燃气采暖热水炉冷凝换热技术研讨.doc

燃气采暖热水炉冷凝换热技术研讨摘 要：现在的燃气采暖热水炉市场主要有强排机和冷凝炉为主，一般强排机型的热效率只有二级能效88%92%；而冷凝炉可以达到一级能效，热效率可以达到94%107%。冷凝炉高热效率但是由于换热器的局限，现只能进口，导致成品价格一直居高不下，所以在现有的强排机型的基础上，提高热效率，符合一级效能达到节能减排，是一个很值得研究的课题。关键字：换热；二次换热器；冷凝； 1 烟气回收现在根据GB20665-2006燃气热水器能效等级，现在的常规机型根据现在测试，一般采暖热效率只能达到88%92%之间。国内一些大品牌及国外的一些进口机型，热效率可以做到欧洲三星能效，最高也只能做到93%94%之间。特别在卫浴的热效率按照能效等级要求，一级能效需要达到96%以上；在常规机型的基础上改善，很难满足一级能效的要求。现在出现了烟气回收技术，通常一次排烟温度有130150，把这部分潜热作为回水的预热，便可有效的提高热效率。以天然气为例，天然气主要成分为CH4。燃烧化学反应式为： 在理想状态下，式中n应等于O，即空燃比系数等于l，即每燃烧lm3的CH4。可以得到2m3水蒸气，同时释放一定热量H。CH4的高热值Hs=37.78MJ/m3，低热值Hl=34.02MJ/m3，水蒸气凝结放出潜热37.78-34.02 =3.76MJ/m3。汽化潜热与低热值的百分比：(3.7634.02)100=11。也就是说，当该燃气完全燃烧提供100kW的显热时，同时也提供了llkW的潜热。所以不管是冷凝式燃气燃气采暖热水炉还是冷凝换热燃气采暖热水炉都是要将排烟温度尽量降低，来提高热效率，基于理论状态以低热值计算最高的热效率可以达到111%。 2 二次换热的结构现在对于烟气回收进行二次换热，有两种形式，一种是内置式（图1），一种是外置式（图2）。 2.1 内置式冷凝换热器燃气采暖热水炉一般采用内置式冷凝换热器的燃气采暖热水炉，燃气采暖热水炉需要的横向面积比较大，而且一般情况下，由于体积的限制，换热器的体积要求做得比较小，就会出现换热器里面的流道小，从而会加大燃气采暖热水炉中的水阻，并且容易结垢堵塞。强排机型一般都是同轴烟道结构，空气进风口一般位置都在顶部，采用内置式冷凝换热器的燃气采暖热水炉，由于冷凝换热器的位置通常都安置于排烟罩的上部，就会出现空气往阻力小的方向流动，阻力大的方向空气量不足，最终出现黄焰火及燃烧不充分、烟气偏高等现象。通常出现此类型的情况，都会使用扰流板来解决空气分配的问题，达到空气分配均匀。采用内置式二级换热器的燃气采暖热水炉的优点一体性强，结构比较简单。2.2 外置式冷凝换热燃气采暖热水炉现在冷凝换热的燃气采暖热水炉也有采用外置式的，把冷凝换热器作为一个独立的单元，把它外置与燃气采暖热水炉的外部，通过烟管把两台机器连接在一起，烟气在冷凝换热器中进行换热后，通过同轴烟道排出外界。外置式的冷凝换热器，可以不受原来的燃气采暖热水炉空间限制，而且外置的燃气采暖热水炉可塑空间很大。可以根据机型的功率不同，随意调整冷凝换热器的大小，经过外置式冷凝换热器换热后，一般排烟温度可以达到67，而且能效在采暖是可以达到95%，洗浴是可以达到97%，测试时效率最高时可以达到107%。 3 冷凝换热器材料分析3.1 冷凝式冷凝换热器容易在凝露点以下温度工作，工作时出现腐蚀穿孔或腐蚀产物对通道的堵塞,影响换热效率和使用寿命；还会堵塞后排烟不畅，导致整机风压差报故障或烟气超标等。冷凝水组份分析如下：SO42-120mg/LNO31-140mg/LCL1-56mg/LCO32-106mg/LPH 3.0有资料表明，当水中含盐酸根200mg/L，硫酸根100mg/L，或硝酸根100mg/L时，水便具有腐蚀性。3.2 通常情况下常用的冷凝换热器的材料有用铜、不锈钢、铝三种不同的材料。金属的热传导系数：热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 3.3 铜换热器铜的导热系数是401W/mK，采用铜的冷凝换热器的优点就是铜的导热系数高，换热器体积可以做的很小，所以燃气采暖热水炉的体积可以做的相对较小。缺点：长时间在低温段工作，冷凝换热器上很容易出现腐蚀，腐蚀物粘附在肋片表面上，阻塞烟道。蓝绿色的腐蚀产物主要是硫酸铜，堵塞后出现排烟不畅，影响正常工作；还有更严重的是换热器被腐蚀，出现漏水现象。 3.4 不锈钢盘管冷凝换热器不锈钢盘管的冷凝炉在欧洲已经开始有相应的产品面世，冷凝换热器采用不锈钢盘管材料，具有很强的抗腐蚀性，有效避免冷凝水对换热器的腐蚀，而且不锈钢盘管加工容易，可以按照各种不同的技术要求，缠绕出不同的结构，给设计人员留下很大的设计空间。缺点：不锈钢盘管冷凝换热器的盘管导热系数1518W/mK，导热系数低，所以在等同的换热效率的情况下，不锈钢的换热面积是铜的换热面积的22倍。因此不锈钢的冷凝换热器体积会做的比较大，整机的外形尺寸也会跟随变大。3.5 铝制冷凝换热器铝的导热系数是237W/mK，所以使用铝制的冷凝换热器的换热面积只需要铜的换热器的1.69倍，而且铝制品氧化后表面形成一层保护膜，具有很强的抗腐蚀能力。缺点：铝制品的缺点就是焊接困难，铝制品要焊接在一起非常困难，一般通过压制的方法连接，这种工艺不容易掌握，所以现在国内还很缺乏铝制品的换热器。 4 结束语随着国家节能减排工作的推进，燃气采暖热水炉也进入了节能补贴的大名单，所以对于高效率符合国家补贴政策的燃气采暖热水炉将会得到高速的发展，在一体式冷凝炉价格较高的情况下，二级换热的高效燃气采暖热水炉将会占据一定的市场份额