冷凝式燃气采暖热水炉原理和应用介绍

前言
随着中国和世界经济的高速发展，能源短缺，环境污染等问题日益凸现，节能减排低碳生活成为G20的主题和世界各国的能源新政，天然气作为清洁能源之一增长最快。在欧州，严峻的气源短缺和昂贵价格以及减排目标，催生了冷凝式锅炉的快速发展和普及。在我国，天然气资源分布不均，储量丰度低，生产区域和消费区域空间错位，基础设施建设薄弱，因而不管是从储量和生产上更是宝贵和稀缺，供需矛盾严峻，涨价冲动不绝，相信国人都感同身受。必将带来冷凝式燃气采暖热水炉的快速发展，前景广阔。燃气采暖热水炉10多年来的成长就是有力证明，尽管目前冷凝式燃气锅炉还是欧洲产品占主导，法格，瑞帝安，威能，菲斯曼，阿里斯顿等品牌都同步欧洲推出系列产品，国内的冷凝式热水器及锅炉厂商也在加紧创新，引进，研发关键部件和生产推广，也会快速赶上市场步伐。
燃气采暖热水炉10多年在中国市场的快速发展，为国人提供了洁净舒适经济的生活环境，满足了国人生活品质提升的需求，品牌锅炉的安全，可靠，服务得到广泛认可，但是，老百姓普遍关注和期望的经济节能，运行噪声影响安静舒适的问题依然存在，冷凝式壁挂锅炉技术和产品，成功解决了这些问题。受到很大欢迎，随着市场发展和普及，锅炉价格也不断趋于合理，成为买得起用得起，经济舒适的家庭供热中心。
1.冷凝式壁挂锅炉基本知识
1)什么是冷凝
物理上，由气态转变成液态为冷凝。当温度降低时，水蒸气凝结为水，即呈现液体状态，水蒸气就被冷凝了。
2) 冷凝技术
冷凝技术是一项提高燃料利用率，实现节能减排的先进技术，它首先被应用于锅炉行业，冷凝式燃气采暖热水炉的原理是利用燃烧产生的烟气中的潜热。通过将烟气中的水蒸气冷凝为水，获取水蒸气以凝结水状态排出时所释放出的热量。
3)燃烧产物—热量的产生
天然气的燃烧产物为二氧化碳和水，即燃烧1NM3的甲烷和2NM3的氧气，生成1NM3的二氧化碳和2NM3的水蒸气。化学公式：
CH4+2O2=CO2+2H2O+Q（释放出的热量Q为34020 千焦，即8127大卡）
4)什么叫“低热值”和“高热值”的概念
低热值：1NM3燃气完全燃烧后，烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸气状态时所释放出的热量。高热值：1NM3燃气完全燃烧后，烟气全部被冷却至原始温度，而烟气中的水蒸气以冷凝水状态时所释放出的热量。低热值和高热值的差别在于水蒸气的汽化潜热和少量显热。在上述的化学公式中，Q为低热值，因为公式中的H2O是水蒸气的形式。如果能使燃烧产生的这部分水蒸气冷凝，就可以额外得到一部分热量，这部分热量称为汽化潜热。
在上述公式中，通过冷凝1NM3的水蒸气，可得1885千焦热量（450大卡），由此可得，当燃烧1NM3的甲烷时，我们得到1885*2=3770千焦（450*2=900大卡）的热量。天然气作为燃烧气体，高热值=低热值+3770千焦=34020千焦+3770 千焦=37790千焦（9027大卡）
以上数值是在天然气在纯氧环境中完全燃烧状态得到的。但在实际的燃烧过程中，天然气是与空气混合燃烧的，增加了排烟损失，限制了烟气中的水蒸气冷凝。
5)如何得出热效率
热效率=有效热量/实际使用热量*100%=37790千焦/34020千焦*100%=111%，因实际燃烧中一定会有热损失，有效热量与实际使用热量的差即为潜热损失，也称显热损失。
6)普通燃气采暖热水炉与冷凝式燃气采暖热水炉的比较

普通壁挂锅炉，使用天然气，设定每提供111kWh高热值，便有11kWh的汽化潜热没有被利用，而以烟气中水蒸气的形式排出，即低热值为100kWh。如果显热损失为8kWh，一部分显热也是通过烟气排出，即锅炉有效热量为92kWh,则热效率为：92/100=92%(使用热量以低热值计算)冷凝式锅炉，使用天然气，也设定提供111kWh高热值，烟气在低于露点的温度中冷却，一部分水蒸气在冷凝过程中释放汽化潜热。烟气在热交换器中冷却的时候，烟气中的一部分显热也会被回收。锅炉的有效热量为92kWh，回收显热7kWh，水蒸气汽化潜热9kWh，则锅炉热效率为：（92+7+9）/100=108%(使用热量以低热值计算)
露点：指的是一个温度，达到这个温度后，烟气中的水蒸气转化为液态水（冷凝水），然后释放出热量。
2.冷凝式燃气采暖热水炉的构造和特点
1)冷凝式燃气锅炉的内部构造，如图2以法格24/28kW冷凝式燃气锅炉为例，采用整体密闭式螺旋不锈钢换热器，全预混式静音变频调速风机。运行非常安静，几乎听不到机器在工作。


2)外形尺寸小，如图3


3）特点
代表欧式冷凝核心技术的创新主要集中在换热器材质与结构紧凑高效和全预混燃烧技术代替传统壁挂锅炉大气式燃烧方式。
A 高效，结构紧凑，整机体积小。
材质上，冷凝换热器有多种类别，一般分为不锈钢换热器，铝合金换热器，防腐表面处理铜质换热器。结构上，有紧凑整体焊接形，有整体薄壁压铸型。表1是法格系列冷凝式壁挂锅炉实际效率性能参数：

B.CO和N0X极低，达到国家I级，欧洲5星级标准。
C.噪声小
燃烧系统噪音主要来自风机，气流和火焰，由于采用整体密闭式螺旋不锈钢换热器，全预混式燃烧器或者表面燃烧技术，静音变频调速风机，转速随负荷变化。燃气和空气按比例搭配预混合，使得高效传热和降噪得以实现。这方面的文献已经很多不再赘述。
图4 以法格FC-24冷凝式壁挂锅炉为例，风机速度/锅炉输出比率：


3．使用冷凝式燃气采暖热水炉的优势
除了普通燃气采暖热水炉供热所具有的安全可靠，随时随地自由调节温度用热，解决计量和收费难题，节省空间，操作简便，洁净美观，比传统供热综合造价低等优势外，更加解决了老百姓普遍关注和期望的节约燃气费用，运行噪声影响安静舒适的问题：
1.首先是节能和减排，节省了昂贵的燃气费用。
从上可以看出，节能30%。经济效益显著，不仅降低了30%的燃气耗能，热效率更高达108%-109%(s/PCI)。燃气消耗少了，燃烧废气排放减少，大大降低了二氧化碳和氮氧化物排放，此类废气是导致酸雨的元凶。达到国家I级标准，欧洲五星标准。
2.能与太阳能系统联合供热，组成完美匹配的家庭供热中心，成熟的系统模式很多可以借鉴。
我国是太阳能资源丰富，三分之二以上国土面积年总辐射量超过5GJ/m2，年平均时数超过2200小时，特别是广大的华北，西北地区，日照充足，太阳能加热系统可以非常方便和经济地为人们提供热水，各地早已被广泛应用。如果有条件组成冷凝式燃气采暖热水炉与太阳能系统联合供热，确保提供最舒适的生活热水，进一步实现免费用热。节省显而易见。
3.噪声低
品牌燃气采暖热水炉尽管噪声级都符合标准要求甚至大大低于标准限定，但是，中国居民住房特点不同于欧美居民，绝大部分都是群居多层或高层单元式建筑，没有专门的附属设备间，大都是安装在居住生活的同一空间的不同功能区，如厨房，凉台，储物间等，运行噪声是很多人困扰的难题。这些创新的燃烧技术应用到冷凝式壁挂锅炉上，使得运行非常安静。
4.冷凝式燃气采暖热水炉的应用
有些时候，冷凝锅炉的推广和应用中存在一些使用误区，在这里澄清一下，从下面的实际测试比较中就可以看出：
1）安装：作为热源，冷凝式燃气采暖热水炉安装和普通壁挂炉安装方式基本一样，按照相关法规和标准安装，区别在于：
A.冷凝式燃气采暖热水炉要安装冷凝水排放系统，排到一个合适的废水排污口。排水管的形式和管径要符合厂商说明书的要求。为了防止霜冻的危险，冷凝水连接管要连接到一个具有空气切断形式的接管。
B.冷凝式燃气锅炉的体现高效节能最佳适用于低温地板式采暖，也就是回水温度控制在30℃左右，而不是暖气片散热器。图5是同样功率普通壁挂锅炉FEB-24与冷凝式燃气供暖锅炉FC-24在100%额定负荷与30%额定负荷下运行效率比较，一目了然。

C.冷凝式锅炉在进行热负荷设计时要进行精确匹配，使锅炉在较高额定功率下运行不同负荷运行也体现出锅炉实际效率高低。图6是实际运行时不同负荷下效率比较，便一目了然：

图6
回水温度T℃
2）运行调试：
A.冷凝式燃气采暖热水炉根据换热器形式不同，对水质的要求不同应按照厂家说明书中对系统注水水质要求对应处理。
B.调试时按照不同厂商给出参数要求进行燃烧分析设定最佳燃气空气比例。
C. 运行前必须给虹吸管注满水。

5.结语
综上所述，通过对冷凝式壁挂锅炉介绍,运行数据比较分析，以及正确配置和使用，冷凝式壁挂锅炉以其独到高效节能，低排放，低污染，低噪声，高舒适度等多方面优势。能够满足老百姓普遍关注和期望的经济节能，安静舒适,不断提高的健康生活环境品质要求，以及可与太阳能完美匹配联合供热水系统，使更多的人了解冷凝式壁挂锅炉的经济和环境效益，并作出正确选择。冷凝式壁挂锅炉必将成为引领锅炉新技术发展和拥有广阔的市场。

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