冷凝式燃氣熱水器技術(shù)及其運用探索

【摘 ?要】隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源問題日益突出，開發(fā)高效節(jié)能的燃氣熱水器刻不容緩。冷凝式燃氣熱水器是當(dāng)前最節(jié)能、最環(huán)保的產(chǎn)品。冷凝式燃氣熱水器跟普通的燃氣熱水器相比，多增加了一級冷凝換熱器，通過吸收高溫?zé)煔舛A(yù)熱冷水，吸收普通燃氣熱水器作為廢氣排走的熱量，節(jié)能潛力巨大。因此，對冷凝式燃氣熱水器進行研究具有現(xiàn)實意義和實際的應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】冷凝式;燃氣熱水器;冷凝換熱器

前言：冷凝式燃氣熱水器技術(shù)應(yīng)用是當(dāng)下研究熱點之一，然而現(xiàn)階段我國冷凝式燃氣熱水器技術(shù)及實際運用依然存在諸多問題。如換熱效率低、排煙溫度高、冷凝效果不理想，運行時產(chǎn)生振動噪音等等，因此，要求行之有效的措施對其進行分析探索，如提高換熱效率、降低排煙溫度、增強冷凝傳熱、改善換熱器的結(jié)構(gòu)，加強技術(shù)創(chuàng)新等。

一、冷凝式燃氣熱水器技術(shù)概述

燃氣快速熱水器是家用燃氣具類產(chǎn)品中普及率最高、耗能量最大的產(chǎn)品，普通燃氣熱水器的熱效率符合二級能效大于89%。冷凝式燃氣熱水器能夠達到一級能效，冷凝式燃氣熱水器增加了一個冷凝換熱器，使排煙溫度更低，既能利用煙氣的顯熱，又能吸收煙氣中一部分水蒸氣的汽化潛熱，熱效率能夠達到98% 以上。

冷凝式燃氣熱水器主要由燃燒系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)以及自動和安全控制系統(tǒng)所組成。其整機結(jié)構(gòu)主要包括燃燒器、燃燒室、換熱器、凝結(jié)水收集器、排風(fēng)機和自動控制、安全控制裝置等部分。

燃氣燃燒可供利用的熱量包括煙氣的顯熱和煙氣中水蒸氣的潛熱兩部分。普通型熱水器受其換熱器結(jié)構(gòu)的限制，排煙溫度高，只能利用燃氣的低熱值部分;冷凝式燃氣熱水器由于排煙溫度很低，不僅能夠充分吸收煙氣的顯熱還能吸收潛熱，利用的是煙氣的高熱值。因此，冷凝式燃氣熱水器的熱能利用效率可以大大提高

二、冷凝式燃氣熱水器技術(shù)主要問題

（一）熱效率影響因素

（1）過剩空氣系數(shù)α是影響燃氣熱水器系統(tǒng)效率的重要因素，并且是個可控因素。過剩空氣系數(shù)α越大，單位體積燃氣的排煙量也會隨之增加，相應(yīng)的煙氣損失就會增大，對于冷凝換熱器過剩空氣系數(shù)α越小，煙氣中水蒸氣的體積分數(shù)增加、分壓上升，水蒸氣的露點溫度升高，冷凝更容易，因此冷凝量增大，放出的潛熱增加。通過進一步的優(yōu)化設(shè)計燃燒器的結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)低過剩空氣系數(shù)條件下燃氣完全燃燒，成為提升冷凝式燃氣熱水器效率的主要途徑。

（2）排煙溫度理論而言煙溫越高，意味著煙氣中所含的熱量就越高，則相應(yīng)的排煙損失就越大。因此排煙溫度又是影響熱效率的又一因素。對冷凝式燃氣熱水器而言排煙溫度直接決定性的影響著冷凝放熱。排煙溫度若高于煙氣中水蒸氣的露點時，水蒸氣不會產(chǎn)生凝結(jié)效應(yīng)此時的冷凝放熱為0，只有當(dāng)排煙溫度低于露點溫度時，才有水蒸氣凝結(jié)放熱出現(xiàn)，在不考慮冷凝換熱器的材質(zhì)腐蝕的問題的前提下，排煙溫度越低冷凝效果越好，冷凝放熱越大，直至理想情況下煙氣中的潛熱被完全吸收。

當(dāng)換熱管壁厚相同時，熱導(dǎo)率越大換熱系數(shù)越大;在材料安全厚度的條件下，可以減薄換熱管的厚度來提高換熱系數(shù)

（4）其它因素：熱負荷的變化，進水流量，進水溫度，冷熱水溫升等。

（二）冷凝傳熱的的影響因素

對于冷凝式換熱氣器，尤其是在冷凝段影響換熱管傳熱系數(shù)的主要原因是蒸汽在管壁外形成液膜產(chǎn)生的熱阻，因此液膜厚度及其流動情況對換熱器冷凝傳熱效果會產(chǎn)生重要影響。

（1）煙氣流速對冷凝傳熱的影響，當(dāng)煙氣流速較大時蒸汽與液膜之間產(chǎn)生一定的粘性切應(yīng)力，當(dāng)兩者流動方向相同時，力的作用會使液膜減薄，并激勵液膜產(chǎn)生波動傳熱效果增強。

（2）不凝性氣體對冷凝傳熱的影響，煙氣中含有多種不凝性氣體如氮氣，過剩空氣，氮氧化物等。當(dāng)水蒸氣在管外壁面冷凝時，不凝性氣體在液膜表面形成一層氣膜，由于氣膜熱阻的存在導(dǎo)致導(dǎo)熱性能下降，阻礙了高溫?zé)煔馀c冷卻水的換熱。

（3）強化冷凝對冷凝傳熱的影響，采用強化冷凝技術(shù)，如在管外壁設(shè)置異形凸起物可以加速冷凝液的排出，減薄液膜厚度，增強了煙氣與冷凝水的換熱。

三、冷凝式燃氣熱水器技術(shù)具體運用

（一）提高熱效率

第一，優(yōu)化冷凝換熱器結(jié)構(gòu)，主燃燒室燃燒產(chǎn)生的煙氣，進入冷凝段換熱，煙氣進口的位置，煙氣出口的位置，煙氣的流向及流動方式等等對冷凝換熱有極大的影響，進而影響換熱效率，因此優(yōu)化換熱結(jié)構(gòu)是提高換熱效率的一種行之有效的方法。第二，更新冷凝氣材質(zhì)，使用傳熱系數(shù)更高的換熱材料制作冷凝換熱器，增加換熱效率。第三，提高換熱器的平均溫差，如采用逆流流程，改變換熱管的排布方式等。第四，在換熱氣的表面設(shè)置隔熱層減少熱損失。

（二）強化凝結(jié)換熱

第一，減薄凝結(jié)液膜層的厚度或改良固體壁面的特性，如在換熱管上開溝槽引導(dǎo)液膜聚向溝內(nèi)，減薄換熱表面的液膜厚度。第二，加速凝結(jié)液排出，如增加導(dǎo)流裝置，低頻振動等方法加速凝結(jié)液排出。第三，排出不凝性氣體，增強煙氣在固體壁面液膜的擾動或增加湍流流速，破壞不凝氣體的聚集，從而提升換熱。

（三）提升技術(shù)人員專業(yè)性

第一，定期、定時舉行技術(shù)交流及探討，主要側(cè)重于冷凝式燃氣熱水器技術(shù)換熱、傳熱、冷凝熱交換器結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面。第二，加強理論學(xué)習(xí)，理論學(xué)習(xí)主要包括：冷凝式燃氣熱水器技術(shù)原理、ANSYS模擬分析、流體力學(xué)，機械設(shè)計等，只有通過理論知識學(xué)習(xí)才能起到提升實際應(yīng)用水平的最終目的。第三，提升工作經(jīng)驗，技術(shù)應(yīng)用在于理論結(jié)合實際，所以一定要注重技術(shù)人員的實踐應(yīng)用能力培養(yǎng)，通過技術(shù)比武、主題活動等，不斷深入強化其實踐應(yīng)用的綜合能力[5]。

（四）加強技術(shù)創(chuàng)新

技術(shù)創(chuàng)新不是盲目肆意的工作開展，而是通過對自身技術(shù)進行問題分析，結(jié)合國際先進冷凝換熱器技術(shù)，采用自主研發(fā)、自主創(chuàng)新的有效模式，具體如下：第一，對冷凝換熱器進行技術(shù)創(chuàng)新，建議結(jié)合先進的智能技術(shù)、遙感技術(shù)，使其使用者可以通過遠程操控進行個性設(shè)置。第二，對冷凝式燃氣熱水器的體積進行更小縮減，將側(cè)重點放在燃燒器、熱交換器，排風(fēng)機設(shè)計方面，通過對機身的整體縮小可以起到節(jié)約空間實際作用[6]。

結(jié)論：綜上所述，通過對冷凝式燃氣熱水器技術(shù)及其運用進行分析探索，主要包括：冷凝式燃氣熱水器技術(shù)概述、冷凝式燃氣熱水器技術(shù)主要問題現(xiàn)狀，其包括熱效率影響因素、冷凝傳熱的的影響因素、冷凝式燃氣熱水器技術(shù)具體運用，其包括提高熱效率、強化凝結(jié)換熱、提升技術(shù)人員專業(yè)性、加強技術(shù)創(chuàng)新等，從多方面、多角度對冷凝式燃氣熱水器技術(shù)的主要問題、應(yīng)用對策進行提出，為下一步工作開展奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]劉業(yè)鳳，華正豪.冷凝式熱水器加熱時間的影響因素及減少方法的分析[J].能源工程，2018，197（06）：60-64+70.

[2]高召寶，周偉國，羅洋，等.濃淡燃燒燃氣熱水器翅片管式換熱器數(shù)值模擬研究[J].上海煤氣，2018，333（05）：38-41+49.

[3]佘麗麗，彭世尼，呂山，等.室外風(fēng)對強制給排氣式熱水器煙氣擴散的影響[J].煤氣與熱力，2018，v.38;No.320（08）：42-47.

[4]陳昔堅.風(fēng)壓傳感器在燃氣熱水器中的發(fā)展趨勢[J].電子制作，2018，361（20）：75-76.

作者簡介：

朱雪媛 ? 學(xué)歷：本科

（作者單位：廣東萬家樂燃氣具有限公司）