一、冷凝式燃氣壁掛爐采用全預混燃燒器目前，冷凝壁掛爐上使用的全預混燃燒器均為鼓風式全預混燃燒器，主要有：平板形、半球形和圓柱形，如下圖所示，其中圓柱形應用居多。實踐證明，圓筒形和半球形表面與平面相比，比較容易形成均勻的氣流分布。全預混燃燒器的組成主要包括：燃燒頭、鼓風機、混合器以及燃氣電磁閥。燃燒頭的表面材料主要有兩種：不銹鋼和金屬纖維編織物，其中前者應用較多。對于不銹鋼圓柱形頭部，是在一個不銹鋼圓筒的筒壁上，按照設計的要求形成許多小孔。燃氣和空氣的混合物從小孔中噴出后被點燃；對于金屬纖維編織物表面的燃燒頭，燃氣與空氣的混合物透過金屬纖維表面均勻滲出后被點燃。由于是全預混燃燒，因此只在筒壁上形成非常薄的一層藍色火焰。同時，圓筒壁被加熱到很高的溫度，形成一個高溫輻射源。因此，這種燃燒器與普通壁掛壁掛爐中使用的大氣式燃燒器的另一點不同之處在于，前者對于換熱器既有對流換熱又有輻射換熱；而后者主要為對流換熱，輻射換熱所占比例很小。二、燃氣/空氣比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)1、對于鼓風式全預混燃燒器，在燃燒過程中，特別是在符合變化過程中始終保證燃氣與空氣的混合比例恒定，是保證穩(wěn)定、高效、低排放燃燒的先決條件。因此，有一個精確可靠的燃氣/空氣比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)是非常重要的。對于普通的大氣式燃燒器，由于引射器在一定范圍內(nèi)具有自動調(diào)節(jié)能力，即當燃氣噴嘴的流量發(fā)生變化時，被引射進入的一次空氣量也會隨之相應的變化、這在一定程度上保證了燃氣/空氣比例的恒定。而在鼓風式全預混燃燒器中，由于燃氣與空氣的混合方式不同，燃氣流量與空氣流量失去了在大氣式燃燒器中所具有的相互關聯(lián)，因此需要使用調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)對燃氣/空氣比例的控制。實現(xiàn)這一功能的技術通常有兩種：1）電子式燃氣/空氣比例的控制技術。該技術是利用流量傳感器檢測空氣流量信號，控制器根據(jù)該信號經(jīng)相應的運算后控制燃氣比例調(diào)節(jié)，以維持燃氣與空氣流量比例的恒定。這種控制方法多用于大型的燃燒系統(tǒng)，特別是非線性系統(tǒng)。由于目前技術條件限制，應用于如燃氣壁掛爐這樣的小型燃燒系統(tǒng)上，其控制精度不夠理想。2）機械式燃氣/空氣比例控制技術。目前在冷凝式燃氣壁掛爐中廣泛使用的是第二種技術，即利用風壓變化自動調(diào)節(jié)燃氣流量的機械式燃氣/空氣等比例控制技術，原理圖如下：2、風機的選擇直流無刷變頻風機，采用變速原理，根據(jù)熱負荷輸出需求的變化調(diào)整轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)進空氣量，即達到調(diào)節(jié)燃燒所用空氣量目的；同時比例閥根據(jù)需求自動調(diào)節(jié)開度，調(diào)節(jié)燃氣量。同步調(diào)節(jié)的空氣量和燃氣量始終處于最佳燃燒混合比，全預混技術保證了燃燒充分，熱量損失減少到最低，功率調(diào)節(jié)范圍為20%~100%，這是冷凝技術中最關鍵的技術環(huán)節(jié)。三、文丘里型混合器在全預混燃燒系統(tǒng)中，一般采用文丘里混合裝置來保證燃氣與空氣的充分混合。燃氣與空氣的混合可以在風機出口進行（后預混），也可在風機入口進行（前預混）。1、后預混型文丘里混合器上圖為混合器的結(jié)構(gòu)，空氣流過文丘里混合器，將在文丘里管喉部產(chǎn)生負壓，燃氣從文丘里管喉部進入后與空氣混合。在文丘里管入口處設有取壓環(huán)室，取出的靜壓用于控制燃氣調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)燃氣流量與空氣流量的同步調(diào)節(jié)，并保持恒定比例，后預混式混合器的負荷調(diào)節(jié)范圍一般為1︰5。下圖給出了兩種不同型號混合器的特性曲線。從曲線上可以看出，當提高風機進口壓力時，在保持混合比不變的情況下增大了負荷。文丘里混合器安裝在風機出口。后預混方式與前預混方式相比，由于是在風機出口處混合，因此對風機的防爆要求比前預混低。2、前預混文丘里混合器前預混混合器設在風機入口處，仍為文丘里型，系統(tǒng)如下圖：混合器一側(cè)的空氣吸入口的開度可通過調(diào)節(jié)環(huán)進行調(diào)節(jié)，其完全打開時，對應混合器所能適用的最大輸入功率；當其完全關閉時，對應混合器所能適用的最小輸入功率。最大和最小輸入功率與燃燒裝置的特性密切相關。下面的曲線圖給出了在燃燒裝置不同的額定輸入功率下，且燃氣進口壓力降為50Pa時的文丘里混合裝置的調(diào)節(jié)范圍。四、燃氣閥組與調(diào)節(jié)原理冷凝式燃氣壁掛爐使用的燃氣閥組由：安全切斷電磁閥EV1、伺服電磁閥EV2、伺服壓力調(diào)節(jié)器RP、零點遷移量調(diào)節(jié)器G/A、空燃比例調(diào)節(jié)閥RQ等組成。如下圖所示，與文丘里混合器配合，在負荷調(diào)節(jié)過程中，始終保證燃氣流量與空氣流量的比例恒定。1）文丘里混合器的恒混合比原理：根據(jù)伯努利方程，流過文丘里混合器的空氣流量為：式中Va空氣流量，m3/hа文丘里混合器流量系數(shù)a文丘里混合器過流面積，m2Pa1文丘里混合器前靜壓，PaPa2文丘里混合器喉部靜壓，Paa空氣密度，kg/m3Ka混合器阻力系數(shù)。進入文丘里混合管的燃氣流量為：式中Vg燃氣流量，m3/h燃氣噴嘴流量系數(shù)Ag燃氣噴嘴面積，m2Pg燃氣噴嘴前靜壓，PaPa2文丘里混合器喉部靜壓，Pag燃氣密度，kg/m3Kg噴嘴系數(shù)。根據(jù)上述兩個公式得到：當Pg=Pa1時：燃氣流量與空氣流量的比值為一常數(shù)。因此只要保證在負荷調(diào)節(jié)過程中維持Pg=Pa1，即可保證空燃比恒定。如欲改變?nèi)細馀c空氣的流量配比，只需調(diào)節(jié)Kg即可（改變?nèi)細鈬娮欤?）預混系統(tǒng)工作原理：下圖為這一系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，其工作過程如下：當兩個電磁閥EV1、EV2均不得電時，在閥組入口處測得燃氣壓力為燃氣管網(wǎng)額定壓力Pin。當電磁閥EV1打開時，點火燃燒氣開始工作(如有點火燃燒器，在鼓風全預混燃燒方式的壁掛壁掛爐中均不設點火燃燒器)；當電磁閥EV2打開后，主燃燒器才能工作，此時才可測得壓力Pint。1燃氣進口2安全電磁閥3調(diào)節(jié)閥4、6、9聯(lián)通孔5伺服電磁閥7指揮閥8指揮閥膜片10調(diào)節(jié)閥膜片11比例調(diào)節(jié)閥12鼓風壓力信號管13燃氣噴嘴14空氣進口15文丘里混合器16混合氣（燃氣+空氣）出口17零點調(diào)節(jié)螺絲18比例調(diào)節(jié)螺絲當需要提高燃燒負荷時，首先提高風機轉(zhuǎn)速，使風量增加，此時文丘里混合器入口靜壓Pa1增加，經(jīng)空氣取壓管，使得膜片上側(cè)壓力增加，指揮閥的閥口被關小。其結(jié)果使得原經(jīng)過指揮閥閥口、聯(lián)通孔的燃氣泄流阻力增加，進而使得經(jīng)聯(lián)通孔導入調(diào)節(jié)閥膜片下側(cè)的壓力增加，調(diào)節(jié)閥被開大，燃氣流量增加，此時建立的壓力平衡關系為：Pint=調(diào)節(jié)閥膜片下側(cè)壓力=膜片下側(cè)壓力=膜片上側(cè)壓力Pa1+彈簧力Os即：Pint=Pa1+Os由于在變負荷過程中膜片上側(cè)彈簧的位移很小，因此認為彈簧的彈性力Os恒定不變。由式可知，此時無論風量如何變換（Pa1變換），均能保持Pint與Pa1的比例關系。通過零點調(diào)節(jié)螺絲可以改變Os值，稱為零點遷移，如下圖所示。前預混系統(tǒng)與后預混原理基本相同。前預混系統(tǒng)所使用的文丘里型混合器安裝在風機入口，文丘里管的前壓Pa1為大氣壓，即Pa1=0。因此，無需空氣取壓管，閥上的取壓口位置直通大氣即可。Pa2為文丘里混合器出口壓力，即風機進口壓力，運行原理與后預混相同。五、全預混冷凝不銹鋼盤管換熱器簡介最近幾年的研究證明，不銹鋼是制作冷凝換熱器的理想材料。對于天然氣冷凝壁掛爐上的換熱器，可以利用不銹鋼合金（主要元素是：鉻、鎳、鉬、鈦等）制作。這種合金材料能夠防止冷凝液的腐蝕，因此換熱器表面不需要進行防腐處理。不銹鋼的導熱性能不如銅和普通鋼，為彌補其導熱性能差的特點，換熱器在設計時應特別注意采取一些強化換熱的措施。1、不銹鋼換熱器的強化換熱方法在壁掛爐換熱器中，要將煙氣的熱量有效地傳遞給水，就必須使煙氣與換熱器表面進行充分的接觸。為了達到這一目的，目前最常用的方法有兩種：1）對換熱器煙氣側(cè)的表面進行設計，使其在煙氣流過時形成許多小的局部旋流。這樣可以避免在煙氣流的通道截面上中心溫度過高，四周溫度過低，形成過大的從通道中心到換熱器壁面的溫度梯度，而光滑平整的壁面是無法做到的，下圖給出了兩種換熱器的對比：2）使煙氣產(chǎn)生強烈的紊流。對于提高傳熱系數(shù)，它的作用與方法一是相同的，目的是打破煙氣通道中的溫度梯度。使用矩形（或扁圓形）不銹鋼管盤成螺旋形，煙氣從螺旋形的中心，通過螺旋間距只有0.8mm的狹長縫隙徑向沖刷不銹鋼螺旋管。煙氣在這些縫隙中形成薄片狀層流，大大提高了傳熱系數(shù)。煙氣經(jīng)過36mm長的縫隙，溫度即可從較高溫度被降到50℃。2、換熱器中的煙氣流程上圖中所示為煙氣在不銹鋼徑向換熱器中的流程，換熱器被絕熱隔板分割成兩部分，相當于將換熱器分為一級換熱與二級換熱。在一級換熱中，煙氣從中心沿徑向向外沖刷盤管；二級換熱器中，煙氣從螺旋盤管徑向向中心沖刷盤管。3、不銹鋼盤管徑向換熱器一般采用不銹鋼管制作。首先將不銹鋼盤秤直徑適當?shù)穆菪?，然后?jīng)擠壓，使每一圈螺旋管形成扁圓的截面，這樣可以增加換熱面積。同時保證擠壓后的螺旋間距。為了便于配置不同功率的換熱器，一般以某一個功率為單位（8~10kW）加工不銹鋼螺旋管，最終根據(jù)壁掛爐設計的功率的大小，將若干個不銹鋼螺旋管組合成為所需要的換熱器。六、冷凝水收集裝置冷凝爐所排出的冷凝水呈微酸性，PH值在3～4左右，必須通過一個塑料的收集器收集起來。此收集器同時起到一個水封的作用，防止煙氣從此排出。再通過特殊的塑料連接管，把收集器內(nèi)溢出來的冷凝水排到外面。同時，城市生活廢水系統(tǒng)內(nèi)的水是呈微堿性的，PH值在6.5～10左右。因此，可以將冷凝水排到生活污水系統(tǒng)中，正好起到一個中和的作用。通過上述幾個核心部件的介紹，我們大致了解了冷凝爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。冷凝的效率最大可達到109%，這相比于普通壁掛爐90%左右的熱效率，高了將近20%。從年運行情況來看，年度效率還會更高。因此，冷凝爐最終能達到的節(jié)能量也接近20%~30%左右，大大節(jié)省了使用費用。