真空锅炉不凝结气体的排气方法和保真空方法研究

丛秀金

【摘 要】文章对真空锅炉做了简单介绍，简要地叙述了其工作原理和用途，重点对其结构上的特点进行分析，阐述了其与一般锅炉的不同之处，尤其是对其不凝气体的排气方法进行了研究，探讨了常用的几种保真空方法，指出了在使用这些方法时中需要注意的一些问题，为实际工作提供了有效的指导。

【关键词】真空锅炉；不凝结气体；排气；保真空

0.引言

真空锅炉的原理是1972年在苏黎士理工大学诞生的。后来，到1975 年，日本的TAKUMA公司据这一原理开发出真空热水锅炉，还获得了发明专利，然后逐步在全世界范围内推广开来，但是主要是以亚洲的国家为主。日本和韩国分别有TAKUMA和庆东等一些知名的真空锅炉的生产企业。我们国内在80年代的后期也开始有一些厂家着手研制开发真空热水锅炉，但是由于存在着技术方面的问题，最主要的就是无法解决在密封真空状态下，锅炉中的水和铁产生电化学反应而生成不溶于水的气体导致锅炉的真空度不断地下降的问题，所以真空锅炉一直没有得到推广。直到90 年代的后期，国内才开始有一些锅炉厂家制造真空锅炉。但是，真空锅炉在使用过程中也有很多需要注意和解决的问题，其中不凝结气体的排放就是一个重要工作，只有找到合适的排气方法，才能保证锅炉的真空度，从而使其运行在安全稳定的工作状态。

1.真空锅炉简介

目前所生产的真空锅炉绝大部分是热水锅炉，也就是我们通常所说的真空热水锅炉，它又被称真空相变热水锅炉。在正常工作的时候， 锅炉内部的介质压力比大气压低，工作时通过相变的换热方式来加热冷水的一种锅炉。所以说，真空热水锅炉就是利用在负压状态下汽—水换热来加热在换热盘管中的循环水。热水在一个密闭的空间，处在蒸发与凝结循环过程中，所以不会减少，水质会比较稳定。另外，因汽—水换热使得换热效率比较高，并且锅炉是在负压状态下运行，更加安全可靠。

1.1工作原理

一般的真空锅炉其工作原理都是单热管原理，即利用热媒质在不同压力下的沸腾温度不同，根据这一特性来完成工作。如水在一个标准大气压（760mmHg）下，其沸腾温度为100℃，但是在6mmHg压力下，其沸腾温度则变为4℃。而真空锅炉就是在真空度是-30mmHg～-710mmHg压力范围下工作的，其对应沸腾温度为88～15℃。真空锅炉在其所工作的压力下，燃料燃烧使得热媒水的温度上升到饱和温度，同时在水面产生大量相同温度下的负压蒸汽。这时候，向热交换器中通入冷水， 负压蒸汽就会通过凝结换热来把换热器中的冷水加热为温水，并且通到用户处，此时，负压蒸汽就会被冷却，凝结成水滴，再滴回到水面被又一次加热，从而完成加热的整个循环过程。

真空热水锅炉通常都是利用出水的温度来控制燃烧器是否开启。当供水的温度达到某一设定值时，燃烧器就会停止工作。因为真空锅炉出厂前就已经抽真空并且使炉内的绝对压力低至5Pa，所以炉膛内水蒸汽会始终处于一个饱和状态，一旦燃烧器工作，热媒水就会立即蒸发，这样就可以保证锅炉运行稳定性和控制精确度。

1.2结构特点

真空热水锅炉主要用于生活能和采暖。一般主要有为横水管型、横火管型、直烟管型、直水管型和弯水管型，都是手烧固定炉排锅炉，也有采用半机械化操作的，炉排都是放在锅壳内部，都是内燃炉。锅炉的炉胆均为辐射受热面，烟气流经水冷炉，冲刷水管对流受热面，通过烟囱排入大气。

通过分析真空热水锅炉的结构，我们得出真空锅炉具有特点：一是工作安全可靠；真空热水锅炉的内部处于一个真空负压的状态，不会有内部膨胀爆炸或者破裂的危险，而且，内置了低压安全阀，设有多重的安全设置：如温控、压力开关以及过热开关等。二是寿命长；真空热水锅炉的内部定量的热媒水基本上没有结垢，而且炉体内部处在真空状态下，没有氧气，就不会产生有氧腐蚀，另外，其换热器材质多为不锈钢，比较耐腐蚀，可以多次清洗，寿命是普通锅炉的2-3倍之多。三是体积小，而且安装简便。锅炉一般采用模块化设计，具备高性能的换热组件，体积小，所以产品便于运输和安装。可以在小空间内，实现多台锅炉并联使用。安装时也不受安装位置的限制，可以装在地下室，也可装在楼上。可以一机多用，用一台锅炉来满足很多种需要，如洗浴、采暖、游泳池等。四是对水质的要求低。真空热水锅炉系统水水质要求不如传统锅炉严格，因为换热器的材质是不锈钢，耐腐蚀性好，一般不会造成水质的二次污染； 五是能够实现智能控制和数字化控制，通过液晶屏显示，用中文显示系统的工况，信息量比较大，操作起来简单，能够自动诊断故障，还可以实现网络控制与人机对话的在线操作。

2.排气和保真空方法分析

真空锅炉的应用越来越广泛，但其使用中如何进行排气保真空一直是人们研究的一个具有实际意义的问题。真空锅炉中不凝性气体的产生是无法预防的。因为热媒水和炉体的钢板会产生化学反应，并释放一种不凝结的气体—氢气（H2），它将直接影响到真空锅炉的真空度。但是该化学反应也不是永远都在进行的，因为化学反应的同时会在钢板的表面形成一种具有保护性的膜—氢氧化铁，它能阻碍该化学反应的继续，然而，按照运行经验，此化学反应一般要在锅炉运行后2～3 年内才能停止。所以运行初期排气工作还是不可缺少的。

真空锅炉中产生的不凝性气体危害是很大的，随着气体的增多压力也会随之上升，锅炉内的真空度被破坏。而且产生的不凝性气体会对换热效率造成很严重的影响。当炉内不凝性气体的体积含量上升到0.2%的时候，锅炉热效率就会降低20～30%，出水的温度就会提高不上去，这样就降低了锅炉出力，所以说真空锅炉在运行时，必须要把不凝性气体都排出去。

目前，真空锅炉的真空度保持通常有两个途径来进行：一是在生产过程中严格控制焊接质量及选用各种优质元器件，保证锅炉与外界各个接触点的气密性，然后进行正压检查和负压氦检。二是对日常运转过程中产生的微量不凝性气体进行抽气。抽气方法一般有自动抽气和手动抽气两种方法。一般会采用专用真空泵对锅炉的密闭罐体进行强制抽气，从而形成真空状态。而又一部分厂家则采用煮沸法，该方法也是一张比较常用的方法。除了上述两种方法外，日本 TAKUMA公司有一项专利技术，该技术是目前真空热水锅炉中最先进的一种真空度保持方式，即采用温差式的全自动智能化的抽气装置，这是一种完全智能化的全自动抽气装置。它可以根据需要，让控制系统去自行诊断并且进行抽气，而不需要人为的控制。温差式的自动抽气装置主要由不凝性气体集气罐、两通阀、真空逆止阀、三通阀、排气管、真空泵、温度感知器及控制系统等装置构成。其工作原理是：当锅炉内部产生了不凝性的气体时，那些运行当中的不凝性气体如氢气会逐渐地聚集在集气罐中，因为不凝性气体将不参与热交换，故集气罐温度慢慢降低。而当集气罐的温度和热媒水的温度相差达10度时，该控制系统就会下达指令使抽气泵运转。不凝性的气体被抽走后，就会有负压蒸汽到集气罐中，集气罐的温度就上升，温差会变小，这时控制系统由会下达指令使抽气泵停止运行，实现排除锅炉内不凝性气体的目的。

3.结论

真空锅炉相对于传统锅炉而言有很多优势，其应用也越来越广泛，对其不凝性气体的排气方法及保真空方法研究对锅炉运行有很好的实际指导意义。

【参考文献】

[1]张红岩，赵明海.真空锅炉——一种新型的热水锅炉[J].工业锅炉，1999：34-35.

[2]曲伟，刘永久.真空锅炉的特点及节能分析[J].黑龙江科技信息，2009：46-47.