高海拔地區使用燃氣熱水鍋爐的注意事項

　　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，對燃氣采暖熱水鍋爐燃燒工況和熱負荷的影響很大。那么，在高海拔地區使用燃氣熱水鍋爐需要哪些的注意事項呢，中正鍋爐小編推薦以下文章給予解決。

　　隨著我國人民生活水平的不斷提高，城市供暖變成一項基礎且必不可少的、事關廣大居民安全過冬的一項重要民生工程。自2012年西藏拉薩市供暖工程開工以來，天然氣管道入戶，燃氣采暖熱水爐開始走進廣大普通藏民家庭。

　　本文主要是分析和解決普通燃氣采暖熱水鍋爐在高海拔地區使用適應性問題，以此來消除當地氣候和環境對燃氣采暖熱水爐的影響，提出更加經濟合理的解決方案，為廣大藏民家庭提供安全、合格的產品。

　　高海拔地區主要以西藏拉薩地區為例，西藏拉薩氣候主要特點如下。

　　西藏拉薩氣候主要特點

　　1高海拔地區對燃氣采暖熱水爐的影響

　　在解決方案說明前，我們先簡單介紹燃氣采暖熱水爐的基本原理。目前市場上產品按輸出功率分，主要有18kW、24kW、28kW、32kW、36kW;按使用功能分，有采暖衛浴雙功能、單采暖、單采暖帶儲水罐等;其整機的結構主要分為水路系統、燃燒系統、排煙系統、控制系統等，如圖1所示。因此解決高海拔對燃氣采暖熱水爐的影響，也主要圍繞以上幾大內部結構進行改善。

　　1.1海拔對燃氣采暖熱水爐熱負荷的影響

　　海拔高度和大氣壓力影響燃氣采暖熱水爐的熱負荷，以廣州為例，調試的燃氣采暖熱水爐安裝在拉薩地區使用時，熱負荷將偏小。通過GB25034-2010可得出對應的海拔高度與燃氣采暖熱水爐熱負荷的關系。

　　Q—15℃、大氣壓101.3kPa、干燥狀態下的折算熱輸入的數值，單位為千瓦(kW);

　　Hi—15℃、101.3kPa基準氣低熱值的數值，單位為兆焦每標準立方米(MJ/Nm3);

　　V—試驗燃氣流量的數值，單位為立方米每小時(m3/h);

　　Pg—試驗時燃氣流量計內的燃氣壓力的數值，單位為千帕(kPa);

　　Pa—試驗時的大氣壓力數值，單位為千帕(kPa);

　　tg—試驗時燃氣流量計內的燃氣溫度的數值，單位為攝氏度(℃);

　　d—干試驗氣的相對密度的數值;

　　dr—基準氣的相對密度的數值;

　　Ps—在tg時的飽和水蒸氣壓力的數值，單位為千帕(kPa);

　　0.622—理想狀態下水蒸氣相對密度的數值。

　　根據以上計算公式可得出海拔高度與燃氣采暖熱水爐熱負荷的對應關系，如表3所示。

　　例如：以迪森公司一款SD24-C4機型燃氣采暖熱水爐(熱效率為91%)為例，為了保證在拉薩地區使用時輸出的熱負荷為24kW，在廣州地區輸出的熱負荷應調試為28.5953kW。(以下舉例均以該機型為例)

　　為了解決在平原地區調試好的產品可在高海拔地區(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，達到增加燃氣流量來消除海拔高度對采暖熱水爐熱負荷的影響。

　　按設計計算可得以下燃氣流量參數，分別是廣州和拉薩兩地對比，因此在產品出廠前調試時，產品的輸入功率須按拉薩當地的輸入功率折算出廣州當地的功率參數進行出廠調試。

　　1.2海拔高度對燃氣采暖熱爐中燃燒系統的影響

　　燃氣采暖熱水爐大部分都采用大氣式燃氣燃燒系統，燃燒所需要的過剩空氣系數一般為1.3～1.8。過剩空氣過多，導致熱效率降低，過少導致燃燒不充分。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，過剩空氣過少又會影響燃燒系統的煙氣指標及燃燒工況，表現主要有以下幾方面：

　　1)氧氣不足情況下，煙氣指標變差，如CO、NOX增高;

　　2)氧氣不足情況下，影響火焰的穩定性，即火焰高度變長，嚴重的會導致火焰的外焰燒到主換熱器;

　　3)氧氣不足情況下，導致燃燒不充分，主換熱器的翅片易產生碳顆粒，影響換熱器使用壽命以及堵塞煙氣通道。

　　我們設計的時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燃燒系統的影響：

　　減少燃燒器的火排出口面流速以及增加火排的數量，可以有效解決燃燒時脫火現象及火焰高度拉長等問題，燃氣燃燒更加充分，閥后壓力不至于過高。

　　A燃燒器的火排出口面從槽形孔更改為圓孔加槽形，更加適應高原地區氧氣不足情況。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—燃燒器熱負荷(kW);

　　Hi—燃氣低熱值(kJ/Nm3);

　　α'—一次空氣系數;

　　V0—理論空氣需要量(Nm3/Nm3);

　　vp—火孔出口氣流速度(Nm/s);

　　qp—火孔熱強度(kW/mm2)。

　　hic=0.86Kfpqp×103(式2-2)

　　式中hic—火焰的內錐高度(mm);

　　fp—一個火孔的面積(mm2);

　　qp—火孔熱強度(kW/mm2);

　　K—與燃氣性質及一次空氣系數有關的系數。

　　式中hoc—火焰的外錐高度(mm);

　　n—火孔排數;

　　n1—表示燃氣性質對外錐高度影響的系數;

　　s—表示火孔凈距對外錐高度影響的系數。

　　由式2-1中可知，燃氣在充分燃燒的情況下，燃氣低熱值Hi和理論空氣需要量V0是受海拔影響很小，本文不做討論。燃燒器火排出燃氣面從槽形孔更改為圓孔加槽形(如圖2所示)。在熱負荷一定情況下，燃燒火孔總面積FP增大，qp(火孔熱強度)變小，圓孔加槽形結構使得燃氣與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，燃氣的燃燒更充分，過剩空氣減少，使得熱效率增大。在滿足冬季含氧量少的情況，夏季使用時熱效率不至于降低的特點。

　　B增加大氣燃燒器的火排數量：

　　1)由第1點中可知，高海拔地區對燃氣采暖熱水爐負荷的影響,燃燒器每排火排設計負荷一般為2kW，共12排火排，以一臺24kW燃氣采暖熱水爐在拉薩地區使用為例，根據表3在平原地區輸出的熱負荷應調試為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，使燃氣和空氣混合燃燒更充分。

　　我們通過以下噴嘴直徑公式進行分析：

　　式中d—噴嘴直徑(mm);

　　Lg—燃氣流量(m3/h);

　　μ—噴嘴流量系數;

　　s—燃氣的相對密度;

　　P—噴嘴前燃氣壓力(Pa)。

　　以及質量引射系數μ算法如下：

　　式中μ—質量引射系數;

　　V0—理論空氣需要量;

　　α'—一次空氣系數;

　　s—燃氣的相對密度。

　　大氣式燃燒器的一次空氣系數α'通常為0.45～0.75，因為西藏空氣中的含量相對少，V0理論空氣需要量需要增大，所以燃燒器中質量引射系數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可以適當減小。

　　1.3增大風機的排風量，以便提供充分的氧氣燃燒

　　燃氣采暖熱水爐大都采用強制排煙方式，風機在燃氣采暖熱水爐中的作用就是將煙氣強制排到室外，同時使封閉的燃燒系統產生負壓，通過平衡煙道將室外的空氣吸入燃燒室以滿足燃燒所需，使燃氣充分燃燒。從表1可知，高原上(拉薩地區)氧含量大約只有平原地區64.3%，主要有以下兩點影響：

　　其一、在高原上，為了保證燃氣采暖熱水爐中的燃氣充分燃燒，必須增加風機風量Q，可通過增大風機的功率及渦輪;

　　其二、風壓差開關動作參數的影響。

　　風壓差開關的主要功能：用于檢測煙管的通暢情況、在煙氣超標前關閉設備(即CO濃度大于0.1%)以及風機的運行情況。其原理利用流體力學中的理論設計了文丘里管來采集負壓，分別采集排煙管內或空氣室負壓的壓力參數。由于采集的氣壓受到氣壓環境的影響，如大氣壓、環境溫度。風壓開關屬燃燒系統的保護部件，為確保燃燒的安全起到關鍵的作用，因此其動作必須準確。

　　1.4高海拔對采暖水路循環系統的影響

　　在燃氣采暖熱水爐中，采暖水路循環系統的作用是將采暖水加熱，并使其在采暖系統中循環。其核心部件就是循環水泵，其作用是提供熱水在采暖系統中的循環動力。在西藏拉薩地區對水泵電機溫升，水泵電機電暈的換向均有不利影響，因此設計水路系統中水泵功率要滿足所需克服的水阻揚程。

　　1)海拔高，水泵電機溫升越大，輸出功率小;

　　2)高壓電機在高原使用時要采取防電暈措施。

　　根據《工業泵選用手冊》海拔高原對水泵選擇使用時功率降低的關系計算如下：

　　△NC=[(h-1000)△i-(40-tat)]NC/100

　　式中△NC—電機軸功率下降值;

　　h—為當地海拔;

　　△i=0.01×電機溫升極限/100;

　　F—級電機定子、轉子溫升極限145℃;

　　tat—使用地點的最高溫度;

　　NC—水泵計算的軸功率。

　　1.5環境溫度對燃氣采暖熱水爐的選型

　　燃氣采暖熱水爐進行獨立采暖，其供熱的熱負荷必須與室外的傳熱熱負荷達到平衡，這樣才能夠按用戶要求達到舒適溫度。建筑物的供暖熱負荷，主要取決于通過垂直圍護結構(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，因而不是直接取決于建筑面積。用供暖體積熱指標表征建筑物供暖熱負荷的大小。計算詳見《采暖空調制冷手冊》(機械工業出版社，1997.10)。我們可以用以下公式就能計算出需要供暖熱負荷的大小。

　　Q(取暖)=q(單位面積熱負荷指標)×S(供暖面積)

　　其中Q—表示供暖熱負荷的大小;

　　q—代表單位面積熱負荷指標;

　　S—代表供暖面積。

　　單位面積熱負荷指標我們可以估算出所需的熱負荷：對北京地區居民取暖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Q數值選用匹配輸出熱負荷的燃氣采暖熱水爐功率。

　　2總結

　　對高海拔地區開發合適的燃氣采暖熱水鍋爐，需要從整個燃燒系統、排煙系統和采暖水路循環系統上調整，否則會出現回火、煙氣超標、熱負荷不達標等問題，給消費者帶來影響，甚至出現安全隱患等。通過以上針對高海拔燃氣采暖熱水爐的調整，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，同時也給燃氣采暖熱水爐帶來了新的課題。