福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院范 琳

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真空相變鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用前景

福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院
范 琳

[摘要]該文介紹一種全新的膜式壁結(jié)構(gòu)水管真空熱水鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用前景，該產(chǎn)品在技術(shù)研發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等方面有很高的技術(shù)含量和新穎獨(dú)特的創(chuàng)新點(diǎn)，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(qiáng)化了煙氣的傳熱；系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化集成方便用戶安裝和使用。經(jīng)鑒定，該產(chǎn)品屬國內(nèi)創(chuàng)新產(chǎn)品，填補(bǔ)了國內(nèi)該類型真空相變鍋爐的空白，技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，市場前景廣闊。

[關(guān)鍵詞]真空相變 鍋爐 環(huán)保 技術(shù)特點(diǎn)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)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(yán)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(jù)我國能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃“迫切需要轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)”，預(yù)計(jì)我國未來天然氣消費(fèi)將出現(xiàn)高速增長，針對目前ZWNS型火管真空鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、效率偏低等缺陷，同時響應(yīng)國家節(jié)能減排的政策，我們研制出一種全新的膜式壁結(jié)構(gòu)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(diǎn)，在暖通、空調(diào)和鍋爐領(lǐng)域備受青睞。其工作原理為：水在一個大氣壓（0.1MPa）下，沸點(diǎn)接近100℃；當(dāng)壓力低于0.1MPa時，水的沸點(diǎn)就小于100℃。利用“熱媒水”在負(fù)壓環(huán)境下低溫沸騰產(chǎn)生蒸汽，通過水凝結(jié)間接換熱的方式來加熱系統(tǒng)循環(huán)水，如此循環(huán)往復(fù)，將熱水送至用戶。本項(xiàng)目產(chǎn)品新型結(jié)構(gòu)突破了行業(yè)的傳統(tǒng)技術(shù)，是一項(xiàng)技術(shù)革新，其核心技術(shù)為自主知識產(chǎn)權(quán)，對國內(nèi)特種設(shè)備行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步起到了領(lǐng)導(dǎo)作用。本產(chǎn)品在技術(shù)研發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等方面都有很高的技術(shù)含量和新穎獨(dú)特的創(chuàng)新點(diǎn)；采用全水管膜式壁結(jié)構(gòu)、方形布置、模塊化組合、結(jié)構(gòu)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(qiáng)化了煙氣的傳熱；系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化集成、方便用戶安裝和使用，設(shè)備放置地點(diǎn)沒有特殊要求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

1 真空相變鍋爐技術(shù)特征

1.1 產(chǎn)品技術(shù)性能

本項(xiàng)目研制的真空相變鍋爐（中央熱水機(jī)組）產(chǎn)品的產(chǎn)要技術(shù)性能有：

⑴額定工況下，能夠達(dá)到100%滿負(fù)荷運(yùn)行參數(shù)要求；特定條件下，能夠滿變負(fù)荷30%～110%運(yùn)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(dāng)客戶要求供熱量高時，可以多臺機(jī)組模塊化組裝。鍋爐運(yùn)行的熱效率遠(yuǎn)高于國家能效標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)值。

⑶鍋爐采用全焊透結(jié)構(gòu)嚴(yán)格控制泄露，真空度穩(wěn)定，確保鍋爐本體在負(fù)壓運(yùn)行狀態(tài)中。

⑷一機(jī)多用。一臺機(jī)組內(nèi)部可設(shè)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(shù)據(jù)表明，排放達(dá)到或高于國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的一類地區(qū)要求。

⑹場地不受限?？梢苑胖迷诘叵率摇⒌孛?、樓層中間以及樓頂?shù)葓鏊?，?jié)約建設(shè)用地。

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

1.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征

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

⑵采用“一體化”集成設(shè)計(jì)、模塊化疊加組合，能夠滿足不同用戶、不同安裝地點(diǎn)的要求。

⑶方形布置，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，降低用戶投資成本。

⑷系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)使用戶安裝便捷，操作、維護(hù)方便。

1.3 產(chǎn)品系統(tǒng)性能特征

⑴本產(chǎn)品本體在微負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行，外界壓力大于內(nèi)部，因此沒有爆炸危險(xiǎn)，安全系數(shù)較高。

⑵本產(chǎn)品采用了爐體超壓保護(hù)、熱媒水（蒸汽）超溫保護(hù)、循環(huán)水超壓保護(hù)、循環(huán)水超溫、低溫保護(hù)等多道安全保護(hù)聯(lián)鎖，確保機(jī)組運(yùn)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(hù)，可實(shí)現(xiàn)無人值守操作。

⑷熱媒水為經(jīng)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(bǔ)充。

⑸系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)合理、緊湊，占地面積小，節(jié)省用戶投資。

2 技術(shù)成熟程度

根據(jù)ZWNS型真空鍋爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國家、行業(yè)和企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，進(jìn)行熱力計(jì)算、煙風(fēng)阻力計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算等，局部特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維動態(tài)模擬設(shè)計(jì)、應(yīng)力設(shè)計(jì)與校核等，制造工藝過程也采取了一系列相應(yīng)的保障措施，目前該技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。產(chǎn)品試制并投放市場近一年的情況表明：本項(xiàng)目產(chǎn)品技術(shù)成熟可靠，運(yùn)行安全穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于預(yù)期。上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院出具的能效測試報(bào)告和機(jī)械工業(yè)鍋爐及環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心出具的環(huán)保測試報(bào)告足以證明。

3 總體性能指標(biāo)（見表1）

表1 總體性能指標(biāo)

ZR系列真空相變鍋爐（商用中內(nèi)熱水器）的運(yùn)行熱效率超出國家標(biāo)準(zhǔn)TSGG002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的一類地區(qū)使用要求。

設(shè)備噪聲優(yōu)于GB3096《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

4 產(chǎn)品與國內(nèi)外同類產(chǎn)品的比較

4.1 與國外同類型產(chǎn)品比較

根據(jù)國內(nèi)同行反饋的信息，國外生產(chǎn)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(shè)備有限公司”有過此類產(chǎn)品，但其結(jié)構(gòu)與該產(chǎn)品存在本質(zhì)區(qū)別。

4.2 與國內(nèi)同類型產(chǎn)品比較

國內(nèi)較早生產(chǎn)并形成產(chǎn)品銷售的主要廠家有：浙江力聚、浙江上能等，但其結(jié)構(gòu)都是WNS鍋殼式煙火管結(jié)構(gòu)，傳熱效果差，熱效率低。此次研發(fā)的產(chǎn)品是全水管膜式壁結(jié)構(gòu)，與國內(nèi)同類型產(chǎn)品有本質(zhì)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(jī)組），結(jié)構(gòu)上是一種全新的、對傳統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的徹底顛覆，技術(shù)上融入了最新的設(shè)計(jì)理念，膜式壁和攏流子有機(jī)組合，極大強(qiáng)化了傳熱，有效提高了鍋爐運(yùn)行熱效率；系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)備投入的成本。本項(xiàng)目的研制不僅給公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來了新的活力，而且蘊(yùn)藏著巨大、潛在的商業(yè)價(jià)值，經(jīng)濟(jì)效益十分巨大。同時，本產(chǎn)品的水平之高、環(huán)保排放之低，也為該行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新起到了模范帶頭作用，為節(jié)能減排奠定了基礎(chǔ)，社會效益顯著。

4.3 鑒定結(jié)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?xì)庹婵障嘧冨仩t（中央熱水機(jī)組）”科技成果鑒定會。鑒定委員會聽取了技術(shù)研究報(bào)告、測定報(bào)告和用戶意見等的匯報(bào)，并考察了生產(chǎn)現(xiàn)場和產(chǎn)品，經(jīng)過質(zhì)詢討論，形成鑒定意見如下：提交鑒定的技術(shù)文件和產(chǎn)品圖樣完整、統(tǒng)一，符合鑒定要求。

⑴該系列產(chǎn)品采用“回”字形全膜式壁方形結(jié)構(gòu)，密封性能好；低NOX爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，原始排放低；對流受熱面采用針形和螺旋翅片強(qiáng)化傳熱元件，傳熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

⑵經(jīng)上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院熱工測試和機(jī)械工業(yè)鍋爐及環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心環(huán)保測試，該系列產(chǎn)品熱效率達(dá)到96.27%～97.32%，比TSG G0002《鍋爐節(jié)能技術(shù)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(biāo)值高2.27～3.32個百分點(diǎn)；主要煙氣污染物NOX排放比GB3271《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的一類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)，檢測手段齊全，質(zhì)保體系完整、運(yùn)行有效。生產(chǎn)的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，熱效率高，污染物排放低。經(jīng)用戶使用證明，質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)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(jī)組）屬國內(nèi)創(chuàng)新產(chǎn)品，技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，建議盡快實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，推向市場。

ZR系列真空相變鍋爐（中央熱水機(jī)組）的應(yīng)用前景十分廣闊。該項(xiàng)目產(chǎn)品的實(shí)施，不僅能帶動特種設(shè)備行業(yè)的技術(shù)升級，而且有利于增加當(dāng)?shù)氐亩愂帐杖?，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(shè)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(chǎn)業(yè)投資，經(jīng)濟(jì)效益明顯，社會效益顯著。

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