供暖系統(tǒng)（五）：冷凝壁掛爐與常規(guī)壁掛爐的區(qū)別及應(yīng)用 （上）

申國強(qiáng)

自2015年3月15日北京出臺(tái)規(guī)定，從2015年5月1日起，能效標(biāo)識(shí)二級(jí)的燃?xì)獗趻鞝t列入禁止使用的設(shè)備。一級(jí)能效要求效率達(dá)到94%以上，這樣一來市場(chǎng)上主流的常規(guī)壁掛爐基本很難達(dá)到要求，從而使得冷凝壁掛爐成為北京市場(chǎng)的幾乎唯一選擇。同樣從2015年1月1號(hào)開始，在歐盟地區(qū)二級(jí)能效的燃?xì)獗趻鞝t不允許再銷售，所有分戶供暖家庭將全部更新為更節(jié)能更環(huán)保的一級(jí)能效的冷凝式燃?xì)獗趻鞝t。

那么為什么北京及歐盟會(huì)強(qiáng)制推行價(jià)格更加高昂的冷凝壁掛爐，而淘汰“物美價(jià)廉”的常規(guī)爐呢？這兩種鍋爐有什么不同，如何更好發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)？本文分兩期為您一一道來。

什么是常規(guī)壁掛爐？

其實(shí)并沒有一種產(chǎn)品叫“常規(guī)壁掛爐”，所謂常規(guī)壁掛爐就是壁掛爐，我們國家的標(biāo)準(zhǔn)叫法為“燃?xì)獗趻焓娇焖俨膳療崴鳌?，只是為了與后來出現(xiàn)的“冷凝式壁掛爐”進(jìn)行區(qū)分，從而生造了一個(gè)說法“常規(guī)壁掛爐”。

作為一種歷史悠久的采暖設(shè)備，常規(guī)壁掛爐是1961年威能發(fā)明的，同時(shí)具備采暖和生活熱水功能的壁掛爐則是1967年威能發(fā)明的，沿用至今。

常規(guī)壁掛爐工作原理示意圖如圖1所示：燃?xì)馔ㄟ^比例閥的調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室，同時(shí)外部的空氣通過平衡式煙道也進(jìn)入燃燒室，點(diǎn)火電極作用下燃?xì)馊紵?，產(chǎn)生1500℃高溫的火焰和輻射熱量通過上部的換熱器加熱水，這些熱水作為采暖和生活熱水之用;經(jīng)過換熱器之后的熱空氣還有190℃左右的溫度，在平衡式排煙管排煙的過程中與管道外部的冷空氣進(jìn)行換熱，部分熱量被冷空氣吸收，提高了進(jìn)水燃燒室的空氣溫度，大概140℃左右的煙氣排到外面。

從上面的描述可以看出，壁掛爐就是一種非常正常的燃燒設(shè)備，同時(shí)提供采暖和生活熱水的功能，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.因?yàn)橐徊糠譄崃渴潜桓邷責(zé)煔鈳ё叩?，并不能完全被熱水吸收，通常燃?xì)庑誓軌蜻_(dá)到88%～92%。

2.這種燃?xì)庠诳諝庵腥紵姆绞浇写髿馐饺紵紵鞯奶攸c(diǎn)決定了常規(guī)壁掛爐調(diào)節(jié)熱功率的范圍大概在30%-100%之間。用戶分戶采暖時(shí)，當(dāng)末端采暖面積小的時(shí)候功率過大，系統(tǒng)工作不節(jié)能，同樣在夏天洗浴時(shí)也可能導(dǎo)致水溫過高或者不穩(wěn)定。

3.燃燒后的高溫排氣中有大量化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣，這些水蒸氣一旦冷卻到大氣中的露點(diǎn)溫度之下，一般在55℃左右，會(huì)凝結(jié)在換熱器表面，產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，會(huì)腐蝕換熱器，這些凝結(jié)水如果滴落在燃燒器上，也會(huì)導(dǎo)致燃燒器腐蝕和損壞，為保證不出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，供回水溫度不可過低。

4.由于燃燒室、燃燒器、風(fēng)機(jī)等配件的特點(diǎn)，傳統(tǒng)壁掛爐的設(shè)計(jì)壽命一般是15年，實(shí)際使用根據(jù)水質(zhì)及具體使用情況一般在8～10左右。

5.天然氣燃燒后的煙氣中含有大量的氮氧化合物，廢氣中有害物氮氧化物含量約為150-200mg/kWh、一氧化碳含量約為120-200mg/kWh，這些污染物會(huì)對(duì)大氣造成不利的影響。

如果才能解決上述問題呢？用傳統(tǒng)的方式已經(jīng)無法解決，正是為了解決上述問題2000年左右才出現(xiàn)了冷凝壁掛爐。

什么是冷凝壁掛爐？

冷凝壁掛爐要能夠?qū)⑴艧煖囟冉档偷铰饵c(diǎn)溫度之下，一方面要求換熱器吸熱能力強(qiáng)，能夠?qū)⑺疁亟档礁?，另一方面要確保冷凝水不能損壞換熱器或者燃燒器，因此冷凝爐的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)與普通壁掛爐有很大的差異。

從圖2冷凝壁掛爐結(jié)構(gòu)圖可以看出，換熱器和燃燒器與常規(guī)爐有很大的不同，燃燒室是一個(gè)密封的結(jié)構(gòu)，燃燒器在中間位置，這樣產(chǎn)生的冷凝水從下面流出，不會(huì)造成燃燒器的損壞;另一方面為了提高燃燒效率，圖2中的冷凝爐采用“全預(yù)混燃燒”技術(shù)，就是在燃燒之前將燃?xì)夂托枰目諝膺M(jìn)行混合好，而不是讓燃?xì)庠谌紵龝r(shí)與空氣混合。這樣當(dāng)燃燒的時(shí)候會(huì)實(shí)現(xiàn)瞬間燃燒完成，表面只有藍(lán)色的很短的火苗，幾乎看不到普通燃?xì)馊紵械狞S色火焰，熱量更多以輻射熱的形式傳遞出去。

在冷凝爐中，高效的換熱結(jié)構(gòu)能夠?qū)煔饫鋮s到40℃后進(jìn)行排放，這樣煙氣中的水蒸氣也會(huì)成為凝結(jié)水，并釋放出汽化潛熱被水帶走，排煙溫度低加上汽化潛熱的吸收使得冷凝爐效率可達(dá)到109%，幾乎比常規(guī)爐高20%。

為什么冷凝爐效率可以高于100%？

那么問題來了：按道理燃?xì)鉅t最多將燃燒的熱量全部利用起來也不過100%，怎么可能超出100%呢？這個(gè)問題是對(duì)的，一個(gè)燃燒設(shè)備不可能產(chǎn)生多余的熱量，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于我們對(duì)燃燒效率的標(biāo)定方式造成的。

燃?xì)獗趻戾仩t效率的定義公式是：η=Q1/B×QDWy×100（%）。即，效率=鍋爐有效利用熱÷輸入鍋爐的熱量的百分?jǐn)?shù)。 式中，Q1表示鍋爐有效熱，B表示燃料的消耗量，QDWy表示燃料的應(yīng)用基低位發(fā)熱量，其中Q表示燃料的發(fā)熱量。

燃料發(fā)熱量有高位和低位之分，高位發(fā)熱量是指燃料完全燃燒釋放出的全部熱量，此熱量包括了燃料燃燒后所產(chǎn)生的水蒸汽所含有的熱量;燃料低位發(fā)熱量是高位發(fā)熱量扣除燃料中的水分汽化潛熱而得到。導(dǎo)致冷凝爐效率高于100%的原因是我們標(biāo)定效率時(shí)是用天然氣的低位發(fā)熱值標(biāo)定的，以天然氣為例，其高位發(fā)熱值約為低位發(fā)熱值的111%，當(dāng)以高位發(fā)熱值做到效率接近100%的時(shí)候，低位發(fā)熱值最高理論效率約111%，這也是冷凝爐效率高于100%的原因。

圖4可以比較兩者產(chǎn)生效率差異的原因。

冷凝爐的特點(diǎn)總結(jié)：

1.首先從上面的分析可以看出燃燒效率高是冷凝爐的突出優(yōu)勢(shì)，一般能夠比普通壁掛爐高百分之十幾，也就是產(chǎn)生同樣熱量省氣省錢百分之十幾。

2.氮氧化合物排放低也是冷凝爐能夠大行其道的主要原因，氮氧化合物是天然氣在燃燒過程中里面含氮元素的可燃?xì)怏w被氧化而成的，其產(chǎn)生與燃燒的空氣過剩系數(shù)（對(duì)應(yīng)燃燒多余的氧氣）有關(guān)，也與煙氣高溫有關(guān)，因此降低氮氧化合物含量首先要減少多余的空氣，既降低燃燒的空氣過剩系數(shù)。常規(guī)壁掛爐空氣過剩系數(shù)一般在1.5～1.8之間，而全預(yù)混的冷凝爐空氣過剩系數(shù)只有1.05～1.1之間，從而降低了氮氧化合物的含量;另一方面全預(yù)混方式燃燒的高溫火焰極短甚至沒有火焰，也減少了煙氣在火焰中停留的時(shí)間，也進(jìn)一步降低氮氧化合物的產(chǎn)生。最后由于冷凝爐排煙的時(shí)候已經(jīng)將煙氣中的水蒸氣進(jìn)行冷凝回收了，在冷凝的同時(shí)煙氣中的氮氧化合物會(huì)溶解在水中，隨著冷凝水排走而不是通過煙氣排放到大氣中;

3.輸出功率調(diào)節(jié)范圍大。由于采用精確控制的全預(yù)混方式，因此全預(yù)混壁掛爐的輸出功率調(diào)節(jié)范圍可以做到10%～100%（不同廠家型號(hào)有所差異），比常規(guī)壁掛爐更適合低負(fù)荷運(yùn)行，這對(duì)提高系統(tǒng)低負(fù)荷穩(wěn)定性和夏季洗浴水溫的穩(wěn)定都有好處。

4.冷凝爐更適合低溫水的地暖系統(tǒng)使用。由于要將煙氣溫度降低到55℃以下才能冷凝，因此冷凝爐要求回水溫度低于55℃，并且越低越好，同時(shí)低負(fù)荷的時(shí)候冷凝效果更好，因此低溫水供熱或者低負(fù)荷運(yùn)行都是更適合冷凝爐的工況。

5.冷凝爐需要對(duì)比例閥進(jìn)行調(diào)整。前面說到冷凝爐的空氣過剩系數(shù)在1.05-1.1之間，這是一個(gè)非常精確的控制范圍，但是這個(gè)出廠預(yù)設(shè)的數(shù)值在實(shí)際使用時(shí)由于各地天然氣成分的不同，甚至大氣壓的不同都會(huì)導(dǎo)致燃燒工況的改變，如果燃燒不充分會(huì)造成積碳現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到工作穩(wěn)定性和效率。

6.冷凝爐對(duì)燃?xì)饧儍舳?、燃?xì)鈮毫Α⑺|(zhì)、水中空氣等因素比較敏感，因此后期維護(hù)工作要求比常規(guī)鍋爐更高。

由于以上特點(diǎn)使得冷凝爐在歐洲成為強(qiáng)制標(biāo)配，同時(shí)北京也為了提高空氣品質(zhì)而強(qiáng)制推行，但是從中國整體壁掛爐銷量來看，冷凝爐占比還是很少的，2018年總銷量只有二十多萬臺(tái)，整體壁掛爐里面占比不到10%。

是什么原因?qū)е吕淠隣t的推廣受到影響呢？

成本當(dāng)然是一個(gè)重要原因，冷凝爐作為一個(gè)歷史只有十來年的產(chǎn)品，還有有一定的技術(shù)門檻，不像常規(guī)爐那么成熟，同時(shí)技術(shù)要求更高，產(chǎn)品成本也更高，真正能夠比較全面掌握冷凝爐技術(shù)的廠家相對(duì)較少，市場(chǎng)價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有做到爛的地步，對(duì)于很多用戶來說冷凝爐還是有些昂貴了。

另一方面歐洲大行其道的冷凝爐在中國也有水土不服的問題，因?yàn)樘烊粴馄焚|(zhì)不統(tǒng)一，雜質(zhì)相對(duì)較高，水質(zhì)不好，安裝施工不到位，調(diào)試及后期維護(hù)也麻煩等等原因，導(dǎo)致冷凝爐使用中故障率高于普通壁掛爐，廠家售后維護(hù)更加麻煩。

當(dāng)然中國人的創(chuàng)造力是無窮的，針對(duì)上述問題國內(nèi)有廠家研發(fā)了一種新的“大氣式冷凝爐”，這個(gè)產(chǎn)品的出現(xiàn)讓“真假冷凝爐”的口水仗打到今天，具體細(xì)節(jié)下期分解。

（未完待續(xù)）

（作者單位：鄭州博容節(jié)能設(shè)備有限公司）

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】D

【文章編號(hào)】1671-3362（2020）06-0072-03