冷凝式燃氣壁掛爐和節能舒適的地熱地板的應用
隨著傳統供熱方式的缺陷日益突出,新的供熱方式不斷涌現,戶式供暖系統正是這種形勢發展的產物。其中以壁掛式供暖、熱水兩用燃氣鍋爐為熱源的戶式供暖系統,在實際的工程應用中顯示了巨大的優越性,具有強勁的發展勢頭,但也存在以下問題:a)雖然燃氣比燃煤相對清潔,但由于熱源分布在多層特別是高層住宅的每家每戶,其燃燒產物如C02,NOX,CO等對區域空氣環境的影響不可低估。 據北京市環保科學研究院對曙光小區高層住宅的測試,樓層中上部NOX濃度偏高,在風力不大不易擴散時,最高可超過標準規定值近2倍,形成了一道高濃度NOX煙氣“墻”。 a)常規壁掛式燃氣鍋爐的熱效率(以高位熱值為計算標準)一般可達70%-80%;排煙溫度為110℃左右,存在較大的熱損失。典型的熱量分配是:75%用于加熱水(有效熱),19%為排煙熱損失,6%為外殼散熱熱損失;分戶供暖運行費用包括燃氣費、電費和水費,其中燃氣費約占93%,是最主要的費用。因此要想降低運行費用,最行之有效的方法就是降低用氣量,對于壁掛式燃氣鍋爐來說,減少排煙熱損失顯然是最有效的解決途徑。 b)傳統的供暖系統安裝方式室內橫管多,不利于室內裝修美觀;散熱器供暖能耗大、舒適性較差。因此開發更加環保、節能且美觀實用的戶式供暖系統是人們的迫切要求。根據此要求,筆者把節能環保的壁掛冷凝式燃氣鍋爐和節能舒適的熱地板聯合用于戶式供暖系統中,研究發現兩者之間有較好的耦合性。? 1.冷凝式鍋爐與熱地板的特點 1.1冷凝式鍋爐的特點 冷凝式鍋爐是一種高效的節能環保設備,在歐美等西方國家得到了廣泛的應用,其基本原理是降低排煙的溫度到煙氣露點溫度以下,回收排煙中的顯熱和潛熱,以提高鍋爐的熱效率[3-6]。國內目前尚處于初步研究和應用階段。根據文獻[3]按照《家用燃氣快速熱水器》GB6932-94標準的規定,在相同負荷下對樣機進行的熱工特性測試表明,排煙溫度為170℃時,高位熱效率為76.4%;排煙溫度為110℃時,高位熱效率為85.0%;排煙溫度為45℃時,高位熱效率為92.3%。由此可以看出采用壁掛冷凝式燃氣鍋爐的節能性。 冷凝換熱過程產生的冷凝水可以吸收一部分有害氣體,如SOX,NOX,CO2等,降低污染物的排放濃度,有利于環保。北京建筑工程學院的賈力教授曾測試了在2.1MW天然氣熱水鍋爐安裝低阻力煙氣冷凝換熱回收設備前后冷凝過程對NOX的去除情況,結果見表1[6]。 1.2 地板輻射供暖的特點 地板輻射供暖系統具有以下優點: a)舒適、保健、衛生。它能使室溫在縱向上產生特有的負溫度梯度(-0.5℃/m),使人產生腳暖頭涼的感覺,更好地滿足了人體的熱舒適要求;溫差小,室內上升氣流減少,室內空氣流動緩慢,室內衛生條件得到改善。 b)能耗低。在保持相同舒適感的前提下,輻射供暖時的空氣溫度可比對流供暖低2℃左右,根據日本的經驗數據,在常規范圍內住宅供暖溫度每降低1℃,可節約燃料10%左右,因此它比散熱器對流供暖具有更高的供暖效率。 c)可選用多種低溫熱源。低溫熱水地板輻射供暖系統的供水溫度為45℃-60℃,回水溫度一般在40℃左右,可充分利用工業廢熱和地熱水資源。d)能夠冷暖兩用。 2.冷凝式鍋爐與地面供暖聯合系統 從冷凝式鍋爐提高熱效率的原理可知,要回收排煙潛熱和顯熱,就必須提供能使煙氣溫度降到露點溫度以下的冷卻介質(如冷水、冷空氣等)。它用在常規戶式供暖系統中存在以下問題:a)生活用水存在時間性,且其用水量比供暖循環水量少,因此對于全天供暖的用戶,用生活補水去冷卻排煙是不可行的。b)若采用排煙去預熱燃燒用的冷空氣,雖可以達到回收熱量的目的,但由于煙氣的比熱容大于空氣的比熱容,而排煙量也比燃燒需用空氣量大,再加上水蒸氣的凝結放熱,經估算在有潛熱回收的條件下,煙氣溫度每降低1℃,空氣溫度可升高2℃左右,若要將排煙溫度從110℃降低到露點溫度(一般為52-55℃)下的50℃以回收余熱,則需要將溫度為5℃的進口空氣加熱到125℃,出現進口空氣溫度比出口煙氣溫度低的情況,這顯然是不可能的。此外,采用這種方式,因氣一氣換熱器的傳熱系數低,加之煙氣和空氣之間的溫差較小,勢必增大換熱面積。c)由于用散熱器供暖的傳統系統(供回水溫度為95℃/70℃)的鍋爐多數按80℃/70℃運行,用供暖回水冷卻排煙存在技術上的問題。 2.2 聯合供暖系統 針對上述得出的壁掛冷凝式燃氣鍋爐應用于常規戶式供暖系統需要合適的冷卻介質的結論,并結合低溫熱水地板輻射供暖的回水溫度一般在40℃左右的特點,筆者提出了壁掛冷凝式燃氣鍋爐與地面供暖聯合的戶式供暖系統,如圖1所示。該系統供暖回水溫度比鍋爐排煙露點溫度(一般在55℃左右[7])低15℃左右。由美國的一些鍋爐制造廠、煤氣公司和供熱運行管理人員組成的測試小組對13臺冷凝式鍋爐凝水量和排煙溫度的測定表明,當排煙溫度tpy=45℃左右時冷凝水量達到最大值,為蒸汽量的80%,相應的系統回水溫度為30-40℃[9]。因此該系統具有較好的冷凝效果,并且節能環保。采用壁掛式鍋爐還具有控制方便的優點,用戶可根據需要設置合適的水溫和水量提供給低溫熱水地板,也可以提供需要的生活用水,做到一機兩用。??????? 為了充分利用天然氣,國家頒布了一系列的燃氣優惠政策。國內大中城市燃氣管道的鋪設即將完成并開始通氣,燃氣式戶式供暖系統必將得到十足的發展。將壁掛冷凝式燃氣鍋爐與地面供暖聯合應用于戶式供暖系統中,能夠更好地克服現有戶式供暖系統能耗大、環保效果不理想和不美觀等缺點,同時兼有壁掛冷凝式燃氣鍋爐和低溫熱水地板輻射供暖系統的優點。該聯合方式在理論上具有較強的可行性,但需要作經濟性分析。
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