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隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國面臨著能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力。天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、清潔、高效的綠色能源，已成為我國能源政策推廣與普及的重要能源之一。家用燃?xì)鉄崴骱腿細(xì)獠膳療崴疇t是我國居民生活用氣量比例較大的兩種家用燃具。目前，該類型燃具的燃燒器大多采用部分預(yù)混燃燒的方式設(shè)計(jì)。由于部分預(yù)混燃燒過程中，存在著內(nèi)、外焰，內(nèi)焰溫度比較高，使得NO的排放量比較高。而歐美發(fā)達(dá)國家普遍采用全預(yù)混燃燒技術(shù)進(jìn)行燃?xì)獠膳療崴疇t的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)減排.今天小編為您介紹一下威能冷凝壁掛爐的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)介紹。
全預(yù)混燃燒技術(shù)是一種具有燃燒速度快和火孔熱強(qiáng)度高等特點(diǎn)的燃燒方式［5-7］，與目前較為普遍的部分預(yù)混燃燒技術(shù)相比，其具有過剩空氣系數(shù)低、污染物排放量低的突出優(yōu)點(diǎn)。由于全預(yù)混燃燒過程中過?？諝庀禂?shù)較低，使得煙氣中的水蒸氣分壓力較大，冷凝溫度較高，這意味著燃?xì)獠膳療崴疇t采用全預(yù)混燃燒技術(shù)后，會(huì)帶來主換熱器的冷凝水腐蝕問題。為了兼顧氮氧化物排放要求，同時(shí)解決冷凝水腐蝕問題，歐洲燃?xì)獠膳療崴疇t多采用全預(yù)混燃燒技術(shù)和冷凝換熱技術(shù)進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)。市場上大約80%以上的威能壁掛爐 均為歐洲企業(yè)生產(chǎn)。本文旨在介紹威能冷凝壁掛爐的典型結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)，希望能夠給我國燃?xì)獠膳療崴疇t的設(shè)計(jì)提供一些參考。
威能冷凝壁掛爐怎么樣？基本原理
威能冷凝壁掛爐主要包括預(yù)混系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)，見圖1。燃?xì)夂涂諝庠谖那鹄锘旌掀鬟M(jìn)行充分混合后，經(jīng)燃燒器均勻分布的火孔流出，燃?xì)?空氣混合物在燃燒室內(nèi)被點(diǎn)燃，燃燒產(chǎn)物經(jīng)過冷凝式換熱器，將熱量傳遞給供暖循環(huán)水。普通燃?xì)獠膳療崴疇t充分利用了煙氣的顯熱，熱效率（燃?xì)鉄嶂狄缘蜔嶂涤?jì)算，以下同）為92%~94%。理論上，燃燒煙氣中約含有11%的冷凝潛熱還可以被利用。通過冷凝式換熱器吸收煙氣中水蒸氣的顯熱和潛熱，威能冷凝壁掛爐的熱效率可以大幅度提高，最高可達(dá)104%。此外，威能冷凝壁掛爐燃燒產(chǎn)物中的氮氧化物和一氧化碳排放量也大幅度降低，分別由原來的80×10-6和100×10-6降低為40×10-6和60×10-6左右。圖1為采用不銹鋼換熱器的威能冷凝壁掛爐。圖2為采用鑄鋁換熱器的威能冷凝壁掛爐。這兩種結(jié)構(gòu)是目前市場上常見的典型威能冷凝壁掛爐。
威能冷凝壁掛爐怎么樣？預(yù)混系統(tǒng)
威能冷凝壁掛爐燃?xì)夂涂諝忸A(yù)混系統(tǒng)主要包括風(fēng)機(jī)、文丘里混合器和燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥。與普通燃?xì)獠膳療崴疇t相比，這三個(gè)部件有明顯的不同。
①風(fēng)機(jī)
威能冷凝壁掛爐采用的風(fēng)機(jī)配用BLDC電機(jī)和調(diào)速系統(tǒng)
BLDC電機(jī)是一種無刷直流電機(jī)，它克服了有刷直流電機(jī)的先天性缺陷，以電子換向器取代了機(jī)械換向器，既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、無換向火花、運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在BLDC電機(jī)中還設(shè)有霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，使用傳感器連續(xù)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可通過霍爾轉(zhuǎn)速控制器，使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，風(fēng)機(jī)采用防靜電葉輪，具有防爆功能。
②文丘里混合器
在全預(yù)混燃燒系統(tǒng)中，一般采用文丘里混合器來實(shí)現(xiàn)燃?xì)馀c空氣的充分混合。圖3為后預(yù)混型文丘里混合器的結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)出口的空氣流經(jīng)后預(yù)混型文丘里混合器，在喉部形成負(fù)壓，燃?xì)庥珊聿窟M(jìn)入混合器后與空氣混合?？諝馊涵h(huán)室設(shè)在后預(yù)混型文丘里混合器的入口處，利用空氣靜壓控制燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥，使燃?xì)饬髁亢涂諝饬髁康谋戎稻S持恒定［8］。
圖4為后預(yù)混型文丘里混合器在系統(tǒng)中的安裝位置。
③燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥
由于威能冷凝壁掛爐普遍采用全預(yù)混式燃燒器，因此，在供暖熱負(fù)荷變化過程中始終保證燃?xì)馀c空氣的混合比例恒定，是保證穩(wěn)定、高效、低排放燃燒的先決條件。燃?xì)獠膳療崴念A(yù)混系統(tǒng)中，燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥分為機(jī)械式燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥和電子式燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥。
目前在威能冷凝壁掛爐中最廣泛使用的是機(jī)械式燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥。以圖4為例，機(jī)械式燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥與后預(yù)混型文丘里混合器相結(jié)合的比例調(diào)節(jié)控制過程如下：首先通過測(cè)量燃?xì)獠膳療崴疇t供回水溫度以及供回水流量，計(jì)算得到負(fù)荷調(diào)節(jié)信號(hào)，并將此信號(hào)送至控制器。由控制器向風(fēng)機(jī)電機(jī)提供轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速后，風(fēng)壓隨之改變。 然后依靠文丘里混合器入口與燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥之間的空氣取壓管，將空氣的壓力變化直接作用在燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥內(nèi)部指揮閥的膜片，通過調(diào)節(jié)指揮閥口的開度來間接調(diào)整燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥的開度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的燃?xì)?、空氣的比例控制?/span>
電子式燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)是燃?xì)獠膳療崴疇t行業(yè)研究人員將燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的電子式燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)技術(shù)引入到燃?xì)鈶?yīng)用行業(yè)中。該技術(shù)是通過標(biāo)準(zhǔn)檢火針充當(dāng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)燃燒工況的傳感器。燃?xì)馊紵龝r(shí)檢火針與燃燒器之間存在著燃燒反應(yīng)產(chǎn)物形成的原子團(tuán)，通過連續(xù)施加變化的電壓來激蕩這個(gè)原子團(tuán)，再測(cè)量燃燒器與檢火針之間的電壓變化；通過電壓信號(hào)可以估算空氣與燃?xì)獾谋壤划?dāng)電壓信號(hào)偏離給定的空氣與燃?xì)獾谋壤龑?duì)應(yīng)的電壓信號(hào)值時(shí)，向燃?xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥發(fā)送電流信號(hào)，調(diào)節(jié)其開度，進(jìn)而控制燃?xì)獾牧髁?，?shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的燃?xì)?、空氣的比例控制?］。目前，這種技術(shù)還處于試驗(yàn)階段。
4 預(yù)混燃燒器
全預(yù)混燃燒器的頭部一般使用不銹鋼和金屬纖維材質(zhì)，分別稱為不銹鋼燃燒器和金屬纖維燃燒器。不銹鋼圓筒燃燒器均勻布置許多直徑約0.8 mm的火孔，燃?xì)?空氣混合物從火孔噴出后，在燃燒室內(nèi)燃燒。雖然金屬纖維燃燒器的頭部也均勻分布火孔，燃?xì)?空氣混合物也從火孔噴出后在燃燒室內(nèi)燃燒，但是待燃燒器頭部溫度達(dá)到燃?xì)?空氣混合物的著火溫度時(shí)，燃?xì)?空氣混合物在火孔內(nèi)部發(fā)生燃燒反應(yīng)，頭部呈現(xiàn)紅色，此時(shí)，換熱方式以輻射換熱為主。
5 換熱器
歐洲燃?xì)獠膳療崴疇t采用全預(yù)混燃燒加冷凝換熱方式，充分利用了煙氣中水蒸氣的冷凝潛熱來提高熱效率，但容易造成換熱器冷凝液腐蝕。為了防止冷凝液腐蝕，換熱器一般使用不銹鋼和硅鋁材質(zhì)制造。
①不銹鋼換熱器
與銅相比，不銹鋼的導(dǎo)熱性相對(duì)較差，但具有良好的耐腐蝕性，能有效防止冷凝液的腐蝕；與鋁相比，不銹鋼材質(zhì)導(dǎo)熱性較好和耐化學(xué)腐蝕性好，耐熱應(yīng)力腐蝕較差。不銹鋼材質(zhì)的換熱器多采用單扁管環(huán)繞型結(jié)構(gòu)，見圖7。管內(nèi)水環(huán)向流動(dòng)，扁管之間的間隙約0.8 mm，燃?xì)馊紵a(chǎn)生的煙氣徑向高速流過扁管間的間隙，徑向路徑長度約36 mm，煙氣溫度由900 ℃降低為45 ℃，完成冷凝換熱。因?yàn)槿細(xì)獠膳療崴疇t的空氣進(jìn)氣通道不設(shè)過濾裝置，所以不銹鋼換熱器的小換熱間隙設(shè)計(jì)，使得換熱器外壁會(huì)附著灰塵或積碳等物質(zhì)。當(dāng)換熱器內(nèi)壁積聚物使得導(dǎo)熱熱阻增大，導(dǎo)熱能力降低時(shí)，高溫?zé)煔馀c換熱器間的傳熱就會(huì)受到影響，進(jìn)而產(chǎn)生換熱器外壁的熱應(yīng)力腐蝕。
②鑄硅鋁合金換熱器
鑄硅鋁合金換熱器材料的主要元素為Al和Si，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為85%和11%左右，其次是Mn、Mg等其他元素。鑄硅鋁合金換熱器一般為水套式換熱器，煙氣被水套包圍，煙氣和水逆向流動(dòng)，煙氣沖刷水套換熱器內(nèi)壁形成對(duì)流換熱。為了增強(qiáng)換熱，擴(kuò)大換熱面積，水套內(nèi)側(cè)布置許多針狀肋片，針狀肋片間距最小為3 mm。鑄硅鋁合金換熱器的內(nèi)壁厚度約5 mm，經(jīng)過硅樹脂強(qiáng)化處理后，可以抵抗發(fā)生在威能冷凝壁掛爐中的酸性液體腐蝕。為了增加水套水道側(cè)換熱面積，水道內(nèi)壁還設(shè)有V型槽。
6 結(jié)語
威能冷凝壁掛爐在節(jié)能環(huán)保方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是分戶式供暖熱源設(shè)備的最佳選擇。隨著我國采暖市場對(duì)冷凝式壁掛爐需求量的增大，越來越多的大型廠家開始開發(fā)適合中國供暖市場的冷凝鍋爐，以適應(yīng)未來燃?xì)獠膳療崴疇t市場的需求。
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