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近幾年來(lái)，隨著世界能源的日趨緊張，能源價(jià)格呈不斷上升趨勢(shì)。而國(guó)內(nèi)目前能源的利用率僅為30%，比發(fā)達(dá)國(guó)家低50%以上，能耗居高不下，如何有效地利用有限的能源成為世界矚目的問(wèn)題。普通大氣式燃燒的壁掛爐因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，在供暖供熱領(lǐng)域還占主導(dǎo)地位，但在壁掛爐應(yīng)用較早和普及率很高的歐洲，很多國(guó)家為了更為高效地利用能源，法律強(qiáng)制規(guī)定必須使用更為高效率的壁掛爐產(chǎn)品，即冷凝式壁掛爐（以下簡(jiǎn)稱(chēng)冷凝爐）。在未強(qiáng)制規(guī)定的地方，冷凝爐的應(yīng)用也已普及，其銷(xiāo)售量已經(jīng)超過(guò)常規(guī)壁掛爐，占據(jù)壁掛爐總銷(xiāo)量的70％以上，根據(jù)歐盟2020計(jì)劃，自2015年起，歐盟市場(chǎng)上將只允許銷(xiāo)售冷凝壁掛爐，該政策不僅要求所有成員國(guó)遵守，連其他準(zhǔn)備加入歐盟的國(guó)家如土耳其等，也要遵守實(shí)施。在節(jié)能減排已成為一種綠色概念的大前提下，我國(guó)政府相關(guān)的行業(yè)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也相繼實(shí)施，鼓勵(lì)和要求推廣高效、節(jié)能、綠色環(huán)保的節(jié)能產(chǎn)品。據(jù)某權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，自1998年始，家用壁掛爐在中國(guó)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，其每年以15%左右的銷(xiāo)量遞增，2012年的全國(guó)銷(xiāo)量已經(jīng)達(dá)到130萬(wàn)臺(tái)左右，并在今后的幾年中將繼續(xù)保持20%～30%左右的增長(zhǎng)勢(shì)頭。隨著包括歐洲供暖市場(chǎng)冷凝技術(shù)的迅速崛起，許多國(guó)內(nèi)壁掛爐企業(yè)開(kāi)始重視全預(yù)混燃燒冷凝式技術(shù)，并將擁有該先進(jìn)技術(shù)作為企業(yè)提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要戰(zhàn)略。以高效、節(jié)能為亮點(diǎn)的全預(yù)混燃燒冷凝式壁掛爐，已然成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)供暖市場(chǎng)的未來(lái)趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，冷凝壁掛爐的銷(xiāo)量已經(jīng)從2011年的10000臺(tái)提升到了2013年的30000臺(tái)，其增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了整個(gè)壁掛爐行業(yè)的平均速度。冷凝原理介紹在介紹冷凝爐之前，首先介紹一下冷凝的概念。在天然氣的完全燃燒過(guò)程中,作為燃燒產(chǎn)物，我們得到二氧化碳和水。即燃燒1Nm3的甲烷和2Nm3的氧氣，生成1Nm3的二氧化碳和2Nm3的水蒸氣。CH4+2O2=CO2+2H2O+Q放出的熱量Q為:34,020千焦。在這里需明確兩個(gè)概念，低熱值和高熱值。所謂低熱值，指1Nm3燃?xì)馔耆紵笃錈煔獗焕鋮s至原始溫度，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸汽狀態(tài)時(shí)所放出的熱量。所謂高熱值，指1Nm3燃?xì)馔耆紵螅錈煔馊勘焕鋮s至原始溫度，而其中的水蒸氣以凝結(jié)水狀態(tài)排出時(shí)所放出的熱量。高熱值與低熱值的差值即水蒸氣的汽化潛熱。在上述化學(xué)反應(yīng)方程式中，H2O是以水蒸氣的形式排出的，因此Q為低熱值。如果使燃燒產(chǎn)生的這部分水蒸氣冷凝，可以得到另外一部分熱量，即汽化潛熱。非冷凝狀態(tài)冷凝狀態(tài)通過(guò)冷凝1Nm3的水蒸氣,我們可以得到1885千焦熱量,所以當(dāng)我們?nèi)紵?Nm3的甲烷CH4，我們可得到3770千焦熱量。這樣，對(duì)于天然氣：高熱值=低熱值+3770千焦=37790千焦。這個(gè)值是天然氣和氧氣在完全燃燒即理論狀態(tài)所得到的值。在實(shí)際燃燒的過(guò)程中，天然氣是和過(guò)剩的空氣混合燃燒的。這樣就增加了排煙熱損失，并且限制了煙氣中水蒸氣的冷凝。對(duì)于一個(gè)壁掛爐，我們用熱效率()來(lái)定義其性能指標(biāo)。熱效率是壁掛爐提供的有效熱量與其使用熱量之比。即熱效率=有效熱量/使用熱量，這里使用熱量以低熱值為基準(zhǔn)計(jì)算。按照之前的燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式，從理論上計(jì)算，所有熱量全部有效使用，即沒(méi)有熱量損失，則熱效率為：=37790/34020=111%，這個(gè)與傳統(tǒng)意義的最大熱效率100%的差值11%就是汽化潛熱所占的比例。實(shí)際上，燃燒肯定有熱量損失，有效熱量與使用熱量的差值即為潛熱損失、顯熱損失等。對(duì)于傳統(tǒng)壁掛爐，使用天然氣為能源。假設(shè)提供相當(dāng)于111%高熱值，便有11%的汽化潛熱沒(méi)有被利用，而以煙氣中水蒸氣形式排出，即低熱值為100%。一部分顯熱也是通過(guò)煙氣排出，設(shè)顯熱損失為8%。則壁掛爐熱效率為：=(111%-11%-8%)/100%=92%(使用熱量以低熱值計(jì)算)對(duì)于冷凝爐，以天然氣為能源。也提供相當(dāng)于111%高熱值。煙氣在低于露點(diǎn)的溫度中冷卻，一部分水蒸氣在冷凝中釋放汽化潛熱，設(shè)有效利用9%，損失為2%。煙氣在熱交換器中冷卻的時(shí)候，煙氣中一部分顯熱也會(huì)被回收，設(shè)有效利用7%，損失為1%。則壁掛爐熱效率為：=(111%-2%-1%)/100%=108%(使用熱量以低熱值計(jì)算)從以上分析及圖表，我們就可以很清楚地得知為什么會(huì)有熱效率大于100%的壁掛爐了。由于我們國(guó)家一直以來(lái)采用的是以低熱值為計(jì)算基準(zhǔn)的熱效率評(píng)價(jià)體系，若按照高熱值為計(jì)算基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算，我們可以得到：傳統(tǒng)壁掛爐，熱效率為：=(111%-11%-8%)/111%=82.9%(使用熱量以高熱值計(jì)算)冷凝壁掛爐，熱效率為：=(111%-2%-1%)/111%=97.3%(使用熱量以高熱值計(jì)算)這樣，就從根本上論證了輸入熱量始終大于輸出熱量，熱效率應(yīng)該小于100%了。要得到汽化潛熱，必須使燃燒產(chǎn)生的水蒸氣冷凝出來(lái)，就必須使煙氣達(dá)到其露點(diǎn)溫度。所謂露點(diǎn)，指的是一個(gè)溫度，達(dá)到這溫度后，煙氣中的水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水（冷凝水），然后放出熱量。而煙氣是否能達(dá)到其露點(diǎn)溫度，與過(guò)?？諝庥泻艽箨P(guān)系。下面的圖表就是天然氣在燃燒過(guò)程中，煙氣中水蒸氣冷凝的溫度（露點(diǎn)）與過(guò)?？諝獗壤年P(guān)系。如上圖所示，在過(guò)?？諝獾谋壤秊?0%時(shí)，煙氣中的水蒸氣能夠在55℃冷凝。如果過(guò)?？諝庠缴?，露點(diǎn)溫度越高，越易使煙氣中水蒸氣達(dá)到露點(diǎn)溫度，水蒸氣就越易冷凝。反之，若過(guò)?？諝庠蕉?，則露點(diǎn)溫度越低，燃燒產(chǎn)生的水蒸氣就越難冷凝。據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于天然氣的燃燒工況，過(guò)?？諝庀禂?shù)在25%～30%的范圍內(nèi)，最容易形成冷凝狀態(tài)。因此，要使燃燒工況盡量接近最佳燃燒配比，就要精確地控制燃?xì)馀c空氣的混合比例。冷凝爐一般的排煙溫度在50～70℃左右。如果壁掛爐運(yùn)行溫度越低，則排煙溫度越低，就越易達(dá)到冷凝狀態(tài)，其相應(yīng)的熱效率就越高。上圖表示在40/30℃的系統(tǒng)運(yùn)行溫度下得到的年度工作負(fù)荷加熱曲線。從上圖可知，冷凝爐運(yùn)行在40/30℃時(shí)，幾乎全年在冷凝狀態(tài)下運(yùn)行，得到極高的年度熱效率。下圖表示在75/60℃的運(yùn)行溫度下得到的年度工作負(fù)荷加熱曲線?？芍?，冷凝爐運(yùn)行在75/60℃的較高溫度時(shí)，全年58%的時(shí)間在冷凝狀態(tài)下運(yùn)行，得到較高的年度熱效率。從上面兩張圖，我們還可以得出另一個(gè)結(jié)論：室外溫度越高，系統(tǒng)運(yùn)行溫度越低，冷凝爐的負(fù)荷運(yùn)行比例也越小，效率也越高。雖然各個(gè)不同地域的氣候具有不一致性，但真正寒冷的天氣也就那么幾天，即冷凝爐運(yùn)行在100%的負(fù)荷狀態(tài)時(shí)的時(shí)間比較有限，而大部分時(shí)間是運(yùn)行在具有較高效率的部分負(fù)荷中。從以上分析我們還知道，冷凝爐特別適用于低溫?zé)崴匕宀膳到y(tǒng)。從前面對(duì)冷凝原理的分析可知，冷凝爐要實(shí)現(xiàn)冷凝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)必須滿足以下幾個(gè)要求：1）保證燃?xì)馀c空氣的在一定的比例范圍內(nèi)混合燃燒；2）降低排煙溫度，使煙氣能達(dá)到露點(diǎn)溫度，形成冷凝水，釋放出汽化潛熱；3）有效的吸收煙氣中的余熱，較少顯熱損失；4）智能化的控制系統(tǒng)；5）相關(guān)的附件，如冷凝水收集裝置。有了以上幾個(gè)必要的條件后，冷凝具體是以什么結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)的呢？下面介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理。實(shí)現(xiàn)冷凝的核心部件是全預(yù)混燃燒器、變速風(fēng)機(jī)和比例式燃?xì)忾y。原理見(jiàn)下圖：上左圖表示燃?xì)馀c空氣預(yù)混合過(guò)程。上右圖表示變速風(fēng)機(jī)控制預(yù)混空氣量，并與燃?xì)饬繉?shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制混合比例，經(jīng)過(guò)文丘里管再充分混合，引入到燃燒器，進(jìn)行充分燃燒。燃燒產(chǎn)生的煙氣與主換熱器內(nèi)的循環(huán)水形成對(duì)向流動(dòng)，在主換熱器表面進(jìn)行充分接觸、換熱。高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)換熱溫度降低，達(dá)到露點(diǎn)溫度，形成冷凝水，釋放出汽化潛熱，剩余煙氣由煙道排出到室外。產(chǎn)生的冷凝水由收集器收集起來(lái)再統(tǒng)一排放。