環(huán)境變化，如溫度、濕度、海拔高度均對燃?xì)獠膳療崴疇t的燃燒工況有較大的影響,特別高海拔對燃?xì)獠膳療崴疇t燃燒工況影響更大。因高海拔地區(qū)空氣中氧含量偏少，大氣壓低，容易造成燃?xì)馊紵怀浞只蛉毖跞紵赡軙霈F(xiàn)煙氣超標(biāo)、熱負(fù)荷不達(dá)標(biāo)、回火等不良問題。

關(guān)鍵詞：高海拔燃?xì)獠膳療崴疇t熱負(fù)荷燃燒工況氧含量

0引言隨著我國人民生活水平不斷提高，城市供暖變成一項(xiàng)基礎(chǔ)且必不可少的事，事關(guān)廣大居民安全過冬一項(xiàng)重要民生工程，隨著西藏拉薩市供暖工程自2012年開工以來，天然氣管道入戶，燃?xì)獠膳療崴疇t開始走進(jìn)廣大普通藏民家庭。由于拉薩地處雪域高原，冬季晝夜溫差大、海拔高、空氣稀薄、氣壓低、含氧量少，對燃?xì)獠膳療崴疇t的燃燒工況和熱負(fù)荷影響很大。本文主要是分析和解決普通燃?xì)獠膳療崴疇t在高海拔地區(qū)使用的適應(yīng)性問題，以此來消除當(dāng)?shù)貧夂蚝铜h(huán)境對燃?xì)獠膳療崴疇t的影響，提出更加經(jīng)濟(jì)合理的解決方案，為廣大藏民家庭提供安全、合格的產(chǎn)品。高海拔地區(qū)主要以西藏拉薩地區(qū)為例，西藏拉薩氣候主要特點(diǎn)

1高海拔地區(qū)對燃?xì)獠膳療崴疇t的影響在解決方案說明前，我們先簡介燃?xì)獠膳療崴疇t的基本原理，目前市場上的產(chǎn)品按輸出功率分，主要有18kW、24kW、28kW、32kW、36kW，按使用功能分，有采暖衛(wèi)浴雙功能、單采暖、采暖帶儲水罐等。其整機(jī)的結(jié)構(gòu)主要分為水路系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，如下圖一所示。因此解決高海拔對燃?xì)獠膳療崴疇t的影響，也主要圍繞以上幾大內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善。

1.1高海拔對燃?xì)獠膳療崴疇t熱負(fù)荷的影響海拔高度不同，大氣壓力不同，影響采暖熱水爐的熱負(fù)荷，以廣州為例，調(diào)試的燃?xì)獠膳療崴疇t安裝在拉薩地區(qū)使用時，熱負(fù)荷將偏小。通過GB25034-2010可得出對應(yīng)的海拔高度與燃?xì)獠膳療崴疇t熱負(fù)荷的關(guān)系。........................(1)................(2)Q15℃、大氣壓101.3kPa、干燥狀態(tài)下的折算熱輸入的數(shù)值，單位為千瓦(KW)Hi15℃、101.3kPa基準(zhǔn)氣低熱值的數(shù)值，單位為兆焦每標(biāo)準(zhǔn)立方米(MJ/Nm3)V試驗(yàn)燃?xì)饬髁康臄?shù)值，單位為立方米每小時(m3/h)Pg試驗(yàn)時燃?xì)饬髁坑媰?nèi)的燃?xì)鈮毫Φ臄?shù)值，單位為千帕(kPa)Pa試驗(yàn)時的大氣壓力的數(shù)值，單位為千帕(kPa)tg試驗(yàn)時燃?xì)饬髁坑媰?nèi)的燃?xì)鉁囟鹊臄?shù)值，單位為攝氏度(℃)d干試驗(yàn)氣的相對密度的數(shù)值dr基準(zhǔn)氣的相對密度的數(shù)值Ps在tg時的飽和水蒸氣壓力的數(shù)值，單位為千帕(kPa)0.662理想狀態(tài)下水蒸氣相對密度的數(shù)值。根據(jù)以上計算公式可得出海拔高度與燃?xì)鉄崴疇t熱負(fù)荷的對應(yīng)關(guān)系，如下表所示。例如：以我公司一款SD24-C4機(jī)型(熱效率為91%)，為了保證在拉薩地區(qū)使用時輸出的熱負(fù)荷為24kW，在廣州地區(qū)輸出的熱負(fù)荷應(yīng)調(diào)試為28.5953kW，(以下舉例均以該機(jī)型為例)。

為了解決在平原地區(qū)調(diào)試好的產(chǎn)品可在高海拔地區(qū)(拉薩)使用，我們可通過提高噴嘴前的壓力或增大噴嘴孔徑，甚至增加燃燒器的火排，達(dá)到增加燃?xì)饬髁縼硐吆０螌Σ膳療崴疇t熱負(fù)荷的影響。按設(shè)計計算可得以下燃?xì)饬髁繀?shù)，分別是廣州和拉薩兩地的對比，因此在產(chǎn)品出廠前調(diào)試時，產(chǎn)品的輸入功率須按拉薩當(dāng)?shù)氐妮斎牍β收鬯愠鰪V州當(dāng)?shù)氐墓β蕝?shù)進(jìn)行出廠調(diào)試。

1.2高海拔對燃燒系統(tǒng)的影響燃?xì)獠膳療崴疇t一般采用大氣式燃?xì)馊紵到y(tǒng)，燃燒所需要的過剩空氣系數(shù)一般為1.3～1.8。過剩空氣過多，導(dǎo)致熱效率降低，過少導(dǎo)致燃燒不充分。高海拔氧含量少、高海拔的冬夏季氧含量也有差異，如表4所示，過?？諝膺^少又會影響燃燒系統(tǒng)的煙氣指標(biāo)及燃燒工況，表現(xiàn)主要有以下幾方面：

1)氧氣不足情況下，增加煙氣指標(biāo)，如CO、

2)氧氣不足情況下，影響火焰的穩(wěn)定性，即火焰高度變長，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致火焰的外焰燒到主換熱器

3)氧氣不足情況下，導(dǎo)致燃燒不充分，主換熱器的翅片易產(chǎn)生碳顆粒，影響換熱器，以及堵塞煙氣通道。我們設(shè)計的時候采用了以下的解決方案，可以改善燃燒系統(tǒng)在氧氣不足情況下的影響：

1)減少燃燒器的火孔出口流速，以及增加火排的數(shù)量。可以解決脫火問題、火焰高度拉長、燃燒更加充分，閥后壓力不至于過高等問題。A燃燒器的火排出口面從槽形孔更改為圓孔加槽形，更加適應(yīng)高原地區(qū)氧氣不足情況。由燃燒器的火孔總面積FP公式可知：...............(式2-1)式中Fp火孔總面積(mm2)Q燃燒器熱負(fù)荷(kW)Hl燃?xì)獾蜔嶂?kJ/Nm3)一次空氣系數(shù)V0理論空氣需要量(Nm3/Nm3)vp火孔出口氣流速度(Nm/s)qp火孔熱強(qiáng)度(kW/mm2).................(式2-2)hic火焰的內(nèi)錐高度(mm)fp一個火孔的面積(mm2)qp火孔熱強(qiáng)度(kW/mm2)K與燃?xì)庑再|(zhì)及一次空氣系數(shù)有關(guān)的系數(shù).............(式2-3)hoc火焰的外錐高度(mm)n火孔排數(shù)n1表示燃?xì)庑再|(zhì)對外錐高度影響的系數(shù)s表示火孔凈距對外錐高度影響的系數(shù)由式2-1中可知，燃?xì)庠诔浞秩紵那闆r下，燃?xì)獾蜔嶂礖l和理論空氣需要量V0是受海拔影響很小，本文不做討論。燃燒器火排出燃?xì)饷鎻牟坌慰赘臑閳A孔加槽形(如圖2所示)。在熱負(fù)荷一定情況下，燃燒火孔總面積FP增大，qp(火孔熱強(qiáng)度)變小，圓孔加槽形結(jié)構(gòu)使得燃?xì)馀c二次空氣混合更加充分，同時通過公式(式2-2和式2-3)可得,火焰的高度將降低，是燃?xì)獾娜紵浞?，過?？諝鉁p少，使得熱效率增大。在滿足冬季含氧量少的情況，秋季使用時熱效率不至于降低的特點(diǎn)。B增加大氣燃燒器的火排數(shù)量:由第1點(diǎn)中可知，高海拔地區(qū)對燃?xì)獠膳療崴疇t負(fù)荷的影響,燃燒器每排火排設(shè)計負(fù)荷一般為2kW，共12排火排，以一臺24kW采暖熱水爐在拉薩地區(qū)使用為例，根據(jù)表3在平原地區(qū)輸出的熱負(fù)荷應(yīng)調(diào)試為28.5953kW,理論上需要增加到14個火排。

2)選用合理燃燒器噴嘴，以提高一次空氣的引射能力，使燃?xì)夂涂諝饣旌先紵浞帧Ｎ覀兺ㄟ^以下噴嘴直徑公式進(jìn)行分析：..................(式2-4)式中d噴嘴直徑，Lg燃?xì)饬髁?，m3/噴嘴流量系數(shù)s燃?xì)獾南鄬γ芏萈噴嘴前燃?xì)鈮毫?，Pa。以及質(zhì)量引射系數(shù)算法如下：..........(式2-5)式中質(zhì)量引射系數(shù)V0理論空氣需要量一次空氣系數(shù)s燃?xì)獾南鄬γ芏?。大氣式燃燒器的一次空氣系?shù)通常為0.45～0.75，因?yàn)槲鞑乜諝庵械暮肯鄬ι?，V0理論空氣需要量需要增大，所以燃燒器中質(zhì)量引射系數(shù)需要增大，由公式2-4和式2-5可知，在高原上使用的燃燒器噴嘴直徑d可以適當(dāng)減小。1.3增大風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量，以便提供充分的氧氣燃燒燃?xì)獠膳療崴疇t大都采用強(qiáng)制排煙方式，風(fēng)機(jī)在燃?xì)獠膳療崴疇t中的作用就是將煙氣強(qiáng)制排到室外，同時使封閉的燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)壓，通過平衡煙道將室外的空氣吸入燃燒室以滿足燃燒所需，使燃?xì)獬浞秩紵?。從?可知，高原上(拉薩地區(qū))氧含量大約只有平原地區(qū)64.3%，主要有以下兩點(diǎn)影響：其一高原上為了保證采暖熱水爐中的燃?xì)獬浞秩紵?，必須增加風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q，可通過增大風(fēng)機(jī)的功率及渦輪其二壓差開關(guān)動作參數(shù)的影響：風(fēng)壓差開關(guān)的主要功能：用于檢測煙管的通暢情況，在煙氣超標(biāo)前關(guān)閉設(shè)備(即CO濃度大于0.1%)，以及風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況。其原理利用流體力學(xué)中的理論設(shè)計了文丘里管來采集負(fù)壓，分別采集排煙管內(nèi)或空氣室負(fù)壓的壓力參數(shù)。由于采集的氣壓受到氣壓環(huán)境的影響，如大氣壓、環(huán)境溫度。風(fēng)壓開關(guān)屬燃燒系統(tǒng)的保護(hù)部件，為確保燃燒的安全起到關(guān)鍵的作用，因此其動作必須準(zhǔn)確。

2高海拔對采暖水路循環(huán)系統(tǒng)的影響在燃?xì)獠膳療崴疇t中，采暖水路循環(huán)系統(tǒng)的作用是將采暖水加熱，并使其在采暖系統(tǒng)中循環(huán)。其核心部件就是循環(huán)水泵，其作用是提供熱水在采暖系統(tǒng)中的循環(huán)動力。在西藏拉薩地區(qū)對水泵電機(jī)溫升，水泵電機(jī)電暈的換向均有不利影響，因此設(shè)計水路系統(tǒng)中水泵功率是否滿足所需克服的水阻揚(yáng)程

1)海拔高，水泵電機(jī)溫升越大，輸出功率小

2)高壓電機(jī)在高原使用時要采取防電暈措施根據(jù)《工業(yè)泵選用手冊》海拔高原對水泵選擇使用時功率降低的關(guān)系計算如下：△NC=[(h-1000)△i-(40-tat)]NC/100△NC:電機(jī)軸功率下降值h:為當(dāng)?shù)睾０巍鱥=0.01電機(jī)溫升極限/F級電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子溫升極限145℃tat:使用地點(diǎn)的最高溫度NC：水泵計算的軸功率

3環(huán)境溫度對采暖熱水爐的選型燃?xì)獠膳療崴疇t進(jìn)行獨(dú)立采暖，其供熱的熱負(fù)荷必須與室外的傳熱熱負(fù)荷達(dá)到平衡，這樣才能夠按用戶要求達(dá)到舒適溫度。建筑物的供暖熱負(fù)荷，主要取決于通過垂直圍護(hù)結(jié)構(gòu)(墻、門、窗等)向外傳遞熱量，它與建筑物的平面尺寸和層高有關(guān)，因而不是直接取決于建筑面積。用供暖體積熱指標(biāo)表征建筑物供暖熱負(fù)荷的大小。計算詳見《采暖空調(diào)制冷手冊》(機(jī)械工業(yè)出版社1997.10)。我們可以用以下公式就能計算出需要供暖熱負(fù)荷的大小。Q取暖=q(單位面積熱負(fù)荷指標(biāo))S供暖面積其中Q表示供暖熱負(fù)荷的大小，q代表單位面積熱負(fù)荷指標(biāo)，s代表供暖面積。單位面積熱負(fù)荷指標(biāo)我們可以估算出所需的熱負(fù)荷：對北京地區(qū)居民取暖q一般取60大卡/平方米小時，而拉薩居民取暖q可取65～70大卡/平方米小時。最后根據(jù)Q數(shù)值選用匹配輸出熱負(fù)荷的采暖熱水爐功率。

4總結(jié)對高海拔地區(qū)開發(fā)合適的燃?xì)獠膳療崴疇t，需要從整個燃燒系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)和采暖水路循環(huán)系統(tǒng)上調(diào)整，否則會出現(xiàn)回火、煙氣超標(biāo)，熱負(fù)荷不達(dá)標(biāo)等問題了，給消費(fèi)者帶來影響，甚至出現(xiàn)安全隱患等。通過以上針對高海拔燃?xì)獠膳療崴疇t的調(diào)整，可以消除高海拔帶來不良的影響。西藏拉薩的供暖工程給拉薩居民帶來了溫暖，同時也給燃?xì)獠膳療崴疇t帶來了新的課題。