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，同時根據設計氣的華白數和燃燒勢，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為配氣計算基準和使用低熱值華白數為計算基準的區別。

[關鍵詞]配氣基本原理；華白數；燃燒勢；配氣系統；互換性

1.引言

隨著我國燃氣工業的不斷發展，供氣規模和氣源類型及燃氣具的類型不斷增加。燃氣工業發展帶動了燃氣具特別是名用燃氣用具的發展和普及，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等工程投入使用，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制造廠商提出了一定的要求，如何生產出適用于該地區的燃具，確保正常使用并性能等指標符合國家標準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性

任何燃具都是按一定燃氣成分設計的。當燃氣成分發生變化而導致其熱值、密度和燃燒特性發生變化時，燃具燃燒器的熱負荷、燃燒穩定性、火焰結構、煙氣中有害成分的含量等燃燒工況就會改變。如果可以通過調整或更換燃燒器來適應新的燃氣，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。

設某一燃具以A燃氣為基準進行設計，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。

根據燃氣互換性的要求，當氣源供給用戶的燃氣性質發生改變時，置換氣必須對基準氣具有互換性，否則就不能保證用戶安全、經濟地用氣?？梢?，燃氣互換性是對燃氣生產單位提出的要求，它限制了燃氣性質的任意改變。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系統的安全、可靠和經濟性來講，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本身，它還與燃燒器及其它部件的性能有密切關系。一般來說，燃燒器即使在不做任何調整的情況下，也能適應燃氣成分的某些改變。

所謂燃具適應性，是指燃具對于燃氣性質變化的適應能力。決定燃具適應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）也影響其適應性。因此，通常所講的適應性應理解為燃具的適應性，而不單單是燃燒器的適應性。

2.2基本原理

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

2.3配氣的基本計算

2.3.1華白數W

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

3.使用高熱值華白數和使用低熱值華白數為配氣計算基準的區別

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相對應的應該是該地區燃氣的低熱值華白數。因此使用低熱值華白數為基準計算似乎更合理。但實際目前采用的多為高熱值華白數作為配氣計算基準。經實際配制試驗我們得出：大部分地區以高熱值華白數和以低熱值華白數計算得出的結果相差不大。

以高、低熱值華白數為基準配制的氣源，經分析計算得到的低熱值華白數偏差大多在±1%以內；少量例子兩種計算方法得到低熱值華白數的偏差在-2～+4%。以高熱值華白數為基準配氣計算產生的計算偏差還是有規律可循：目標氣不合氫的組分增大會產生正偏差（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%……。而目標氣氫的組分（H₂和CH₄）會產生負偏差，其對配氣低熱值華白數的偏差影響為：50%的氫組分，產生1%的負偏差。因此，以高熱值華白數為配氣基準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，應予以注意。

4.配氣系統簡介

按配氣方式可以分為間歇式和連續式配氣系統兩種。

a）間歇式配氣系統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，經過一段時間混合后即可以用于檢測。其適應范圍廣，精度高的優點；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）連續式配氣系統是指即配即用，調換氣種方便，特別適用于生產車間的試火。

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燃氣具生產廠家、各實驗室、質量技術監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配氣系統，使用高壓配氣方式，體積小，效率高，此配氣系統運行大大簡化了人工操作，提高了工作效率，并且精度高。隨著科學技術的不斷發展，各種新技術也應用到配氣上，為企業發展起到重要的作用。

5.小結

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

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