浅谈真空热水锅炉的构造特点及工作特性.doc

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6050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19918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（T100）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，T1000，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6050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19918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