????從1號(hào)熱水器觀察到的酸性腐蝕現(xiàn)象，可以得到如下啟示：
?? ?a. 腐蝕污染產(chǎn)物集中出現(xiàn)在換熱器低溫段的底端(下導(dǎo)水片表面上)，即煙氣入口側(cè)，說明煙氣入口側(cè)的腐蝕最強(qiáng)烈。測(cè)試表明，在滿負(fù)荷時(shí)下導(dǎo)水片所處溫度約70 ℃，已明顯高于煙氣露點(diǎn)(煙氣露點(diǎn)為50 ℃)，即強(qiáng)烈腐蝕(有大量腐蝕產(chǎn)物生成并粘附在肋片表面上)是出現(xiàn)在煙氣中水蒸氣冷凝之前。
? ??b. 腐蝕污染產(chǎn)物主要是氣態(tài)硫酸銅(也含少量的硝酸銅、氯化銅)，說明在這個(gè)溫度區(qū)域主要是硫酸冷凝并粘附在銅肋片上。
??? c. 在肋片管上部(從上導(dǎo)水片到頂端)沒有觀察到腐蝕污染產(chǎn)物，銅肋片的腐蝕減薄也輕微。測(cè)量表明，這部分區(qū)域銅肋片的溫度≤50 ℃，即肋片表面溫度低于露點(diǎn)。在這部分區(qū)域沒有觀察到腐蝕產(chǎn)物粘附在銅肋片表面上。
??? d. 由于酸性腐蝕產(chǎn)生的腐蝕污染物會(huì)阻塞煙氣流道，直接威脅到熱水器的安全運(yùn)行。所以，防止腐蝕污染物生成也是冷凝式燃?xì)鉄崴鞣栏囊粋€(gè)重要任務(wù)。
??? 再觀察圖2，A型肋片管在每一個(gè)肋片上均設(shè)計(jì)有上、下兩個(gè)導(dǎo)水片，以便使肋片左、右側(cè)表面流下的冷凝水導(dǎo)向集水盒。這種結(jié)構(gòu)存在一個(gè)明顯不足之處是下導(dǎo)水片懸空，水管難于直接冷卻它，導(dǎo)致下導(dǎo)水片溫度較高。這是腐蝕污染物出現(xiàn)的重要原因。為了驗(yàn)證這種觀點(diǎn)，試驗(yàn)中把低溫段肋片管從圖2改為圖3，目的在于通過降低肋片高度以降低肋片底端的溫度。連續(xù)運(yùn)行1200 h后打開換熱器檢查，發(fā)現(xiàn)肋片管全部表面干凈，沒有腐蝕污染物粘附其上，達(dá)到了預(yù)期效果。此時(shí)銅肋片平均腐蝕速率約為34×10-9 m/h，很難滿足正常安全使用8年的要求。為此，必須在肋片管表面浸涂有機(jī)防腐涂料。
? ③ 2號(hào)熱水器試驗(yàn)
? ??換熱器低溫段用環(huán)氧樹脂(干粉噴涂)防腐涂料。連續(xù)運(yùn)行1200 h后打開檢查，發(fā)現(xiàn)低溫段底端下導(dǎo)水片表面上有少量藍(lán)綠色的腐蝕污染物硫酸銅粘附其上(低溫段結(jié)構(gòu)見圖2)。其他地方涂層完好無損，無任何腐蝕產(chǎn)物出現(xiàn)，表面干凈。再仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)有的下導(dǎo)水片上，涂層與銅肋片表面間已經(jīng)脫開，露出了銅表面，在銅表面上生成腐蝕污染物硫酸銅。雖然涂層與銅肋片脫開，但涂層本身完好，沒有熔化、軟化和被酸侵蝕的現(xiàn)象。這說明干粉環(huán)氧樹脂防腐涂料在耐溫與抗酸腐蝕性能上能夠滿足要求。由于干粉噴涂工藝還存在不足，沒有掌握好，導(dǎo)致涂層與銅肋片間附著性能差。這需要在加工工藝上予以改進(jìn)。
??? ④ 3號(hào)熱水器試驗(yàn)
??? 熱水器低溫段浸涂灰色改性有機(jī)硅防腐涂料，連續(xù)運(yùn)行1200 h后打開檢查發(fā)現(xiàn)，低溫段(見圖2)底端下導(dǎo)水片表面上仍有較多藍(lán)綠色腐蝕污染物粘附其上(但比1號(hào)熱水器少)，也局部堵塞了煙氣流道。但上導(dǎo)水片及其以上區(qū)域，觀察不到腐蝕污染物，涂層完好無損，表面也很干凈。藍(lán)綠色污染物為硫酸銅。刮掉硫酸銅后觀察到原來的涂層已熔化、侵蝕掉，露出了銅的表面，而硫酸銅就粘附在銅表面上，銅表面也因腐蝕減薄，表面粗糙，但未見穿孔。檢查還發(fā)現(xiàn)約有30%的下導(dǎo)水片表面上沒有污染物出現(xiàn)，整個(gè)涂層完好無損，起到了保護(hù)銅肋片的防腐作用。
??? 試驗(yàn)表明，涂料的耐溫性能很重要，即在所要求的工作溫度下不能出現(xiàn)熔化、軟化和被酸液侵蝕現(xiàn)象[3]。在圖2中，肋片溫度高的區(qū)域是在下導(dǎo)水片上，因此涂料在下導(dǎo)水片上失去作用。
??? ⑤ 4號(hào)熱水器試驗(yàn)
??? 熱水器低溫段浸涂黑色改性有機(jī)硅防腐涂料，經(jīng)連續(xù)運(yùn)行1200 h后打開檢查，發(fā)現(xiàn)低溫段(見圖2)的下導(dǎo)水片上仍有藍(lán)綠色的污染物硫酸銅粘附其上(但比3號(hào)熱水器少)。硫酸銅的生成仍是由于涂層被侵蝕，露出了銅表面所致。檢查也發(fā)現(xiàn)大約有60%的下導(dǎo)水片表面上涂料完好無損，沒有任何污染物，表面也很干凈。產(chǎn)生腐蝕的情況與3號(hào)熱水器相似，只是腐蝕污染物的量更少，產(chǎn)生污染物的面積也更少。這說明4號(hào)熱水器所用防腐涂料的耐溫性能比3號(hào)熱水器有了改善，但仍不能滿足要求。
??? 雖然兩種改性有機(jī)硅防腐涂料的耐溫性能尚不能滿足要求，但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)它們與銅表面的附著性能很好，沒有任何脫層、剝離現(xiàn)象。
??? ⑥ 熱效率隨運(yùn)行時(shí)間的變化
??? 表1給出了1號(hào)和2號(hào)冷凝式熱水器在運(yùn)行1200 h期問的熱效率的變化。試驗(yàn)期間進(jìn)水溫度從17.5 ℃下降到9.0 ℃。表1也給出了防腐涂層對(duì)熱效率的影響。
? ??從表1可以看出：
? ??a. 運(yùn)行24 h的測(cè)量表明，低溫段由于浸涂了防腐涂料引起熱效率降低約為3.5%，說明在低溫段上使用防腐涂料后沒有引起換熱量劇烈下降。
??? b. 運(yùn)行1200 h與運(yùn)行24 h的測(cè)量數(shù)據(jù)相比，熱效率下降約2.5%～4.9%，但考慮到進(jìn)水溫度從17.5 ℃下降到9.0 ℃會(huì)使熱效率上升約3.6%(見表2)，所以實(shí)際熱效率下降為6.1%～8.5%。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN26曾指出，熱水器在長(zhǎng)期運(yùn)行(200 h)后，由于受熱面粘污與燒損，其熱效率下降不應(yīng)超過5%。本次試驗(yàn)的冷凝式熱水器因高、低溫段換熱器受粘污、燒損和腐蝕的共同作用，在運(yùn)行1200 h后熱效率下降6.1%一8.5%，應(yīng)屬正常范圍，可以接受。
表1 熱水器熱效率的變化
Tab.1 Variation of thermal efficiency of water heater
熱水器編號(hào) | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 |
防腐涂層 | 裸銅 | 環(huán)氧樹脂 | 灰色改性有機(jī)硅 | 黑色改性有機(jī)硅 | 裸銅 | 環(huán)氧樹脂 |
運(yùn)行時(shí)間/h | 24 | 1200 |
進(jìn)水溫度/℃ | 17.5 | 17.5 | 17.5 | 17.5 | 9.0 | 9.0 |
出水溫度/℃ | 60.5 | 61.5 | 59.5 | 61.5 | 48.0 | 48.5 |
水流量/(L·min-1) | .2 | 6.1 | 5.5 | 6.0 | 6.5 | 6.3 |
燃?xì)饬髁?(m3·h-1) | 2.44 | 1.92 | 1.66 | 1.86 | 1.84 | 1.83 |
排煙溫度/℃ | 48.0 | 49.0 | 50.O | 47.0 | 42.0 | 44.5 |
煙氣組分的體積分?jǐn)?shù) | φ(02)/% | 10.9 | 9.7 | 15.7 | 9.7 | 9.8 | 9.6 |
φ(CO)/10-6 | 197 | 49 | 153 | 690 | 1059 | 107 |
φ(NOx)/10-6 | 47 | 18 | 9 | 39 | 58 | 63 |
冷凝水量/(kg·h-1) | 1.8 | 1.5 | 1.4 | 1.7 | 1.8 | 1.7 |
冷凝水pH值 | 3.0～3.5 | 3.O～3.5 | 3.0～3.5 | 3.0～3.5 | 3.0～3.5 | 3.O～3.5 |
熱效率/% | 103.0 | 99.5 | 99.0 | 101.0 | 98.1 | 97.0 |
表2 冷水溫度對(duì)冷凝水量與熱效率的影響
Tab.2 Influence of cold water temperature on condensate quantity and thermal efficiency
冷水溫度/℃ | 18 | 35 | 40 | 45 | 50 |
冷凝水量/(L·h-1) | 1.80 | 0.96 | 0.64 | 0.30 | 0.00 |
熱效率/% | 103.0 | 95.1 | 93.0 | 91.3 | 89.7 |
??? ⑦ 冷水溫度對(duì)熱效率的影響
??? 在非冷凝式熱水器上已有試驗(yàn)表明，隨著冷水溫度的升高，熱效率相應(yīng)下降，冷水溫度從8 ℃升到30 ℃時(shí)，熱效率從86.5%下降到83.2%。大約是冷水溫度每升高10 ℃，熱效率下降1.5%。在冷凝式熱水器上，隨著冷水溫度的升高，冷凝水量明顯減少(見表2)?？梢钥闯?，冷水溫度在18 ℃時(shí)收集到的冷凝水量是1.8 L/h。隨著冷水溫度的升高，排煙溫度也升高，排出的冷凝水量減少；直到冷水溫度升到50 ℃時(shí)，熱水器無冷凝水排出。相應(yīng)熱效率從103.0%下降到89.7%，降低了13.3%，比非冷凝式熱水器熱效率的變化大。此時(shí)，熱效率的下降是由兩部分引起，一是溫差減小引起吸熱量下降，二是冷凝水減少引起放熱量下降。在冷水溫度升到50 ℃時(shí)，沒有冷凝水排出，原來的冷凝式熱水器變成了非冷凝式熱水器運(yùn)行。
? ??需要說明的是，煙氣中的水蒸氣冷凝后不可能全部沿肋片表面流下排出，有一部分以水霧的形式隨煙氣排出。所以，冷凝式熱水器排出的煙氣可能對(duì)大氣造成污染，除了有毒氣體CO、NOx、SOx與C02之外，還有酸性水霧對(duì)環(huán)境的危害。對(duì)供暖用的熱水器因其使用時(shí)間很長(zhǎng)，排出大量的酸性水霧對(duì)環(huán)境的影響不能忽視。
