2018-07-18 14:42:59 來源: 《暖通空調(diào)》第E13期 人氣:1821
1 國內(nèi)冷凝壁掛爐現(xiàn)狀
目前國內(nèi)冷凝壁掛爐按燃燒方式分主要分為全預(yù)混冷凝壁掛爐和煙氣回收型冷凝壁掛爐,由于歐洲等發(fā)達國家全預(yù)混冷凝壁掛爐已經(jīng)成為主流機型,國內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家都認定歐洲壁掛爐的發(fā)展方式和結(jié)果是中國壁掛爐發(fā)展的向?qū)АR虼藝鴥?nèi)在全預(yù)混冷凝壁掛爐上大力投入和研發(fā),一系列全預(yù)混冷凝壁掛爐以各大品牌核心技術(shù)的姿態(tài)登上市場舞臺,但在幾年的市場試探后發(fā)現(xiàn):全預(yù)混冷凝壁掛爐在國內(nèi)卻不怎么受歡迎。消費者使用一段時間后發(fā)現(xiàn)漏水、噪音、堵塞等問題,其穩(wěn)定性還不如常規(guī)壁掛爐。于是消費者將目光轉(zhuǎn)向原裝進口全預(yù)混冷凝壁掛爐,但是一段時間后也發(fā)現(xiàn)在歐洲使用得很好的原裝進口全預(yù)混冷凝壁掛爐在國內(nèi)卻出現(xiàn)“水土不服”現(xiàn)象,與國內(nèi)的全預(yù)混冷凝壁掛爐一樣出現(xiàn)相同的質(zhì)量問題。
2 兩種結(jié)構(gòu)的冷凝壁掛爐的工作原理
2.1 全預(yù)混冷凝壁掛爐的工作原理
全預(yù)混冷凝壁掛爐結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示,燃氣經(jīng)過比例閥后進入預(yù)混腔與空氣混合(前預(yù)混),混合后的混合氣體由風(fēng)機鼓入燃燒器燃燒,燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)過熱交換器快速換熱、冷凝,剩余的廢氣由煙管排出。
水路閉路系統(tǒng)由水泵提供原動力,經(jīng)由外部散熱末端或板式換熱器后的低溫水流進入水泵,水泵提供動力后將水壓入熱交換器進行換熱,最后流回到散熱末端或板式換熱器,如此循環(huán)、連續(xù)換熱。
由于全預(yù)混燃燒壁掛爐在燃氣燃燒前就已經(jīng)將燃氣與空氣充分混合且燃燒的速度非???,因此預(yù)混的燃氣與空氣的比例必須由控制系統(tǒng)精確控制,并且預(yù)混的比例是由控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的,其燃氣的量是根據(jù)預(yù)混腔的壓力變化即風(fēng)機的轉(zhuǎn)速控制的,空氣量發(fā)生變化燃氣量會根據(jù)控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的比例自動調(diào)整燃氣的量。但是由于燃氣熱值的變化需要更多或更少的空氣量時,此時的控制系統(tǒng)是無法分辨的,其空氣量仍然按預(yù)設(shè)燃氣熱值所需要的空氣進行匹配燃燒。
2.2 煙氣回收型冷凝壁掛爐的工作原理
回收型冷凝壁掛爐結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示,其基本構(gòu)架是在普通壁掛爐上增加了一個煙氣回收冷凝裝置,其燃燒和一次換熱與常規(guī)大氣式燃燒壁掛爐沒有太大差異。其燃氣通過比例閥調(diào)節(jié)后進入大氣式燃燒器進行部分預(yù)混式燃燒,火焰呈淡藍色。燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)過無氧銅主熱交快速進行一次換熱,一次排放130℃左右的煙氣進入二級冷凝熱交換器進行二次換熱,換熱后煙溫可降至65℃左右(當(dāng)回水溫度較低時,排煙溫度還會進一步下降),然后排出室外。
煙氣回收型冷凝壁掛爐的水路系統(tǒng)與全預(yù)混冷凝壁掛爐的水路系統(tǒng)沒有太大差異,其工作原理相同在此不再贅述。
由于大氣式燃燒器的空氣與燃氣的配比是由燃燒器的結(jié)構(gòu)控制的,其配置比例不受控制系統(tǒng)的影響。這種傳統(tǒng)經(jīng)典的引射式燃燒器對燃氣的熱值、壓力等具有自適應(yīng)匹配性,其過??諝庀禂?shù)的控制比全預(yù)混燃燒的要高。
3 兩種結(jié)構(gòu)的冷凝壁掛爐在國內(nèi)的適應(yīng)性探討
3.1 對氣源的適應(yīng)性
(1) 全預(yù)混冷凝壁掛爐對國內(nèi)氣源的適應(yīng)性
由全預(yù)混冷凝壁掛爐的控制原理可知:全預(yù)混燃燒的燃氣與空氣的配比是由控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的,其匹配的最后步驟是安裝人員到用戶家中根據(jù)用戶當(dāng)時的燃氣性質(zhì)和煙氣排放的參數(shù)進行匹配,其匹配的原始依據(jù)是燃氣的熱值。
眾所周知,我國大部分地區(qū)特別是北方地區(qū)的燃氣壓力和熱值是不穩(wěn)定的,在采暖季節(jié)燃氣成分和熱值都會產(chǎn)生較大波動,當(dāng)燃氣熱值偏高時CO排放顯著升高,更重要的是燃燒不充分的狀態(tài)下將會在熱交換器的表面產(chǎn)生積碳效應(yīng),積碳會使熱交換效率下降,加上冷凝水的作用熱交換器的耐腐蝕性能也會有所下降,全預(yù)混燃燒火焰短、溫度高再加上燃氣中有部分硫化物將會大大加速熱交換的腐蝕速度,因此用戶使用一段時間后出現(xiàn)熱交換器漏水、煙道堵塞等質(zhì)量問題。當(dāng)燃氣熱值偏低時,燃氣中可能混有部分空氣(氣站壓力不足),其燃燒配比逐漸向天然氣爆炸極限(天然氣與空氣體積比5%~15%)靠近,壁掛爐同樣不會處于正常燃燒狀態(tài),產(chǎn)生爆燃等燃燒噪音。
因此全預(yù)混冷凝壁掛爐的燃燒對氣質(zhì)成分要求較高,在歐洲其管路、設(shè)備、氣質(zhì)成分等都遠遠優(yōu)于國內(nèi)水平,所以在歐洲全預(yù)混壁掛爐的能效、排放等指標(biāo)能達到實驗室設(shè)計水平,更重要的是使用穩(wěn)定性和壽命也都能達到設(shè)計時的要求。就在上述條件都滿足的情況下售后服務(wù)系統(tǒng)還會對全預(yù)混壁掛爐的熱交換器中的雜質(zhì)(主要是積碳和熱交換器被腐蝕后的殘留物質(zhì))等進行定期維護、清理。
在國內(nèi)氣源條件、售后服務(wù)系統(tǒng)跟不上的情況下原裝進口全預(yù)混冷凝壁掛爐才會出現(xiàn)“水土不服”的現(xiàn)象。
(2) 煙氣回收型冷凝壁掛爐對國內(nèi)氣源的適應(yīng)性
在國內(nèi)普通大氣式燃燒壁掛爐市場保有量在500萬臺以上,其使用性能和可靠性已經(jīng)得到市場和廣大消費者的認可。由煙氣回收型冷凝壁掛爐結(jié)構(gòu)原理圖可知:其燃燒系統(tǒng)與普通壁掛爐是一模一樣的,其大氣式燃燒器對氣源熱值、壓力變化有很強的適應(yīng)性,其空氣系數(shù)控制得比較高(a=1.8左右),當(dāng)燃氣熱值發(fā)生波動時燃燒器的一次與二次空氣系數(shù)會自動匹配使燃燒始終處于正常燃燒狀態(tài)。
3.2 壽命分析
(1) 材料及溫度
全預(yù)混冷凝壁掛爐的壽命瓶頸仍然在冷凝熱交換器,其材料主要有不銹鋼和鋁材,不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)很低,在熱流傳遞方向上的溫度梯度值較大。全預(yù)混冷凝熱交換器內(nèi)表面多為光管、光滑表面,在材料的厚度方向上溫度由上千度高溫瞬間下降到100℃左右的溫度,其熱脹冷縮疲勞強度很大,對材料的壽命有一定影響。而承受大疲勞強度這一部分材料還要對水路側(cè)起到密封作用,因此一旦發(fā)生疲勞、腐蝕就很容易漏水。鋁材的導(dǎo)熱系數(shù)較高,熱不均勻性要好得多,但鋁材本身的材料防腐性能又不如不銹鋼,因此做冷凝熱交換器其壽命還不如不銹鋼壽命長。
煙氣回收型冷凝壁掛爐燃燒為大氣式燃燒,其燃燒溫度要低于全預(yù)混燃燒,一次主熱交換器的材料為無氧銅,其導(dǎo)熱系數(shù)遠遠高于不銹鋼和鋁材,因此在熱流傳遞方向上的溫度梯度值要遠低于全預(yù)混冷凝熱交換器,因此其熱脹冷縮疲勞強度相對較小。一次主熱交換器為管翅片結(jié)構(gòu),其熱流梯度最大的地方在翅片上,而翅片是不承擔(dān)水路密封作用的。假設(shè)在極端條件下翅片損壞,其一次主熱交換器也不會因漏水而無法使用。
然而無氧銅(即使在外層加了涂層)是不具有防腐性能的,因此國家標(biāo)準明確規(guī)定普通壁掛爐的排煙溫度不得低于110℃,保證了一次熱交換處不會產(chǎn)生冷凝水。煙氣回收型冷凝壁掛爐在一次排煙之前的燃燒換熱系統(tǒng)與普通壁掛爐是相同的,因此其一次側(cè)的排煙溫度設(shè)定在130℃,這樣就有效地保護了一次主熱交換器的壽命。當(dāng)130℃煙氣進入不銹鋼二級換熱器時水蒸氣開始冷凝,但其換熱強度、溫度、溫度的不均勻性等已經(jīng)遠遠低于全預(yù)混冷凝熱交換器,因此其可靠性和壽命遠遠高于全預(yù)混冷凝熱交換器。圖3為全預(yù)混冷凝熱交換器內(nèi)部光滑圓管結(jié)構(gòu),圖4為煙氣回收型一次熱交換器管翅片結(jié)構(gòu)。
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