【原创】商用冷凝燃气炉与烟道相关的实际问题

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【原创】商用冷凝燃气炉与烟道相关的实际问题

作者：王成研 何军（北京欧福徕能源科技有限公司）

摘要：对于商用冷凝燃气炉实际安装过程中烟道的设计与安装起到的关键作用，分析了商用冷凝燃气炉烟道设计需要采用负压烟道的设计原理，同时针对负荷变化时烟道负压值相应改变如何通过安装负压烟道平衡阀进行修正的方法。希望能够对广大商用冷凝燃气炉同行从业者有所启示和帮助。

(关键词：商用冷凝燃气炉、AVF负压烟道平衡阀)
1、引言
目前全国展开的“煤改气、低氮改造”进行的如火如荼。其中商用燃气锅炉占据了重要的市场地位。冷凝高效、全预混低氮的燃气锅炉获得了市场的认可，硅铸铝、不锈钢、复合材料等非常规金属材质制造的冷凝锅炉拥有了极大的市场空间，已经形成了一个全新的细分市场。产品的快速引进和推广获得了极大的市场容量和发展空间，实现并引领了商用锅炉的更新换代步伐。而任何新产品、新工艺的出现都伴随着行业规范的调整和完善。尤其供热是一个非常复杂的系统工程，涉及水、电、气、热、土建、管理等多个方面。与热源选配、系统设计、管网施工、运营管理、智能监控等诸多环节息息相关。其中任何一项环节出现瑕疵都将对后期的供热安全、供热效果、供热成本带来影响。而现实中厂家更侧重产品本身，设计院更强调冗余量和安全，施工单位水平参差不齐，让用户去做到对全流程细节的跟踪和把控更是不容易。对细节的忽视造就了一批采用了国际优质产品但并未让客户体会到与预期相符的项目。其中与降低运行成本、提高运行稳定性和安全息息相关的烟道系统往往被忽视。
2、锅炉房面临的实际问题
因国家最新环保规范的要求锅炉烟道需超出周围建筑物，城市中高楼林立，而热源锅炉房普遍安装在地面或者地下。造成实际烟道超高，负压抽力过大，出现了以下具体问题：
1、预混燃烧器点火调试困难，负压保护报警频繁；
2、火焰形状改变造成燃烧不完全，锅炉效率降低；
3、FGR烟气再循环不稳定，无法稳定实现＜30mg/m3低氮排放；
4、散失大量热量，造成运行费用居高不下；
5、过剩空气系数过大，废气排放量增加；

多台模块锅炉并联运行，烟道弯头过多，水平阻力过长，正压阻力过大造成以下问题：
1、燃烧器点火困难，易出现回火爆燃；
2、烟气排放不畅，阻力增加造成锅炉出力降低；
3、共用烟道因烟道阻力原因造成锅炉彼此之间串烟严重、相互干扰，造成燃气燃烧器火焰离子探针表面结露形成对地导通报警，同时腐蚀性潮湿气体将严重引起燃烧机腐蚀，使用寿命大大缩短。
3 、为什么要关注负压烟道平衡的问题？
烟道系统的规格尺寸需要根据与之相连的燃烧设备而定。排烟系统对锅炉效率的影响受温度差异所引起的自然波动决定，这种波动是随着一年中的不同时间和天气条件而改变的。为了保证安全可靠的运行，烟道系统被设计为假设室外温度为 15℃，且在锅炉满负荷运行的状态。而实际运行过程中不稳定负荷带来的温度梯度变化会导致烟道系统产生高负压，导致燃烧不稳定，效率降低，燃料消耗增加。AVF 负压烟道平衡阀将确保锅炉炉膛负压值被控制在燃烧器稳定工作的最佳值。
说明： 空气压力（大气压力）
地球大气中任何特定位置的大气压力是该位置空气的静水柱压力。这个压力等于站在地球表面上的空气柱的重量。气压也同样直接作用于烟囱里的烟气---气压越低，烟囱里的烟气流速就越高。气压取决于位置(例如：在高海拔山区、气压低于海平面)和每天的不同时间段，气候的影响和一年中的不同季节。比如：在夏天，气压就高于冬季。
因此，4 月坏天气和 9 月好天气的大气压差就可能高达 30-90pa。

商用燃气锅炉的引领企业荷兰国际集团及德国盖尔森应用科学院鲁道夫·拉韦教授根据Din4795 标准测试，经过详细的调查后得出了结论：增加烟道平衡阀一方面提高了锅炉的燃烧效率，同时可以减少了由于天气或压力条件经常发生的故障。负压烟道平衡阀根据烟囱内的压差开启烟道系统，烟道升力或牵引力由于二次气流的补充确保维持恒定，二次气流由这种方法控制，不受天气的影响，确保燃烧过程优化。因此负压烟道平衡阀稳定了烟道内的压力条件，显著提高了系统的运行可靠性和效率。在实际应用中，锅炉烟道接头处的压力通常比锅炉制造商规定的通风要求高 5-10Pa。这对燃烧过程有不利影响，并导致燃料利用率低下。根据实际的压差，潜在的能量节约在 3%-9%之间。因此，投资在负压烟道平衡阀上的钱通常在一个加热周期内即可收回。

4、 解决方案
AVF 负压烟道平衡阀是在烟道气系统中维持均衡稳定微负压状态的机械或电动部件。一旦烟囱中的通风超过最佳值，负压烟道平衡阀就会打开并通过补充供空气量来调校压力。当达到预设合理值时，负压烟道平衡阀将自动关闭。该方法简单有效，确保实现燃烧均匀稳定，节能效果显著。投资在负压烟道平衡阀上的钱可以在极短时间内通过节省燃料消耗实现收回，这是一种降低工业和供暖成本的简单有效方法，同时一定程度上减少了燃烧物的总量排放。

5 、负压 烟道平衡阀如何工作
冷空气
①形成的静压力与炉膛高温形成了压差，两者之间的压差会导致房间内的空气和炉膛及烟道内的高温气体
②通过锅炉烟道迅速上升，进入主烟道排放到室外，室内空气
③通过烟道平衡阀
④的精确控制，确保因为温度、压力和风向的变化引起负压带来的多余的气流不经过炉膛顺利排放。增加烟道平衡阀后的好处是确保燃料燃烧更完全，燃烧过程更稳定。燃烧产生的气体通过炉体换热表面的速度变慢了，因此可以从烟气中提取更多的热量，满足了锅炉设备更高效、更可靠运行的需要。也有效减少了售后服务。

6 、抽力控制

锅炉房烟囱垂直高度超过 9m，就会产生较大的自然通风，使锅炉炉内形成负压，这种抽力会带走炉膛内大量的热，待机状态时热量的散失尤为明显，这是看不见的能源消耗。而此时采用烟道平衡阀将会通过其自动控制调节将会限制和减少这种不良的行为的发生，减少不必要的能源消耗。
烟道平衡阀的选择
现代锅炉对烟道系统的要求特别高。只有在恒压下才能达到额定的效率。符合标准的烟道平衡阀可使烟囱调整到锅炉燃烧所需的最佳状态，不受运行方式的影响。从而在供暖系统中实现最优化的能源平衡和排放。
实现以下目标：
●补偿由天气原因引起的烟道压力增加。
●改变烟道内的露点温度，减少烟道内的冷凝水析
出
满足以下技术准则：
●烟道气体的安全彻底排放不会受到影响
●防止因为串烟或倒烟造成烟气不能逸出的风险
●烟道系统的测试和清洗不会受到影响
7 、多台设备并联时安装位置的建议
商业锅炉和工业炉以及锅炉存在多台并联安装的现象，多台锅炉并联共同使用公共烟道时需要安装烟道平衡阀来调节每台锅炉排烟压力的平衡。烟道的负压必须保证在-2.5 到-20pa，风压的设定和调节需要在锅炉稳定运行后进行（开机后 2-5 分钟）。如果是这种安装方式，最好的方法是在每台锅炉的烟气出口和总烟道接头处之间的上升管段1m 左右加装负压烟道平衡阀。如果垂直上升烟道太短, 可以在每台锅炉在烟道总管上加装单独的烟道平衡阀。如果这两个位置都不具备安装条件, 可以采用一个大的烟道平衡阀安装在水平主烟道和靠近垂直主烟道的锅炉之间。
几台锅炉并联后主烟道汇总成一根, 这是最值得关注的地方。
节约能源的目的
国外一项专业研究计算了房间空气通过燃烧加热设备和烟道系统从建筑中带走流失的能量。结果清楚地表明了负压烟道平衡阀的优点。节省能源是可以证明的事实，可以有效减少你在能源方面的支出。能源顾问可以考虑或建议将烟道平衡阀作为一种节能手段。它们是减少能源消耗和由此产生的排放的一种有效手段。
负压烟道平衡阀与节省能源
根据燃烧加热设备和外部环境的不同，一台 50kw 房间空气通过烟囱向外泄漏造成的能量损失每年可达 4000kw 以上。这种损失可以通过增加负压烟道平衡阀来避免。它们安装在锅炉
和烟囱之间，一旦锅炉关闭，其就封住通往烟囱的通道。风门由双金属机构或执行机构操作。
安装的成本可以通过节省能源和燃料迅速收回。
通过烟道系统排出的 热 空气 造成的燃料损失
举例：在两个相同的 1.5 MW 锅炉装置中，采用相同的比例调节燃气燃烧器、Ф500 mm 标称
直径烟道和 H=11 m 有效烟囱高度进行实际试验比较，发现效率从 88%提高到 90%。在天然
气价格为 3.0 元/m3的情况下，效率只提高了 2%，但也节省了以下费用：

8 、总结
市场对高质量的产品和以系统综合解决方案为导向的服务需求迫切。因此，厂家需要能够从一个单一的部件产品为您提供兼容完善的系统整体解决方案，满足国内民用和工业方面的实际应用需求。

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