CN113834066A - 一种燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置，包括燃气管(3)、喷嘴(4)和燃烧器(6)，其特征在于：所述燃烧器(6)包括外壳(62)，所述外壳(62)内由上至下依次固定连接火孔板(61)、分配板(63)、防火板(64)和混合箱(65)。本发明要解决的技术问题是提供一种燃气热水器具的高调节比低氮燃烧方法和装置，实现燃气热水器具容易调节、高效和低污染排放。

Description

一种燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置和方法
技术领域
本发明涉及燃气热水器具领域，具体地讲，涉及一种燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置和方法。
背景技术
GB20665《家用燃气热水器和燃气采暖热水炉能效限定值及能效等级》中规定：2级能效，50％Q时热效率≥84％，100％Q时热效率≥88％；3级能效，仅规定了100％Q时热效率≥88％；1级能效器具是使用完全预混燃烧器和冷凝换热器的冷凝式燃气热水器具。其主要原因与采用分段燃烧和部分预混燃烧器。
部分预混燃烧器，虽燃烧稳定，但受二次风吹熄作用和稳焰气流不均衡的影响，导致过剩空气系数较高；同时局部高温导致NOx排放高；较低的稳定范围，导致负荷调节范围一般在40-100％之间。
分段燃烧技术，是高负荷下全部燃烧而低负荷部分燃烧，未燃部分通过的空气，造成烟气温度、流速和烟气露点不均，进而降低整体热效率。
目前世界低氮燃烧多采用全预混和浓淡燃烧，但都收到稳定范围较窄，存在负荷调节比低的问题，导致低负荷热效率低和水温难以恒定。
在今天碳达峰和环保现实条件下，作为重要燃气消耗领域的燃气热水器具，低氮、高负荷调节比成为重要技术要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置和方法，实现燃气热水器具容易调节、高效和低污染排放。
本发明采用如下技术方案实现发明目的：
一种燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置，包括燃气管(3)、喷嘴(4)和燃烧器(6)，其特征在于：所述燃烧器(6)包括外壳(62)，所述外壳(62)内由上至下依次固定连接火孔板(61)、分配板(63)、防火板(64)和混合箱(65)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述火孔板(61)上设置有主火孔(611)、副火孔(612)及分割孔(614)；所述主火孔(611)为条形或圆形，多个所述主火孔(611)由所述副火孔(612)进行分组，所述火孔板(61)四周布置有所述副火孔(612)，每个所有副火孔(612)之间距离为2-4mm之间。
作为对本技术方案的进一步限定，所述分配板(63)包含主气道(631)、副气道(632)、进气口(635)、主气口(636)及隔板(637)；
所述防火板(64)上设置有防火孔(641)，所述防火板(64)上方与所述分配板(63)相连，下方与所述混合箱(65)相连。
作为对本技术方案的进一步限定，所述外壳(62)包含风机口(622)、外壳板(623)和一组燃气孔(621),所述风机口(622)位于所述外壳(62)的下侧，所述风机口(622)与混合器(2)相连，一组所述燃气孔(621)位于所述外壳(62)的前侧，所述燃气孔(621)对应安装主喷嘴(41)和副气管(32)，所述外壳板(623)与所述火孔板(61)和所述防火板(64)相连，所述外壳板(625)上安装点火器(51)和检测针(52)，所述副气管(32)的两侧安装有副喷嘴(42)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述混合箱(65)包含混合管(651)、风口(652)、分割腔(653)和折板(654)，所述混合箱位于所述防火板(64)下方，所述混合箱(65)有单个或多个分割腔(653)，每个所述分割腔(653)下方有所述混合管(651)和所述风口(652)，所述风口(652)处有所述主喷嘴(41)，所述混合管(651)上方有所述折板(654)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述防火孔(641)为圆孔或条形孔，所述防火孔(641)水力直径不大于3mm；
所述防火板(64)与所述火孔板(61)之间间距为5-25mm；
所述分配板(63)由所述隔板(637)形成所述主气道(631)和所述副气道(632)，所述主气道(631)下方与所述防火板相连(64),上方为所述主气口(636)，所述主气口(636)与所述主火孔(611)相连，来自所述混合箱(65)的主气，经所述防火板(64)、所述主气道(631)、所述主火孔(611)流出而燃烧形成主火焰，主气的空气与燃气的比例范围为10:1-18:1；
所述副气道(632)包含环通道(633)和支通道(634)，所述支通道(634)分别纵向和横向连通于所述环通道(633)，通过所述进气口(635)进入的主气或空气，与所述副喷嘴(42)喷出燃气形成副气，副气先流入所述环通道(633)，再进入所述支通道(634)，最后进入所述副气孔(612)燃烧形成副火焰，副气中空气与燃气的体积比范围为11:1-5:1，所述环形道(633)的数量与所述分割箱(653)的数量相等，所述环通道(633)的下侧与所述防火板(64)紧密接触，所述支通道(634)与所述防火板(64)之间有1-3mm间隙，所述环通道(633)和所述支通道(634)的上侧与所述火孔板(61)紧密连接；
所述副喷嘴(42)安装在所述副气道(632)的所述环通道(633)内，分两侧喷出燃气，与所述进气口(635)流入的空气或主气在所述环通道(633)内混合，并进入其他所述环通道(633)和所述支通道(634)；
所述防火板(64)上方与所述分配板(63)相连，下方与所述混合箱(65)相连,所述防火孔(641)为圆孔或条形孔，孔水力直径不大于3mm；
所述分割腔(653)的数量与所述主喷嘴(41)数量相等，每个所述分割腔(653)下方侧有所述风口(651)和所述混合管(652)，所述风口(651)处有所述主喷嘴(41)，所述混合管(652)上方固定有所述折板(654)，主气或空气经所述风口(651)进入所述分割腔(653)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述主气阀(13)采用单电磁阀，所述主气管(31)与所述主气阀(13)相连，所述主气管(31)与所述主喷嘴(41)相连。
一种权利要求1所述的燃气热水器具的高调节比低氮燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：启动风机，空气经所述混合器(2)、所述外壳(62)、所述混合箱(65)、所述防火板(64)、所述分配板(63)进入所述主火孔(611)和所述副火孔(612)，对所述燃烧器(6)进行吹扫；
步骤二：吹扫一定时间后，启动所述开关阀(11)、比例阀(12)及所述副气阀(14)，打开所述副气阀(14)后，燃气经所述副气管(32)、所述副喷嘴(42)与经所述进气口(635)的空气混合形成副气，副气经所述分配板(63)进入所述副火孔(612)，所述点火器(51)点火，点燃所述副火孔(612)流出的副气形成副火焰，所述检测针(52)检测到火焰着火信号，确认点火成功；
步骤三：点火成功后，调节所述比例阀(12)，控制副气的空气与燃气混合比例为5:1-11:1，控制所述燃烧器(6)处于低负荷下运行工况，副气的空气与燃气比例为5:1-11:1；
步骤四：当有高负荷运行工况需求时，调节所述比例阀(12)，打开所述主气阀(13)，燃气经所述主喷嘴(41)与空气混合得到主气，主气经所述混合箱(65)、所述防火板(64)、所述分配板(63)、所述主火孔(612)后，被已点燃的副火焰点燃形成主火焰，形成主火焰和副火焰共同燃烧；
步骤五：通过控制所述比例阀(12)调节所述燃烧器(6)的负荷，并处于高负荷运行工况，主气的空气与燃气比例为10:1-18:1；
步骤六：当再次进入低负荷运行工况时，关闭主气阀(11)，进入所述步骤三运行；
步骤七：当再次需要进入高负荷运行工况时，进入所述步骤四运行；
步骤八：发出停机指令时，关闭所述主气阀(13)、所述副气阀(14)及所述开关阀(11)，一定时间后关闭风机。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
1、在高低负荷下燃烧器运行时间火焰高度、火焰温度高度更均匀；
2、可满足低负荷运行时的高过剩空气系数，防止烟气发生冷凝；
3、确保高负荷运行时空气系数>1.1-1.8,保证火焰稳定和超低氮排放；
4、高低负荷转换传火稳定。
附图说明
图1为本发明的燃烧器结构总图。
图2为本发明的混合器结构图。
图3为本发明的外壳结构图。
图4为本发明的分配板结构图。
图5为本发明的混合箱结构图。
图6为本发明的燃气阀的控制原理图。
图中：1、燃气阀组，2、混合器，3、燃气管，4、喷嘴，6、燃烧器，11、开关阀，12、比例阀；13、主气阀，14、副气阀，21、文丘里管，22、燃气头，31、主气管，32、副气管，41、主喷嘴，42、副喷嘴，51、点火器，52、检测针，61、火孔板，62、外壳，63、分配板，64、防火板，65、混合箱，611、主火孔，612、副火孔，614、分割孔，621、燃气孔，622、风机口、623、外壳板，631、主气道，632、副气道，633、环通道，634、支通道，635、进气口，636、主气口，637、隔板，641、防火孔，651、混合管，652、风口，653、分割腔，654、折板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1-图6所示，本发明包括燃气阀组1、混合器2、燃气管3、喷嘴4和燃烧器6，所述燃气阀组1是由开关阀11、比例阀12、主气阀13及副气阀14组成的组合体，所述开关阀11开启或关闭燃气通道，与所述比例阀12相连，所述比例阀12分别与所述主气阀13和所述副气阀14相连，所述主气阀13为单电磁阀或多电磁阀结构，所述副气阀14为单电磁阀结构，所述混合器2包括文丘里管21及燃气头22，所述混合器2连接于风机后侧，所述燃气管3分为主气管31及副气管32，所述喷嘴4分为主喷嘴41及副喷嘴42，所述燃烧器6包括火孔板61、外壳62、分配板63、防火板64及混合箱65组成，所述火孔板61上设置有主火孔611、副火孔612和分割孔614；所述火孔板61材质为不锈钢或铜，所述主火孔611为条形或圆形，所述主孔组613之间有所述分割孔614进行分组，所述副火孔612分布在所述主孔组613四周，所述火孔板61四周布置有所述副火孔612，所有副火孔612之间距离为2-4mm之间。所述外壳62包含燃气孔621、风机口622及外壳板623,所述风机口622位于所述外壳62的下侧，所述风机口622与通过所述混合器2与风机相连，所述燃气孔621位于所述外壳62的前侧，所述燃气孔621安装所述主喷嘴41或所述副气管32，所述外壳板623与所述火孔板61和所述防火板64相连，所述外壳板623上安装所述点火器51和所述检测针52，所述分配板63包含主气道631、副气道632、环通道633、支通道634、进气口635、主气口636及隔板637，所述防火板64上设置有防火孔641，所述防火板64上方与所述分配板63相连，下方与所述混合箱65相连，所述混合箱65包含风口651、混合管652、分割腔653、折板654，所述混合箱65位于所述外壳62内，所述混合箱65位于所述防火板64下方，所述混合箱65有单个或多个所述分割腔653，每个所述分割腔653下方有所述风口651和所述混合管652，所述风口651处有所述主喷嘴41，所述混合管652上方有所述折板654。
所述主喷嘴41和所述副喷嘴42可为1个或多个，材质为铜。当采用所述主喷嘴41混合形成主气时，来自风机的空气经所述外壳62后，进入所述风口651，与来自所述主喷嘴41的燃气混合形成主气。来自所述外壳62的空气经过所述进气口635与所述副喷嘴42喷出的燃气混合形成副气，主气管31连接主喷嘴41，副气管32两侧连接两个副喷嘴42。
所述火孔板61采用不锈钢板或铜板，所述主火孔611为圆形或条形孔，所述副火孔612为圆形或条形孔，所述副火孔612分布在所述主火孔611四周，所述主火孔611与所述副火孔612的间距在1-3mm之间，所述火孔板61最外围均布所述副火孔612。
所述分配板63位于所述火孔板61下方。
所述防火板64位于所述混合箱65的上方，位于所述分配板63下方，所述防火孔641为圆孔或条形孔，所述防火孔641水力直径不大于3mm，所述防火板64与所述火孔板61之间静距为5-25mm。
所述分配板63由所述隔板637形成所述主气道631和所述副气道632，所述主气道631下方与所述防火板相连64,上方为所述主气口636，所述主气口636与所述主火孔611相连，来自所述混合箱65的主气，经所述防火板64、所述主气道631、所述主火孔611流出而燃烧形成主火焰。主气的空气与燃气的比例范围为10:1-18:1，所述副气道632包含所述环通道633和所述支通道634，所述支通道634分别纵向和横向连接于所述环通道633。通过所述进气口635进入的主气或空气，与所述副喷嘴42喷出燃气形成副气，副气先流入所述环通道633，再进入所述支通道634，最后进入所述副气孔612燃烧形成副火焰，副气中空气与燃气的体积比范围为11:1-5:1，所述环形道633的数量与所述分割腔653的数量相等，所述环通道633的下侧与所述防火板64紧密接触，所述支通道634与所述防火板64之间有1-3mm间隙。所述环通道633和所述支通道634的上侧与所述火孔板61紧密连接，所述副喷嘴42安装在所述副气道632的所述环通道633内，分两侧喷出燃气，与所述进气口635流入的空气或主气在所述环通道633内混合，并进入其他所述环通道633和所述支通道634，所述防火板64上方与所述分配板63相连，下方与所述混合箱65相连，所述防火孔641为圆孔或条形孔，孔水力直径不大于3mm，所述混合箱65位于所述外壳62内，所述混合箱65位于所述防火板64下方，所述混合箱65有单个或多个所述分割腔633，所述分割腔653的数量与所述主喷嘴41数量相等，每个所述分割腔653下方侧有所述风口651和所述混合管652，所述风口651处有所述主喷嘴41，所述混合管652上方有所述折板654，主气或空气经所述风口651进入所述分割腔653。
空气与燃气在所述混合器2内体积混合比例范围为10:1-18:1，所述混合箱65内通过所述主喷嘴41实现空气与燃气混合比例范围为10:1-18:1。
点火器51完成点火过程，所述检测针52完成火焰检测功能，判定火焰着火与未着火。
所述主气阀13采用单电磁阀时，所述主气管31与所述主气阀13相连，所述主气管31与所述主喷嘴41相连。
一种燃气热水器具的高调节比低氮燃烧方法，包括以下步骤：
步骤一：启动风机，空气经所述混合器2、所述外壳62、所述混合箱65、所述防火板64、所述分配板63进入所述主火孔611和所述副火孔612，对所述燃烧器6进行吹扫；
步骤二：吹扫一定时间后，启动所述开关阀11、比例阀12及所述副气阀14，打开所述副气阀14后，燃气经所述副气管32、所述副喷嘴42与经所述进气口635的空气混合形成副气，副气经所述分配板63进入所述副火孔612，所述控制装置5控制所述点火器51点火，点燃所述副火孔612流出的副气形成副火焰，所述检测针52检测到火焰着火信号，确认点火成功；
步骤三：点火成功后，调节所述比例阀12，控制副气的空气与燃气混合比例为5:1-11:1，控制所述燃烧器6处于低负荷下运行工况，副气的空气与燃气比例为5:1-11:1；
步骤四：需要高负荷运行工况需求时，调节所述比例阀12，打开所述主气阀13，燃气经所述混合器2的所述燃气头22或所述主喷嘴41与空气混合得到主气，主气经所述混合箱65、所述防火板64、所述分配板63、所述主火孔612后，被已点燃的副火焰点燃形成主火焰，形成主火焰和副火焰共同燃烧；
步骤五：控制所述比例阀12调节所述燃烧器6的负荷，并处于高负荷运行工况，主气的空气与燃气比例为10:1-18:1；
步骤六：当进入低负荷运行工况时，关闭所述主气阀13，进入所述步骤三运行；
步骤七：当进入高负荷运行工况时，进入所述步骤四运行；
步骤八：需要停机时，关闭所述主气阀13、所述副气阀及所述开关阀11，一定时间后关闭风机。
本发明的工作流程为：启动风机，空气经混合器2、外壳62、混合箱65、防火板64、分配板63进入主火孔611和副火孔612，对燃烧器6进行吹扫。
吹扫一定时间后，启动开关阀11、比例阀12及副气阀14，打开副气阀14后，燃气经副气管32、副喷嘴42与经进气口635空气混合形成副气，副气经分配板63进入副火孔612，控制点火器51点火，点燃副火孔612流出的副气形成副火焰，检测针52检测到火焰着火信号，确认点火成功。
点火成功后，调节比例阀12，控制副气的空气与燃气混合比例为5:1-11:1，控制燃烧器6处于低负荷下运行工况，副气的空气与燃气比例为5:1-11:1。
发出高负荷运行工况需求时，调节比例阀12，打开主气阀13，燃气经混合器2的燃气头22或主喷嘴41与空气混合得到主气，主气经混合箱65、防火板64、分配板63、主火孔612后，被已点燃的副火焰点燃形成主火焰，形成主火焰和副火焰共同燃烧。
控制比例阀12调节燃烧器6的负荷，并处于高负荷运行工况，主气的空气与燃气比例为10:1-18:1。
发出再次进入低负荷运行工况时，关闭主气阀13，控制装置5调节比例阀12，控制燃烧器6处于低负荷下运行工况。
再次发出进入高负荷运行工况。
发出停机指令时，关闭主气阀13、副气阀14及开关阀11，一定时间后关闭风机。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置，包括燃气管(3)、喷嘴(4)和燃烧器(6)，其特征在于：所述燃烧器(6)包括外壳(62)，所述外壳(62)内由上至下依次固定连接火孔板(61)、分配板(63)、防火板(64)和混合箱(65)。
2.根据权利要求1所述的燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置，其特征在于：
所述火孔板(61)上设置有主火孔(611)、副火孔(612)及分割孔(614)；所述主火孔(611)为条形或圆形，多个所述主火孔(611)由所述副火孔(612)进行分组，所述火孔板(61)四周布置有所述副火孔(612)，每个所有副火孔(612)之间距离为2-4mm之间。
3.根据权利要求2所述的燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置，其特征在于：
所述分配板(63)包含主气道(631)、副气道(632)、进气口(635)、主气口(636)及隔板(637)；
所述防火板(64)上设置有防火孔(641)，所述防火板(64)上方与所述分配板(63)相连，下方与所述混合箱(65)相连。
4.根据权利要求3所述的燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置，其特征在于：所述外壳(62)包含风机口(622)、外壳板(623)和一组燃气孔(621),所述风机口(622)位于所述外壳(62)的下侧，所述风机口(622)与混合器(2)相连，一组所述燃气孔(621)位于所述外壳(62)的前侧，所述燃气孔(621)对应安装主喷嘴(41)和副气管(32)，所述外壳板(623)与所述火孔板(61)和所述防火板(64)相连，所述外壳板(625)上安装点火器(51)和检测针(52)，所述副气管(32)的两侧安装有副喷嘴(42)。
5.根据权利要求4所述的燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置，其特征在于：
所述混合箱(65)包含混合管(651)、风口(652)、分割腔(653)和折板(654)，所述混合箱位于所述防火板(64)下方，所述混合箱(65)有单个或多个分割腔(653)，每个所述分割腔(653)下方有所述混合管(651)和所述风口(652)，所述风口(652)处有所述主喷嘴(41)，所述混合管(651)上方有所述折板(654)。
6.根据权利要求5所述的燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置，其特征在于：
所述防火孔(641)为圆孔或条形孔，所述防火孔(641)水力直径不大于3mm；
所述防火板(64)与所述火孔板(61)之间间距为5-25mm；
所述分配板(63)由所述隔板(637)形成所述主气道(631)和所述副气道(632)，所述主气道(631)下方与所述防火板相连(64),上方为所述主气口(636)，所述主气口(636)与所述主火孔(611)相连，来自所述混合箱(65)的主气，经所述防火板(64)、所述主气道(631)、所述主火孔(611)流出而燃烧形成主火焰，主气的空气与燃气的比例范围为10:1-18:1；
所述副气道(632)包含环通道(633)和支通道(634)，所述支通道(634)分别纵向和横向连通于所述环通道(633)，通过所述进气口(635)进入的主气或空气，与所述副喷嘴(42)喷出燃气形成副气，副气先流入所述环通道(633)，再进入所述支通道(634)，最后进入所述副气孔(612)燃烧形成副火焰，副气中空气与燃气的体积比范围为11:1-5:1，所述环形道(633)的数量与所述分割箱(653)的数量相等，所述环通道(633)的下侧与所述防火板(64)紧密接触，所述支通道(634)与所述防火板(64)之间有1-3mm间隙，所述环通道(633)和所述支通道(634)的上侧与所述火孔板(61)紧密连接；
所述副喷嘴(42)安装在所述副气道(632)的所述环通道(633)内，分两侧喷出燃气，与所述进气口(635)流入的空气或主气在所述环通道(633)内混合，并进入其他所述环通道(633)和所述支通道(634)；
所述防火板(64)上方与所述分配板(63)相连，下方与所述混合箱(65)相连,所述防火孔(641)为圆孔或条形孔，孔水力直径不大于3mm；
所述分割腔(653)的数量与所述主喷嘴(41)数量相等，每个所述分割腔(653)下方侧有所述风口(651)和所述混合管(652)，所述风口(651)处有所述主喷嘴(41)，所述混合管(652)上方固定有所述折板(654)，主气或空气经所述风口(651)进入所述分割腔(653)。
7.根据权利要求6所述的燃气热水器具的高调节比低氮燃烧装置，其特征在于：所述主气阀(13)采用单电磁阀，所述主气管(31)与所述主气阀(13)相连，所述主气管(31)与所述主喷嘴(41)相连。
8.一种权利要求1所述的燃气热水器具的高调节比低氮燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：启动风机，空气经所述混合器(2)、所述外壳(62)、所述混合箱(65)、所述防火板(64)、所述分配板(63)进入所述主火孔(611)和所述副火孔(612)，对所述燃烧器(6)进行吹扫；
步骤二：吹扫一定时间后，启动所述开关阀(11)、比例阀(12)及所述副气阀(14)，打开所述副气阀(14)后，燃气经所述副气管(32)、所述副喷嘴(42)与经所述进气口(635)的空气混合形成副气，副气经所述分配板(63)进入所述副火孔(612)，所述点火器(51)点火，点燃所述副火孔(612)流出的副气形成副火焰，所述检测针(52)检测到火焰着火信号，确认点火成功；
步骤三：点火成功后，调节所述比例阀(12)，控制副气的空气与燃气混合比例为5:1-11:1，控制所述燃烧器(6)处于低负荷下运行工况，副气的空气与燃气比例为5:1-11:1；
步骤四：当有高负荷运行工况需求时，调节所述比例阀(12)，打开所述主气阀(13)，燃气经所述主喷嘴(41)与空气混合得到主气，主气经所述混合箱(65)、所述防火板(64)、所述分配板(63)、所述主火孔(612)后，被已点燃的副火焰点燃形成主火焰，形成主火焰和副火焰共同燃烧；
步骤五：通过控制所述比例阀(12)调节所述燃烧器(6)的负荷，并处于高负荷运行工况，主气的空气与燃气比例为10:1-18:1；
步骤六：当再次进入低负荷运行工况时，关闭主气阀(11)，进入所述步骤三运行；
步骤七：当再次需要进入高负荷运行工况时，进入所述步骤四运行；
步骤八：发出停机指令时，关闭所述主气阀(13)、所述副气阀(14)及所述开关阀(11)，一定时间后关闭风机。
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