專利名稱：大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統及其燃燒方法
技術領域：
本發明涉及燃氣熱水器燃燒系統及其燃燒方法。
背景技術：
容積式燃氣熱水器常用的燃燒系統是非密閉式部分預混燃燒系統，這種燃燒系統 一般使用鑄鐵圓盤式燃燒器，由于非密閉燃燒系統的固有特性，采用這種燃燒方式的容積 熱水器一般輸出負荷較小，一次用水完畢后，需要1小時以上才能恢復。一旦加大這種燃燒 器的輸入功率，就需要更多的助燃空氣和更大的燃燒空間，顯然超出了這種自發的空氣補 充方式的能力范圍。而快速式燃氣熱水器常用的燃燒系統為密閉式部分預混燃燒系統，這種燃燒 系統一般置于翅片管式換熱器的下部，火焰自下往上燃燒，使用多個口琴式燃燒器組成 燃燒器組件，日本專利特開平2008-25985，特開平3-64314，特開平1-144616，中國專利 200720051450，200620011924，93240258，97240226 等均對這種燃燒系統做了研究。由于 這種密閉式的燃燒系統從空氣入口至煙氣出口為單一連通通道，燃燒系統僅有一個空氣入 口，且一般利用風機進行鼓風燃燒，因此火焰一般處于湍流燃燒狀態，燃燒強度更大，在同 等燃燒空間體積和工作環境下，密閉燃燒系統的輸出功率遠大于非密閉燃燒系統。因此， 近年來已出現了將這種燃燒系統在容積式燃氣熱水器上的應用，如中國專利CN1873343A， CN101571315A等，以減短容積式燃氣熱水器的恢復時間。但是，這類容積式燃氣熱水器一般采用鑄鐵盤管浸入水箱作為換熱系統，盤旋彎 曲的盤管內部為煙氣流道，因此煙道阻力很大，而又因為其部分預混燃燒系統的固有特性， 產品設計中，為了控制其CO等污染物排放水平，必須提供遠大于理論燃燒所需的空氣量， 即過量空氣系數需遠大于1，通常設計的過量空氣系數高達1. 8到2. 5(即比理論需要的空 氣量多提供80%到150% )，因此這種系統對風機能力的要求很高。并且一旦需要增加換熱 面積以提高熱效率時，就必須加長鑄鐵盤管，這樣提供燃燒所需空氣的風機因為靜壓的增 加導致風量就會降低，從而會引起燃燒不完全而CO升高。這種情況下一般需要降低燃燒負 荷以保證系統的燃燒工況，但燃燒負荷的減低就意味著容積式燃氣熱水器的恢復時間的增 長，而如果采用更大能力的風機來保證完全燃燒不僅會導致系統成本的增加，而且這種系 統在大風量燃燒的情況下，試驗發現很容易就產生燃燒振動等不穩定燃燒，導致系統的安 ^^^ 急 ^^ ο
發明內容
針對以上出現的問題，本發明的目的在于提供一種大功率容積式燃氣熱水器燃燒 系統，這種燃燒系統在較小的風量下就能保證燃氣的完全燃燒，并且燃燒穩定，燃燒振動區 域相比現有技術明顯減小。為實現所述目的，本發明的一種大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，包括空氣入 口和煙氣出口，從空氣入口至煙氣出口的通道為單一連通通道，在該單一連通通道內設置有至少一個燃燒器，燃燒器內設置有將空氣引入燃燒器中與該燃燒器內的燃氣產生一次 混合氣體的一次風道；供該至少一個燃燒器的一次混合氣體燃燒產生一次火焰的至少一個 一次燃燒空間；導風方向指向各一次燃燒空間的外圍的二次風道；供二次風道的風對一次 火焰進行助燃的二次燃燒空間；其特點是，在該單一連通通道內還設置有導風方向指向全 部二次燃燒空間的外圍的補風通道，補風通道內設置有配風裝置。帶補充風通道的燃燒系統由于補充風對二次火焰起到包圍導流作用，有效防止了 火焰在大空間里出現回流而導致燃燒振蕩，并且由于單個燃燒器負荷的增加以及燃燒器 一、二次空氣的減少，使得燃燒火焰更加穩定，不容易出現脫火、回火以及振動燃燒的現象。所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，其進一步的特點是，所述燃燒器為口 琴式燃燒器。所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，其進一步的特點是，所述補風通道最 小寬度為一個所述燃燒器的寬度。所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，其進一步的特點是，所述配風裝置為 孔板。所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，其進一步的特點是，孔板具有均勻分布的 均風孔。配風裝置有利于防止回火現象發生。所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，其進一步的特點是，該空氣接收口連 接風機，該煙氣出口連接熱交換盤管。風機抽取的空氣分別從一次風道、二次風道、補風通道進入燃燒空間，使得燃氣在 燃燒空間充分燃燒，充分燃燒后的燃氣形成熱的煙氣從煙氣出口進入到熱交換盤管。本發明的一種大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統的燃燒方法，在空氣入口至煙氣 出口為單一連通通道的環境內利用至少一個燃燒器進行燃燒，包括以下步驟將空氣引入 燃燒器中與該燃燒器內的燃氣進行混合，形成一次混合氣體；然后在該燃燒器的火焰孔點 燃一次混合氣體，產生一次火焰；并從一次火焰的外圍引入空氣，對一次火焰進行助燃，形 成二次火焰；其特點是，還從該至少一個燃燒器的二次火焰的外圍再次補入空氣，使該補入 空氣包圍該至少一個燃燒器的該二次火焰，以使燃氣得到充分燃燒。本發明的方法將從空氣入口進入的一部分空氣直接提供到燃燒器與燃氣進行混 合，混合氣體在燃燒器出口被點燃形成一次火焰或者說內焰；并將另外一部分空氣自二次 風道或者說燃燒器之間的間隙導向一次火焰的外圍，與內焰未燃盡的產物進行混合燃燒， 形成二次火焰，此時仍有部分燃氣未能燃燒完全；從空氣入口進入的剩余空氣通過全部燃 燒器的周圍的補風通道對內、外焰形成包圍的形式，這部分的空氣在二次燃燒空間的上部 與未完全燃燒產物或者說二次火焰未燃盡部分再次燃燒，使得所有燃氣完全燃燒后排入熱 交換組件，由于補充風對火焰起到包圍導流作用，有效防止了火焰在大空間里出現回流而 導致燃燒振蕩，由于單個燃燒器負荷的增加以及燃燒器一、二次空氣的減少，使得燃燒火焰 更加穩定，不容易出現脫火、回火以及振動燃燒的現象。
圖1是本發明的燃燒系統的構造圖。
具體實施例方式如圖1所示，燃燒系統包括腔室100，腔室100具有與風機22相接的空氣接收口 11和通往熱交換組件21的煙氣出口 12，在空氣接收口 11和煙氣出口 12之間有燃氣燃燒 的燃燒空間14以及安裝燃燒器組件13的空間。燃燒器組件13的入口 130具有與空氣接 收口 11相通的進風通道，燃燒器組件的出口 131與燃氣燃燒的燃燒空間14連通，燃燒空間 14和煙氣出口 12相通，燃燒器組件13的外圍和腔室100的內側或內壁之間設置有空氣補 風通道15。空氣補風通道15包圍整個燃燒器組件13，其兩端分別和燃燒空間14、空氣接收 口 11相通，空氣補風通道15中設置有配風裝置或者孔板16。孔板16最好是均孔板，設置在空氣補風通道15的上游，起到防止回火的作用。燃燒器組件13在圖1所示的實施例中包括多個并列的口琴式燃燒器即火排，通 過支架等固定在腔室100中。多個燃燒器132并列設置在燃燒器組件13的殼體中，單個 燃燒器132具有通空氣的一次風道1321，并且單個燃燒器132之間留有間隙作為二次風道 1322，一次風道1321、二次風道1322分別和空氣接收口 130相通。燃燒空間14的空腔面 積要大于燃燒器組件13的出口面積，腔室100的頂部即燃燒空間14的頂部與熱交換組件 21 (換熱盤管)相連，作為高溫煙氣的排出口。風機22 (鼓風機)則連接在燃燒器組件13 下方提供一次風道、二次風道、空氣補風通道所需要的空氣。鼓風機22通過空氣接收口將 燃燒所需的空氣送入腔室100，一部分空氣隨著噴射的燃氣從一次風道1321直接進入燃燒 器132與燃氣進行預混合，產生的一次混合氣體在燃燒器出口 131被點燃形成內焰或一次 火焰30 ；另外一部分自燃燒器132之間的二次風道進入燃燒空間14，與內焰未燃盡的產物 進行混合燃燒，形成外焰或者說二次火焰31，此時仍有部分燃氣未能燃燒完全；大部分空 氣通過燃燒器組件13的周圍經過孔板16直接輸送到燃燒空間14，對內、外焰30、31形成 包圍的形式，這部分的空氣在燃燒空間14的上部與未完全燃燒產物或者說二次火焰的未 燃盡部分再次燃燒，形成如圖中區域所示的補充風燃燒火焰，使得所有燃氣完全燃燒后排 入熱交換組件21。帶補充風的燃燒系統由于通過比燃燒器組件的出口面積稍大的燃燒空 間，使得燃氣與空氣有充分的燃燒空間，單個燃燒器的負荷可以大幅度的增加，并且由于補 充風對火焰起到包圍導流作用，有效防止了火焰在大空間里出現回流而導致燃燒振蕩。另 外，由于單個燃燒器132負荷的增加以及燃燒器132 —、二次空氣的減少，使得燃燒火焰更 加穩定，不容易出現脫火、回火以及振動燃燒的現象。本發明的燃燒方法也可以結合圖1所示的實施例來進行舉例說明，在空氣入口至 煙氣出口為單一連通通道的環境內，即腔室100內，利用至少一個燃燒器132進行燃燒，包 括以下步驟借助于一次風道將空氣引入單個燃燒器132中與該燃燒器132內的燃氣進行 混合，然后在該燃燒器132的火焰孔即燃燒器組件出口 131處點燃一次混合氣體，并從相鄰 燃燒器132之間的空隙之間即二次風道再次引入空氣，空氣的導風方向指向一次混合氣體 的燃燒空間，因此對一次火焰進行助燃，形成二次火焰，并且還從燃燒器組件13的外圍借 助于補風通道15補入空氣，使該補入空氣包圍各二次火焰，即包圍內外火焰30、31，以使燃 氣得到充分燃燒。前述實施例具有如下變化例，但效果沒有前述實施例好。變化例1，若在圖1的基礎上省略補風通道15，或者說擴展燃燒器組件13的寬度 以使其占據補風通道15的空間，這種結構如果在一次空氣系數不是特別小的情況下，試驗過程中很容易發生燃燒振動，系統無法安全穩定運行。變化例2，若在圖1的基礎上將孔板16替換為封閉板，即封閉了補風通道，這種結 構看上去能夠通過減少燃燒器的數量，使單個燃燒器燃燒強度加大，并且火焰更加集中在 燃燒空間中心而避免火焰與燃燒腔壁面的接觸，來達到減小燃燒振動區域，改善燃燒工況 的目的，但是實際情況是，由于單個燃燒器負荷增加，助燃空氣的流道相對變小，混合氣體 在燃燒器出口的速度以及空氣速度增加，導致這種結構更加容易產生燃燒振動。變化例3，若在圖1的基礎上將孔板16移動到補風通道的下部入口，這種結構試圖 通過改變燃燒時火焰的一、二次空氣分配使得燃燒可以出現前后的順序，充分利用這種系 統煙道長的優勢，而不是在燃燒器出口一次性高強度燃燒完全，從而降低系統不穩定燃燒 的風險，實際的情況是這種結構的燃燒系統對縮小燃燒振動區域起到了積極的作用，其振 動區域明顯減小，但這種結構容易發生火焰回流而燒損燃燒器。下面將圖1所示實施例及其前述變化例和一款型號為快速33E的市售產品的燃燒 性能進行了比較。
權利要求
一種大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，包括空氣入口和煙氣出口，從空氣入口至煙氣出口的通道為單一連通通道，在該單一連通通道內設置有至少一個燃燒器，燃燒器內設置有將空氣引入燃燒器中與該燃燒器內的燃氣產生一次混合氣體的一次風道；供該至少一個燃燒器噴射的一次混合氣體燃燒產生一次火焰的至少一個一次燃燒空間；導風方向指向各一次燃燒空間的外圍的二次風道；供二次風道的風對一次火焰進行助燃的二次燃燒空間；其特征在于，在該單一連通通道內還設置有導風方向指向全部二次燃燒空間的外圍的補風通道，補風通道內設置有配風裝置。
2.如權利要求1所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，其特征在于，所述燃燒器 為口琴式燃燒器。
3.如權利要求2所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，其特征在于，所述補風通 道最小寬度為一個所述燃燒器的寬度。
4.如權利要求1所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，其特征在于，所述配風裝 置為孔板。
5.如權利要求4所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，其特征在于，孔板具有均 勻分布的均風孔。
6.如權利要求1所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統，其特征在于，該空氣接收 口連接風機，該煙氣出口連接熱交換器。
7.一種大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統的燃燒方法，在空氣入口至煙氣出口為單一 連通通道的環境內利用至少一個燃燒器進行燃燒，包括以下步驟將空氣引入燃燒器中與該燃燒器內的燃氣進行混合，形成一次混合氣體； 然后在該燃燒器的火焰孔點燃一次混合氣體，產生一次火焰； 并從一次火焰的外圍引入空氣，對一次火焰進行助燃，形成二次火焰； 其特征在于，還從該至少一個燃燒器的二次火焰的外圍再次補入空氣，使該補入空氣包圍該至少一 個燃燒器的該二次火焰，以使燃氣得到充分燃燒。
8.如權利要求7所述的大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統的燃燒方法，其特征在于， 所述燃燒器為口琴式燃燒器。
全文摘要
大功率容積式燃氣熱水器燃燒系統及其燃燒方法，包括空氣入口和煙氣出口，從空氣入口至煙氣出口的通道為單一連通通道，在該單一連通通道內設置有至少一個燃燒器，燃燒器內設置有將空氣引入燃燒器中與該燃燒器內的燃氣產生一次混合氣體的一次風道，供該至少一個燃燒器的一次混合氣體燃燒產生一次火焰的至少一個一次燃燒空間，導風方向指向各一次燃燒空間的外圍的二次風道，供二次風道的風對一次火焰進行助燃的二次燃燒空間，其特征在于，在該單一連通通道內還設置有導風方向指向全部二次燃燒空間的外圍的補風通道，補風通道內設置有配風裝置。該方法在較小的風量下就能保證燃氣的完全燃燒，并且燃燒穩定，燃燒振動區域相比現有技術明顯減小。
文檔編號F24H9/18GK101949588SQ20101028734
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月20日 優先權日2010年9月20日
發明者曾祥才, 朱高濤, 竇禮亮 申請人:艾歐史密斯(中國)熱水器有限公司