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商用锅炉零部件发展市场调研

发布人:供暖信息平台 2020/09/17 186 文章来源:

摘要:本文由本刊编辑部和特约评论员根据市场调研时所收集到的可以公开的信息写成。文中梳理了家用燃气采暖热水炉的燃烧与换热技术的发展,产生为更大商用空间提供采暖的商用锅炉。不仅介绍从家用采暖热水炉的低氮、冷凝技术用于商用锅炉,而且介绍了传统的工业锅炉的(低氮)排放技术和冷凝技术在70~2800kW商用锅炉中的应用。文中分析了我国商用锅炉各个重要组件的发展水平,重点介绍了国内商用锅炉换热器元件的制造水平。希望为企业提供比较清晰的技术路线,把握住燃气家用锅炉的低氮、冷凝技术用于商用锅炉的国产化发展新阶段。

 

1. 商用锅炉名词的前生来世

商用锅炉一词是这些年市场上比较常用的、还没有被我国法规、标准广泛引用的名称。无论是国外还是国内企业,随着小型分户式采暖热水锅炉的燃烧与换热技术的发展,同样的燃烧与换热技术不在限于70kW以下的小型分户式供暖热水锅炉,而且用于给较大的商用建筑空间供热的大功率热水锅炉。

最先将家用和商用锅炉统一的法规和标准是欧洲的 EN15502-2011标准,它将原来EN483 标准覆盖的范围从上限70kW扩大到了1000kW,与此同时,欧洲将这些功率范围、压力不大于6bar的锅炉都作为燃气用具管理。然而,经过近十年的发展,同样的燃烧和换热技术应用的锅炉功率的上限还在不断地扩大,直到2800kW 或更大。

其实,功率大于100kW的热水锅炉或非发电用途的蒸汽锅炉,我国法规、标准适用的标准名词是工业锅炉。由于压力(表压)小于 0.1MPa的热水锅炉(常压锅炉、真空热水锅炉等)和水容量小于30L的蒸汽锅炉都不受到特种设备安全法及相关的安全技术规程监管,所以这类工业锅炉也被大家称为商用锅炉。

根据我们与标准归口与起草单位的交流中获得的信息:

- 正在修订的标准 GB 25034-2010燃气家用采暖热水炉 有可能将原来的70kW扩大到(小于)100kW。

- 正在修订的真空相变锅炉(技术起源于日本、欧洲基本不用这类锅炉)和小型(常压热水和蒸汽)锅炉标准的功率范围将限定在70~2800kW的范围内。

因此,大家可以达成的共识是单台功率在50或70kW~2800kW范围的(非特种设备)锅炉为日常所讲的商用锅炉。

在实践中,有企业用多台50~70kW的壁挂锅炉组合在一个铁柜内、总功率可达2800kW或更高的设备。在招标和使用单位来看,这是一台设备,而在各个管理标准中,并将其看作是一台设备进行管理和测试。

2. 低氮、冷凝商用锅炉的技术路线

在本文的第1章节中,我们讨论了商用锅炉一词来源于家用采暖热水锅炉的燃烧和换热技术向商用空间的采暖热水锅炉的应用。因此,本章节要介绍用锅炉的燃烧与换热技术

2.1低氮、冷凝商用锅炉的燃烧技术

为了满足对低氮排放的要求,商用锅炉的燃烧技术主要有:

- 将工业锅炉的传统火焰燃烧改良后,形成的烟气再循环(FGR)(低氮)燃烧技术。

- 将低氮、冷凝家用锅炉的全预混燃烧技术扩展应用到商用锅炉

  • 全预混表面燃烧

  • 全预混水冷式低氮燃烧

2.2低氮、冷凝商用锅炉的换热技术路线

- 为了FGR技术的应用,在传统锅炉中使用三回程 + 冷凝器

- 将家用冷凝锅炉的不锈钢盘管换热器用于低氮、冷凝商用锅炉

- 铸铝件换热技术用于较大的商用锅炉

3. 我国商用锅炉组件的发展状态

3.1 低氮燃烧器的发展

3.1.1 FGR燃烧器

燃气钢制工业锅炉和燃气家用采暖热水炉被引进中国的时间基本相同。但传统工业锅炉的煤改气时间点要比家用锅炉的煤改气时间点要早15年左右。而我国低氮要求的时间点与欧洲基本相同。因此,传统工业锅炉的低氮燃烧技术与燃烧器等组件的制造水平与欧洲基本同步。通过了国家实验室测试的国产的FGR燃烧器的品牌也很多。在此不再在讨论。

3.1.2 全预混表面燃烧技术

将小型家用采暖热水锅炉的全预混表面燃烧技术应用于商用锅炉。整个燃烧技术涉及到的组件有:燃气阀+文丘里、全预混风机、燃烧头、控制器、点火电极与火焰探针。

尽管家用燃气采暖热水炉(包括壁挂炉)与燃气钢制锅炉的进入中国的时间基本相同,但家用采暖热水锅炉的发展要慢于燃气钢制锅炉。这个“慢”体现在以下几个方面:

  • 管理进口承压工业锅炉的进口许可证制度(1997年)比将要实施的进口家用采暖热水炉CCC认证制度(2020)早23年;

  • l 大范围的钢制工业锅炉的“煤改气”运动(上世纪九十年代没改油气、及2008年奥运会前北京五环内改造)要比家用采暖热水炉的“煤改气”运动(2015年后的散煤治理、煤改气、蓝天保卫)早8~10年左右

  • 有对(特种设备)锅炉国内外燃气燃烧器的强制性统一型式检验要求。只在对家用采暖热水炉的整机型式试验要求中对燃烧系统进行测试。

因此,全预混、低氮、表面燃烧系统的组件在中国的发展还远落后于国外。例如:

- 全预混的燃气阀和文丘里: 只有浙江个别厂家开发或正在开发用于 350kW、700kW和1050kW的商用锅炉的产品。

- 全预混风机:只有江苏个别厂家开发了用于350kW的商用锅炉的全预混样机。市场上的商用锅炉全预混风机主要靠进口。

- 表面燃烧头,点火电极与火焰探针:这两个组件目前就可以完全国内制造。

- 控制器:无论是家用采暖热水炉的控制器还是钢制工业锅炉的控制柜,国内控制器厂家很多。虽然目前商用锅炉的控制器有许多厂家在适用进口产品。但在量上去之后,各个制造厂很快就会国产化。

3.1.3 全预混水冷式低(氮燃)烧技术

关于全预混水冷式(低氮)燃烧技术的理论研究,我国高校的学者及研究人员在十年前就做过不少工作,近年来,将其用于商用锅炉(包括不锈钢常压热水锅炉)的中国企业很多。他们的技术路线分为:

- 水冷式冷却(全预混)燃气 (见附图1);

- 冷却式“冷火焰”燃烧(见附图2)。

关于这两种技术路线,本文不评论各自的优缺点。

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图1 冷却(全预混)燃气

 

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图2 水冷式冷火焰燃烧

3.1 换热技术的发展:

3.2.1 附加冷凝器技术

传统工业锅炉在提高其热效率方面曾经采取了很多措施用于改进火管锅炉的炉膛和烟管的换热效率,目前,在以前的技术基础上再附加一个冷凝器。

附加的冷凝器有开放式和封闭式两种:

- 开放式: 冷凝器与给水箱连接,无内压。

- 封闭式:冷凝器与锅炉进出水连接,有一定的压力。

传统工业锅炉的冷凝器多用翅片管作为换热元件。翅片管的种类有:

- ND钢翅片管

- 钢铝复合管挤翅管。

3.1.1 铸硅铝合金冷凝锅炉

- 早在2005年之前,欧洲企业就用铸铝换热器作为燃气家用采暖热水炉(冷凝锅炉),2011年引入我国,由于气体及测试标准等各种原因,没能大面积推广。但该型式的换热器用于商用锅炉却得到企业及市场的认可。

- 具有欧洲原创技术的企业为贝卡尔特(Bekarte技术)和音诺维森(Dejatech)技术。

- 目前,国产品牌的换热器铸件的制造厂很多,多集中在河北和山东一带,而用铸铝硅铸造件(图3)制造冷凝锅炉的企业和贴牌企业也很多,在过去两年中,市场价格大幅度下降。


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图3 铸铝硅合金换热器铸造件

- 由于铸造业本身对环境的影响较大,为了达到环保要求,该产品的铸造业的可持续性还待观察。

3.1.2 不锈钢盘管换热技术

- 不锈钢盘管换热元件用于家用采暖热水炉已经有20来年的历史了。欧洲企业用盘管元件制造冷凝锅炉。而韩国企业制造的落地两用锅炉的生活热水也采用了圆管不锈钢盘管。

- 我国不锈钢焊管制造厂也能制造出质量很好的扁型盘管(图4)

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图4 国产不锈钢扁型盘管

- 近年,我国从家用锅炉发展成商用锅炉的制造企业用不锈钢盘管(图5)制造商用锅炉,有的已达2800kW。


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图5 商用锅炉用大型不锈钢盘管

- 此外,也有用带翅片的不锈钢盘管(图6)。

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图6 带翅片不锈钢盘管

3.1.3 不锈钢直翅片管换热技术

- 为了提高换热效率,不锈钢直管换热器多数为翅片管换热器。韩国庆东纳碧安是最早将不锈钢直管翅片换热器,用于壁挂式家用采暖热水炉。目前,国内也有。换热器有平板式的,也有圆形的

- 个别国内企业将平板式的换热器做到60kW或更大。

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图7 不锈钢支管换热器

- 史麦斯公司是国内最早用直翅片管制造圆形换热器的。其可用于家用采暖热水炉,也可用于商用锅炉。

- 以上所说的多是 套片+钎焊 翅片管。其也可以制成椭圆翅片管(图8)

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图8 椭圆翅片管

- 而从传统工业锅炉冷凝器技术转化过来的有焊接翅片管。焊接方法有高频焊(图9)和激光焊(图10)。

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图9 高频焊不锈钢翅片管


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图10-1 激光焊不锈钢翅片管


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图10-2 不锈钢激光焊翅片管

 

3.1.4 板换式换热器作为主换热器(图11)

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图11 菲斯曼资料上显示的板式换热器


3.1.5 多种方式的结合(图12)


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图12  ISH展会上庆东纳碧安展示品照片


3.2 关于燃气蒸汽发器

由于特种设备管理的锅炉的三个必要条件为:

(1) 额定功率大于等于100kW;

(2) 压力(表压)大于0.1MPa;

(3) 内部水容量大于等于30L。

所以,有不少企业开发出了不受监管的、内部水容量小于30L的燃气蒸汽发生器。

有的企业自称其蒸汽发生器所产生的蒸汽可达1.2t/h。

对于这类设备,还不清楚在修订“燃气采暖热水炉”和“相变热水机组与小型锅炉”的相关标准时,是否会被列入标准的适用范围内。

4 结束语

对于70kW~2800kW的非特种设备锅炉,无论是被称为“商用锅炉”还是采用传统名词“工业锅炉”似乎只是个名词。但内含还是有小的差异的。大家似乎将“商用锅炉”一词专门给了不受特种设备法监管的锅炉。也就是从危险性避开了特种设备锅炉的三个必要条件之一(见本文第3.3章节)。

需要注意的是,如果刻意避开这三点,有时还是有一定的危险性的:

(1)就功率而言,随着GB25034在修订时扩大到100kW。与特种设备之间就无间隙存在了。

(2)就压力而言,当企业选择了压力(表压)不大于0,1MPa时:如果是常压热水锅炉,当功率大于100kW并且内部水容量大于30L,危险是可控的。但如果真空相变锅炉,将真空相变锅炉原来的负压特性转变为相变微正压锅炉的正压特性,其危险性就扩大了许多。

(3)就水容积而言,不少企业将多台家用采暖热水锅炉或蒸汽锅炉安装在同一个金属柜子内。从而避开30L的限制。但在招投标时,又刻意限制由模块炉组合成的1050kW的总功率必须是单一设备。这点在说法上与现行标准对锅炉的定义是有矛盾的。在没有细致评估的情况下,本文不便做出任何结论。

总之,未来5~10年将是中国商用锅炉与家用锅炉一起,引入并采用先进的低氮燃烧技术和冷凝技术,产品国产化的发展时期,需要企业认真研究、好好把握


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