冷凝式燃气热水器热工性能的研究衡阳

冷凝式燃气热水器热工性能的研究*

冷凝式燃气热水器热工性能的研究* 2011： 中图分类号　TU996.75　　随着城市燃气事业的迅速发展和人民生活水平的不断提高，近年来热水器需求量猛增，每年以300～400万台的生产量投放市场。由于热水器是近年来普及的产品，在燃气使用上浪费较多，热效率较低。常规燃气快速热水器按国标GB6932－94规定，其排烟温度≥110 ℃，热效率≥80 ％。就我国生产的现状看来，热水器排烟温度在170℃左右，排烟余热未能充分利用，造成能源浪费。燃气应用界正在努力提高热效率，受各种因素的制约，国内先进厂家的产品其热效率一般在80～85 ％左右，国外该型产品的热效率也不超过87 ％。由于燃气价格上涨，国外强化热效率燃具投放市场量在增加，其中包括冷凝式燃气用具。本文介绍了我们对冷凝式燃气热水器热工性能的研究结果，以及用于该型产品的进一步研究和推广应用。1　冷凝式燃气热水器热效率的分析　　根据规定，燃气快速热水器的热效率以燃气低热值计算，并且规定η≥80 ％。热效率计算式为：　　式中：G—热水器水流量，kg／h；Δt—进出口水温差，℃；V0—燃气消耗量，m3／h；QL—燃气低热值,kJ／m3干燃气；Cp—水的定压比热,kJ／kg*K。　　燃气低热值QL是指1m3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为气体状态时所放出的热量。燃气高热值Qh是指1m3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而烟气中的水蒸气为凝结水状态时所放出的热量。如果将热水器中燃气燃烧生成烟气所含的水蒸气冷凝为凝结水排出器外，则在同样的耗气量下，Q收入有较大程度的增加，增加的幅度取决于燃气的高、低热值之差。对于加热水量已定的热水器Q有效为常数，增大后的Q收入如果仍按低热值计算热效率，那么此时所需耗气量就会降低。如果考虑加入相同的气量，则由于回收余热后，使有用热量增加，则热效率就会增加。下面以四川干气为气源分析冷凝式热水器的热效率。　　燃气组成(V%)：CH4－98．0；C3H8－0．3；C4H10－0．3；C＋5－0．4；N2－1．0；　　燃气热值为：QL＝36442 kJ／m3；Qh＝40403 kJ／m3；　　假设冷凝效果为理想状态，即烟气中的水蒸气全都冷凝下来，烟温降至原始温度，燃烧为完全燃烧。若假定热水器为绝热系统，加热水量已定，则普通型和回收全部凝结热型热水器的最高热效率有如下关系：　　从上式看出：冷凝式燃气热水器的热效率理论上可超过110 ％，考虑到实际工况及设备经济性，实用热效率低于此值。2　实验模型的设计　　实验时用一个8 L／min的烟道式家用燃气热水器作为实验原型。根据热水器中烟气冷凝传热的特性,设计了一个外螺纹管式冷凝换热器和一个光滑管外加翅片式冷凝换热器，分别装入原型热水器的排烟腔内，在不改变原热水器外型和体积的情况下，组成冷凝式燃气热水器。实验时把这两种热水器称为冷凝Ⅰ型和冷凝Ⅱ型。冷凝式燃气热水器的基本工作原理就是进一步降低烟气温度，回收烟气显热和水蒸气的汽化潜热。3　结果与分析3．1　经济效益对比实验　　冷凝式热水器和原型热水器的经济性对比测试结果见表1。表1　经济效益对比测试结果热水器 类型入水温度 ℃出水温度 ℃排烟温度 ℃热水流量 L／min燃气耗量 m3／h热效率％节约气量 ％原型热水器12．337．01777．501．7179．48　冷凝Ⅰ型(1)9．935．01229．341．7687．859．52冷凝Ⅰ型(2)8．334．8989．001．7391．8713．48冷凝Ⅱ型(1)10．736．31178．751．7883．705．04冷凝Ⅱ型(2)8．033．3928．941．7486．738．36冷凝Ⅱ型(3)8．434．41048．941．7091．3913．03　　从表1可以看出增加冷凝器后，排烟温度从177 ℃可降低到92 ℃，排烟温度比原热水器降低85 ℃，说明烟气的显热得到明显的回收利用，实验中测出生成冷凝水的最大量为0.55 kg/h，说明在回收烟气显热的同时，烟气中有部分水蒸气冷凝为凝结水放出了汽化潜热。由于换热量增加使热水量由原来热水器的450 L/h(约7．5 L/min)增加到560 L/h(约9.3 L/min)。即在不改变热水器总体积的情况下使热水器的加热水量有明显增加，这为热水器的小型化提供了现实可能性。试验测出原热水器的效率为79.48 ％，附加冷凝器后热效率最高达91.87 ％，比原热水器提高12.39 ％，说明冷凝式热水器的效率较高。　　如果我们仍按原热水器的使用要求，即7．5 L/min，水温

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