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壁挂炉浅析
发布时间:2014-11-17        浏览次数:119        返回列表
 我国的冷凝壁挂炉分为大气式燃烧和全预混燃烧两种形式。
1.采用大气式燃烧方式的冷凝壁挂炉是通过两个换热器充分吸收燃气燃烧产物----烟气中的显热及水蒸气的潜热。
2. 采用全预混式燃烧方式的冷凝壁挂炉是事先将空气和燃气充分配比以后再进行然烧,它是有别于普通壁挂炉的一种全新的燃烧方式。
燃气的热值是指1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量。热值分为高热值和低热值,高热值指1Nm3燃气完全燃烧后,其烟气全部被冷却至原始温度,而其中的水蒸气以凝结状态排出时所放出的热量;低热值指1Nm3燃气完全燃烧后,其烟气全部冷却至原始温度,而其中的水蒸气扔为蒸汽状态排出时所放出的热量。
由此可见,燃气的高热值与低热值之差就是水蒸气的汽化潜热。以天然气为例,天然气的主要成分为CH4,CH4的燃烧化学反应式为:
CH4+2O2=CO2+2H2O+△H
由上式可见,在近似假定各种气体的Kmol容积相等的前提下,每燃烧1Nm3的CH4可以得到2 Nm3水蒸气,同时放出一定热量△H。
2Nm3水蒸气凝结放出的潜热3.96×103KJ/N m3.
CH4的高热值Hh=39842kJ/N m3;低热值H1=35906kJ/N m3。
气化潜热低热值的百分比=(3.96×103/35906)×100=11
也就是说,当该燃气燃烧提供100kw的显热时,同时也提供了11kw的潜热。冷凝式燃气壁挂炉就是要将烟气温度冷却到露点温度40-45,这部分潜热,同时也获得烟气中的大部分显热。从而大大的提高了热效率,一般可提高10-15以上,按低热值计算的热效率可能超过100.
一.什么叫冷凝?它是个什么概念?
答:初中物理中我们都学过,运用物理方法,使液态物质变成气态物质的过程叫做升华,而使气态物质变成液态物质的过程叫冷凝,升华需要吸热而冷凝则会放热。
我们知道天然气的成分主要是甲烷(CH4)。丙烷(C3H8)、乙烷(C3H8)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)。这些物质在燃烧时会和空气中的氧气(O2)发生化学反应,如下:
H2+0.5O2=H2O
CO+ 0.5O2= CO2
CH4+2O2=2H2O+ CO2
C3H8+5 O2=4 H2O+3 CO2
C4H10+6 O2=5 H2O+4 CO2
由此可以看出燃气与氧气发生燃烧反应后生成了不同量的水和不同量的二氧化碳(如果空气供应不足便生成一氧化碳,即所谓的有毒气体煤气),同时释放出光和热。在普通锅炉燃烧后烟气中的水是以高温气体排出的,人们用肉眼是看不见的,并带走了大量的热量。如果降低烟气温度至水蒸气的露点温度,水蒸气就会变成可以看到的小水珠,我们把这个过程叫做冷凝过程。就好像夏天我们看不到呼出的蒸汽而冬天则能看到呼出的白色气体一样。因为冬天天气冷,我们呼出的水蒸气遇冷空气变成了小水珠,经科学家研究证实,1g100℃的水蒸气冷凝成100℃的水可释放2255j(焦耳)的热量,冷凝壁挂炉则是运用了这部分能量以提高自身的热效率。
二.冷凝壁挂炉节能主要体现在冷凝方面吗?
答:冷凝其实只占了冷凝壁挂炉能量的30%左右,还有70%体现在其它方面。
(1)超低的烟气温度;因为要达到冷凝效果使烟气中的水蒸气变成水就要降低排烟温度,是其达到水蒸气的露点(55℃)温度,这样就大大降低了热量的损失(注:普通壁挂炉排烟温度在110℃-200℃左右,冷凝机在30℃-50℃之间)。这部分能量大概占到节能的30%左右。
(2)采用全预混式燃烧;顾名思义,就是事先将空气和燃气充分配比以后再进行燃烧,这种燃烧是燃气具燃烧界中最顶级的一种燃烧方式,具体是燃烧速度快、火焰短,甚至无火焰、火焰温度高、燃烧充分、以及空气过剩系数小(即烟气排放量小,空气过剩系数是指1立方米的燃气燃烧所需要的空气量和实际供给的空气量的一个比值)。即:
空气过剩系数=实际空气供给量/1m3燃气燃烧所需要的空气量
燃气燃烧是为了燃烧更加充分,实际空气供给量要大于所需要的空气量,如果供给量不足会造成燃烧不充分,浪费燃气。如果供给量过大,排烟量同时也会随之增大,进而带走大量的热量,也会造成浪费。所以实际表明空气过剩系数在1.05-1.1之间最为合理。全预混式燃烧的空气量可以自动调节,则可以控制在此范围内,为普通壁挂炉由于风量不能自动调节,所以在小火时空气过剩系数大,大致在1.8-2.0左右,而大火时可能会过小,从而产生黄色火焰,生成一氧化碳(CO)造成不完全燃烧,浪费燃气,这部分大概可能占节能总量的20%左右。
    (1)冷凝壁挂炉在设计时,一般采用全封闭燃烧,燃烧火焰周围全是热交换器,从而有效的降低了炉体自身的热量。而普通壁挂炉只有火焰上方有主热交换器,周围会造成热量损失。这部分大致可能占节能的20%左右。
三.为什么冷凝壁挂炉的热效率会超过100%?
答:人们都知道一般器具的热效率都不会大于100%,为何冷凝壁挂炉的热效率能达到107%甚至110%呢?这是因为燃气燃烧界中有两个热值的缘故,即低热值和高热值。要了解低热值和高热值,就必须知道什么叫潜热,什么叫显热。显热是指燃气燃烧时烟气中的水蒸气以气态的形式排出时所直接释放出来的热量。而潜热则是指冷凝过程中蒸汽以气态化为液态所释放的冷凝热量。因此,低热值=显热、高热值=显热+潜热。而且目前国内外燃气具行业均采用低热值来标识。比如热效率为90%的普通壁挂炉其高热值大约为80%左右,107%的热效率按高热值算大致为97%左右。所以说这是行业标准所致。
冷凝壁挂炉的燃气燃烧后利用回水温度较低的原理将烟气温度从700℃-1000℃,经过超大热交换器的吸收降低到30℃-50℃,是烟气中的水蒸气凝结为冷凝水,从而利用其潜热来提高热效率,减少浪费。所以热效率超过了100%。
四.什么叫全预混式燃烧?它和其他燃烧相比有什么优势?
答:燃气燃烧基本分为两中方式。大气式和全预混式。
    (1)大气式燃烧:是指燃气发生反应前预先混合一部分空气,但达不到燃烧时所需要的氧气,一般第一次预混量控制在所需氧量的50%-60%,然后再燃烧管口与周围的氧气再次混合并发生燃烧。其特点:火焰温度较高、长度中。有明显的外焰、热效率比扩散式高、燃烧比较充分、设备简单。缺点:空气过剩系数过大,热量浪费较大。
(2)全预混式燃烧:是指燃气燃烧反应发生前将燃气和燃烧所需要的全部空气按燃烧最佳值一次性混合均匀,在到达燃烧区后能瞬间完全燃烧,其特点:呈红外线燃烧状态,火焰短或看不到火焰、温度高、燃烧充分、有害气体化合物少、热效率高,但控制设备及程序复杂。
五.为什么说冷凝壁挂炉是壁挂炉发展的必要趋势?
(1)投资大,这种燃烧方式是燃烧界中最顶级的一种燃烧方式。
答:因为冷凝壁挂炉是一种节能环保的新型产品,在当今这个能源紧缺的时代,能源危机问题已经成为世界各国注重的焦点,全世界都在提倡节能、环保、冷凝机作为壁挂炉产品中最节能的产品,所以必然会成为发展的方向。冷凝炉在欧美市场已经有了二十多年的市场经验,其节能环保效果已经被全世界认可,在2008年一些欧美市场已经强制性推出冷凝机,非冷凝机不允许在市场销售。其发展趋势,已无可非议。那么我国这样一个能源匮乏的国家,现在任何一个产品都在朝节能环保方向发展,而且非常迅速,2009年壁挂炉在欧洲市场销量为630万台左右,其中英国占149万台,几乎全部是冷凝锅炉,因为英国在推广前三年有一定补贴现在取消了,但是强制要求新装壁挂炉必须全部为冷凝。意大利98万台,百分之四十为冷凝式,每台补贴70欧元,时间为五年。德国42万台,百分之八十为冷凝式,更换冷凝机政府补贴400欧元。法国50万台,百分之四十为冷凝式,政府补贴三百五至四百欧元。荷兰45万台,百分之百强制性使用冷凝式壁挂炉。西班牙30万台,百分之五十为冷凝式,政府补贴400欧元。欧盟2015年3月开始执行必须使用冷凝式,韩国也从2017年开始执行此规定。
六.什么样的壁挂炉才算是真正意义上的冷凝壁挂炉?
答:(1)采用全预混燃烧技术
   (2)排烟温度较低,排烟温度应该和回水温度基本一致
   (3)具有一定量的冷凝水排出
   (4)风量可以调节,使燃烧更加充分,空气过剩系数合理。
   (5)主热交换器采用抗酸性材料制成,如:不锈钢、硅铝。
当然目前市场也有一些壁挂炉采用的是大气式燃烧,只不过在锅炉中增加了烟气二次交换器,对烟气进行了冷凝,我们把这种产品称为“半冷凝“或“假冷凝”。
七.为什么我国冷凝壁挂炉少为人知?
答:其实从2003年的北京供热技术博览会上就已经出现了冷凝壁挂炉,但是由于:
   (1)造价高,冷凝炉相对于普通炉来说技术难度要大很多,燃烧器和热交换器生产难度和投资相比较大,所以世界上冷凝技术生产厂家不多。
   (2)进口冷凝炉在中国市场上发展较慢。
八.冷凝炉热交换器为什么要用不锈钢制作?
答:因为冷凝水呈酸性,腐蚀性极强。燃气成分中含有硫化物,所以燃烧后生成的水也呈酸性,对于普通铜质热交换器来说,具有较强的腐蚀作用,因此就必须采用抗腐蚀性较强的材料,同时这种材料还必须可塑性强,导热效果好,造价低,经过对比,专家最后得出结果,不锈钢和铸硅铝为可用材料。
九.我国锅炉行业为何迟迟不推出冷凝锅炉?
答:其实从2005年开始就有一些锅炉领头者提出要推出冷凝式锅炉,但是直到今天市场上国产冷凝炉还是凤毛麟角。即使某个厂家有一两款,也只是一个小概念机在展会上展示一下,不推向市场,既然有很多人看到市场为什么没有批量生产呢,原因有二:
   (1)推广难度大,冷凝炉因为采用全预混式燃烧,所以对于控制技术要求较高,尤其是在比例混合,燃气调节,热交换技术及风速的控制上都有较高难度。
   (2)投资比较大,由于运用国外的热交换技术不太适应中国市场,故此需要进行另外设计和试验,这样试探性的试验肯定存在失败和反复试验,所以耗资较大,时间长,风险大。不像常规机,各种配件都可以在市场上采购到,厂家只需要设计外壳和进行组装就行了,综上诉两个原因,许多厂家都出于观望状态,等到别的厂家的产品作为借鉴,所以只听见雷声却不见雨滴。
十.为什么冷凝壁挂炉是最环保最节能的锅炉?它的环保仅仅体现在节能上吗?
答:回答是否定的,冷凝炉的环保不仅仅体现在节约能源上,更体现在它的排放污染少,燃气成分除了甲烷可燃成分外还有一定量的硫化物。燃烧后生成氮氧化物(NOX),燃烧性氮氧化物(F-NO),快速性氮氧化物(P-NO),热力型氮氧化物(T-NO)虽然其排放量少,但是其毒性却比一氧化碳(CO,俗称煤气)高几十倍,被称作“环境杀手”,全预混式燃烧可降低一氧化碳的排放量至0.001%,低于常规炉百倍,而且有较高燃烧速度和较低空气过剩系数的原因,可以有效的抑制甚至不产生这些有害物质,从而更加环保。
渤尔的指标:见附录A

壁挂炉浅析 暖立方报道
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