福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院范 琳

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真空相變鍋爐的技術特點與應用前景

福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院
范 琳

[摘要]該文介紹一種全新的膜式壁結構水管真空熱水鍋爐的技術特點與應用前景，該產品在技術研發(fā)、結構設計、工藝設計等方面有很高的技術含量和新穎獨特的創(chuàng)新點，其膜式壁真空相變鍋爐的熱能使用方法采用了煙氣橫向沖刷，極大地強化了煙氣的傳熱；系統(tǒng)設計一體化集成方便用戶安裝和使用。經鑒定，該產品屬國內創(chuàng)新產品，填補了國內該類型真空相變鍋爐的空白，技術達到國內領先水平，市場前景廣闊。

[關鍵詞]真空相變 鍋爐 環(huán)保 技術特點

隨著我國國民經濟和社會發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，我國大氣污染狀況日益嚴竣，政策性“節(jié)能減排”使得清潔能源的利用被提到重要日程上。根據我國能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃“迫切需要轉變經濟發(fā)展方式和調整能源消費結構”，預計我國未來天然氣消費將出現高速增長，針對目前ZWNS型火管真空鍋爐結構復雜、體積龐大、效率偏低等缺陷，同時響應國家節(jié)能減排的政策，我們研制出一種全新的膜式壁結構水管真空熱水鍋爐。

真空相變鍋爐由于其安全可靠、效率高、免監(jiān)檢等優(yōu)點，在暖通、空調和鍋爐領域備受青睞。其工作原理為：水在一個大氣壓（0.1MPa）下，沸點接近100℃；當壓力低于0.1MPa時，水的沸點就小于100℃。利用“熱媒水”在負壓環(huán)境下低溫沸騰產生蒸汽，通過水凝結間接換熱的方式來加熱系統(tǒng)循環(huán)水，如此循環(huán)往復，將熱水送至用戶。本項目產品新型結構突破了行業(yè)的傳統(tǒng)技術，是一項技術革新，其核心技術為自主知識產權，對國內特種設備行業(yè)的技術進步起到了領導作用。本產品在技術研發(fā)、結構設計、工藝設計等方面都有很高的技術含量和新穎獨特的創(chuàng)新點；采用全水管膜式壁結構、方形布置、模塊化組合、結構緊湊、占地空間小、效率高，排放低。其膜式壁真空相變鍋爐的熱能使用方法采用了煙氣橫向沖刷，極大地強化了煙氣的傳熱；系統(tǒng)設計一體化集成、方便用戶安裝和使用，設備放置地點沒有特殊要求，經濟實用。

1 真空相變鍋爐技術特征

1.1 產品技術性能

本項目研制的真空相變鍋爐（中央熱水機組）產品的產要技術性能有：

⑴額定工況下，能夠達到100%滿負荷運行參數要求；特定條件下，能夠滿變負荷30%～110%運行要求。

⑵額定工況下，額定供熱量≤240萬大卡的真空相變熱水爐總高度＜3米，當客戶要求供熱量高時，可以多臺機組模塊化組裝。鍋爐運行的熱效率遠高于國家能效標準的目標值。

⑶鍋爐采用全焊透結構嚴格控制泄露，真空度穩(wěn)定，確保鍋爐本體在負壓運行狀態(tài)中。

⑷一機多用。一臺機組內部可設置1～3組換熱器，可同時滿足用戶采暖、生活熱水等需求。

⑸增大爐膛體積，降低爐膛溫度，減少氮氧化物的生成，檢測數據表明，排放達到或高于國家環(huán)保排放標準的一類地區(qū)要求。

⑹場地不受限。可以放置在地下室、地面、樓層中間以及樓頂等場所，節(jié)約建設用地。

⑺合理布置受熱面，尾部強化傳熱，控制排煙溫度在85℃以下，鍋爐熱效率＞96%。

1.2 產品結構特征

⑴全水管膜式壁結構，300萬大卡以下真空爐采用中心回燃結構，300萬大卡以上采用常規(guī)三回程結構。局部地方增加“抓釘”擾流子，尾部受熱面采用翅片管，強化換熱效果。

⑵采用“一體化”集成設計、模塊化疊加組合，能夠滿足不同用戶、不同安裝地點的要求。

⑶方形布置，結構緊湊，體積小，降低用戶投資成本。

⑷系統(tǒng)集成設計使用戶安裝便捷，操作、維護方便。

1.3 產品系統(tǒng)性能特征

⑴本產品本體在微負壓狀態(tài)下運行，外界壓力大于內部，因此沒有爆炸危險，安全系數較高。

⑵本產品采用了爐體超壓保護、熱媒水（蒸汽）超溫保護、循環(huán)水超壓保護、循環(huán)水超溫、低溫保護等多道安全保護聯(lián)鎖，確保機組運行的安全可靠。

⑶采用微電腦PLC可編程控制方式，自動水溫控制，自動故障停爐保護，可實現無人值守操作。

⑷熱媒水為經過軟化、除氧等處理的高純水，一般情況下不需要更換或者補充。

⑸系統(tǒng)整體設計合理、緊湊，占地面積小，節(jié)省用戶投資。

2 技術成熟程度

根據ZWNS型真空鍋爐的運行經驗，結合國家、行業(yè)和企業(yè)的標準與規(guī)范，進行熱力計算、煙風阻力計算、強度計算等，局部特殊結構進行了三維動態(tài)模擬設計、應力設計與校核等，制造工藝過程也采取了一系列相應的保障措施，目前該技術已經逐漸成熟。產品試制并投放市場近一年的情況表明：本項目產品技術成熟可靠，運行安全穩(wěn)定，各項技術指標均優(yōu)于預期。上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院出具的能效測試報告和機械工業(yè)鍋爐及環(huán)保產品質量監(jiān)督檢測中心出具的環(huán)保測試報告足以證明。

3 總體性能指標（見表1）

表1 總體性能指標

ZR系列真空相變鍋爐（商用中內熱水器）的運行熱效率超出國家標準TSGG002-2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》規(guī)定的見表2。

表2

顆粒物、SO2、NOX、煙氣黑度優(yōu)于GB13271《鍋爐大氣污染物排放標準》規(guī)定的一類地區(qū)使用要求。

設備噪聲優(yōu)于GB3096《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》的規(guī)定。

4 產品與國內外同類產品的比較

4.1 與國外同類型產品比較

根據國內同行反饋的信息，國外生產和使用真空相變鍋爐的公司較少。日本在青島建立的“青島荏原環(huán)境設備有限公司”有過此類產品，但其結構與該產品存在本質區(qū)別。

4.2 與國內同類型產品比較

國內較早生產并形成產品銷售的主要廠家有：浙江力聚、浙江上能等，但其結構都是WNS鍋殼式煙火管結構，傳熱效果差，熱效率低。此次研發(fā)的產品是全水管膜式壁結構，與國內同類型產品有本質區(qū)別（見表3）。

表3

綜上所述，我們自主研發(fā)的新一代全水管膜式壁真空相變鍋爐（中央熱水機組），結構上是一種全新的、對傳統(tǒng)產品結構的徹底顛覆，技術上融入了最新的設計理念，膜式壁和攏流子有機組合，極大強化了傳熱，有效提高了鍋爐運行熱效率；系統(tǒng)設計采用一體化集成，模塊化組合，用戶只需提供水、電、氣的接口，便可以投入使用，忽略了安裝過程的繁瑣，降低了設備投入的成本。本項目的研制不僅給公司產品結構調整帶來了新的活力，而且蘊藏著巨大、潛在的商業(yè)價值，經濟效益十分巨大。同時，本產品的水平之高、環(huán)保排放之低，也為該行業(yè)的技術創(chuàng)新起到了模范帶頭作用，為節(jié)能減排奠定了基礎，社會效益顯著。

4.3 鑒定結論

2015年10月，受省科技廳委托，市科技局組織召開了“ZR系列燃氣真空相變鍋爐（中央熱水機組）”科技成果鑒定會。鑒定委員會聽取了技術研究報告、測定報告和用戶意見等的匯報，并考察了生產現場和產品，經過質詢討論，形成鑒定意見如下：提交鑒定的技術文件和產品圖樣完整、統(tǒng)一，符合鑒定要求。

⑴該系列產品采用“回”字形全膜式壁方形結構，密封性能好；低NOX爐膛結構設計，原始排放低；對流受熱面采用針形和螺旋翅片強化傳熱元件，傳熱效率高，結構緊湊，占地面積小。

⑵經上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院熱工測試和機械工業(yè)鍋爐及環(huán)保產品質量監(jiān)督檢測中心環(huán)保測試，該系列產品熱效率達到96.27%～97.32%，比TSG G0002《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》和GB 24500《工業(yè)鍋爐能效限定值及能效等級》規(guī)定的Ⅰ級能效目標值高2.27～3.32個百分點；主要煙氣污染物NOX排放比GB3271《鍋爐大氣污染物排放標準》規(guī)定的一類地區(qū)標準低17.42～22.48 mg/m3，節(jié)能環(huán)保效果明顯。

⑶該企業(yè)制造工藝先進，檢測手段齊全，質保體系完整、運行有效。生產的系列產品結構合理，技術先進，熱效率高，污染物排放低。經用戶使用證明，質量可靠、經濟和社會效益顯著。

綜上所述，該系列真空相變鍋爐（中央熱水機組）屬國內創(chuàng)新產品，技術達到國內領先水平，建議盡快實現規(guī)模化生產，推向市場。

ZR系列真空相變鍋爐（中央熱水機組）的應用前景十分廣闊。該項目產品的實施，不僅能帶動特種設備行業(yè)的技術升級，而且有利于增加當地的稅收收入，解決富余勞動力就業(yè)，帶動周邊行業(yè)及配套企業(yè)，如燃燒設備、控制系統(tǒng)廠家、儀表閥門廠家、外包裝廠家等眾多企業(yè)的發(fā)展，拉動產業(yè)投資，經濟效益明顯，社會效益顯著。

參考文獻：

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