CN101553692B

CN101553692B - 燃气锅炉的燃烧装置

Info

Publication number: CN101553692B
Application number: CN2007800439341A
Authority: CN
Inventors: 金容范
Original assignee: Kyungdong Navien Co Ltd
Current assignee: Kyungdong Navien Co Ltd
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: KR100805630B1; US20100047728A1; EP2084455A4; JP2010511143A; CN101553692A; EP2084455A1; JP4792112B2; WO2008066223A1

Abstract

公开了一种燃气锅炉的燃烧装置。燃气锅炉的燃烧装置包括提高燃烧器的TDR的结构，并且能够防止废气的氧浓度在低输出区的迅速增大，从而增加燃气锅炉的效率。该燃烧装置包括：供给燃烧所需空气的鼓风机；控制燃气供给流速的比例控制阀；连接到比例控制阀的喷嘴部件，该喷嘴部件根据辅助阀打开和关闭供给燃气并包括多个彼此并联的喷嘴；混合室，其用于混合从鼓风机供给的空气和通过喷嘴部件的燃气，然后将混合空气和燃气供给到燃烧器表面；和控制器，其根据比例控制阀和辅助阀的打开和关闭控制鼓风机的转数，以便仅仅供给与燃烧所需一样多的空气量。

Description

燃气锅炉的燃烧装置

技术领域

本发明涉及一种燃气锅炉的燃烧装置，并且尤其涉及一种这样的燃气锅炉的燃烧装置，其能够提高燃烧器的调节比，并且能够防止废气中氧浓度在低输出区的突然增加，从而保持高效率。

背景技术

通常，在燃气锅炉中设置一个调节比(TDR)。该TDR表示在能够控制供给燃气量的气体燃烧装置中，最大燃气消耗量与最小燃气消耗量的比率。例如，当最大燃气消耗量是24,000kcal/h，而最小燃气消耗量为8,000kcal/h时，该TDR为3∶1。该TDR受能够维持可控的稳定火焰的最小燃气消耗量所限制。

在燃气锅炉中，根据TDR的增加，加热设施和热水使用的便利性也被提高。也就是说，当燃烧器运行在小TDR的区域时(即最小燃气消耗量高的情况下)，并且加热和热水的负荷小时，锅炉的开/关状态频繁地发生，这会增加温度控制的变化并且减少锅炉的耐久性。因此，已经提出一种提高应用于燃气锅炉的燃烧器的TDR的方法。

图1是示出了燃气消耗量和供给燃气压力之间关系的图表，图2是示出了传统燃烧装置的示意图，图3是示出了氧浓度和露点温度之间关系的图表。传统的燃烧装置的问题将结合图1到3进行描述。

如图1所示，限制燃气燃烧器的TDR的基本因素包括燃气消耗量(Q)和燃气供给压力(P)之间的关系。通常，流体压力和流速之间的关系定义如下。

Q = K \sqrt{P}

也就是说，为了两倍增加流体的流速，该供给压力应该四倍提升。因此，为了设定TDR为3∶1，供给压力应该为9∶1的比率。进一步，为了设定TDR为10∶1，供给压力应该为100∶1的比率。然而，不可能无限制地增加燃气的供给压力。

通常，用于家庭的城市燃气的标准气体供给压力为200mmH₂O，具有+50和-100mmH₂O的允许的偏差。因此，考虑该允许偏差，优选设定最大气体压力为100mmH₂O或者更低，以确保燃烧器的稳定燃烧。

而且，用于比例控制供给燃气量的气阀(即调节器)仅在预定压力之上能够执行最低的燃气量控制。虽然最小燃气量的控制范围取决于气阀的特性，但是优选地，用于比例控制的气阀在10mmH₂O或者更高的压力下使用。

考虑到上述情况，当燃气压力在10到100mmH₂O的范围内变化时，该TDR大约为3.15∶1。因此，仅仅通过改变燃气压力，该TDR限制为大约3∶1。

为了解决上述问题，已经提出了一种方法，该方法中燃烧器被分成几个区域，用于喷射燃气到每个分割区域的燃气通道打开和关闭，以增加燃气燃烧器的TDR，如图2所示。

在图2所示的燃烧装置中，燃烧器20的区域以4∶6的比率分为一级区域21和二级区域22，阀31和32安装在每个分隔区域的燃气通道上。然后，可能获得如下面表1所列的比例控制区域。在表1中，假设在燃烧器中的每个分开区域的TDR为3∶1。

表1

种类	最大燃气量	最小燃气量
			仅仅第1级	40％	13％
仅仅第2级	60％	20％
			第1级+第2级	100％	33％

也就是说，当最大量为100％时，有可能实现在13％到100％范围内的比例控制，因此，可能获得大约7.7比1的TDR。然而，当具有上述构件的燃烧装置应用于冷凝式锅炉时，会产生下面问题。

冷凝式锅炉将包含在废气中的蒸汽凝结，然后通过换热器收集冷凝蒸汽的潜热，从而增加燃气锅炉的效率。因此，废气的露点温度越高，蒸汽越容易凝结，因此锅炉的效率越高。

然而，包括在废气中的蒸汽的体积比例(％)越高，废气的露点温度越高。此外，为了增加蒸汽的体积比例，包括在废气中的过剩空气的量(即没有参与在废气的H₂O+CO₂+O₂+N₂成分之间的燃烧反应的氧气和氮气)要求尽可能少。

然而，如图3所示，如果在废气中的氧气浓度增加(即，如果过剩空气量增加)，该露点温度迅速下降，从而降低了冷凝式锅炉的效率。

因此，在燃烧器的区域划分为一级区域21和二级区域22的情况下，如图2所示，即使燃烧仅仅发生在一级区域21中，鼓风机10恰好也将空气供给到燃烧器20的二级区域22中。结果，废气中氧气的浓度变得非常高。

因此，在将图2的燃烧装置应用于冷凝式锅炉的情况下，不可能实现在低输出区域(即，在燃烧仅仅发生在一级区域或者仅仅在二级区域的情况下)的高效率。

没有在上面描述的附图标记33和34分别表示比例控制阀和电磁阀。

发明内容

在考虑到上述问题后而提出本发明，本发明提供了一种燃气锅炉的燃烧装置，其具有提高燃烧器的TDR的结构，并且能够防止废气的氧浓度在低输出区的增大，从而增加燃气锅炉的效率。

根据本发明的一个方面，提供一种燃气锅炉的燃烧装置，其包括：鼓风机，用于供给燃烧所需的空气；比例控制阀，用于控制燃气的供给流速；喷嘴部件，其连接到比例控制阀，该喷嘴部件根据辅助阀打开和关闭来供给燃气并包括多个彼此并联的喷嘴；混合室，用于混合从空气鼓风机供给的空气和通过喷嘴部件的燃气，然后将混合的空气和燃气供给到燃烧器表面；和控制器，其根据比例控制阀和辅助阀的打开和关闭来控制鼓风机的转数，以便仅仅供给与燃烧所需一样多的空气量。

优选的，喷嘴部件包括燃气通过的、具有不同直径部分的多个喷嘴。

优选的，混合室包括设置在其中的配风板。

通过喷嘴部件的燃气引入鼓风机的入口，然后与空气混合。

通过根据本发明的燃气锅炉的燃烧装置，有可能提高燃烧器的TDR并预先混合燃气和空气，从而防止过剩空气的供给以及防止废气的氧浓度在低输出区域中的增大，这样可增加燃气锅炉的效率。

附图说明

本发明的上述和其他目的，特征和优点将从结合附图的下面描述中变得明显，其中：

图1是在消耗燃气量和燃气供应压力之间关系的图表；

图2是示出了传统燃烧装置的示意透视图；

图3是氧浓度和露点温度之间关系的图表；

图4是示出了根据本发明的一个实施例的燃烧装置的示意图；

图5是示出了根据本发明的另一个实施例的燃烧装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图描述本发明的示例的实施例。

图4是示出了根据本发明的一个实施例的燃烧装置的示意图。

本发明提供了一种燃烧装置的结构，其能够提高燃烧器的TDR并且能够减少剩余空气，以便在低输出区域中保持高效率。根据本发明的燃烧装置结构的一个例子将结合图4进行描述。该燃烧装置包括供给燃烧所需空气的鼓风机110；调节燃气的供给流速的比例控制阀153；喷嘴部件140，其连接到比例控制阀153上，并且根据辅助阀151和152的开闭来供给燃气，并包括多个彼此并联的喷嘴141和142；混合室120，其混合从鼓风机110供给的空气与通过喷嘴部件140的燃气，然后将混合的空气和燃气供给到燃烧器表面130；和控制器(未示出)，其根据比例控制阀153和辅助阀151和152的开闭来控制鼓风机110的转数，以便仅仅供给燃烧所必需的空气量。

图4所示结构的燃烧器包括混合室120，其对应于预混燃烧器的燃烧构件。该预混燃烧器喷射已经预先混合的、用于完全燃烧的空气和燃气到燃烧器表面130上，以便燃烧器能够燃烧混合的空气和燃气。该预混燃烧器能够实现在比Bunsen燃烧器的过剩气体比更低的情况下的燃烧，并且因此能够提高露点温度。因此，该预混燃烧器被广泛应用，特别在冷凝式锅炉中。

该比例控制阀153控制比例控制燃烧系统153中燃气的供给流速，以基于需要的燃烧器的功率，在可控的空气量和燃料量下燃烧。

主阀154安装在比例控制阀153的进气口侧上。该主阀154，其相当于开/闭阀，通过开/闭操作来供给燃气。

根据本实施例，喷嘴部件140包括第一喷嘴141和第二喷嘴142。第一喷嘴141和第二喷嘴142可具有相同的直径，但是优选第一喷嘴141和第二喷嘴142具有不同的直径，例如4∶6的比率，以便增加TDR。

虽然在图4中仅仅示出了第一喷嘴141和第二喷嘴142，还可设置第三喷嘴和第四喷嘴以进一步增大TDR。

第一辅助阀151，其相当于用于打开或者关闭燃气供给通道到第一喷嘴141的开/闭阀，安装在第一喷嘴141的气体流入侧，具有与第一辅助阀151起相同作用的第二辅助阀152安装在第二喷嘴142的气体流入侧。

混合室120，相当于空气和燃气混合的空间，连接到供给空气的鼓风机110和供给燃气的喷嘴部件140。而且，配风板121安装在混合室120的内部，以阻止空气和燃气直接向上移动到燃烧器表面130上，从而使得空气和燃气平稳的混合。

通常的预混燃烧器表面能够用作燃烧器表面130。例如，可采用金属纤维，陶瓷或者不锈钢蜂窝板等。

本实施例的燃烧装置和图4的燃烧装置之间的仅有的不同在于空气和燃气混合的位置。也就是说，构造一个管路使得通过喷嘴部件140的燃气引入鼓风机110的进口111中，然后与空气混合。

下面，将结合表2描述具有上述结构的根据本发明的燃烧装置的运行过程。

假定第一喷嘴141和第二喷嘴142直径的比率是4∶6，并且通过气体压力控制的TDR是3∶1。

表2

负荷量	喷嘴部件打开(是/否)	最大燃气量	最小燃气量
				较小	第一喷嘴打开和第二喷管关闭	40％	13％
中间	第一喷嘴关闭和第二喷嘴打开	60％	20％
				较大	第一喷嘴打开和第二喷嘴打开	100％	33％

当加热和热水的负载较小时，第一喷嘴141的辅助阀151打开并且第二喷嘴142的第二辅助阀152关闭。在这种情况下，由比例控制阀153控制的燃气量具有在最大值40％和最小值13％之间的一个值。

在这种情况下，根据比例控制阀153和辅助阀151和142的开闭，控制器控制鼓风机110的转数，以便仅仅供给燃烧所必需的空气量。

供给的燃气和空气在混合室120中混合，然后在燃烧器表面130的整个区域中燃烧。因此，由于过剩空气供给到低负荷区域，有可能防止如现有技术中仅仅在燃烧器表面的局部区域的燃烧而引起的露点温度下降。

当加热和热水的负荷具有中间值时，第一喷嘴141的第一辅助阀151关闭并且第二喷嘴142的第二辅助阀152打开。在这种情况下，由比例控制阀153控制的燃气量具有在最大值60％和最小值20％之间的一个值。

当加热和热水的负荷较大时，第一喷嘴141的第一辅助阀151和第二喷嘴142的第二辅助阀152打开。在这种情况下，由比例控制阀153控制的燃气量具有在最大值100％和最小值33％之间的一个值。

根据上述结构，当最大燃气量是100％时，比例控制可实现在从13％到100％的范围内。因此，如现有技术中一样，有可能保持大致7.7∶1的TDR，并且防止露点温度的下降，从而使得可以高效率地驱动冷凝式锅炉。

根据本发明，还可能增加喷管部分的喷管数目到3或4个，从而与现有技术相比，进一步增加TDR，而不会降低露点温度。

通过根据本发明的燃气锅炉的燃烧装置，可能在低输出区域防止废气氧浓度的进一步增加，从而改善燃气锅炉的效率。

虽然为了解释目的已经描述了本发明的几个示例的实施例，本领域技术人员应该理解的是，各种的修改、增加和替换是可能的，而不会脱离在附加的权利要求公开的本发明的范围和精神之外。

Claims

1.一种燃气锅炉的燃烧装置，其包括：

鼓风机，其用于供给燃烧所需的空气；

比例控制阀，其用于控制燃气的供给流速；

喷嘴部件，其连接到比例控制阀，所述喷嘴部件根据辅助阀的打开和关闭来提供燃气并且包括多个彼此并联的喷嘴；

混合室，其用于混合从鼓风机供给的空气和通过喷嘴部件的燃气，然后将混合的空气和燃气供给到燃烧器表面；和

控制器，其根据比例控制阀和辅助阀的打开和关闭来控制鼓风机的转数，以便仅仅供给与燃烧所需一样多的空气量；

该喷嘴部件包括燃气通过的、具有不同直径部分的多个喷嘴。

2.如权利要求1所述的燃烧装置，其中，该混合室包括设置在其中的配风板。

3.如权利要求1到2任一项所述的燃烧装置，其中，通过该喷嘴部件的燃气被引入该鼓风机的入口，然后与空气混合。