全預混壁掛爐保養預警設計及應用探討

鐘家淞

（廣東萬和新電氣股份有限公司 佛山 528325）

引言

隨著全預混壁掛爐在中國市場的推廣和普及，全預混壁掛爐在中國市場銷量逐年遞增，然而由于國內環境空氣質量較差，全預混壁掛爐出現了不同程度的換熱器堵塞現象，嚴重影響其使用壽命。對全預混壁掛爐進行定期的維護保養，才能確保全預混壁掛爐處于優越的工況下運行，保證其充分燃燒及高效換熱的性能，然而其維護保養的時間不確定性，對用戶和售后帶來了很大的困擾，用戶不確定何時該進行維護保養，待全預混壁掛爐報故障時堵塞程度已經較為嚴重。經過驗證，通過在全預混壁掛爐燃氣進口增加燃氣過濾器以及在全預混壁掛爐進風通道增加空氣過濾器的方式，能有效減少燃燒產物的堆積，減少換熱器的堵塞，延長保養周期。本文提出一種監控全預混壁掛爐運行情況的方案設計探討，通過采集數據設置對其進行保養預警提醒，及時告知用戶需對全預混壁掛爐進行維護保養，確保其優越的工作性能，以延長全預混壁掛爐的使用壽命。

1 帶空氣過濾器的全預混壁掛爐設計

全預混壁掛爐，采用全預混燃燒方式，燃氣燃燒前在預混腔與空氣進行充分混合，達到充分燃燒的效果，產生高溫煙氣，經過換熱器的換熱冷凝，并低溫排出，從而使流經換熱器的水升溫，提供熱水用于供暖或洗浴用。根據國家標準要求，壁掛爐內部設有氣流監控裝置。通過風壓傳感器或風壓開關檢測風機運行產生的風壓，當空氣供應或燃燒煙氣出現異常情況時，使壁掛爐能安全關閉；同時，壁掛爐設有安全限溫裝置，防止煙溫、水溫大于預設值而使壁掛爐安全關閉。

空氣過濾器在空調上得到廣泛的應用，是空調凈化系統的核心設備。空氣過濾器會對空氣形成阻力，而且隨著積塵的增加，其阻力也會增大。當空氣過濾器阻力過高時，其通風量將會降低，當空氣過濾器阻力增大到某一規定值時，空氣過濾器將報廢。可將空氣過濾器設置在全預混壁掛爐的進風通道上，對參與燃燒的空氣進行前期過濾，減少空氣中雜質對換熱器造成堵塞，延長全預混壁掛爐的維護保養周期。

根據空氣過濾器的過濾等級以及其終阻力設計參數，本方案將空氣過濾器設計為平板式結構，選用G4等級的初效過濾器，過濾粒徑5.0 um的顆粒，結構設計原理如圖1所示。

如圖1所示，將空氣過濾器設計為平板式，設置在全預混壁掛爐內部的頂端，處于進風通道，此方案過濾面積接近于全預混壁掛爐截面大小，過濾面積大，容塵率高且不易堵塞，使用壽命長且不影響美觀度，但更換空氣過濾器需拆下全預混壁掛爐外殼。另外，可利用全預混壁掛爐所使用的氣流監控裝置和安全限溫裝置，來監控其運行情況，即通過風壓傳感器檢測進排風通道是否堵塞，通過煙溫傳感器檢測排煙溫度是否異常來判斷換熱器換熱效率是否正常，并進行保養預警。

2 保養預警條件分析

2.1 空氣過濾器堵塞分析

根據上述分析，以一臺額定輸入功率30 kW的全預混壁掛爐進行模擬試驗，因排煙通道的限制，將平板型的空氣過濾器設計為左右兩塊，兩塊之間通過連接板連接，方便拆裝和維護。空氣過濾器實物效果如圖2所示，裝機效果如圖3所示。

現通過貼膠帶的方式，模擬空氣過濾器堵塞，對比不同長度煙管（1 m和3 m）使用狀態下，風壓值變化。堵塞過程如圖4所示，堵塞過程風壓變化如圖5所示。

圖1 結構設計原理

圖2 空氣過濾器實物效果

圖3 空氣過濾器裝機效果

由圖5測試數據可知，空氣過濾器堵塞過程中，風壓傳感器檢測的風壓值逐漸增大，堵塞面積越大，風壓值變化越明顯。因此，程序上將設置保養預警風壓值范圍為285～310 Pa，風壓上限值設置為310 Pa，即可在過濾器完全堵塞之前，提醒用戶對過濾器進行維護清洗或更換，預留時間供用戶預約售后人員上門維護保養，維護保養前壁掛爐依舊可以正常使用；而當風壓值超過310 Pa時，全預混壁掛爐啟動安全保護，停機熄火。

2.2 排風口堵塞分析

根據國家標準《GB 25034-2010燃氣采暖熱水爐》要求，按照給、排氣壓力檢測方法，采用降低風機供電電壓的方法，模擬排煙口堵塞過程的風壓值變化。同樣，采用上述全預混壁掛爐，使其維持在最大轉速6 200 r/min下運行，并逐步將風機供電電壓降低，測試風壓值變化和功率變化，風壓值及功率數據如表1所示，降電壓過程風壓值變化如圖6所示。

由表1和圖6可知，隨著風機供電電壓的逐步降低，全預混壁掛爐功率也隨之降低，風壓值也逐步降低，當供電電壓達到110 V時，風機啟動保護并停止運轉，此時全預混壁掛爐熄火。綜合上述分析，程序上可將設置保養提醒風壓值設為100～170 Pa，風壓保護下限值設置為100 Pa，即可在排煙受到部分堵塞時，提醒用戶對換熱器進行維護保養，預留時間供用戶預約售后人員上門維護保養，此時全預混壁掛爐依然可以正常使用，而當風壓值低于100 Pa時，全預混壁掛爐啟動安全保護，停機熄火。

2.3 排煙溫度異常保護分析

全預混壁掛爐運行過程中，換熱器盤管間隙容易受燃燒產物堵塞，同時供暖循環系統管路中，水垢容易在換熱器管路內壁堆積，造成換熱器換熱效率下降，高溫煙氣的熱量無法及時傳給供暖水，導致煙氣溫度偏高。

本文所使用全預混壁掛爐，采用規格為30 kW的不銹鋼盤管換熱器，按照國家標準測試能效的方法，設置供暖回水溫度為60 ℃，出水溫度為80 ℃，使壁掛爐處于最大功率運行，通過圖1所提到的煙氣溫度傳感器，測試壁掛爐所產生的煙氣溫度；同時，使壁掛爐功率達到額定功率的1.1倍，并采用同樣的方法測試煙氣溫度。煙氣溫度測試數據如表2所示。

圖4 堵塞過程

圖5 堵塞過程風壓變化

表1 風壓值及功率數據

圖6 降電壓過程風壓值變化

由表2可知，壁掛爐正常工作時，煙氣溫度≤85 ℃，而壁掛爐出現換熱異常時，煙氣溫度有所上升，根據經驗，壁掛爐煙氣溫度安全保護值設置為95 ℃。因此，程序上可將煙氣溫度保養提醒值設置為90～95 ℃，及時提醒用戶對換熱器盤管間隙進行保養或對供暖系統進行清洗，煙氣溫度＞95 ℃時，壁掛爐啟動安全保護，停機熄火。

表2 煙氣溫度測試數據

3 總結

綜上分析，在將空氣過濾器應用在全預混壁掛爐上的基礎上，通過對全預混壁掛爐使用過程中的風壓、煙溫進行監控，在堵塞條件下進行測試和分析，設置壁掛爐對堵塞過程的判斷并進行保養預警的程序，使全預混壁掛爐能判斷是否處于異常工作狀態，對其“亞健康”工況進行保養預警，及時提醒用戶進行維護保養，及時預約售后維護人員上門維護保養，以確保壁掛爐的高性能運行，對延長全預混壁掛爐的使用壽命有著重要的意義。