全预混冷凝式壁挂炉的试验研究

1 前言
近几年，随着我国经济的高速发展，能源问题日益突出，高效节能环保是全球家电的发展方向。普通的壁挂炉由于排烟温度较高，无法利用水蒸气中的潜热，同时较高的排烟温度又带走了显热，降低了热效率，冷凝式燃气壁挂炉通过降低排烟温度使烟气中的水蒸气冷凝，充分利用了烟气中几乎全部的显热和部分水蒸气潜热，节能效果明显。全预混燃烧是一种燃烧效率高，具有较高燃烧热强度的燃烧方式。因其在燃烧过程中产生的CO和NOX低的特点，广泛用于工业及一些家用燃气器具上，还能有效降低烟气排放量，提高热效率。在欧洲，特别是荷兰、英国及德国正大力推动冷凝式燃气壁挂炉的普及和应用，对于全预混冷凝式壁挂炉，其排烟温度可以降低到40℃左右，对于采用天然气的冷凝式壁挂炉，其理论最大的热效率可达到110%。开发高效节能的全预混冷凝式燃气壁挂炉是大势所趋。
2 JLG32-B66A1全预混冷凝式壁挂炉的结构
JLG32-B66A1型家用全预混冷凝式燃气壁挂炉额定供暖热输入为32kW，额定供暖热输出为31.1kW，带电话预约功能。为了便于排出冷凝水，该冷凝式壁挂炉采用倒置燃烧形式（如图1），采用鼓风式强制供风，燃烧装置位于顶部，换热装置位于底部，冷凝水由底部烟罩收集后排出，烟气从烟罩进和烟道后引到顶部排出。

按目前国外流行的一般分为风机前预混和风机后预混两种方式，两种方式各有优缺点，该壁挂炉的预混装置采用风机前预混方式，预混器采用文丘里管式，预混器装在高压风机的进口，燃气及空气在风机内混合均匀后进入分配室，结构相对简单、紧凑，成本较低。
在壁挂炉领域，全预混燃烧一般使用不锈钢多孔燃料器、金属纤维燃烧器或陶瓷板燃烧器，综合结构、工艺和成本等方面的原因，该壁挂炉燃烧装置选用碳化硅等材料烧制的多孔陶瓷板燃烧器，陶瓷板燃料器具有导热系数小、质地均匀、成本低等特点。陶瓷材料的低导热系数有助于保持火焰的稳定，燃烧器火孔采用特殊形状排列，有效地避免离焰和回火，增大热负荷调节比。
冷凝式换热装置按其用材一般可分为不锈钢换热器、铝合金换热器和涂敷防腐层的铜换热器，基于寿命、成本、工艺和结构方面原因，该壁挂炉最终选用了铝合金肋片式换热器，不同于一般的铸铝换热器，该换热器选用特殊的铝合金板及铝材在炉内钎焊而成，由于采用肋片式结构，相比铸铝换热器，其用材更少，成本更低，经试验，其寿命与铸铝换热器相同。
3 试验研究
3.1 试验系统其主要参数及试验内容
试验用燃气采用天然气,供气压力为2.0kPa。JLG32-B66A1全预混冷凝式壁挂炉一台。
试验研究主要有以下几方面内容：(1)输入热负荷与CO的关系。(2)当系统工作在额定热负荷时，改变空气的进气量，其NOX、CO与CO2之间的变化关系。(3)输入热负荷与热效率之间的关系。
3.2试验结果分析
3.2.1输入热负荷与CO的关系
通过设定让该壁挂炉在不同的输入热负荷下工作，并适当调整系统的工作参数，使壁挂炉的输入热负荷增加，并保持烟气中CO2不变，逐一检测不同的输入热负荷下的CO含量，表1和图2反映了CO随输入热负荷的变化趋势

3.2.2额定热负荷下，CO与CO2之间的变化关系
通过设定让该壁挂炉在额定输入热负荷下工作，并适当调整系统的工作参数，使壁挂炉的供风增加或减少，使烟气中的CO2含量减少或增加，逐一检测不同的风量下的CO含量，表2和图3反映了CO随CO2的变化趋势。


3.2.3在热负荷调节范围内，输入功率与热效率之间的变化关系
保持壁挂炉供暖回水温度为30℃不变，通过设定让该壁挂炉在不同的输入热负荷下工作，逐一检测不同的输入热负荷，表3和图4反映了热效率随输入热负荷的变化趋势：

3.2.4额定热负荷下，NOX与CO2之间的变化关系
通过设定让该壁挂炉在额定输入热负荷下工作，并适当调整系统的工作参数，使壁挂炉的供风增加或减少，使烟气中的CO2含量减少或增加，逐一检测不同的风量下的NOX含量，表4和图5反映了NOX随CO2的变化趋势

4 与国外冷凝式壁挂炉产品对比
以下是国产32kW全预混冷凝式壁挂炉、欧洲产品A 30kW全预混冷凝式壁挂炉和欧洲产品B 24kW全预混冷凝式壁挂炉性能对比（见表5）

5 结论
通过对JLG32-B66A1全预混壁挂炉的开发和性能试验得出如下结论：
1．采用全预混冷凝式的燃气壁挂炉，具有较高的热效率、较低的CO和NOX含量。试验表明，当全预混壁挂炉燃用天然气时，其排烟温度比普通的燃气壁挂炉低80℃，热效率最高可达109%，比普通的壁挂炉大幅度提高。
2．采用陶瓷板燃烧器在顶部的倒置燃烧方式，可以有效避免冷凝水的下落对燃烧器、燃气燃烧及烟气换热的影响。
3．试验表明，采有肋片管式焊接式铝合金换热器用于冷凝式壁挂炉上，其性能能满足要求，其制造成本比不锈钢换热器及铸铝换热器低，值得推广使用。