燃气采暖热水炉结构图

 　　燃气采暖热水炉结构图

　　燃气采暖热水炉主要包括预混系统、燃烧系统和换热系统。燃气和空气在文丘里混合器进行充分混合后，经燃烧器均匀分布的火孔流出，燃气-空气混合物在燃烧室内被点燃，燃烧产物经过换热器，将热量传递给供暖循环水。普通燃气采暖热水炉充分利用了烟气的显热，热效率(燃气热值以低热值计算，以下同)为92%~94%。理论上，燃烧烟气中约含有11%的冷凝潜热还可以被利用。通过换热器吸收烟气中水蒸气的显热和潜热，燃气采暖热水炉的热效率可以大幅度提高，最高可达104%。此外，燃气采暖热水炉燃烧产物中的氮氧化物和一氧化碳排放量也大幅度降低。

　　预混系统

　　燃气采暖热水炉燃气和空气预混系统主要包括风机、文丘里混合器和燃气-空气比例调节阀。与普通燃气采暖热水炉相比，这三个部件有明显的不同。

　　①风机

　　燃气采暖热水炉采用的风机配用BLDC电机和调速系统[5]。BLDC电机是一种无刷直流电机，它克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，既具有直流电机良好的调速性能，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。同时，在BLDC电机中还设有霍尔转速传感器，使用传感器连续检测电机转速，可通过霍尔转速控制器，使用脉冲宽度调制(PWM)信号对风机转速进行调节。此外，风机采用防静电叶轮，具有防爆功能。


　　②文丘里混合器

　　在全预混燃烧系统中，一般采用文丘里混合器来实现燃气与空气的充分混合。图3为后预混型文丘里混合器的结构，风机出口的空气流经后预混型文丘里混合器，在喉部形成负压，燃气由喉部进入混合器后与空气混合。空气取压环室设在后预混型文丘里混合器的入口处，利用空气静压控制燃气-空气比例调节阀，使燃气流量和空气流量的比值维持恒定。

　　③燃气-空气比例调节阀

　　由于燃气采暖热水炉普遍采用全预混式燃烧器，因此，在供暖热负荷变化过程中始终保证燃气与空气的混合比例恒定，是保证稳定、高效、低排放燃烧的先决条件。燃气采暖热水的预混系统中，燃气-空气比例调节阀分为机械式燃气-空气比例调节阀和电子式燃气-空气比例调节阀。

　　目前在燃气采暖热水炉中最广泛使用的是机械式燃气-空气比例调节阀。以图4为例，机械式燃气-空气比例调节阀与后预混型文丘里混合器相结合的比例调节控制过程如下：首先通过测量燃气采暖热水炉供回水温度以及供回水流量，计算得到负荷调节信号，并将此信号送至控制器。由控制器向风机电机提供转速调节信号，调节风机电机转速后，风压随之改变。然后依靠文丘里混合器入口与燃气-空气比例调节阀之间的空气取压管，将空气的压力变化直接作用在燃气-空气比例调节阀内部指挥阀的膜片，通过调节指挥阀口的开度来间接调整燃气-空气比例调节阀的开度，进而实现整个系统的燃气、空气的比例控制。

　　预混燃烧器

　　全预混燃烧器的头部一般使用不锈钢和金属纤维材质，分别称为不锈钢燃烧器和金属纤维燃烧器。不锈钢圆筒燃烧器均匀布置许多直径约0.8 mm的火孔，燃气-空气混合物从火孔喷出后，在燃烧室内燃烧。虽然金属纤维燃烧器的头部也均匀分布火孔，燃气-空气混合物也从火孔喷出后在燃烧室内燃烧，但是待燃烧器头部温度达到燃气-空气混合物的着火温度时，燃气-空气混合物在火孔内部发生燃烧反应，头部呈现红色，此时，换热方式以辐射换热为主。

　　换热器

　　燃气采暖热水炉采用全预混燃烧加冷凝换热方式，充分利用了烟气中水蒸气的冷凝潜热来提高热效率，但容易造成换热器冷凝液腐蚀。为了防止冷凝液腐蚀，换热器一般使用不锈钢和硅铝材质制造。

　　①不锈钢换热器

　　与铜相比，不锈钢的导热性相对较差，但具有良好的耐腐蚀性，能有效防止冷凝液的腐蚀;与铝相比，不锈钢材质导热性较好和耐化学腐蚀性好，耐热应力腐蚀较差。不锈钢材质的换热器多采用单扁管环绕型结构，见图7。管内水环向流动，扁管之间的间隙约0.8 mm，燃气燃烧产生的烟气径向高速流过扁管间的间隙，径向路径长度约36 mm，烟气温度由900 ℃降低为45 ℃，完成冷凝换热。因为燃气采暖热水炉的空气进气通道不设过滤装置，所以不锈钢换热器的小换热间隙设计，使得换热器外壁会附着灰尘或积碳等物质。当换热器内壁积聚物使得导热热阻增大，导热能力降低时，高温烟气与换热器间的传热就会受到影响，进而产生换热器外壁的热应力腐蚀。

　　②铸硅铝合金换热器

　　铸硅铝合金换热器材料的主要元素为Al和Si，其质量分数分别为85%和11%左右，其次是Mn、Mg等其他元素。铸硅铝合金换热器一般为水套式换热器，烟气被水套包围，烟气和水逆向流动，烟气冲刷水套换热器内壁形成对流换热。为了增强换热，扩大换热面积，水套内侧布置许多针状肋片，针状肋片间距最小为3 mm。铸硅铝合金换热器的内壁厚度约5 mm，经过硅树脂强化处理后，可以抵抗发生在燃气采暖热水炉中的酸性液体腐蚀。为了增加水套水道侧换热面积，水道内壁还设有V型槽。

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