冷凝換熱器

一般把回收利用煙氣中水蒸氣汽化潛熱的換熱器定義為冷凝式換熱器。如果換熱器的排煙溫度降低到低於飽和溫度，煙氣中的過熱水蒸氣就會冷凝成液態水從而釋放出汽化潛熱，得以回收利用，換熱效率得以提高。按燃氣的低熱值計算得到的熱效率可能達到或超過。

基本介紹

• 中文名：冷凝式換熱器
• 外文名：Condensing heat exchanger
• 出現時間：1928年
• 套用領域：鍋爐設備、熱水器
• 分類依據：熱交換方式

發展狀況

冷凝式熱水器換熱器的發展伴隨著冷凝式燃氣熱水器的發展，冷凝式換熱技術最早被西方國家套用於鍋爐。早在世紀中東石油危機之後，為節約能源，在歐洲便研製出高熱效率的冷凝式鍋爐，其顯著的特點是熱效率比常規設計的鍋爐提高以上。Carlyle Ashley於1928年設計了一個被稱為“Weather-maker”的燃氣專利產品，這是第一個將煙氣中水蒸氣的冷凝用於採暖空調領域的高效率燃氣加熱爐。

世界範圍內對鍋爐煙氣冷凝方面的研究最早出現在荷蘭和法國，而荷蘭作為現代非接觸式（間壁式）冷凝鍋爐模式的創建者，早期在整個供暖行業內占有非常重要的地位。但隨著冷凝技術的不斷發展，法國的研究者放棄了接觸式冷凝技術在民用產品中的研究，轉向了不繡鋼材料為主的民用冷凝技術，客觀上支持了冷凝技術在歐洲的大發展。20世紀70年代早期的能源危機促進了高效率冷凝式鍋爐的發展。1971年法國的煤氣公司和液化工業公司最早對冷凝式換熱器進行了研究。

早在1972年就己經安裝了幾種系統，且多年來一直運行很好。1979年荷蘭成功研製出第一台冷凝式燃氣熱水器，次年得到批准使用。在此之後，英國、法國、德國、日本也開始了研製冷凝式熱水器與冷凝式兩用爐。英國巴列士克頓公司1979年以來、熱提取協會1976年以來和史密斯公司1981年以來開始生產並銷售冷凝式換熱器。冷凝潛熱回收系統在美國使用得相對較晚，比歐洲晚了十年左右。

結構設計

冷凝式換熱器的設計思想大同小異，可以總結為兩點：(1)換熱管逆流布置，即冷水先流進冷凝段以獲得更好的冷凝效果；(2)換熱器的材料應可以防腐蝕，要保證冷凝液順暢排出且不濺滴到高溫段。

冷凝式熱水器換熱器的設計一般有兩種結構形式，第一種是整體換熱器，如果採用這種形式，換熱器的換熱面積大小要保證過熱蒸汽產生凝結，換熱器的材料應抗腐燭；第二種是分段換熱器，其中一個是普通換熱器，另一個是冷凝式換熱器，兩者的材料可以不同，但冷凝式換熱器的材料應可以抗腐燭，這種結構的換熱器適合在原型的基礎上開發。冷凝式熱水器換熱器與常規的換熱器不同，特殊的換熱器結構形式與製作工藝是冷凝式換熱器的一個重要特點，在設計思想上也有非常大的差異。

分類

按熱交換方式分類可以把冷凝式換熱器分為以下幾種：

直接換熱式

如圖這種方法是高溫煙氣與水直接接觸進行換熱的。首先用噴嘴將循環水噴成細小的水霧，水霧在下降的過程中受到高溫煙氣的加熱而成為熱水。這種結構形式對家用熱水器不太適宜，可以套用於公共事業（如游泳池、旅館、操堂）。

間接換熱式

這種方法是通過換熱器壁面進行高溫煙氣和被加熱水之間的熱量傳遞，冷凝式熱水器上大多採用這種形式。這種類型的換熱器，還可以分為以下兩種形式。

第一種是單一換熱器。唯一的一個熱交換器不但要確保利用和回收煙氣中的顯熱，還要使煙氣中的水蒸氣在換熱面上凝結，吸收汽化潛熱，因此入水溫度應儘可能的低。

第二種為雙換熱器。一個為常規的高溫段換熱器保持較高的煙氣溫度，不產生煙氣冷凝；另一個為冷凝段換熱器回收煙氣顯熱同時使水蒸氣冷凝，即同時回收煙氣顯熱和潛熱。

具有兩個獨立換熱器

在冷凝設備的煙氣出口處，加裝一個加熱冷水的第二換熱器見圖。雖然冷凝式熱水器排出的煙氣很低，但仍含有一定的潛熱。如果用溫度更低的水源，就可以再回收一部分煙氣熱量。

質量熱交換方式

這種方式的冷凝式熱水器最大限度地利用了煙氣中的殘餘熱量，它使用了一個比自來水更有價值的“冷源”——燃燒空氣。在爐體的兩側設定有兩個“質量熱交換”式噴淋洗潘器和，在鼓風機和燃燒器之間組成了左側第一洗漆器，燃燒所需的空氣（冷風）被噴淋的冷凝水加濕與加溫後進入燃燒器。冷凝水又經菜送至右側第二洗漆器頭部，再次經過噴淋，使仍剩餘在煙氣中的水蒸氣凝結下來，這樣就會有部分質量的水從煙氣中轉移到燃燒空氣里。這種裝置提高了煙氣的露點溫度，即使入水溫度較高，仍可獲得局部冷凝。