中国壁挂炉路向何方

大连渤尔科技总工程师邵信宏

2017-9-1渤尔全预混冷凝燃气热水炉

最近初入中国的进口全预混冷凝式壁挂炉国内使用、检验过程中出了一些问题。主换热器有腐蚀现象、锅炉管有烧穿漏水现象。于是国内一些舆论认为：冷凝炉不适合中国国情，只有烟气二次换热式冷凝炉才适合中国国情。同样是冷凝，烟气二次换热冷凝炉不产生腐蚀现象，而进口的就不行了呢？看来不能一概而论，要具体问题具体分析。老式壁挂炉换热器是不允许出现冷凝的。冷凝炉分为主换热器和冷凝换热器，也规定主换热器是不允许冷凝的。进口炉的主换热器是由不锈钢矩形管缠绕成圆筒状，烟气从矩形管之间的窄缝（0.3—0.5mm）通过，国内空气中以及燃气燃烧后的颗粒物较多，很容易将窄缝堵塞，矩形管长宽比很大，侧面为长尺寸，侧面窄缝堵塞不吸热，只有迎火短尺寸面吸热，吸收热量太小，温度不高，在主换热器产生冷凝水，如此一来，燃烧而产生的颗粒物和空气中的颗粒物与冷凝水混合成了泥浆，经火蒸发，成了烧砖过程。而冷凝水中的酸的成分，颗粒物中的盐的成分由于水的不断蒸发其浓度不断增加（过程与晒盐相似），腐蚀性大大增强，产生了腐蚀现象。看来主换热器产生冷凝水是其主要原因。若很好的解决此问题，全预混冷凝炉在中国运行是没有问题的。而烟气二次换热冷凝炉其燃烧是大气式燃烧，排放达不到国家最新排放标准，热效率也根本无法与全预混冷凝炉相比，是没有前途的。

下面对其性能进行具体分析对比。

一、   冷凝吸热

   1kg水从0℃加热到100℃需要100千卡（显热）热量，1kg水从100℃加热汽化成100℃水蒸气需要599千卡(潜热)热量。潜热比显热大6倍。老式壁挂炉不具备冷凝吸热功能，而烟气二次换热冷凝炉虽然有冷凝效果，但其冷凝器换热面积小，尤其是其燃烧方式仍然大气式燃烧，其炉腔中的水蒸气饱和分压低，造成其冷凝效果大大降低。

燃气中含有大量氢离子，燃烧过程生成大量水蒸汽分子，以天然气（CH4）为例：

α=1时:CH4+2(O2+3.76N2)=CO2+2H2O+7.52N2

(空气中氮气含量为79%，所以氧气与氮气的比例为1：3. 76)

此时水蒸汽饱和分压为：2/(1+2+7.52)=0.19bar

α=2时：CH4+4(O2+3.76N2)=CO2+2H2O+2O2+15.04N2

此时水蒸汽饱和分压为：2/（1+2+2+15.04）=0.09975bar=0.1bar

查表得出：0.19bar时冷凝水露点为58.3摄氏度；0.1bar时冷凝水露点为45.5摄氏度（全预混燃烧方式α=1,大气式燃烧方式α=2）。

由此可见全预混燃烧方式其结露点温度大大高于大气式燃烧，冷凝效果远远超出。

大气式燃烧为了燃烧充分，降低CO排放，过剩空气系数α一般为1.6~2.0，

过多的干燥空气进入炉腔降低了炉腔内的水蒸汽饱和分压，大大降低了冷凝效果。

二、   全预混燃烧

全预混燃烧采用变速风机送风，风机将燃气燃烧所需要的空气吸入文丘里混合器，空气流量的变化导致文丘里内燃气入口处气压改变，使燃气与空气比例阀的阀口开度产生变化，使得燃气与空气形成比例关系，调整阀上的调节螺钉以达到所需比例，当燃气与空气以所需比例进入燃烧器，燃烧时已不需要另外的空气就能达到完全燃烧。风机变速，风量改变，燃气阀开口改变，燃烧负荷改变，燃气与空气比例不变。

全预混燃烧由于在燃烧前燃气分子与氧气分子已充分混合，在空气过剩系数α很小的情况下（α =1.05~1.1）也能充分燃烧，CO很小，火焰温度很高，火焰很短，可以离换热器很近（35~40m m）（热强度与距离平方成反比），加热效率很高。全预混燃烧在炉腔内形成正压，热质点密度较大，有利于换热器换热。虽然火焰温度很高，但由于过剩空气系数α很小，已经没有多余的氧气生成氮氧化物了，所以NOx排放也很小。

三、   控制方式

    大气式燃烧壁挂炉采用交流单速风机，按照最大燃烧功率给风，功率小时给风量不变；过剩空气系数α变大，效率很低。所以程序控制采暖加热时均以最大功率燃烧，当出水温度达到设置温度时熄火，出水温度低于回差温度时再次点火，大功率燃烧，周而循环，每次从点火到正常燃烧，又废气，排放又不好，效率很低。而国家检测时用水流控制水温不变化，不停机。检测结果，效率还不是很低。实际在客户家使用不具备检测时的水流条件，频繁开、关机，效率大大降低。而全预混壁挂炉采用变速风机，燃烧负荷变化是随着风量的变化而变化，程序控制对出水温度是恒温控制的，小负荷燃烧时空气、燃气量按比例缩减，过剩空气系数α不变。而小负荷燃烧时排烟温度很低，恰恰是效率最高的，所以实际应用，其效率比大气式燃烧烟气二次换热冷凝炉高50%以上。

四、   燃烧稳定性

   全预混燃烧是由风机通过文丘里混合器产生的负压，抽取燃气管道中的燃气来燃烧的，燃气阀的二次压为负压，所以燃气的气压变化对燃烧的影响是很小的，而大气式燃烧则很大。全预混燃烧对燃气热值变化的调控比大气式燃烧方便的多。调试全预混燃烧时，烟气中氧指数的设定很重要。设定合理的氧指数(此值为商业秘密)对点火、燃烧的稳定性影响很大。

    综上所述全预混冷凝炉的优势是巨大的。要想做好冷凝炉换热器的选择是关键。一体式换热器现在只有三种：

（1）铸造型

现有铸造型均为铝合金铸造，由于型腔较复杂只能采用翻沙铸造，因为铝金属比重较低（2.7），铸造时浇不满，在铝中加入比重较大的合金以提高浇铸质量，所以整机重量很大。铸造成型的换热器所用金属重量及体积与换热面积之比很大，材料利用率低。因为重力铸造致密度低，使用寿命短。由于铸造型腔截面不均匀造成水流

在型腔中局部流速过慢而降低换热效率。另外，铸造的换热器燃烧器只能顶端放置，火焰与换热器距离远，热效率低。

（2）不锈钢光管型

不锈钢光管型为不锈钢距形管螺旋缠绕成型，管与管之间有0.3~0.8mm窄缝，缝长为27~36mm，若缝宽超过0.8mm，排烟温度会升高，矩形管壁厚很薄（0.6mm），当管内水流产生气泡或管壁结水垢降低传热能力，很容易烧蚀损坏，国内空气中以及燃气燃烧后颗粒物较多，很容易将窄缝堵塞。

（3）不锈钢翅片管型

不锈钢翅片管型采用直径20mm、壁厚1.5mm不锈钢无缝管外面焊接间隔2~2.2mm翅片以加大换热面积，不锈钢翅片管多层缠绕形成换热器。内层为主换热器，外层为冷凝换热器。烟气从2~2.2mm翅片间隙通过，不堵塞。1.5mm壁厚不锈钢无缝管没有烧穿隐患。圆形管受热面积大受热比较均匀，主交换器不产生冷凝水。

大连渤尔科技研发的不锈钢翅片管全预混式冷凝炉经过五年的实验检验，性能良好。能适应中国国情，是中国市场的理想选择。

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