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壁掛
壁掛爐的歷史可以追溯到100多年前,發(fā)展到今天,燃燒方式由大氣式燃燒到全預(yù)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(jīng)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(jīng)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面生成冷凝水,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(yù)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(shè)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(nèi)為負壓,燃燒熱質(zhì)點密度小,不利于換熱器換熱。另外,一次火焰燃燒后,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??諝鈹?shù)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O2與N2生成了NOχ,大氣式燃燒CO、NOχ較高,效率較低。
2、全預(yù)混燃燒
全預(yù)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里混合器;空氣流量的變化導致文丘里內(nèi)燃氣入口處氣壓改變,是燃氣與空氣比利閥的閥口開度產(chǎn)生變化,使得燃氣與空氣形成比例關(guān)系,調(diào)整閥上的調(diào)節(jié)螺釘以達到所需比利,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,燃氣與空氣比利不變。
全預(yù)混燃燒由于在燃燒前燃氣分子與氧氣分子已充分混合,在空氣過剩系數(shù)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(35~40mm)(熱強度與距離平方成反比),加熱效率很高。另外全預(yù)混燃燒是風機抽取燃氣管道內(nèi)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(yù)混燃燒在爐腔內(nèi)形成正壓,熱質(zhì)點密度較大,有利于換熱器換熱。雖然火焰溫度很高,但由于過??諝庀禂?shù)α很小,已經(jīng)沒有多余的氧氣生成氮氧化物了,所以NOχ排放也很小。
三、換熱器對比
換熱型分為普通型,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
普通型為單層平面翅片管換熱器,換熱面積小,熱煙通過距離短,只有單面接受熱輻射,排煙溫度高,熱損率大,效率低。
2、冷凝型
(1)鑄造型
現(xiàn)有鑄造型均為鋁合金鑄造,由于型腔較復雜只能采用翻沙鑄造,因為鋁金屬比重較低(2.7*103kg/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(zhì)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面積之比很大,材料利用率低。因此重力鑄造致密度很低,使用壽命短。
(2)不銹鋼光管型
不銹鋼光管型為不銹鋼矩形管螺旋纏繞成型,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(cè)面有0.8mm凸包,做限位。但矩形管壁厚很?。?.6mm),當管內(nèi)水流產(chǎn)生氣泡時。很容易燒蝕損壞,國內(nèi)燃氣燃燒后顆粒物較多,很容易將0.8mm窄縫堵塞。
(3)不銹鋼翅片管型
不銹鋼翅片管型采用直徑20mm、壁厚1.5mm不銹鋼無縫管外面焊接間隔2~2.2mm翅片以加大換熱面積,不銹鋼翅片管多層纏繞形成冷凝換熱器。
(4)一次、二次換熱型式
α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面式換熱器。另外在一次換熱器上面或排煙道內(nèi)放置二次換熱器。
B鋁合金鑄造,不銹鋼光管,不銹鋼翅片管均為一次二次換熱一體型
四、冷凝換熱器材質(zhì)對比
業(yè)界多個公司80年代生產(chǎn)鋁質(zhì)換熱器,腐蝕損壞很大,90年代生產(chǎn)銅質(zhì)換熱器,腐蝕損壞較大,2000年后生產(chǎn)不銹鋼換熱器,抗腐蝕能力很強。由此可見,不銹鋼材質(zhì)是冷凝換熱器最佳選擇。但不銹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(shè)計生產(chǎn)中必須足夠重視。
五、燃燒器位置對比
燃燒器位置有定置平面型,底置平面型,內(nèi)置圓型。
頂置平面型因為熱量上升,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;底置平面型,距離遠,單面輻射,不銹鋼光管、不銹鋼翅片管均為圓型內(nèi)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00千卡(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時: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利為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
此時水蒸氣飽和分壓為: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℃:0.1bar時冷凝水露點為45.5℃(全預(yù)混燃燒方式a=1,大氣式燃燒方式a=2)。
由此可見全預(yù)混燃燒方式其結(jié)露點溫度大大高于大氣式燃燒,冷凝效果遠遠超出。
大氣式燃燒為了燃燒充分。降低CO排放,過剩空氣系數(shù)a一般為1.6~2.0,過多的干燥空氣進入爐腔降低了爐腔內(nèi)的水蒸氣飽和分壓,大大降低了冷凝效果。
七、控制方式
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:過剩空氣系數(shù)α變大,功率很低。所以程序控制采暖加熱時均以最大功率燃燒,當出水溫度達到設(shè)置溫度時熄火,出水溫度低于回差溫度時再次點火,大功率燃燒,周而循環(huán),每次從點火到正常燃燒,又費氣,排放又不好,效率很低。而國家檢測時用水流控制水溫不變化,不停機。檢測結(jié)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(guān)機,效率大大降低。而全預(yù)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,程序控制對出水溫度時恒溫控制的,小負荷燃燒時空氣、燃氣量按比例縮減,過剩空氣系數(shù)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(yīng)用,比普通壁掛爐效率成倍增加。另外,由于全預(yù)混冷凝壁掛爐燃燒負荷變化隨風機轉(zhuǎn)速變化而變化,負荷范圍非常大,并可隨意設(shè)定。同一臺機器,可以采暖負荷和生活用水負荷分別設(shè)定,這樣既可保證采暖在經(jīng)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(yù)混燃燒方式來說,在壁掛爐進入客戶家安裝時,安裝工人通過調(diào)節(jié)燃氣閥調(diào)整螺釘改變?nèi)細馀c空氣的配比既可使燃燒正常。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。并且燃氣多大熱值,配多大孔徑噴咀,數(shù)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(jīng)濟性是有影響的,全預(yù)混燃燒的壁掛爐最大負荷參數(shù)在顯示器上既可改變設(shè)置參數(shù)完成,而大氣式燃燒的壁掛爐現(xiàn)場不可改變。