高原地区对燃气壁挂炉热输入的影响

第1页（共5页）高海拔地区对燃气采暖热水炉热输入的影响近年来，随着我国生活水平的提高，燃气采暖热水炉分户供暖在内地大部分城市得到了广泛的应用。今年拉萨市政府开工建设燃气采暖热水炉分户供暖工程，预计2012年内拉萨市需完成分户燃气采暖热水炉供暖3.2万户（供暖面积426.8万平方米）。由此越来越多燃气采暖热水炉登上雪域高原，为西藏人民送去温暖。现今国内市场上销售的燃气采暖热水炉是依照低海拔地区的相关条件设计的，没有根据高海拔地区的特点进行针对性的设计。因此，当传统的非冷凝式的燃气采暖热水炉进入西藏市场时，西藏地区极高的海拔造成的大气压低、空气稀薄，给燃气采暖热水炉在当地的使用带来了很多问题。广州和拉萨的对比实验表明，在低海拔地区（大气压力101.3kPa左右）调试好的燃气采暖热水炉，运行在拉萨地区（大区压力65.6kPa左右）时，热输入大幅降低，造成房间不暖、卫生热水产出率不足等现象。本文针对燃气采暖热水炉在西藏工作时热输入降低的现象，尝试从高海拔因素对燃烧速度、燃气密度和公式计算等方面的影响，导致热输入变化的问题进行探讨。希望这些探讨能对同行在设计高海拔地区燃气采暖热水炉产品时有所助益。1高海拔低气压对燃烧速度的影响西藏地处高原，大气压力低、空气稀薄、空气中的氧气含量比内地有不现程序的下降。不同大气压力对燃气采暖热水炉的燃烧速度有着重要影响，同时大气压力的变化引起燃气密度改变。燃烧速度反映单位时间内可燃物燃烧的量。对于燃气采暖热水炉，由于热输入计算时用的是燃气的计量体积，因此燃烧速度可以认为是单位时间内燃气消耗的体积。当燃烧速度发生改变时，单位时间燃烧消耗的体积发生改变，相应的，单位内时间内产生的热值也发生改变，即热输入发生了变化。常见家用燃气采暖热水炉的燃烧室压力为微负压（强制排气型），其燃烧室压力可当地大气考虑。燃气在燃烧过程，称为同相反应，大气压力对燃烧速度的影响可由质量作用定律进行分析。燃烧速度mW与燃烧室内压力P存在如下关系：nmPW（1）式中：mW为燃烧速度；P为燃烧室内压力；n为反应级数（煤气m=2；轻油n=1.5；重油及煤n=1）从公式看出，大气压力对燃气锅炉燃烧速度影响最为显著，因为其燃烧速度与燃烧室内压力的平方成正比。拉萨地区海拔高度约3658米，实测大气压力65.8kPa,与平原地区相比00202042.0)3.1018.65()(mmmHHm（2）式中：HmW为高海拔地区燃烧速度；0mW为平原地区燃烧速度；HP为高海拔地区的大气压力；0P平原地区的大气压力。由此可见，拉萨地区的燃烧速度仅为平原的42%；燃烧速度的降低意味着单位时间内燃气燃烧释放的热量减少，从而导致燃气采暖热水炉的热输入降低。2高海拔低气压对燃气密度的影响假设在高、低海拔地区的使用的燃气组分相同，依据理想气体状态方程nRTPV,用密度表示该关系为RTPM→RTPM（3）平原地区的燃气密度为00000TRMP第2页（共5页）高海拔地区的燃气密度为HHHHHTRMP（4）由于燃气组分不变HRR0,HMM0；当温度T一定时(如，均为15℃)HTT0则000000PPTRMPTRMPHHHHHH00PPHH（5）故拉萨地区海拔高度约3658米，实测大气压力65.8kPa,与平原地区相比其密度为00PPHH＝0065.03.1018.65式中：H为高海拔地区的燃气密度；0平原地区的燃气密度；由于燃气密度的减少，相同体积的燃气燃烧释放的热量也在减少。3热输入计算3.1应用GB25034的公式计算按GB25034-2010标准7.3章节公式计算rggagiddtpppVHQ15.27315.2883.1013.1013.1016.31（6）式中：Q——15℃、大气压101.3kPa、干燥状态下的折算热输入的数值，单位为千瓦（kW）；Hi——15℃、101.3kPa基准气低热值的数值，单位为兆焦每标准立方米（MJ/Nm3）；V——试验燃气流量的数值，单位为立方米每小时（m3/h）；pg——试验时燃气流量计内的燃气压力的数值，单位为千帕（kPa）；pa——试验时的大气压力的数值，单位为千帕（kPa）；tg——试验时燃气流量计内的燃气温度的数值，单位为摄氏度(℃)；d——干试验气的相对密度的数值；dr——基准气的相对密度的数值；举例：同一台燃气采暖热水炉在广州和拉萨两地测试数据及按按GB25034-2010标准7.3章节公式计算结果如下表：表1：用GB25034公式计算热输入的结果对比第3页（共5页）参与热输入计算的项目单位广州数据拉萨数据在15°C1013.25mbar燃气低位热值(Hi)MJ/m333.9833.98基准气相对密度(dr)0.55480.5548试验气相对密度(d)0.55650.5565大气压力(pa)kPa100.765.8流量计内燃气压力(pg)kPa2.02.0燃气温度(tg)°C22.0022.00房间温度(ta)°C23.024.0燃气流量(V)m3/h2.5453.032供水温度(TM)°C78.8681.60回水温度(TR)°C59.4561.80供暖水质量流量(M)kg/h975.0750.0热输入（Q）kw24.223.4热输出（Qwater)kw22.017.3计算热效率%91.0473.80从表1中，可以看出，在拉萨测试时，热输入和热输出相差很大，导致由此计算得到的热效率远远低于广州测试数据。3.2应用EN483的公式计算按EN483:2000标准7.3章节公式计算rggagicddtpppVHQ15.27315.28825.101325.101325.10133600103（7）式中：Qc是相对于净热值修正后的输入热量（1013.25毫巴，15℃，干燥燃气），kW；V是在仪表处的湿度、温度和压力条件下测得的燃气体积流量，m3/h；M是测得的质量流量，kg/h；Hi是干燥的基准燃气在15℃、1013.25毫巴时的净热值，MJ/m3；tg是在测量仪表处的燃气温度，℃；d是试验燃气的密度，3/mkg；dr是基准燃气的密度，3/mkg；pg是测量仪表处的燃气压力，毫巴；pa是试验时的大气压力，毫巴。同3.1中的测试数据，按EN483:2000标准7.3章节公式计算结果见下表二：表2：用EN483公式计算热输入的结果对比第4页（共5页）参与热输入计算的项目单位广州数据拉萨数据在15°C1013.25mbar燃气低位热值(Hi)MJ/m333.9833.98基准气密度(dr)kg/m^30.67980.6798试验气密度(d)kg/m^30.68190.4419大气压力(pa)kPa100.765.8流量计内燃气压力(pg)kPa2.02.0燃气温度(tg)°C22.0022.00房间温度(ta)°C23.024.0燃气流量(V)m3/h2.5453.032供水温度(TM)°C78.8681.60回水温度(TR)°C59.4561.80供暖水质量流量(M)kg/h975.0750.0热输入（Q）kw24.218.8热输出（Qwater)kw22.017.3计算热效率%91.0491.68从表2可以看出，广州和拉萨的测试数据计算得到的热效率一致，得出的结论远比3.1中的合理。3.3两个公式计算结果的讨论从表1运用按GB25034-2010标准7.3章节公式计算结果看出，虽然公式对测试环境大气压力进行修正，实验证明由于大气压力的变化，会造成燃气流量(V)变化。且GB25034的公式引用的是相对密度比值d/dr，按照公式定义，不论在拉萨还是在广州，这个比值都是一样的。得到的结果是测试热输入计算结果与广州测试的基本一致，但热输入与热输出有着显著差异。表2按EN483:2000标准7.3章节公式引用了燃气密度进行修正，所以计算热输入结果更接近实际测试情况。4不同海拔高度对热输入的影响及相应补尝系数燃气流量（V）受燃烧器的喷嘴和燃烧密度影响关系SHdV20035.0（8）式中：V燃气流量d喷嘴直径喷嘴流量系数，与喷嘴的结构形式、尺寸和燃气压力有关；H燃气压力S燃气的相对密度；由于燃气相对密度airHS；燃气压力P为厂家规定的二次压力，不随海拔高度变化，由此可得不同海拔高度与海平面的相对热输入偏差（按EN483:2000标准7.3章节公式）rggagirHHgHgHaHgHiHddtpppVHddtpppVHQQZ0000033015.27315.28825.1013025.101325.101336001015.27315.28825.101325.101325.1013360010（9）在式中设rHHgHgdddtt00,,Hgp和0gp相对于Hap及0ap相差数量级关系，将其忽略，由上式处理后得不同海拔高度与海平面的相对热输入偏差第5页（共5页）015.28815.273025.101325.101325.1013015.27315.28825.101325.101325.10130000aHaggagaHaHgHgHaHgaappZtppppptpppHppZ（10）热输入补偿系数Zf1（11）通过计算不同海拔高度与海平面的相对热输入偏差及补偿系数见下表三：海拔高度（m)大气压力（kPa)热输入相对偏差补偿系数0101.3100.0%1.0050095.497.0%1.03100089.894.2%1.06150084.591.3%1.10200079.488.5%1.13250074.685.8%1.17300070.083.2%1.20350065.780.5%1.24400061.678.0%1.28450057.775.5%1.33500054.073.0%1.37550050.470.6%1.42600047.168.2%1.47650044.065.9%1.525综述在高原测试燃气采暖热水炉时，计算其热输入按EN483:2000标准7.3章节公式引用了燃气密度进行计算热输入，计算结果更准确反映了其在高原地区的热输入状况；高原地区低气压对燃气采暖热水炉的热输入影响比较大，对此我们可以依据表三的热输入补偿系数对不同海拔高度的燃气采暖热水炉进行调整热输入，为了其在高原当地达到额定的热输入。参考文献：(1)同济大学等《燃气燃烧与应用》；(2)陈善军《高原地区小型燃气（油）锅炉设计探讨》；(3)张坤东《海拔高度对燃烧性影响及设计补偿方法探讨》；(4)EN483《燃气中央采暖锅炉—标称热输入热量不超过70kW的C型锅炉》；(5)GB25034《燃气采暖热水炉》