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燃气热水器掺氢试验研究及燃烧器结构优化

论文作者徐 鹏1、2 ， 赵靖怡1、2 ， 颜 谨3 ， 梁金凤3杂志期数2025年10月刊
关键词掺氢天然气； 燃气热水器； 火焰稳定性； 热效率； 污染物排放
作者单位1.北京建筑大学 供热、供燃气通风及空调工程北京市重点实验室， 北京 100044； 2.北京建筑大学 燃气研究中心， 北京 100044； 3.北京市公用事业科学研究所有限公司， 北京 100011
试验测试家用大气式燃气热水器的掺氢燃烧对火焰稳定性、燃气热水器热负荷、燃气热水器热效率、污染物排放情况的影响，对燃气热水器燃烧器结构进行改进，探索适合家用大气式 燃气热水器掺氢燃烧的途径。掺氢比为10%~30%，对家用大气式燃气热水器进行掺氢燃烧试验，在额定热负荷工况以及70%额定热负荷工况下分别进行试验。试验结果表明：在2种热负荷工况下，随掺氢比增加，火焰高度下降，热效率上升，但实测折算热负荷、燃气华白数、烟气温度均随之下降。额定热负荷工况下，过剩空气系数为 1.0 时烟气中 CO 体积分数随掺氢比增加明显下降。70% 额定热负荷工况下，过剩空气系数为 1.0 时烟气中 CO 体积分数随掺氢比增大变化不明显。2 种负荷工况下，过剩空气系数为 1.0时烟气中 NOx体积分数均随掺氢比增加而增大，掺氢燃烧的回火风险增大。掺氢比为 30%，将家用大气式燃气热水器燃烧器进行改进，替换为人工煤气燃烧器，在额定热负荷工况以及 70%额定热负荷工况下分别进行试验。试验结果表明，燃气与空气混合不均匀，导致黄焰。改进后过剩空气系数为 1.0时烟气中 CO体积分数急剧增加，改进后过剩空气系数为1.0时烟气中NOx体积分数下降。掺氢比为10%~30%，将燃气热水器燃烧器进行改进，在原有燃气热水器燃烧器火孔上覆盖金属导热网，在额定热负荷工况以及70%额定热负荷工况下分别进行试验。试验结果表明，未出现回火、脱火、离焰、黄焰等不正常燃烧现象，在同一热负荷工况下燃气热水器实测折算热负荷、热效率与改进前基本一致。金属导热网抑制热力型NOx的生成，降低NOx的排放，降低回火风险。70%额定热负荷工况下，剩空气系数为1.0时烟气中CO体积分数也处于较低水平。推荐改进方法为：在原有燃气热水器燃烧器火孔上覆盖金属导热网。
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