关于燃气真空锅炉供热技术的改进研究

李卫方

摘要 ：燃气真空锅炉是一种以天然气为燃料的新型供热设备，该设备具有占地小，操作简单，运行安全可靠等特点，是一种理想的小型供热系统，目前市场上所售产品以国外品牌居多，设备造价较高，所以只在部分领域得到一定应用。为了找出适合中国国情的发展方向，特结合燃气真空锅炉在实际运行管理中的经验，从工作原理、制造工艺、管理经验、运行参数、节能降耗措施等方面入手，对其进行了深入研究，并重点对蒸汽式换热和水浸式换热方式进行了分析。

关键词 ：燃气锅炉 真空度 换热效率 节能降耗

燃气真空锅炉是一套自动化控制程度很高的供热系统，在水、电、气基本条件具备的条件下可以开始工作，依靠众多的温度传感器、压力传感器，控制系统可以安全地控制系统运行，并且可以在真空度下降到一定数值时自动开启真空泵，始终保持负压室内的气压值符合运行要求。如果真空泵运行后仍不能使负压室的气压值达到要求，系统会在预设的某个气压值下自动停机。

一、燃气真空锅炉目前发展状况

1972年，瑞士的苏黎士理工大学创造了真空热水锅炉的基本原理。1975年日本TAKUMA公司据此原理开发出了真空热水锅炉，后来逐步在欧美等国家得到广泛应用，国内在80年代后期开始研制真空热水锅炉，但由于无法解决锅炉在密封的真空状态下水和铁发生电化学反应生成不相溶气体导致真空度不断下降的问题，一直未得到推广。2000年以后，国内的锅炉厂家开始生产燃气真空锅炉，主要有浙江力聚、内蒙古富士特 、河南银晨、苏州航星、常州上能等。

二、燃气真空锅炉的工作原理

燃气真空锅炉是利用水在不同的压力下，沸腾温度有所差异的特性来进行工作的。机组内用来换热的热媒水被封闭于气压值在-0.02Mpa以下的负压室内，当热媒水被加热到约93℃时，就会在水面产生相同温度的蒸汽。蒸汽通过管式热交换器把热能传递到管内的冷水，冷水被加热升温后会被循环到热水罐内存藏备用，而管外的水蒸汽则被冷凝成水滴滴回水面被重新加热，从而完成循环过程。

三、 燃气真空锅炉目前存在的优、缺点

1、优点：

①使用安全，寿命长： 锅炉在负压状态下低温运行，安全可靠，无膨胀爆炸的危险，换热器在密封环境中换热，换热过程不消耗热媒水，不产生水垢，锅炉使用寿命可达20年以上。

②安装简单，管理方便：用户安装使用真空热水锅炉不需要注册登记，安装后不必办理使用登记注册手续。使用后不需要年检，可实现全自动控制运行，无须专人值守。

③换热效率高，节能环保：锅炉结构紧凑，使用占地面积小；内置式换热器换热效率高；间接式加热，提供的热水水质清洁；燃烧器燃烧效率高，噪音、废气排放达到国家一类地区排放要求。

2、 缺点：

①提供的熱水温度较低：一般常压热水锅炉出的热水可以达到95度以上，而真空热水锅炉在负压下运行，产生的蒸汽温度一般在70～80度之间，得到的热水温度一般在60～70度之间。

②系统造价成本高：真空热水锅炉对炉体材料在抗压，抗老化方面有着特殊的要求，再加上需要配置进口燃烧器，高品质的真空泵及稳定可靠的控制系统，因此其锅炉价格相对来说要高很多。

③维护工作麻烦：维护工作主要体现在负压条件保障上，需要不断维持其真空环境，特别是真空泵的维护比较麻烦。

④使用燃气真空热水锅炉供暖，需配备专门的储水罐和循环泵。

四、 燃气真空锅炉的改进内容

1、控制系统扩展：

目前燃气锅炉的控制系统多数不具备远程控制功能，操作人员需要到锅炉房现场进行操作或巡视，不仅费时费力，而且也给操作人员带来了人身安全隐患。未来的控制系统将会设置远程通讯接口，将锅炉的各种温度参数、压力参数、工作状态等信号传到值班室监控电脑上，并执行监控电脑下达的各种指令，对相关设备进行操作。值班人员通过远程监控电脑即可了解锅炉的运行情况，对锅炉进行各种远程操作，如果再配合现场视频监控系统和报警系统，值班人员可完全实现远程操控锅炉的目的。

2、换热方式改进

目前的“水→汽→水”的换热方式在实际应用中有以下缺点：一是蒸汽遇冷凝结成水时会在金属换热器的表面形成一层水膜，随着凝结水的增多才会滴落。但是上层换热器上的凝结水首先会滴落到下层换热器上，然后再依次向下滴落直到最后落回蒸发室，凝结水滴落过程会吸收部分热量，从而降低蒸汽温度，而蒸汽需要首先加热附在换热器表面的水膜才能把热能置换到换热器内部的水中，从而导致换热效率下降，特别是在蒸汽量不足或者用水负荷过大时，该现象更为明显。二是蒸汽加热升温快，降温也快，燃烧器工作不久就会达到设定温度而停炉，然后随着温度的快速降低又重新启动，频繁的启动会造成燃气的浪费和相关设备寿命的严重缩短。

在一次检修试机工作时发现，当换热器有三分之一浸入热媒水中后，锅炉换热性能提高明显，锅炉启动到停机的间隔时间由原来的7～8分钟延长到2个小时左右，热水输出温度稳定提高3℃。可见换热器直接在水中加热可以明显改进燃气真空锅炉的换热效率和使用性能。考虑到热水供应的持续性和稳定性，热媒水的添加量应与一小时的热水使用量接近，并且不能超过换热室容积的2/3，这样才能保证正常的热水供应。此时维持换热室内的真空度不是为了低温产生蒸汽，而是使锅炉始终保持负压运行，提高锅炉安全运行系数。下图是两种换热方式的原理比较图。

3、分体生产、现场装配

现有燃气真空锅炉系统均为一体化设计思路，体积虽小但质量很大。一台出厂检验合格的锅炉在经过运输和安装之后仍然有可能出现不可预测的问题。如焊点开裂、炉体变形、仪表损坏等。为了解决以上问题，燃烧室、燃烧器、控制器、换热器和换热室应分体设计、生产和运输，在施工现场进行组装。热媒水采用工业用蒸馏水，在施工现场灌装。分体生产的零部件只要控制好加工精度，做好工厂测试，那么现场组装将不会对产品的质量有任何影响。

4、增加节能降耗设施

燃气真空锅炉工作时会产生大量高温废气（可高达300℃），如果不加以热量回收，直接排放到大气中去，就会造成热量的巨大浪费，同时也会对周围环境也产生不良影响，因此设置烟气热量回收装置不仅可以实现节能降耗的目的，同时也是对环境采取的一种有效保护措施。所以加装烟道换热器是首选。

烟道换热器的冷水进口和热水进口分别并接到锅炉换热器的回水口和出水口上，可利用热水管网中的循环泵的驱动压力实现水流在吸热盘管内的流动，从而实现热量的回收再利用。

五、总结

远程控制系统的配置可以实现天然气真空锅炉的远程操控功能，改善管理人员工作环境，降低人工成本和危险因素；水浸式换热方式解除了锅炉对真空度的依赖，缩小了锅炉体积，降低了运输、安装、维修维护难度，增加了锅炉换热效率，提高了热水出水温度和稳定度，延长了锅炉使用寿命；烟道换热器实现了热量回收再利用，降低了锅炉工作对外界环境的影响。因此，按照本文提出的改进思路生产出的燃气真空锅炉将非常适合在中国广大地区推广使用。