冷凝式燃气热水器技术及其运用探索

作者:未知

  【摘  要】随着我国经济的高速发展,能源问题日益突出,开发高效节能的燃气热水器刻不容缓。冷凝式燃气热水器是当前最节能、最环保的产品。冷凝式燃气热水器跟普通的燃气热水器相比,多增加了一级冷凝换热器,通过吸收高温烟气而预热冷水,吸收普通燃气热水器作为废气排走的热量,节能潜力巨大。因此,对冷凝式燃气热水器进行研究具有现实意义和实际的应用价值。
  【关键词】冷凝式;燃气热水器;冷凝换热器
  前言:冷凝式燃氣热水器技术应用是当下研究热点之一,然而现阶段我国冷凝式燃气热水器技术及实际运用依然存在诸多问题。如换热效率低、排烟温度高、冷凝效果不理想,运行时产生振动噪音等等,因此,要求行之有效的措施对其进行分析探索,如提高换热效率、降低排烟温度、增强冷凝传热、改善换热器的结构,加强技术创新等。
  一、冷凝式燃气热水器技术概述
  燃气快速热水器是家用燃气具类产品中普及率最高、耗能量最大的产品,普通燃气热水器的热效率符合二级能效大于89%。冷凝式燃气热水器能够达到一级能效,冷凝式燃气热水器增加了一个冷凝换热器,使排烟温度更低,既能利用烟气的显热,又能吸收烟气中一部分水蒸气的汽化潜热,热效率能够达到98% 以上。
  冷凝式燃气热水器主要由燃烧系统、换热系统、排风系统以及自动和安全控制系统所组成。其整机结构主要包括燃烧器、燃烧室、换热器、凝结水收集器、排风机和自动控制、安全控制装置等部分。
  燃气燃烧可供利用的热量包括烟气的显热和烟气中水蒸气的潜热两部分。普通型热水器受其换热器结构的限制,排烟温度高,只能利用燃气的低热值部分;冷凝式燃气热水器由于排烟温度很低,不仅能够充分吸收烟气的显热还能吸收潜热,利用的是烟气的高热值。因此,冷凝式燃气热水器的热能利用效率可以大大提高
  二、冷凝式燃气热水器技术主要问题
  (一)热效率影响因素
  (1)过剩空气系数α是影响燃气热水器系统效率的重要因素,并且是个可控因素。过剩空气系数α越大,单位体积燃气的排烟量也会随之增加,相应的烟气损失就会增大,对于冷凝换热器过剩空气系数α越小,烟气中水蒸气的体积分数增加、分压上升,水蒸气的露点温度升高,冷凝更容易,因此冷凝量增大,放出的潜热增加。通过进一步的优化设计燃烧器的结构并实现低过剩空气系数条件下燃气完全燃烧,成为提升冷凝式燃气热水器效率的主要途径。
  (2)排烟温度理论而言烟温越高,意味着烟气中所含的热量就越高,则相应的排烟损失就越大。因此排烟温度又是影响热效率的又一因素。对冷凝式燃气热水器而言排烟温度直接决定性的影响着冷凝放热。排烟温度若高于烟气中水蒸气的露点时,水蒸气不会产生凝结效应此时的冷凝放热为0,只有当排烟温度低于露点温度时,才有水蒸气凝结放热出现,在不考虑冷凝换热器的材质腐蚀的问题的前提下,排烟温度越低冷凝效果越好,冷凝放热越大,直至理想情况下烟气中的潜热被完全吸收。
  当换热管壁厚相同时,热导率越大换热系数越大;在材料安全厚度的条件下,可以减薄换热管的厚度来提高换热系数
  (4)其它因素:热负荷的变化,进水流量,进水温度,冷热水温升等。
  (二)冷凝传热的的影响因素
  对于冷凝式换热气器,尤其是在冷凝段影响换热管传热系数的主要原因是蒸汽在管壁外形成液膜产生的热阻,因此液膜厚度及其流动情况对换热器冷凝传热效果会产生重要影响。
  (1)烟气流速对冷凝传热的影响,当烟气流速较大时蒸汽与液膜之间产生一定的粘性切应力,当两者流动方向相同时,力的作用会使液膜减薄,并激励液膜产生波动传热效果增强。
  (2)不凝性气体对冷凝传热的影响,烟气中含有多种不凝性气体如氮气,过剩空气,氮氧化物等。当水蒸气在管外壁面冷凝时,不凝性气体在液膜表面形成一层气膜,由于气膜热阻的存在导致导热性能下降,阻碍了高温烟气与冷却水的换热。
  (3)强化冷凝对冷凝传热的影响,采用强化冷凝技术,如在管外壁设置异形凸起物可以加速冷凝液的排出,减薄液膜厚度,增强了烟气与冷凝水的换热。
  三、冷凝式燃气热水器技术具体运用
  (一)提高热效率
  第一,优化冷凝换热器结构,主燃烧室燃烧产生的烟气,进入冷凝段换热,烟气进口的位置,烟气出口的位置,烟气的流向及流动方式等等对冷凝换热有极大的影响,进而影响换热效率,因此优化换热结构是提高换热效率的一种行之有效的方法。第二,更新冷凝气材质,使用传热系数更高的换热材料制作冷凝换热器,增加换热效率。第三,提高换热器的平均温差,如采用逆流流程,改变换热管的排布方式等。第四,在换热气的表面设置隔热层减少热损失。
  (二)强化凝结换热
  第一,减薄凝结液膜层的厚度或改良固体壁面的特性,如在换热管上开沟槽引导液膜聚向沟内,减薄换热表面的液膜厚度。第二,加速凝结液排出,如增加导流装置,低频振动等方法加速凝结液排出。第三,排出不凝性气体,增强烟气在固体壁面液膜的扰动或增加湍流流速,破坏不凝气体的聚集,从而提升换热。
  (三)提升技术人员专业性
  第一,定期、定时举行技术交流及探讨,主要侧重于冷凝式燃气热水器技术换热、传热、冷凝热交换器结构设计等方面。第二,加强理论学习,理论学习主要包括:冷凝式燃气热水器技术原理、ANSYS模拟分析、流体力学,机械设计等,只有通过理论知识学习才能起到提升实际应用水平的最终目的。第三,提升工作经验,技术应用在于理论结合实际,所以一定要注重技术人员的实践应用能力培养,通过技术比武、主题活动等,不断深入强化其实践应用的综合能力[5]。
  (四)加强技术创新
  技术创新不是盲目肆意的工作开展,而是通过对自身技术进行问题分析,结合国际先进冷凝换热器技术,采用自主研发、自主创新的有效模式,具体如下:第一,对冷凝换热器进行技术创新,建议结合先进的智能技术、遥感技术,使其使用者可以通过远程操控进行个性设置。第二,对冷凝式燃气热水器的体积进行更小缩减,将侧重点放在燃烧器、热交换器,排风机设计方面,通过对机身的整体缩小可以起到节约空间实际作用[6]。
  结论:综上所述,通过对冷凝式燃气热水器技术及其运用进行分析探索,主要包括:冷凝式燃气热水器技术概述、冷凝式燃气热水器技术主要问题现状,其包括热效率影响因素、冷凝传热的的影响因素、冷凝式燃气热水器技术具体运用,其包括提高热效率、强化凝结换热、提升技术人员专业性、加强技术创新等,从多方面、多角度对冷凝式燃气热水器技术的主要问题、应用对策进行提出,为下一步工作开展奠定坚实基础。
  参考文献:
  [1]刘业凤,华正豪.冷凝式热水器加热时间的影响因素及减少方法的分析[J].能源工程,2018,197(06):60-64+70.
  [2]高召宝,周伟国,罗洋,等.浓淡燃烧燃气热水器翅片管式换热器数值模拟研究[J].上海煤气,2018,333(05):38-41+49.
  [3]佘丽丽,彭世尼,吕山,等.室外风对强制给排气式热水器烟气扩散的影响[J].煤气与热力,2018,v.38;No.320(08):42-47.
  [4]陈昔坚.风压传感器在燃气热水器中的发展趋势[J].电子制作,2018,361(20):75-76.
  作者简介:
  朱雪媛   学历:本科
  (作者单位:广东万家乐燃气具有限公司)
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