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(duì)燃?xì)獠膳療崴仩t燃燒工況和熱負(fù)荷的影響很大。那么，在高海拔地區(qū)使用燃?xì)鉄崴仩t需要哪些的注意事項(xiàng)呢，中正鍋爐小編推薦以下文章給予解決。
隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，城市供暖變成一項(xiàng)基礎(chǔ)且必不可少的、事關(guān)廣大居民安全過(guò)冬的一項(xiàng)重要民生工程。自2012年西藏拉薩市供暖工程開(kāi)工以來(lái)，天然氣管道入戶，燃?xì)獠膳療崴疇t開(kāi)始走進(jìn)廣大普通藏民家庭。
本文主要是分析和解決普通燃?xì)獠膳療崴仩t在高海拔地區(qū)使用適應(yīng)性問(wèn)題，以此來(lái)消除當(dāng)?shù)貧夂蚝铜h(huán)境對(duì)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)如下。
西藏拉薩氣候主要特點(diǎn)
1高海拔地區(qū)對(duì)燃?xì)獠膳療崴疇t的影響
在解決方案說(shuō)明前，我們先簡(jiǎn)單介紹燃?xì)獠膳療崴疇t的基本原理。目前市場(chǎng)上產(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、單采暖帶儲(chǔ)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，如圖1所示。因此解決高海拔對(duì)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海拔對(duì)燃?xì)獠膳療崴疇t熱負(fù)荷的影響
海拔高度和大氣壓力影響燃?xì)獠膳療崴疇t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(shí)，熱負(fù)荷將偏小。通過(guò)GB25034-2010可得出對(duì)應(yīng)的海拔高度與燃?xì)獠膳療崴疇t熱負(fù)荷的關(guān)系。
Q—15℃、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);
Hi—15℃、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(shí)(m3/h);
Pg—試驗(yàn)時(shí)燃?xì)饬髁坑?jì)內(nèi)的燃?xì)鈮毫Φ臄?shù)值，單位為千帕(kPa);
Pa—試驗(yàn)時(shí)的大氣壓力數(shù)值，單位為千帕(kPa);
tg—試驗(yàn)時(shí)燃?xì)饬髁坑?jì)內(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(duì)密度的數(shù)值;
dr—基準(zhǔn)氣的相對(duì)密度的數(shù)值;
Ps—在tg時(shí)的飽和水蒸氣壓力的數(shù)值，單位為千帕(kPa);
0.622—理想狀態(tài)下水蒸氣相對(duì)密度的數(shù)值。
根據(jù)以上計(jì)算公式可得出海拔高度與燃?xì)獠膳療崴疇t熱負(fù)荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表3所示。
例如：以迪森公司一款SD24-C4機(jī)型燃?xì)獠膳療崴疇t(熱效率為91%)為例，為了保證在拉薩地區(qū)使用時(shí)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(guò)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?lái)消除海拔高度對(duì)采暖熱水爐熱負(fù)荷的影響。
按設(shè)計(jì)計(jì)算可得以下燃?xì)饬髁繀?shù)，分別是廣州和拉薩兩地對(duì)比，因此在產(chǎn)品出廠前調(diào)試時(shí)，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海拔高度對(duì)燃?xì)獠膳療釥t中燃燒系統(tǒng)的影響
燃?xì)獠膳療崴疇t大部分都采用大氣式燃?xì)馊紵到y(tǒng)，燃燒所需要的過(guò)?？諝庀禂?shù)一般為1.3～1.8。過(guò)?？諝膺^(guò)多，導(dǎo)致熱效率降低，過(guò)少導(dǎo)致燃燒不充分。海拔高度越高，氧含量越少，高海拔的冬春季氧含量也有差異。如表4所示，過(guò)?？諝膺^(guò)少又會(huì)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，煙氣指標(biāo)變差，如CO、NOX增高;
2)氧氣不足情況下，影響火焰的穩(wěn)定性，即火焰高度變長(zhǎng)，嚴(yán)重的會(huì)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，影響換熱器使用壽命以及堵塞煙氣通道。
我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候采用了以下的解決方案，可以有效改善在氧氣不足情況下對(duì)燃燒系統(tǒng)的影響：
減少燃燒器的火排出口面流速以及增加火排的數(shù)量，可以有效解決燃燒時(shí)脫火現(xiàn)象及火焰高度拉長(zhǎng)等問(wèn)題，燃?xì)馊紵映浞?，閥后壓力不至于過(guò)高。
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：
式中Fp—火孔總面積(mm2);
Q—燃燒器熱負(fù)荷(kW);
Hi—燃?xì)獾蜔嶂?kJ/Nm3);
α'—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)。
hic=0.86Kfpqp×103(式2-2)
式中hic—火焰的內(nèi)錐高度(mm);
fp—一個(gè)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)。
式中hoc—火焰的外錐高度(mm);
n—火孔排數(shù);
n1—表示燃?xì)庑再|(zhì)對(duì)外錐高度影響的系數(shù);
s—表示火孔凈距對(duì)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i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(shí)通過(guò)公式(式2-2和式2-3)可得，火焰的高度將降低，燃?xì)獾娜紵浞?，過(guò)剩空氣減少，使得熱效率增大。在滿足冬季含氧量少的情況，夏季使用時(shí)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：
1)由第1點(diǎn)中可知，高海拔地區(qū)對(duì)燃?xì)獠膳療崴疇t負(fù)荷的影響,燃燒器每排火排設(shè)計(jì)負(fù)荷一般為2kW，共12排火排，以一臺(tái)24kW燃?xì)獠膳療崴疇t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(gè)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? 我們通過(guò)以下噴嘴直徑公式進(jìn)行分析：
式中d—噴嘴直徑(mm);
Lg—燃?xì)饬髁?m3/h);
µ—噴嘴流量系數(shù);
s—燃?xì)獾南鄬?duì)密度;
P—噴嘴前燃?xì)鈮毫?Pa)。
以及質(zhì)量引射系數(shù)µ算法如下：
式中µ—質(zhì)量引射系數(shù);
V0—理論空氣需要量;
α'—一次空氣系數(shù);
s—燃?xì)獾南鄬?duì)密度。
大氣式燃燒器的一次空氣系數(shù)α'通常為0.45～0.75，因?yàn)槲鞑乜諝庵械暮肯鄬?duì)少，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)µ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(shí)使封閉的燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)壓，通過(guò)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、在高原上，為了保證燃?xì)獠膳療崴疇t中的燃?xì)獬浞秩紵?，必須增加風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q，可通過(guò)增大風(fēng)機(jī)的功率及渦輪;
其二、風(fēng)壓差開(kāi)關(guān)動(dòng)作參數(shù)的影響。
風(fēng)壓差開(kāi)關(guān)的主要功能：用于檢測(cè)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(jì)了文丘里管來(lái)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(kāi)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(dòng)作必須準(zhǔn)確。
1.4高海拔對(duì)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(dòng)力。在西藏拉薩地區(qū)對(duì)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(jì)水路系統(tǒng)中水泵功率要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(shí)要采取防電暈措施。
根據(jù)《工業(yè)泵選用手冊(cè)》海拔高原對(duì)水泵選擇使用時(shí)功率降低的關(guān)系計(jì)算如下：
△NC=[(h-1000)△i-(40-tat)]NC/100
式中△NC—電機(jī)軸功率下降值;
h—為當(dāng)?shù)睾０?
△i=0.01×電機(jī)溫升極限/100;
F—級(jí)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(jì)算的軸功率。
1.5環(huán)境溫度對(duì)燃?xì)獠膳療崴疇t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(guò)垂直圍護(hù)結(jié)構(gòu)(墻、門(mén)、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(jì)算詳見(jiàn)《采暖空調(diào)制冷手冊(cè)》(機(jī)械工業(yè)出版社，1997.10)。我們可以用以下公式就能計(jì)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(duì)北京地區(qū)居民取暖q一般取60Kcal/m2•h，而拉薩居民取暖q可取65～70Kcal/m2•h。
最后根據(jù)Q數(shù)值選用匹配輸出熱負(fù)荷的燃?xì)獠膳療崴疇t功率。
2總結(jié)
對(duì)高海拔地區(qū)開(kāi)發(fā)合適的燃?xì)獠膳療崴仩t，需要從整個(gè)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(huì)出現(xiàn)回火、煙氣超標(biāo)、熱負(fù)荷不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，給消費(fèi)者帶來(lái)影響，甚至出現(xiàn)安全隱患等。通過(guò)以上針對(duì)高海拔燃?xì)獠膳療崴疇t的調(diào)整，可以消除高海拔帶來(lái)不良的影響。西藏拉薩的供暖工程給拉薩居民帶來(lái)了溫暖，同時(shí)也給燃?xì)獠膳療崴疇t帶來(lái)了新的課題。
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2019-07-22
