CN115046306A - 一种低氮高效燃气采暖热水炉及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低氮高效燃气采暖热水炉及其控制方法，其中低氮高效燃气采暖热水炉，包括燃烧器、燃烧室以及变频风机。燃烧器，位于燃烧室下方，燃烧器顶部与燃烧室底部开放连通，燃烧器外壳侧壁与燃烧室侧壁的连接处密封，燃烧器仅外壳底板上设置有进风孔；变频风机引风从进风孔进入燃烧器。燃烧所需要的空气只能通过燃烧器底部开设的进风孔进入，其他方向的空气被隔绝在燃烧室之外。直流变频风机根据采暖热水炉运行的不同负荷状态，调整风机转速，进入燃烧室的空气中绝大部分的氧气与天然气燃烧生成二氧化碳，保证采暖热水炉在整个燃烧过程都在抑制氮氧化物的生成，从而降低氮氧化物的产生。

Description

一种低氮高效燃气采暖热水炉及其控制方法

技术领域

本发明属于燃气热水炉领域，具体地说，涉及一种低氮高效燃气采暖热水炉及其控制方法。

背景技术

燃气采暖热水炉一般采用大气式燃烧，其主要优点是结构简单、安全可靠，但是氮氧化物排放相对较高。燃烧器是开放式的，风机吸入的空气可以在任意方向通过燃烧器进入燃烧室内参与燃烧，有些部位进入的空气并未参与燃烧，在局部形成富氧状态，增加了氮氧化物的生成。且风机的转速是定值，并不能根据采暖炉负荷的不同进行调整，在小负荷时，进入燃烧室的天然气减少，但风机吸入的空气量并没有减少，进一步加剧了局部的富氧状态，使得氮氧化物的生成进一步加剧。

申请号为201720299543.7的中国专利公开了一种低氮燃烧器，通过稳焰片的设置，形成燃烧板的部分预混火焰和稳焰片形成的全预混火焰相结合，可加快燃烧的反应速度，降低氮氧化合物的排放。但其未从气体来源及气体量比来进行控制，故降低氮氧化合物排放的效果欠佳。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，第一目的在于提供一种低氮高效燃气采暖热水炉，能够降低氮氧化物的产生。

本发明的第二目的在于提供一种低氮高效燃气采暖热水炉的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种低氮高效燃气采暖热水炉，包括燃烧器、燃烧室以及变频风机。

燃烧器，位于燃烧室下方，燃烧器顶部与燃烧室底部开放连通，燃烧器外壳侧壁与燃烧室侧壁的连接处密封，燃烧器仅外壳底板上设置有进风孔；变频风机引风从进风孔进入燃烧器。

由于现有燃烧器的开放式结构，风机吸入的空气可以在任意方向通过燃烧器进入燃烧室内参与燃烧，即可以通过燃烧器与燃烧室连接处的缝隙进入燃烧室，也可以通过燃烧器的进风口进入燃烧器后再进入燃烧室，但这样造成空气的无序且不定量的进入燃烧室造成很多空气并未参与燃烧，在局部形成富氧状态，增加了氮氧化物的生成。为了解决此问题，在燃烧器外壳侧壁与燃烧室侧壁的连接处密封，燃烧器仅外壳底板上设置有进风孔；并且采用直流变频风机根据负荷所需调整转速吸入空气，从而能控制空燃比，减少燃烧室内的空气，降低氮氧化物的生成。

进一步的，变频风机位于燃烧室上方且两者隔离，燃烧室、燃烧器两侧具有风道。

为了使风机引入的空气能够得到预加热，在参与燃烧时提高温度，使燃烧状态更好，变频风机位于燃烧室上方且两者隔离，燃烧室、燃烧器两侧具有风道。这样，由于燃烧室生成的烟气上升经过风机，使得风机及风机内空气的温度升高，并且由风机引入的空气经燃烧室、燃烧器两侧的风道强行下排至燃烧器外壳底部，在空气沿风道下行过程中，燃烧室、燃烧器的散热再次将空气加热使空气温度升高，并且越向下，空气加热的程度越高。同时由于热空气密度较小，冷空气密度较大，故空气在沿风道下行的过程中，热空气有向上的升腾的趋势，而由于风机形成的压力及风道限制，空气被迫向下流动，基于此，由风机引入自燃烧室、燃烧器两侧风道再从燃烧器底部进风孔进入的空气提升了温度，从而更好的参与燃烧，使燃烧效率更高，燃烧效果更好。

进一步的，低氮高效燃气采暖热水炉包括并行排列的多个燃烧器，多个燃烧器能独立燃烧。

由于低氮高效燃气采暖热水炉所加热的水量及加热的速度、温度不定，故为了能节约能源，设置并行排列的多个燃烧器，多个燃烧器能独立燃烧。在需要快速加热或加热大量水时，多个燃烧器同时进行工作，在不需要快速加热时或加热水量较小时，选择性的开启相应数量的燃烧器进行工作。

进一步的，燃烧器外壳底板的进风孔为多个，多个进风孔分列均匀分布。

为了能够使空气充分进入燃烧器中进而进入燃烧室参与燃烧，在燃烧器外壳底板设置分列且均匀分布的进风孔。通过进风孔进风，在燃烧器的引射管喷入燃气时能吸入空气，空气和燃气进行混合并向上流动，从而形成适当的空燃比进行燃烧。

进一步的，低氮高效燃气采暖热水炉还包括集烟罩，位于燃烧室上方，集烟罩顶部具有烟气出口。

为了能够使燃烧室燃烧后的烟气得以收集有序排出，在燃烧室上方设置有集烟罩进行烟气收集，并在集烟罩顶部设置烟气出口。

进一步的，变频风机安装在集烟罩内。

变频风机安装在集烟罩内。由于燃烧室生成的烟气全部集中在集烟罩中并从集烟罩烟气出口排出，故变频风机安装在集烟罩内能够吸收烟气的热量，从而将烟气余热利用并加热即将进入燃烧室的空气。由于集烟罩的空间聚拢效应，烟气只能从集烟罩的烟气出口排出，变频风机安装在集烟罩的烟气出口风机，则几乎全部的烟气均能与变频风机接触，相较于无集烟罩收集烟气而直接排放的情况，烟气余热的利用较高，参与燃烧的空气温度更高，提高了燃烧效率。

进一步的，变频风机进风通道位于集烟罩顶部的烟气出口中。

集烟罩内的烟气全部经其顶部的烟气出口排出，而变频风机进风通道同轴地设于集烟罩的烟气出口中，可以在更长距离范围内利用烟气余热加热吸入变频风机中的空气。并且，变频风机进风通道同轴地设于集烟罩的烟气出口中，两者之间具有间距，因此变频风机进风通道并不会阻碍烟气的排出，还可以充分利用变频风机进风通道的外围面积来接触烟气，最大程度地吸收烟气余热。

进一步的，变频风机采用直流变频风机。

直流变频风机其具有能调速，且耗能低的优点。由于本发明技术方案中需要根据负荷进行空燃比控制，也就是需要根据加热水的水量和速度、温度来控制燃烧，以降低氮氧化物的生成，因此，需要直流变频风机来自身的转速来吸入空气以匹配燃气进行燃烧。

本发明还提供一种低氮高效燃气采暖热水炉的控制方法，利用上述的低氮高效燃气采暖热水炉，变频风机根据采暖热水炉运行的不同负荷状态，调整转速。

采暖热水炉中在不同情况下其所需加热的水量不同，所需加热的速度和温度也不同，故造成采暖热水炉运行的不同负荷状态，此时所需燃烧的燃气量也不同，如果不加以区别直接使大量空气进入燃烧室，在小负荷时，进入燃烧室的天然气减少，但空气量并没有减少，则会导致加剧局部的富氧状态，使得氮氧化物的生成进一步加剧。本发明所述的控制方法即针对此问题，在燃烧器与燃烧室之间的连接处实现密封连接，利用直流变频风机根据需要调整转速吸入不同量的空气进入燃烧室，使进入燃烧室内的未参与燃烧的空气量减少，从而能降低氮氧化物的生成，实现低氮高效燃烧。

进一步的，根据进水流量来控制工作燃烧器的数量，进而调整变频风机的转速。

如前所述，由于根据所需加热的水流量，所需加热的速度和温度来进行燃烧进入，故在不同的负荷情况下，需要控制不同数量的燃烧器参与工作，此时调整直流变频风机的转速进行引风适应燃烧的燃气量。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明一种低氮高效燃气采暖热水炉及其控制方法，其中低氮高效燃气采暖热水炉，包括燃烧器、燃烧室以及变频风机。燃烧器，位于燃烧室下方，燃烧器顶部与燃烧室底部开放连通，燃烧器外壳侧壁与燃烧室侧壁的连接处密封，燃烧器仅外壳底板上设置有进风孔；变频风机引风从进风孔进入燃烧器。燃烧所需要的空气只能通过燃烧器底部开设的进风孔进入，其他方向的空气被隔绝在燃烧室之外。进入燃烧室的空气中绝大部分的氧气与天然气燃烧生成二氧化碳，剩余氧气形成了一个负氧环境，降低氮氧化物的生成。直流变频风机根据采暖热水炉运行的不同负荷状态，调整风机转速，为天然气燃烧时提供一个负氧的环境，保证采暖热水炉在整个燃烧过程都在抑制氮氧化物的生成，从而降低氮氧化物的产生。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：

图1是本发明一种低氮高效燃气采暖热水炉的结构示意图；

图2是图1的半剖左视示意图；

图3是本发明一种低氮高效燃气采暖热水炉的仰视示意图。

图中：1、燃烧器；2、换热器；3、集烟罩；4、直流变频风机；5、燃烧室；6、燃气输送管；7、火排；8、引射管；9、燃烧器外壳底板；10、进风孔。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图3所示，本发明一种低氮高效燃气采暖热水炉，包括燃烧器1、燃烧室5以及变频风机。

燃烧器1，位于燃烧室5下方，燃烧器1顶部与燃烧室5底部开放连通，燃烧器1外壳侧壁与燃烧室5侧壁的连接处密封，燃烧器1仅外壳底板上设置有进风孔10；变频风机引风从进风孔10进入燃烧器1。燃烧器1上部设置有火排7。燃烧室上部设置有换热器2，需要加热的水在换热器2内流动，燃气在燃烧室5内燃烧对换热器2中的水进行加热。

由于现有燃烧器1的开放式结构，风机吸入的空气可以在任意方向通过燃烧器1进入燃烧室5内参与燃烧，即可以通过燃烧器1与燃烧室5连接处的缝隙进入燃烧室5，也可以通过燃烧器1的进风口进入燃烧器1后再进入燃烧室5，但这样造成空气的无序且不定量的进入燃烧室5造成很多空气并未参与燃烧，在局部形成富氧状态，增加了氮氧化物的生成。为了解决此问题，在燃烧器1外壳侧壁与燃烧室5侧壁的连接处密封，燃烧器1仅外壳底板上设置有进风孔10；并且采用直流变频风机4根据负荷所需调整转速吸入空气，从而能控制空燃比，减少燃烧室5内的空气，降低氮氧化物的生成。

变频风机位于燃烧室5上方且两者隔离，燃烧室5、燃烧器1两侧具有风道。

为了使风机引入的空气能够得到预加热，在参与燃烧时提高温度，使燃烧状态更好，变频风机位于燃烧室5上方且两者隔离，燃烧室5、燃烧器1两侧具有风道。这样，由于燃烧室5生成的烟气上升经过风机，使得风机及风机内空气的温度升高，并且由风机引入的空气经燃烧室5、燃烧器1两侧的风道强行下排至燃烧器外壳底部，在空气沿风道下行过程中，燃烧室5、燃烧器1的散热再次将空气加热使空气温度升高，并且越向下，空气加热的程度越高。同时由于热空气密度较小，冷空气密度较大，故空气在沿风道下行的过程中，热空气有向上的升腾的趋势，而由于风机形成的压力及风道限制，空气被迫向下流动，基于此，由风机引入自燃烧室5、燃烧器1两侧风道再从燃烧器1底部进风孔10进入的空气提升了温度，从而更好的参与燃烧，使燃烧效率更高，燃烧效果更好。

由于低氮高效燃气采暖热水炉所加热的水量及加热的速度、温度不定，故为了能节约能源，设置并行排列的多个燃烧器1，多个燃烧器1能独立燃烧。在需要快速加热或加热大量水时，多个燃烧器1同时进行工作，在不需要快速加热时或加热水量较小时，选择性的开启相应数量的燃烧器1进行工作。为了向不同的燃烧器独立供应燃气，本发明低氮高效燃气采暖热水炉还包括与燃烧器数量对应的多根燃气输送管6，分别向对应的燃烧器输送燃气。

燃烧器外壳底板9的进风孔10为多个，多个进风孔10分列均匀分布。

为了能够使空气充分进入燃烧器1中进而进入燃烧室5参与燃烧，在燃烧器外壳底板9设置分列且均匀分布的进风孔10。通过进风孔10进风，在燃烧器1的引射管8喷入燃气时能吸入空气，空气和燃气进行混合并向上流动，从而形成适当的空燃比进行燃烧。

低氮高效燃气采暖热水炉还包括集烟罩3，位于燃烧室5上方，集烟罩3顶部具有烟气出口。为了能够使燃烧室5燃烧后的烟气得以收集有序排出，在燃烧室5上方设置有集烟罩3进行烟气收集，并在集烟罩3顶部设置烟气出口。

变频风机安装在集烟罩3内。由于燃烧室5生成的烟气全部集中在集烟罩3中并从集烟罩3烟气出口排出，故变频风机安装在集烟罩3内能够吸收烟气的热量，从而将烟气余热利用并加热即将进入燃烧室5的空气。由于集烟罩3的空间聚拢效应，烟气只能从集烟罩3的烟气出口排出，变频风机安装在集烟罩3的烟气出口风机，则几乎全部的烟气均能与变频风机接触，相较于无集烟罩3收集烟气而直接排放的情况，烟气余热的利用较高，参与燃烧的空气温度更高，提高了燃烧效率。

变频风机进风通道位于集烟罩3顶部的烟气出口中。集烟罩3内的烟气全部经其顶部的烟气出口排出，而变频风机进风通道同轴地设于集烟罩3的烟气出口中，可以在更长距离范围内利用烟气余热加热吸入变频风机中的空气。并且，变频风机进风通道同轴地设于集烟罩3的烟气出口中，两者之间具有间距，因此变频风机进风通道并不会阻碍烟气的排出，还可以充分利用变频风机进风通道的外围面积来接触烟气，最大程度地吸收烟气余热。

变频风机采用直流变频风机4。直流变频风机4其具有能调速，且耗能低的优点。由于本发明技术方案中需要根据负荷进行空燃比控制，也就是需要根据加热水的水量和速度、温度来控制燃烧，以降低氮氧化物的生成，因此，需要直流变频风机4来自身的转速来吸入空气以匹配燃气进行燃烧。

本发明还提供一种低氮高效燃气采暖热水炉的控制方法，利用上述的低氮高效燃气采暖热水炉，直流变频风机4根据采暖热水炉运行的不同负荷状态，调整转速，降低氮氧化物的生成。

采暖热水炉中在不同情况下其所需加热的水量不同，所需加热的速度和温度也不同，故造成采暖热水炉运行的不同负荷状态，此时所需燃烧的燃气量也不同，如果不加以区别直接使大量空气进入燃烧室5，在小负荷时，进入燃烧室5的天然气减少，但空气量并没有减少，则会导致加剧局部的富氧状态，使得氮氧化物的生成进一步加剧。本发明所述的控制方法即针对此问题，在燃烧器1与燃烧室5之间的连接处实现密封连接，利用直流变频风机4根据需要调整转速吸入不同量的空气进入燃烧室5，使进入燃烧室5内的未参与燃烧的空气量减少，从而能降低氮氧化物的生成，实现低氮高效燃烧。

根据进水流量来控制工作燃烧器1的数量，进而调整直流变频风机4的转速。

如前所述，由于根据所需加热的水流量，所需加热的速度和温度来进行燃烧进入，故在不同的负荷情况下，需要控制不同数量的燃烧器1参与工作，此时调整直流变频风机4的转速进行引风适应燃烧的燃气量。

本发明一种低氮高效燃气采暖热水炉及其控制方法，其中低氮高效燃气采暖热水炉，包括燃烧器、燃烧室以及变频风机。燃烧器，位于燃烧室下方，燃烧器顶部与燃烧室底部开放连通，燃烧器外壳侧壁与燃烧室侧壁的连接处密封，燃烧器仅外壳底板上设置有进风孔；变频风机引风从进风孔进入燃烧器。燃烧所需要的空气只能通过燃烧器底部开设的进风孔进入，其他方向的空气被隔绝在燃烧室之外。进入燃烧室的空气中绝大部分的氧气与天然气燃烧生成二氧化碳，剩余氧气形成了一个负氧环境，降低氮氧化物的生成。直流变频风机根据采暖热水炉运行的不同负荷状态，调整风机转速，为天然气燃烧时提供一个负氧的环境，保证采暖热水炉在整个燃烧过程都在抑制氮氧化物的生成，从而降低氮氧化物的产生。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，上述实施例中的实施方案也可以进一步组合或者替换，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种低氮高效燃气采暖热水炉，其特征在于：包括燃烧器、燃烧室以及变频风机，

燃烧器，位于燃烧室下方，燃烧器顶部与燃烧室底部开放连通，燃烧器外壳侧壁与燃烧室侧壁的连接处密封，燃烧器仅外壳底板上设置有进风孔；

变频风机引风从进风孔进入燃烧器。

2.根据权利要求1所述的一种低氮高效燃气采暖热水炉，其特征在于：变频风机位于燃烧室上方且两者隔离，燃烧室、燃烧器两侧具有风道。

3.根据权利要求1所述的一种低氮高效燃气采暖热水炉，其特征在于：包括并行排列的多个燃烧器，多个燃烧器能独立燃烧。

4.根据权利要求1所述的一种低氮高效燃气采暖热水炉，其特征在于：燃烧器外壳底板的进风孔为多个，多个进风孔分列均匀分布。

5.根据权利要求1所述的一种低氮高效燃气采暖热水炉，其特征在于：还包括集烟罩，位于燃烧室上方，集烟罩顶部具有烟气出口。

6.根据权利要求5所述的一种低氮高效燃气采暖热水炉，其特征在于：变频风机安装在集烟罩内。

7.根据权利要求6所述的一种低氮高效燃气采暖热水炉，其特征在于：变频风机进风通道位于集烟罩顶部的烟气出口中。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种低氮高效燃气采暖热水炉，其特征在于：变频风机采用直流变频风机。

9.一种低氮高效燃气采暖热水炉的控制方法，其特征在于：利用权利要求1-8任一项所述的低氮高效燃气采暖热水炉，变频风机根据采暖热水炉运行的不同负荷状态，调整转速。

10.根据权利要求9所述的一种低氮高效燃气采暖热水炉的控制方法，其特征在于：根据进水流量来控制工作燃烧器的数量，进而调整变频风机的转速。

Images