强鼓式燃气采暖热水锅炉冷凝换热器设计与性能研究

现有的全预混冷凝式换热器材质主要有铸铝和不锈钢两种类型，其中家用热水设备中以不锈钢冷凝式换热器居多。目前常见的全预混冷凝式换热器换热管大多为不锈钢盘管式结构。这两类换热器的共同特点在于，它们的换热管间隙即烟气换热通道， 设置得非常狭小。在有限换热面宽度上，只有当烟气换热通道足够狭窄，才能保证高温烟气掠过时，不会产生过厚的流体边界层和偏差悬殊的温度梯度，从而实现烟气与换热管的高效换热。但从其实际应用的综合表现来看，在我国部分空气环境恶劣、燃气含硫杂质较多的区域，该类型换热器烟气侧容易被燃烧后的杂质生成物、灰尘及冷凝水等多因素相互作用，产生污垢堵塞烟气换热通道，导致烟气侧换热效率降低。目前，需要定期对换热管进行较频繁的清洗维护，以保持换热管的换热面光洁，尚无其他较为完善的解决方案。频繁的养护周期也带来了较高的养护成本。

大西锅炉研发生产：超低氮燃气真空冷凝热水锅炉，蒸汽发生器，燃气热水锅炉。

因此，围绕全预混冷凝式热交换器防堵性能和热效率提升两方面内容，通过结构上的组合调整，以螺旋扭曲扁管管束作为冷凝管芯，结合不锈钢翅片盘管，对燃气热水设备的换热器整体结构进行了新组合设计，并通过实验室进行整机匹配作了防堵模拟及换热性能试验研究，以验证新设计冷凝换热器结构的合理性。

1 冷凝换热器结构设计

 组合式冷凝换热器结构

针对当前存在的堵塞腐蚀问题，围绕冷凝换热器防堵性能、高效换热两个性能要点，对换热器进行了新的组合设计，如图3 所示。该换热器结构上采用“不锈钢螺旋翅片盘管+螺旋扭曲扁管管芯”的纵轴组合形式，其中不锈钢螺旋翅片盘管（内含螺旋扰流条）为高温换热段，变截面螺旋扭曲扁管管芯为低温换热段。

图3 冷凝换热器原理结构示意图

该换热器基于全预混燃烧方式进行设计，采用鼓风式全预混燃烧头，燃烧产生的高温烟气先经过不锈钢螺旋翅片盘管换热，随后均匀分流进入变截面螺旋扭曲扁管管芯，在冷凝换热段烟气进入管芯螺旋扭曲扁管内壁走管程，被加热的工质水则在管外进行折流走壳程完成冷凝换热，随后再转入螺旋翅片盘管。

变截面螺旋扭曲扁管管芯属于火管式换热元件，包括：外壳体和螺旋扭曲扁管管束，螺旋扭曲扁管管束上设有折流板，螺旋扭曲扁管外壁之间为工质水的流动通道，螺旋扭曲扁管内壁为烟气通道，每一条螺旋扭曲扁管就是一个独立的传热元件。

该换热器主要特点在于：将变截面螺旋扭曲扁管引入设计，在低温段采用管壳式螺旋扭曲扁管冷凝管芯，发挥螺旋扭曲扁管结构上的紊流强化换热作用和旋流冲刷抗堵塞性能，传热管内壁不易形成液膜或污垢阻碍换热，其速度场和温度场能够高度协调，从而在结构上实现水-气双侧高效换热、不易堵塞的性能特点。螺旋扭曲扁管冷凝管芯内部结构如图4 所示。