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热水/蒸汽锅炉 |
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浅谈真空热水锅炉的构造特点及工作特性 |
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作者：江苏省建筑设计研究院 何忆江 |
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【摘要】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。
关键词 真空热水锅炉 常压热水锅炉 热媒水 真空热交换器
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。
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。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。
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）。
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 | 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 |
参考资料
1．实用供热空调设计手册 陆耀庆主编 1993年版 中国建筑工业出版社
2．热水锅炉安全技术监察规程 劳锅宁[1991]8号 1991年中华人民共和国劳动部
3．小型和常压热水锅炉安全监察规程 2000年版国家质量技术监督局
4．设备样本 上海田熊冷热设备有限公司
(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(4/29/2004) |
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