摘要：對(duì)4臺(tái)冷凝式熱水器進(jìn)行了1200 h耐久試驗(yàn)，在其中3臺(tái)的換熱器低溫段的銅肋片管表面采用3種有機(jī)防腐涂料，另外1臺(tái)不使用任何防腐涂料，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。干粉環(huán)氧樹脂的耐溫與抗酸腐蝕性可以滿足使用要求，但還需改進(jìn)噴涂工藝以提高粘附力。分析了燃用天然氣時(shí)出現(xiàn)的嚴(yán)重酸性腐蝕現(xiàn)象，結(jié)合換熱器溫度測(cè)量結(jié)果，探討了換熱器冷凝腐蝕的原因，以及冷凝水和腐蝕污染物的生成條件。研究了冷水溫度和防腐涂層對(duì)熱水器熱效率的影響。
關(guān)鍵詞：冷凝式燃?xì)鉄崴?；冷凝；防腐；露點(diǎn)
Experimental Study on Corrosion Prevention of Low-temperature Section of Heat Exchanger in Condensing Gas Water Heater
ZHENG Yong-xinl，ZHA0 Heng-yi1，YE Yuan-zhang2，ZHONG Jia-song2，XIA Zhao-zhi3，WU Guo-fu3
(1.International Copper Association，Shanghai 200020，China；2.Guangdong Vanward Group，F(xiàn)oshan 528305；3.Chongqing University，Chongqing 400045，China)
Abstract：The 1200 h endurance test for four condensing gas water heaters is performed. Three of them have three kinds of organic anticorrosive coatings on the surface of copper fin tube of 1ow-temperature section of heat exchanger，one of them has no any coating，and a comparative experiment is carried out.? The temperature resistance and acid corrosion prevention of dry-power epoxy resin can meet the operation requirement，but the spraying technology still needs to be improved to increase the adhesion. The serious acid corrosion occurred in the case of burning natural gas is analyzed. Combined with the heat exchanger temperature measurement results，the causes of condensing corrosion of the heat exchanger and the forming conditions of condensate and corrosive pollutants are discussed. The influence of cold water temperature and anticorrosive coating on the thermal efficiency of water heater is studied.
Key words：condensing gas water heater；condensation；corrosion prevention；dew point
1 概述
? ??1979年，荷蘭研制成功世界上第一臺(tái)冷凝式鍋爐，與常規(guī)鍋爐相比熱效率提高10%以上，開始了把冷凝技術(shù)運(yùn)用到家用熱力設(shè)備上的進(jìn)程。至今，家用冷凝式燃?xì)鉄崴髋c兩用爐由于節(jié)能、環(huán)保上的顯著優(yōu)點(diǎn)，在許多發(fā)達(dá)國(guó)家已得到政府大力扶持并推廣普及[1]。
??? 在冷凝式燃?xì)鉄崴魃咸岣邿嵝实闹饕椒ǎ皇墙档团艧煖囟?，二是減少燃燒過?？諝饬俊＝档团艧煖囟饶苁古艧煄ё叩臒崃繐p失減少。排煙溫度下降到露點(diǎn)以下又會(huì)使煙氣中的水蒸氣冷凝并放出氣化潛熱，使熱水器熱效率升高。減少燃燒過?？諝饬渴古懦龅臒煔饬繙p少，并能提高煙氣露點(diǎn)，增加冷凝水量，熱水器的熱效率也升高。
??? 燃用天然氣時(shí)，若能把排煙溫度降低到室溫，過?？諝庀禂?shù)降到1.0，則冷凝式熱水器的熱效率將增加到110%左右(本文提到的熱效率均按低熱值計(jì)算)，比常規(guī)熱水器節(jié)能20%左右。
??? 為了實(shí)現(xiàn)降低排煙溫度與減少過?？諝饬?，在設(shè)計(jì)中需要解決兩個(gè)新的技術(shù)問題：一是防止換熱器的酸性腐蝕，二是實(shí)現(xiàn)低氧運(yùn)行[2]。排煙溫度下降會(huì)導(dǎo)致酸性物質(zhì)冷凝并粘附在換熱器表面上，從而引發(fā)換熱器的腐蝕。因此，防腐蝕是設(shè)計(jì)冷凝式燃?xì)鉄崴鲿r(shí)首先要考慮的技術(shù)問題。為降低過?？諝饬?，應(yīng)采用低氧運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低氧運(yùn)行的較好方法是采用完全預(yù)混燃燒方式。本文只限于討論防腐蝕問題，不涉及低氧運(yùn)行。
??? 以往的研究認(rèn)為，在冷凝式熱水器上，煙氣中水蒸氣會(huì)在換熱器表面冷凝，煙氣中的酸性氣體CO2、NO、N02、S02、SO3，以及氯離子與氟離子等在氣態(tài)下不具有腐蝕性，但溶于冷凝水中便生成碳酸、硝酸、硫酸、鹽酸與氫氟酸的稀酸性混合溶液，從而引發(fā)換熱面的腐蝕。當(dāng)冷凝水干燥時(shí)，其酸濃度會(huì)增加，腐蝕性會(huì)更強(qiáng)。按照這種觀點(diǎn)，出現(xiàn)冷凝水是引發(fā)換熱面腐蝕的前提條件。
2 冷凝式熱水器試驗(yàn)
? ??① 試驗(yàn)系統(tǒng)
? ??為了研究酸性腐蝕與防腐涂料的實(shí)際使用效果，建立了相應(yīng)的試驗(yàn)系統(tǒng)，見圖1。試驗(yàn)用的冷凝式天然氣熱水器是強(qiáng)制給排氣型，熱流量為17 kW.具有自動(dòng)恒溫及各種保護(hù)功能。熱水器的換熱器采用銅肋片管式，分為高溫段與低溫段，低溫段換熱器浸涂防腐涂料，高溫段不用防腐涂料。高溫段換熱器出口煙氣溫度設(shè)計(jì)值為175 ℃，低溫段出口煙氣溫度設(shè)計(jì)值為50 ℃。設(shè)計(jì)熱效率為99%。燃用重慶天然氣，燃?xì)夤ぷ鲏毫? kPa，水壓為0.1 MPa。試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間為2個(gè)月，逾1200 h。這個(gè)時(shí)間的確定主要是參考重慶一般居民使用的熱水器每年運(yùn)行時(shí)間約150 h，熱水器使用壽命為8年，共計(jì)1200h。
??? 試驗(yàn)用4臺(tái)熱水器。1號(hào)熱水器的換熱器低溫段沒有浸涂防腐涂料，以便觀察酸性冷凝物對(duì)銅換熱器的腐蝕情況，可作對(duì)比。2號(hào)熱水器的低溫段干粉噴涂環(huán)氧樹脂，3號(hào)熱水器的低溫段浸涂灰色改性有機(jī)硅防腐涂料，4號(hào)熱水器的低溫段浸涂黑色改性有機(jī)硅防腐涂料。熱水器的高溫段不使用防腐涂料。試驗(yàn)用重慶天然氣，各組分的體積分?jǐn)?shù)如下：CH4為98.10%，C2H6為0.15%，C3H8為0.07%，02為0.05%，N2為1.18%，C02為0.44%，H2S為25×10-6。燃?xì)獾蜔嶂禐?5.4 MJ/m3。試驗(yàn)從10月持續(xù)到12月，自來水溫度從17.5 ℃降到9 ℃。熱水溫度為35～65 ℃(白天高負(fù)荷運(yùn)行，熱水溫度為65 ℃；晚問低負(fù)荷運(yùn)行，熱水溫度為35 ℃)。熱水器晝夜連續(xù)運(yùn)行2個(gè)月。燃燒過?？諝庀禂?shù)為1.7，煙氣露點(diǎn)為50 ℃。冷凝水量約1.5 kg/h，其pH值為3.0～3.5。
② 1號(hào)熱水器試驗(yàn)
??? 1號(hào)熱水器換熱器低溫段用裸銅肋片管，無防腐涂層，其結(jié)構(gòu)見圖2。連續(xù)運(yùn)行1200 h后。打開檢查，發(fā)現(xiàn)低溫段底部、下導(dǎo)水片表面上有大量藍(lán)綠色腐蝕產(chǎn)物均勻粘附其上，已嚴(yán)重堵塞煙氣流道。但是，上導(dǎo)水片及其以上的肋片管表面卻干凈，沒有觀察到腐蝕產(chǎn)物粘附。經(jīng)化學(xué)分析，藍(lán)綠色腐蝕產(chǎn)物主要是硫酸銅。刮掉硫酸銅后觀察到銅肋片已明顯減薄，表面非常粗糙，但未發(fā)現(xiàn)腐蝕穿孔的情況。肋片上部沒有粘附腐蝕產(chǎn)物的地方，銅肋片也因冷凝水腐蝕而減薄，但比下導(dǎo)水片輕微許多。這些現(xiàn)象表明，酸性冷凝物對(duì)銅肋片管的腐蝕表現(xiàn)為兩個(gè)方面，一是生成腐蝕產(chǎn)物硫酸銅并粘附在肋片表面上；二是使銅肋片減薄。對(duì)熱水器安全運(yùn)行而言，腐蝕產(chǎn)物的堵塞可能比腐蝕使銅肋片減薄的危害更大。
