燃氣采暖熱水爐單風壓管測風壓的可行性研究

梁友新 梁展程

（廣東萬和熱能科技有限公司 佛山 528325）

前言

自“煤改氣”政策以來，燃氣采暖熱水爐得到了越來越多消費者的了解和認可，進入了越來越多的百姓家庭，中國燃氣采暖熱水爐行業(yè)得到了迅速的發(fā)展和壯大。但與此同時，燃氣采暖熱水爐的故障率也在不斷上升，讓用戶備受困擾。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，風壓管內(nèi)積聚冷凝水堵塞導(dǎo)致機器無法正常運行的現(xiàn)象是最為突出的燃氣采暖熱水爐售后問題之一。風壓管內(nèi)產(chǎn)生冷凝水的原因是由于風機的驅(qū)動，燃燒后的高溫煙氣由于正壓力的作用下進入正壓風壓管，同時外界的冷空氣被帶進燃氣采暖熱水爐內(nèi)，正壓風壓管內(nèi)的高溫煙氣被管外的冷空氣冷卻，管內(nèi)高溫煙氣中的水蒸氣冷凝為液態(tài)水。隨著高溫煙氣不斷補充及被冷卻，正壓風壓管內(nèi)的冷凝水不斷積聚，繼而堵塞整個傳壓通道，風壓無法傳遞給風壓開關(guān)，致使風壓開關(guān)斷開，機器停止運行。

燃氣采暖熱水爐行業(yè)中常見的處理方法有多種：方法一：風壓管上設(shè)置集水盒，收集冷凝水，但這種方法沒有防止冷凝水的產(chǎn)生，只是延長風壓管被堵塞的周期；方法二：通過集煙罩表面的熱量傳遞給風壓管，加熱內(nèi)部氣體，但這種方法也杜絕不了冷凝水的產(chǎn)生，水氣混合體仍儲存在風壓管內(nèi)，當管內(nèi)熱量不足時仍會積聚冷凝水；方法三：在風壓管上開孔，讓冷凝水滴出，但這種方法存在漏氣而不能保壓和出水孔被堵塞而積聚冷凝水的風險。行業(yè)中的處理方法還有很多，這里不一一列舉。由于文丘里管的抽吸作用，使負壓管內(nèi)形成負壓，高溫煙氣難以進入負壓管內(nèi)，負壓管內(nèi)無法產(chǎn)生冷凝水。本文所研究的方向正是燃氣采暖熱水爐單風壓管取負壓的可行性，從源頭上杜絕因風壓管內(nèi)產(chǎn)生冷凝水而導(dǎo)致無法傳壓的情況。

1 實驗設(shè)備及條件

1.1 實驗設(shè)備

實驗設(shè)備包括能效測試臺、微壓計、變頻電源、煙氣分析儀等，如圖1所示。

圖1 實驗設(shè)備

1.2 實驗條件

環(huán)境條件為環(huán)境溫度21.5 ℃，大氣壓102 kPa，空氣濕度47 %，試驗氣為12T天然氣，燃氣溫度21.5 ℃。本試驗采用某品牌額定熱負荷為26 kW的燃氣采暖熱水爐，具體性能情況如表1；該燃氣采暖熱水爐所采用的風機參數(shù)如表2。

表1 燃氣采暖熱水爐性能情況

表2 風機參數(shù)

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 燃氣采暖熱水爐在空載、50 %額定熱負荷、額定熱負荷下負壓值隨風機工作電壓降低的變化情況

風機工作電壓直接影響風壓的大小，GB 25034-2010《燃氣采暖熱水爐》條款6.5.8.2中也提出了逐漸降低風機工作電壓的情況下對整機的性能要求。因此，采用逐漸降低風機工作電壓測試風壓值的方法是驗證燃氣采暖熱水爐單風壓管測風壓可行性的有效手段之一。

燃氣采暖熱水爐分別在空載、50 %額定熱負荷、額定熱負荷三種狀況下，風機工作電壓從220 V逐漸降低至140 V，測試負壓值的變化情況，如表3和圖2。

圖2 負壓值隨電壓降低的變化情況

表3 負壓值隨電壓降低的變化情況

通過對比分析，燃氣采暖熱水爐在空載、50 %額定熱負荷、額定熱負荷三種狀況下，檢測到的負壓值隨風機工作電壓的降低而減小，且電壓降到140 Pa時，由于風機轉(zhuǎn)速的驟降，三者檢測到的負壓值趨于一致。但總體來說，燃氣采暖熱水爐在額定熱負荷下所產(chǎn)生負壓是最低的，同時燃氣采暖熱水爐在額定熱負荷下運行是常見情況。綜合以上分析，燃氣采暖熱水爐在額定熱負荷的工況下更能驗證單風壓管測風壓的可行性。因此，后續(xù)的實驗均以額定熱負荷的工況來進行。

2.2 不同取壓點上負壓值隨風機工作電壓降低的變化情況

為驗證燃氣采暖熱水爐單風壓管測風壓的可行性，本文在風機上選取5個取壓點進行實驗，如圖3。A1為目前風機已設(shè)定的取壓點，A2為以A1為基準向蝸殼內(nèi)壁方向偏移10 mm的取壓點，B1為以A1為基準向遠離風輪方向偏移10 mm的取壓點，B2以B1為基準向蝸殼內(nèi)壁方向偏移10 mm的取壓點，C為靠近葉輪，與葉輪和蝸殼內(nèi)壁等距的取壓點。A1、A2、B1、B2取壓點負壓值隨風機工作電壓降低的變化情況，如表4。

圖3 風機上的5個取壓點

表4 A1、A2、B1、B2取壓點負壓值隨電壓降低的變化情況

比較A1與A2數(shù)據(jù)，靠近蝸殼內(nèi)壁的A2平均值低于A1平均值，A2差值低于A1差值；比較B1與B2數(shù)據(jù)，靠近蝸殼內(nèi)壁的B2平均值低于B1平均值，B2差值低于B1差值。通過判斷可理解為A1較A2的負壓值大，A2較A1穩(wěn)定；B1較B2的負壓值大，B2較B1穩(wěn)定。綜合以上對比表明：受蝸殼內(nèi)壁面粘性摩擦力的影響，靠近蝸殼內(nèi)壁取壓點的負壓值較小，但風壓穩(wěn)定。

比較A1與B1數(shù)據(jù)，靠近風輪的A1平均值高于B1平均值，A1差值高于B1的差值；比較A2與B2數(shù)據(jù)，靠近風輪的A2平均值高于B2平均值，A2差值高于B2的差值。通過判斷可理解為A1較B1的負壓值大，B1較A1穩(wěn)定；A2較B2的負壓值大，B2較A2穩(wěn)定。綜合以上對比表明：受出風口穩(wěn)流的影響，靠近出風口取壓點負壓值較小，但風壓穩(wěn)定。

基于單風壓管測風壓對負壓值需足夠大的考慮，又因A1、A2、B1、B2四個取壓點的差值相差不大，優(yōu)選四者中負壓值最大的A1取壓點作為單風壓管取負壓的進一步實驗對象。另外，本文選取了一個靠近風輪且靠近蝸殼內(nèi)壁的取壓點C，該點與風輪和蝸殼內(nèi)壁等距，如圖3。測試C取壓點隨風機工作電壓降低的負壓值，且與A1取壓點的實驗數(shù)據(jù)比較，具體如表5和圖4、圖5。

表5 C、A1取壓點負壓值隨電壓降低的變化情況

圖4 C、A1取壓點負壓平均值隨電壓降低的變化情況

圖5 C、A1取壓點負壓差值隨電壓降低的變化情況

比較C與A1數(shù)據(jù)，靠近風輪的C平均值高于A1平均值，C差值遠高于A1差值；通過判斷可理解為C較A1的負壓值大，C的穩(wěn)定性遠低于A1。綜合以上對比表明：受氣流湍流的影響，靠近風輪取壓點的風壓較不穩(wěn)定，但負壓值較大。

但從C取壓點的下限值看出，負壓值也是相對較高的，可彌補穩(wěn)定性不足的缺點。因此，C取壓點可作為單風壓管取負壓的進一步實驗對象。

2.3 燃氣采暖熱水爐安裝3 m加長煙管下不同取壓點上負壓值隨風機工作電壓降低的變化情況

由于燃氣采暖熱水爐安裝加長煙管在用戶家中是比較普遍的現(xiàn)象，因此能否實現(xiàn)單風壓管測風壓必須考慮安裝加長煙管后的風壓值是否可靠。行業(yè)中制造商允許用戶終端安裝的煙管最長長度普遍是3 m，因此本文以下的實驗是在燃氣采暖熱水爐安裝3 m加長煙管的情況下進行的，具體數(shù)據(jù)如表6和圖6。

表6 安裝3 m加長煙管，C、A1取壓點負壓值及煙氣成份隨電壓降低的變化情況

圖6 安裝3 m加長煙管，C、A1取壓點負壓值及煙氣成份隨電壓降低的變化情況

通過數(shù)據(jù)對比看出，當風機工作電壓逐漸降低至一定程度時，雖然CO含量仍符合GB 25034-2010的要求，但A1取壓點的負壓值已相當?shù)停y以匹配合適的風壓開關(guān)；總體上，C取壓點的負壓值比A1取壓點的大，且當風機工作電壓降至140 V時，仍有壓力余量。實驗數(shù)據(jù)表明，C取壓點匹配適當?shù)娘L壓開關(guān)，能使風壓開關(guān)穩(wěn)定閉合，燃氣采暖熱水爐可實現(xiàn)單風壓管測風壓。

3 結(jié)論

本文通過研究及實驗驗證，為實現(xiàn)燃氣采暖熱水爐單風壓管測風壓提供了依據(jù)，驗證了燃氣采暖熱水爐單風壓管測風壓的可行性，本文結(jié)論如下：

1）燃氣采暖熱水爐在額定熱負荷的工況下更能驗證單風壓管測風壓的可行性。

2）受蝸殼內(nèi)壁面粘性摩擦力的影響，靠近蝸殼內(nèi)壁取壓點的負壓值較小，但風壓穩(wěn)定。

3）受出風口穩(wěn)流的影響，靠近出風口取壓點負壓值較小，但風壓穩(wěn)定。

4）受氣流湍流的影響，靠近風輪取壓點的風壓較不穩(wěn)定，但負壓值較大。

5）在風機上選取適當?shù)娜狐c及設(shè)置適當?shù)娘L壓開關(guān)，能使風壓開關(guān)穩(wěn)定閉合，燃氣采暖熱水爐可實現(xiàn)單風壓管測風壓。