導讀：自2015年3月15日北京出臺規定，要求從2015年5月1日起，將能效標識為二級的燃氣壁掛爐列入禁止使用的設備。但一級能效要求效率達到94%以上，這樣一來(lái)市場(chǎng)上主流的常規壁掛爐基本很難達到要求，從而使得冷凝壁掛爐幾乎成為北京市場(chǎng)的唯一選擇。同樣，從2015年1月1日開(kāi)始，歐盟地區二級能效的燃氣壁掛爐不再被允許銷(xiāo)售，所有分戶(hù)供暖家庭將全部更新為更節能、環(huán)保的一級能效的冷凝式燃氣壁掛爐。那么為什么北京及歐盟會(huì )強制推行價(jià)格更加高昂的冷凝壁掛爐，而淘汰“物美價(jià)廉”的常規壁掛爐呢？這兩種鍋爐有什么不同，如何更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢？本文分兩期為您一一道來(lái)。

 

◎什么是常規壁掛爐？

 

其實(shí)并沒(méi)有一種產(chǎn)品叫常規壁掛爐，所謂的常規壁掛爐就是傳統的壁掛爐，我們國家的標準叫法為燃氣壁掛式快速采暖熱水器，只是為了與后來(lái)出現的冷凝而生生造出了一個(gè)說(shuō)法——常規壁掛爐。

 

圖1常規壁掛爐工作原理示意圖
 

作為一種歷史悠久的采暖設備，壁掛爐的出現最早可以追溯到1961年，由威能發(fā)明，而同時(shí)具備采暖和生活熱水功能的壁掛爐產(chǎn)品，則是1967年由威能發(fā)明，并沿用至今。常規壁掛爐工作原理示意圖如圖1所示。具體的工作原理，簡(jiǎn)單來(lái)講就是——燃氣通過(guò)比例閥的調節進(jìn)入燃燒室，同時(shí)，外部的空氣通過(guò)平衡式煙道也進(jìn)入了燃燒室，在點(diǎn)火電極作用下燃氣燃燒，產(chǎn)生1500℃的高溫火焰和輻射熱量，通過(guò)上部的換熱器加熱水，這些熱水作為采暖和生活熱水之用。而經(jīng)過(guò)換熱器之后的熱空氣，還有190℃左右的溫度，在平衡式煙道排煙的過(guò)程中，與管道外部的冷空氣進(jìn)行換熱，其部分熱量被冷空氣吸收，提高了進(jìn)水燃燒室的空氣溫度，最終大概會(huì )有140℃左右的煙氣排到外面。從上面的描述可以看出，常規壁掛爐就是一種非常正常的燃燒設備，同時(shí)提供采暖和生活熱水的功能，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

圖2 常規壁掛爐結構圖

 

★ 因為常規壁掛爐有一部分熱量是被高溫煙氣帶走的，并不能完全被熱水吸收，通常燃氣效率能夠達到88%～92%。

 

★ 這種燃氣在空氣中燃燒的方式叫大氣式燃燒，燃燒器的特點(diǎn)決定了常規壁掛爐調節熱功率的范圍大概在30%～100%，用戶(hù)分戶(hù)采暖時(shí)，當末端采暖面積小的時(shí)候功率過(guò)大，系統工作不節能，而在夏天洗浴時(shí)也可能導致水溫過(guò)高或者不穩定。

 

★ 燃燒后的高溫排氣中，有大量化學(xué)反應產(chǎn)生的水蒸氣，這些水蒸氣一旦冷卻到大氣中的露點(diǎn)溫度之下（一般在55℃左右），會(huì )凝結在換熱器表面，產(chǎn)生結露現象，會(huì )腐蝕換熱器，這些凝結水如果滴落在燃燒器上，也會(huì )導致燃燒器的腐蝕和損壞，為保證不出現結露現象，供回水溫度不可過(guò)低。

 

★ 由于燃燒室、燃燒器、風(fēng)機等配件的特點(diǎn)，傳統壁掛爐的設計壽命一般是15年，實(shí)際使用根據水質(zhì)及具體使用情況，一般在8～10年左右。

 

★ 天然氣燃燒后的煙氣中，含有大量的氮氧化物，據了解，一般情況下這類(lèi)燃燒廢氣中有害物氮氧化物含量為150mg/kWh～200mg/kWh、一氧化碳含量為120mg/kWh～200mg/kWh，這些污染物會(huì )對大氣造成不利的影響。

 

如何才能解決上述問(wèn)題呢？用傳統的方式已經(jīng)無(wú)法解決，而正是為了解決上述問(wèn)題，2000年左右出現了冷凝壁掛爐。

 

◎什么是冷凝壁掛爐？

 

冷凝壁掛爐能夠將排煙溫度降低到露點(diǎn)溫度之下，一方面要求換熱器吸熱能力強，能夠將水溫降到更低，另一方面要確保冷凝水不能損壞換熱器或者燃燒器，因此冷凝爐的結構和材質(zhì)與普通壁掛爐有很大的差異。

 

從下面圖3的冷凝壁掛爐結構圖可以看出，其使用的換熱器和燃燒器，與常規壁掛爐有很大不同。冷凝壁掛爐的燃燒室是一個(gè)密封的結構，燃燒器處于中間位置，這樣一來(lái)，產(chǎn)生的冷凝水從下面流出，不會(huì )造成燃燒器的損壞。此外，為了提高燃燒效率，圖3所展示的冷凝爐所采用的“全預混燃燒”技術(shù)，就是在燃燒之前將燃氣和需要的空氣混合好，而不是讓燃氣在燃燒時(shí)與空氣混合，這樣在燃燒的時(shí)候會(huì )實(shí)現瞬間燃燒，表面只有藍色的、很短的火苗，幾乎看不到普通燃氣燃燒中的黃色火焰，且熱量更多以輻射熱的形式傳遞出去。
 

 

圖3 冷凝壁掛爐結構圖
 

在冷凝壁掛爐中，高效的換熱結構能夠將煙氣冷卻到40℃后進(jìn)行排放，這樣煙氣中的水蒸氣也會(huì )成為凝結水，并釋放出汽化潛熱讓水帶走，排煙溫度低加上汽化潛熱的吸收使得冷凝壁掛爐效率可達到109%，幾乎比常規爐高20%。

 

◎為什么冷凝壁掛爐效率可以高于100%？

 

按道理來(lái)說(shuō)，燃氣壁掛爐就算將燃燒的熱量全部利用起來(lái)也不過(guò)100%，怎么可能超出100%呢？

 

這個(gè)問(wèn)題是對的，一個(gè)燃燒設備不可能產(chǎn)生多余的熱量，出現這種現象的原因在于我們對燃燒效率的標定方式。

 

大家都知道，燃氣壁掛爐效率的定義公式是：η=Q1/B×QDWy×100（%），即效率=鍋爐有效利用熱÷輸入鍋爐的熱量的百分數。

 

式中，Q1表示鍋爐有效熱，B表示燃料的消耗量，QDWy表示燃料的應用基低位發(fā)熱量，其中Q表示燃料的發(fā)熱量。

 

燃料發(fā)熱量有高位和低位之分，高位發(fā)熱量是指燃料完全燃燒釋放出的全部熱量，此熱量包括了燃料燃燒后所產(chǎn)生的水蒸氣所含有的熱量；燃料低位發(fā)熱量是高位發(fā)熱量扣除燃料中的水分汽化潛熱而得到。
 

導致冷凝爐效率高于100%的原因為我們標定效率時(shí)是用天然氣的低位發(fā)熱值標定的，以天然氣為例，其高位發(fā)熱值約為低位發(fā)熱值的111%，當以高位發(fā)熱值做到效率接近100%的時(shí)候，低位發(fā)熱值最高理論效率約111%，這也是冷凝爐效率高于100%的原因。

 

下圖可以比較兩者產(chǎn)生效率差異的原因。

 

圖4 效率差異對比圖

 

◎冷凝爐的特點(diǎn)總結

 

★ 從上面的分析可以看出，燃燒效率高是冷凝爐的突出優(yōu)勢，一般能夠比普通壁掛爐高百分之十幾，也就是產(chǎn)生同樣的熱量可省氣省錢(qián)百分之十幾。

 

★ 氮氧化物排放低是冷凝爐能夠大行其道的主要原因。氮氧化物是天然氣在燃燒過(guò)程中，里面含氮元素的可燃氣體被氧化而成的，其的產(chǎn)生與燃燒的空氣過(guò)剩系數（對應燃燒多余的氧氣）有關(guān)，也與煙氣高溫有關(guān)，因此降低氮氧化物含量首先要減少多余的空氣，即降低燃燒的空氣過(guò)剩系數。常規壁掛爐空氣過(guò)剩系數一般在1.5～1.8，而全預混的冷凝爐空氣過(guò)剩系數只有1.05～1.1，從而降低了氮氧化物的含量；另一方面全預混方式燃燒的高溫火焰極短，甚至沒(méi)有火焰，也減少了煙氣在火焰中停留的時(shí)間，進(jìn)一步降低了氮氧化物的產(chǎn)生；最后由于冷凝爐排煙的時(shí)候已經(jīng)將煙氣中的水蒸氣進(jìn)行冷凝回收了，在冷凝的同時(shí)煙氣中的氮氧化物會(huì )溶解在水中，隨著(zhù)冷凝水排走而不是通過(guò)煙氣排放到大氣中。

 

★ 輸出功率調節范圍大。由于采用精確控制的全預混方式，因此全預混壁掛爐的輸出功率調節范圍可以做到10%～100%（不同廠(chǎng)家型號有所差異），比常規壁掛爐更適合低負荷運行，這對提高系統低負荷穩定性和夏季洗浴水溫的穩定都有好處。

 

★ 冷凝爐更適合低溫水的地暖系統使用。由于要將煙氣溫度降低到55℃以下才能冷凝，因此冷凝爐要求回水溫度低于55℃，并且越低越好，同時(shí)低負荷的時(shí)候冷凝效果更好，因此低溫水供熱或者低負荷運行都更適合冷凝爐的工況。

 

★ 冷凝爐需要對比例閥進(jìn)行調整。前面說(shuō)到冷凝爐的空氣過(guò)剩系數在1.05～1.1，這是一個(gè)非常精確的控制范圍，但是這個(gè)出廠(chǎng)預設的數值在實(shí)際使用時(shí)由于各地天然氣成分的不同，甚至大

氣壓的不同都會(huì )導致燃燒工況的改變，如果燃燒不充分會(huì )造成積碳現象，嚴重影響到工作穩定性和效率。

 

★ 冷凝爐對燃氣純凈度、燃氣壓力、水質(zhì)、水中空氣等因素比較敏感，因此后期維護工作要求比常規壁掛爐更高。

 

基于以上特點(diǎn)，冷凝爐在歐洲成為強制標配，同時(shí)北京也為了提高空氣質(zhì)量而強制推行，但是從中國整體壁掛爐銷(xiāo)量來(lái)看，冷凝爐目前占比還是很少的，2018年總銷(xiāo)量只有二十多萬(wàn)臺，整體壁掛爐里面占比不到10%。那么，是什么原因導致了冷凝壁掛爐的推廣受到影響呢？成本當然是一個(gè)重要原因，冷凝爐作為一個(gè)歷史只有十來(lái)年的產(chǎn)品，還有有一定的技術(shù)門(mén)檻，不像常規壁掛爐那么成熟，同時(shí)技術(shù)要求更高，產(chǎn)品成本也更高，真正能夠比較全面掌握冷凝爐技術(shù)的廠(chǎng)家相對較少，市場(chǎng)價(jià)格遠遠沒(méi)有做到“爛”的地步，對于很多用戶(hù)來(lái)說(shuō)冷凝爐還是較為昂貴。此外，歐洲大行其道的冷凝爐在中國也有“水土不服”的問(wèn)題，含天然氣品質(zhì)不統一、雜質(zhì)相對較高、水質(zhì)不好、安裝施工不到位、調試麻煩、后期維護麻煩等原因，導致冷凝爐使用中故障率高于普通壁掛爐，廠(chǎng)家售后維護更加麻煩。

 

當然中國人的創(chuàng )造力是無(wú)窮的，針對上述問(wèn)題國內有廠(chǎng)家研發(fā)了一種新的“大氣式冷凝爐”，這個(gè)產(chǎn)品的出現讓“真假冷凝爐”的口水仗打到今天，具體細節下回分解。

 

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