關于燃氣真空鍋爐供熱技術的改進研究

李衛方

摘要 ：燃氣真空鍋爐是一種以天然氣為燃料的新型供熱設備，該設備具有占地小，操作簡單，運行安全可靠等特點，是一種理想的小型供熱系統，目前市場上所售產品以國外品牌居多，設備造價較高，所以只在部分領域得到一定應用。為了找出適合中國國情的發展方向，特結合燃氣真空鍋爐在實際運行管理中的經驗，從工作原理、制造工藝、管理經驗、運行參數、節能降耗措施等方面入手，對其進行了深入研究，并重點對蒸汽式換熱和水浸式換熱方式進行了分析。

關鍵詞 ：燃氣鍋爐 真空度 換熱效率 節能降耗

燃氣真空鍋爐是一套自動化控制程度很高的供熱系統，在水、電、氣基本條件具備的條件下可以開始工作，依靠眾多的溫度傳感器、壓力傳感器，控制系統可以安全地控制系統運行，并且可以在真空度下降到一定數值時自動開啟真空泵，始終保持負壓室內的氣壓值符合運行要求。如果真空泵運行后仍不能使負壓室的氣壓值達到要求，系統會在預設的某個氣壓值下自動停機。

一、燃氣真空鍋爐目前發展狀況

1972年，瑞士的蘇黎士理工大學創造了真空熱水鍋爐的基本原理。1975年日本TAKUMA公司據此原理開發出了真空熱水鍋爐，后來逐步在歐美等國家得到廣泛應用，國內在80年代后期開始研制真空熱水鍋爐，但由于無法解決鍋爐在密封的真空狀態下水和鐵發生電化學反應生成不相溶氣體導致真空度不斷下降的問題，一直未得到推廣。2000年以后，國內的鍋爐廠家開始生產燃氣真空鍋爐，主要有浙江力聚、內蒙古富士特 、河南銀晨、蘇州航星、常州上能等。

二、燃氣真空鍋爐的工作原理

燃氣真空鍋爐是利用水在不同的壓力下，沸騰溫度有所差異的特性來進行工作的。機組內用來換熱的熱媒水被封閉于氣壓值在-0.02Mpa以下的負壓室內，當熱媒水被加熱到約93℃時，就會在水面產生相同溫度的蒸汽。蒸汽通過管式熱交換器把熱能傳遞到管內的冷水，冷水被加熱升溫后會被循環到熱水罐內存藏備用，而管外的水蒸汽則被冷凝成水滴滴回水面被重新加熱，從而完成循環過程。

三、 燃氣真空鍋爐目前存在的優、缺點

1、優點：

①使用安全，壽命長： 鍋爐在負壓狀態下低溫運行，安全可靠，無膨脹爆炸的危險，換熱器在密封環境中換熱，換熱過程不消耗熱媒水，不產生水垢，鍋爐使用壽命可達20年以上。

②安裝簡單，管理方便：用戶安裝使用真空熱水鍋爐不需要注冊登記，安裝后不必辦理使用登記注冊手續。使用后不需要年檢，可實現全自動控制運行，無須專人值守。

③換熱效率高，節能環保：鍋爐結構緊湊，使用占地面積??；內置式換熱器換熱效率高；間接式加熱，提供的熱水水質清潔；燃燒器燃燒效率高，噪音、廢氣排放達到國家一類地區排放要求。

2、 缺點：

①提供的熱水溫度較低：一般常壓熱水鍋爐出的熱水可以達到95度以上，而真空熱水鍋爐在負壓下運行，產生的蒸汽溫度一般在70～80度之間，得到的熱水溫度一般在60～70度之間。

②系統造價成本高：真空熱水鍋爐對爐體材料在抗壓，抗老化方面有著特殊的要求，再加上需要配置進口燃燒器，高品質的真空泵及穩定可靠的控制系統，因此其鍋爐價格相對來說要高很多。

③維護工作麻煩：維護工作主要體現在負壓條件保障上，需要不斷維持其真空環境，特別是真空泵的維護比較麻煩。

④使用燃氣真空熱水鍋爐供暖，需配備專門的儲水罐和循環泵。

四、 燃氣真空鍋爐的改進內容

1、控制系統擴展：

目前燃氣鍋爐的控制系統多數不具備遠程控制功能，操作人員需要到鍋爐房現場進行操作或巡視，不僅費時費力，而且也給操作人員帶來了人身安全隱患。未來的控制系統將會設置遠程通訊接口，將鍋爐的各種溫度參數、壓力參數、工作狀態等信號傳到值班室監控電腦上，并執行監控電腦下達的各種指令，對相關設備進行操作。值班人員通過遠程監控電腦即可了解鍋爐的運行情況，對鍋爐進行各種遠程操作，如果再配合現場視頻監控系統和報警系統，值班人員可完全實現遠程操控鍋爐的目的。

2、換熱方式改進

目前的“水→汽→水”的換熱方式在實際應用中有以下缺點：一是蒸汽遇冷凝結成水時會在金屬換熱器的表面形成一層水膜，隨著凝結水的增多才會滴落。但是上層換熱器上的凝結水首先會滴落到下層換熱器上，然后再依次向下滴落直到最后落回蒸發室，凝結水滴落過程會吸收部分熱量，從而降低蒸汽溫度，而蒸汽需要首先加熱附在換熱器表面的水膜才能把熱能置換到換熱器內部的水中，從而導致換熱效率下降，特別是在蒸汽量不足或者用水負荷過大時，該現象更為明顯。二是蒸汽加熱升溫快，降溫也快，燃燒器工作不久就會達到設定溫度而停爐，然后隨著溫度的快速降低又重新啟動，頻繁的啟動會造成燃氣的浪費和相關設備壽命的嚴重縮短。

在一次檢修試機工作時發現，當換熱器有三分之一浸入熱媒水中后，鍋爐換熱性能提高明顯，鍋爐啟動到停機的間隔時間由原來的7～8分鐘延長到2個小時左右，熱水輸出溫度穩定提高3℃?？梢姄Q熱器直接在水中加熱可以明顯改進燃氣真空鍋爐的換熱效率和使用性能?？紤]到熱水供應的持續性和穩定性，熱媒水的添加量應與一小時的熱水使用量接近，并且不能超過換熱室容積的2/3，這樣才能保證正常的熱水供應。此時維持換熱室內的真空度不是為了低溫產生蒸汽，而是使鍋爐始終保持負壓運行，提高鍋爐安全運行系數。下圖是兩種換熱方式的原理比較圖。

3、分體生產、現場裝配

現有燃氣真空鍋爐系統均為一體化設計思路，體積雖小但質量很大。一臺出廠檢驗合格的鍋爐在經過運輸和安裝之后仍然有可能出現不可預測的問題。如焊點開裂、爐體變形、儀表損壞等。為了解決以上問題，燃燒室、燃燒器、控制器、換熱器和換熱室應分體設計、生產和運輸，在施工現場進行組裝。熱媒水采用工業用蒸餾水，在施工現場灌裝。分體生產的零部件只要控制好加工精度，做好工廠測試，那么現場組裝將不會對產品的質量有任何影響。

4、增加節能降耗設施

燃氣真空鍋爐工作時會產生大量高溫廢氣（可高達300℃），如果不加以熱量回收，直接排放到大氣中去，就會造成熱量的巨大浪費，同時也會對周圍環境也產生不良影響，因此設置煙氣熱量回收裝置不僅可以實現節能降耗的目的，同時也是對環境采取的一種有效保護措施。所以加裝煙道換熱器是首選。

煙道換熱器的冷水進口和熱水進口分別并接到鍋爐換熱器的回水口和出水口上，可利用熱水管網中的循環泵的驅動壓力實現水流在吸熱盤管內的流動，從而實現熱量的回收再利用。

五、總結

遠程控制系統的配置可以實現天然氣真空鍋爐的遠程操控功能，改善管理人員工作環境，降低人工成本和危險因素；水浸式換熱方式解除了鍋爐對真空度的依賴，縮小了鍋爐體積，降低了運輸、安裝、維修維護難度，增加了鍋爐換熱效率，提高了熱水出水溫度和穩定度，延長了鍋爐使用壽命；煙道換熱器實現了熱量回收再利用，降低了鍋爐工作對外界環境的影響。因此，按照本文提出的改進思路生產出的燃氣真空鍋爐將非常適合在中國廣大地區推廣使用。