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壁掛爐發展技術分析

2019-03-05  來自: 88msc官網登錄 瀏覽次數:153

                               大連渤爾科技總工程師邵信宏

壁掛爐的曆史可以追溯到100多年前,發展到今天,燃燒方式由大氣式燃燒到全預混燃燒,熱交換器由普通式到冷凝式。

一、壁掛爐冷凝吸熱原理

壁掛爐燃燒器燃燒的熱煙經過換熱器的一次換熱器,大部熱量被一次換熱器吸收,溫度已大大降低,再經過二次換熱器(低溫回水先進入二次換熱器),煙氣溫度被進一步降低到露點以下,煙氣中的水蒸氣在二次換熱器外表麵生成冷凝水,其汽化潛熱被二次換熱器吸收。

二、燃燒方式對比

1、 大氣式燃燒

大氣式燃燒也叫部分預混燃燒,靠燃氣壓力通過噴咀噴射,利用引射器引入部分一次空氣達到部分混合,混合了部分一次空氣的燃氣從燃燒器火孔噴出進行不完全燃燒;將二次空氣引入到火焰周圍形成二次燃燒,一次燃燒與二次燃燒火焰相加火焰長度較長,火焰溫度較低。換熱器設置較遠(120mm左右),否則火焰接觸到換熱器形成不完全燃燒。二次空氣靠熱交換器上部的風機吸入爐腔,爐腔內為負壓,燃燒熱質點密度小,不利於換熱器換熱。另外,一次火焰燃燒後沒燃燒的燃氣分子接觸到二次空氣才燃燒,接觸的概率相對減少了。若想增大接觸概率則需加大過剩空氣數α。過多的不參與燃燒的二次空氣雖然使燃燒充分了,CO減少了,但帶走了爐腔熱量,效率降低了。過剩的氧氣與氮氣生成了NOx,大氣式燃燒CO、NOx較高,效率較低。

2、 全預混燃燒

全預混燃燒采用變速風機送風,風機將燃氣燃燒所需要的空氣吸入文丘裏混合器,空氣流量的變化導致文丘裏內燃氣入口處氣壓改變,使燃氣與空氣比例閥的閥口開度產生變化,使得燃氣與空氣形成比例關係,調整閥上的調節螺釘以達到所需比例,當燃氣與空氣以所需比例進入燃燒器,燃燒時已不需要另外的空氣就能達到完全燃燒。風機變速,風量改變,燃氣閥開口改變,燃燒負荷改變,燃氣與空氣比例不變。

全預混燃燒由於在燃燒前燃氣分子與氧氣分子已充分混合,在空氣過剩係數α很小的情況下(α =1.05~1.1)也能充分燃燒,CO很小,火焰溫度很高,火焰很短,可以離換熱器很近(35~40m m)(熱強度與距離平方成反比),加熱效率很高。另外,全預混燃燒是風機抽取燃氣管道內的燃氣進行燃燒,燃氣閥的二次壓為負壓,燃氣管道氣壓變化對燃燒影響較小。全預混燃燒在爐腔內形成正壓,熱質點密度較大,有利於換熱器換熱。雖然火焰溫度很高,但由於過剩空氣係數α很小,已經沒有多餘的氧氣生成氮氧化物了,所以NOx排放也很小。

三、換熱器對比

換熱器分為普通型,冷凝型,冷凝型又分一次和二次換熱一體與分開的兩種。

1、 普通型

普通型為單層平麵翅片管換熱器,換熱麵積小,熱煙通過距離短,隻有單麵接受熱輻射,排煙溫度高,熱損率大,效率低。

2、 冷凝型

1)鑄造型

現有鑄造型均為鋁合金鑄造,由於型腔較複雜隻能采用翻沙鑄造,因為鋁金屬比重較低(2.7×103 kg/m3),鑄造時澆不滿,在鋁中加入比重較大的合金以提高澆鑄質量,所以整機重量很大。鑄造成型的換熱器所用金屬重量及體積與換熱麵積之比很大,材料利用率低。因此重力鑄造致密度低,使用壽命短。

2)不鏽鋼光管型

不鏽鋼光管型為不鏽鋼距形管螺旋纏繞成型,管與管之間有0.6~0.8mm窄縫,縫長為27~36mm,若縫寬超過0.6~0.8mm,排煙溫度會升高,為了保證0.8mm間隔,矩形管側麵有0.8mm凸包,做限位。但矩形管壁厚很薄(0.6mm),當管內水流產生氣泡時,很容易燒蝕損壞,國內燃氣燃燒後顆粒物較多,很容易將0.8mm窄縫堵塞。

3)不鏽鋼翅片管型

不鏽鋼翅片管型采用直徑20mm、壁厚1.5mm不鏽鋼無縫管外麵焊接間隔2~2.2mm翅片以加大換熱麵積,不鏽鋼翅片管多層纏繞形成冷凝換熱器。

4)一次、二次換熱型式

a一次二次換熱分開型

一些廠家的冷凝換熱器,多采用一次二次換熱分開型。一次換熱采用普通平麵式換熱器,另外在一次換熱器上麵或排煙道內放置二次換熱器。

b鋁合金鑄造,不鏽鋼光管,不鏽鋼翅片管均為一次二次換熱一體型

四、冷凝換熱器材質對比

業界多個公司80年代生產鋁質換熱器,腐蝕損壞很大,90年代生產銅質換熱器,腐蝕損壞較大,2000年後生產不鏽鋼換熱器,抗腐蝕能力很強。由此可見,不鏽鋼材質是冷凝換熱器最佳選擇。但不鏽鋼高溫焊接造成鉻逃逸,焊縫組織變性,形成電化學腐蝕,抗腐蝕能力巨幅下降,在設計生產中必須足夠重視。

五、燃燒器位置對比

燃燒器位置有頂置平麵型,底置平麵型,內置圓型。

頂置平麵型因為熱量上升,散熱不好,壽命短,火焰距換熱器距離遠,效率低,不能小火燃燒,有回火危險;底置平麵型,距離遠,單麵輻射,不鏽鋼光管、不鏽鋼翅片管均為圓型內置,距離近且均勻,換熱效率高。

六、燃燒方式對冷凝吸熱比較

1kg水從0加熱到100需要100千卡(顯熱)熱量,1kg水從100℃加熱汽化成100℃水蒸氣需要599千卡(潛熱)熱量。潛熱比顯熱大6倍,所以有沒有冷凝吸熱、冷凝吸熱程度大小對壁掛爐效率影響巨大。

燃氣中含有大量氫離子,燃燒過程生成大量水蒸汽分子,以天然氣(CH4)為例:

α=1:CH4+2(O2+3.76N2)=CO2+2H2O+7.52N2

(空氣中氮氣含量為79%,所以氧氣與氮氣的比例為1:3. 76)

此時水蒸汽飽和分壓為:2/(1+2+7.52)=0.19bar

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

此時水蒸汽飽和分壓為:2/1+2+2+15.04=0.09975bar=0.1 bar

查表得出:0.19bar時冷凝水露點為58.3攝氏度;0.1bar時冷凝水露點為45.5攝氏度(全預混燃燒方式α=1,大氣式燃燒方式α=2)。

由此可見全預混燃燒方式其結露點溫度大大高於大氣式燃燒,冷凝效果遠遠超出。

大氣式燃燒為了燃燒充分,降低CO排放,過剩空氣係數α一般為1.6~2.0,

過多的幹燥空氣進入爐腔降低了爐腔內的水蒸汽飽和分壓,大大降低了冷凝效果。

七、控製方式

普通壁掛爐采用交流單速風機,按照最大燃燒功率給風,功率小時給風量不變;過剩空氣係數α變大,效率很低。所以程序控製采暖加熱時均以最大功率燃燒,當出水溫度達到設置溫度時熄火,出水溫度低於回差溫度時再次點火,大功率燃燒,周而循環,每次從點火到正常燃燒,又廢氣,排放又不好,效率很低。而國家檢測時用水流控製水溫不變化,不停機。檢測結果,效率還不是很低。實際在客戶家使用不具備檢測時的水流條件,頻繁開、關機,效率大大降低。而全預混壁掛爐采用變速風機,燃燒負荷變化是隨著風量的變化而變化,程序控製對出水溫度是恒溫控製的,小負荷燃燒時空氣、燃氣量按比例縮減,過剩空氣係數α不變。而小負荷燃燒時排煙溫度很低,恰恰是效率最高的,所以實際應用,比普通壁掛爐效率成倍增加。另外,由於全預混冷凝壁爐燃燒負荷變化隨風機轉速變化而變化,負荷範圍非常大,並可隨意設定。同一台機器,可以采暖負荷和生活用水負荷分別設定,這樣既可保證采暖在經濟高效的模式下又保證生活用水的高溫大流量。

八、燃氣熱值變化對燃燒的影響

各地的燃氣熱值均有不同,對全預燃燒方式來說,在壁掛爐進入客戶家安裝時,安裝工人通過調節燃氣閥調整螺釘改變燃氣與空氣的配比即可使燃燒正常。而大氣式燃燒方式必須更換不同孔徑噴咀才能保證配比,很是麻煩。並且燃氣多大熱值,配多大孔徑噴咀,數值太多,不可能完美匹配。

九、壁掛爐最大負荷變化對使用的影響

壁掛爐的最大負荷合理匹配對客戶使用的經濟性是有影響的,全預混燃燒的壁掛爐最大負荷參數在顯示器上即可改變設置參數完成,而大氣式燃燒的壁掛爐現場不可改變。

十、全預混冷凝壁爐國內現狀

全預混燃燒由於燃氣閥需要較大風壓控製,風機必須具備大風壓、小風量性能,而燃氣閥開口變化量既壁掛爐燃燒負荷變化是受風機風量變化控製的,風機必須具備調速功能,此項意大利西特公司的直流無刷變速風機最好,國內恒益風機、科信特風機也能達到此項要求。另外,西特公司、霍尼韋爾公司生產的燃氣閥良好的體現了空氣與燃氣的比例控製,國內艾柯公司、精鼎公司生產的燃氣閥也能達到此項要求。全預混燃燒器生產廠家,進口廠家有法國貝卡爾特,國內有大連渤爾科技、湖南惠同。

大連渤爾科技公司是國內率先研製生產全預混冷凝壁掛爐企業,其全預混燃燒冷凝式燃氣熱水鍋爐產品從家庭用的壁掛式到商用落地式、采暖麵積從50平米到1200平米均有不同型號產品對應,已形成批量生產能力。經過多年潛心研發,已有不鏽鋼螺旋翅片管冷凝換熱器、鋼筒式全預混燃燒器、全預混文丘裏混合器、全預混冷凝爐控製器等多項研發成果。國內最早通過全預混冷凝壁掛爐形式檢驗、生產許可證檢驗。其中多層帶翅片不鏽鋼螺旋管換熱器獲國家專利。換熱器采用直徑20mm壁厚1.5mm不鏽鋼無縫管外麵低溫焊接間隔2~2.2mm翅片以加大換熱麵積。並且整根不鏽鋼翅片管從回水口到出水口之間沒有焊接,杜絕了不鏽鋼焊接變性而產生的耐腐蝕能力巨幅下降的問題。文丘裏混合器是全預混冷凝壁爐的關鍵部件。空氣流經文丘裏內縮孔管時流速加大,氣壓降低,在縮口處設有燃氣入口,風量改變,縮口處氣壓改變,燃氣與空氣比例閥開口度改變,燃氣量隨之改變。現有文丘裏混合器基本采取縮孔管形式來實現空氣與燃氣的有效混合,這種縮孔管結構的混合器在實際應用時存在不足;空氣通過縮孔管內孔,在縮孔管縮口處產生的負壓太小,導致空氣的流量變化引起燃氣流量變化範圍太小,並且空氣流通管口截麵不變,空氣流量控製範圍小,空氣與燃氣的線性混合比範圍減小。燃燒設備調試、使用性能降低(普通文丘裏設備負荷變化最大1:10)。大連渤爾科技公司設計發明的文丘裏進氣量可調,氣體流速快,混合性能好,空氣與燃氣線性混合範圍大,便於設備的調試,大大提高燃燒設備使用性能(設備負荷變化最大1:20)已獲國家發明專利申請。

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渤爾致力於打造舒適節能綠色環保的全預混冷凝燃氣壁掛爐、商務爐、模塊爐及全預混智能蒸汽爐等!自主研發的全預混冷凝式燃氣熱水爐的熱效率可達到108%且汙染物排放少,和傳統燃氣熱水爐相比節省燃氣35%以上。是國內目前能獨立批量生產全預混冷凝式燃氣熱水爐的高新技術企業。渤爾引用工業國家科技技術,服務於廣大客戶,精工締造品質,品質提升價值!免費服務熱線:400-990-1707

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