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壁掛爐的節能排放技術分析

2018-07-17  來自: 大連渤爾科技有限公司 瀏覽次數:1076

壁掛爐的發展歷經百年,從擴散式燃燒到大氣式部分預混式燃燒,再到全預混式燃燒;從普通吸熱到現如今冷凝吸熱的壁掛爐。全預混燃燒、冷凝吸熱這兩種技術缺一不可,只有將這兩種技術同時運用才能更好地提高排放與節能的性能,下面就這兩種技術在壁掛爐的運用與老式壁掛爐進行對比。

一、 吸熱

老式壁掛爐是不能冷凝吸熱的,若產生冷凝水將使其火排、換熱器銹蝕失效,所以排煙溫度設計將高于130℃以上確保不出現冷凝水腐蝕。而冷凝式壁掛爐由于其特殊的結構使之避免了冷凝水對機器的腐蝕作用。既降低了排煙溫度又吸收了汽化潛熱,大大提高了機器的熱效率,達到了節能的性能。1kg水從0℃加熱到100℃需要100千卡(顯熱)熱量。1kg水從100℃汽化成100℃水蒸氣需要599千卡(潛熱)熱量。以燃燒天然氣(CH4)為例,粗略估算:燃燒1m3天然氣可生成2m3水蒸氣。若將2m3水蒸氣全部變成冷凝水而吸收其汽化潛熱(現行技術還做不到全部吸收)其節能效果是巨大的。

二、 燃燒方式

老式壁掛爐均采取大氣式燃燒,大氣式燃燒也叫部分預混燃燒,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(0.4~0.6)。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,二次空氣與隨著火焰上升的沒完全燃燒的燃氣混合燃燒,其火焰溫度較低,火焰長度較長。換熱器設置較遠(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,爐腔內為負壓,燃燒熱質點密度小,不利于換熱器換熱。另外,火焰中沒有完全燃燒的燃氣接觸到二次空氣才燃燒,由于沒有完全燃燒的燃氣分子周圍是部分混合燃燒的煙氣,再與二次空氣接觸的概率相對減少了。若想增大接觸概率則需加大過剩空氣系數α(大氣式燃燒α=1.6~2.2)過多的不參與燃燒的二次空氣雖然使燃燒相對充分了,CO減少了,增加了燃氣體積,降低了爐腔溫度。增加了排煙熱損失,效率降低了。另外,大氣式燃燒器體積與其功率比較大,很是笨重,近年來,國外先進國家將全預混燃燒技術引入壁掛爐并結合冷凝吸熱使其性能大幅提高。下面就全預混燃燒技術做講解和分析:

全預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燃氣入口處氣壓改變,使燃氣與空氣比例閥的閥口開度產生變化,使得燃氣與空氣形成比例關系,調整閥上的調節螺釘以達到所需比例,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,燃氣與空氣比例不變。

全預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(35~40m m)(熱強度與距離平方成反比),加熱效率很高。另外,全預混燃燒是風機抽取燃氣管道內的燃氣進行燃燒,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。全預混燃燒在爐腔內形成正壓,熱質點密度較大,有利于換熱器換熱。總結上訴兩種燃燒方式,全預混燃燒有點如下:

1、 燃燒充分、節能。

2、 火焰溫度高(同樣功率比大氣式燃燒高500℃)節能。

3、 火焰長度短(距換熱器近)熱強度與距離平方成反比)節能。

注:以上均為與大氣式燃燒方式對比。

另外,全預混燃燒方式空氣過剩系數α=1.大氣式燃燒方式α=2,天然氣(CH4)燃燒方程為:

α=1: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例為13. 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

此時水蒸汽飽和分壓為: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攝氏度;0.1bar時冷凝水露點為45.5攝氏度(全預混燃燒方式α=1,大氣式燃燒方式α=2)。

由此可見全預混燃燒方式其結露點溫度大大高于大氣式燃燒,冷凝效果遠遠超出。

煙氣二次加熱式冷凝爐采用大氣式燃燒方式α=2,其冷凝效果大打折扣。

三、 兩種燃燒方式排放對大氣的影響

近年來我國大氣污染嚴重,特別是霧霾對人們人身健康及經濟發展的影響是巨大的。

壁掛爐節能排放技術分析1856.png

北京市2012~2013年度pm2.5主要成分質量百分比

燃氣燃燒的煙氣中只有硫化物和氮氧化物對霧霾有影響的。燃氣中的脫硫工藝要比固體(煤)的脫硫工藝簡單的多,所以我們使用的燃氣中硫的含量很少,可以忽略不計。但空氣中有79%N2大氣式燃燒與全預混式燃燒的火焰溫度(全預混燃燒比大氣式燃燒高500℃)都能使氮氣分子中的共價鏈打開而與氧氣生成NOx。實測發現大氣式讓你說的NOx排放為100~200mg/kwh,而全預混燃燒的NOx排放為7~9mg/kwh,為什么火焰溫度高的全預混燃燒NOx排放反而少了呢,因為全預混燃燒的α=1,而燃氣分子奪取氧氣分子的能力比氮氣強,當燃氣分子與氧氣分子完全燃燒反應后已經沒有多余的氧氣分子與氮氣發生反應了。反觀大氣式燃燒α=2燃燒后還有很多的氧氣分子與氮氣生產了NOx。另外由于其混合不充分,產生很高的CO甚至是碳顆粒(積碳),北京地區最新制定的NOx的排放標準是60mg/kwh

著重指出的是:大氣式燃燒的壁掛爐國家檢測的熱效率為88%,實際使用連50%都不到。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α變大,效率很低。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。每次從點火到正常燃燒,又廢氣,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,檢測結果與實際使用不符。而全預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是恒溫控制的,小負荷燃燒時空氣、燃氣量按比例縮減,過剩空氣系數α不變。全預混冷凝壁掛爐熱效率為108%,使用對比100㎡房子普通壁掛爐功率為1820kw,而全預混冷凝式壁掛爐8kw既可達到。

另外,冷凝壁掛爐排煙溫度比普通壁掛爐排煙溫度低100K,大大降低了排煙熱損失,節能效果顯著。

通過上面的分析全預混冷凝壁掛爐的優勢是巨大的,這就是歐盟停產大氣式燃燒壁掛爐的理由。

國內的全預混冷凝壁掛爐的研發與生產少之又少,國外的產品進入中國市場使用及檢測中又出現了一些問題。

主交換器有腐蝕現象、鍋爐管有燒穿漏水現象,進口全預混冷凝壁掛爐主換熱器是有不銹鋼矩形管纏繞成圓筒狀,煙氣從矩形管之間的窄縫(0.30.5mm)通過,國內空氣中以及燃氣燃燒后的顆粒物較多,很容易將窄縫堵塞,矩形管長寬比很大,側面為長尺寸,側面窄縫堵塞不吸熱,只有迎火短尺寸面吸熱,吸收熱量太小,溫度不高,在主換熱器產生冷凝水,如此一來,燃燒而產生的顆粒物和空氣中的顆粒物與冷凝水混合成了泥漿,經火蒸發,成了燒磚過程。而冷凝水中的酸的成分,顆粒物中的鹽的成分由于水的不斷蒸發其濃度不斷增加(過程與曬鹽相似),腐蝕性大大增強,產生了腐蝕現象。另外鍋爐管壁太薄,使用中若排氣不徹底,或鍋爐管內壁結水垢而影響熱量傳遞,造成管壁燒穿漏水現象。

全預混冷凝式壁掛爐方興未艾,各個國家及部門紛紛推出自己的產品,市場上產品種類繁多,但要想做好冷凝爐,換熱器的合理選擇是關鍵。大連渤爾科技采用不銹鋼翅片管主換熱器和冷凝換熱器一體型換熱器,由直徑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換熱器。內層為主換熱器,外層為冷凝換熱器。煙氣從2~2.2mm翅片間隙通過,不堵塞。1.5mm壁厚不銹鋼無縫管沒有燒穿隱患。圓形管受熱面積大 受熱比較均勻,主交換器不產生冷凝水。

 

大連渤爾科技研發的不銹鋼翅片管全預混式冷凝爐經過五年的實驗檢驗,性能良好。能適應中國國情,是中國壁掛爐市場的理想選擇。

 




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渤爾致力于打造舒適節能綠色環保的全預混冷凝燃氣壁掛爐、商務爐、模塊爐及全預混智能蒸汽爐等!自主研發的全預混冷凝式燃氣熱水爐的熱效率可達到108%且污染物排放少,和傳統燃氣熱水爐相比節省燃氣35%以上。是國內目前能獨立批量生產全預混冷凝式燃氣熱水爐的高新技術企業。渤爾引用工業國家科技技術,服務于廣大客戶,精工締造品質,品質提升價值!免費服務熱線:400-990-1707

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