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(qū)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(chǔ)且必不可少的、事關(guān)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(qū)使用適應(yīng)性問題，以此來消除當?shù)貧夂蚝铜h(huán)境對燃氣采暖熱水爐的影響，提出更加經(jīng)濟合理的解決方案，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如下。

　　西藏拉薩氣候主要特點

　　1高海拔地區(qū)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(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、單采暖帶儲水罐等;其整機的結(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。因此解決高海拔對燃氣采暖熱水爐的影響，也主要圍繞以上幾大內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(diào)試的燃氣采暖熱水爐安裝在拉薩地區(qū)使用時，熱負荷將偏小。通過GB25034-2010可得出對應(yīng)的海拔高度與燃氣采暖熱水爐熱負荷的關(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基準氣低熱值的數(shù)值，單位為兆焦每標準立方米(MJ/Nm3);

　　V—試驗燃氣流量的數(shù)值，單位為立方米每小時(m3/h);

　　Pg—試驗時燃氣流量計內(nèi)的燃氣壓力的數(shù)值，單位為千帕(kPa);

　　Pa—試驗時的大氣壓力數(shù)值，單位為千帕(kPa);

　　tg—試驗時燃氣流量計內(nèi)的燃氣溫度的數(shù)值，單位為攝氏度(℃);

　　d—干試驗氣的相對密度的數(shù)值;

　　dr—基準氣的相對密度的數(shù)值;

　　Ps—在tg時的飽和水蒸氣壓力的數(shù)值，單位為千帕(kPa);

　　0.622—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氣采暖熱水爐熱負荷的對應(yīng)關(guān)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(qū)使用時輸出的熱負荷為24kW，在廣州地區(qū)輸出的熱負荷應(yīng)調(diào)試為28.5953kW。(以下舉例均以該機型為例)

　　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(shè)計計算可得以下燃氣流量參數(shù)，分別是廣州和拉薩兩地對比，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?shù)氐妮斎牍β收鬯愠鰪V州當?shù)氐墓β蕝?shù)進行出廠調(diào)試。

　　1.2海拔高度對燃氣采暖熱爐中燃燒系統(tǒng)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(tǒng)，燃燒所需要的過剩空氣系數(shù)一般為1.3～1.8。過?？諝膺^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?？諝膺^少又會影響燃燒系統(tǒng)的煙氣指標及燃燒工況，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，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(chǎn)生碳顆粒，影響換熱器使用壽命以及堵塞煙氣通道。

　　我們設(shè)計的時候采用了以下的解決方案，可以有效改善在氧氣不足情況下對燃燒系統(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脫火現(xiàn)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(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—燃燒器熱負荷(kW);

　　Hi—燃氣低熱值(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—一個火孔的面積(mm2);

　　qp—火孔熱強度(kW/mm2);

　　K—與燃氣性質(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—表示燃氣性質(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(jié)構(gòu)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?？諝鉁p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(shù)量：

　　1)由第1點中可知，高海拔地區(qū)對燃氣采暖熱水爐負荷的影響,燃燒器每排火排設(shè)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(qū)使用為例，根據(jù)表3在平原地區(qū)輸出的熱負荷應(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(shù);

　　s—燃氣的相對密度;

　　P—噴嘴前燃氣壓力(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—燃氣的相對密度。

　　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(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(tǒng)產(chǎn)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(qū))氧含量大約只有平原地區(qū)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(guān)動作參數(shù)的影響。

　　風壓差開關(guān)的主要功能：用于檢測煙管的通暢情況、在煙氣超標前關(guān)閉設(shè)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(shè)計了文丘里管來采集負壓，分別采集排煙管內(nèi)或空氣室負壓的壓力參數(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。風壓開關(guān)屬燃燒系統(tǒng)的保護部件，為確保燃燒的安全起到關(guān)鍵的作用，因此其動作必須準確。

　　1.4高海拔對采暖水路循環(huán)系統(tǒng)的影響

　　在燃氣采暖熱水爐中，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)對水泵電機溫升，水泵電機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(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

　　式中△NC—電機軸功率下降值;

　　h—為當?shù)睾０?

　　△i=0.01×電機溫升極限/100;

　　F—級電機定子、轉(zhuǎn)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(huán)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(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。用供暖體積熱指標表征建筑物供暖熱負荷的大小。計算詳見《采暖空調(diào)制冷手冊》(機械工業(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(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荷的燃氣采暖熱水爐功率。

　　2總結(jié)

　　對高海拔地區(qū)開發(fā)合適的燃氣采暖熱水鍋爐，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、熱負荷不達標等問題，給消費者帶來影響，甚至出現(xiàn)安全隱患等。通過以上針對高海拔燃氣采暖熱水爐的調(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，同時也給燃氣采暖熱水爐帶來了新的課題。