一种新型燃气壁挂炉循环系统清洗保护技术应用研究进展

＊武林焕 李康 孙涛 刘再满 王雪梅

（1.甘肃省化工研究院有限责任公司 甘肃 730010 2.甘肃陇工智能清洗科技有限公司 甘肃 730070 3.西北师范大学化学化工学院 甘肃 730070）

燃气壁挂炉使用和发展在欧洲已有近百年历史，在德国、英国等发达国家的民用供热市场中占绝大多数[1]。燃气壁挂炉是在20世纪90年代中期伴随着我国的煤改气政策大范围的进入了中国家庭，其发展至今走过了三十余年的历史。由于燃煤锅炉改烧清洁燃料和清洁的燃气能源供应量的不断增加，使得民用燃气事业蓬勃发展，众多企业纷纷涉足燃气壁挂炉领域，我国的燃气锅炉历史揭开了新的一页。

中国土木工程学会燃气分会燃气供热专业委员会对2020年燃气采暖热水炉产品进行了产、销量市场调查。据统计，2020年中国燃气采暖热水炉市场全年总销量为420万台，相比2019年（402万台）增加了18万台，增幅4.5%。因此，随着国内用户使用量逐年增多，对燃气壁挂炉循环系统清洗保护技术应用逐渐受到了广泛的关注。因此，在国内市场中开发一种新型燃气壁挂炉循环系统清洗保护技术极其重要。

燃气壁挂炉循环系统清洗保护技术涉及众多领域，包括机械、清洗、水处理及防腐蚀等相关领域的技术。为此，甘肃陇工智能清洗科技有限公司联合多家科研单位，研发出了燃气壁挂炉循环系统双向循环清洗机、燃气壁挂炉循环系统专用清洗剂及燃气壁挂炉循环系统专用保护剂等系列产品。

可有效解决燃气壁挂炉循环系统因长期使用产生的水垢、金属氧化物及生物黏泥混合污垢造成的换热效率下降和管道堵塞等问题，让燃气壁挂炉的换热效率一直保持在最佳状态，从而达到节能减排和延长燃气壁挂炉使用寿命的效果。

1.我国燃气壁挂炉的使用环境

续表

我国燃气壁挂炉采暖用户大部分集中在北方，在整个壁挂炉采暖系统中，水是传递热量的介质，其在壁挂炉、管道、分水器、外部散热设备中流动。而燃气壁挂炉采用分户采暖模式，以家庭为单元，家庭中壁挂炉中的循环水基本都是当地的自来水。

燃气壁挂炉国家并没有规定循环水的水质标准，但是工业锅炉和燃气壁挂炉都是一种能量转换设备，都具有同样的特性。根据GBl576-2001《工业锅炉水质》具体的硬度要求根据单位换算后为≤3mg/L。表1所示，为兰州市2020年6月份的供水水质公示单，公示显示兰州当地水的硬度为217mg/L，超过锅炉水质要求的72倍以上。其中包含细菌，氯离子及多种金属离子。因此兰州自来水的硬度在北方地区算中等水平。

表1 兰州市2020年6月份的供水水质统计表

2.自来水作为壁挂炉循环水长期使用将面临的问题

通过100台运行三到五年的壁挂炉的数据分析，发现没有处理过的自来水长期在壁挂炉供暖系统运行会大量结垢，污垢主要由以下三种形式：

（1）水垢。水垢形成是因为北方地区的水质硬度较大，经过加热以后水体中钙镁等金属阳离子会析出附着在壁挂炉换热器内壁上从而形成水垢[2]。

（2）金属氧化物。金属氧化物的形成是因为自来水中的溶解氧、消毒残留的氯离子，对循环系统中的金属表面腐蚀形成的。

（3）生物粘泥。生物粘泥形成原因是燃气壁挂炉循环水系统为密闭循环系统，微生物的繁殖比较容易，会产生大量的微生物残骸与代谢产物，从而积聚形成生物粘泥。

如果上述污垢不彻底清除不但会影响换热效率，更会发生二次腐蚀，二次腐蚀主要由于污垢中的三价铁离子，会和燃气壁挂炉循环系统中的铁、铜等金属阳离子物质发生氧化还原反应，从而加速系统腐蚀，造成壁挂炉被过早穿孔影响使用。

3.壁挂炉循环系统中的污垢清洗技术

为使燃气壁挂炉循环系统恢复正常，有必要定期对系统中的污垢进行全面清洗，目前常用的有以下3种清洗方式：

（1）射弹式清洗。射弹式清洗是一种物理清洗方法，是以压缩空气为动力，向管道中发射清洗弹，使清洗弹与管道内部产生摩擦，清除内壁中的污垢以达到清洁的目的，针对地暖管清洗效果比较好。但这种方法需要拆卸地暖管，施工不便，而且清洗弹有卡在管道中的可能。目前国内使用此方法进行清洗的比较少。

（2）物理脉冲清洗。物理脉冲清洗也是一种物理清洗方法，是以压缩空气为动力，向管道中打入高速水流来冲刷管道，清除内壁中的污垢以达到清洁的目的，是现在市面上使用最多的清洗方法，这种方法虽然简便但是清洗不够彻底，很难有效清洗粘附于管壁的污垢[2]，而且需要更多的清洗施工空间，同时对清洗水压也有严格的要求。

（3）清洗剂清洗。利用动力循环清洗机，搭配含有机酸、缓蚀剂、生物黏泥剥离剂等为主要成份的环保清洗剂进行清洗，能够迅速彻底的溶解壁挂炉循环系统中的水垢、金属氧化物、生物黏泥等污垢[4]，且不会腐蚀或伤害壁挂炉系统，清洗过程安全、快速、简单，洗净效果极佳，是目前国际上主流的最佳清洗方式[5]。

①燃气壁挂炉循环系统双向循环清洗机的特点

燃气壁挂炉循环系统双向循环清洗机是专门为家用燃气壁挂炉循环系统的清洗而设计，同时它还可清洗易结垢堵塞的冷热水管、淋浴器、电热水器、空气能及太阳能热水器等家用电器。其优点如下：

A.一次清洗中可同时实现化学和物理清洗的功能，配合清洗剂可实现更快更彻底的清洗，可实现循环清洗，清洗的同时可以节水。

B.所有接头都设计为快接接头在实际清洗操作中可实现快速安装节省人力，清洗机轻便更易携带。

C.节能环保，由于可实现循环清洗，据测算与同类产品相比节水率大于40%。

D.动力强劲，独特的低压高流速设计，可对燃气壁挂炉换热系统中的壁挂炉、管道、分水器、地暖管及其他外部换热设备进行全面的化学清洗及水冲洗。

E.清洗时可切换为冲洗模式，冲洗模式下可将系统里面的污水排出，充进新鲜的循环水。

F.在清洗过程中可实时的切换为反方向清洗，实现双向循环清洗功能。

G.具有固体污垢沉降和隔离吸附功能，此功能可防止循环清洗出来的固体污垢再次进入清洗系统，能有效的降低清洗时间并提高清洗效果。

②燃气壁挂炉循环系统清洗剂的清洗效果

结合实验室清洗案例来验证壁挂炉循环系统清洗剂的清洗效果。

在燃气壁挂炉循环系统双向循环清洗机中加入配套的清洗剂，并在标准清洗工艺的操作下对燃气壁挂炉进行全面清洗，通过统计的100家壁挂炉系统清洗的结果显示，其综合洗净率达到90%以上，现场实际清洗效果，如图1所示。

图1 左图为清洗前壁挂炉部件结垢图，右图为清洗后的效果图

4.壁挂炉循环系统保护剂技术

壁挂炉循环系统的污垢清除干净后需补加新的循环水，目前城市生活用水主要是自来水，由于北方地区自来水的硬度较大，并含有大量的腐蚀物质和细菌，为使清洗干净的壁挂炉系统延长正常运行的时间，通过给壁挂炉循环系统水中加入含有缓蚀剂、水质软化剂及抑菌剂的保护剂，能有效阻止自来水中的钙镁金属阳离子析出、循环水水体中微生物的生长，同时还能有效预防壁挂炉系统的腐蚀等问题，最大程度的保证了壁挂炉的安全运行系数和换热效率，并延长了壁挂炉的使用寿命。

为了验证燃气壁挂炉循环系统专用保护剂的实际保护效果。分别采集兰州、西宁及银川三个北方重要城市的自来水，按照比例加入该保护剂，测算其对金属的腐蚀率和污垢的形成情况。

（1）兰州市自来水加入保护剂后的保护效果。将上述100g保护剂倒入干净的2000mL的玻璃烧杯中，加入兰州市自来水至1000mL。首先取20#钢和紫铜腐蚀试片各一片按HG/T 3523的规定：表面处理干净，分别准确称量，紫铜试片质量为22.335g，20#钢质量为20.101g，其次分别将20#钢和紫铜腐蚀试片放入盛有100g保护剂的烧杯中，再将玻璃烧杯放入恒温水浴中，控制温度50±2℃静置30d后，从烧杯中取出两片试片和新试片，发现两片试片表面都光洁如新。最后将试片放入烘箱，60℃条件下干燥5h。冷却后称取其重量，紫铜试片质量为22.335g，20#钢质量为20.101g。试片的前后重量无明显变化。上述结果说明制备的保护剂有效的阻止了自来水水体对金属的腐蚀。目测实验水体颜色，发现实验水体清澈透明，没有发现白色水垢以及生物黏泥，因此该保护剂可有效的阻止兰州市自来水金属离子的析出，并阻止了实验水体中的菌藻繁殖。

（2）西宁市自来水加入保护剂后的保护效果。将100g保护剂倒入干净的2000mL的玻璃烧杯中并加西宁市自来水至1000mL。取20#钢和紫铜腐蚀试片各一片按HG/T3523的规定进行表面处理干净，分别准确称量，紫铜试片质量为22.189g，20#钢质量为20.036g，然后将紫铜腐蚀试片和20#钢分别放入盛有上述保护剂的烧杯中，并将装有试剂和材料的烧杯放入恒温水浴中，控制温度45±2℃，静置30d后，取出上实验试片进行目测，与实验前试片对比，结果发现两片试片表面光洁如新，最后将试片放入烘箱，60℃条件下干燥5h，冷却后称取其重量。紫铜试片质量为22.189g，20#钢质量为20.036g。试片实验前后重量无明显变化，同时，发现实验水体颜色清澈透明,没有白色水垢以及生物黏泥，因此，该公司制备的保护剂可以有效的阻止西宁市自来水金属离子的析出，并阻止了实验水体中的菌藻繁殖，能有效的阻止自来水水体对金属的腐蚀。

（3）银川市自来水加入保护剂后的保护效果，将上述100g保护剂倒入干净的2000mL的玻璃烧杯中并加银川市自来水至1000mL。取20#钢和紫铜腐蚀试片各一片按HG/T3523的规定进行表面处理干净，分别准确称量，紫铜试片质量为22.099g，20#钢质量为20.128g，将紫铜试片和20#钢分开放入盛有保护剂的烧杯中，玻璃烧杯放入恒温水浴中，控制温度55±2℃，静置30d后，取出两片试片与实验前试片对比，发现该实验试片表面都光洁如新，最后将试片放入烘箱，60℃条件下干燥5h，冷却后称取其重量。紫铜试片质量为22.099g，20#钢质量为20.128g。试片试验前后重量无明显变化。同时观察实验水体颜色，水体清澈透明，未发现白色水垢以及生物黏泥，因此该制剂可以有效的阻止银川市自来水金属离子的析出，并阻止了实验水体中的菌藻繁殖。该公司制备的保护剂能有效的阻止自来水水体对金属的腐蚀。

根据实验数据长期跟踪显示，清洗干净的壁挂炉循环系统加入甘肃陇工智能清洗科技有限公司研发的壁挂炉循环系统专用保护剂后，正常使用时间从之前的2～3年延长到了3～5年，平均正常使用时间延长1倍以上。

5.总结与展望

燃气壁挂炉在我国煤改气政策及清洁燃气供应量扩大的环境下，实现了产销量的大幅增长。存量巨大的壁挂炉在长期使用后因结垢致使换热效率急速下降，从而产生了能源浪费和壁挂炉寿命降低的问题，实践证明壁挂炉系统在经过有效的清洗及加注专用保护剂以后就能保持最大的换热效率，从而极大减少了能源浪费并延长了壁挂炉的使用寿命，在今后清洗方面的应用潜力有待进一步发掘。