CN219624035U - 低氮燃烧器和使用该低氮燃烧器的燃气热水设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种低氮燃烧器和使用该低氮燃烧器的燃气热水设备。其中低氮燃烧器包括沿横宽方向并排布置的若干火排；每一火排沿垂直于横宽方向的纵长方向、和垂直于横宽方向与纵长方向的竖直方向延伸，其包括沿气体流动方向依次分布的进气孔、气体混合腔、以及若干燃烧火孔。若干火排在横宽方向上定义有若干火排总宽，相邻火排的竖向中心面之间定义有火排间距；其中，若干火排总宽大于268.5毫米但小于295毫米，若干火排总宽与火排间距之比大于21但小于26。通过这种设置，在降低氮氧化物排放的同时不会给设备性能和成本带来负面影响。

Description

低氮燃烧器和使用该低氮燃烧器的燃气热水设备

技术领域

本公开涉及燃烧设备领域，具体涉及一种低氮氧化物排放的燃烧器以及采用该燃烧器的燃气热水设备。

背景技术

燃气热水设备，如燃气热水器或燃气采暖炉中通常设置有燃烧器和热交换器。燃烧器在燃烧过程中会产生废气，并会被排放到大气中。废气通常包含有对人体和大气有影响的成分，如一氧化碳(CO)或氮氧化物(NOx，主要为NO和NO2)等。随着生活水平以及对环境保护意识的提高，人们越来越重视家用燃气具中有害气体的排放。

经研究分析表明，氮氧化物的毒性要大于一氧化碳，并且长期的排放会对大气引发两方面的污染：酸雨和光化学烟雾(Photochemical Smog)。在我国已经制定的民用燃气具的氮氧化物排放标准中，如《燃气采暖热水炉》国标GB 25034-2020中将氮氧化物的排放分为五级，从1级到5级的排放上限依次为260、200、150、100、62mg/(kW·h)(毫克/千瓦小时)，然而现有的常规燃气采暖炉的氮氧化物排放量一般高于120mg/(kW·h)，即普遍只能达到氮氧化物的3级排放标准。

现有的常规燃烧器包括沿水平方向肩并肩并排布置的若干火排，火排之间存在间隙。燃气和一次空气通过火排的进气孔进入并在火排内混合，混合后形成的燃气与空气混合物在火排顶部的燃烧火孔燃烧以形成火焰；其间，二次空气进入火排之间的间隙，未燃尽的燃气与火焰周围的二次空气进一步混合后燃烧，最终使燃气完全燃烧。然而，该模式下燃气燃烧的温度较高，容易形成较多的氮氧化物。现有技术中，通常通过降低燃烧温度(如低于1500℃)或提高空燃气比(即空气与燃气之比λ，如λ在1.6与2.0之间)来降低氮氧化物的排放。如在同等热输入下通过增加火排数量、或增加单个火排的燃烧火孔数量来提高燃烧面积以降低单个火孔的燃烧强度和燃烧温度、或提高一次空气的数量来提高空燃比等。然而，上述改造也可能会带来一些负面问题，如燃气采暖炉的热效率降低、或最小热负荷升高，或燃烧器的制造成本增加等。所以，如何对火排或燃烧器的构造和参数进行设计和调整以在降低氮氧化物排放的同时不会引起制造成本的增加和设备性能的下降，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种低氮燃烧器和使用该燃烧器的燃气热水设备。

本公开实施例的第一方面提供一种低氮燃烧器，其包括沿横宽方向并排布置的若干火排；每一火排沿垂直于横宽方向的纵长方向、和垂直于横宽方向与纵长方向的竖直方向延伸，其包括沿气体流动方向依次分布的进气孔、气体混合腔、以及若干燃烧火孔。若干火排在横宽方向上定义有若干火排总宽，相邻火排的竖向中心面之间定义有火排间距；其中，若干火排总宽大于268.5毫米但小于295毫米，若干火排总宽与火排间距之比大于21但小于26。

在一些实施例中，每一火排在纵长方向上定义有火排长度，每一火排的进气孔在横宽方向上定义有进气宽度，上述火排长度与上述进气宽度之比大于12.3但小于15。

在一些实施例中，火排长度与进气宽度之比大于13.5但小于14。

在一些实施例中，每一火排在横宽方向上定义有火排宽度，相邻火排之间形成有火排间隙，上述火排间隙与上述火排宽度之比大于0.04但小于0.4。

在另一些实施例中，每一火排在横宽方向上定义有火排宽度，相邻火排之间形成有火排间隙，上述火排间隙与上述火排宽度之比大于0.7但小于0.8。

在一些实施例中，每一火排具有燃烧面，上述若干燃烧火孔形成于该燃烧面上，每一火排的若干燃烧火孔的总面积与其燃烧面的面积之比大于0.3但小于0.35。

在一些实施例中，每一火排的若干燃烧火孔的总面积大于其进气孔的面积。

在一些实施例中，该燃烧器还包括固定设置在上述若干火排的纵向两端的前支架和后支架，前支架上设有与若干火排的进气孔对应的进风口；火排于其进气孔边缘凸伸设有翻边，该翻边延伸穿过上述进风口并折弯抵靠于前支架的进风口边缘处。

在一些实施例中，前支架上还设有沿横宽方向分布的若干通孔，若干通孔与若干火排的相邻火排间的间隙对应。

本公开实施例的第二方面提供一种燃气热水设备，其包括上述的低氮燃烧器和热交换器。其中，热交换器设于低氮燃烧器的上方，以容许燃烧产生的炙热烟气通过并将热量传递给其换热水管。

本公开的一个或多个实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：在限定的火排总宽范围内，通过对火排间距的调整来实现氮氧化物排放、燃烧效率、最小热负荷、以及制造成本之间的优化平衡，即在降低氮氧化物排放的同时不会给设备性能和成本带来负面影响。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开的一实施例中燃气热水设备的立体示意图，其中部分外壳被移除以显示设置于燃气热水设备内的燃烧器；

图2是图1所示的燃烧器的立体示意图；

图3是图2所示的燃烧器的立体分解示意图；

图4是图2所示的燃烧器的俯视图；

图5是图4所示的燃烧器中相邻两个火排的放大示意图；

图6是图2所示的燃烧器的仰视图；

图7是图2所示的燃烧器的正视图。

具体实施方式

以下将结合附图对所示的各实施例进行详细描述。但这些实施例并不代表与本公开相一致的所有实施例，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在所附权利要求书所请求的保护范围内。

燃气热水设备可以是以可燃气体为燃料，如天然气、城市煤气、液化气、沼气等，通过燃烧可燃气体来加热水以满足用户生活用水需求的燃气热水器，也可以是用于中央供暖的燃气采暖炉。以下各实施方式中将以燃气采暖炉为例进行说明。参照图1所示的本公开的燃气热水设备的一具体实施例，该燃气热水设备100包括一外壳10，收容在外壳10内的燃烧器20、热交换器30、燃烧壳体40、分气架50、集烟罩60、以及风机70等。

外壳10大致呈长方体状，其可由若干面板拼接而成。在图1所示的实施方式中，部分面板被移除以显示设备的内部构造。燃烧器20用于燃烧燃气和空气的混合物以生成炙热的烟气，烟气中通常还包含有一氧化碳、二氧化碳、以及氮氧化物等。燃烧器20的顶部自燃烧壳体40的底部伸入，热交换器30安装于燃烧壳体40的顶部。通过这种设置，燃烧壳体40于其内定义一燃烧腔，使得燃烧器20燃烧生成的炙热烟气被聚拢在燃烧腔内，并在风机70的驱动下通过热交换器30。在一些实施例中，热交换器30可采用翅片管式热交换器，即热交换器壳体内设置有多个翅片，一换热水管31迂回地穿过这些翅片。燃烧生成的炙热烟气所携带的热量被翅片所吸收，并进一步传递给流经换热水管31中的水，加热后的水通过管道排出，从而为用户提供生活和/或采暖所需的热水。集烟罩60设置在热交换器30的上方，用于收集通过热交换器后的烟气，并排放到外部。在图1所示的实施例中，顺着烟气排出的方向，集烟罩60具有一水平部分和一竖直部分，水平部分和竖直部分一起定义有夹角空间以收容风机70。风机70用于驱动空气或烟气的流动。

配合参照图2和图3所示，燃烧器20包括沿横宽方向并排布置的若干火排21，以及固定设置在若干火排的纵向两端以将若干火排夹持在其间的前支架22和后支架23。在本实施例中，前支架22和后支架23分开设置，但在其他实施例中，前支架22和后支架23也可以连接在一起或一体设置。每一火排21呈竖直板状设置，其沿垂直于横宽方向的纵长方向、和垂直于横宽方向与纵长方向的竖直方向延伸，其包括沿气体流动方向依次分布的进气孔211、文丘里管(venturi)部分212、气体混合腔213、以及燃烧头部214。进气孔211设置在火排21的竖向下部，在本实施例中，每一进气孔211的横向两侧2111沿竖向平直延伸，通过这种设置，使得在同样的横向尺寸内可以布置更多的火排。每一火排21的进气孔211在横宽方向上定义有进气宽度C。在本实施例中，进气宽度C为进气孔211的横向两侧2111的间距；在其他实施例中，如果进气孔为圆形，则进气宽度C为该圆形孔的最大径向尺寸，即直径。

文丘里管部分212是通过文丘里效应吸附进气孔211处的气体，其通常可以由入口收缩段、圆筒形喉部和圆锥形扩散段组成。由于文丘里管的原理和构成均为本领域普通技术人员所熟知，所以申请人在此不再予以赘述。如图1所示，分气架50可固定安装到燃烧器20上，其具有沿横宽方向上分布的若干喷嘴(未图示)，可分别对应若干火排21的进气孔211。分气架50通常与燃气输送管路连接，经由燃气输送管路输送的燃气通过分气架，并经由喷嘴射入对应的进气孔211中，与此同时，在进气孔211附近的一次空气在燃气的喷射气流的带动下一起进入进气孔211，通过文丘里效应，燃气和一次空气被迅速吸附通过文丘里管部分212，并在气体混合腔213内充分混合。

配合参照图4和图5所示，燃烧头部214于其顶部定义有燃烧面2141，若干燃烧火孔2142形成于该燃烧面2141上。燃烧火孔2142可采用多种形状，在本实施例中，燃烧火孔2142包括分布在火排的横向两侧的短火孔、和分布在火排的横向中部的长火孔，且短火孔与长火孔在纵向上间隔分布。在气体混合腔213内充分混合的燃料与空气混合物流入燃烧头部214所定义的流道内，最后通过燃烧头部的燃烧火孔2142后被点燃以在燃烧面2141的上方燃烧。相邻火排21之间形成有火排间隙，二次空气进入这些火排之间的间隙，经一次燃烧后未燃尽的燃气与火焰周围的二次空气进一步混合后燃烧，最终使燃气完全燃烧。

若干火排21在横宽方向上定义有若干火排总宽D，每一火排21在纵长方向上定义有火排长度L。如图4所示的实施例中，若干火排总宽D为若干火排中位于横向两端的火排的燃烧头部的外侧面之间的距离。每一火排21在横宽方向上定义有火排宽度W，相邻火排21之间定义有火排间隙G。如图5所示的实施例中，火排宽度W为火排的燃烧头部214在横宽方向上的尺寸，火排间隙G为相邻火排的燃烧头部214在横宽方向上的间距。此外，相邻火排21的竖向中心面之间定义有火排间距S。

在一些实施例中，若干火排总宽D大于268.5毫米但小于295毫米，且若干火排总宽D与火排间距S之比大于21但小于26。通过这种设置，在限定的火排总宽范围内，通过对火排间距的调整来实现氮氧化物排放、燃烧效率、最小热负荷、以及制造成本之间的优化平衡，即在降低氮氧化物排放的同时不会给设备性能和成本带来负面影响。在一些示例中，若干火排总宽D为270毫米，火排间距S为12.5毫米，则若干火排总宽D与火排间距S之比为21.6；或者，若干火排总宽D为290毫米，火排间距S为11.5毫米，则若干火排总宽D与火排间距S之比为25.2。

在一些实施例中，火排长度L与进气宽度C之比大于12.3但小于15。例如，常规的火排长度L为157毫米，进气宽度C为12.5毫米，则火排长度L与进气宽度C之比为12.56；或者，火排长度L为157毫米，进气宽度C为11毫米，则火排长度L与进气宽度C之比为14.27。优选地，火排长度L与进气宽度C之比大于13.5但小于14。例如，常规的火排长度L为157毫米，进气宽度C为11.5毫米，则火排长度L与进气宽度C之比为13.65。通过这种设置，对于常规火排，可在一定范围内调节火排的进气孔来对一次空气的增加量进行控制，实现氮氧化物排放、燃烧效率、最小热负荷、以及制造成本之间的优化平衡，即在降低氮氧化物排放的同时不会给设备性能和成本带来负面影响。在另一些实施例中，也可以协同调节进气宽度C和火排间距S。

可通过协同调节火排间隙与火排宽度来控制一次空气与二次空气的比例，从而实现氮氧化物排放与燃烧效率之间的优化平衡。在一些实施例中，火排间隙G与火排宽度W之比大于0.04但小于0.4。例如，火排宽度W为9毫米，火排间隙G为3.5毫米，则火排间隙G与火排宽度W之比为0.39；或者，火排宽度W为12毫米，火排间隙G为0.5毫米，则火排间隙G与火排宽度W之比为0.041。在另一些实施例中，火排间隙G与火排宽度W之比大于0.7但小于0.8。例如，火排宽度W为7毫米，火排间隙G为5.5毫米，则火排间隙G与火排宽度W之比为0.79。

可以在现有火排整体尺寸不变的情况下，通过调节火孔面积来实现氮氧化物排放与燃烧效率之间的优化平衡。在一些实施例中，每一火排的若干燃烧火孔的总面积与其燃烧面的面积之比大于0.3但小于0.35，如图5所示的示例中，若干燃烧火孔的总面积为420平方毫米，燃烧面的面积为1300平方毫米，则每一火排的若干燃烧火孔的总面积与其燃烧面的面积之比为0.32。在一些实施例中，每一火排的若干燃烧火孔的总面积大于其进气孔的面积，这将有利于在相同热输入下增加一次空气的量。

配合参照图3和图6所示，前支架22上设有沿横宽方向分布的若干通孔222，这些通孔222与若干火排32的相邻火排间的间隙对应，如此有助于二次空气的供给。上述通孔222可以为适合通气的各种形状，如圆形或长槽形。配合参照图3和图7所示，前支架22上还设有与若干火排的进气孔211对应的进风口221；火排于其进气孔211边缘凸伸设有翻边2112，该翻边2112延伸穿过进风口221并折弯抵靠于前支架的进风口221边缘处，通过这种结构来进一步加强前支架22和若干火排21之间的固定。

以下表格是对采用上述一些实施例中的燃烧器的燃气热水设备，根据《燃气采暖热水炉》国标GB 25034-2020中、关于氮氧化物排放测试(附录H)的要求和方式所测得的数据。其中，测试条件为：

天然气气源种类：G20；

环境温度：23.5℃；

环境气压：1032mbar；

相对湿度：9.7g水/kg空气；

额定热负荷：32.00kW，最小热负荷：12.8kW。

从上表中可以看出，根据各部分热负荷测得的氮氧化物值进行加权计算后获得的氮氧化物排放量为88.1mg/(kW·h)，也就是说，通过上述对燃烧器的构造及参数的调整，使得氮氧化物的排放大幅低于100mg/(kW·h)，完全达到了《燃气采暖热水炉》国标中规定的4级排放要求。

在本公开对上述实施例的描述中，“纵长方向”、“横宽方向”、“竖直方向”、“径向”、“周向”、“水平”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对于本公开的限制。

上述公开中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定“第一”、“第二”等特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在上述描述中，“若干”、“多个”等类似术语的含义是至少两个，如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

上述公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以是根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在上述公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征与第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。并且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”、“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种低氮燃烧器，其包括沿横宽方向并排布置的若干火排；每一火排沿垂直于横宽方向的纵长方向、和垂直于横宽方向与纵长方向的竖直方向延伸，其包括沿气体流动方向依次分布的进气孔、气体混合腔、以及若干燃烧火孔；其特征在于：所述若干火排在横宽方向上定义有若干火排总宽，相邻火排的竖向中心面之间定义有火排间距；其中，所述若干火排总宽大于268.5毫米但小于295毫米，所述若干火排总宽与所述火排间距之比大于21但小于26。

2.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：每一火排在纵长方向上定义有火排长度，每一火排的进气孔在横宽方向上定义有进气宽度，所述火排长度与所述进气宽度之比大于12.3但小于15。

3.根据权利要求2所述的低氮燃烧器，其特征在于：所述火排长度与所述进气宽度之比大于13.5但小于14。

4.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：每一火排在横宽方向上定义有火排宽度，相邻火排之间形成有火排间隙，所述火排间隙与所述火排宽度之比大于0.04但小于0.4。

5.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：每一火排在横宽方向上定义有火排宽度，相邻火排之间形成有火排间隙，所述火排间隙与所述火排宽度之比大于0.7但小于0.8。

6.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：每一火排具有燃烧面，所述若干燃烧火孔形成于该燃烧面上，每一火排的若干燃烧火孔的总面积与其燃烧面的面积之比大于0.3但小于0.35。

7.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：每一火排的若干燃烧火孔的总面积大于其进气孔的面积。

8.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：该燃烧器还包括固定设置在所述若干火排的纵向两端的前支架和后支架，所述前支架上设有与若干火排的进气孔对应的进风口；火排于其进气孔边缘凸伸设有翻边，所述翻边延伸穿过所述进风口并折弯抵靠于前支架的进风口边缘处。

9.根据权利要求8所述的低氮燃烧器，其特征在于：所述前支架上还设有沿横宽方向分布的若干通孔，所述若干通孔与所述若干火排的相邻火排间的间隙对应。

10.一种燃气热水设备，其特征在于，该设备包括：

如上述权利要求中任一项所述的低氮燃烧器；

热交换器，设于所述低氮燃烧器的上方，以容许燃烧产生的炙热烟气通过并将热量传递给其换热水管。