全预混壁挂炉保养预警设计及应用探讨

钟家淞

（广东万和新电气股份有限公司 佛山 528325）

引言

随着全预混壁挂炉在中国市场的推广和普及，全预混壁挂炉在中国市场销量逐年递增，然而由于国内环境空气质量较差，全预混壁挂炉出现了不同程度的换热器堵塞现象，严重影响其使用寿命。对全预混壁挂炉进行定期的维护保养，才能确保全预混壁挂炉处于优越的工况下运行，保证其充分燃烧及高效换热的性能，然而其维护保养的时间不确定性，对用户和售后带来了很大的困扰，用户不确定何时该进行维护保养，待全预混壁挂炉报故障时堵塞程度已经较为严重。经过验证，通过在全预混壁挂炉燃气进口增加燃气过滤器以及在全预混壁挂炉进风通道增加空气过滤器的方式，能有效减少燃烧产物的堆积，减少换热器的堵塞，延长保养周期。本文提出一种监控全预混壁挂炉运行情况的方案设计探讨，通过采集数据设置对其进行保养预警提醒，及时告知用户需对全预混壁挂炉进行维护保养，确保其优越的工作性能，以延长全预混壁挂炉的使用寿命。

1 带空气过滤器的全预混壁挂炉设计

全预混壁挂炉，采用全预混燃烧方式，燃气燃烧前在预混腔与空气进行充分混合，达到充分燃烧的效果，产生高温烟气，经过换热器的换热冷凝，并低温排出，从而使流经换热器的水升温，提供热水用于供暖或洗浴用。根据国家标准要求，壁挂炉内部设有气流监控装置。通过风压传感器或风压开关检测风机运行产生的风压，当空气供应或燃烧烟气出现异常情况时，使壁挂炉能安全关闭；同时，壁挂炉设有安全限温装置，防止烟温、水温大于预设值而使壁挂炉安全关闭。

空气过滤器在空调上得到广泛的应用，是空调净化系统的核心设备。空气过滤器会对空气形成阻力，而且随着积尘的增加，其阻力也会增大。当空气过滤器阻力过高时，其通风量将会降低，当空气过滤器阻力增大到某一规定值时，空气过滤器将报废。可将空气过滤器设置在全预混壁挂炉的进风通道上，对参与燃烧的空气进行前期过滤，减少空气中杂质对换热器造成堵塞，延长全预混壁挂炉的维护保养周期。

根据空气过滤器的过滤等级以及其终阻力设计参数，本方案将空气过滤器设计为平板式结构，选用G4等级的初效过滤器，过滤粒径5.0 um的颗粒，结构设计原理如图1所示。

如图1所示，将空气过滤器设计为平板式，设置在全预混壁挂炉内部的顶端，处于进风通道，此方案过滤面积接近于全预混壁挂炉截面大小，过滤面积大，容尘率高且不易堵塞，使用寿命长且不影响美观度，但更换空气过滤器需拆下全预混壁挂炉外壳。另外，可利用全预混壁挂炉所使用的气流监控装置和安全限温装置，来监控其运行情况，即通过风压传感器检测进排风通道是否堵塞，通过烟温传感器检测排烟温度是否异常来判断换热器换热效率是否正常，并进行保养预警。

2 保养预警条件分析

2.1 空气过滤器堵塞分析

根据上述分析，以一台额定输入功率30 kW的全预混壁挂炉进行模拟试验，因排烟通道的限制，将平板型的空气过滤器设计为左右两块，两块之间通过连接板连接，方便拆装和维护。空气过滤器实物效果如图2所示，装机效果如图3所示。

现通过贴胶带的方式，模拟空气过滤器堵塞，对比不同长度烟管（1 m和3 m）使用状态下，风压值变化。堵塞过程如图4所示，堵塞过程风压变化如图5所示。

图1 结构设计原理

图2 空气过滤器实物效果

图3 空气过滤器装机效果

由图5测试数据可知，空气过滤器堵塞过程中，风压传感器检测的风压值逐渐增大，堵塞面积越大，风压值变化越明显。因此，程序上将设置保养预警风压值范围为285～310 Pa，风压上限值设置为310 Pa，即可在过滤器完全堵塞之前，提醒用户对过滤器进行维护清洗或更换，预留时间供用户预约售后人员上门维护保养，维护保养前壁挂炉依旧可以正常使用；而当风压值超过310 Pa时，全预混壁挂炉启动安全保护，停机熄火。

2.2 排风口堵塞分析

根据国家标准《GB 25034-2010燃气采暖热水炉》要求，按照给、排气压力检测方法，采用降低风机供电电压的方法，模拟排烟口堵塞过程的风压值变化。同样，采用上述全预混壁挂炉，使其维持在最大转速6 200 r/min下运行，并逐步将风机供电电压降低，测试风压值变化和功率变化，风压值及功率数据如表1所示，降电压过程风压值变化如图6所示。

由表1和图6可知，随着风机供电电压的逐步降低，全预混壁挂炉功率也随之降低，风压值也逐步降低，当供电电压达到110 V时，风机启动保护并停止运转，此时全预混壁挂炉熄火。综合上述分析，程序上可将设置保养提醒风压值设为100～170 Pa，风压保护下限值设置为100 Pa，即可在排烟受到部分堵塞时，提醒用户对换热器进行维护保养，预留时间供用户预约售后人员上门维护保养，此时全预混壁挂炉依然可以正常使用，而当风压值低于100 Pa时，全预混壁挂炉启动安全保护，停机熄火。

2.3 排烟温度异常保护分析

全预混壁挂炉运行过程中，换热器盘管间隙容易受燃烧产物堵塞，同时供暖循环系统管路中，水垢容易在换热器管路内壁堆积，造成换热器换热效率下降，高温烟气的热量无法及时传给供暖水，导致烟气温度偏高。

本文所使用全预混壁挂炉，采用规格为30 kW的不锈钢盘管换热器，按照国家标准测试能效的方法，设置供暖回水温度为60 ℃，出水温度为80 ℃，使壁挂炉处于最大功率运行，通过图1所提到的烟气温度传感器，测试壁挂炉所产生的烟气温度；同时，使壁挂炉功率达到额定功率的1.1倍，并采用同样的方法测试烟气温度。烟气温度测试数据如表2所示。

图4 堵塞过程

图5 堵塞过程风压变化

表1 风压值及功率数据

图6 降电压过程风压值变化

由表2可知，壁挂炉正常工作时，烟气温度≤85 ℃，而壁挂炉出现换热异常时，烟气温度有所上升，根据经验，壁挂炉烟气温度安全保护值设置为95 ℃。因此，程序上可将烟气温度保养提醒值设置为90～95 ℃，及时提醒用户对换热器盘管间隙进行保养或对供暖系统进行清洗，烟气温度＞95 ℃时，壁挂炉启动安全保护，停机熄火。

表2 烟气温度测试数据

3 总结

综上分析，在将空气过滤器应用在全预混壁挂炉上的基础上，通过对全预混壁挂炉使用过程中的风压、烟温进行监控，在堵塞条件下进行测试和分析，设置壁挂炉对堵塞过程的判断并进行保养预警的程序，使全预混壁挂炉能判断是否处于异常工作状态，对其“亚健康”工况进行保养预警，及时提醒用户进行维护保养，及时预约售后维护人员上门维护保养，以确保壁挂炉的高性能运行，对延长全预混壁挂炉的使用寿命有着重要的意义。