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隨著西氣東輸工程的逐漸竣工，天然氣作為清潔燃料在我國(guó)的西部地區(qū)得到了廣泛的使用。由于西部地區(qū)的很多省份地處高原，大氣壓力低，空氣相對(duì)稀薄，所以燃料的燃燒過(guò)程和燃燒器選型方法與平原相比都有其特殊性。本文將主要討論燃油燃燒機(jī)在高海拔地區(qū)使用時(shí)高原修正的計(jì)算過(guò)程和選型方法。 2燃燒器在高海拔地區(qū)使用時(shí)的特殊性 燃燒器是將燃料中的可燃成分與空氣中的氧氣充分混合燃燒后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿难b置。燃料燃燒時(shí)需要的氧氣來(lái)源于空氣，空氣中氧氣的體積百分比約為21%，1m3天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下完全燃燒所需要的理論空氣量約為9.64m3［1］ 。但是，在高海拔地區(qū)隨著海拔高度的變化，大氣壓力、空氣密度、含氧量與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)相比會(huì)有較大的差異，如表1［2］。 從表1可以看出：海拔高度升高，大氣壓力下降、空氣密度減小、含氧量隨之降低。由于空氣中含氧量發(fā)生了變化，所以我們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下計(jì)算出的理論空氣量值不適合高海拔地區(qū)的計(jì)算使用。 例如：很多用于高海拔地區(qū)的鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)經(jīng)常使用與平原地區(qū)的相同型號(hào)，這時(shí)鍋爐遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到額定輸出功率。有些使用單位會(huì)將鼓、引風(fēng)機(jī)選大一個(gè)規(guī)格，即便如此使用效果仍難令人滿(mǎn)意。造成這一結(jié)果的主要原因是鼓風(fēng)機(jī)所提供的空氣量不能適合燃料完全燃燒所需要的氧氣量。由此不難看出，我們只有將與海拔高度相對(duì)應(yīng)的空氣中的氧氣含量作為主要參數(shù)，對(duì)燃燒所需要的實(shí)際空氣量進(jìn)行修正，才能夠達(dá)到燃料以Z小過(guò)量空氣系數(shù)完全燃燒的目的。這一修正的過(guò)程正是燃燒器在高海拔地區(qū)使用時(shí)的特殊性。 表1不同海拔高度下的大氣壓力、空氣密度、 含氧量和水沸點(diǎn) 海拔高度（m）[]0[]3000[]4000[]5000[]6000[]7000大氣壓力（kPa）[]101.32[]70.7[]62.4[]54.9[]48.1[]42空氣密度（g/m3）[]1292[]892[]802[]719[]644[]573含氧量（g/m3）[]260[]206[]186[]166[]149[]133水沸點(diǎn)（℃）[]100[]90 []87[]84[]80[]773燃燒器在高海拔地區(qū)使用時(shí)的修正計(jì)算 由于空氣壓力、溫度和密度符合理想氣體的狀態(tài)方程，因此在一定溫度下，大氣壓力與其密度成正比，三者的關(guān)系用理想氣體狀態(tài)方程表示［3］： p=RρT（1） 或ρ=p/RT（2） 式中:p—大氣壓力，Pa； ρ—空氣密度，kg/m3； T—熱力學(xué)溫度，K； R—?dú)怏w常數(shù)，J/（kg·K） 。 對(duì)于空氣的氣體常數(shù)R=287J/（kg·K），我們?cè)谝阎碃顟B(tài)的兩個(gè)基本參數(shù)時(shí)，根據(jù)式（2）就可以求出在該狀態(tài)下的空氣密度。各地區(qū)的大氣壓力可以從相關(guān)資料中查到，也可用下式計(jì)算［4］； pH=p0（1-H/44340）5.256 （3） 式中:pH—海拔高度H處的大氣壓力，Pa； p0—海平面處的大氣壓力，Pa； H—海拔高度，m 。 15℃時(shí)常用海拔高度的空氣溫度、壓力和密度值如表2［4］。 表2常用海拔高度的空氣溫度、壓力和密度（15℃時(shí)) 海拔高度H（m）[]溫度T（K）[]壓力p（kPa）[]密度ρ（kg/m3）0[]288[]101.325[]1.2251000[]281.651[]89.872[]1.11172000[]275.154[]79.501[]1.00663000[]268.659[]70.121[]9.0925×10-14000[]262.166[]61.66[]8.1935×10-1如果我們將大氣含氧量的體積百分比近似為常數(shù)，通過(guò)公式（4）可以計(jì)算出不同海拔高度與地面等同條件下的相對(duì)氧氣密度。 ρ0′=CρH（4） 式中:ρ0′—不同海拔高度的相對(duì)氧氣密度，kg/m3; C—地面附近含氧量的百分比； ρH—不同海拔高度的空氣密度，kg/m3。 因?yàn)槊芏仁菃挝惑w積物質(zhì)所具有的質(zhì)量，兩個(gè)體積相同、密度不同的物質(zhì)之間的質(zhì)量比等于它們的密度比。所以，不同海拔高度的相對(duì)氧氣密度與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧氣密度的比值，等于兩者單位體積氧氣含量的質(zhì)量比，這一比值實(shí)際上就是不同海拔高度燃燒所需實(shí)際空氣量的修正值，即： K=ρ0′ /ρ0 （5） 式中：K—高原修正系數(shù)； ρ0—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氧氣密度，kg/m3。 表3所列數(shù)值為根據(jù)公式（4）和表2數(shù)值計(jì)算出的15℃時(shí)常用海拔高度的相對(duì)氧氣密度。 表3常用海拔高度的相對(duì)氧氣密度（15℃） 海拔高度H （m）[]1000[]2000[]3000[]4000相對(duì)含氧質(zhì)量ρ0′ （kg/m3）[]0.233[]0.211[]0.191[]0.17215℃（T=288K）時(shí)海拔高度為零的地面附近空氣含氧量的體積百分比為20.95%［5］，按照公式（4）此條件地面附近的氧氣密度： ρ0=Cρ=20.95%×1.225=0.2566kg/m3 則15℃（T=288K）時(shí)常用海拔高度的高原修正值如表4。 表4常用海拔高度的高原修正值（15℃） 海拔高度H（m）[]1000[]2000[]3000[]4000高原修正系數(shù)K[]0.908[]0.823[]0.744[]0.67根據(jù)參考資料［1］我國(guó)各地區(qū)冬、夏季的平均大氣壓力相差較小，證明溫度對(duì)同一氣體的壓力和密度的影響較小，因此，筆者在實(shí)際使用中基本上就是按照表4數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。只要在燃燒器的選型時(shí)適當(dāng)留出余量，就完全可以消除空氣溫度對(duì)氧氣密度的影響。 4高海拔地區(qū)燃燒器的選型 目前燃油、燃?xì)忮仩t通常配套進(jìn)口燃燒器，這類(lèi)燃燒器自帶鼓風(fēng)機(jī)。其輸出特性可以從每一個(gè)型號(hào)的特性曲線(xiàn)圖中得到。圖中的橫坐標(biāo)為燃燒器輸出功率，縱坐標(biāo)為鼓風(fēng)機(jī)壓力。針對(duì)特性曲線(xiàn)上的某一點(diǎn)，其橫坐標(biāo)值在表示燃燒器輸出功率的同時(shí)還代表這種燃燒器所帶鼓風(fēng)機(jī)滿(mǎn)足與此輸出功率相對(duì)應(yīng)的燃料完全燃燒能夠供應(yīng)的空氣量，其縱坐標(biāo)值為燃燒器在該輸出功率條件下克服鍋爐煙氣側(cè)總阻力的能力。因此，當(dāng)燃燒器在平原或接近標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下使用時(shí)，我們確定燃燒器型號(hào)通常按照以下步驟： （1）計(jì)算燃燒器的輸出功率Qb Qb=Q/η 式中：Q—鍋爐額定輸出功率，MW； η—鍋爐熱效率。 （2）確定配套鍋爐煙氣側(cè)總阻力ΔP （3）校核燃燒器鼓風(fēng)機(jī)壓力 根據(jù)燃燒器特性曲線(xiàn)圖，從輸出功率Qb向上畫(huà)線(xiàn)與特性曲線(xiàn)相交于一點(diǎn)Pf，選擇Pf&>ΔP特性曲線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的燃燒器型號(hào)即完成了燃燒器的選型。 燃燒器在高原使用時(shí)由于高原修正系數(shù)K值小于1，即空氣中的含氧量?jī)H相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的K倍，特性曲線(xiàn)上的Qb/k點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的空氣量才能滿(mǎn)足燃燒器輸出功率為Qb時(shí)燃料量的完全燃燒，而這一點(diǎn)的縱坐標(biāo)值還必須大于鍋爐煙氣側(cè)總阻力ΔP。高原使用條件下燃燒器的選型步驟如下： (1)計(jì)算高原修正系數(shù) K=ρ0′/ρ0 (2)計(jì)算燃燒器的實(shí)際輸出功率 Qb=Q/η (3)計(jì)算燃燒器滿(mǎn)足高原空氣量時(shí)的輸出功率 Qbh=Q/η·K (4)校核燃燒器鼓風(fēng)機(jī)壓力 根據(jù)燃燒器特性曲線(xiàn)圖，從Qbh向上與特性曲線(xiàn)相交的一點(diǎn)Pfh 。選擇Pfh &>ΔP特性曲線(xiàn)相對(duì)應(yīng)的燃燒器型號(hào)，即完成了燃燒器高原使用條件時(shí)選型。 例如意大利百得燃?xì)馊紵龣C(jī)用于海拔3000m的2.8MW熱水鍋爐的修正過(guò)程： （1）已知海拔3000m時(shí)，K=0.744 （2）鍋爐效率取η=91% 燃燒器滿(mǎn)足海拔3000m空氣量時(shí)的輸出功率Qb=2.8MW/0.744×91%=4.136MW （3）鍋爐總阻力ΔP=12mbar=1.2kPa （4）燃燒器的特性曲線(xiàn)如圖1［6］ 圖14.136MW時(shí)，幾種燃燒器對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)Pf即燃燒器鼓風(fēng)機(jī)壓頭 a．GI350DSPGNPf=11mbar&<ΔP b．GI420DSPGNPf=20mbar&>ΔP 因此在3000m海拔高度時(shí)選擇GI420DSPGN才能保證鍋爐達(dá)到2.8MW的額定負(fù)荷輸出。在進(jìn)行完高原修正計(jì)算后，Z后按燃燒器的實(shí)際燃?xì)饬窟x擇適當(dāng)口徑的電磁閥組。 5燃燒器在高海拔地區(qū)使用中的幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題 (1)不進(jìn)行選型計(jì)算 由于目前用于燃油、燃?xì)忮仩t的燃燒器基本上都是一體式帶鼓風(fēng)機(jī)的型式,很多廠(chǎng)家在選擇燃燒器配套時(shí)僅核算燃燒器的輸出功率是否滿(mǎn)足鍋爐的額定輸出功率，而不校核燃燒器所能克服鍋爐額定輸出時(shí)阻力的能力，造成了燃燒器運(yùn)行時(shí)噪音大振動(dòng)嚴(yán)重，燃燒效果差。在這種情況下操作者通常采用減少燃燒器輸出的辦法勉強(qiáng)運(yùn)行。因此，對(duì)于高海拔地區(qū)的燃燒器選型計(jì)算時(shí)，仔細(xì)校核燃燒器克服鍋爐阻力的能力是至關(guān)重要的。 (2)負(fù)荷調(diào)節(jié)不正確 由于天然氣作為燃料價(jià)格相對(duì)較高，很多使用單位在燃燒器運(yùn)行時(shí)，為了節(jié)約燃料采用和燃煤鍋爐相似的低溫常供運(yùn)行方式，燃燒器長(zhǎng)時(shí)間小火運(yùn)行。由于高海拔地區(qū)的特點(diǎn)，燃燒空氣量為平原的1/K倍，同等負(fù)荷條件下其理論燃燒溫度相對(duì)比平原低，此時(shí)長(zhǎng)期小負(fù)荷運(yùn)行無(wú)疑會(huì)進(jìn)一步降低排煙溫度，低于露點(diǎn)溫度時(shí)冷凝水大量出現(xiàn)，嚴(yán)重者集聚在后煙箱，造成了鍋爐的迅速腐蝕，減少了鍋爐使用壽命。所以從節(jié)約燃料和保證供熱效果以及延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的幾個(gè)方面考慮，燃燒器在高海拔地區(qū)運(yùn)行時(shí)采用高溫間斷供熱的運(yùn)行方式是比較好的選擇。 (3)沒(méi)有定期的維護(hù)、保養(yǎng)計(jì)劃 燃燒器作為機(jī)電一體化產(chǎn)品，運(yùn)行中的任何隱患都涉及到人和設(shè)備的生命財(cái)產(chǎn)安全。由于燃燒器進(jìn)入我國(guó)時(shí)間相對(duì)較短和燃燒器專(zhuān)業(yè)維修人員相對(duì)缺少的原因，很多使用單位從燃燒器安裝開(kāi)始就不再進(jìn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所要求的檢查與保養(yǎng)，致使燃燒器的運(yùn)行事故時(shí)有發(fā)生，并且隨著社會(huì)保有量的增加呈上升趨勢(shì)。因此，在國(guó)家主管部門(mén)未出臺(tái)燃燒器的強(qiáng)制檢查、保養(yǎng)規(guī)定以前，各使用單位加強(qiáng)燃燒器運(yùn)行中的班檢、周檢、月保養(yǎng)、季保養(yǎng)工作是十分必要的。
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