烟气再循环视域下家用燃气热水器低氮燃烧探究

烟气再循环视域下家用燃气热水器低氮燃烧探究

黄城洪

广东万家乐燃气具有限公司

摘要

家用燃气热水器是一种新型燃气热水器，同时随着燃气热水器技术的不断发展，选择使用燃气热水器的家庭数量不断增加，继而也暴露出燃气热水器使用过程中的氮氧化物污染问题。基于此，本文针对以上问题开展研究，主要研究燃气热水器低氮燃烧模式，提出烟气自循环技术在家用燃气热水器中的应用方法。为验证烟气再循环技术的低氮燃烧效果，建立相关试验，试验中对比不同烟气再循环量的比例，从而提出烟气再循环技术应用于燃气热水器的最佳技术参数。

关键词：烟气再循环；家用燃气热水器；低氮燃烧

燃气资源是当前社会发展中应用的重要资源，在居家生活中，燃气资源的使用也非常广泛。如，燃气厨具是我国居民家庭的重要电器之一。而随着家用电器技术的进步，燃气热水器装置开始应用，并广泛推行。燃气热水器与电气热水器相比，燃烧温度更高、速度更快，使用更加便捷。但是，随着燃气热水器使用增加，燃气热水器燃烧出现氮氧化合物污染的问题，直接影响到燃气热水器运行，同时也影响到使用安全。因此，要想提高家用燃气热水器使用效果，必须着重解决燃气热水器安全问题。

1.燃气热水器燃烧污染问题及烟气再循环研究

1.1燃气热水器燃烧污染问题分析

燃气热水器也被称作为燃气热水炉，是利用燃气作为燃烧资源的热水器装置。该装置最早诞生于上个世纪70年代，而我国最早在1979年生产了第一台燃气热水器装置。随着燃气和电气技术的发展，燃气热水器技术不断进步，但是时至今日，该热水器使用优势和劣势非常明显。优势为使用方便，加热速度快，而缺点就是燃烧过程中产生更多的氮氧化合物，经化学研究发现，多数氮氧化合物存在毒性，污染性较强。通过对燃气热水器研究可发现，在燃气热水器运行过程中。主要会产生NO和NO2两种氮氧化物，在燃气燃烧的过程中，空气中氮与燃气燃料的烃类离子团会发生反应，继而产生氮氧化合物，造成污染。

1.2烟气再循环原理分析

烟气再循环技术属于常见的低氮燃烧技术，与预混燃烧技术和分段燃烧技术相比，烟气再循环技术使用更加方便，同时不需要改变燃烧器总体结构。该技术应用过程中，燃气热水器燃烧后烟气排放到烟道，将部分烟气抽取并直接输送燃烧室，或者将抽取的烟气与氧气再度融合之后输送到燃烧室，从而助力二次燃烧，实现低氮燃烧。

研究发现，烟气中含有氮气、氧气以及二氧化氮，可以助燃，但是如果直接排放势必会受到污染，所以根据此原理提出了烟气循环再利用技术，将该技术原理应用于燃气热水器燃烧污染控制当中，能够实现烟气再次循环，降低烟气中污染成分，从而消除污染，实现低氮燃烧。

烟气再循环在应用过程中，主要利用再循环烟气中低氧特点和低温优势，与助燃空气混合，降低氧浓度，继而实现抑制氮氧化合物的目的。另外，研究发现，再循环烟气在燃烧室中应用，加入的烟气可以吸收高温区域温度，吸收温度之后，高温区温度和氧气浓度均有所降低，在一定程度上也减少氮氧化合物生长，实现污染控制目的。

2.本文提出的烟气再循环燃气热水器低氮燃烧运行模式

家用燃气热水器运行过程中，利用烟气再循环技术可实现低氮运行，同时控制污染。而本文在进行技术研究时，将烟气再循环技术与热水器低氮燃烧技术相互结合。按照《家用燃气快速热水器》规定，设计并应用烟气再循环技术的家用燃气快速热水器，该燃气热水器在传统热水器基础上增加了烟气再循环风机装置，同时配合温度电子传感器等装置，保证燃气热水器迅速进入到低氮模式，确保技术应用到达最高的标准。

3.烟气再循环下家用热水器低氮燃烧模式的应用效果探究

本文为研究烟气再循环技术在家用热水器低氮燃烧模式中的应用效果，建立了相关试验，研究家用热水器低氮燃烧技术模式，确保低氮燃烧技术应用达到最佳效果。

（1）试验思路和准备

本次试验主要研究烟气再循环技术在家用热水器低氮燃烧技术中的具体应用，研究过程中，构建家用热水器低氮燃烧模式，并且结合应用烟气再循环技术。该技术应用的过程中，主要针对不同热负荷下，改变烟气再循环量对烟气的影响进行分析，主要对比之后的烟气中氮氧化合物含量。

试验开展时，构建烟气再循环家用热水器低氮燃烧试验系统。试验过程中，将燃气流量计、烟气分析仪、气相色谱仪、热水器、烟气再循环用风机组成整体系统，从而直接完成试验、数据统计等相关工作。试验过程中，燃气热水器选择京东线上销量最佳的品牌热水器，选择16升强制个排气式热水器，热负荷为31kw。

（2）试验统计分析

本次试验主要针对不同热负荷、改变烟气再循环对烟气的影响进行分析，从而确保烟气再循环技术的应用效果。在本文进行实践研究过程中，主要选取热负荷为 20.0 kW 、烟气回流量在3.5m3/h工况时的状态点进行测试，逐渐打开多孔板堵塞部分，增大再循环量，实测 NOx 和 CO含量。通过图1计算统计发现，在烟气回流量增大的情况，烟气中NOx的含量有所下降，而CO的含量直接提升，而分析可知烟气再循环降低了燃烧温度，从而减少了氧气消耗量，使一氧化碳不能够完全燃烧

[2]。

图1 不同烟气回流量下烟气再循环量变化

通过上述研究发现，烟气再循环量与不同热负荷、风机运行之间存在必然联系，继而影响到工作时长。因此，本次试验开展的过程中，针对不同热负荷下循环全段火排燃烧技术、部分火排燃烧的问题进行全面分析研究，确保烟气再循环技术应用达到最高要求。通过试验研究的数据统计发现，在 CO 排放下，样机在全段火排燃烧时，烟气再循环量百分比在 35% 左右时， NOx 值最低；在部分火排燃烧时，烟气再循环量百分比在 15%左右时，NOx 值最低。因此可以确定，烟气再循环家用热水器低氮燃烧运行状态之下，需要根据不同工作负荷状态，控制烟气再循环量。如果燃气热水器采用全段火排燃烧模式，技术应用的过程中，就可以利用烟气循环控制系统，将循环量控制为35%左右，降低烟气中最后的氮氧化合物。另外，如果在燃气热水器运行的过程中，选择应用部分火排工段时，可以控制烟气再循环量为烟气总量的15%，从而保证氮化物的输出值达到最低状态，确保烟气再循环系统控制达到最佳状态，提升系统应用效果[3]。

结束语

家用燃气热水器是当前居家应用的主要电器，市场发展前景广阔。但是，随着空气能热水器以及光能热水器的应用，燃气热水器势必会受到影响。因此，完善燃气热水器，解决燃气热水器的实际问题，对于燃气热水器运行有重要作用，有利于热水器发展，希望本文能够对燃气热水器发展有所帮助。

参考文献

[1]龙飞, 王家欣, 陈津蕊,等. 基于烟气再循环的家用燃气热水器低氮燃烧研究[J]. 节能, 2021, 40(2):3-3.

[2]高晗, 朱彤, 朱荣俊,等. 烟气再循环对350 k W燃气锅炉超低氮燃烧工况稳定性的影响[J]. 工业锅炉, 2020(1):7-7.

[3]彭良辉， 张贺强， 陈红龙. 低氮燃烧器+烟气再循环技术在炼厂中压蒸汽锅炉上的应用[J]. 化工管理， 2020(8):2-2.