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后煤改氣行業觀察系列專題(二)∣技術之爭:常規壁掛爐VS冷凝壁掛爐
暖小風      2020-09-16 16:02     來源:互聯網     瀏覽量:57229

       “煤改氣”的實施,可謂給暖通行業帶來了一次跨越式增長的巨大契機。2017年,受政策紅利影響,我國壁掛爐產銷量一路狂飆,沖上550萬臺大關,增幅高達162%。另外據業內權威人士估算,目前為止國內壁掛爐整機生產能力已達1500萬臺套以上,零部件生產能力達2000萬臺套以上,已位居全球首位。

       隨著“煤改氣”項目的啟動,許多企業將希望寄托于煤改氣項目的實施。盡管市場因疫情影響發展不盡人意,但壁掛爐行業仍處于上升期,從此前的政策規劃趨勢來看,行業發展的方向還是明確的,“煤改氣”不會突然停止。但從現階段的招投標進程來看,今年壁掛爐市場規模很難超越2017-2018年。

       盡管數據顯示“煤改氣”仍是燃氣壁掛爐市場的增長點,但是按照最初“2+26”城市“煤改氣”政策的規劃,2020年是該項目的收官之年。

       技術是第一生產力,后煤改氣市場將打響燃氣壁掛爐技術之爭。接下來讓我們對比一下常規壁掛爐和冷凝壁掛爐。

什么是常規壁掛爐?

       其實并沒有一種產品叫常規壁掛爐,所謂的常規壁掛爐就是傳統的壁掛爐,我們國家的標準叫法為燃氣壁掛式快速采暖熱水器,只是為了與后來出現的冷凝式壁掛爐進行區分,從而生生造出了一個說法——常規壁掛爐。

圖1 常規壁掛爐工作原理示意圖

       常規壁掛爐工作原理示意圖如圖1所示。具體的工作原理,簡單來講就是:

       燃氣通過比例閥的調節進入燃燒室,同時,外部的空氣通過平衡式煙道也進入了燃燒室,在點火電極作用下燃氣燃燒,產生1500℃的高溫火焰和輻射熱量,通過上部的換熱器加熱水,這些熱水作為采暖和生活熱水之用。

       而經過換熱器之后的熱空氣,還有190℃左右的溫度,在平衡式煙道排煙的過程中,與管道外部的冷空氣進行換熱,其部分熱量被冷空氣吸收,提高了進水燃燒室的空氣溫度,最終大概會有140℃左右的煙氣排到外面。

       從上面的描述可以看出,常規壁掛爐就是一種非常正常的燃燒設備,同時提供采暖和生活熱水的功能,具有以下幾個特點:

圖2 常規壁掛爐結構圖

★ 因為常規壁掛爐有一部分熱量是被高溫煙氣帶走的,并不能完全被熱水吸收,通常燃氣效率能夠達到88%~92%。

★ 這種燃氣在空氣中燃燒的方式叫大氣式燃燒,燃燒器的特點決定了常規壁掛爐調節熱功率的范圍大概在30%~100%,用戶分戶采暖時,當末端采暖面積小的時候功率過大,系統工作不節能,而在夏天洗浴時也可能導致水溫過高或者不穩定。

★ 燃燒后的高溫排氣中,有大量化學反應產生的水蒸氣,這些水蒸氣一旦冷卻到大氣中的露點溫度之下(一般在55℃左右),會凝結在換熱器表面,產生結露現象,會腐蝕換熱器,這些凝結水如果滴落在燃燒器上,也會導致燃燒器的腐蝕和損壞,為保證不出現結露現象,供回水溫度不可過低。

★ 由于燃燒室、燃燒器、風機等配件的特點,傳統壁掛爐的設計壽命一般是15年,實際使用根據水質及具體使用情況,一般在8~10年左右。

★ 天然氣燃燒后的煙氣中,含有大量的氮氧化物,據了解,一般情況下這類燃燒廢氣中有害物氮氧化物含量為150mg/kWh~200mg/kWh、一氧化碳含量為120mg/kWh~200mg/kWh,這些污染物會對大氣造成不利的影響。

什么是冷凝壁掛爐?

       冷凝壁掛爐能夠將排煙溫度降低到露點溫度之下,一方面要求換熱器吸熱能力強,能夠將水溫降到更低,另一方面要確保冷凝水不能損壞換熱器或者燃燒器,因此冷凝爐的結構和材質與普通壁掛爐有很大的差異。

       從圖3的冷凝壁掛爐結構圖可以看出,其使用的換熱器和燃燒器,與常規壁掛爐有很大不同。冷凝壁掛爐的燃燒室是一個密封的結構,燃燒器處于中間位置,這樣一來,產生的冷凝水從下面流出,不會造成燃燒器的損壞。此外,為了提高燃燒效率,圖3所展示的冷凝爐所采用的“全預混燃燒”技術,就是在燃燒之前將燃氣和需要的空氣混合好,而不是讓燃氣在燃燒時與空氣混合,這樣在燃燒的時候會實現瞬間燃燒,表面只有藍色的、很短的火苗,幾乎看不到普通燃氣燃燒中的黃色火焰,且熱量更多以輻射熱的形式傳遞出去。

圖3 冷凝壁掛爐結構圖

       在冷凝壁掛爐中,高效的換熱結構能夠將煙氣冷卻到40℃后進行排放,這樣煙氣中的水蒸氣也會成為凝結水,并釋放出汽化潛熱讓水帶走,排煙溫度低加上汽化潛熱的吸收使得冷凝壁掛爐效率可達到109%,幾乎比常規爐高20%。

按道理來說,燃氣壁掛爐就算將燃燒的熱量全部利用起來也不過100%,怎么可能超出100%呢?

       這個問題是對的,一個燃燒設備不可能產生多余的熱量,出現這種現象的原因在于我們對燃燒效率的標定方式。

大家都知道,燃氣壁掛爐效率的定義公式是:

η=Q1/B×QDWy×100(%)

即效率=鍋爐有效利用熱÷輸入鍋爐的熱量的百分數。

       公式中,Q1表示鍋爐有效熱,B表示燃料的消耗量,QDWy表示燃料的應用低位發熱量,其中Q表示燃料的發熱量。

       燃料發熱量有高位和低位之分,高位發熱量是指燃料完全燃燒釋放出的全部熱量,此熱量包括了燃料燃燒后所產生的水蒸氣所含有的熱量;燃料低位發熱量是高位發熱量扣除燃料中的水分汽化潛熱而得到。

       導致冷凝爐效率高于100%的原因為我們標定效率時是用天然氣的低位發熱值標定的,以天然氣為例,其高位發熱值約為低位發熱值的111%,當以高位發熱值做到效率接近100%的時候,低位發熱值最高理論效率約111%,這也是冷凝爐效率高于100%的原因。

       下圖可以比較兩者產生效率差異的原因。

圖4 效率差異對比圖

       隨著壁掛爐零售市場的發展與壯大,冷凝爐其節能優勢及氮氧化物排放低響應國家節能政策的號召,將受到更多用戶的青睞!

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