作者：鄧增 王俊杰 張騰 施志平
來源：《硅谷》2014年第12期
        摘要文章運(yùn)用傳熱學(xué)原理就水垢對燃?xì)獗趻鞝t的影響進(jìn)行了分析，針對燃?xì)獗趻鞝t水垢問題，提出了超聲波除垢、電化學(xué)除垢、磁化除垢三種除垢方法，給出了三種除垢方法在燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)的實(shí)施方案，并從可行性、經(jīng)濟(jì)效益、對居住環(huán)境的影響等方面綜合分析了幾種自動(dòng)除垢方法在燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)的應(yīng)用。通過比較，發(fā)現(xiàn)電化學(xué)除垢和磁化除垢兩種除垢方法在燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)具有較好的應(yīng)用前景。 
        關(guān)鍵詞除垢；壁掛爐；自動(dòng)；應(yīng)用 
        中圖分類號(hào)：TU832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0075-02 
        燃?xì)獗趻鞝t作為節(jié)能采暖裝置源于歐洲。起初，燃?xì)獗趻鞝t在我國幾乎全部依賴原裝進(jìn)口，但隨著節(jié)能減排理念在我國的推行及人們生活水平的提高，燃?xì)獗趻鞝t產(chǎn)業(yè)在我國得以迅速發(fā)展，在市場的刺激下，我國燃?xì)獗趻鞝t市場涌現(xiàn)了一大批擁有核心技術(shù)的壁掛爐企業(yè)，進(jìn)一步推進(jìn)了燃?xì)獗趻鞝t在我國供暖市場上的應(yīng)用。燃?xì)獗趻鞝t越來越受到大眾的喜愛，其銷量也逐年遞增。燃?xì)獗趻鞝t憑借其高能效、低污染的優(yōu)勢，有望成為未來我國生活供暖的新需求。但燃?xì)獗趻鞝t管道內(nèi)的水垢問題成為影響其能效關(guān)鍵因素，本文針對其水垢的產(chǎn)生、水垢對傳熱效率的影響做了簡要分析，并提出了幾種燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)自動(dòng)除垢的方法，綜合分析了其應(yīng)用前景。 
        1水垢對換熱效率的影響 
        燃?xì)獗趻鞝t作為高能效采暖裝置是基于無水垢的條件下建立的，但隨著燃?xì)獗趻鞝t使用年限的增加及水垢清理的不及時(shí)導(dǎo)致其水垢會(huì)逐年增加，燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)積累的水垢將嚴(yán)重降低其換熱效率，下面通過傳熱學(xué)原理分析水垢對換熱效率的影響。 
        對換熱器的換熱效率我們采用以下方法進(jìn)行計(jì)算： 
        （1） 
        （2） 
        （3） 
        式中，—換熱器效率；—實(shí)際換熱熱流量；—理論換熱熱流量最大值；—流體質(zhì)量流量最小值；—質(zhì)量定壓熱容；流體進(jìn)出口溫差；—總換熱系數(shù)；—換熱面積。 
        換熱器效率的物理意義可以理解為以理論換熱熱流量最大值為基礎(chǔ)計(jì)算實(shí)際換熱量在此基礎(chǔ)上的變化率。換熱器進(jìn)出口的工藝條件一般是固定的，即固定。若管子中結(jié)構(gòu)、堵塞，則發(fā)生變化。所以計(jì)算污垢對換熱效率的影響，只要計(jì)算前后值的變化。為比較污垢對換熱器換熱效率的影響，要控制換熱面積與進(jìn)出口溫差不變。 
        無污垢時(shí)，壁掛爐管道的總傳熱系數(shù)為3530（壁掛爐進(jìn)水管道流速約2，查總傳熱系數(shù)隨水的流速變化關(guān)系可知）。 
        有污垢時(shí)，查水的污垢熱阻表，知在水溫小于52℃、流速大于時(shí)，水的污垢熱阻為1.76（單位：）。 
        又由于： 
        （4） 
        式中，為污垢熱阻，為有污垢的換熱面的傳熱系數(shù)，為無污垢的換熱面的傳熱系數(shù)。 
        求得： 
        則污垢使換熱效率降低率為： 
        （5） 
        求解得：。既壁掛爐管道內(nèi)壁結(jié)垢會(huì)使換熱效率降低。由此可見燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)及時(shí)除垢的重要性。 
        2自動(dòng)除垢分析 
        2.1 目前除垢方式簡介 
        目前，燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)的水垢清洗方式主要依賴專業(yè)技術(shù)人員的人工清洗，人工清洗原理雖簡單，操作卻非常復(fù)雜和嚴(yán)格，不僅需要昂貴的清洗設(shè)備，消耗大量的能源，而且人工清洗使用的化學(xué)試劑會(huì)對水源造成二次污染，從節(jié)能和環(huán)保上均嚴(yán)重阻礙了燃?xì)獗趻鞝t在市場上的推廣，一種自動(dòng)、廉價(jià)的除垢方式在燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)的應(yīng)用迫在眉睫。為了綜合對比目前技術(shù)比較成熟的幾種自動(dòng)除垢方法進(jìn)行對比，下文將對超聲波除垢、電化學(xué)除垢、磁化除垢在燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)的應(yīng)用進(jìn)行綜合分析。 
        2.2 超聲波除垢 
        1）超聲波除垢原理。超聲波除垢是利用了超聲波空化效應(yīng)[1]，超聲波空化效應(yīng)一方面可降低水垢在管道上的附著能力從而使水垢從管道壁上脫落；另一方面可使水裂解析出，又與溶液中的結(jié)合生成，使水垢融解。 
        2）可行性分析。實(shí)驗(yàn)研究表明[1]，超聲波功率在100～200 W時(shí)，具有抑水垢的作用，當(dāng)功率在200～600 W時(shí)，具有除水垢的作用，且在功率為300 W時(shí)具有最佳的除垢效果。因此可以考慮將超聲波除垢應(yīng)用到壁掛爐管道內(nèi)壁的除垢中。超聲波除垢、抑垢的作用會(huì)隨介質(zhì)流動(dòng)方向的改變而削弱，而壁掛爐中的送水管道多出彎折，會(huì)降低超聲波的除垢效果。另外，超聲波的高頻發(fā)生器的工作環(huán)境溫度為0～40℃，而壁掛爐中多出溫度高于40℃，這兩方面使得超聲波發(fā)生器在壁掛爐中的安裝具有位置上的局限性。 
        2.3 電化學(xué)除垢 
        1）電化學(xué)除垢原理。電化學(xué)除垢技術(shù)是20世紀(jì)70年代后發(fā)展起來的新型循環(huán)水處理技術(shù)，具有很好的防垢除垢、殺菌滅藻、防腐防蝕的作用。該項(xiàng)技術(shù)的主要基本原理是：在陰陽兩極間施加弱電場，使陰極與水界面處產(chǎn)生電極反應(yīng)，從而使，在陰極附近沉淀，達(dá)到除垢的目的。燃?xì)獗趻鞝t屬于典型的循環(huán)水系統(tǒng)，而循環(huán)水中的水垢離子主要為、，因此可以考慮對壁掛爐循環(huán)水進(jìn)行電化學(xué)除垢。 
        2）可行性分析。電化學(xué)除垢技術(shù)所采用的電壓為或，屬于低耗能除垢技術(shù)。若在燃?xì)獗趻鞝t循環(huán)水管道內(nèi)安裝陰陽極，再加上或的電壓，通過導(dǎo)電率測量儀測得水垢離子濃度，用自動(dòng)控制裝置自動(dòng)切換或的電壓（研究表明：當(dāng)水垢離子濃度大于時(shí)采用電壓除垢，水垢離子濃度小于時(shí)采用電壓除垢，可以達(dá)到最佳的除垢效果），可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)自動(dòng)除垢。電化學(xué)除垢方法裝置簡單，容易實(shí)現(xiàn)且對壁掛爐原有系統(tǒng)影響小，需要的電壓低，除垢效果理想。 
        2.4 磁化除垢 
        1）磁化除垢原理。流體中本身沒有磁矩的引起結(jié)垢的物質(zhì)在高磁場的作用下，產(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)誘導(dǎo)磁矩，該誘導(dǎo)磁矩使結(jié)垢的晶體分子相互排斥，破壞結(jié)垢晶體分子間的粘附力，使晶體懸浮在液體中。結(jié)垢晶體分子間的排斥力逐漸增大直到大于結(jié)晶物間結(jié)合力時(shí)，晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最終結(jié)構(gòu)物從物體上脫落下來，形成懸浮物隨流體排走。還有一種解釋是：在磁場的作用下，流動(dòng)的液體被激發(fā)出電子，使液體中所溶解物質(zhì)的原子外部價(jià)電子不平衡從而降低原子間的結(jié)合力，導(dǎo)致溶液中的離子沉淀出來。磁化除垢機(jī)理目前學(xué)術(shù)界尚無統(tǒng)一定論，以上為幾種觀點(diǎn)中比較有代表性的兩種。 
        2）可行性分析。燃?xì)獗趻鞝t屬于小型鍋爐，因此可以采用永久磁鐵式除垢裝置進(jìn)行除垢，裝置結(jié)構(gòu)簡單，而且容易安裝，不占地。磁化除垢采用永久磁鐵式除垢裝置，無能源消耗，無需維護(hù)。循環(huán)水溫度在60℃左右時(shí)，磁化除垢具有最佳的除垢效果，而燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)循環(huán)水的溫度也在60℃左右，因而磁化除垢在燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)應(yīng)用時(shí)可以達(dá)到最佳的除垢效果。磁化除垢不僅能防止壁掛爐循環(huán)水管道結(jié)垢，逐漸除去管道中存在的老垢，而且還能夠抑制管道內(nèi)微生物的滋生，對提高燃?xì)獗趻鞝t管道內(nèi)的換熱效率及保持健康用水有著重大意義。 
        3幾種自動(dòng)除垢方式的綜合對比 
        通過從可行性、除垢效果、經(jīng)濟(jì)性、對居住環(huán)境影響三個(gè)方面綜合對比幾種除垢方式在燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)的應(yīng)用，得到結(jié)果如表1。 
        4結(jié)束語 
        1）超聲波除垢在雖然在理論上可行，由于換熱器管道蜿蜒曲折，所以對于安裝超聲波發(fā)生裝置有一定的難度，且超聲波除垢的除垢效果也不是很理想，所以超聲波除垢在燃?xì)獗趻鞝t上的優(yōu)勢并不明顯。 
        2）鑒于電化學(xué)除垢無污染、簡單易行、對居住環(huán)境無影響、低能耗且除垢效果好等優(yōu)點(diǎn)，電化學(xué)除垢技術(shù)在燃?xì)獗趻鞝t除垢的應(yīng)用具有較好的前景。 
        3）雖然磁化除垢機(jī)理尚未完全統(tǒng)一，但磁化除垢具有在經(jīng)濟(jì)上較大的優(yōu)勢、安裝簡便、無能耗、無污染、除垢效果好等優(yōu)點(diǎn)，因而磁化除垢在燃?xì)獗趻鞝t內(nèi)的應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢。 
        燃?xì)獗趻鞝t水垢問題嚴(yán)重影響換熱器換熱效率，目前人工除垢方法雖然可以有效除垢，但在操作和經(jīng)濟(jì)效益上均不是最優(yōu)的選擇，以上的三種自動(dòng)除垢方法無論是在操作上還是在經(jīng)濟(jì)效益上均有較大的優(yōu)勢，所以隨著以上三種技術(shù)在除垢應(yīng)用上的愈趨成熟，一種簡單、經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)除垢裝置必然在燃?xì)獗趻鞝t系統(tǒng)上得以應(yīng)用。 
        參考文獻(xiàn) 
        [1]傅俊萍，李錄平，劉澤利，李秋儀.超聲波除垢與強(qiáng)化傳熱實(shí)驗(yàn)研究[J].熱能與動(dòng)力工程，2006，21（4）.