CN213273195U - 一种低氮排放的燃气热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种低氮排放的燃气热水器，其包括：冷凝器；次换热器，次换热器与冷凝器相连；主换热器，主换热器与次换热器相连；冷水管，冷水管与冷凝器相连，冷水管用于将冷水通入到冷凝器内；热水管，热水管与主换热器相连，热水管用于将主换热器内换热后的水排出；一级燃烧器，一级燃烧器设置于主换热器下方，一级燃烧器用于加热主换热器；还原器，还原器用于将一级燃烧器燃烧产生的氮氧化物还原成氮气；二级燃烧器，二级燃烧器设置于次换热器下方，二级燃烧器用于加热次换热器。本实用新型燃气热水器一次燃烧的废气经天然气还原，大多数氮氧化物被还原成氮气，而二次燃烧温度较低，产生的氮氧化物也少，从而有效降低了氮氧化物的排放量。

Description

一种低氮排放的燃气热水器

技术领域

本实用新型涉及燃气热水器技术领域，尤其涉及一种低氮排放的燃气热水器。

背景技术

众所周知，氮氧化物NO_x对环境的危害相比CO要更为严重。NO_x会导致酸雨、酸雪的产生，使得土壤酸化，影响植被生长，腐蚀建筑物；含有NO_x的废气在紫外线作用下发生光化学反应，会形成光化学烟雾引起光化学污染，对人体呼吸道和视力产生严重危害；NO_x还是城市细粒子污染物的主要来源之一，雾霾中就含有大量由NO_x和挥发性有机物产生化学反应生产的二次颗粒物。

目前燃气热水器，加热区域主要在主换热器和冷凝器两个区域进行，冷水进入燃气热水器的冷凝器后，首先和燃烧过的天然气尾气进行热交换，目的是燃气燃烧余热的利用，经初步预热的水流小幅升温后进入主换热器，主换热器位于燃烧器上方，水流在此充分加热后经热水管流出热水器。从燃烧角度看，在风机的作用下，燃气和空气充分混合后进入燃烧器燃烧，之后在风机的作用下经过冷凝器进入排气管排出。由于燃气热水器属于抽风强排式构造，燃烧剧烈，燃烧温度高，很容易产生过量的NO_x，直接排出窗外，虽然就个别燃气热水器而言，排放的NO_x相对较少，但是燃气热水器用户数多，积累起来排放的NO_x就不容忽视了。

现行GB6932—2015《家用燃气快速热水器》标准中对烟气中的CO含量有强制执行要求，对氮氧化物NO_x的含量仅在附录中加以分级，并无限制要求，因此，国内市场上大部分燃气热水器产品的燃烧装置都没有考虑到对NO_x排放的控制。反观国外发达国家同行业的发展情况，20世纪70年代中期开始美国和德国就在相关领域逐渐开展了研究工作，随后欧洲其他发达国家和日本在这方面都进行了广泛和深入的研究，近年来日本在此领域取得的成果尤为丰硕。有鉴于此，国内相关领域的应用研究工作已经日渐紧迫，如不及时开展，与世界先进国家技术水平的差距势必会日益加大。《“十三五”节能减排综合工作方案》要求到2020年，全国氮氧化物排放总量要控制在1574万t以内，比2015年下降15％。因此，积极响应国家总体规划，对燃气热水器低氮氧化物燃烧系统展开深入研究，从而降低燃烧烟气中氮氧化物含量的意义重大。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种低氮排放的燃气热水器，旨在解决现有燃气热水器燃烧排出的烟气中氮氧化物含量较高的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种低氮排放的燃气热水器，其中，所述燃气热水器包括：

壳体；

冷凝器，所述冷凝器设置于所述壳体内；

次换热器，所述次换热器与所述冷凝器相连；

主换热器，所述主换热器与所述次换热器相连；

冷水管，所述冷水管与所述冷凝器相连，所述冷水管用于将冷水通入到所述冷凝器内；

热水管，所述热水管与所述主换热器相连，所述热水管用于将所述主换热器内换热后的水排出；

所述燃气热水器还包括：

一级燃烧器，所述一级燃烧器设置于所述主换热器下方，所述一级燃烧器用于加热所述主换热器；

还原器，所述还原器用于将一级燃烧器燃烧产生的氮氧化物还原成氮气；

二级燃烧器，所述二级燃烧器设置于所述次换热器下方，所述二级燃烧器用于加热所述次换热器。

进一步地，所述燃气热水器还包括：排烟管，所述排烟管设置于所述壳体上，所述排烟管与所述冷凝器内部连通。

进一步地，所述燃气热水器还包括第一燃气管，所述第一燃气管与所述一级燃烧器相连，所述第一燃气管用于将天然气输送至所述一级燃烧器内。

进一步地，所述燃气热水器还包括第二燃气管，所述第二燃气管与还原器相连，所述第二燃气管用于将天然气输送至所述还原器内。

进一步地，所述燃气热水器还包括：第一风机，所述第一风机用于将二级燃烧器燃烧后的气体输送至冷凝器。

更进一步地，所述第一风机设置于所述壳体内且位于壳体顶部。

进一步地，所述燃气热水器还包括：第二风机，所述第二风机用于将外界的空气输送至一级燃烧器内。

更进一步地，所述第二风机设置于所述壳体内且位于壳体顶部。

进一步地，所述壳体呈长方体状、正方体状或圆柱状。

进一步地，所述一级燃烧器和二级燃烧器内均设置有电子打火器。

进一步地，所述二级燃烧器的燃烧温度≤1000K，具体所述二级燃烧器的燃烧温度为800-1000K。

有益效果：本实用新型提供了一种低氮排放的燃气热水器，具体采用天然气分级燃烧技术(二级)，天然气和过量空气分别在第一风机和第二风机的作用下进入燃气热水器一级燃烧器，并在电子打火器下点燃，主换热器被加热，一级燃烧器燃尽的尾气在第一风机的作用下被送入还原器，小计量天然气从燃气热水器外送入还原器，其中一级燃烧器中的氮氧化物气体与在高温下进入还原器的小计量天然气发生氧化还原反应，氮氧化物被还原成氮气，然后，多余的未反应的天然气在二级燃烧器再次被点燃，此时由于可燃气体和助燃气体量均比较小，因此燃烧温度比一级燃烧器低很多，基本上不再产生氮氧化物，二级燃烧器燃烧后的高温燃气和流进次换热器的预热水进行热量交换，最后，在第一风机的作用下，二级燃烧器燃烧后的烟气经过含有冷水的冷凝器进行热交换，降温后排出室外。本实用新型中，由于燃气热水器一次燃烧的废气经天然气还原，大多数氮氧化物被还原成氮气，而二次燃烧温度较低，产生的氮氧化物也少，总体上产生的氮氧化物只有传统热水器的5～10％左右，从而有效降低了氮氧化物的排放量。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种低氮排放的燃气热水器的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种低氮排放的燃气热水器，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种低氮排放的燃气热水器，该燃气热水器包括两个燃烧器(一级燃烧器和二级燃烧器)，三个换热器(主换热器、次换热器和冷凝器)。

具体地，如图1所示，所述燃气热水器包括：

壳体1，该壳体1具有容纳空间；

冷凝器2，所述冷凝器2设置于所述壳体1内；

次换热器3，所述次换热器3与所述冷凝器2相连；

主换热器4，所述主换热器4与所述次换热器3相连；

冷水管9，所述冷水管9与所述冷凝器2相连，所述冷水管9用于将冷水通入到所述冷凝器2内(其中冷水管9上的箭头方向指的是水流入的方向)；

热水管5，所述热水管5与所述主换热器4相连，所述热水管5用于将所述主换热器4内换热后的水排出(其中热水管5上的箭头方向指的是水流出的方向)。

具体地，如图1所示，所述燃气热水器还包括：

一级燃烧器6，所述一级燃烧器6设置于所述主换热器4下方，所述一级燃烧器6用于加热所述主换热器4；

还原器7，所述还原器7用于将一级燃烧器6燃烧产生的氮氧化物还原成氮气；

二级燃烧器8，所述二级燃烧器8设置于所述次换热器3下方，所述二级燃烧器8用于加热所述次换热器3。

具体地，所述燃气热水器还包括：排烟管14，所述排烟管14设置于所述壳体1上，所述排烟管14与所述冷凝器2内部连通，所述排烟管14用于将所述冷凝器2经换热后的烟气从排烟管14排出。

具体地，所述燃气热水器还包括第一风机10，所述第一风机10用于将二级燃烧器8燃烧后的气体(烟气)输送至冷凝器2，图中的箭头①指的是烟气流动方向。二级燃烧器8燃烧后的烟气在第一风机10的作用下输送至冷凝器2，和由冷水管9进入冷凝器2内的冷水发生热交换，以利用烟气的余热加热冷水。

具体地，所述燃气热水器还包括：第二风机11，所述第二风机11用于将外界的空气输送至一级燃烧器6内。

具体地，所述燃气热水器还包括第一燃气管12，所述第一燃气管12与所述一级燃烧器6相连，所述第一燃气管12用于将天然气输送至所述一级燃烧器6内(其中第一燃气管12上的箭头方向指的是天然气流入的方向)。具体地，在第一风机10的作用下，将天然气通过所述第一燃气管12输送至一级燃烧器6内，在第二风机11的作用下，将外界过量空气(过量1.1倍)通过空气管输送至一级燃烧器6内(空气进气口位于燃气热水器上方，见图1中箭头②所指的方向)，并在脉冲电子打火下进行点火燃烧，此时燃烧剧烈，主换热器4被燃烧高温加热，在此条件下，一级燃烧器6的燃烧温度可达2000K以上，氮氧化物主要在此一级燃烧器6内产生。

具体地，所述燃气热水器还包括第二燃气管13(如橡皮管)，所述第二燃气管13与所述还原器7相连，所述第二燃气管13用于将少量的天然气输送至所述还原器7内(其中第二燃气管13上的箭头方向指的是天然气流入的方向)，所述天然气的流量约为一级燃烧器6天然气流量的十分之一。具体地，在第一风机10的作用下，在一级燃烧器6燃烧后的气体通过气体管输送至还原器7内，并同时将少量的天然气通过第二燃气管13输送至所述还原器7内，此时在高温条件下(一级燃烧器燃烧后的尾气温度很高)，一级燃烧器6燃烧产生的氮氧化物被天然气还原成氮气。

具体地，壳体1大体呈长方体状，当然壳体1也可呈正方体状或圆柱体等形状，本实施例中并不对此进行限定。

下面对本实用新型燃气热水器的工作原理分两部分进行详细介绍：

一、燃气燃烧部分：

1、一级燃烧器：天然气在第一风机的作用下通过第一燃气管进入燃气热水器的一级燃烧器，过量空气在第二风机作用下由燃气热水器上方进入一级燃烧器，并在电子打火(如脉冲电子打火)下点燃，此时燃烧剧烈，主换热器被燃烧高温加热，在此条件下，一级燃烧器的燃烧温度可达2000K以上，氮氧化物(NO_x)主要在此燃烧器产生，并且其浓度和温度的高低呈指数级的变化。此过程产生的NO_x主要是热力型NO_x，是由于空气中的N₂在高温下氧化生成的。

氮气分子形成热力型NO_x的主要反应方程式为：

在接近化学计量比和富氧燃烧条件下，还需要考虑以下反应：

2、还原器：在一级燃烧器燃烧后的气体在第一风机作用下，进入还原器，此还原器由第二燃气管通入少量的天然气(流量约为一级燃烧器天然气流量的十分之一)，此时在高温条件下，一级燃烧器产生的氮氧化物NO_x被天然气还原成N₂，主要反应方程式为：

4NO+CH₄→2N₂+CO₂+2H₂O

2NO+2C_nH_m+(2n+0.5m-1)O₂→N₂+2nCO₂+mH₂O

2NO+2CO→N₂+2CO₂(一级燃烧器中甲烷燃烧不完全产生的CO)

3、二级燃烧器，还原后的气体在第一风机作用下进入二级燃烧器后，在此再次由第二风机分配适量的空气(1.1-1.2倍)进入二级燃烧器，通过电子打火再次引燃混合气体，此时可燃性气体量少，燃烧缓慢，温度较低，在低于1000K的情况下，氮氧化物的产率极低，可以忽略不计。

4、烟气冷凝区，一、二级燃烧器燃烧的废气在第一风机的作用下进入冷凝器，和进入热水器的冷水发生热交换，烟气的余热被利用。

二、水流方向部分

通过冷水管进入燃气热水器的冷水首先进入冷凝器，和即将排出的废气进行热量交换，冷水被初步加热；初步加热后的冷水进入二级燃烧器上方的次换热器，被二级燃烧器燃烧的火焰加热至中温，最后中温水流流经主换热器，被一级燃烧器燃烧的火焰加热至所需温度的热水并经热水管流出。

与现有技术相比，本实用新型主要改进之处在于：

1、传统热水器只有一次燃烧过程，本实用新型中的燃气热水器有两个燃烧器(一级燃烧器和二级燃烧器)，为分级燃烧型热水器；

2、一级燃烧器温度可以很高，和普通燃气热水器燃烧温度相当，二级燃烧器燃烧温度相对较低，二级燃烧器的燃烧温度≤1000K，具体为800-1000K左右；

3、传统热水器只有两个换热器，分别为冷凝器和主换热器；而本实用新型中的热水器有三个换热器，分别为主换热器、次换热器和冷凝器；

4、传统热水器水流顺序为冷水管——冷凝器——主换热器——热水管；本实用新型中的水流顺序为冷水管——冷凝器——次换热器——主换热器——热水管；

5、传统热水器只有一次燃烧过程，产生较多量的氮氧化物，尤其是在设定水温较高时会更多，而本实用新型中的燃气热水器一次燃烧的废气经天然气还原，大多数氮氧化物被还原成氮气，而二次燃烧温度较低，产生的氮氧化物也少，总体上产生的氮氧化物只有传统热水器的5～10％左右，从而有效降低了氮氧化物的排放量。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种低氮排放的燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器包括：

壳体；

冷凝器，所述冷凝器设置于所述壳体内；

次换热器，所述次换热器与所述冷凝器相连；

主换热器，所述主换热器与所述次换热器相连；

冷水管，所述冷水管与所述冷凝器相连，所述冷水管用于将冷水通入到所述冷凝器内；

热水管，所述热水管与所述主换热器相连，所述热水管用于将所述主换热器内换热后的水排出；

所述燃气热水器还包括：

一级燃烧器，所述一级燃烧器设置于所述主换热器下方，所述一级燃烧器用于加热所述主换热器；

还原器，所述还原器用于将一级燃烧器燃烧产生的氮氧化物还原成氮气；

二级燃烧器，所述二级燃烧器设置于所述次换热器下方，所述二级燃烧器用于加热所述次换热器。

2.根据权利要求1所述的低氮排放的燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器还包括：排烟管，所述排烟管设置于所述壳体上，所述排烟管与所述冷凝器内部连通。

3.根据权利要求1所述的低氮排放的燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器还包括第一燃气管，所述第一燃气管与所述一级燃烧器相连，所述第一燃气管用于将天然气输送至所述一级燃烧器内。

4.根据权利要求1所述的低氮排放的燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器还包括第二燃气管，所述第二燃气管与还原器相连，所述第二燃气管用于将天然气输送至所述还原器内。

5.根据权利要求1所述的低氮排放的燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器还包括：第一风机，所述第一风机用于将二级燃烧器燃烧后的气体输送至冷凝器。

6.根据权利要求5所述的低氮排放的燃气热水器，其特征在于，所述第一风机设置于所述壳体内且位于壳体顶部。

7.根据权利要求1所述的低氮排放的燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器还包括：第二风机，所述第二风机用于将外界的空气输送至一级燃烧器内。

8.根据权利要求7所述的低氮排放的燃气热水器，其特征在于，所述第二风机设置于所述壳体内且位于壳体顶部。

9.根据权利要求1所述的低氮排放的燃气热水器，其特征在于，所述壳体呈长方体状、正方体状或圆柱状。

10.根据权利要求1所述的低氮排放的燃气热水器，其特征在于，所述一级燃烧器和二级燃烧器内均设置有电子打火器。

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