海拔对燃气用具热负荷影响的对策研究

摘 要

摘要：海拔对燃具热负荷存在不可忽视的影响，分析了现有解决方法存在的问题，提出提高燃具前供气压力的方法来消除此影响，分析了注意事项。关键词：燃具；海拔；大气压力；热负荷；灶前压力Co
摘要：海拔对燃具热负荷存在不可忽视的影响，分析了现有解决方法存在的问题，提出提高燃具前供气压力的方法来消除此影响，分析了注意事项。
关键词：燃具；海拔；大气压力；热负荷；灶前压力
Countermeasure Research on Influence of Altitude on Heat Load of Gas Appliance
WANG Qi，NIU Xiao-mei，GA0 Yong，ZHA0 Li-jun
Abstract：The altitude has a non-negligible effect on heat load of gas appliance. The problems with current solutions are analyzed，it is put forward that the effect is eliminated by increasing the gas supply pressure upstream of gas appliance，and the matters needing attention are analyzed.
Key words：gas appliance；altitude；atmospheric pressure；heat load；pressure upstream of hotplate
    中国地域辽阔，环境差异非常大，温度、湿度、海拔均对燃气用具(以下简称燃具)的燃烧工况有较大的影响。关于温度和湿度的影响已经有了成熟的结论，这里不再赘述。关于海拔对燃具性能的影响，特别是对燃具热负荷的影响，已有不少学者作过研究，并有了较好的结论，但没有很好的统一的解决方法。多年来燃具的生产企业在实践中发现一些规律，针对不同海拔、不同地区设计成不同的燃烧器喷嘴，以此来调整、消除海拔对燃具热负荷的影响。这一方法在实际运行中取得了较好的效果，但仍存在一些问题，本文对此进行研究，提出更为经济合理的方案。
1 现有方法存在的问题
    20世纪80年代，有一些燃气技术工作者发现，同一台灶具在不同地区，测试的热负荷有较大的差异，经过认真地分析研究，找出了症结所在，就是海拔不同，大气压力不同，导致了灶具的热负荷不同。GB 16410—2007《家用燃气灶具》给出了不同海拔灶具热负荷的修正计算公式[1]。
    很多燃具生产企业也在长期的生产实践中找到了这一规律，在设计时考虑其影响，对同样的燃具或者同一型号的燃具，当使用地区的海拔不同时，喷嘴直径有所不同，这样基本解决了海拔的影响。但我国燃具生产企业的水平参差不齐，仍有不少企业并不了解这一问题，存在高海拔地区的燃具热负荷偏小的现象，产品质量因此而不合格。表1给出不同海拔条件下的热负荷修正系数[2]。通过这种方法虽然在一定程度上能够解决海拔对热负荷的影响，但是也存在以下问题。
    ①给各个燃具生产企业的设计带来了很大的麻烦，设计时需要针对不同地区、不同海拔设计不同的喷嘴，况且还有不少的技术人员对此并不了解或者忽视了这一问题，常常出现燃具热负荷不达标，造成产品质量问题。
    ② 给燃具生产企业的管理带来了很大的麻烦，企业要增加很多的产品型号，例如，一个规格的产品，由于使用地的海拔不同就要有不同的型号，全国的城市海拔从0m到5000m，如果每1000m用1个型号，就需要6个型号。由于一般的居民用户对海拔并不是太了解，因此，燃具生产企业只好在产品的包装上标明使用地的名称，企业的包装类型又要增加很多，这样需要大量的样品库存。
表1 海拔与燃具热负荷的关系
海拔/m
大气温度/℃
大气压力/kPa
热负荷修正系数
0
15.0
101.3
1.0000
500
11.8
95.4
0.9761
1000
8.5
89.8
0.9525
1500
5.3
84.6
0.9299
2000
2.0
79.7
0.9078
2500
-1.3
74.8
0.8846
3000
-4.5
70.1
0.8616
3500
-7.8
65.7
0.8393
4000
-11.O
61.4
0.8166
4500
-14.3
57.6
0.7955
5000
-17.5
54.0
0.7750
6000
-24.0
47.0
0.7330
7000
-30.5
40.9
0.6926
8000
-37.O
35.9
0.6572
9000
-43.5
30.7
0.6163
    同样，燃具的零部件也要随着产品型号的变化而增多，零部件的库存也相应地增加，管理上更为复杂。
    ③ 给燃具生产企业经济上造成很大的浪费。由于产品的型号品种剧增，成品的库存量和零部件库存量增加，需要占用的流动资金就要增加。由于零部件型号增多，同型号的部件批量减少，平均每个零部件的成本要有所增加。
    ④ 由于海拔造成的地域性限制，产品不能互相替换，不利于产品的统一调拨，影响企业在产品销售时的灵活调度和产品供应。
2 改变供气压力及其注意事项
    为解决以上问题，我们可以采用提高灶前压力的方法，针对不同海拔，执行不同的供气压力级制。海拔与灶前额定供气压力的关系见表2。各城市按照自己所处的海拔确定灶前额定供气压力。不同海拔的城市，可参照表3给出的灶前额定供气压力值，使得燃具的热负荷通过供气压力的增加，消除海拔对燃具热负荷的影响。这样，燃气用具的生产可以全国统一。
表2 海拔与灶前额定供气压力的关系
海拔
灶前额定供气压力/kPa
/m
人工煤气
天然气
液化石油气
0
1.0
2.0
2.8
500
1.1
2.1
2.9
1000
1.1
2.2
3.1
1500
1.2
2.3
3.2
2000
1.2
2.4
3.4
2500
1.3
2.6
3.6
3000
1.3
2.7
3.8
3500
1.4
2.8
4.0
4000
1.5
3.0
4.2
4500
1.6
3.2
4.4
5000
1.7
3.3
4.7
6000
1.9
3.7
5.2
7000
2.1
4.2
5.8
8000
2.3
4.6
6.5
9000
2.6
5.3
7.4
表3 中国海拔为100m以上的主要城市的灶前额定供气压力
序号
城市名称
海拔/m
大气压力/kPa
灶前额定供气压力/kPa
人工煤气
天然气
液化石油气
1
拉萨
3658.0
65.1
1.4
2.8
4.0
2
西宁
2261.2
77.4
1.3
2.5
3.5
3
昆明
1891.4
81.0
1.2
2.4
3.3
4
兰州
1517.2
85.9
1.2
2.3
3.2
5
银川
1111.5
88.9
1.1
2.2
3.1
6
贵阳
1071.2
89.2
1.1
2.2
3.1
7
呼和浩特
1063.0
89.5
1.1
2.2
3.1
8
乌鲁木齐
800.0
92.0
1.1
2.2
3.0
9
太原
777.9
92.6
1.1
2.2
3.0
10
成都
505.9
95.5
1.1
2.1
2.9
11
西安
396.9
96.8
1.1
2.1
2.9
12
重庆
259.1
98.2
1.0
2.0
2.8
13
长春
236.8
98.5
1.0
2.0
2.8
14
哈尔滨
171.7
99.3
1.0
2.0
2.8
15
郑州
110.4
100.2
1.0
2.0
2.8
注：大气压力为冬、夏季的平均值。
   用提高燃具前额定供气压力的办法提高燃具热负荷，在美国、欧洲国家也采用[2、3]。但应注意以下几点。
    ① 给生产调压器的企业带来麻烦。生产调压器的企业要根据使用地的海拔，确定调压器的出口压力，这一点对于生产城镇燃气调压器的企业并不难，因为调压器在安装后一般都要进行现场调试。在现场调试时按照当地的海拔确定调压器的出口压力。但对于瓶装液化石油气调压器的生产企业就有一定的难度，要针对不同地区设定不同的出口压力，存在与燃具相似的问题。
    ② 设计单位要考虑海拔与灶前额定供气压力的关系，提高区域调压器或楼栋调压器的出口压力。根据《城镇燃气设计规范》GB 50028—2006的规定，燃气调压站或调压箱的出口压力可按下式计算[4]：
    p=1.5psup+150Pa
式中p——调压站的出口压力，Pa
    psup——不同海拔下的灶前额定供气压力，Pa
    ③ 检测单位(主要是高海拔地区的检测单位)要根据当地海拔所对应的灶前额定供气压力作为检测时的额定压力。这一额定压力要在标准或者地方法规中作出明确的规定，否则会引起不必要的争议。
    ④ 对于燃气公司，只要灶前额定供气压力确定后，运行时与常规完全一样。但要求燃气公司的技术人员和管理人员对此应有所了解。
    ⑤ 对燃具燃烧稳定性的影响。由于燃具燃烧器火孔面积不变，提高了灶前压力，相当于增大了燃气流量，虽然热负荷没有增加，但火孔出I=I流速增加，而燃烧速度变化不会太大。这样燃具会有脱火的趋势，但对燃具的抗回火性能会更好，这就要求在设计燃具燃烧器时尽量考虑到这一点，以保证稳定燃烧。
    ⑥ 对燃具CO排放量、热效率的影响等问题，还未作更深入的研究，有待于进行实验研究。
    ⑦ 对于以上第⑤、⑥项，可以作一对比，将现行的方法和改变供气压力的方法的燃烧工况进行对比。
3 结论与建议
    ① 可以采用提高灶前供气压力的方法来消除海拔对燃具热负荷的影响。对于该方法出现的新问题，应在今后的工作实践中逐步加以解决。
    ② 关于海拔对燃烧工况、烟气排放、燃具热效率的影响等相关问题，希望有识之士作更进一步的深入研究。
    ③ 应在《城镇燃气设计规范》中引入供气压力随海拔变化这一新概念，提高燃气供应系统的设计水平。
参考文献：
[1] GB 16410—2007，家用燃气灶具[S].
[2] ANSI Z 223.1—2002，NFPA 54—2002，美国国家燃气规范[S].
[3] EN 437—2003，测试燃气、测试压力及燃气用具类型[S].
[4] GB 50028—2006，城镇燃气设计规范[S].
 
(本文作者：王启1 牛晓梅1 高勇2 赵力军3 1.中国市政工程华北设计研究总院 天津 300074；2.国家燃气用具质量监督检验中心 天津 300384；3.中国石油天然气管道工程有限公司东北分公司 吉林长春 130000)