導(dǎo)讀：常規(guī)壁掛爐比起冷凝壁掛爐來(lái)，主要的劣勢(shì)在于效率低，但冷凝壁掛爐較之常規(guī)壁掛爐來(lái)說(shuō)，則有成本高、技術(shù)難度高、維護(hù)麻煩、售后成本高等一系列問(wèn)題。那么，有沒(méi)有一種方式能夠?qū)烧叩膬?yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)呢？

 

如果在常規(guī)壁掛爐的結(jié)構(gòu)上，結(jié)合冷凝壁掛爐的煙氣熱量回收結(jié)構(gòu)，提高一些效率，而其他部分基本保持不變，是否既可以提高效率，也不會(huì)帶來(lái)那些麻煩呢？

 

上期內(nèi)容說(shuō)過(guò)，導(dǎo)致壁掛爐效率只能做到92%左右的主要原因是排煙溫度較高，高溫?zé)煔鉄釗p失加上排煙中水蒸氣帶走的熱量，降低了壁掛爐的熱效率，如果能夠?qū)⑴艧煖囟戎苯永鋮s到露點(diǎn)溫度以下，讓煙氣中的水蒸氣凝結(jié)放熱，則不但排煙損失更少，而且高溫?zé)煔庵械乃魵鉂摕岜换厥眨部梢蕴岣弑趻鞝t效率。

 

事實(shí)上，基于這種思路構(gòu)建的產(chǎn)品叫做大氣式煙氣回收冷凝爐，也是在“真假冷凝”之戰(zhàn)中被稱(chēng)為“假冷凝”的一方。
 

圖1 大氣式煙氣回收冷凝爐結(jié)構(gòu)示意圖    

 

 

其實(shí)這種冷凝方式并非中國(guó)人獨(dú)創(chuàng)，在80年代末90年代初，該方式最早在歐洲開(kāi)發(fā)出來(lái)，后來(lái)隨著全預(yù)混冷凝技術(shù)的廣泛普及，這種結(jié)構(gòu)如今在歐洲已基本淘汰。

 

從圖1看出，大氣式煙氣回收冷凝爐就是在常規(guī)壁掛爐基礎(chǔ)上增加了一個(gè)煙氣回收換熱器，通過(guò)低溫水換熱的方式將煙氣溫度降低，使得里面的蒸汽產(chǎn)生凝結(jié)，隨后回水汽化潛熱，同時(shí)降低排煙溫度，提高熱效率。
 

 圖2 全預(yù)混冷凝爐結(jié)構(gòu)示意圖
 

對(duì)比一下全預(yù)混冷凝爐的結(jié)構(gòu)，兩者還是有很大不同的。全預(yù)混冷凝過(guò)程是在換熱器中將煙氣冷卻到冷凝溫度以下，排出的就是低溫?zé)煔猓瑹o(wú)需進(jìn)行二次煙氣冷卻；而大氣式冷凝在燃燒室和主換熱器部分和常規(guī)壁掛爐一樣，只是在排煙管道中設(shè)置煙氣回收冷凝器，通過(guò)二次降溫來(lái)實(shí)現(xiàn)冷凝。 

 

從上圖可以看出，兩種方式都有冷凝產(chǎn)生，既然如此憑什么你叫得冷凝爐我就叫不得？不叫冷凝壁掛爐讓我叫什么？

 

兩種冷凝爐的核心差別

 

實(shí)際上兩種冷凝爐的核心差別倒不是是否“冷凝”上，而是冷凝方式和燃燒方式上的差異，冷凝方式前面已經(jīng)分析過(guò)，那么燃燒方式的差別是什么呢？

 

1、大氣式燃燒

 

是指燃?xì)庠谌紵邦A(yù)先混合一部分空氣，但達(dá)不到燃燒時(shí)所需的氧氣，一般預(yù)混量控制在所需氧量的50%～60%，然后在燃燒管口與周?chē)难鯕庠俅位旌喜l(fā)生燃燒。

 

特點(diǎn)：火焰溫度較高、長(zhǎng)度中等。有明顯的外焰、熱效率比沒(méi)有預(yù)混的擴(kuò)散式高、燃燒比較充分、設(shè)備簡(jiǎn)單。

 

缺點(diǎn)：空氣過(guò)剩系數(shù)過(guò)大，熱量浪費(fèi)較大。

 

2、全預(yù)混式燃燒

 

是指燃?xì)馊紵磻?yīng)發(fā)生前將燃?xì)夂腿紵枰娜靠諝獍慈紵罴阎狄淮涡曰旌暇鶆?，在到達(dá)燃燒區(qū)后能瞬間完全燃燒。

 

特點(diǎn)：呈紅外線燃燒狀態(tài)，火焰短或幾乎看不到火焰、溫度高、燃燒充分、有害氣體化合物少、熱效率高。

 

缺點(diǎn)：控制設(shè)備及程序復(fù)雜。
 

 

 

上表為之前有人圍繞兩者性能差異所做的一個(gè)對(duì)比圖，基本上比較客觀，

        除了上述差異之外，補(bǔ)充一些對(duì)用戶使用影響較大的知識(shí)點(diǎn)：

 

1、兩種冷凝爐冷凝溫度的不同

 

由于大氣式冷凝爐空氣過(guò)剩系數(shù)較大，改變了煙氣中的水蒸氣分壓比，導(dǎo)致大氣式排煙溫度的冷凝點(diǎn)要低于全預(yù)混，比如在空氣系數(shù)1.8時(shí)煙氣要冷卻到49℃才能產(chǎn)生冷凝，而全預(yù)混冷凝爐的冷凝溫度在58℃，這就意味著大氣式冷凝爐要想產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象，回水溫度必須更低，保持幾度溫差的話意味著回水溫度要低于45℃才可以，而全預(yù)混在回水溫度55℃就可以產(chǎn)生冷凝了。

 

上面這個(gè)特點(diǎn)決定了全預(yù)混冷凝爐即使在散熱器采暖中也可以有效冷凝，而大氣式冷凝只有在地暖中才可能產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象，使用范圍受到限制。

 

從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，全預(yù)混冷凝爐適應(yīng)性好于大氣式冷凝爐，加上熱功率輸出的差異，全預(yù)混具有更好的適用性。

 

2、熱交換器的低溫腐蝕問(wèn)題

 

常規(guī)壁掛爐是將天然氣和空氣混合經(jīng)燃燒排出約170℃的高溫?zé)煔?。煙氣中含有水蒸氣、CO2，同時(shí)天然氣中還含有硫化物，經(jīng)燃燒后生成SO2，繼續(xù)燃燒氧化后產(chǎn)生約占SO2的5%左右的SO3，SO2與水結(jié)合生成亞硫酸，SO3與水結(jié)合生成硫酸，其酸露點(diǎn)溫度約在140℃到160℃（根據(jù)SO3的含量提升），當(dāng)常規(guī)壁掛爐的排煙溫度在170℃時(shí)，氣態(tài)的酸蒸汽對(duì)主熱交換器的腐蝕是非常輕微的。

 

當(dāng)對(duì)煙氣進(jìn)行潛熱回收排煙溫度降為50℃，酸蒸汽相變?yōu)樗嵝砸后w，將會(huì)對(duì)熱交換器產(chǎn)生極強(qiáng)的低溫腐蝕。低溫腐蝕嚴(yán)重時(shí)可以達(dá)到1mm/年的腐蝕能力，造成接觸面穿孔，就目前的科學(xué)技術(shù)尚無(wú)法完全腐蝕，只能盡量減輕程度。

 

全預(yù)混壁掛爐的低溫腐蝕出現(xiàn)在主熱交換器中。為了降低這種腐蝕的影響，目前全預(yù)混壁掛爐的主換熱器一般采用特種不銹鋼或者硅鑄鋁材質(zhì)，抗腐蝕性比較好。

 

而對(duì)于大氣式冷凝爐主要的低溫腐蝕產(chǎn)生在煙氣換熱器，通常材質(zhì)受到成本限制，耐腐蝕性沒(méi)有那么好，使用壽命較低，同時(shí)過(guò)多的過(guò)?？諝鈺?huì)增大氮氧化物和酸性物質(zhì)的產(chǎn)生，導(dǎo)致大氣式冷凝爐使用壽命降低。

 

3、冷凝壁掛爐的灰塵堆積問(wèn)題

 

空氣中含有灰塵等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在燃燒室內(nèi)可能生成絮狀的灰塵產(chǎn)生堆積，如果在換熱器表面出現(xiàn)冷凝水則很容易讓這些灰塵生成粘稠的污垢，附著在換熱器表面影響換熱效果。這些現(xiàn)象會(huì)在全預(yù)混冷凝爐的主換熱器和大氣式冷凝爐的二次換熱器中出現(xiàn)，因此兩種冷凝爐都會(huì)比常規(guī)爐更需要定期維護(hù)，否則容易降低壽命。

 

上面講到的優(yōu)缺點(diǎn)都是理論上的對(duì)比，特別是冷凝爐的效率和低氮排放方面，與其空氣過(guò)量系數(shù)有著密切的關(guān)系。上述結(jié)論是建立在冷凝爐空氣過(guò)剩系數(shù)在理想值的前提下，但是實(shí)際工作中很有可能不是這種情況。

 

為什么這樣說(shuō)呢？

 

全預(yù)混壁掛爐在出廠前，空燃比已由生產(chǎn)廠家預(yù)先設(shè)置好，在設(shè)置時(shí)是根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)工況和標(biāo)準(zhǔn)燃?xì)庑Ｕ?，如果燃?xì)饨M成發(fā)生變化，導(dǎo)致燃?xì)鉄嶂?、密度、燃燒特性等超出設(shè)計(jì)范圍，則此氣種對(duì)應(yīng)的最合理空燃比也會(huì)發(fā)生變化。

 

在歐洲天然氣的品質(zhì)比較穩(wěn)定，也就是一定量的天然氣配比多少空氣是比較容易確定的，而中國(guó)各地氣源復(fù)雜，不同地方燃?xì)獬煞指鞑幌嗤?，供氣壓力不同、海拔不同都?huì)導(dǎo)致大氣壓力不同等問(wèn)題，如此實(shí)際運(yùn)行中燃?xì)庑枰目諝饬恳膊槐M相同，同時(shí)由于實(shí)際安裝工人技術(shù)水平和操作流程的問(wèn)題，很多時(shí)候需要現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)具體燃?xì)馇闆r調(diào)節(jié)的工作沒(méi)有真正落實(shí)，導(dǎo)致全預(yù)混壁掛爐不能達(dá)到最佳燃燒工況，甚至出現(xiàn)熱效率降低、點(diǎn)火噪聲大、燃燒噪聲大、CO排放量升高等異?，F(xiàn)象。

 

如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？

 

如果壁掛爐能根據(jù)不同的燃?xì)庾詣?dòng)調(diào)整空氣過(guò)剩系數(shù)，則能適應(yīng)不同地區(qū)、不同氣源下的最佳空燃比，這就是所謂的燃?xì)庾赃m應(yīng)技術(shù)。

 

聽(tīng)起來(lái)不錯(cuò)，但是如何實(shí)現(xiàn)上述目的呢？

 

能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)的技術(shù)方案有兩種：一種是離子電流檢測(cè)法，一種是二氧化碳檢測(cè)法。但是后者由于檢測(cè)元件的成本較高，并且在高溫環(huán)境下，使用壽命有限，后期需要經(jīng)常更換，因此壁掛爐上幾乎沒(méi)有使用的。

 

主流的自適應(yīng)技術(shù)是離子電流檢測(cè)法。研究表明，碳?xì)浠衔镌谌紵龝r(shí)會(huì)產(chǎn)生熱電離子使燃燒火焰具有電導(dǎo)性。由于氣體的導(dǎo)電能力有限，需要在燃?xì)饣鹧媾c火孔之間附加一個(gè)直流電場(chǎng)，用于驅(qū)動(dòng)火焰中的帶電粒子，使帶電粒子沿電場(chǎng)方向移動(dòng)，這樣就形成了離子電流。通過(guò)離子電流探測(cè)器檢測(cè)燃?xì)馊紵龝r(shí)產(chǎn)生的離子電流，來(lái)反饋火焰燃燒信號(hào)，判定燃燒是否異常。

 

燃?xì)馊紵龝r(shí)產(chǎn)生的離子電流大小，與離子的濃度有關(guān)，離子濃度越大，產(chǎn)生的離子電流就越大；離子濃度越小，產(chǎn)生的離子電流就越小。

 

離子濃度又與火焰溫度有關(guān)——火焰溫度越高，產(chǎn)生的活化能就越大，氣體原子被擊活的數(shù)量就越多，產(chǎn)生的離子就越多，離子濃度就越大。

 

全預(yù)混燃燒空燃比過(guò)大或者過(guò)小都會(huì)對(duì)燃燒造成不利影響。空燃比過(guò)大時(shí)，多余的空氣會(huì)帶走熱量，而隨著火焰溫度的降低，多余的空氣會(huì)稀釋離子，離子電流降低；空燃比過(guò)小時(shí)，燃燒不充分，火焰溫度及熱效率亦降低，由于未能充分反應(yīng)，燃燒過(guò)程未能產(chǎn)生足夠多的離子，離子電流也會(huì)降低，因此，通過(guò)檢測(cè)離子電流的變化，可以間接的檢測(cè)出空燃比是否合理。

 

火焰溫度與過(guò)?？諝庀禂?shù)的關(guān)系見(jiàn)圖3。由圖3可知，當(dāng)空燃比最佳時(shí)，火焰溫度達(dá)到峰值，火焰離子電流也達(dá)到峰值。這是離子電流檢測(cè)法用于判斷全預(yù)混燃燒空燃比的理論依據(jù)。
 

圖3 火焰溫度與過(guò)?？諝庀禂?shù)的關(guān)系
 

綜合看來(lái)，根據(jù)上述原理通過(guò)控制方式的改進(jìn)可以解決全預(yù)混壁掛爐燃?xì)庾赃m應(yīng)的問(wèn)題，讓全預(yù)混壁掛爐的安裝調(diào)試及運(yùn)行效率都有很好的改進(jìn)，是一種非常重要的核心技術(shù)。可以說(shuō)在中國(guó)結(jié)合了燃?xì)庾赃m應(yīng)技術(shù)的全預(yù)混冷凝爐才是適合中國(guó)國(guó)情的冷凝爐。