浅谈冷凝锅炉

     冷凝式燃气壁挂炉已越来越多的走进国内市场，欧洲早在上世纪70年代就开始冷凝锅炉的研发，目前冷凝锅炉技术和性能已相当成熟，并普遍在欧洲发达国家应用和推广，甚至有些国家还开始限制非冷凝锅炉的使用。
冷凝锅炉之所以能够得到推广和应用，最大的优势在于其高热效率，最大热效率可达109%，大大节省了能源，比普通燃气炉热效率高出15~17%。另一方面，排烟温度大大降低，烟气中的NOX氮氧化物超低排放，可达五星级排放标准，比普通锅炉排放降低了80%。
    冷凝锅炉虽然已经进入国内市场，但是还有很多人并不真正了解冷凝锅炉高效的实质含义和最佳使用工况，下面我们通过一些图表给大家做个简单的介绍和分析。

一、什么是冷凝锅炉，它的热效率为什么能超过100%？
在分析冷凝炉热效率之前我们需要先了解下什么是高热值和低热值，什么是显热和潜热。
高热值：1标准立方米燃气完全燃烧后，烟气被冷却至原始温度，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：1标准立方米燃气完全燃烧后，烟气冷却到原始温度，而其中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量。
显热：给物质加热后只提高了物质的温度，没有发生相变的热量。
潜热：给物质不断加热，最终温度不变但是发生了相变的热量。例如沸水变成了蒸汽。
 
上图中，普通锅炉最终得到热量=燃气进气110kw/h－辐射损失1kw/h－烟气显热损失8 kw/h－烟气潜热损失10 kw/h=91 kw/h。
    根据高热值定义，可以这么理解，若我们能将这些损失的热量全部回收，那么锅炉的效率将是110%。因此上图中的普通锅炉热效率为91%。
 
上图中，高效锅炉最终得到热量=燃气进气110kw/h－辐射损失0.5kw/h－烟气显热损失6.5 kw/h－烟气潜热损失10 kw/h=93 kw/h。即图中高效锅炉的热效率为93%。
 
上图中，冷凝锅炉最终得到热量=燃气进气110kw/h－辐射损失0.3kw/h－烟气显热损失1 kw/h－烟气潜热损失1kw/h=107.7kw/h。即图中冷凝锅炉的热效率为107.7%。
由此可以看出，冷凝锅炉吸收了烟气中的显热和潜热，从而降低烟气温度，大大提高了锅炉的热效率。

二、冷凝锅炉在什么情况下热效率最高？
冷凝锅炉的能效标准为1级（国家标准规定1级能效热效率＞96%），在实际使用过程中冷凝锅炉的效率可以从96%~109%，那么我们在什么情况下，怎样使用，冷凝锅炉才能达到最大热效率呢？
1、    冷凝炉在较低温度工作状况下热效率较高。
供暖系统中的壁挂锅炉主机在使用过程中是可以任意调节出水温度的，根据末端配置来设定出水温度。地暖和风机盘管一般控制水温在60℃以下，暖气片系统水温控制在75-85℃之间。
 
上图中横坐标表示锅炉功率（KW），纵坐标表示锅炉效率（η）。图上两条红色曲线分别表示50℃出水、30℃回水和80℃出水、60℃回水状况下的效率曲线。当冷凝炉工作在50℃-30℃状况时热效率是109%-103%。而冷凝炉工作在80℃-60℃状况时热效率是97%-93%。由此可以看出冷凝锅炉在较低温度工作状况下热效率较高。
2、冷凝炉在输出功率较低的情况下热效率较高。
我们将壁挂炉的出水温度设定好，壁挂炉将根据我们所设定的温度自动控制燃烧，当温度接近所设定的水温时，壁挂炉主板发出信号减小燃气阀开度，自动将火焰减小，达到维持和稳定温度的作用。
 
上图中是冷凝锅炉输出功率（KW）和效率（η）曲线图，红色线表示锅炉从10KW到50KW的效率曲线。在10KW工作状况下效率是109%，在50KW状况下效率是102%，由此说明，冷凝锅炉在低输出功率情况下热效率较高。
3、保持一定的进回水温差也能提高冷凝锅炉热效率
在供暖系统中所使用的燃气壁挂炉内的循环泵是起到让介质水流动起来，从而将锅炉内高温水带到末端设备散发出来。但是我们所知道的锅炉内的循环泵都是一定的转速，即不管锅炉处于多大功率燃烧，循环泵总是一个速度在运转。若使用变频泵，泵的转速随着锅炉的功率变化而变化。就会让进回水温度保持一定的温差。

 

图中以意大利Unical（优尼卡）ALKON50壁挂式燃气冷凝锅炉为例：

若选用左图的恒流泵（固定转速），流量为3000升/小时，当锅炉功率在50KW工作时进回水温差Δt=14℃，当锅炉功率在10KW工作时，因为加热热源变少而泵速还是那么快，导致进回水温差Δt由原来的14℃降为3℃。

若选用右图的变频泵（转速可变），流量变化范围从900升/小时~3000升/小时，当锅炉功率在50KW时泵以3000升/小时最快速运转，当锅炉功率在10KW时，泵接收信号自动降低为慢速900升/小时，虽然锅炉功率降低了，但是泵速也随之降低，因此进回水Δt温差还能达到10℃。

 
上图是使用恒流泵和变频泵在不同输出功率情况下的热效率曲线图，粉红色表示使用变频泵的，红色表示使用恒流泵的。从图中可以看出，在刚开始最大功率工作时效率一样，当处于小功率保温状况下，因为变频泵降低转速保持了一定的进回水温差Δt，因此效率明显比使用恒流泵的高。但是因为变频泵的价格较贵，而且越是大功率的冷凝锅炉使用变频泵带来的节能效果越明显，所以，在小功率冷凝锅炉内一般不配置变频泵的。

三、在地暖系统中使用冷凝锅炉节能效果更明显
通过以上图例和分析让我们知道冷凝锅炉在低温和小功率工作状况下热效率最高，也就是我们说的越节能。地暖系统恰恰符合这一条件（供水温度40~50℃，烧到设定温度后锅炉长期处于小功率维持状态）。另外通过全年的供暖季节对比，冷凝锅炉也比普通锅炉占有节能优势。下图中说明。
 
 

    在一年的供暖季节（10月—次年3月份）普通锅炉和冷凝锅炉的热效率曲线正好相反，但冷凝锅炉的热效率始终比普通锅炉高出10%以上。

因为冷凝锅炉回收了冷凝气热量，减少了烟气热损失，同时降低烟气中NOX排放量，更加节能环保，长期供暖运行可以节省出大量金钱。

    目前市场上的冷凝锅炉的换热器主要有两种，一种是不锈钢换热器，另一种是硅铝镁合金换热器，其中硅铝镁合金换热器全球也只有2-3家可以生产，最为代表的是意大利Unical集团公司——专业从事锅炉生产的厂家。
国内生产壁挂炉的厂家也开始涉足于冷凝锅炉市场，但是其核心技术和关键零部件的国产化还有待提高，同时冷凝锅炉在国内所使用的环境（诸如天然气的纯度、自来水的杂质含量等）还有待优化。随着节能减排政策的实行，全民低碳意识的加强，冷凝技术必将是未来的发展趋势。

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