改裝后的換熱器將原有的翅片換熱器(以下稱為顯熱換熱器)與翅片式冷凝換熱器串聯(lián)。為了加工方便，2種翅片的形狀尺寸相同。從理論計(jì)算及實(shí)際加工的合理性考慮，冷凝式換熱器翅片分別采用31+2、46+2以及61+2片3種型式。它們的技術(shù)參數(shù)見表1。
表1 3種換熱器的技術(shù)參數(shù)
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型 號(hào) | Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | |
肋片 數(shù)目 | 顯熱段/片 | 89+2 | ||
冷凝段/片 | 61+2 | 46+2 | 31+2 | |
肋片 間距 | 顯熱段/mm | 2.8 | ||
冷凝段/mm | 2.8/5.6 | 5.6 | 8.4 | |
肋片厚度/mm | 0.3 | |||
單片翅片面積/m2 | 0.007 36 | |||
水管有效長度/mm | 280 | |||
水管總根數(shù) | 12 | |||
水管內(nèi)徑/mm | 16.0 | |||
水管外徑/mm | 16.5 | |||
肋片換熱總面積/m2 | 1.1040 | 0.9936 | 0.8332 | |
備 注 | 2.8/5.6表示翅片的間距為 2.8mm和5.6mm,交錯(cuò)排列 | |||
3 冷凝式燃?xì)鉄崴鞯男阅茉囼?yàn)
3．1 試驗(yàn)系統(tǒng)及主要參數(shù)
試驗(yàn)系統(tǒng)見圖2。試驗(yàn)氣源采用LPG，供氣壓力為2．8kPa。
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3．2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)結(jié)果見表2，列出了原型熱水器的換熱器與3種不同翅片參數(shù)冷凝式換熱器的熱工性能的試驗(yàn)結(jié)果。
①排煙溫度與熱效率
由表2可知，冷凝式燃?xì)鉄崴饔捎诮档土伺艧煖囟?，其熱效率較普通熱水器提高11．24％～13．00％，而且排煙溫度越低，熱效率越高。排煙溫度與熱效率的關(guān)系如圖3所示。當(dāng)煙氣溫度降到98℃時(shí)，雖未達(dá)到煙氣的露點(diǎn)，但煙氣中已有部分水蒸氣被冷凝，這是由于局部冷壁效應(yīng)造成的。按燃?xì)獾蜔嶂涤?jì)算的熱效率為93．44%，比原型熱水器提高11．24百分點(diǎn)。排煙溫度ts與熱效率η1(按低熱值計(jì)算)的關(guān)系式為：
η1=(104．2—0．109tn)／100 (4)
式中ts——排煙溫度，℃
?根據(jù)理論計(jì)算，當(dāng)排煙溫度降到40℃時(shí)，熱水器的熱效率可達(dá)100％。雖然煙氣溫度降低會(huì)使煙氣中水蒸氣冷凝，但由于采用強(qiáng)制排氣方式，因此沒有造成燃燒工況的惡化，冷凝式熱水器煙氣中CO體積分?jǐn)?shù)與普通熱水器相近(見表2)。
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表2 原型換熱器與冷凝式換熱器的熱工性能
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性能參數(shù) | 原型 | Ⅰ型 | Ⅱ型 | Ⅲ型 |
耗氣量/（m3·h-1） | 1.086 | 1.005 | 1.060 | 0.981 |
熱效率/% | 82.20 | 95.20 | 94.35 | 93.44 |
熱負(fù)荷/kW | 31.08 | 28.34 | 30.19 | 28.00 |
熱水產(chǎn)量/（L·min-1） | 14.63 | 15.46 | 16.31 | 14.99 |
ч（CO,α=1）/% | 0.046 | 0.048 | 0.041 | 0.051 |
排煙溫度/°C | 195 | 72 | 81 | 98 |
冷凝水 | 無 | 較多 | 較多 | 適量 |
注：ч（CO，α=1）表示過剩空氣系數(shù)為1時(shí)煙氣中CO 的體積分?jǐn)?shù) | ||||
?、诔崞瑪?shù)目與熱效率
表2表明，冷凝換熱器翅片的數(shù)目對(duì)熱水器熱效率有影響，翅片數(shù)目越多則換熱器的熱效率也越高。翅片數(shù)目與熱水器熱效率的關(guān)系見圖4。圖4表明熱水器熱效率在一定范圍內(nèi)與翅片數(shù)目成線性變化。為了進(jìn)一步提高冷凝式燃?xì)鉄崴鞯臒嵝?，可以適當(dāng)增加冷凝式換熱器的翅片數(shù)目。
?、酃?jié)能分析
由于冷凝式換熱器換熱量增加，所以熱水器的出熱水量也增加，表2中原型熱水器的產(chǎn)熱水能力約為14．63L／min，而冷凝式燃?xì)鉄崴鞯淖罡叱鏊靠蛇_(dá)16．31L／min，比普通燃?xì)鉄崴魈岣吡?1．48％。冷凝式燃?xì)鉄崴鞯墓?jié)能效果是明顯的，表3的試驗(yàn)結(jié)果表明，冷凝式燃?xì)鉄崴鞯墓?jié)氣率可達(dá)13．66%。
? 圖4翅片數(shù)目與熱效率的關(guān)系 表3 冷凝式燃?xì)鉄崴鞯墓?jié)能分析
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項(xiàng) 目 | 原型 | Ⅰ型 | Ⅱ型 | Ⅲ型 |
進(jìn)水溫度/°C | 6.9 | 10.3 | 9.0 | 9.7 |
出水溫度/°C | 45.0 | 54.0 | 51.7 | 49.7 |
進(jìn)出水溫差/°C | 38.1 | 43.7 | 42.7 | 40.0 |
耗氣耗量/（m3·h-1） | 1.086 | 1.005 | 1.060 | 0.981 |
熱效率％ | 82.20 | 95.20 | 94.35 | 93.44 |
節(jié)氣率％ | — | 13.66 | 12.88 | 12.03 |
?、苋紵鞯怪脤?duì)熱工性能的影響
由于采用的是強(qiáng)制排氣的燃燒方式，燃燒器倒置后，換熱器的熱效率并沒有下降，反而有所升高，CO的體積分?jǐn)?shù)也無顯著變化(見表4)。這說明燃燒器在頂部倒置的燃燒方式對(duì)熱水器的熱工性能及燃燒性能不會(huì)產(chǎn)生影響[5]。
表4 燃燒器位置的不同對(duì)熱工性能的影響
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性能參數(shù) | 燃燒器正置 | 燃燒器倒置 |
耗氣量/（m3·h-1） | 1.086 | 0.955 |
低熱值熱效率/% | 82.20 | 84.20 |
熱負(fù)荷/kW | 31.08 | 27.64 |
熱水產(chǎn)量/（L·min-1） | 14.63 | 13.33 |
ч(CO,α=1)/% | 0.046 | 0.049 |
排煙溫度/°C | 195 | 183 |
冷凝水 | 無 | 無 |
4 結(jié)論
?、倮淠饺?xì)鉄崴骶哂休^低的排煙溫度，熱效率大幅度提高。試驗(yàn)表明冷凝式燃?xì)鉄崴魅加肔PG時(shí)，排煙溫度可比普通燃?xì)鉄崴鞯图s120℃，熱效率可達(dá)95％以上，節(jié)氣率可達(dá)13．66％。
②冷凝式燃?xì)饪焖偈綗崴鞑捎萌紵髟陧敳康怪玫娜紵绞?，可以避免冷凝水的下落?duì)燃?xì)馊紵盁煔鈸Q熱的影響，不會(huì)對(duì)熱水器的熱效率產(chǎn)生影響。由于采用鼓風(fēng)強(qiáng)制排氣的燃燒方式，煙氣中水蒸氣的冷凝并沒有造成燃燒工況的惡化，其煙氣中的CO及N0x的含量與原型熱水器接近。
?、垭m然冷凝式燃?xì)鉄崴饔捎谠黾永淠綋Q熱器會(huì)使熱水器的制造成本增加，但是由于其節(jié)能效果明顯，具有環(huán)保效益，值得研究開發(fā)。
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