一、概述

《家用燃气快速热水器》GB6932-2001中明确规定了家用燃气快速热水器供暖及供热水的热效率不低于80%（按低热值）。目前,国内市场中进口及国产燃气壁挂炉的热效率已经达到85%以上,用传统方法进一步谋求热效率的提高已经非常困难，必须考虑利用降低排烟温度，充分回收烟气中的余热直至潜热来提高热效率。但降低排烟温度会出现两方面的问题：一是低温腐蚀问题，减少燃气壁挂炉的使用寿命；二是酸性冷凝水合理排放问题,酸性冷凝水对所流经的金属和建筑物均有腐蚀作用。为了作到既要回收余热又要保持燃气壁挂炉的使用寿命，因而研制回收余热的高效率冷凝式燃气壁挂炉。

二、冷凝式燃气壁挂炉的工作原理及其结构特点

1、工作原理

冷凝式燃气壁挂炉是通过两个换热器充分吸收燃气燃烧产物——烟气中的显热及水蒸气的潜热。燃气的热值是指1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量。热值分为高热值和低热值，高热值指1Nm3燃气完全燃烧后，其烟气全部被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量；低热值指1Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸气状态时所放出的热量。由此可见，燃气的高热值与低热值之差就是水蒸气的汽化潜热。以天然气为例，天然气的主要成分为CH4，CH4的燃烧化学反应式为：

CH4+2O2=CO2+2H2O+ΔH

由上式可见，在近似假定各种气体的Kmol容积相等的前提下，每燃烧1Nm3的CH4可以得到2Nm3水蒸气，同时放出一定热量ΔH。

2Nm3水蒸气凝结将放出潜热2×0.833×0.695=3.96×103KJ/Nm3。CH4的高热值Hh=39842KJ/Nm3;低热值Hl=35906KJ/Nm3。

汽化潜热与低热值的百分比=(3.96×103/35906)×100%=11%

也就是说,当该燃气燃烧提供100KW的显热时,同时也提供了11KW的潜热。冷凝式燃气壁挂炉就是要将烟气温度冷却到露点温度40～45℃，回收这部分潜热，同时也获得烟气中的大部分显热。从而大大的提高了热效率，一般可提高10%～15%以上，按低热值计算的热效率可能超过100%。

2、结构特点

冷凝式燃气壁挂炉增设了余热回收器7、中和器13，在余热回收器下面设置了凝结水收集盘9（见图），其作用是将含酸的凝结水集中起来导入中和器中，中和器将冷凝水中和后排出机器。由于排烟温度低，同普通的燃气热水器相比，冷凝式燃气壁挂炉阻力增大，抽力减小，因此要在换热器上方加装强排风机，使排烟顺畅。

由于烟气中含有三原子气RO2，RO2的主要成份是CO2和SO2，其冷凝液滴具有腐蚀性。因此与冷凝水接触的所有部分，包括余热回收器、中和器、冷凝水回收盘、风机及烟管都必须使用适当的耐腐蚀材料。余热回收器可以使用含硅、锰的铝合金，现在广泛使用的为铝和铸铁合金的轧制合金AlMgSi0.5，也有一些国外厂家使用纯度为99.5%的钝铝或不锈钢。相比而言，纯铝及铝合金在耐腐蚀的同时，导热系数也较好，因而受到广泛使用。

3、冷凝液的处理

冷凝液具有一定的酸性并含有一些有害物质，各国对其回收装置及排放有不同的规定。该冷凝式燃气壁挂炉的中和器13及相关连接管路采用聚氯乙烯材料制成。在中和器中加入镁用于改变水质。其化学反应式如下：

Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2

Mg(OH)2+2HNO3→Mg(NO3)2+2H2O

Mg(OH)2+H2SO4→MgSO4+2H2O

Mg+2HNO3→Mg(NO3)2+H2

Mg+H2SO4→MgSO4+H2

反应生成物硝酸镁和硫酸镁不具有腐蚀性且溶于水,可以与生活废水一同排放掉。

三、小结

冷凝式燃气壁挂炉的热效率较非冷凝式燃气壁挂炉可提高10%以上，故至少可以节省10%的燃料费用和减少10%的CO2及NOX的排放量。虽然制造成本要高一些，但高出成本可以在3～5年内由节省的燃料费用收回。可见，冷凝式燃气壁挂炉的研制，对于节约燃气能源，减少环境污染，提高燃气壁挂炉的技术含量及市场竞争力都有着重大的意义。

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