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后煤改气行业观察系列专题(二)∣技术之争:常规壁挂炉VS冷凝壁挂炉
暖小风      2020-09-16 16:02     来源:互联网     浏览量:32490

       “煤改气”的实施,可谓给暖通行业带来了一次跨越式增长的巨大契机。2017年,受政策红利影响,我国壁挂炉产销量一路狂飙,冲上550万台大关,增幅高达162%。另外据业内权威人士估算,目前为止国内壁挂炉整机生产能力已达1500万台套以上,零部件生产能力达2000万台套以上,已位居全球首位。

       随着“煤改气”项目的启动,许多企业将希望寄托于煤改气项目的实施。尽管市场因疫情影响发展不尽人意,但壁挂炉行业仍处于上升期,从此前的政策规划趋势来看,行业发展的方向还是明确的,“煤改气”不会突然停止。但从现阶段的招投标进程来看,今年壁挂炉市场规模很难超越2017-2018年。

       尽管数据显示“煤改气”仍是燃气壁挂炉市场的增长点,但是按照最初“2+26”城市“煤改气”政策的规划,2020年是该项目的收官之年。

       技术是第一生产力,后煤改气市场将打响燃气壁挂炉技术之争。接下来让我们对比一下常规壁挂炉和冷凝壁挂炉。

什么是常规壁挂炉?

       其实并没有一种产品叫常规壁挂炉,所谓的常规壁挂炉就是传统的壁挂炉,我们国家的标准叫法为燃气壁挂式快速采暖热水器,只是为了与后来出现的冷凝式壁挂炉进行区分,从而生生造出了一个说法——常规壁挂炉。

图1 常规壁挂炉工作原理示意图

       常规壁挂炉工作原理示意图如图1所示。具体的工作原理,简单来讲就是:

       燃气通过比例阀的调节进入燃烧室,同时,外部的空气通过平衡式烟道也进入了燃烧室,在点火电极作用下燃气燃烧,产生1500℃的高温火焰和辐射热量,通过上部的换热器加热水,这些热水作为采暖和生活热水之用。

       而经过换热器之后的热空气,还有190℃左右的温度,在平衡式烟道排烟的过程中,与管道外部的冷空气进行换热,其部分热量被冷空气吸收,提高了进水燃烧室的空气温度,最终大概会有140℃左右的烟气排到外面。

       从上面的描述可以看出,常规壁挂炉就是一种非常正常的燃烧设备,同时提供采暖和生活热水的功能,具有以下几个特点:

图2 常规壁挂炉结构图

★ 因为常规壁挂炉有一部分热量是被高温烟气带走的,并不能完全被热水吸收,通常燃气效率能够达到88%~92%。

★ 这种燃气在空气中燃烧的方式叫大气式燃烧,燃烧器的特点决定了常规壁挂炉调节热功率的范围大概在30%~100%,用户分户采暖时,当末端采暖面积小的时候功率过大,系统工作不节能,而在夏天洗浴时也可能导致水温过高或者不稳定。

★ 燃烧后的高温排气中,有大量化学反应产生的水蒸气,这些水蒸气一旦冷却到大气中的露点温度之下(一般在55℃左右),会凝结在换热器表面,产生结露现象,会腐蚀换热器,这些凝结水如果滴落在燃烧器上,也会导致燃烧器的腐蚀和损坏,为保证不出现结露现象,供回水温度不可过低。

★ 由于燃烧室、燃烧器、风机等配件的特点,传统壁挂炉的设计寿命一般是15年,实际使用根据水质及具体使用情况,一般在8~10年左右。

★ 天然气燃烧后的烟气中,含有大量的氮氧化物,据了解,一般情况下这类燃烧废气中有害物氮氧化物含量为150mg/kWh~200mg/kWh、一氧化碳含量为120mg/kWh~200mg/kWh,这些污染物会对大气造成不利的影响。

什么是冷凝壁挂炉?

       冷凝壁挂炉能够将排烟温度降低到露点温度之下,一方面要求换热器吸热能力强,能够将水温降到更低,另一方面要确保冷凝水不能损坏换热器或者燃烧器,因此冷凝炉的结构和材质与普通壁挂炉有很大的差异。

       从图3的冷凝壁挂炉结构图可以看出,其使用的换热器和燃烧器,与常规壁挂炉有很大不同。冷凝壁挂炉的燃烧室是一个密封的结构,燃烧器处于中间位置,这样一来,产生的冷凝水从下面流出,不会造成燃烧器的损坏。此外,为了提高燃烧效率,图3所展示的冷凝炉所采用的“全预混燃烧”技术,就是在燃烧之前将燃气和需要的空气混合好,而不是让燃气在燃烧时与空气混合,这样在燃烧的时候会实现瞬间燃烧,表面只有蓝色的、很短的火苗,几乎看不到普通燃气燃烧中的黄色火焰,且热量更多以辐射热的形式传递出去。

图3 冷凝壁挂炉结构图

       在冷凝壁挂炉中,高效的换热结构能够将烟气冷却到40℃后进行排放,这样烟气中的水蒸气也会成为凝结水,并释放出汽化潜热让水带走,排烟温度低加上汽化潜热的吸收使得冷凝壁挂炉效率可达到109%,几乎比常规炉高20%。

按道理来说,燃气壁挂炉就算将燃烧的热量全部利用起来也不过100%,怎么可能超出100%呢?

       这个问题是对的,一个燃烧设备不可能产生多余的热量,出现这种现象的原因在于我们对燃烧效率的标定方式。

大家都知道,燃气壁挂炉效率的定义公式是:

η=Q1/B×QDWy×100(%)

即效率=锅炉有效利用热÷输入锅炉的热量的百分数。

       公式中,Q1表示锅炉有效热,B表示燃料的消耗量,QDWy表示燃料的应用低位发热量,其中Q表示燃料的发热量。

       燃料发热量有高位和低位之分,高位发热量是指燃料完全燃烧释放出的全部热量,此热量包括了燃料燃烧后所产生的水蒸气所含有的热量;燃料低位发热量是高位发热量扣除燃料中的水分汽化潜热而得到。

       导致冷凝炉效率高于100%的原因为我们标定效率时是用天然气的低位发热值标定的,以天然气为例,其高位发热值约为低位发热值的111%,当以高位发热值做到效率接近100%的时候,低位发热值最高理论效率约111%,这也是冷凝炉效率高于100%的原因。

       下图可以比较两者产生效率差异的原因。

图4 效率差异对比图

       随着壁挂炉零售市场的发展与壮大,冷凝炉其节能优势及氮氧化物排放低响应国家节能政策的号召,将受到更多用户的青睐!

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