摘要：简要介绍中小型商用燃气锅炉的采暖系统应用设计要求，包括锅炉、辅助设备的选型，以及系统连接方案，建议在水质情况不良的地区，采暖系统应尽量采用间接连接方案。

关键词：燃气  商用锅炉  辅助设备  采暖  系统  设计  直接连接  间接连接

1 引言

随着国家环保、节能政策的强势推进，作为在建筑供热方面有显著节能效果的冷凝式壁挂炉越来越受到市场的青睐，而中小型商用冷凝式燃气锅炉逐步替代中小型燃煤燃油锅炉，是中小型商业供暖领域的发展方向之一。中小型商用燃气锅炉典型的类型，是以铸铝式冷凝热交换器为基础开发的封闭式全预混燃烧模块化锅炉，主要适用于采用独立供暖的大面积住宅、别墅、酒店、商务会所、医院等中小型服务型和商务型采暖领域。功率较大的商用锅炉应用于较大面积的供暖场所，与家用锅炉的应用条件有一些明显的差异，本文简要讨论中小型商用燃气锅炉在采暖系统应用的主要技术措施。

2 锅炉选型

作为热源主机，燃气锅炉的选型主要依据为采暖系统的热负荷。采暖系统计算较为复杂，而实际使用情况也是千变万化，实际上难以精确计算，在民用建筑采暖设计方案和初步设计阶段中，按建筑的使用功能粗略估算采暖系统设计热负荷是常用的方法。其采暖热负荷可按下列方法估算：

                 Q=q_f F                  ①

式中: Q—总热负荷，W；

F—总建筑面积，m²；

qf—单位面积热指标，W/m²；Qg的大小可由表1查出。

在选型时，应选择功率Qg须略大于采暖热负荷Q的燃气锅炉。

3 辅助设备选型

由于商用燃气锅炉应用条件较为复杂多样，所以一般情况下锅炉内未配备循环泵、膨胀水箱、安全阀以及板式换热器，需要安装时另外配备。这些辅助设备的选型合理与否，对系统的造价以及运行经济性有重要影响。

3.1 循环泵选型

由于系统中管道，设备等流动过程中对水产生阻力，为克服这些阻力，则必须配备合适的循环泵。循环泵是驱动热水在采暖系统中流动的设备，在完成采暖系统水力计算后，可进行循环泵的计算和选择。

1）流量

循环水系统最大设计流量G，可按下式计算：

                       ②  

式中：Q—管段的热负荷，W；

tg—系统的设计供水温度，℃；

th—系统的设计回水温度，℃。

循环泵的流量，即系统的设计流量，并考虑一定的附加值。

                             ③

式中：—循环泵流量，m³/h；

G—系统设计流量，m³/h。

2）扬程

循环泵的扬程应不小于采暖系统在设计流量下，热源、最不利循环管路、末端设备的总阻力之和，并考虑一定的附加值。

                             ④

式中：—循环泵扬程，m；

H—系统总阻力，m。

循环泵是在闭合的环路中工作，它所需的扬程，仅取决于闭合环路的总压力降，而与建筑物高度和地形无关。

3.2 膨胀水箱

闭式膨胀水箱的选型主要是确定膨胀水箱的容积。膨胀水箱的容积与以下参数有关：系统容水量、系统运行温度、系统安全法整定压力（最高工作压力）、膨胀水箱的预充气压力。

膨胀水箱的容积Vexp可用下式计算：

                           ⑤

式中：V—系统总容量，kg；

u1—系统最高工作温度时水的容重，l/kg；

u2—系统最低工作温度时水的容重，l/kg；

Pp—膨胀水箱预充气压力（绝对压力），MPa；

Pmax—系统安全阀整定压力（绝对压力），MPa。

3.3 安全阀

安全阀在管路中，当介质工作压力超过规定数值时，阀门便自动开启，排放出多余介质；而当工作压力恢复到规定值时，又自动关闭。

安全阀的开启压力按表2规定进行整定

表2 安全阀开启压力整定值

3.4 换热器选型

市场上普遍使用的有管壳式换热器和板式换热器，在实际设计选型中，需要考虑的是在尽可能小的换热面积下，有尽可能大的换热量，以及较低的设备造价及施工费；另外，在操作运行及维护清洗较方便也是换热器的设计选型需要考虑的问题。

管壳式换热器是由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力降条件下，板式换热器传热系数比管式换热器高3～5倍，热回收率可高达90%以上；实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5～1/8；管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右；采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%～60%；板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。

对于中小型商用燃气锅炉的应用，建议选择板式换热器。在系统中通常用板式换热器来制备生活热水，或将系统分割成一次与二次水系统。在选型时需进行优化设计计算，根据给定热负荷、给定温度、给定允许压力降，计算出最优参数，选择最合适的板式换热器型号。由于计算的复杂性，建议由生产厂家提供快速选型表格，便于快速选型。

4 系统接连方案

在采暖系统中，商用燃气锅炉作为热源与采暖系统的配置需在进行正确合适地配置辅助设备后可分为直接连接和间接连接两种配置方案。

4.1 直接连接

直接连接是指商用燃气锅炉产生的热水通过简便的管网直接供给用户，在用户与锅炉之间形成闭路循环，从商用燃气锅炉出来的供暖循环水直接供给采暖系统中的散热设备（如散热器、地板采暖加热盘管）向室内传递热量。

 商用燃气锅炉与采暖系统的直接连接配置中,循环水与商用燃气锅炉中的铸铝式换热器是直接接触的。水质对于锅炉的安全运行和运行经济性影响重大。由于目前在锅炉应用领域，只有少数的锅炉在运行中用到进行过水处理后达到锅炉运行水质要求的循环水。我国水质情况从北到南，水质是从硬到软。北方的水质较硬，钙镁离子及水垢含量多，在南方比北方的水相对要软，但是杂质比较多。当水加热时，水中的钙（Ca2+）、镁（Mg2+）、铁（Fe2+）等与水中的碳酸根（CO32-）、硅酸根（SiO32-）、氢氧根（OH-）等迅速结合，使之产生碳酸钙（CaCO3）、碳酸镁（MgCO3）等水垢，并牢牢地附着在换热器及管道等设备的内壁。有关数据显示：在锅炉定期检验中发现结垢达到1mm～2mm的比比皆是，严重的甚至达到了5mm以上。水垢的导热系数只有钢材的几十分之一，当受热面结垢后会使传热热阻增大，锅炉受热面的传热性能变差，燃气燃烧后所放出的热量不能有效地传递给锅炉内的循环水中。为了保持提供足够的热量，则必须提高锅炉出力，提高火侧的温度，但结果则会导致大量的热量被烟气带走，造成排烟温度升高，排烟热损失增加，锅炉的热效率降低。主换热器在火焰的高温下也容易损坏，从而缩短锅炉水循环系统设备的使用寿命。由于锅炉的工作压力不同，水垢的类型及厚度不同，所浪费的燃气量也不同。根据大量的试验和计算，基本得出水垢的厚度和损耗燃气有如下比例：当水垢厚度为1mm时，浪费燃气3%～5%； 厚度为3mm时，浪费燃气5%～10%。较差的水质不仅会使锅炉造成结垢降低效率甚至引起爆炸，对采暖管网和散热设备的损害也是非常大的。随着附着在换热器内壁上的水垢不断加厚，换热器管径便会越来越细，水流不畅，还会增加循环泵的负担。
由于采用直接连接，与锅炉连接的管网较长，这就会使得空气中的氧气、污物通过各管段及设备的连接处渗入到系统循环水中的机会增大。溶解有氧和污物的循环水通过管网输送，进入到燃气锅炉中，这样导致锅炉内换热器的被腐蚀和污物淤积，直接影响锅炉使用性能、造成锅炉故障及缩短锅炉使用寿命。

4.2 间接连接

间接连接是指商用燃气锅炉与输配管网之间通过换热器（如板式换热器、盘管式换热器）传递热量，水系统分为一次水循环回路（初级，锅炉与换热器之间）和二次水循环回路（次级，换热器与用户之间），通过一次循环回路加热二次循环回路，由二次循环回路供给散热设备向室内传递热量。

直接连接配置只需配备1套辅助配件，而间接连接的配置不仅需增加1套辅助配件，还需配套板式换热器或其它型式的换热器和增加其他相应阀件，并且由于系统的多样性和复杂性，若在辅助设备的选型上存在问题，无疑增加用户不必要的购置费用，显然不符合用户的利益。

在系统可靠性方面，间接连接的优势是显而易见的。当系统采用间接连接方案时，只对锅炉与换热器之间的一次循环回路中的水进行水处理，可不对二次循环回路的水进行水处理。由于一次循环水系统管网较短，其中的容水量也相应减少，降低了系统对药剂的需求；连接处的减少，降低了空气中的氧和污物渗入系统中的机率，从而有效地减少含氧循环水对锅炉换热器的腐蚀和避免污物在锅炉内部的淤积。实践证明，在水质较差的地区，采用此方案可以有效减少锅炉运行过程的故障率。

当间接连接配置系统中任何一侧出现问题时，可以不影响另外一侧的情况下进行维护保养工作。当锅炉出现问题时，只需排空一次循环回路中的进行过水处理的水，这个量相对于直接连接配置系统来说是比较小的。排除问题之后，补充水处理过的水的量也小。当容易出现问题的二次循环回路中的设备需要进行维护时，只需对这侧水进行排空，而无须排掉水处理过的水，减掉重新运行时再次加药剂对系统进行水处理的费用和麻烦。

4.3 技术经济性对比

虽然直接连接和间接连接方案的最终目的，都是为了提供足够的热量使温度维持室内舒适稳定的范围内，但是，运行经济性是有差异的，以某企业生产的60kW商用锅炉的应用条件为例，对这两种配置方案进行运行经济性对比，如表3所示。按两种连接配置水处理时所需加的药剂量费用相同计算，实际是间接连接药剂费比直接连接要少得多。表3数据显示，间接连接比直接连接最后可为用户节省6210元，换言之，采用间接连接比直接连接的经济性更佳，而且，若按每年结垢厚度递增计算，则节省的费用将会更多。

5 结论

中小型商用燃气锅炉容量较大，适用的采暖面积也较大，采暖系统的配置相应较为复杂多样，需要通过合理的系统设计，以充分发挥商用燃气锅炉的性能；商用燃气锅炉通常未如家用壁挂炉产品自身配备循环泵、膨胀水箱和安全阀，所以需要在系统设计时另外配备，合理配备是采暖系统设计的重要内容；同时，水质问题是不仅影响采暖系统的可靠运行，而且对系统运行技术经济性都有重要的影响，由于商用锅炉主要是在北方地区使用，水质因素导致采用间接连接方案在技术经济性方面优于采用直接连接方案。

参考文献（略）