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小知识:真空热水锅炉的构造特点及工作特性
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真空热水锅炉的构造特点及工作特性

      真空热水锅炉机体内部真空密闭,热媒水负压燃烧,所产生的蒸汽与热交换器进行汽水交换,热效率高,热媒水在工厂制作时一次性处理灌注,运行中无需补充。真空热水锅炉独特的设计,形成了它安全可靠,运行稳定等特点。本文介绍了真空热水锅炉的工作原理、特点以及与常压热水锅炉的性能比较。

真空热水锅炉由于其体积小,热效率高,系统简单、可靠、运行稳定,安全性高等特点,使其在工程项目中得到越来越多的运用。笔者在某工程设计中,采用了双回路真空热水锅炉,提供60℃-50℃空调热水和65℃-5℃卫生热水.该设计工程经两个冬季的使用后,业主认为操作方便,无需专业人员定岁管理锅炉运行,机组热效率高,温控灵敏,负荷调节方便,同时开机后短时间内,就能满足负荷要求。
  
一、真空热水锅炉的工作原理:
  
  真空热水锅炉早在70年代就已出现,第一台成品机是在日本面世的。国内在80年代后期就有一些厂家研制真空热水锅炉,但由于技术方面的问题,一直未得到推广。现在这种在日本已经比较成熟的机型,在中国也有了合资工厂生产,笔者就是选用了该工厂的双回路真空热水锅炉。
  真空热水锅炉的结构见图(一),是由燃烧室(火炉)、水管、负压蒸汽室、热交换器、热媒介水等组成的。机体内部为真空状态,与外部空气隔绝,形成密闭状态。热媒水覆盖着火炉和水管并密闭在机体内部,因负压蒸汽室内的压力保持在大气压之下,当密闭在内的热媒水在燃烧加热后,立即就沸腾起来,产生与热媒水相同温度的蒸汽。机内产生的蒸汽在上升过程中,接触到配置在负压蒸汽室内的热交换器表面,由于热交换器内的水温低于蒸汽温度,蒸汽会在热交换器表面上冷凝并放出大量汽化热,加热热交换器中的水,冷凝水在策略作用下重又回到热媒水中。因此,热媒水不断在封闭的机体内进行着"沸腾=蒸发=冷凝=热媒水"的循环。无须补充冷凝水,也无空烧的危险。热交换器中的水被加热后输送给用户用于空调和卫生热水。
     
                             图1
  
  为确保真空热水锅炉的运行可靠性,制造厂在三个方面要保证:
  1.为了保证锅炉内部的真空度,在工厂制作时要经过严密的检查,采用拟气进行洩漏检测,保证制作过程锅炉罐体的密闭性。为维持真空度,并且为防止万一,工厂装备了作为标准件的抽气泵。在真空热水锅炉罐体内,热媒水被加热到90℃时,抽气泵根据罐体内的真空度自动作业,不仅将罐内空气抽出,也将溶存在热媒水中的氧除去,使其保持一定的负压,罐体内产不会腐蚀。
  2.热媒水是一种经制造工厂特殊除杂、除氧、软化处理的清水,在制作中一次性灌注的,可以在运行时循环使用,一般无特殊情况无需加注。笔者在设计调研中走访该厂用户,上海某电机厂,87年投入运行的一台真空热水锅炉,使用了十年从未加注过热媒水,至今仍能正常工作。
  3.锅炉内的热交换器具特殊要求,采用了SUS444不锈钢管,这种管材加工时需要特殊工艺。该管材不易结水垢,传热效率高,不会生锈,在水质、流速的限制方面更优于普通的换热管。
  
二 真空热水锅炉系统特点
  
  1.安全性高:1992年颁发实施的《热水锅炉安全技术监察规程》(劳锅炉宁[1991]8号)中,允许额定出口热水温度低于或等于95℃的热水锅炉房与住宅相连或设在多层建筑物的地下室、半地下室或第一层,锅炉房中任何一台锅炉的容量条例(T-100)V5的条件时,锅炉房就可与一般民用建筑相连(T为锅炉工作压力时的饱各温度℃,V为锅炉水容量m3)。由于真空热水锅炉热媒水温均不超过100℃,T-100≤0℃,可以满足安全要求,选用于许多项目。
  2.系统简单:从国家颁发的《小型和常压锅炉安全监察规程》(2000版)中,明确规定常压热水锅炉的设计、制造、安装必须确保在运行中不随压力,即表压为0。另外,为防止"低温腐蚀",当采用常压热水锅炉时,须另设水-水热交换器,了就是目前常用的系统,该设计方案在本文称方案一,系统流程如图(二)所示。方案一在锅炉房的布置中,必须考虑到锅炉本体、锅炉一次水循环系统的水处理设备、锅炉补水水泵、补水定压水箱、一次循环泵、空调水-水热交换器、给排水的水-水热交换器等诸多设备的面积。这样一来机房占用面积多,系统补水、定压、循环泵的开停及连锁控制等方面增加了运行的复杂性,系统可靠性较难控制。若采用双回路真空热水锅炉作为热源,本文称为方案二,从图(三)所示的系统流程中,可以发现该方案省去了锅炉一次水的水处理、补给、定压、徨等设备以及空调、生活热水的两组水-水热交换器,大大减少了机房的占用面积、系统的复杂性,增加了运行操作的简便性。
   
                             图二
  
    
                             图三
  
三、在设计使用真空热水锅炉时,也应注意以下的几点:
  
  1.真空热水锅炉的热媒水,在负压状况下最高温度为93℃左右,锅炉的出水温度最高在80℃左右,因此在需要出水温度较高的情况时,应选用出水温度高的其它型式的锅炉。
  2.真空热水锅炉的热交换器管径较小,一般在10mm左右,虽然管内不会结垢,为防止系统杂质阻塞管子,应在锅炉回水管入口前安装除污染源器或过滤器。
  3.真空热水锅炉设计时,要根据系统的压力情况,确定机组的承压参数,保证机组的工作压力满足系统的压力要求。在系统设计时应在真空热水锅炉的接口处设置泄压阀,泄压阀设定压力必须小于机组最高允许压力,泄压阀和机组的连接部分不得装配阀门。
  基于真空热水锅炉的这种设计构造,真空热水锅炉同常压热水锅炉相比,有其独特的优点,笔者对两种系统方案作了特点比较,见表(一)。
  
          
                           图四
  
  总之,辐射的独特构造,为中小型空调系统和热不系统设计,提供了热源选型的新思路。
  以上为笔者 的一些工程浅见,文中如有错漏,欢迎大家指正。
  
                           表1

性能
方案二(真空热水锅炉系统)
方案一(常压热水锅炉系统)
节能性 辐射热损失

  炉体为密封的真空容器,本身具备很好的保温性能,辐射热损失小

炉体为开放容器,热媒水直接与大气接触,辐射热损失大

热交换效率

  炉体内汽-水热交换器热效率高

  系统配置水-水热交换器热效率低
热惰性与低负荷性能

  锅炉体积小,热媒水量少,热容也小,因此热惰性小,对负荷变化反应灵敏。不仅在满负荷时达91%以上,在20%极低负荷时也可达80%的高效率(见图四)

  锅炉体积大,热媒水量大,热容大,因此热惰性大,对负荷变化反应灵敏。效率曲线随负荷的降低急剧下降。

安全性 是否为压力容器   炉体真空状态下工作,不是压力容器   炉体大气压下工作,炉膛内局部有压力对
是否会空烧

  炉体密封一定的热媒水,在任何状态下都不会空烧

  炉体为开放式结构,如果因故断水,热媒水可能会蒸发掉而造成炉体空烧致毁。

使用寿命 炉体腐蚀

  炉内部为真空,与大气压完全隔绝,机组配置的抽气泵不断排出机组内的气氛,无内部腐蚀可能。

  炉体内热媒水与大气相通,补给的热媒水中含有氧气,氧气等的作用可导致机体腐蚀。

结垢

  无需补充热媒水,内部不结垢,机组性能高效稳定

  需补充热媒水,如果处理不当,机组会产生结垢。
炉膛腐蚀

  炉膛完全浸泡于温度均匀的热媒水中,热媒水温一般在70-93间,没有温差应变力,也不会产生硫磺腐蚀,没有锅炉烟道、炉壁结露现象。

  炉体补给水入口处温差大,有温差应变力,且会引起硫磺腐蚀。若回水温度过低会造成烟道、炉壁结露,腐蚀炉体。

系统设计 锅炉体积

  炉体内热媒水量小,机体积小,普通常压热水锅炉约节约30%体积。

  炉体热媒水量大,机体体积较大。
锅炉补水及水处理设备   锅炉无需补水,不必设置补水系统   锅炉必须补水,系统需设置一套水处理设备、补水泵、补水箱及锅炉一次水循环泵
锅炉与系统的连接

  因锅炉可承压,供回水温可适用于空调水温60-50℃及卫生热水65-5℃,能直接与用户相连接

  必须设置空调水-水热交换器,卫生热水水-水热交换器

机房布置   可节省出许多设备所占面积,机房布置紧凑   系统设置的许多设备无法省去,必然占用很多空间
  运行、维护、管理

  系统简单、操作方便、维修管理工作量小

  系统设计复杂,运行中要注意锅炉热媒水的水质处理和充满状况,以防干烧,需要专业人员管理,维修量大

  设备投资   目前一次性设备投资较高   目前一次性设备投资较低


 

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