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专家述评

不同热交换结构中小型燃气式蒸汽发生器优缺点比较

 

     中小型蒸汽发生器具有从开机到产出蒸汽时间快,使用时间可断续,节能降耗效果明显,占地少、安装维护方便,设备购置和使用费用低廉,使用安全性高,不必专人值守等突出优点,使中小型蒸汽发生器特别适合于学校、企业、政府机关等单位大型食堂、快餐店、酒店厨房、桑拿洗浴、蒸汽熨烫和需要使用蒸汽的加工等场合使用,避免了使用大型锅炉杀鸡用牛刀的尴尬。因此,近几年中小型蒸汽发生器产业发展势头迅猛,市场上该类产品层出不穷。

     中小型蒸汽发生器主要分为用电和烧燃气的两类。总的来说,在使用场合人员活动密集度高和环境状态复杂的的情况下,电加热类相对于燃气类的蒸汽发生器,存在用电安全隐患问题较多,经济性较差的问题,所以,中小型蒸汽发生器采用电热型方案的产品较少。

     众所周知,中小型燃气式蒸汽发生器主要由燃气供给与控制系统、进水与蒸汽温度控制和安全保障系统、热交换系统、水垢清除与清洗系统、尾气抽排系统等组成,先进一点的还具有尾气余热回收系统结构。目前,燃气供给与控制系统、进水与蒸汽温度控制和安全保障系统和尾气抽排系统都基本是经过优化后的标准化产品,若再改进设计对效率影响也很小,我们更应注重该类部件质量的环境适宜性和耐久性。

     市场上不同燃气式产品差异,主要因素是蒸汽发生储水结构特征、是否带有水垢清除或清洗系统和尾气余热回收利用系统。

     我们知道,蒸汽产生于水。中小型燃气式蒸汽发生器所用水源一般为普通自来水。我国1986年实施的饮用水国家标准是GB 5749-85。标准规定水中的溶解性总固体物应小于1000毫克/升。约为每千克水中溶解性总固体物应小于1克。南方多为地表水,自来水中的溶解性总固体物一般在650-850毫克/升之间,北方多为地下水,自来水中的溶解性总固体物一般在700-950毫克/升之间。也即是说,产生1千克蒸汽,南方地区将余留下0.65-0.85克固体物,北方地区将余留下0.70-0.95克固体物。固体物中的钙镁类固体物(俗称水垢)约占70-80%。了解这些知识后,我们就能较好的比较蒸汽发生器热交换结构类型的优缺点。

 

     蒸汽发生器热交换结构主要分为水冷壁管道式、翅片管道式、水冷壁容积式和内热容积式四种。

 

     1、水冷壁管道式结构就是我们常见的早期家用热水器热交换结构,即是用紫铜片包围成燃烧室,并在紫铜外周螺旋绕并焊接上铜管,下端进水,上端出蒸汽。由于管道总容积小,容水垢能力小,无法设置除水垢结构,因此,该类结构由于需要极其严格的除钙镁离子系统,但仍然不能保证较长的使用寿命,同时其传热效率不高,而费用较高,除早期产品,在市场上已难觅其踪影。

     2、翅片管道式结构是水冷壁管道式结构改进形式,是在水冷壁管道式结构顶端加入了多层翅片管道,大大提高了传热效率。由于管道总容积小,从启动到产生蒸汽时间之间的时间可以极短,几秒钟就可以产生所需蒸汽。但这种结构也继承了水冷壁管道式的缺点,即需要极其严格的除钙镁离子系统,但仍然不能保证较长的使用寿命。我们知道高纯度除钙镁离子系统使用费用是高昂的,但除钙镁离子一般是用更为活泼的轻质元素或有机物替代法去除。这种去除法要么会增加水中水溶性非钙镁离子固体物含量,要么就会使蒸汽质量和纯净度产生影响。尽管进行了钙镁离子去除,不说新加入的非钙镁离子固体物,但水中原有的20-30%左右的非钙镁离子固体物仍然不可能去除,仍然会在管道蒸发段上形成沉淀层,经过时间积累将直接影响传热效率,使蒸汽机寿命过早终结。因此,该类产品会偏重宣传其产气时间短的优势,而尽量模糊甚至不提其使用成本和产品寿命问题。

     3、水冷壁容积式是将环矩形或环形水箱作为热交换结构,该结构的特点是水容积大,容水垢能力强,可安装排水垢装置。进水只需简单处理,使用寿命长,整体使用费用低。但该结构的热传递效率一般,启动到产气时间较长。因此,该类产品会偏重宣传其使用成本和产品寿命的优势,而尽量模糊甚至不提其产气时间和热效率的问题。

     4、内热容积式是水冷壁容积式的改进形式,其最大特点是将环矩形或环形水箱改进为阵列环矩形,即按照火排数相应设计多个环矩形,并在火焰通过的环矩形空隙中设置若干扰流隔环,达到热交换的最优状态。其传热效率超过翅片管道式结构,但这种结构形式又继承了水冷壁容积式容水垢能力强、可安装排水垢装置、进水只需简单处理、使用寿命长、整体使用费用低的优点,而其从启动到产生蒸汽时间之间的时间比冷壁容积式大大缩短,仅低于翅片管道式。由于其技术的先进性明显,因此,该类产品的宣传比较全面清晰。

     综上所述,从技术层面来讲,采用内热容积式热交换结构,并带有水垢清除与清洗系统和尾气余热回收利用系统的中小型燃气式蒸汽发生器,是目前该类产品中整体使用寿命最长、性价比最高和技术最成熟完美的产品。该类产品技术最为成熟的典型代表是武汉宏健热能科技有限公司的中小型燃气式蒸汽发生器产品,其产品的内热容积式结构是与武汉大学共同研发,采用全数字化流态分析技术优化的结果,拥有多个自主知识产权的国家专利。

 

武汉大学动力与机械学院

博士导师、教授:程志毅

 
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