配氣基本原理與實踐

李春麗

[摘要]本文介紹了實驗室燃氣配氣的基本原理并進行了闡述，同時根據(jù)設(shè)計氣的華白數(shù)和燃燒勢，介紹了實際使用H₂、N₂、CH₄幾種單一氣體配氣計算并舉例；介紹了使用使用高熱值華白數(shù)為配氣計算基準(zhǔn)和使用低熱值華白數(shù)為計算基準(zhǔn)的區(qū)別。

[關(guān)鍵詞]配氣基本原理；華白數(shù)；燃燒勢；配氣系統(tǒng)；互換性

1.引言

隨著我國燃氣工業(yè)的不斷發(fā)展，供氣規(guī)模和氣源類型及燃氣具的類型不斷增加。燃氣工業(yè)發(fā)展帶動了燃氣具特別是名用燃氣用具的發(fā)展和普及，如燃氣熱水器、燃氣灶具、燃氣熱水兩用爐。近幾年隨著西氣東輸?shù)裙こ掏度胧褂?，天然氣不斷普及，但是不少地方受條件的限制，仍然在使用人工煤氣，使用的氣源仍然很雜。這就對民用燃氣具生產(chǎn)制造廠商提出了一定的要求，如何生產(chǎn)出適用于該地區(qū)的燃具，確保正常使用并性能等指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求顯得尤為重要。

2.配氣的基本原理

2.1燃氣互換性和燃具適應(yīng)性

任何燃具都是按一定燃氣成分設(shè)計的。當(dāng)燃氣成分發(fā)生變化而導(dǎo)致其熱值、密度和燃燒特性發(fā)生變化時，燃具燃燒器的熱負荷、燃燒穩(wěn)定性、火焰結(jié)構(gòu)、煙氣中有害成分的含量等燃燒工況就會改變。如果可以通過調(diào)整或更換燃燒器來適應(yīng)新的燃氣，則問題就不存在。但實際成千上萬的燃具分散在千家萬戶，不可能去全部調(diào)整或更換燃燒器。因此以一種燃氣代替另一種燃氣時，必須考慮互換性問題。

設(shè)某一燃具以A燃氣為基準(zhǔn)進行設(shè)計，由于某種原因要以S燃氣置換A燃氣，如果燃燒器此時不加任何調(diào)整而能保證燃具正常工作，則表示S燃氣可以置換A燃氣，或稱S燃氣對于A燃氣而言具有“互換性”。A燃氣稱為“基準(zhǔn)氣”，S燃氣稱為“置換氣”。反之，如果燃具不能正常工作，則稱S燃氣對A燃氣而言沒有互換性。

但是，互換性并不總是可逆的，即S燃氣能置換A燃氣，并不代表A燃氣一定能置換S燃氣。

根據(jù)燃氣互換性的要求，當(dāng)氣源供給用戶的燃氣性質(zhì)發(fā)生改變時，置換氣必須對基準(zhǔn)氣具有互換性，否則就不能保證用戶安全、經(jīng)濟地用氣?？梢?，燃氣互換性是對燃氣生產(chǎn)單位提出的要求，它限制了燃氣性質(zhì)的任意改變。為了達到互換性的要求，制氣方法不能隨意選用，但從保證整個燃氣供應(yīng)系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟性來講，這是完全合理和必要的。

兩種燃氣是否能夠互換，并非只決定于燃氣性質(zhì)本身，它還與燃燒器及其它部件的性能有密切關(guān)系。一般來說，燃燒器即使在不做任何調(diào)整的情況下，也能適應(yīng)燃氣成分的某些改變。

所謂燃具適應(yīng)性，是指燃具對于燃氣性質(zhì)變化的適應(yīng)能力。決定燃具適應(yīng)性大小的主要因素是燃燒器的性能，但是燃具的其它性能（例如，二次空氣的供給情況，敞開燃燒還是封閉燃燒等）也影響其適應(yīng)性。因此，通常所講的適應(yīng)性應(yīng)理解為燃具的適應(yīng)性，而不單單是燃燒器的適應(yīng)性。

2.2基本原理

決定燃氣燃燒特性的參數(shù)主要是燃氣的華白數(shù)和燃燒勢，如果我們有一種實驗氣，它的華白數(shù)和燃燒勢與設(shè)計氣完全相同，那么這種實驗氣在同一燃具上燃燒獲得的特性就與設(shè)計氣完全相同。配氣就是根據(jù)這一原理，按照設(shè)計氣的華白數(shù)和燃燒勢，用幾種單一的氣體模擬配制出與設(shè)計氣華白數(shù)和燃燒勢完全相同的實驗氣，用這種模擬的實驗氣來對設(shè)計的燃具產(chǎn)品進行檢測。

2.3配氣的基本計算

2.3.1華白數(shù)W

設(shè)有兩種燃氣的熱值和密度均不相同，但只要它們的華白數(shù)相等，就能在同一燃氣壓力和同一燃具上獲得相同的熱負荷，華白數(shù)又稱熱負荷指數(shù)。華白數(shù)W表示為：

3.使用高熱值華白數(shù)和使用低熱值華白數(shù)為配氣計算基準(zhǔn)的區(qū)別

我國燃具測試計算采用的是燃氣的低熱值，與燃具實際熱負荷等指標(biāo)相對應(yīng)的應(yīng)該是該地區(qū)燃氣的低熱值華白數(shù)。因此使用低熱值華白數(shù)為基準(zhǔn)計算似乎更合理。但實際目前采用的多為高熱值華白數(shù)作為配氣計算基準(zhǔn)。經(jīng)實際配制試驗我們得出：大部分地區(qū)以高熱值華白數(shù)和以低熱值華白數(shù)計算得出的結(jié)果相差不大。

以高、低熱值華白數(shù)為基準(zhǔn)配制的氣源，經(jīng)分析計算得到的低熱值華白數(shù)偏差大多在±1%以內(nèi)；少量例子兩種計算方法得到低熱值華白數(shù)的偏差在-2～+4%。以高熱值華白數(shù)為基準(zhǔn)配氣計算產(chǎn)生的計算偏差還是有規(guī)律可循：目標(biāo)氣不合氫的組分增大會產(chǎn)生正偏差（特別是CO），如CO含量為10%時，正偏差約為1%；CO為20%時，正偏差約為2%……。而目標(biāo)氣氫的組分（H₂和CH₄）會產(chǎn)生負偏差，其對配氣低熱值華白數(shù)的偏差影響為：50%的氫組分，產(chǎn)生1%的負偏差。因此，以高熱值華白數(shù)為配氣基準(zhǔn)配制得到的低熱值會比實際的天然氣的低熱值低2%，隨著天然氣的普及使用，應(yīng)予以注意。

4.配氣系統(tǒng)簡介

按配氣方式可以分為間歇式和連續(xù)式配氣系統(tǒng)兩種。

a）間歇式配氣系統(tǒng)指的是配氣和用氣不可以在同一時間進行，一般先配氣，先將各種單一氣體按比例放入容器中，經(jīng)過一段時間混合后即可以用于檢測。其適應(yīng)范圍廣，精度高的優(yōu)點；但是配制完成后需要一段時間混合均勻，不適合機動配氣。

b）連續(xù)式配氣系統(tǒng)是指即配即用，調(diào)換氣種方便，特別適用于生產(chǎn)車間的試火。

從燃氣特性及配氣原理入手，深入探討一種全自動多組份配氣裝置，這種裝置要適用于國內(nèi)燃氣具生產(chǎn)廠家、各實驗室、質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門進行燃具性能檢測。筆者目前正在使用的五進六出多組分自動連續(xù)配氣系統(tǒng)，使用高壓配氣方式，體積小，效率高，此配氣系統(tǒng)運行大大簡化了人工操作，提高了工作效率，并且精度高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新技術(shù)也應(yīng)用到配氣上，為企業(yè)發(fā)展起到重要的作用。

5.小結(jié)

5.1決定燃氣燃燒特性的參數(shù)主要是華白數(shù)和燃燒勢，只要知道設(shè)計氣的組分，就可以計算出設(shè)計氣的華白數(shù)和燃燒勢，從而能夠模擬出和設(shè)計氣相同燃氣特性的氣體。

5.2采用高熱值華白數(shù)和采用低熱華白數(shù)計算，參比條件0℃，101.3KPa和15℃，101.3KPa兩種狀態(tài)下，配制實驗氣比列相差很小。