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倒置燃烧、二次换热冷凝燃气壁挂炉的设计与应用

佛山史麦斯卫厨电器有限公司 彭富强 李桂初



摘 要 倒置燃烧、二次冷凝燃气壁挂炉,利用倒置结构、大气式燃烧、二次冷凝技术,具备非常多的优点,尤其是在人工煤气的利用上,显示出非常好的效果,热效率达到100%以上,是比较好的节能产品,这项技术具有自主知识产权,与普通燃气壁挂炉相比,其最大的意义在于结构简单,安全可靠,制造成本低,节省燃气,非常适合中国家庭的消费水平和需求。

关键词 燃气壁挂炉;倒置燃烧;二次冷凝


1 引言

我国的能源消费结构,很长一段时间是以燃煤为主,而60%以上的城市大气污染物来源于煤的燃烧。煤在燃烧时,排放一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及粉尘造成的环境污染问题也倍受人们的重视。近几年,随着冬季采暖季的开启,城市雾霾也愈加严重。治理污染经验表明,改善大气污染的根本出路在于改变燃料结构。

对此,我国提出了到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%的目标。为了完成目标,我国不仅出台了以上政策,而且还加大了“煤改气”的推动力度。

北京市住建委发布文件称,自2015年5月1日起,北京禁止销售能效二级及以下燃气壁挂炉,而同期北京市环境保护局颁布的《锅炉大气污染物排放标准》中也指出:新建燃气采暖热水炉污染排放限值中氮氧化物排放上限为100mg/m3,这也意味着,排放要求更低,标准更高。

能效达到一级能效的冷凝燃气壁挂炉将逐渐成为市场主流,以倒置燃烧、二次换热冷凝燃气壁挂炉为代表的节能采暖产品,将以高效、低碳、节能、环保的优点而受用户青睐。

2 倒置燃烧、二次冷凝燃气壁挂炉

实验说明,在重尘重霾环境下,壁挂炉燃烧器、热交换器、风机等部件很容易产生积尘,导致对燃气壁挂炉的安全稳定运行及持久高效燃烧产生不利的影响。影响主要体现在:若燃烧器积尘严重,会导致燃烧不充分,一氧化碳和氮氧化物排放量升高,给终端用户带来安全隐患,不完全燃烧则会导致燃气壁挂炉寿命缩短;若热交换器积尘严重,则会导致换热效率下降,采暖效果不理想;若排烟系统积尘严重,则会导致风机工作不稳定,风压值下降,机器停止工作;因积尘严重,需频繁进行除尘保养,增加使用成本。

倒置燃烧、二次换热冷凝燃气壁挂炉,是在普通燃气壁挂炉的基础上优化设计而成,将燃烧器设计在壳体的上端,中端为燃烧室和热交换器,风机放置在热交换器的下端,改变了正向燃烧的方式,非常方便地改善燃烧时灰尘累积在燃烧器上的情况,再利用二次冷凝器进行冷凝换热,实现冷凝段热量回收,相对于全预混燃烧方式,降低了制造成本,具有结构简单的优点;

倒置燃烧方式具备四大优点:

(1)倒置燃烧有利于火焰均匀分布,高温烟气能够均匀地从热交换器的翅片中流过,有明显提高热效率的作用;(2)采用倒置燃烧,火排在壳体的上端,进入空气在壳体内的流动路径减少,空气经过部件不规则表面的噪音也会减少;(3)采用倒置燃烧,火焰和气流都是向下的,在燃烧过程中产生的杂质会和气流一起流走,不会阻塞热交换器翅片;(4)采用倒置燃烧,风机将高温烟气吹入二次冷凝器进行热交换时,其烟气进入二次冷凝后的流向是朝上的,增加了抽力,能够有效的降低一氧化碳的含量。

图1为倒置燃烧、二次冷凝燃气壁挂炉结构示意图,图2为倒置燃烧、二次冷凝燃气壁挂炉结构示意图实物图。


3 倒置燃烧二次冷凝燃气壁挂炉的改进

(1)方案1:圆型单管二次冷凝器制作

厚度为1.5mm,宽度为8mm的不锈钢条,制作成长450mm、宽120mm、高40mm的椭圆型笼状支架,将冷凝管缠绕在笼状支架上,再将已制作好的冷凝器放入二次冷凝器中。

供暖回水经水泵从进水口流入,经冷凝管从出水口流出,再在热交换器中加热。当高温烟气从进烟口进入,从出烟口流出时,流经冷凝管中的水就会被高温烟气加热。图3为圆型单管二次冷凝器结构示意图。


(2)方案2:不锈钢波纹管二次冷凝器

单管二次冷凝器中设置有7m~8m长的不锈钢波纹管,这样势必会增大内循环阻力,降低供暖回路的水流量。采用并联的方式,用四根直径8mm的不锈钢波纹管,六个回程排列,每个回程长度为2.5m~3m进行试验,内循环阻力大大降低,供暖水流量得到有效提高,有效解决水流量减小的问题。

(3)方案3:单管换热翅片二次冷凝器

回程型多管二次冷凝器设置有六个回程排列,焊接工艺为手工焊接,生产效率低,焊条主要靠手工操作,焊接时要经常更换焊条,并要经常进行焊道熔渣的清理。

与自动焊相比,焊接生产率低,为此使用纤焊单管换热翅片二次冷凝器,具有结合紧密、传热性能好、强度高、流动损失小、防腐蚀性能强的特点,在长期的冷热工况下不易变形,工作寿命长等优点;供暖水冷凝管穿插在同一片换热翅片上,用隔风板将二次冷凝器内腔分隔几个空间,供暖水从回水口流入,从供暖水口流出,在热交换器中加热。

当高温烟气从进烟管进入,从出烟管流出时,受到隔风板的阻隔,风路会形成S穿过换热翅片,二次换热管中的冷水被高温烟气加热,烟气中的热量得到了充分的利用。图4为集风机、烟罩、热交换器和燃烧器组装结构示意图。


4 检验报告主要技术参数

数据摘自国家级检验中心报告。产品名称为冷凝式燃气采暖热水炉;型号为L1P24-N;检验时间为2012年3月9日;检验测依据为GB 25034-2010《燃气采暖热水炉》及工厂技术要求。测得数据如下:

燃气种类:12T天然气;

采暖额定热输入:24kW;

环境温度:19℃~20℃;

燃气温度:17.2℃;

大气压力:100.6kPa;

燃气低热值:34.02MJ/m2;

一氧化碳含量(COα=1):0.06%;

二次压力:1300Pa;

回水温度:50℃;

出水温度:80℃;

额定负荷下热水模式热效率:97.5%;

回水温度:30℃;

部分负荷时的有效热效率:100.3%。

5 倒置燃烧、二次冷凝燃气壁挂炉人工煤气使用案例

据贵州某地经销商反映,在2011年10月开始的这段采暖时间里,受用户反馈,使用人工煤气的普通型壁挂炉出现故障的用户不低于80户,主要出现的问题有点不着火,有时出现间隙性点着火就熄灭等现象。经维修人员检查确认,出现上述故障的主要原因是燃气壁挂炉内的燃烧器烧坏,并且热交换热器翅片表面堆积了一层黑色的灰尘,同时出现局部堵塞,对此更换了燃烧器和其他部件,进行了清理维护,壁挂炉还能正常工作。

在以上80家用户当中,有不低于40家用户出现了相类似故障,而对于以上故障的解决方法,只有对燃气壁挂炉增加保养次数,缩短保养周期,对风机、热交换器和燃烧器定期进行清理杂质或更换损坏配件。若长期如此,用户不仅在经济上受损,更存在着严重的安全隐患;图5为使用人工煤气三个月,热交换器翅片表面的积碳现象,图6为使用人工煤气二个月,烧坏的燃烧器现象,图7、图8为使用人工煤气三个月,烧坏的风机叶轮现象;图9为由于灰尘和焦油堆积在燃烧器口上,燃烧不正常或回火,烧坏燃烧器现象。


从上述的现象说明使用人工煤气的用户,在安装普通燃气壁挂炉时受到了困扰。从2012年开始,经销商对50多家用户进行了回访,由普通燃气壁挂炉更换成倒置燃烧、二次冷凝式燃气壁挂炉后,分别对使用了一个和两个采暖季节的用户进行回访,已使用一个采暖期的用户,普遍反映非常好也省气节能,而且没有用户反映点不着火、出现爆燃等,没有发现风机、热交换器和燃烧器表面出现严重积碳和烧坏,只出现一些杂质落在集烟罩下方。由此可见,这种设计不但能降低售后服务的周期,减少维修次数,也为用户节省了维修保养的费用、节约燃气支出。

6 倒置燃烧、二次冷凝燃气壁挂炉使用天然气节能案例

天然气普通燃气壁挂炉的燃烧器表面也会有杂质落下燃烧器表面,这种情况会造成燃烧不充分,影响使用性能。图10为灰尘堆积在燃烧器表面。


甘肃省某地2012年开始销售倒置燃烧、二次冷凝燃气壁挂炉,据当地代理商统计,在一个采暖期(当地采暖时间10月份至第二年3月中旬)可节省500m3~800m3天燃气,其中一个用户住宅面积130m2,原使用普通24kW壁挂炉,一个采暖期使用了1500m3天燃气,2012年更换了24kW倒置燃烧、二次冷凝燃气壁挂炉,一个采暖期才使用了900m3天燃气,比普通壁挂炉可节省600m3天燃气,为用户一年节省30%左右燃气费用。

众所周知,过剩空气系数条件下,液化石油气的露点是48℃;天然气的露点是57℃;人工煤气的露点是65℃;人工煤气的露点温度很高,最易实现二次冷凝,因此采用倒置燃烧、二次冷凝技术。

7 结语

倒置燃烧、二次冷凝燃气壁挂炉,利用倒置结构、大气式燃烧、二次冷凝技术,具备非常多的优点。尤其是在人工煤气的利用上,显示出非常好的效果,热效率达到100%以上,是较好的节能产品。这项技术具有自主知识产权,与普通燃气壁挂炉相比,其最大的意义在于结构简单,安全可靠,制造成本低,节省燃气,非常适合中国家庭的消费水平和需求。


主编点评:

烟气回收冷凝壁挂炉现在市场逐步在扩大,史麦斯公司提出的倒置燃烧的方式确实解决了烟气回收冷凝壁挂炉的很多问题,冷凝水回收和冷凝水对于热水器的影响,而且倒置燃烧可以让冷凝水更方便快捷排出。本文就倒置燃烧和普通壁挂炉在人工煤气和天然气状况下做了比较;对于普通壁挂炉与烟气回收冷凝也做了效果和费用上的比较。作为冷凝炉的一种,烟气回收冷凝炉将在较长的一段时间内在国内使用,对于这类冷凝炉的研究值得各个厂家加大力度。目前有低氮燃烧器配合烟气回收器的产品(为了符合北京市的煤改气要求——一级能效,氮氧化物排放低于50mg/kW·h)在北京开始大面积项目上的应用。低氮燃烧器、倒置燃烧、各种不同类型的烟气回收器、冷凝水排放、变频风机等都是可以应用到烟气回收型冷凝壁挂炉上。


 
 


  
 
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