恒温燃气热水器分段燃烧理论分析！

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      摘要：本文对燃气热水器自动分段燃烧作理论计算与分析，为燃气热水器，特别是采用比例阀的恒温式热水器的实际应用提出一个合理的分段燃烧方式，为提高热水器恒温性能、舒适性提供参考方案。产品：智能恒温燃气热水器、高端热水器分段燃烧、恒温控制。

      一、概述

现有恒温热水器在市场上大批量销售，并且越来越受消费者的青睐。同时，由于消费水平的提高和消费观念的转变，消费者追求舒适度越来越强烈，故恒温式热水器市场表现一路走好。对恒温式热水器，产品使用舒适性尤为重要，如热水器的低温升，比如说在夏季，自来水的温度相对较高，一般都有27℃以上，特别在南方，夏季自来水温度甚至高达34℃，冲凉用水温度一般在38℃～40℃较为舒服，如进水温度平均按照30℃计算，则热水器的温升必须控制在10K以下，低温升的控制则需要通过分段燃烧来实现。故分段燃烧技术在恒温热水器整个技术系统里起着非常关键的作用。

二、理论分析与计算

1、为了使分段燃烧更加合理且可行，需要考虑如下几点要素：①单个燃烧器的燃烧负荷范围；②分段数；③每段燃烧之间的连接性；④各段燃烧转换时出水温度的超调等。

2、单个燃烧器的燃烧负荷：每个燃烧器都是有燃烧负荷范围要求的，如果承受的负荷过大，则不能完全燃烧，烟气指标含量（如CO、NOx）会严重超标；如果承受的负荷过小，则可能会造成回火或熄火等现象。故采用分段燃烧方式，单个燃烧器的燃烧负荷是必须考虑的。

3、分段数：即是将热水器的燃烧器分成几段火力工作，而热水器的工作轨迹曲线与火力段数一致，比如说热水器共有5排火，分成2排火、3排火、5排火燃烧，即是3段，工作轨迹曲线也是3段。分段时，需要根据热水器整机燃烧器的排数n（或个数）、热负荷φmax，热负荷φmin，喷嘴直径大小d、燃气比例调节阀开度（一次压额定）等要素作详细的分析。

4、每段之间燃烧连接性：分段后，每段之间的燃烧必须要有连接性，所说的连接性是指每段之间的燃烧负荷段应有重叠部分，这样每段之间的转换才能平滑过渡，热水器才能根据实际环境要求能正常稳定工作。如果连接性不好，或者说是燃烧负荷段没有重叠部分，此种情况有两种：一是每段之间是燃烧负荷是完全没有重叠部分，即工作轨迹曲线是断开的，此情况出现的就是燃烧过程中在转换负荷段时出现熄火现象；二是每段之间刚好是燃烧负荷点的连接上或者是只有小部分是重叠的，此种情况出现的是在某一点上或某一小段上两段火力之间转换频繁，导致温度不能恒定，经常会出现温度时高时低的现象。所以恒温热水器燃烧的连接性是很极其关键的技术要点。

5、各段燃烧负荷大小分布：分段燃烧中，每段燃烧负荷值要合理分布，这样热水器的恒温连续性才得以保证，否则，在两段火力转换时由于燃烧负荷变化过大会出现温度超调值过大；或者是在某一能量状态下，温度点会断接。

6、理论计算分析：

已知条件：一台16升的恒温热水器，气源为液化石油气（一次额定压力P1=2800Pa），燃烧器个数为5排，喷嘴直径为d=φ1.6mm，额定热负荷为φmax=32 kW，现对此台机器燃烧方式分成3段，第1段为2排火，第二段为3排火，第三段为5排火，则每排火燃烧负荷为φ1=6.4 kW。

未知条件：热负荷（φmin为变量）。

目标：计算验证燃烧分段方式合理性。

⑴假设条件：热负荷为φmin=7 kW，热负荷时为2排火燃烧，则每排火燃烧负荷为φ单排=3.5 kW。则理论分段值。

      从表3看出，热水器的负荷φmin越大，则两段之间重叠负荷区域越小（Δφ1=12.8 kW -12 kW=0.8 kW），甚至没有重叠（Δφ2=19.2 kW -20 kW=-0.8 kW），这种情况出现的就是上述第4点分析的两段火力转换频繁，或者是转换时熄火现象。表示负荷曲线图。

   7、由上述分析可知道，热水器的负荷φmin是影响负荷重叠区差值大小的关键因素，亦即是影响热水器是否能稳定工作的一个重要因素。由上述表1、表2、表3的数据可知道，假定在燃烧器燃烧负荷允许范围内，热水器负荷越小，负荷重叠区域越大，那么这对热水器的稳定性是否也是？假设现在热水器的负荷为φmin=5 kW，则得出的理论分段值见表4；为负荷曲线图。

 出现一个EB段的交替重叠区，“A与B交替重叠区”，如果出现此情况，则表明第1段火力的负荷与第3段的火力的负荷已经有重叠，也就是热水器负荷由小到大调节时，火力会直接由第1段（2排火）转到第3段（5排火），或者是热水器负荷由大到时调节时，火力直接由第3段（5排）转到第1段（2排）火力。这样热水器的恒温调节性能也是处于不稳定状态的。

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