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燃气采暖热水炉在采暖系统应用中的常见问题分析

燃气采暖热水炉在采暖系统应用中的常见问题分析

2020-04-09 15:23
为了让燃气采暖热水炉发挥其稳定和节能的优异性能,需要一个设计合理、安装科学的采暖系统相配套,如果采暖系统设计、安装不合理,保养不及时,在采暖运行过程中可能会造成一系列不良问题,常见问题如系统运行噪音大、循环水泵卡死、主换热器堵塞、产生冷凝水危害燃气采暖热水炉的使用寿命等。
 
随着国家不断推进北方地区冬季清洁取暖,进一步优化调整城市供暖结构,全面实施散煤综合治理,完成以电代煤、以气代煤300万户以上,全部淘汰地级以上城市建成区燃煤小锅炉的目标。目前,燃气采暖热水炉作为清洁供暖的产品,其主要优点有:
 
(1)良好的舒适性。可以根据用户的需求对室内温度进行调节,以获得最舒适的室内环境。
 
(2)节能环保。壁挂炉主要以清洁能源天然气为燃料,它的燃烧产物主要是水蒸汽和二氧化碳,符合当前的环保政策,环保效益好。燃气采暖热水炉的市场销售也迎来了爆炸式增长。
 
为了让燃气采暖热水炉发挥其稳定和节能的优异性能,则需要一个设计合理、安装科学的供暖系统相配合,采暖系统是否好用和节能,不是壁挂炉本身一个因素就能完全决定的,与之相适应的管道、散热末端、控制系统也起了关键性的作用。
 
2.燃气采暖热水炉在采暖系统应用中的常见问题
分户采暖系统主要由各个核心零配件构成,包括燃气采暖热水炉、散热末端、管路及管路控制、循环泵、补水定压等。
如果采暖零配件系统设计选用不合理、安装不规范、保养不及时,在采暖运行过程中可能会产生一系列的问题,影响用户正常采暖,甚至危害燃气采暖热水炉的使用寿命等,因此,接下来分析采暖系统应用中出现的常见问题。
 
 
2.1 采暖管道噪音大或系统运行噪音大
 
主要受以下两种因素影响:
 
(1)系统管道流速设计不合理,导致采暖管道噪音大,在设计中应确保流体在管内呈紊流状态。
 
在设计系统管道流速时,应确保流体在管内呈紊流状态,流体在管内流动的状态一般是根据流体的雷诺数Re来判断,对于在圆管内的流体:
Re<2000时,流动总是呈层流型态,称为层流区;Re>4000时,一般出现紊流型态,称为紊流区;2000<Re<4000时,有时层流,有时紊流,处于不稳定状态,称为过渡区;取决于外界干扰条件。
从雷诺数Re的求解公式中,我们可以看出,雷诺数Re与管内的流速,以及管子内径是成正比的,而与流体的运动粘度成反比,同时,流体的运动粘度又与密度成反比。
目前,地暖常用的采暖管径有20/16和16/12两种,也就是内径分别为16mm和12mm。为了保证换热效果,我们应确保流体在管内呈紊流状态。
 
(2)管道中有气体,循环不畅。
 
采暖系统首次注水,应在系统的高点安装自动排气装置。在采暖系统中空气是最有害的因素,当管道中有空气积存时,往往会影响采暖系统的正常循环,导致某些部分不热,造成金属腐蚀,使水泵产生气蚀现象,增加噪音或使壁挂炉产生明显的震动,影响水泵叶轮的使用寿命。
系统排除空气的情况有三种:
 
① 在系统充水阶段,整个系统原是空的,充满了空气。当自来水由系统下部充入系统时,空气逐渐被水挤出。充水时系统各最高点的排气阀都要打开,当排气阀因水充满而溢水时则关闭。
② 在系统开始运行阶段。冷水逐渐升温,冷水中所溶解的空气逐渐分离出来,通过各排气阀(手动或自动)排除。
③ 在正常运行阶段。冷水中大量的空气已被基本排除,由于少量补充水而带入系统的空气因升温而分离出来,也要随时排除。
 
2.2 水泵卡死与主换热器堵塞
 
使用铸铁散热器或原有燃煤小锅炉的采暖系统,易造成水泵卡死与主换热器堵塞。
 
随着“煤改气”工程在河北地区大力推进,河北广大农村地区从使用土(煤)锅炉采暖方式,更换成更节能环保的燃气采暖热水炉。如原有供暖系统一般都使用铁管与铸铁散热器,系统水含有大量的渣质、铁锈等异物。如果没有对原来的供暖系统进行处理,直接安装燃气采暖热水炉后运行,会对壁挂炉造成不良影响,主要表现为以下几方面:
 
(1)造成燃气采暖热水炉中的循环水泵运行噪音大,甚至卡死或烧坏。
燃气采暖热水炉中循环水泵的作用是提供热水在采暖系统中的循环动力,采用了湿转子水泵(屏蔽泵),其最大优点是运行噪音低、体积小;其冷却完全依赖系统采暖水进入水泵的定转子和动转子之间,为了保证运行噪音低,水泵定转子与动转子之间的间隙都设计得非常小,一般为0.02mm~0.03mm。
 
若系统中使用铁管与铸铁散热器,系统水中极易产生渣质、铁锈等异物,极容易进入水泵定转子与动转子之间的间隙,造成水泵运行噪音大,甚至卡死或烧坏。
 
(2)造成主换热器换热运行噪音大、堵塞甚至爆裂。
 
燃气采暖热水炉的主换热器为了强化传热,常在主换热器的流道中安装扰流片或金属螺旋弹簧,见图2。让管内的采暖水产生明显的螺旋运动,由层流转变为湍流。当系统中使用铁管与铸铁散热器产生的渣质、铁锈等异物进入主换热器的管内时,水中的铁锈等杂质易卡在扰流片内,从而导致主换热器运行中产生较大的噪音,甚至造成堵塞现象。如果系统的水无法把燃烧的热量带走,就会导致燃气采暖热水炉出现严重的故障。图3为系统的杂质进入主换热器的流道中,造成主换热器堵塞的实物图。
 
其解决方案主要有以下几点:
 
① 在燃气采暖热水炉安装之前,建议使用0.8MPa的压力来压缩空气或者用高压水将管道中的杂物清除干净,尤其是采用铸铁散热器的系统须多次清洗管道。
② 采暖回水管必须安装过滤器,应使用磁性阻垢过滤器,把渣质分离后沉淀在除污器的储污舱内,可允许较长周期的清洗,在系统运行时也可正常排出杂质,结构如图4所示。
③ 当地水质很硬或腐蚀性较强时,为了防止主换热器堵塞或老化,须考虑在暖气系统管路中预留补软化水的接口,并加入软化水。
④ 为了保持壁挂炉正常运行,在每次采暖季运行时,应清洗过滤器一次以上。
⑤ 采暖和热水系统应采用环保型管道,如铝塑管、PPX管、铜管等。
 
(3)燃气采暖热水炉设定低温,产生冷凝水,影响设备使用效率及寿命。
 
对于大气式的燃气采暖热水炉来说,由于其设计参数供/回水温度一般为80℃/60℃,因此,如果长期工作在40℃/30℃的供/回水温度下(用于地板采暖,设置过低的温度),在燃气采暖热水炉换热器上将会产生冷凝水,对换热器造成腐蚀,影响壁挂炉的使用寿命。为了避免在主换热器上出现冷凝现象,可考虑以下解决办法:
 
① 在系统中增加电动三通混水阀,单独控制地暖供水温度。
② 采用间接连接的方式,在系统中增加板式换热器把系统分成热源侧与末端侧。
③ 为大气式燃气采暖热水炉配置专用地板采暖模块。
④ 系统设计时,要尽量选用冷凝炉来供应地暖系统。
 
(4)选用外置泵时,与壁挂炉的内置泵之间产生影响。
 
注:系统外置水泵,主要分为水泵并联运行与水泵串联运行。
 
① 并联运行:水泵的流量并非只增加一倍,这是由于流量增加会导致系统阻力上升,从而使所需扬程增加造成的。
② 串联运行:流量增加,扬程增加,但不是相加的关系,只有在保证系统流量一样的情况下,扬程才是叠加的。
③ 在多机并联中,当一个供暖系统中一次循环及二次多回路循环同时存在,一次循环有自身的循环泵,二次的各回路循环系统带有各自的循环泵时,循环泵之间相互影响,会造成流量及扬程的不正常。在采暖系统中主要产生的危害有以下形式:
 
a.供回水之间压差过大。
b.各水泵均会偏离工作点,造成系统运行的不确定性。
c.不能保证燃气采暖热水炉,以及末端的额定温差。
d.不仅增加系统能耗,而且采暖舒适性差。
 
为了解决以上几种不良影响,一般需要在系统中的一次侧Q1与二次侧Q2中安装去耦罐,使其水力工况互不影响,因为去耦罐的工作原理就是通过创造一个压损近乎为0的区域,让水泵实现各自的循环,互不干扰,实现热量的无损失传递。
 
因此,二次系统热量Q2的变化对壁挂炉系统流量没有任何影响。
 
去耦罐选型:为了起到水力系统之间去耦的作用,需要根据系统中的流量特征确认去耦罐的口径。每个口径入口对应各自的最大流量值,选择口径时应该从一次或二次系统的流量最大值为标准。
 
3 总结
 
燃气采暖热水炉的特点是集燃烧、换热、控制于一体,而且该产品具有一定的复杂性,因此在各生产厂家把好质量关的同时,更重要的是把燃气采暖热水炉在采暖系统应用中常见的各种问题解决好,如此,才能为广大用户提供一个既舒适又节能的单户采暖系统。
 
主要通过以下措施:
 
(1)合理计算管道流速,确保系统流体在管内呈紊流状态,排除系统管路中的空气,可以有效降低燃气采暖热水炉运行的噪音。
(2)在使用铸铁散热器或者原有燃煤小锅炉的采暖系统中安装燃气采暖热水炉后需要采用相应的过滤措施。
(3)大气式燃气采暖热水炉如果应用于地暖系统或设定低温供暖系统中,必须采用增加混水三通阀等措施,以提高回水温度,防止产生的冷凝水对壁挂炉造成危害。
(4)在系统中增加外置水泵时,必须考虑对系统内置泵产生的影响。

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