摘要：低氮預(yù)混真空相變鍋爐是一種利用水的相變熱能產(chǎn)生蒸汽的熱水鍋爐。它的特點(diǎn)是在鍋爐內(nèi)部保持低壓狀態(tài)，加熱爐體內(nèi)的熱媒水，使水在低壓下沸騰產(chǎn)生蒸汽，蒸汽同鍋爐上部熱交換器中的系統(tǒng)水進(jìn)行熱量交換。介紹了低氮預(yù)混真空相變鍋爐的工作原理，其熱交換器、燃燒器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和鍋爐的節(jié)能特點(diǎn)。總結(jié)了低氮預(yù)混真空相變鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：預(yù)混真空相變鍋爐；技術(shù)；特點(diǎn)；應(yīng)用；前景隨著國(guó)內(nèi)霧霾現(xiàn)象的加深，對(duì)于鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來(lái)越高。很多的地方標(biāo)準(zhǔn)要求氮氧化物排放量≤80 mg/m3，而北京、上海等地方要求氮氧化物排放量≤30 mg/m3。常規(guī)鍋爐配套的進(jìn)口擴(kuò)散式低氮燃燒器只能做到≤80 mg/m3。開(kāi)發(fā)出一種能達(dá)到≤30 mg/m3的低氮預(yù)混真空相變熱水鍋爐產(chǎn)品，已經(jīng)成為迫切需要。低氮預(yù)混燃?xì)庹婵障嘧儫崴仩t采用預(yù)混水冷火排燃燒器，利用爐內(nèi)的熱媒水冷卻火焰實(shí)現(xiàn)降氮［1］。預(yù)混燃燒的火焰尺寸短，可以大幅度減小設(shè)備尺寸。在這個(gè)以節(jié)約能源為主的時(shí)代，幾乎可以預(yù)見(jiàn)的是：采用清潔燃料和潔凈燃燒技術(shù)的高效、節(jié)能、低污染鍋爐將是鍋爐產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)，并向高端和高附加值的產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展［2］。

1低氮預(yù)混真空相變鍋爐的工作原理及特點(diǎn)

1.1真空相變鍋爐工作原理

在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1.013×105 Pa）下，水的沸點(diǎn)是100 ℃，隨著壓力降低，沸點(diǎn)也將逐漸降低。鍋爐運(yùn)行時(shí)，在真空負(fù)壓下?tīng)t體內(nèi)的熱媒水吸收燃料燃燒釋放的熱能，沸騰氣化為低溫蒸汽，低溫蒸汽上升遇到不銹鋼換熱器中的系統(tǒng)循環(huán)水，加熱循環(huán)水送給用戶(hù)用于采暖或衛(wèi)生熱水，水蒸氣自身被冷卻凝結(jié)成水滴下落到熱媒水后再一次被加熱，從而完成整個(gè)循環(huán)過(guò)程。熱媒水不斷地在封閉的機(jī)體內(nèi)進(jìn)行著“沸騰——蒸發(fā)——冷凝——熱媒水”的循環(huán)，因此無(wú)需補(bǔ)充冷凝水，也無(wú)空燒的危險(xiǎn)。真空熱水鍋爐利用的“氣水凝結(jié)換熱”，是所有換熱工況中傳熱系數(shù)最高的［3］。

1.2低氮預(yù)混燃燒技術(shù)

低氮預(yù)混真空相變鍋爐采用全預(yù)混水冷翅片管分布式燃燒技術(shù)，可以降低爐排表面火焰溫度，爐內(nèi)溫度更趨均勻，有效避免局部高溫，抑制熱力型氮氧化物的生成，氮氧化物排放濃度小于12×10-6，一氧化碳零排放。一次預(yù)混氣體燃燒，降低火焰?zhèn)鞑ニ俣?，克服了全預(yù)混燃燒時(shí)容易產(chǎn)生回火的問(wèn)題。采用自動(dòng)化預(yù)混燃?xì)饪刂萍夹g(shù)，使全負(fù)荷范圍混合比例精確，確保最低負(fù)荷下燃燒器上各點(diǎn)氣流速度均大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?。同時(shí)，預(yù)混混合氣流在爐排均勻分布也保證了燃燒器表面火焰均勻，避免爐排表面局部火焰過(guò)長(zhǎng)而接觸到鍋爐受熱面，導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)生不完全燃燒。爐排采用了特殊的水冷式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用鍋爐熱媒水循環(huán)冷卻，大大降低了火焰溫度，有效控制了NOx的合成，通過(guò)PLC微電腦控制，同時(shí)保證全負(fù)荷范圍內(nèi)的燃燒運(yùn)行平穩(wěn)、安全，不產(chǎn)生回火現(xiàn)象。

1.3特點(diǎn)

（1） 體積小質(zhì)量輕，適應(yīng)安裝場(chǎng)地更為苛刻的情況，膜式壁結(jié)構(gòu)可以使?fàn)t膛足夠大，燃燒效率高；水管式鍋爐升溫快，起停熱損失小，即熱型；尾部煙道處一氧化碳含量為0%，氮氧化物24 mg/m3左右；滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)尾部煙道氧含量4%，過(guò)量系數(shù)1.2（理論1∶10，過(guò)量系數(shù)1.2時(shí)燃?xì)饪諝獗葹?∶12）；氧含量為7%時(shí)，氮氧化物9×10-6，即18 mg/m3。整個(gè)燃燒器包裹在鋼制外殼內(nèi)，獲得更好的靜音效果。

（2） 鍋爐始終在負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行，內(nèi)部工作壓力永遠(yuǎn)低于外界大氣壓，并設(shè)有超溫保護(hù)、超壓保護(hù)、低水位保護(hù)等多道安全保護(hù)措施，無(wú)膨脹、空燒、爆炸之危險(xiǎn)，具有常壓和帶壓鍋爐無(wú)法比擬的安全和可靠性。一次預(yù)混氣體貧氧燃燒，降低火焰?zhèn)鞑ニ俣龋朔巳A(yù)混燃燒時(shí)容易產(chǎn)生回火的問(wèn)題。

（3） 鍋爐采用水冷預(yù)混膜式壁水管式結(jié)構(gòu)，煙囪出口匹配不銹鋼冷凝器，每臺(tái)真空爐出廠前都經(jīng)保溫處理，降低了排煙溫度及排煙熱損失，大大提高鍋爐效率，降低用戶(hù)的運(yùn)行成本。

（4） 鍋爐采用超低NOx燃燒器，燃燒充分，煙塵排放低于法定標(biāo)準(zhǔn)，完全符合國(guó)家一類(lèi)地區(qū)要求。并且鍋爐房可選擇在地下室、地面、樓層中間及屋頂?shù)榷喾N場(chǎng)所，大大節(jié)省建設(shè)用地。

（5） 使用高純度、經(jīng)特殊脫氣處理的熱媒水，消除氧腐蝕，真空無(wú)氧，鍋爐內(nèi)部永不結(jié)垢，大大降低機(jī)內(nèi)鋼板腐蝕，使用壽命達(dá)到半永久性。其內(nèi)部熱交換器的元件采用螺栓連接，方便設(shè)備的檢查、維護(hù)、保養(yǎng)。

（6） 換熱器采用優(yōu)質(zhì)無(wú)縫銅管或不銹鋼管，直接置于鍋筒內(nèi)部，使產(chǎn)生的熱水更加清潔、衛(wèi)生，可直接被用戶(hù)使用。鍋爐預(yù)熱時(shí)間短，只需啟運(yùn)時(shí)間3～5 min，大大減少用戶(hù)的運(yùn)行費(fèi)用。

（7） 采用微電腦自動(dòng)控制，能夠根據(jù)負(fù)荷的變化經(jīng)電腦計(jì)算自動(dòng)調(diào)節(jié)燃料耗量，大大節(jié)省了用戶(hù)的運(yùn)行成本，同時(shí)還具有故障診斷預(yù)知功能，能夠預(yù)先發(fā)現(xiàn)故障的可能性，使用戶(hù)防患于未然，并大大降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，只需輕輕一按就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

（8） 該機(jī)組在保證用戶(hù)使用滿(mǎn)足110 ℃下實(shí)行自動(dòng)控制運(yùn)行，同時(shí)也可根據(jù)用戶(hù)要求進(jìn)行25～110 ℃溫度內(nèi)修改運(yùn)行參數(shù)，實(shí)行自動(dòng)運(yùn)行。鍋爐和換熱器合為一體，同時(shí)又無(wú)需一次熱水循環(huán)泵，節(jié)約了可觀的電能等費(fèi)用。

2低氮預(yù)混真空相變鍋爐熱交換器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為了提高鍋爐熱交換效率，熱交換器設(shè)計(jì)采取措施有：

（1） 采用直管換熱器多流程結(jié)構(gòu)，為保證鍋爐有穩(wěn)定的傳熱系數(shù)K，鍋爐根據(jù)換熱器流量進(jìn)行流程設(shè)計(jì)，確保換熱器流速處于設(shè)計(jì)范圍。

（2） 采用氣水分離裝置，在換熱管與熱媒水分界面安裝不銹鋼氣水分離裝置，避免鍋爐內(nèi)部沸騰時(shí)大量冷凝水飛濺到換熱管，提升了換熱管的實(shí)際有效換熱面積。

（3） 換熱器水室采用壓力容器設(shè)計(jì)工藝，在換熱器頂部設(shè)置自動(dòng)收集不凝性氣體的集氣裝置。換熱器水室采用圓形封頭螺栓連接方式，避免焊接產(chǎn)生的高溫導(dǎo)致?lián)Q熱管和管板之間的脹接間隙，從而降低熱變形帶來(lái)的換熱管脹接漏點(diǎn)的系數(shù)，確保鍋爐的真空度［4］。

3低氮預(yù)混真空相變鍋爐節(jié)能特點(diǎn)

鍋爐在節(jié)能方面采取的主要措施有：

（1） 采用水冷預(yù)混膜式壁水管式結(jié)構(gòu)，高溫爐膛完全被水包圍，降低熱損失。

（2） 加長(zhǎng)煙氣流程，煙氣流經(jīng)兩個(gè)回程煙管，使煙氣換熱更加充分。

（3） 充足的煙氣受熱面，低排煙溫度設(shè)計(jì)，減少排煙熱損失。

（4） 選配全預(yù)混水冷翅片管分布式燃燒技術(shù)，降低火焰溫度，爐內(nèi)溫度更趨均勻，燃料空氣混合更好，燃燒更充分，減少氣體不完全燃燒熱損失，固體不完全燃燒熱損失為0。同時(shí)可以更低過(guò)量空氣系數(shù)燃燒，減少排煙熱損失。

（5） 爐體外表采用高熱阻硅酸鋁纖維保溫，高熱阻硅酸鋁纖維保溫外再加航空隔熱反光鋁板，使鍋爐保溫效果達(dá)到最佳，保溫層外部有美觀的鍋爐外殼，外殼表面平均溫度小于35 ℃，降低散熱損失。

（6） 采用全自動(dòng)智能化抽真空裝置，冷凝水回入鍋爐，熱媒水不損失。真空機(jī)組智能真空抽氣系統(tǒng)，機(jī)組真空度屏幕直接顯示，真空度、溫度雙重控制。機(jī)組能根據(jù)熱媒水溫度及壓力，自動(dòng)判斷、自動(dòng)啟停排氣系統(tǒng)，使機(jī)組始終保持在沒(méi)有不凝性氣體的工況下運(yùn)行，高換熱性能，始終保持高效率，比同類(lèi)產(chǎn)品更節(jié)能。

（7） 鍋爐可以配置內(nèi)置式尾部節(jié)能器（激光焊翅片式），利用低溫回水回收煙氣余熱，使排煙溫度降至80 ℃，可使鍋爐整機(jī)熱效率提至102%以上。經(jīng)浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)中心檢測(cè)，鍋爐額定負(fù)荷熱效率高達(dá)102%。

4低氮預(yù)混真空相變鍋爐燃燒器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

預(yù)混式低氮燃燒器是專(zhuān)為低氮鍋爐量身定制研發(fā)的一款預(yù)混式超低氮燃燒器，采用預(yù)混燃燒技術(shù)，水冷分布式低火焰溫度，爐內(nèi)溫度場(chǎng)更加均勻，避免局部高溫，抑制熱力型氮氧化物的生成，氮氧化物（NOx）排放濃度小于12 ppm，一氧化碳零排放，一次預(yù)混氣體燃燒，降低火焰?zhèn)鞑ニ俣?，克服了全預(yù)混燃燒時(shí)容易產(chǎn)生回火的問(wèn)題［5］。

水冷式預(yù)混燃燒器采用全焊接不銹鋼翅片管，翅片拉模折角工藝（根據(jù)阻火原理），燃燒排設(shè)計(jì)高精度穩(wěn)流盤(pán)，完全防止預(yù)混氣體回火。燃?xì)忪o壓要求15 kPa，動(dòng)壓12 kPa，負(fù)荷10%到15%啟爐，正常燃燒器共十段調(diào)節(jié)，默認(rèn)所需最高負(fù)荷的1/10為一段往上或往下跳，在各段中還可以用電子筆調(diào)電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)微調(diào)細(xì)調(diào)，還可以調(diào)節(jié)每段上升或下降的時(shí)間，從10%～100%滿(mǎn)負(fù)荷全比例調(diào)節(jié)。采用后預(yù)混方式混合燃?xì)夂涂諝?。穩(wěn)流盤(pán)，主要為了增加進(jìn)入速度和預(yù)混均勻?；鹧鏈囟冉档?，燃燒溫度不超過(guò)1 050 ℃，低溫高效燃燒，通過(guò)控制加快進(jìn)風(fēng)速度使?fàn)t內(nèi)形成短火焰，長(zhǎng)度在0.5～1.0 m左右，避免火焰對(duì)爐膛造成長(zhǎng)時(shí)間沖刷，而且可以產(chǎn)生最好的熱輻射效果。

5環(huán)保效益和社會(huì)效益

低氮預(yù)混真空相變鍋爐是將低氮燃燒技術(shù)和真空相變鍋爐技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)出的一種新型環(huán)保節(jié)能鍋爐。相比于傳統(tǒng)的鍋爐，它具有以下環(huán)保效益和社會(huì)效益：

（1） 降低氮氧化物排放，低氮燃燒技術(shù)能夠有效降低燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物排放，減少空氣污染程度，保護(hù)大氣環(huán)境。

（2） 減少二氧化碳排放，真空相變鍋爐可以在低溫低壓條件下產(chǎn)生蒸汽，使熱效率得到提高，節(jié)約能源，減少二氧化碳排放。

（3） 提高能源利用率，低氮預(yù)混技術(shù)可以使燃料充分燃燒，提高能源利用率，降低能源消耗，減少資源浪費(fèi)。

（4） 減少噪音污染，真空相變鍋爐內(nèi)部保持低壓真空狀態(tài)，降低了鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪音污染，改善了周?chē)h(huán)境。

（5） 降低運(yùn)行成本，低氮預(yù)混真空相變鍋爐具有高效節(jié)能、安全可靠、環(huán)保節(jié)能、使用方便等特點(diǎn)，降低了企業(yè)的運(yùn)行成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，低氮預(yù)混真空相變鍋爐的環(huán)保效益和社會(huì)效益顯著，既能提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，又能保護(hù)環(huán)境和人民健康，是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色能源設(shè)備［6］。

6應(yīng)用前景

低氮預(yù)混真空相變鍋爐技術(shù)是一種新型的鍋爐技術(shù)，由于其具有熱穩(wěn)定性高、節(jié)能效果明顯等特點(diǎn)，在國(guó)外已得到廣泛應(yīng)用。目前，我國(guó)的低氮預(yù)混真空相變鍋爐應(yīng)用還處于起步階段，但已有不少企業(yè)進(jìn)行了探索和實(shí)踐，國(guó)內(nèi)低氮預(yù)混真空相變鍋爐的應(yīng)用已初具規(guī)模。在我國(guó)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)和能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下，低氮預(yù)混真空相變鍋爐作為一種節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品有著廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，在當(dāng)前全球氣候變暖、能源緊缺的形勢(shì)下，低氮預(yù)混真空相變鍋爐作為一種節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品有著良好的市場(chǎng)前景。另外，低氮預(yù)混真空相變鍋爐通過(guò)不斷創(chuàng)新和完善，技術(shù)水平也在不斷提高，相信隨著技術(shù)的成熟和完善，其市場(chǎng)前景將越來(lái)越廣闊［7］。

6.1市場(chǎng)前景

低氮預(yù)混真空相變鍋爐作為一種節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，具有廣闊的市場(chǎng)前景，未來(lái)可在以下方面開(kāi)展應(yīng)用：

（1） 隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，綠色建筑、裝配式建筑等國(guó)家政策的大力推廣，建筑節(jié)能市場(chǎng)前景廣闊。

（2） 在“碳達(dá)峰”“碳中和”的背景下，節(jié)能將成為新能源行業(yè)的熱點(diǎn)，低氮預(yù)混真空相變鍋爐作為節(jié)能領(lǐng)域的重要設(shè)備將得到大力推廣。

（3） 低氮預(yù)混真空相變鍋爐作為一種新型的供熱設(shè)備，具有廣闊的市場(chǎng)空間。鍋爐不僅在供熱領(lǐng)域，而且在采暖、工業(yè)烘干、中央空調(diào)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

（4） 目前，國(guó)內(nèi)低氮預(yù)混真空相變鍋爐行業(yè)尚處于起步階段，相關(guān)企業(yè)較少，隨著真空相變鍋爐技術(shù)的不斷成熟和完善，其應(yīng)用市場(chǎng)將會(huì)不斷擴(kuò)大。

6.2應(yīng)用領(lǐng)域

低氮預(yù)混真空相變鍋爐是一種新型的環(huán)保節(jié)能鍋爐，具有高效節(jié)能、低污染、安全可靠等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

（1） 工業(yè)生產(chǎn)，低氮預(yù)混真空相變鍋爐在化工、食品、紡織、制藥、造紙等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，為企業(yè)提供高效、穩(wěn)定、環(huán)保的蒸汽供應(yīng)。

（2） 民用供暖，低氮預(yù)混真空相變鍋爐可以為學(xué)校、賓館、醫(yī)院、居民區(qū)等提供供暖、供熱服務(wù)，滿(mǎn)足人們的生活需求。

（3） 農(nóng)業(yè)種植，低氮預(yù)混真空相變鍋爐可以為溫室、養(yǎng)殖場(chǎng)等提供蒸汽、熱水等熱源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。

（4） 其他領(lǐng)域，低氮預(yù)混真空相變鍋爐也可以應(yīng)用于公共設(shè)施、地鐵車(chē)站、商場(chǎng)、辦公樓等場(chǎng)所的供能系統(tǒng)中，為城市的能源供應(yīng)作出貢獻(xiàn)。

總之，低氮預(yù)混真空相變鍋爐具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，是一種綠色、環(huán)保、高效的新型能源設(shè)備，有望在未來(lái)快速發(fā)展。

7結(jié)語(yǔ)

低氮預(yù)混真空相變鍋爐是一種新型的環(huán)保節(jié)能鍋爐，具有高效節(jié)能、低污染、安全可靠等特點(diǎn)，能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)、民用供暖、農(nóng)業(yè)種植、城市能源供應(yīng)等多個(gè)領(lǐng)域提供可靠的熱源供應(yīng)。與傳統(tǒng)的鍋爐相比，低氮預(yù)混真空相變鍋爐具有更高的能源利用率，更低的氮氧化物和二氧化碳排放，更少的噪音污染，能夠?yàn)槠髽I(yè)降低運(yùn)行成本，改善周?chē)h(huán)境，保護(hù)人民健康。因此，低氮預(yù)混真空相變鍋爐是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色能源設(shè)備，有望在未來(lái)快速發(fā)展，為促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)環(huán)境作出重要貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：倪露濱，男，浙江紹興人，工程師，本科，研究方向：鍋爐的設(shè)計(jì)與制造。