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2018-07-18 14:42:59　  來源: 《暖通空調》第E13期   人氣：1821

1 國內冷凝壁掛爐現狀

目前國內冷凝壁掛爐按燃燒方式分主要分為全預混冷凝壁掛爐和煙氣回收型冷凝壁掛爐，由于歐洲等發達國家全預混冷凝壁掛爐已經成為主流機型，國內大部分生產廠家都認定歐洲壁掛爐的發展方式和結果是中國壁掛爐發展的向導。因此國內在全預混冷凝壁掛爐上大力投入和研發，一系列全預混冷凝壁掛爐以各大品牌核心技術的姿態登上市場舞臺，但在幾年的市場試探后發現：全預混冷凝壁掛爐在國內卻不怎么受歡迎。消費者使用一段時間后發現漏水、噪音、堵塞等問題，其穩定性還不如常規壁掛爐。于是消費者將目光轉向原裝進口全預混冷凝壁掛爐，但是一段時間后也發現在歐洲使用得很好的原裝進口全預混冷凝壁掛爐在國內卻出現“水土不服”現象，與國內的全預混冷凝壁掛爐一樣出現相同的質量問題。

2 兩種結構的冷凝壁掛爐的工作原理

2.1 全預混冷凝壁掛爐的工作原理

全預混冷凝壁掛爐結構原理圖如圖1所示，燃氣經過比例閥后進入預混腔與空氣混合（前預混），混合后的混合氣體由風機鼓入燃燒器燃燒，燃燒后的高溫煙氣經過熱交換器快速換熱、冷凝，剩余的廢氣由煙管排出。

水路閉路系統由水泵提供原動力，經由外部散熱末端或板式換熱器后的低溫水流進入水泵，水泵提供動力后將水壓入熱交換器進行換熱，最后流回到散熱末端或板式換熱器，如此循環、連續換熱。

由于全預混燃燒壁掛爐在燃氣燃燒前就已經將燃氣與空氣充分混合且燃燒的速度非常快，因此預混的燃氣與空氣的比例必須由控制系統精確控制，并且預混的比例是由控制系統預設的，其燃氣的量是根據預混腔的壓力變化即風機的轉速控制的，空氣量發生變化燃氣量會根據控制系統預設的比例自動調整燃氣的量。但是由于燃氣熱值的變化需要更多或更少的空氣量時，此時的控制系統是無法分辨的，其空氣量仍然按預設燃氣熱值所需要的空氣進行匹配燃燒。

2.2 煙氣回收型冷凝壁掛爐的工作原理

回收型冷凝壁掛爐結構原理圖如圖2所示，其基本構架是在普通壁掛爐上增加了一個煙氣回收冷凝裝置，其燃燒和一次換熱與常規大氣式燃燒壁掛爐沒有太大差異。其燃氣通過比例閥調節后進入大氣式燃燒器進行部分預混式燃燒，火焰呈淡藍色。燃燒后的高溫煙氣經過無氧銅主熱交快速進行一次換熱，一次排放130℃左右的煙氣進入二級冷凝熱交換器進行二次換熱，換熱后煙溫可降至65℃左右（當回水溫度較低時，排煙溫度還會進一步下降），然后排出室外。

煙氣回收型冷凝壁掛爐的水路系統與全預混冷凝壁掛爐的水路系統沒有太大差異，其工作原理相同在此不再贅述。

由于大氣式燃燒器的空氣與燃氣的配比是由燃燒器的結構控制的，其配置比例不受控制系統的影響。這種傳統經典的引射式燃燒器對燃氣的熱值、壓力等具有自適應匹配性，其過剩空氣系數的控制比全預混燃燒的要高。

3 兩種結構的冷凝壁掛爐在國內的適應性探討

3.1 對氣源的適應性

(1) 全預混冷凝壁掛爐對國內氣源的適應性

由全預混冷凝壁掛爐的控制原理可知：全預混燃燒的燃氣與空氣的配比是由控制系統預設的，其匹配的最后步驟是安裝人員到用戶家中根據用戶當時的燃氣性質和煙氣排放的參數進行匹配，其匹配的原始依據是燃氣的熱值。

眾所周知，我國大部分地區特別是北方地區的燃氣壓力和熱值是不穩定的，在采暖季節燃氣成分和熱值都會產生較大波動，當燃氣熱值偏高時CO排放顯著升高，更重要的是燃燒不充分的狀態下將會在熱交換器的表面產生積碳效應，積碳會使熱交換效率下降，加上冷凝水的作用熱交換器的耐腐蝕性能也會有所下降，全預混燃燒火焰短、溫度高再加上燃氣中有部分硫化物將會大大加速熱交換的腐蝕速度，因此用戶使用一段時間后出現熱交換器漏水、煙道堵塞等質量問題。當燃氣熱值偏低時，燃氣中可能混有部分空氣（氣站壓力不足），其燃燒配比逐漸向天然氣爆炸極限（天然氣與空氣體積比5%～15%）靠近，壁掛爐同樣不會處于正常燃燒狀態，產生爆燃等燃燒噪音。

因此全預混冷凝壁掛爐的燃燒對氣質成分要求較高，在歐洲其管路、設備、氣質成分等都遠遠優于國內水平，所以在歐洲全預混壁掛爐的能效、排放等指標能達到實驗室設計水平，更重要的是使用穩定性和壽命也都能達到設計時的要求。就在上述條件都滿足的情況下售后服務系統還會對全預混壁掛爐的熱交換器中的雜質（主要是積碳和熱交換器被腐蝕后的殘留物質）等進行定期維護、清理。

    在國內氣源條件、售后服務系統跟不上的情況下原裝進口全預混冷凝壁掛爐才會出現“水土不服”的現象。

(2) 煙氣回收型冷凝壁掛爐對國內氣源的適應性

在國內普通大氣式燃燒壁掛爐市場保有量在500萬臺以上，其使用性能和可靠性已經得到市場和廣大消費者的認可。由煙氣回收型冷凝壁掛爐結構原理圖可知：其燃燒系統與普通壁掛爐是一模一樣的，其大氣式燃燒器對氣源熱值、壓力變化有很強的適應性，其空氣系數控制得比較高（a=1.8左右），當燃氣熱值發生波動時燃燒器的一次與二次空氣系數會自動匹配使燃燒始終處于正常燃燒狀態。

3.2 壽命分析

(1) 材料及溫度

全預混冷凝壁掛爐的壽命瓶頸仍然在冷凝熱交換器，其材料主要有不銹鋼和鋁材，不銹鋼的導熱系數很低，在熱流傳遞方向上的溫度梯度值較大。全預混冷凝熱交換器內表面多為光管、光滑表面，在材料的厚度方向上溫度由上千度高溫瞬間下降到100℃左右的溫度，其熱脹冷縮疲勞強度很大，對材料的壽命有一定影響。而承受大疲勞強度這一部分材料還要對水路側起到密封作用，因此一旦發生疲勞、腐蝕就很容易漏水。鋁材的導熱系數較高，熱不均勻性要好得多，但鋁材本身的材料防腐性能又不如不銹鋼，因此做冷凝熱交換器其壽命還不如不銹鋼壽命長。

煙氣回收型冷凝壁掛爐燃燒為大氣式燃燒，其燃燒溫度要低于全預混燃燒，一次主熱交換器的材料為無氧銅，其導熱系數遠遠高于不銹鋼和鋁材，因此在熱流傳遞方向上的溫度梯度值要遠低于全預混冷凝熱交換器，因此其熱脹冷縮疲勞強度相對較小。一次主熱交換器為管翅片結構，其熱流梯度最大的地方在翅片上，而翅片是不承擔水路密封作用的。假設在極端條件下翅片損壞，其一次主熱交換器也不會因漏水而無法使用。

然而無氧銅（即使在外層加了涂層）是不具有防腐性能的，因此國家標準明確規定普通壁掛爐的排煙溫度不得低于110℃，保證了一次熱交換處不會產生冷凝水。煙氣回收型冷凝壁掛爐在一次排煙之前的燃燒換熱系統與普通壁掛爐是相同的，因此其一次側的排煙溫度設定在130℃，這樣就有效地保護了一次主熱交換器的壽命。當130℃煙氣進入不銹鋼二級換熱器時水蒸氣開始冷凝，但其換熱強度、溫度、溫度的不均勻性等已經遠遠低于全預混冷凝熱交換器，因此其可靠性和壽命遠遠高于全預混冷凝熱交換器。圖3為全預混冷凝熱交換器內部光滑圓管結構，圖4為煙氣回收型一次熱交換器管翅片結構。