高效燃燒爐在與引風機結合使用時，效率可介于78 % 和85 %之間。

　　現代冷凝燃燒爐的效率可高達 90-95%。

　　現代礦物燃料燃燒爐還配備有電子控制裝置，用于點火、風機轉速控制、電子恒溫裝置和安全控制等。天然氣燃燒，其典型工作壓力為 3.5 英寸. 水柱。

　　在具有主氣體管線的較大城市和社區內，天然氣經常被被用作首選燃料。燃料油和液化石油氣 (LP) 加熱爐在農村地區更加普及。

圖 1 燃油系統中的關鍵測量點

　　燃油爐（柴油）與燃氣爐類似，不同之處在于，燃油必須用泵抽送，并且因為燃油必須以液態的形式向客戶供應，因此燃油必須在燃燒室內經過霧化處理。另外，經過霧化處理的燃油必須通過高壓電極來點燃。

　　LP 加熱爐中的部件與傳統的天然氣燃燒爐完全相同，區別在于燃燒器中的氣體工作壓力通常為 9-11 英寸水柱。

　　燃燒區的溫度可根據需要通過對燃燒過程進行控制來確定，以便將熱量轉移到被調節空間。這通常需要預吹掃、吹掃、點火序列、防火和驗證、燃燒循環以及完成時的后吹掃。

礦物燃料強制空氣燃燒爐的故障排除 　　在對礦物燃料強制空氣燃燒爐進行故障排查時，將整個裝置分解為三個基本組件十分重要： 　　- 恒溫控制系統 　　- 點火控制序列 　　- 風機控制器系統 測試恒溫控制系統 　　任何燃燒爐上的恒溫控制器都遵從一種基本設計。它包括兩條導線：一條用于 24 V 交流電源的紅色導線和一條用于將主加熱控制信號返回到燃燒爐的白色導線。當使用相同的恒溫器對冷卻進行控制時，還將有一條用于風機控制的綠色導線和一條用于冷凝裝置控制的黃色導線。基于溫度變化進行加熱和冷卻切換。加熱和冷卻循環之間的獨立風機操作由一個手動開關進行控制。一些設備具有多個的加熱或冷卻級。在此情況下，第一級加熱將有一個 W1 輸出，第二級加熱將有一個 W2 輸出，第一級冷卻將有一個 Y1 輸出，第二級冷卻將有一個 Y2 輸出。第二級輸出可由電子定時器而不是溫度靈敏開關交替進行控制。 　　在對恒溫器進行故障排查時，首先要檢查在變壓器次級側和恒溫器上是否有 24 V 交流電源。

使用鉗形表檢查電流。

　　確認之后，應該使用一個數字式萬用表 (DMM) 或供暖、通風、空調 (HVAC) 用鉗形表來檢查來自恒溫器的白色導線上的電壓。如果變壓器上有電但恒溫器插座處卻沒有，則問題發生在恒溫器上。如果恒溫器插座處的白色導線有電力信號，但沒有為加熱主控制裝置供電，則檢查主控制裝置處安全開關是否打開以及接頭是否松動。主控制裝置可以是常備點火燃燒爐上的一個氣體閥、熱表面或火花點火氣體燃燒爐上的點火控制裝置、電熱爐上的定序裝置或者油燃燒器的主控制裝置。

測試風機控制系統

　　與恒溫器一樣，可自動開啟風機的風機控制系統也非常簡單。用于壓力通風系統的傳統燃燒爐風機控制裝置，使用一個對溫度敏感的雙金屬探頭來控制風機開關。這些控制裝置具有"Fan-ON"和"Fan-OFF"溫度設置。一些裝置甚至自帶加熱器，通過向雙金屬探頭加入熱量而作為一個"Fan-ON"定時器使用。該加熱器可與燃燒器控制信號同時啟動定時裝置。大多數高級燃燒器已經改用電子定時器，它可在燃燒過程開始或結束之后，在可調節的預設時間點起動和停止風機。兩種風機控制方法都依賴于在風機起動之前開始和保持燃燒過程。為了排除風機控制系統中的故障，首先要確保壓力燃燒室已經變熱。如果還不熱，則檢查主氣體閥和燃燒控制裝置。 如果已經很熱而風機沒有運轉，則檢查風機電機的狀況。很可能電機因軸承卡住而出現故障。在電源關閉時，檢查風機葉片是否旋轉自如。檢查燃燒控制裝置，以確保其沒有被打開并阻止風機運轉。可以使用一個DMM或多功能鉗形表進行檢查。在 90%（IV ）燃燒爐上，燃燒風機被稱作燃燒鼓風機；在 80%（I ）燃燒爐上，燃燒風機則被稱作燃燒引風機。使用燃燒風機的所有燃燒爐都必須保證在可以進行點火序列之前具有一個最低空氣量。這個工作通常使用一個壓差開關來完成。使用一個伏特計來確定是否壓力開關在燃燒風機達到全轉速后關閉。如果開關沒有關閉，則使用一個壓力傳感器來測量壓差。如果壓差大于列出的"接通"壓力，則說明開關出現故障。如果壓差小于"接通"壓力，則說明燃燒爐和通風系統中存在問題。如果循環風扇正在運轉，您想要確定是否已設定在合適的轉速，就需要檢查燃燒熱交換器兩端的溫度差。需要測量返回空氣溫度和排放空氣溫度。這些溫度可使用數字式溫度計進行檢查。正常溫度差在大約 40°F 到 70°F 之間。請注意，它將隨熱交換器表面的設計形式而不同，因此一定要查看裝置的廠商技術規格，以了解可接受的溫度差變化。

測試火焰驗證控制系統 　　在燃氣爐或燃油爐中的火焰不是總保持燃燒狀態時，需要將對火焰驗證控制系統的檢查作為故障排除過程的一部分。燃油爐使用幾種火焰驗證系統。舊燃氣爐使用帶有毫伏信號的熱電偶來確認火焰的存在。新型、高效的燃氣爐則采用各種電子火焰驗證系統。燃油爐使用一個火焰傳感器，該傳感器具有一個到控制器的電阻輸出。一些廠商還嘗試使用一個溫度啟動的開關機構。本文只介紹最流行的火焰驗證系統，其包括熱電偶、火焰棒系統和火焰傳感器系統。 　　為了測試熱電偶的無載狀況，您只需使用DMM或鉗形表來測量熱電偶的輸出信號。這需要從氣體閥上擰下熱電偶，并將DMM或鉗形表的導線連接到熱電偶的正負端子。熱量加到尖端時熱電偶的正常無載輸出信號是 20 mV 到 30 mV。應該在加有負載的情況下對熱電偶進行測試。進行此測試時，必須在氣體閥和熱電偶之間放置一個熱電偶接頭。 　　這樣就可以測試加載時的 mV 電壓。在良好火焰位置處的一個良好熱電偶的電壓應至少為 8-12 mV。氣體閥中安全電磁閥的開斷點通常大約為 4 mV。

使用多功能鉗形表測試電壓。

測試火焰棒

　　（參見圖 2 和 3） 今天的多數輕型商用和住宅氣體燃燒器的控制器都使用火焰棒來確認火焰的存在。下面是它的工作原理：點火控制器向火焰棒發出一個電壓。火焰本身可作為火焰棒和地之間的一個部分二極管整流器。不存在火焰時，回路就會斷開，沒有電流通過。火焰的存在允許幾微安的直流電流流過。可接受的微安電流讀數對于不同的廠商是不同的。控制裝置的微安電流值差別也很大。開斷微安值可能低達 0.16 μA，或高達 18 μA 和更高。

圖 2 在這個設置中，可以使用一個 HVAC 數字式萬用表或一個 HVAC 鉗形表。

測試步驟本身非常簡單 　　1. 關閉燃燒爐，找到控制器和火焰棒之間的導線。通常，該導線在控制面板或火焰棒處使用標準扁接頭進行連接。 　　 2. 將扁接頭斷開，并將用于測量微安電流的DMM或鉗形表的測試線串聯到電路中。如果有測試線用的彈簧夾，連接會更加容易。 　　 3. 開啟儀表電源，并將它置于微安 (μA) 模式。恢復燃燒爐的電源（遵循燃燒爐廠商的安全操作說明），然后設置燃燒爐以獲取熱能。 　　 4. 燃燒器或導向器點火時，檢查儀表的讀數。參考燃燒爐的故障排除說明以確定對該結果如何處理。通常，較低或零微安讀數可能表明存在以下潛在問題： 　　a. 火焰傳感器離火焰不夠近； 　　b. 火焰棒上碳的積累限制了電流流動（使用鋼絲棉清潔火焰棒）； 　　c. 火焰棒與地發生短路； 　　d. 控制模塊和火焰棒之間不存在連續性（使用帶有連續性測試功能的DMM或鉗形表進行檢查）。 　　e. 控制模塊已損壞，需要更換。使用設備廠商的手冊進行檢查。

檢查 24 V 交流電源電壓。

圖 3 對燃氣系統進行的關鍵測量

測試火焰傳感器

　　今天的多數輕型商用和住宅油燃燒器的控制器都使用一個火焰傳感器來確認火焰的存在。這些系統以下列方式工作：

　　1. 在需要熱能時，主控制器起動泵的電機，并接通高壓變壓器以產生一個點火火花。
　　2. 點火器啟動燃燒過程。火焰的光作為驅動火焰傳感器的能量源。
　　3. 在光強增加時，電阻將下降。隨著電阻的下降，控制器對火焰狀況進行確認，并繼續讓泵運轉。如果油泵出現故障或油壓力發生損失，火焰傳感器就將一個更高電阻發送到控制裝置，油泵在進行手動復位時關閉。沒有火焰時，回路斷開，將沒有油泵壓力被傳送到燃燒室。 為了對火焰傳感器進行測試，關閉燃燒爐，然后找到從火焰傳感器到控制器的兩條導線。通常，這兩導線在主控制器"F""F"端子處進行連接。將一個歐姆表連接到火焰傳感器導線。火焰建立以后，必須對"F""F"端子進行跨接以保持點火。這樣就可以從容地讀取火焰傳感器電阻。

　　1. 啟動油燃燒器。
　　2. 點火后，將主控制器上的"F"、"F"端子跨接。
　　3. 讀取火焰傳感器兩端的電阻。

　　該電阻必須大大低于 1600 Ω 的開斷電阻。該電阻值通常在 200-800Ω 之間。火焰傳感器表面的污物或煙垢將阻斷來自燃燒器的光線，引起比預期值高的電阻。如果火焰傳感器沒有對準，從而無法正確檢測到火焰，也將產生高于預期值的電阻。 在燃燒器關閉的情況下，確保火焰傳感器清潔并進行正確對準，以便能正確檢測到火焰。使用一個下射光線來檢查火焰傳感器。光線接通時，電阻應降低到接近于零。光線關閉時（并且周圍區域很暗），電阻應上升到接近 100,000Ω。確保火焰傳感器插腳和插孔之間連接良好。如果燃燒器位于周圍光線明亮的區域中，則火焰傳感器可能得到 800 Ω 或更低的"假光線"讀數。如果燃燒器應該關閉時檢測到了光線，則燃油主控制器將不允許燃燒器啟動。如果有測試線用的彈簧夾，連接會更加容易。接通DMM，然后將它置于歐姆模式。當火焰傳感器暴露于機械空間內的光線中時，讀取電阻值。如果光線不夠明亮，則用您的手電筒照射火焰傳感器的表面。隨著光線的增加，電阻值將下降到接近于零歐姆。

礦物燃料燃燒爐上的測試點

I. 低電壓
? 熱預測器（1 至 2）處的恒溫器、連續性和低電流
? 氣體閥 - 24 V AC
? 安全 - 限值、空氣壓力、溫度
? 防火熱電偶 mV、火焰棒 - 微安

II. 燃油爐上的高電壓
? 120 V AC、5000 V DC 至 12000 V DC 點火

III. 氣體供應
? 天然氣：7 in. 水柱供氣壓力，3.5 in. 水柱歧管壓力（典型值）
? 液化石油氣：11 in. 水柱供氣壓力，8-10 in. 水柱歧管壓力（典型值）

IV. 燃燒氣體
? CO₂ 或 O₂ 是空氣過量的量度
? CO 是燃燒質量的量度

V. 溫度
? CO₂（或 O₂）連同通風口溫度作為燃燒效率的量度
　　標準舊式燃燒爐 - 450°F
　　中等效率燃燒爐 - 350°F
　　90 % 及以上高效率燃燒爐，使用 PVC 管道
? 熱交換器兩端的溫度差 - 空氣流動正確時的指示在 40°F 至 70°F 之間。注意：它將隨熱交換器表面設計的不同而發生變化。