冷凝式燃气壁挂炉节能特点及应用分析

杨 阳王 刚周星岚汤 松（.湖南理工职业技术学院 管理工程学院，湖南 湘潭；. 中机国际工程设计研究院有限责任公司燃气所，湖南 长沙）

冷凝式燃气壁挂炉节能特点及应用分析

杨 阳1王 刚2周星岚1汤 松2
（1.湖南理工职业技术学院 管理工程学院，湖南 湘潭；2. 中机国际工程设计研究院有限责任公司燃气所，湖南 长沙）

随着城市燃气管网建设的逐步完善，燃气壁挂炉的使用愈发广泛，本文对冷凝式壁挂炉与普通壁挂炉进行了对比分析，阐述了冷凝换热器研究的难点问题，最后介绍了冷凝式壁挂炉与地暖结合的推广应用方式。

冷凝式燃气壁挂炉；冷凝换热器；全预混燃烧；地板辐射采暖

引言

随着我国天然气的广泛使用，人类环保意识的不断加强，在使用燃气壁挂炉时，其消耗的能源成本以及废气的排放问题成为制约燃气壁挂炉推广的重大原因。因此，提高燃气壁挂炉的燃烧热效率及降低有害烟气的排放是家用燃气壁挂炉目前主要的研究方向。冷凝式壁挂炉则是解决该问题的方法之一。

1.冷凝式壁挂炉与普通壁挂炉比较

普通式壁挂炉和冷凝式壁挂炉的结构和性能均有所不同。普通壁挂炉内部结构主要包括比例调节阀、燃烧室、排烟风机、密闭式膨胀水箱、板式换热器等部件。在燃气壁挂炉正常工作情况下，比例调节阀调节燃气量与风机吸入的空气量，这个空燃比对于燃气壁挂炉的燃烧效率的影响至关重要。选择合适的空燃比能够使燃气壁挂炉的燃烧热效率得到大幅度提高，完全燃烧也会使碳氧化物的含量明显降低。普通壁挂炉的进风量不能依据实际情况进行自主调节，较高的过量空气系数在部分负荷情况下，造成由烟气带走的热损失提高。普通燃气壁挂炉的排烟温度达到了 120℃，通过废气所带走的热量损失是巨大的。在满负荷的情况下，国产普通壁挂炉的热效率不高于90%，在工作工况下一般为85%。其冷凝换热器一般采用铜加铝翅片的形式。可见普通壁挂炉其技术含量并不高，所使用的材料也是比较低廉，但其销售价格符合大众水平。就目前来说，因其技术及价格原因，国内绝大部分家庭使用的是普通的燃气壁挂炉。

冷凝式壁挂炉是基于普通燃气壁挂炉研发出的新一代产品，其通过回收烟气中的水蒸气潜热提高燃烧热效率，热效率能够达到106%～111%，并且可以减少10%的氮氧化物和碳氧化物的排放。我国在冷凝式壁挂炉方面尚未出台统一标准，但是欧洲国家已经具备了成熟的技术。目前在欧盟国家冷凝式壁挂炉已经得到了广泛使用。

冷凝式壁挂炉的设计关键主要集中在全预混燃烧、传统换热器和冷凝换热器一体化结构研究以及空燃比的无级调节。其中全预混燃烧是指可以达到完全燃烧的混合比；通过冷凝换热器将烟气中的余热回收利用，并使水蒸气冷凝，对其潜热进行利用。冷凝式燃气壁挂炉的排烟温度可以从120℃降低至 40℃左右，燃烧热效率大于100%，最高可达 110%。

表 1 普通燃气壁挂炉与冷凝式燃气壁挂炉特点对比

2.冷凝式壁挂炉研究难点

2.1 冷凝换热器材料

通过增加二次换热器，普通燃气热水器能够获得烟气中的冷凝热，但是对于普通燃气热水器，其换热器的防腐蚀性能并不高。但冷凝式壁挂炉在采暖季节每天工作十个小时以上，大量的烟气、冷凝水对换热器的腐蚀性增强数倍。原本的冷凝换热器满足不了防腐要求。就目前研究来说，不锈钢和铸硅铝作为冷凝换热器的材料较为合适，但为了满足换热量的要求，同时受限于材料性能和加工工艺的水平，此种材料换热器体积较大，这又与冷凝换热器集成系统要求换热器体积小相互矛盾。因此目前冷凝换热器的选择的材料主要是不锈钢波纹管，其壁薄、容易成型并且耐腐蚀性强。

2.2 全预混燃烧方式

全预混燃烧是指在着火前燃气和空气首先按一定比例进行均匀混合，进入燃烧器瞬间燃烧完毕，将不再有空气进入燃烧区域。这种全预混燃烧模式具有高强度容积热以及低污染物排放的特点。

在开发全预混壁挂炉时，空燃比在全预混壁挂炉出厂前，生产厂家一般提前设置为1.2，用户在进行使用的过程中是不能进行自主调节。提前设置的空燃比只适用于所设定的气源，一旦气源发生变化，燃气的成分将改变，同时燃气相关的指标包括热值、密度、燃烧状况等均发生变化，相应的最合理空燃比将与出厂前的设定值产生偏差，在全预混燃烧的过程中将达不到最佳燃烧热效率，甚至可能出现点火噪声大、燃烧噪声大、CO 排放量升高等等异常情况 。由于各个城市地区的气源种类差异大，每个城市的气源也是不稳定的，全预混壁挂炉的预先设定空燃比是其一大弊端。因此，全预混燃气壁挂炉实现空燃比的无级调节是燃气壁挂炉要解决的一个重大难题。

3.冷凝式壁挂炉与地暖结合应用

低温热水地板辐射采暖是较为舒适和节能的系统，其通过辐射换热以及自然对流换热实现对室内温度的控制。冷凝式壁挂炉通过分集水器将40～60℃的采暖热水输送至敷设于地板下的盘管中。在采暖盘管中不断循环的热水，通过辐射和对流加热地面，热气流从地板逐渐上升，室内温度梯度较为合理，满足人体热舒适性要求，同时热量主要聚集在人体所需高度范围内，能源利用效率获得提高。

散热器采暖通过高温对流散热，人体热舒适性差，同时普通散热器的室内设计温度需要比地板采暖高2℃。冷凝式壁挂炉结合地板辐射采暖系统相比于非冷凝式燃气壁挂炉与普通散热器的结合效率高30%以上。冷凝式壁挂炉与地板采暖系统的结合是个性采暖发展的趋势，在夏热冬冷的南方地区有较大的推广空间。

结语

冷凝式燃气壁挂炉燃烧热效率、环保性能明显优于普通燃气壁挂炉，目前冷凝式壁挂炉的全预混燃烧方式空燃比的确定，冷凝换热器与显热换热器的集成研究，以及换热器材料的防腐性能都是研究的重点方向。冷凝式壁挂炉与地板辐射采暖系统的结合推广空间极大。从节能性、环保性上来看，冷凝式壁挂炉均有很大的发展空间，具备巨大的推广使用价值。

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1007-6344（2016）04-0103-01

湖南理工职业技术学院院级重大招标课题（课题编号：Lgy15zb002）