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浅谈真空热水锅炉的构造特点及工作特性

作者:江苏省建筑设计研究院 何忆江

【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