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幾種自動除垢方法在燃氣壁掛爐內應用的綜合分析

發布日期:發布人:凱斯龍

作者:鄧增 王俊杰 張騰 施志平
來源:《硅谷》2014年第12期
        摘要文章運用傳熱學原理就水垢對燃氣壁掛爐的影響進行了分析,針對燃氣壁掛爐水垢問題,提出了超聲波除垢、電化學除垢、磁化除垢三種除垢方法,給出了三種除垢方法在燃氣壁掛爐內的實施方案,并從可行性、經濟效益、對居住環境的影響等方面綜合分析了幾種自動除垢方法在燃氣壁掛爐內的應用。通過比較,發現電化學除垢和磁化除垢兩種除垢方法在燃氣壁掛爐內具有較好的應用前景。 
        關鍵詞除垢;壁掛爐;自動;應用 
        中圖分類號:TU832 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)12-0075-02 
        燃氣壁掛爐作為節能采暖裝置源于歐洲。起初,燃氣壁掛爐在我國幾乎全部依賴原裝進口,但隨著節能減排理念在我國的推行及人們生活水平的提高,燃氣壁掛爐產業在我國得以迅速發展,在市場的刺激下,我國燃氣壁掛爐市場涌現了一大批擁有核心技術的壁掛爐企業,進一步推進了燃氣壁掛爐在我國供暖市場上的應用。燃氣壁掛爐越來越受到大眾的喜愛,其銷量也逐年遞增。燃氣壁掛爐憑借其高能效、低污染的優勢,有望成為未來我國生活供暖的新需求。但燃氣壁掛爐管道內的水垢問題成為影響其能效關鍵因素,本文針對其水垢的產生、水垢對傳熱效率的影響做了簡要分析,并提出了幾種燃氣壁掛爐內自動除垢的方法,綜合分析了其應用前景。 
        1水垢對換熱效率的影響 
        燃氣壁掛爐作為高能效采暖裝置是基于無水垢的條件下建立的,但隨著燃氣壁掛爐使用年限的增加及水垢清理的不及時導致其水垢會逐年增加,燃氣壁掛爐內積累的水垢將嚴重降低其換熱效率,下面通過傳熱學原理分析水垢對換熱效率的影響。 
        對換熱器的換熱效率我們采用以下方法進行計算: 
        (1) 
        (2) 
        (3) 
        式中,—換熱器效率;—實際換熱熱流量;—理論換熱熱流量最大值;—流體質量流量最小值;—質量定壓熱容;流體進出口溫差;—總換熱系數;—換熱面積。 
        換熱器效率的物理意義可以理解為以理論換熱熱流量最大值為基礎計算實際換熱量在此基礎上的變化率。換熱器進出口的工藝條件一般是固定的,即固定。若管子中結構、堵塞,則發生變化。所以計算污垢對換熱效率的影響,只要計算前后值的變化。為比較污垢對換熱器換熱效率的影響,要控制換熱面積與進出口溫差不變。 
        無污垢時,壁掛爐管道的總傳熱系數為3530(壁掛爐進水管道流速約2,查總傳熱系數隨水的流速變化關系可知)。 
        有污垢時,查水的污垢熱阻表,知在水溫小于52℃、流速大于時,水的污垢熱阻為1.76(單位:)。 
        又由于: 
        (4) 
        式中,為污垢熱阻,為有污垢的換熱面的傳熱系數,為無污垢的換熱面的傳熱系數。 
        求得: 
        則污垢使換熱效率降低率為: 
        (5) 
        求解得:。既壁掛爐管道內壁結垢會使換熱效率降低。由此可見燃氣壁掛爐內及時除垢的重要性。 
        2自動除垢分析 
        2.1 目前除垢方式簡介 
        目前,燃氣壁掛爐內的水垢清洗方式主要依賴專業技術人員的人工清洗,人工清洗原理雖簡單,操作卻非常復雜和嚴格,不僅需要昂貴的清洗設備,消耗大量的能源,而且人工清洗使用的化學試劑會對水源造成二次污染,從節能和環保上均嚴重阻礙了燃氣壁掛爐在市場上的推廣,一種自動、廉價的除垢方式在燃氣壁掛爐內的應用迫在眉睫。為了綜合對比目前技術比較成熟的幾種自動除垢方法進行對比,下文將對超聲波除垢、電化學除垢、磁化除垢在燃氣壁掛爐內的應用進行綜合分析。 
        2.2 超聲波除垢 
        1)超聲波除垢原理。超聲波除垢是利用了超聲波空化效應[1],超聲波空化效應一方面可降低水垢在管道上的附著能力從而使水垢從管道壁上脫落;另一方面可使水裂解析出,又與溶液中的結合生成,使水垢融解。 
        2)可行性分析。實驗研究表明[1],超聲波功率在100~200 W時,具有抑水垢的作用,當功率在200~600 W時,具有除水垢的作用,且在功率為300 W時具有最佳的除垢效果。因此可以考慮將超聲波除垢應用到壁掛爐管道內壁的除垢中。超聲波除垢、抑垢的作用會隨介質流動方向的改變而削弱,而壁掛爐中的送水管道多出彎折,會降低超聲波的除垢效果。另外,超聲波的高頻發生器的工作環境溫度為0~40℃,而壁掛爐中多出溫度高于40℃,這兩方面使得超聲波發生器在壁掛爐中的安裝具有位置上的局限性。 
        2.3 電化學除垢 
        1)電化學除垢原理。電化學除垢技術是20世紀70年代后發展起來的新型循環水處理技術,具有很好的防垢除垢、殺菌滅藻、防腐防蝕的作用。該項技術的主要基本原理是:在陰陽兩極間施加弱電場,使陰極與水界面處產生電極反應,從而使,在陰極附近沉淀,達到除垢的目的。燃氣壁掛爐屬于典型的循環水系統,而循環水中的水垢離子主要為、,因此可以考慮對壁掛爐循環水進行電化學除垢。 
        2)可行性分析。電化學除垢技術所采用的電壓為或,屬于低耗能除垢技術。若在燃氣壁掛爐循環水管道內安裝陰陽極,再加上或的電壓,通過導電率測量儀測得水垢離子濃度,用自動控制裝置自動切換或的電壓(研究表明:當水垢離子濃度大于時采用電壓除垢,水垢離子濃度小于時采用電壓除垢,可以達到最佳的除垢效果),可以實現燃氣壁掛爐內自動除垢。電化學除垢方法裝置簡單,容易實現且對壁掛爐原有系統影響小,需要的電壓低,除垢效果理想。 
        2.4 磁化除垢 
        1)磁化除垢原理。流體中本身沒有磁矩的引起結垢的物質在高磁場的作用下,產生一個臨時誘導磁矩,該誘導磁矩使結垢的晶體分子相互排斥,破壞結垢晶體分子間的粘附力,使晶體懸浮在液體中。結垢晶體分子間的排斥力逐漸增大直到大于結晶物間結合力時,晶體的內部結構發生變化,最終結構物從物體上脫落下來,形成懸浮物隨流體排走。還有一種解釋是:在磁場的作用下,流動的液體被激發出電子,使液體中所溶解物質的原子外部價電子不平衡從而降低原子間的結合力,導致溶液中的離子沉淀出來。磁化除垢機理目前學術界尚無統一定論,以上為幾種觀點中比較有代表性的兩種。 
        2)可行性分析。燃氣壁掛爐屬于小型鍋爐,因此可以采用永久磁鐵式除垢裝置進行除垢,裝置結構簡單,而且容易安裝,不占地。磁化除垢采用永久磁鐵式除垢裝置,無能源消耗,無需維護。循環水溫度在60℃左右時,磁化除垢具有最佳的除垢效果,而燃氣壁掛爐內循環水的溫度也在60℃左右,因而磁化除垢在燃氣壁掛爐內應用時可以達到最佳的除垢效果。磁化除垢不僅能防止壁掛爐循環水管道結垢,逐漸除去管道中存在的老垢,而且還能夠抑制管道內微生物的滋生,對提高燃氣壁掛爐管道內的換熱效率及保持健康用水有著重大意義。 
        3幾種自動除垢方式的綜合對比 
        通過從可行性、除垢效果、經濟性、對居住環境影響三個方面綜合對比幾種除垢方式在燃氣壁掛爐內的應用,得到結果如表1。 
        4結束語 
        1)超聲波除垢在雖然在理論上可行,由于換熱器管道蜿蜒曲折,所以對于安裝超聲波發生裝置有一定的難度,且超聲波除垢的除垢效果也不是很理想,所以超聲波除垢在燃氣壁掛爐上的優勢并不明顯。 
        2)鑒于電化學除垢無污染、簡單易行、對居住環境無影響、低能耗且除垢效果好等優點,電化學除垢技術在燃氣壁掛爐除垢的應用具有較好的前景。 
        3)雖然磁化除垢機理尚未完全統一,但磁化除垢具有在經濟上較大的優勢、安裝簡便、無能耗、無污染、除垢效果好等優點,因而磁化除垢在燃氣壁掛爐內的應用具有明顯優勢。 
        燃氣壁掛爐水垢問題嚴重影響換熱器換熱效率,目前人工除垢方法雖然可以有效除垢,但在操作和經濟效益上均不是最優的選擇,以上的三種自動除垢方法無論是在操作上還是在經濟效益上均有較大的優勢,所以隨著以上三種技術在除垢應用上的愈趨成熟,一種簡單、經濟的自動除垢裝置必然在燃氣壁掛爐系統上得以應用。 
        參考文獻 
        [1]傅俊萍,李錄平,劉澤利,李秋儀.超聲波除垢與強化傳熱實驗研究[J].熱能與動力工程,2006,21(4). 

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