摘 要： 根据阿姆斯壮全热交换式常压热水燃气锅炉的节能特性，介绍该锅炉的基本原理和结构。针对该锅炉试运行情况，进行节能分析和生产能力评估。分析表明，该热水锅炉效率高、用能清洁，技术上可行且经济上合理，具有良好的推广应用前景。

关键词： 热水炉；基本原理；节能分析

0 概述

为了试验并推广新技术，提高生产效率，达到节能降耗的目的，油田与美国阿姆斯壮公司进行合作，在南一油库安装并试运阿姆斯壮Flo-Direct（AFD900）全热交换式热水燃气锅炉。该热水锅炉采用全热交换技术，对高效水加热方法进行了革命性更新。全热交换技术是从二十年前引入的直燃式水加热技术发展来的，直燃式水加热技术比传统锅炉系统节能40%到60%，采用全热交换技术的常压热水燃气锅炉在每一个工作循环阶段都能达到99.7%的热效率。该锅炉除了热效率高这个最主要的特点之外，在水质、节能、操作、自动化等方面都有其独特的优势。

南一油库根据生产区和生活区热水采暖的需要，选择适当的锅炉型号，并为锅炉方面的技术人员提供相关的参数，方便他们进行采暖设计。在锅炉运行期间对热水锅炉的运行状态进行设置，对锅炉的运行数据进行采集分析，最后把这些情况和数据进行汇总，对其热效率、工作能力、水质、排烟温度、运行的安全系数和稳定程度等几方面进行检验，以验证该热水锅炉能否满足实际的生产需要，实现节能降耗。

1 锅炉情况

1.1 基本描述

阿姆斯壮全热交换式常压热水燃气锅炉是一种高效、紧凑的全不锈钢锅炉。它安全可靠，设计简单，操作方便，便于维修，在水质较差时能正常运转，适用于多种热水应用场合。该锅炉可提供0.293至4.365MW的热水，比传统的蒸汽/水加热系统节能30-60%。该锅炉占地面积小，热效率99.7%以上，有利于实现企业节能减排的目标。

它可以适用于食品加工业的冲洗系统、批量生产线、容器罐装、储罐清洗；为锅炉提供补给水；为混凝土厂提供进行批量生产所需的预加热水；提供空间供热如：为温室、仓库、轻工业制造业等提供用于加热的再循环热水。

1.2 锅炉原理及特色

阿姆斯壮全热交换式常压热水燃气锅炉在很短时间内即可产生可以引用的热水，无需消耗额外的燃料用于预热或待机，不存在因蒸汽转换或锅炉内部因素造成的其他能量损失，所有能量都转换到水中。

它的基本原理是水从锅炉的顶部通过一系列校准的喷嘴进入锅炉，冷水沿着锅炉内多棱不锈钢填料环的床层向下流动，并被不断打碎为越来越细小的水滴。

燃烧器安装在锅炉顶部，燃烧器通过位于锅炉中央的火焰管向下燃烧。火焰管遇到进入锅炉的冷水从而得到冷却，全部燃气都在火焰管中完全燃烧，这种设计允许整个燃烧在干燥、低温的环境中进行并最大限度地减少氮氧化物（NO）和一氧化碳（CO）的产生。

火焰的热量从火焰管底部进入锅炉下部的腔体，并沿填料环床层向上缓慢流动，下行的冷水与上行的热气以相反的方向穿过填料环床层，相互接触，进行高效热交换，产生的热水像雨滴一样降到锅炉底部的腔体，并被泵传送到储罐中。在锅炉启动后30s内水温可达85℃，出口水温通过控制阀控制进口冷水流量进行调节，进口冷水流量增大，出口热水的温度降低；反之，进口冷水流量减少，则出口热水的温度升高。燃烧产生的气体从该设备的顶端排出，排放温度与进水温度相差不了几度。

该锅炉的主要特色有：1）采用全热交换（CTE）技术，每一个工作循环阶段都能达到99.7%的热效率，是目前全球效率最高的常压热水锅炉；2）采用独特设计，内部或外部没有“热点”，操作期间，水中的钙质无法完全从悬浮状态析出，防止锅炉结垢，保证锅炉内流进和流出的水矿物质含量相同，免除了在运行过程中的烦恼，无需水处理；3）符合CTE标准，有多个热传递路径，水和燃烧气体进行一次以上的热传递，可确保所有的热量或能量全部转移到水上，有一个干燥燃烧室，可以保证在任何时候完全燃烧，燃烧后水质达到NSF5饮用水标准，并满足多种全球水质标准；4）无内部活动部件，排烟温度低（基本等同进水温度），水温差可以从6℃-78℃，全不锈钢结构，占地面积小。

1.3 自控系统

根据锅炉的进水温度、加热温度及水箱出水温度的设定，锅炉自动运行。补水泵根据水箱的设定液位，当下降到设定液位时自动补水，循环泵和补水泵设计一运一备，并且当运行泵发生故障时自动切换运行（继电器互锁），保证系统运行的稳定和可靠。锅炉的安全保护装置有高、低水位保护，超温保护，天然气压力高、低保护等。配有高温水表、天然气流量计、温度、压力变送器、液位计及显示仪表。

2 试运行情况

为了更好的对热水锅炉进行试运，南一油库根据自己的实际情况和生产需要，制定了热水锅炉试运方案和试验目标。运行方案将锅炉分别设定在高、中、低负荷三种状态下运行，以此来检验该锅炉运行能力和平稳程度。

2.1 试验指标

1）热水锅炉运行后热效率能否达到90%以上；

2）锅炉的能力能否满足南一油库采暖面积需要；

3）通过水质化验，确定其燃烧方式是否造成水质变化，能否满足工业锅炉用水标准；

4）排烟温度与回水温度的比较；

5）锅炉长周期运行是否可靠，自动化程度是否达到要求。

2.2 试验过程

第一阶段，把热水锅炉燃烧器温度设置在180°F，使其满负荷持续运行，观察其运行工况。根据这一阶段锅炉的实际运行状况对其各项主要参数进行了汇总统计，统计结果如下。

统计中数据对比得到以下结论：

1）排烟温度比回水温度高约5℃；

2）给水水质PH值范围在7-11之内；

3）锅炉热效率计算（该计算公式未考虑任何热损耗）

根据锅炉热效率计算公式，

Η=（供水热量/燃气释放热量）×100%

其中：

供水热量=C*m*Δt；

燃气热量=天然气发热量*每小时天然气消耗量。

当热水温度82℃，回水温度56℃，天然气流量196m3/h时，计算得锅炉热效率为96.3%。

第二阶段，把热水锅炉燃烧器温度设置在175°F，让其在中负荷状态下运行10天。

第三阶段，随着气温升高，把热水锅炉燃烧器温度设置在165°F，使其在低负荷状态下运行10天。

根据运行数据可以看出，在中、低负荷两种状态下锅炉运行平稳，各项试验指标均达到预期要求。

3 结论

经过一个月的试运行，阿姆斯壮全热交换式常压热水燃气锅炉运行平稳、可靠，自动化程度高；平均热效率达94%以上，CO含量达标；所选锅炉功率完全满足库区采暖面积热负荷；通过水质化验，确定其燃烧方式不会造成水质变化，PH值保持在7-11的范围内。而且与之前蒸汽锅炉相比，该锅炉具有明显的节能降耗的优势。单台蒸汽锅炉24小时天然气消耗量为5500m3，而该热水锅炉的天然气消耗量为1950m3；单台蒸汽锅炉24小时水消耗量为100m3，而该热水锅炉的水消耗量为10m3；热效率明显高于蒸汽锅炉；而且在运行费用上该锅炉较其他设备要低。随着油田生产对节能降耗要求的提高，该锅炉在经济效益和节能成果上将会越来越具有优势。

参考文献：

[1]杨明新，《热水锅炉》[M].北京：机械工业出版社，1986：1-2.

[2]刘福仁、郑德生，《锅炉基础知识》[M].北京：中国劳动出版社，锅炉压力容器安全监察局审定，1991：1-3.

[3]李之光、王吕明，《常压热水锅炉及供热系统》[M].北京：机械工业出版社，1992.