真空相变锅炉的技术特点与应用前景

福建省锅炉压力容器检验研究院范 琳



真空相变锅炉的技术特点与应用前景

福建省锅炉压力容器检验研究院
范 琳

[摘要]该文介绍一种全新的膜式壁结构水管真空热水锅炉的技术特点与应用前景，该产品在技术研发、结构设计、工艺设计等方面有很高的技术含量和新颖独特的创新点，其膜式壁真空相变锅炉的热能使用方法采用了烟气横向冲刷，极大地强化了烟气的传热；系统设计一体化集成方便用户安装和使用。经鉴定，该产品属国内创新产品，填补了国内该类型真空相变锅炉的空白，技术达到国内领先水平，市场前景广阔。

[关键词]真空相变 锅炉 环保 技术特点

随着我国国民经济和社会发展以及人民生活水平的不断提高，我国大气污染状况日益严竣，政策性“节能减排”使得清洁能源的利用被提到重要日程上。根据我国能源发展“十二五”规划“迫切需要转变经济发展方式和调整能源消费结构”，预计我国未来天然气消费将出现高速增长，针对目前ZWNS型火管真空锅炉结构复杂、体积庞大、效率偏低等缺陷，同时响应国家节能减排的政策，我们研制出一种全新的膜式壁结构水管真空热水锅炉。

真空相变锅炉由于其安全可靠、效率高、免监检等优点，在暖通、空调和锅炉领域备受青睐。其工作原理为：水在一个大气压（0.1MPa）下，沸点接近100℃；当压力低于0.1MPa时，水的沸点就小于100℃。利用“热媒水”在负压环境下低温沸腾产生蒸汽，通过水凝结间接换热的方式来加热系统循环水，如此循环往复，将热水送至用户。本项目产品新型结构突破了行业的传统技术，是一项技术革新，其核心技术为自主知识产权，对国内特种设备行业的技术进步起到了领导作用。本产品在技术研发、结构设计、工艺设计等方面都有很高的技术含量和新颖独特的创新点；采用全水管膜式壁结构、方形布置、模块化组合、结构紧凑、占地空间小、效率高，排放低。其膜式壁真空相变锅炉的热能使用方法采用了烟气横向冲刷，极大地强化了烟气的传热；系统设计一体化集成、方便用户安装和使用，设备放置地点没有特殊要求，经济实用。

1 真空相变锅炉技术特征

1.1 产品技术性能

本项目研制的真空相变锅炉（中央热水机组）产品的产要技术性能有：

⑴额定工况下，能够达到100%满负荷运行参数要求；特定条件下，能够满变负荷30%～110%运行要求。

⑵额定工况下，额定供热量≤240万大卡的真空相变热水炉总高度＜3米，当客户要求供热量高时，可以多台机组模块化组装。锅炉运行的热效率远高于国家能效标准的目标值。

⑶锅炉采用全焊透结构严格控制泄露，真空度稳定，确保锅炉本体在负压运行状态中。

⑷一机多用。一台机组内部可设置1～3组换热器，可同时满足用户采暖、生活热水等需求。

⑸增大炉膛体积，降低炉膛温度，减少氮氧化物的生成，检测数据表明，排放达到或高于国家环保排放标准的一类地区要求。

⑹场地不受限。可以放置在地下室、地面、楼层中间以及楼顶等场所，节约建设用地。

⑺合理布置受热面，尾部强化传热，控制排烟温度在85℃以下，锅炉热效率＞96%。

1.2 产品结构特征

⑴全水管膜式壁结构，300万大卡以下真空炉采用中心回燃结构，300万大卡以上采用常规三回程结构。局部地方增加“抓钉”扰流子，尾部受热面采用翅片管，强化换热效果。

⑵采用“一体化”集成设计、模块化叠加组合，能够满足不同用户、不同安装地点的要求。

⑶方形布置，结构紧凑，体积小，降低用户投资成本。

⑷系统集成设计使用户安装便捷，操作、维护方便。

1.3 产品系统性能特征

⑴本产品本体在微负压状态下运行，外界压力大于内部，因此没有爆炸危险，安全系数较高。

⑵本产品采用了炉体超压保护、热媒水（蒸汽）超温保护、循环水超压保护、循环水超温、低温保护等多道安全保护联锁，确保机组运行的安全可靠。

⑶采用微电脑PLC可编程控制方式，自动水温控制，自动故障停炉保护，可实现无人值守操作。

⑷热媒水为经过软化、除氧等处理的高纯水，一般情况下不需要更换或者补充。

⑸系统整体设计合理、紧凑，占地面积小，节省用户投资。

2 技术成熟程度

根据ZWNS型真空锅炉的运行经验，结合国家、行业和企业的标准与规范，进行热力计算、烟风阻力计算、强度计算等，局部特殊结构进行了三维动态模拟设计、应力设计与校核等，制造工艺过程也采取了一系列相应的保障措施，目前该技术已经逐渐成熟。产品试制并投放市场近一年的情况表明：本项目产品技术成熟可靠，运行安全稳定，各项技术指标均优于预期。上海市特种设备监督检验技术研究院出具的能效测试报告和机械工业锅炉及环保产品质量监督检测中心出具的环保测试报告足以证明。

3 总体性能指标（见表1）

表1 总体性能指标

ZR系列真空相变锅炉（商用中内热水器）的运行热效率超出国家标准TSGG002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》规定的见表2。

表2

颗粒物、SO2、NOX、烟气黑度优于GB13271《锅炉大气污染物排放标准》规定的一类地区使用要求。

设备噪声优于GB3096《城市区域环境噪声标准》的规定。

4 产品与国内外同类产品的比较

4.1 与国外同类型产品比较

根据国内同行反馈的信息，国外生产和使用真空相变锅炉的公司较少。日本在青岛建立的“青岛荏原环境设备有限公司”有过此类产品，但其结构与该产品存在本质区别。

4.2 与国内同类型产品比较

国内较早生产并形成产品销售的主要厂家有：浙江力聚、浙江上能等，但其结构都是WNS锅壳式烟火管结构，传热效果差，热效率低。此次研发的产品是全水管膜式壁结构，与国内同类型产品有本质区别（见表3）。

表3

综上所述，我们自主研发的新一代全水管膜式壁真空相变锅炉（中央热水机组），结构上是一种全新的、对传统产品结构的彻底颠覆，技术上融入了最新的设计理念，膜式壁和拢流子有机组合，极大强化了传热，有效提高了锅炉运行热效率；系统设计采用一体化集成，模块化组合，用户只需提供水、电、气的接口，便可以投入使用，忽略了安装过程的繁琐，降低了设备投入的成本。本项目的研制不仅给公司产品结构调整带来了新的活力，而且蕴藏着巨大、潜在的商业价值，经济效益十分巨大。同时，本产品的水平之高、环保排放之低，也为该行业的技术创新起到了模范带头作用，为节能减排奠定了基础，社会效益显著。

4.3 鉴定结论

2015年10月，受省科技厅委托，市科技局组织召开了“ZR系列燃气真空相变锅炉（中央热水机组）”科技成果鉴定会。鉴定委员会听取了技术研究报告、测定报告和用户意见等的汇报，并考察了生产现场和产品，经过质询讨论，形成鉴定意见如下：提交鉴定的技术文件和产品图样完整、统一，符合鉴定要求。

⑴该系列产品采用“回”字形全膜式壁方形结构，密封性能好；低NOX炉膛结构设计，原始排放低；对流受热面采用针形和螺旋翅片强化传热元件，传热效率高，结构紧凑，占地面积小。

⑵经上海市特种设备监督检验技术研究院热工测试和机械工业锅炉及环保产品质量监督检测中心环保测试，该系列产品热效率达到96.27%～97.32%，比TSG G0002《锅炉节能技术监督管理规程》和GB 24500《工业锅炉能效限定值及能效等级》规定的Ⅰ级能效目标值高2.27～3.32个百分点；主要烟气污染物NOX排放比GB3271《锅炉大气污染物排放标准》规定的一类地区标准低17.42～22.48 mg/m3，节能环保效果明显。

⑶该企业制造工艺先进，检测手段齐全，质保体系完整、运行有效。生产的系列产品结构合理，技术先进，热效率高，污染物排放低。经用户使用证明，质量可靠、经济和社会效益显著。

综上所述，该系列真空相变锅炉（中央热水机组）属国内创新产品，技术达到国内领先水平，建议尽快实现规模化生产，推向市场。

ZR系列真空相变锅炉（中央热水机组）的应用前景十分广阔。该项目产品的实施，不仅能带动特种设备行业的技术升级，而且有利于增加当地的税收收入，解决富余劳动力就业，带动周边行业及配套企业，如燃烧设备、控制系统厂家、仪表阀门厂家、外包装厂家等众多企业的发展，拉动产业投资，经济效益明显，社会效益显著。

参考文献：

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[2] 齐进, 姚秀平, 张莉, 郑莆燕, 王启杰. 常压相变—液浴式燃气(油)热水锅炉——一种新型的高效安全锅炉[J]. 工业锅炉, 2005(4): 1-4.