CN107525277A - 一种低氮冷凝壁挂炉及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低氮冷凝壁挂炉及其应用方法，包括风机、集烟罩、燃气阀和水冷燃烧器。水冷燃烧器分气管的内腔通过堵板分成独立的两段，每段均连接有进气接头。燃气阀由一个主通断阀、一个比例调节阀和两个通断阀组成，主通断阀连接主进气管，两个通断阀的出口分别与分气管的两段连通。将分气管进行分段，控制分气管上的全部火排燃烧或者部分火排燃烧，降低小负荷比，可解决离焰问题和夏季水温过烫的问题。另外本壁挂炉采用定速风机，可解决冷凝水腐蚀主换热器的问题。还通过在集烟罩的底部设置透风挡板，来解决极限气测试条件下CO排放超标的问题。通过试验验证，本壁挂炉的小负荷调节比在0.35～0.5之间，即可解决离焰问题和夏季水温过烫的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷凝壁挂炉，具体涉及一种低氮冷凝壁挂炉及其应用方法。
背景技术
常用的壁挂炉有燃气采暖热水炉和冷凝式燃气暖浴两用炉。目前的燃烧器主要有全预混燃烧器、浓淡燃烧器和水冷盘管式燃烧器三种。浓淡燃烧器在壁挂炉中应用很少，且其借用的是壁挂炉口琴结构式燃烧器，只适用于正压燃烧环境。全预混燃烧器技术含量高，且对燃气的成分含量及其洁净度有很高的要求，所以其燃烧适应能力较弱。目前在壁挂炉中应用得比较好的是水冷式燃烧器，应用该燃烧器，燃气燃烧后能够有效的降低氮氧化物含量，可满足低氮氧化物排放要求。但是该燃烧器的应用也存在以下缺陷：冷凝水腐蚀主换热器；燃烧负荷调节比太小导致夏季水温太烫；在极限气测试条件下，烟气中的CO气体超标。等等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可避免上述缺陷的低氮冷凝壁挂炉及其应用方法。
本发明提供的这种低氮冷凝壁挂炉，包括风机、集烟罩、燃气阀和水冷燃烧器。水冷燃烧器分气管的内腔通过堵板分成独立的两段，每段均连接有进气接头。所述燃气阀由一个主通断阀、一个比例调节阀和两个通断阀组成，主通断阀连接主进气管，两个通断阀的出口分别与分气管的两段连通。
所述风机为定速风机。
所述集烟罩的底部设置透风挡板，透风挡板一端段的透风率大于另一端段的透风率。
所述透风板采用耐高温、抗变形的金属材料制作。
本发明还提供了一种如何将水冷燃烧器的进气管分段的方法，通过将进气管分段实现部分火排燃烧和全段火排燃烧的工况，具体步骤如下：
(1)设定燃烧小负荷与额定负荷的比值在0.35～0.50之间；
(2)选取燃气阀的三个电流值I1、I2和I3，I1＞I3＞I2；在不同电流情况下测试燃烧热负荷值，具体如下：
a)I1下控制两个通断阀均打开，分气管全段的火排N1全部燃烧，记录相应的负荷值Q1，然后关闭其中一个通断阀，只有一个分段的火排N2燃烧，记录相应的负荷值Q2；
b)I2下控制两个通断阀均打开，分气管全段的火排N1全部燃烧，记录相应的负荷值Q3
c)I3下控制两个通断阀均打开，分气管全段的火排N1全部燃烧，记录相应的负荷值Q4，然后关闭其中一个通断阀，只有一个分段的火排N2燃烧，记录相应的负荷值Q5；
(3)数据分析
由于I1＞I3＞I2，所以Q1＞Q4＞Q3，由于燃烧热负荷与燃烧火排数整正比，所以Q2/Q1＝N2/N1，Q5/Q4＝N2/N1，从而得出Q2＞Q5；
水冷燃烧器在不分段燃烧的最小负荷比K1＝Q3/Q1，最大负荷比K2＝Q4/Q1；
若K1＜0.5，则全段火排燃烧会不稳定，所以确定K2≥K1≥0.5；
为了保证分段后，部分火排燃烧稳定，燃烧不断档，必须保证部分火排燃烧时,单排火的负荷大于全排最小火燃烧时单排火的负荷，则应满足Q5/Q3＞N2/N1,从而得出Q2＞Q3,N2＞N1＞0.5
在产品开发时设定燃烧负荷比不小于0.35，预留一定的富余量，即Q5≥0.35Q1，则：
所以N2/N1≤0.35/0.5＝0.7
所以水冷燃烧器的分段需满足0.7≥N2/N1＞0.5，其中N2、N1为整数。
本发明通过将水冷燃烧器的分气管进行分段，控制分气管上的全部火排燃烧或者部分火排燃烧两种工况，使低氮冷凝壁挂炉的性能更优越。通过分段燃烧降低小负荷与额定负荷的比值，使小负荷比在0.35～0.5之间，保证部分火排燃烧稳定避免发生离焰问题。在夏季时，以小负荷分段燃烧，降低燃烧负荷，使水加热后不超过设定温度范围，避免水温过烫。主换热器一般为铜质换热器，少数使用不锈钢换热器。发生腐蚀主要是在燃烧器以最小负荷下燃烧换热时，此时主换热器换热有余量，而风速太小，换热效率过高，导致出现冷凝，产生冷凝水。本发明采用定速风机，所以燃烧器在最大负荷和最小负荷下燃烧时，风速保持不变，所以小负荷下风速偏大，效率偏低，满足一级能效标准即可，烟气中的含氧量增加，理论露点温度降低，排烟温度相比增加，所以主换热发生冷凝的几率很小，基本上可避免小负荷下主换热器产生冷凝水，部分冷凝只发生在冷凝换热器中，而冷凝换热器为不锈钢换热器。在集烟罩的底部设置透风挡板，且透风挡板靠近集烟罩排烟口的区域透风率较大，合理分布气流组织，使得燃气燃烧后，气流更均匀、通畅，避免在极限气测试条件下，CO排放超标。
总的来说，本发明具有以下优势：可有效增加产品的燃烧负荷调节比，降低最小燃烧负荷，避免夏季水温过烫；可有效减少冷凝水对主换热器的腐蚀，提高产品的使用寿命；可有效解决极限气测试条件下烟气中CO超标排放的问题，绿色环保。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中水冷燃烧器的放大结构示意图。
图3为图1中透风板的一种放大结构示意图。
图4为图1中透风板的另一种放大结构示意图。
图5为图1中燃气阀的放大结构示意图。
图6为图8的侧视示意图。
图7为壁挂炉负荷调节示意图。
图8为燃气阀的流量特性图。
图1中：
A、供暖水出口；B、生活热水出口；C、燃气进口；D、生活冷水进口；E、供暖回水口；F、冷凝水排水口；
1、风压开关；2、风机；3、集烟罩；4、主换热器；5、机械温控器；6、供暖温度探头；7、水冷燃烧器；8、燃气阀；9、三通阀；10、水压传感器；11、热水温度探头；12、补水阀；13、安全泄压阀；14、循环水泵；15、板式换热器；16、膨胀水箱；17、冷凝换热器；18、同轴给排烟管。
图2中：71、分气管；72、堵板；73、进气接头；74、紧固螺栓；75、燃烧器支架；76、盘管；77、火排。
具体实施方式
从图1可以看出，本发明公开的这种低氮冷凝壁挂炉，包括风压开关1、风机2、集烟罩3、主换热器4、机械温控器5、供暖温度探头6、水冷燃烧器7、燃气阀8、三通阀9、水压传感器10、热水温度探头11、补水阀12、安全泄压阀13、循环水泵14、板式换热器15、膨胀水箱16、冷凝换热器17、同轴给排烟管18、透风挡板19。供暖水出口A、生活热水出口B、燃气进口C、生活冷水进口D、供暖回水口E、冷凝水排水口F。
结合图5和图6可以看出，燃气阀8由一个主通断阀81、一个比例调节阀82和两个通断阀83组成。
从图2可以看出，水冷燃烧器7的分气管71的内腔被堵板72分隔成独立的两段，每段的下侧均连接有一个进气接头73。
结合图1、图2、图5和图6可以看出，主通断阀81连接主进气管，两个通断阀83的出口分别与分气管71的两段连通。
图3为本发明透风挡板的一种结构示意图。从图3可以看出，其下部的透风孔直径小于上部透风孔的直径，但是下部透风孔的布置密度大于上部透风孔的密度。
图4为本发明透风板的另一种结构示意图。从图4可以看出，上部和下部透风孔的直径相同，但是布置密度不同，下部较密上部较稀疏。
本发明公开的这种低氮冷凝壁挂炉的工作原理如下：
在燃气系统中，燃气由C进口后进入燃气阀8，从图5和图6可以看出，燃气阀8为分段比例阀，有两个通断阀作为出口阀。结合图1和图2可以看出，燃气阀8的两个通断阀分别与水冷燃烧器7分气管的两段连通，通过系统的控制，在水冷燃烧器7中分段燃烧，燃烧的部分热量与水冷燃烧器7的盘管76内循环水换热，降低火焰根部温度，破坏NOX的生成环境，降低NOX的生产含量，燃烧的热量大部分与主换热器4进行换热，加热管路中的循环水，最后高温烟气经风机2强排至冷凝换热器17中，管路循环水进一步吸收余热，烟气最后排出室外。
在供暖循环水系统中，循环水由供暖回水口E流入壁挂炉，在经过循环泵14后，循环水被送至冷凝换热器与高温烟气换热，再流回燃烧器中的盘管与火焰根部温度换热，最后再流至主换热器进行加热，加热后经三通阀切换下，加热后的循环水流进板式换热器中，与生活水进行换热。生活水由D进B出。
将风机2采用定速风机，所以燃烧器在最大负荷和最小负荷下燃烧时，风速保持不变，所以小负荷下风速偏大，效率偏低，满足一级能效标准即可，烟气中的含氧量增加，理论露点温度降低，排烟温度相比增加，所以主换热发生冷凝的几率很小，基本上可避免小负荷下主换热器产生冷凝水，部分冷凝只发生在冷凝换热器中，而冷凝换热器为不锈钢换热器。
在集烟罩3的底部设置透风挡板19，透风挡板与集烟罩壳体之间通过铆接方式连接或者通过螺钉紧固。图3和图4示出了两种结构的透风挡板，根据集烟罩的形状不同，可酌情选用。如用图3所示的结构时，使透风孔直径较小的一端段距离集烟罩排烟出口较近。或者选用图4所示的结构，使透风孔布置较稀的一端段距离集烟罩的排烟出口较近。选用原则是合理分布气流组织，使得燃气燃烧后，气流更均匀、通畅，避免在极限气测试条件下CO超标。
水冷燃烧器的结构决定了其不分段燃烧的小负荷不得小于50％额定负荷，若小于这个值会使火排燃烧不稳定，从而导致离焰现象出现。通过将水冷燃烧器的分气管分成独立的两段，控制火排分段燃烧可降低小负荷比。而水冷燃烧器的火孔比普通燃烧器的火孔要大，其燃烧方式为类似全预混燃烧时，过剩空气系数比普通燃烧器的要小很多。经过反复试验验证，在小负荷状态下，若负荷比小于0.35，再配合定速风机燃烧时，风量过大，气流影响较大，易导致点火燃烧不成功，或燃烧不稳定。若配合可调速风机，风量过小，气流缓慢，换热后的烟气再集烟罩易发生凝聚，或者产生回流，烟温过低易冷凝，产生冷凝水，腐蚀主换热器。也就是说，水冷燃烧器分段燃烧时，其小负荷为额定负荷的35％为最低值，这样才能克服现有技术存在的缺陷。
水冷燃烧器小负荷比的调节关键在于分段燃烧的火排数是否合适。在确定小负荷比在0.35～0.5之间的先决条件下，设定(2)选取燃气阀的三个电流值I1、I2和I3，I1＞I3＞I2；在不同电流情况下测试燃烧热负荷值，具体如下：
a)I1下控制两个通断阀均打开，分气管全段的火排N1全部燃烧，记录相应的负荷值Q1，然后关闭其中一个通断阀，只有一个分段的火排N2燃烧，记录相应的负荷值Q2；
b)I2下控制两个通断阀均打开，分气管全段的火排N1全部燃烧，记录相应的负荷值Q3；
c)I3下控制两个通断阀均打开，分气管全段的火排N1全部燃烧，记录相应的负荷值Q4，然后关闭其中一个通断阀，只有一个分段的火排N2燃烧，记录相应的负荷值Q5；
(3)数据分析
由于I1＞I3＞I2，所以Q1＞Q4＞Q3，由于燃烧热负荷与燃烧火排数整正比，所以Q2/Q1＝N2/N1，Q5/Q4＝N2/N1，从而得出Q2＞Q5；图7为壁挂炉负荷调节示意图。水冷燃烧器在不分段燃烧的最小负荷比K1＝Q3/Q1，最大负荷比K2＝Q4/Q1；
若K1＜0.5，则全段火排燃烧会不稳定，所以确定K2≥K1≥0.5；
为了保证分段后，部分火排燃烧稳定，燃烧不断档，必须保证部分火排燃烧时,单排火的负荷大于全排最小火燃烧时单排火的负荷，则应满足Q5/Q3＞N2/N1,从而得出Q2＞Q3,N2＞N1＞0.5；
在产品开发时设定燃烧负荷比不小于0.35，预留一定的富余量，即Q5≥0.35Q1，则：
所以N2/N1≤0.35/0.5＝0.7。
所以水冷燃烧器的分段需满足0.7≥N2/N1＞0.5，其中N2、N1为整数。如就是说如果分气管全段的火排数为12的话，分段的火排数需满足8.4≥N2＞6，则分段火排数N2只能为7和8。
图8为燃气阀的流量特性图。从图8可以看出，燃气阀的电流值一般在80～118mA范围内，最小值对应阀的最小比例开度，最大值对应最大比例开度，燃烧负荷正比于阀后二次压力值。在一定的燃气喷嘴孔径下，燃烧负荷随电流值的增大而增大；在一定的燃气阀比例电流值下，燃烧负荷随燃烧器喷嘴的增多或喷嘴的孔径增大而增大。
以额定负荷25.6kW，水冷燃烧器的火排总数为12排，分段火排数N2为7为例，N2/N1＝0.58，在0.5～0.7范围间，在不同电流值测试的燃烧负荷为下表：
Claims (5)
1.一种低氮冷凝壁挂炉，包括风机、集烟罩、燃气阀和水冷燃烧器，其特征在于：所述水冷燃烧器分气管的内腔通过堵板分成独立的两段，每段均连接有进气接头，所述燃气阀由一个主通断阀、一个比例调节阀和两个通断阀组成，主通断阀连接主进气管，两个通断阀的出口分别与分气管的两段连通。
2.如权利要求1所述的低氮冷凝壁挂炉，其特征在于：所述风机为定速风机。
3.如权利要求1所述的低氮冷凝壁挂炉，其特征在于：所述集烟罩的底部设置透风挡板，透风挡板一端段的透风率大于另一端段的透风率。
4.如权利要求3所述的低氮冷凝壁挂炉，其特征在于：所述透风板采用耐高温、抗变形的金属材料制作。
5.一种权利要求1所述低氮冷凝壁挂炉水冷燃烧器的分段方法，包括以下步骤：
(1)设定燃烧小负荷与额定负荷的比值在0.35～0.50之间；
(2)选取燃气阀的三个电流值I1、I2和I3，I1＞I3＞I2；在不同电流情况下测试燃烧热负荷值，具体如下：
a)I1下控制两个通断阀均打开，分气管全段的火排N1全部燃烧，记录相应的负荷值Q1，然后关闭其中一个通断阀，只有一个分段的火排N2燃烧，记录相应的负荷值Q2；
b)I2下控制两个通断阀均打开，分气管全段的火排N1全部燃烧，记录相应的负荷值Q3
c)I3下控制两个通断阀均打开，分气管全段的火排N1全部燃烧，记录相应的负荷值Q4，然后关闭其中一个通断阀，只有一个分段的火排N2燃烧，记录相应的负荷值Q5；
(3)数据分析
由于I1＞I3＞I2，所以Q1＞Q4＞Q3，由于燃烧热负荷与燃烧火排数整正比，所以Q2/Q1＝N2/N1，Q5/Q4＝N2/N1，从而得出Q2＞Q5；
水冷燃烧器在不分段燃烧的最小负荷比K1＝Q3/Q1，最大负荷比K2＝Q4/Q1；
若K1＜0.5，则全段火排燃烧会不稳定，所以确定K2≥K1≥0.5；
为了保证分段后，部分火排燃烧稳定，燃烧不断档，必须保证部分火排燃烧时,单排火的负荷大于全排最小火燃烧时单排火的负荷，则应满足Q5/Q3＞N2/N1,从而得出Q2＞Q3,N2＞N1＞0.5
在产品开发时设定燃烧负荷比不小于0.35，预留一定的富余量，即Q5≥0.35Q1，则：
所以N2/N1≤0.35/0.5＝0.7
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