作者：邓增 王俊杰 张腾 施志平
来源：《硅谷》2014年第12期
摘要文章运用传热学原理就水垢对燃气壁挂炉的影响进行了分析，针对燃气壁挂炉水垢问题，提出了超声波除垢、电化学除垢、磁化除垢三种除垢方法，给出了三种除垢方法在燃气壁挂炉内的实施方案，并从可行性、经济效益、对居住环境的影响等方面综合分析了几种自动除垢方法在燃气壁挂炉内的应用。通过比较，发现电化学除垢和磁化除垢两种除垢方法在燃气壁挂炉内具有较好的应用前景。
关键词除垢；壁挂炉；自动；应用
中图分类号：TU832 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0075-02
燃气壁挂炉作为节能采暖装置源于欧洲。起初，燃气壁挂炉在我国几乎全部依赖原装进口，但随着节能减排理念在我国的推行及人们生活水平的提高，燃气壁挂炉产业在我国得以迅速发展，在市场的刺激下，我国燃气壁挂炉市场涌现了一大批拥有核心技术的壁挂炉企业，进一步推进了燃气壁挂炉在我国供暖市场上的应用。燃气壁挂炉越来越受到大众的喜爱，其销量也逐年递增。燃气壁挂炉凭借其高能效、低污染的优势，有望成为未来我国生活供暖的新需求。但燃气壁挂炉管道内的水垢问题成为影响其能效关键因素，本文针对其水垢的产生、水垢对传热效率的影响做了简要分析，并提出了几种燃气壁挂炉内自动除垢的方法，综合分析了其应用前景。
1水垢对换热效率的影响
燃气壁挂炉作为高能效采暖装置是基于无水垢的条件下建立的，但随着燃气壁挂炉使用年限的增加及水垢清理的不及时导致其水垢会逐年增加，燃气壁挂炉内积累的水垢将严重降低其换热效率，下面通过传热学原理分析水垢对换热效率的影响。
对换热器的换热效率我们采用以下方法进行计算：
（1）
（2）
（3）
式中，—换热器效率；—实际换热热流量；—理论换热热流量最大值；—流体质量流量最小值；—质量定压热容；流体进出口温差；—总换热系数；—换热面积。
换热器效率的物理意义可以理解为以理论换热热流量最大值为基础计算实际换热量在此基础上的变化率。换热器进出口的工艺条件一般是固定的，即固定。若管子中结构、堵塞，则发生变化。所以计算污垢对换热效率的影响，只要计算前后值的变化。为比较污垢对换热器换热效率的影响，要控制换热面积与进出口温差不变。
无污垢时，壁挂炉管道的总传热系数为3530（壁挂炉进水管道流速约2，查总传热系数随水的流速变化关系可知）。
有污垢时，查水的污垢热阻表，知在水温小于52℃、流速大于时，水的污垢热阻为1.76（单位：）。
又由于：
（4）
式中，为污垢热阻，为有污垢的换热面的传热系数，为无污垢的换热面的传热系数。
求得：
则污垢使换热效率降低率为：
（5）
求解得：。既壁挂炉管道内壁结垢会使换热效率降低。由此可见燃气壁挂炉内及时除垢的重要性。
2自动除垢分析
2.1 目前除垢方式简介
目前，燃气壁挂炉内的水垢清洗方式主要依赖专业技术人员的人工清洗，人工清洗原理虽简单，操作却非常复杂和严格，不仅需要昂贵的清洗设备，消耗大量的能源，而且人工清洗使用的化学试剂会对水源造成二次污染，从节能和环保上均严重阻碍了燃气壁挂炉在市场上的推广，一种自动、廉价的除垢方式在燃气壁挂炉内的应用迫在眉睫。为了综合对比目前技术比较成熟的几种自动除垢方法进行对比，下文将对超声波除垢、电化学除垢、磁化除垢在燃气壁挂炉内的应用进行综合分析。
2.2 超声波除垢
1）超声波除垢原理。超声波除垢是利用了超声波空化效应[1]，超声波空化效应一方面可降低水垢在管道上的附着能力从而使水垢从管道壁上脱落；另一方面可使水裂解析出，又与溶液中的结合生成，使水垢融解。
2）可行性分析。实验研究表明[1]，超声波功率在100～200 W时，具有抑水垢的作用，当功率在200～600 W时，具有除水垢的作用，且在功率为300 W时具有最佳的除垢效果。因此可以考虑将超声波除垢应用到壁挂炉管道内壁的除垢中。超声波除垢、抑垢的作用会随介质流动方向的改变而削弱，而壁挂炉中的送水管道多出弯折，会降低超声波的除垢效果。另外，超声波的高频发生器的工作环境温度为0～40℃，而壁挂炉中多出温度高于40℃，这两方面使得超声波发生器在壁挂炉中的安装具有位置上的局限性。
2.3 电化学除垢
1）电化学除垢原理。电化学除垢技术是20世纪70年代后发展起来的新型循环水处理技术，具有很好的防垢除垢、杀菌灭藻、防腐防蚀的作用。该项技术的主要基本原理是：在阴阳两极间施加弱电场，使阴极与水界面处产生电极反应，从而使，在阴极附近沉淀，达到除垢的目的。燃气壁挂炉属于典型的循环水系统，而循环水中的水垢离子主要为、，因此可以考虑对壁挂炉循环水进行电化学除垢。
2）可行性分析。电化学除垢技术所采用的电压为或，属于低耗能除垢技术。若在燃气壁挂炉循环水管道内安装阴阳极，再加上或的电压，通过导电率测量仪测得水垢离子浓度，用自动控制装置自动切换或的电压（研究表明：当水垢离子浓度大于时采用电压除垢，水垢离子浓度小于时采用电压除垢，可以达到最佳的除垢效果），可以实现燃气壁挂炉内自动除垢。电化学除垢方法装置简单，容易实现且对壁挂炉原有系统影响小，需要的电压低，除垢效果理想。
2.4 磁化除垢
1）磁化除垢原理。流体中本身没有磁矩的引起结垢的物质在高磁场的作用下，产生一个临时诱导磁矩，该诱导磁矩使结垢的晶体分子相互排斥，破坏结垢晶体分子间的粘附力，使晶体悬浮在液体中。结垢晶体分子间的排斥力逐渐增大直到大于结晶物间结合力时，晶体的内部结构发生变化，最终结构物从物体上脱落下来，形成悬浮物随流体排走。还有一种解释是：在磁场的作用下，流动的液体被激发出电子，使液体中所溶解物质的原子外部价电子不平衡从而降低原子间的结合力，导致溶液中的离子沉淀出来。磁化除垢机理目前学术界尚无统一定论，以上为几种观点中比较有代表性的两种。
2）可行性分析。燃气壁挂炉属于小型锅炉，因此可以采用永久磁铁式除垢装置进行除垢，装置结构简单，而且容易安装，不占地。磁化除垢采用永久磁铁式除垢装置，无能源消耗，无需维护。循环水温度在60℃左右时，磁化除垢具有最佳的除垢效果，而燃气壁挂炉内循环水的温度也在60℃左右，因而磁化除垢在燃气壁挂炉内应用时可以达到最佳的除垢效果。磁化除垢不仅能防止壁挂炉循环水管道结垢，逐渐除去管道中存在的老垢，而且还能够抑制管道内微生物的滋生，对提高燃气壁挂炉管道内的换热效率及保持健康用水有着重大意义。
3几种自动除垢方式的综合对比
通过从可行性、除垢效果、经济性、对居住环境影响三个方面综合对比几种除垢方式在燃气壁挂炉内的应用，得到结果如表1。
4结束语
1）超声波除垢在虽然在理论上可行，由于换热器管道蜿蜒曲折，所以对于安装超声波发生装置有一定的难度，且超声波除垢的除垢效果也不是很理想，所以超声波除垢在燃气壁挂炉上的优势并不明显。
2）鉴于电化学除垢无污染、简单易行、对居住环境无影响、低能耗且除垢效果好等优点，电化学除垢技术在燃气壁挂炉除垢的应用具有较好的前景。
3）虽然磁化除垢机理尚未完全统一，但磁化除垢具有在经济上较大的优势、安装简便、无能耗、无污染、除垢效果好等优点，因而磁化除垢在燃气壁挂炉内的应用具有明显优势。
燃气壁挂炉水垢问题严重影响换热器换热效率，目前人工除垢方法虽然可以有效除垢，但在操作和经济效益上均不是最优的选择，以上的三种自动除垢方法无论是在操作上还是在经济效益上均有较大的优势，所以随着以上三种技术在除垢应用上的愈趋成熟，一种简单、经济的自动除垢装置必然在燃气壁挂炉系统上得以应用。
参考文献
[1]傅俊萍，李录平，刘泽利，李秋仪.超声波除垢与强化传热实验研究[J].热能与动力工程，2006，21（4）.
