燃气热水器全鼓风式部分预混燃烧器的设计与实验研究

摘要

目前市场上的燃气热水器的燃烧器大多采用的是低压引射式部分预混燃烧器，主要依靠引射器结构利用燃气自身的压力，引射喷嘴周围的空气来获得一次空气。引射器有一定的自我调节能力，当燃烧负荷变化时，被引射的空气量也随之变化，从而保证一次空气系数的相对稳定。但因其引射能力受到火孔面积、火孔深度、喷嘴形状、喷嘴位置、燃气性质、大气环境、使用年限等因素的影响，引射的一次空气时刻发生着较大的变化，从而难以保证最佳的燃烧状态，导致污染物浓度排放较高。鉴于此，全鼓风式部分预混燃烧器的研究成为了一个重要的研究方向。
　　本文主要对自行设计加工的全鼓风式部分预混燃烧器进行热工特性实验，搭建实验平台，通过实验系统空气管路上的阀门调节鼓入燃烧器的一、二次风量来控制一、二次空气系数及过剩空气系数，研究热负荷、一、二次空气系数及过剩空气系数对该燃烧器的燃烧性能的影响规律，为全鼓风式部分预混燃烧器的开发提供理论依据。实验研究发现在额定燃气压力2000pa下，燃烧器的热负荷在设计热负荷的92％-104%范围内，空气系数合理时均能够达到良好的燃烧效果，并未出现黄焰、脱火、回火等不良燃烧现象。
　　实验表明：
　　①一次空气系数对火焰高度及稳定性有较大影响。当一次空气系数较低时，燃烧器内火焰较为浑浊，淡蓝色较浅，火焰较长；随着一次空气系数的增大，火焰内焰缩短，外焰更加明晰，且火焰淡蓝色加深；当一次空气系数增加到一定值后，火焰内焰开始波动，甚至缩到与火孔口平齐，燃烧变得不稳定。一次空气系数一定时，二次空气系数对火焰内焰高度及形态的影响不大，随着二次空气系数的增大，过剩空气系数增加，外焰的淡蓝色加深。
　　②燃烧器输入热负荷﹑一次空气系数﹑二次空气系数及过剩空气系数变化时均对燃烧产物及燃烧室温度产生影响。在稳定燃烧的条件下，空气系数一定时，热负荷越大，烟气中CO﹑NOx浓度越高，燃烧室内温度越高；热负荷和一次空气系数一定时，随着二次空气系数的增大，过剩空气系数增加，CO﹑NOx浓度随之降低，燃烧室内温度降低；热负荷和过剩空气系数一定时，一次空气系数越高，烟气中CO﹑NOx浓度越低，燃烧室温度变化不大。在各种工况下，当过剩空气系数达到1.86时，CO排放浓度满足当过剩空气系数为1时烟气中CO浓度不得超过1000ppm的规定。当输入热负荷为设计热负荷的98%，一次空气系数为0.44，二次空气系数为1.48，过剩空气系数为1.92时，燃烧器燃烧产物中的CO﹑NO﹑NO2﹑NOx的排放量明显低于其他工况。

目录

1 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 国内外的研究现状

1.3 课题研究的意义

1.4 课题研究内容及方法

1.5 本章小结

2 热水器燃烧器工作的基本原理

2.1 燃烧的基本原理

2.2 部分预混燃烧的基本原理

2.3 燃烧产物生成机理

2.4 本章小结

3 全鼓风式燃烧器的设计

3.1 燃烧器的燃烧方式

3.2 部分预混燃烧器设计的基本原理

3.3全鼓风式部分预混燃烧器的设计

4 燃烧器的实验研究

4.1 实验目的

4.2 实验内容

4.3 实验方案的设计

4.4 实验平台的设计

4.5 实验测试的设备

4.6 实验步骤

4.7 本章小结

5 燃烧器的实验结果及分析

5.1 流量计法和烟气分析法测定过剩空气系数的比较

5.2 空气系数对火焰的影响

5.3 空气系数对燃烧器燃烧产物的影响

5.4 空气系数对燃烧室温度的影响

5.5 燃烧室温度燃烧器燃烧产物的影响

5.6 O2浓度对燃烧器燃烧产物的影响

5.7 空气系数对实验系统各处压力的影响

5.8 全鼓风式与传统引射式部分预混燃烧器的对比分析

5.9 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：

B.实验数据记录