高原型瀝青攪拌設(shè)備主燃燒器風(fēng)機(jī)匹配淺析

張年龍，李 品

（中交西安筑路機(jī)械有限公司，陜西 西安 710200）

隨著國家高等級路面建設(shè)的推進(jìn)，西藏等高原地區(qū)的公路建設(shè)需求日益增長，高原型攪拌設(shè)備的需求也日益增加。相較于標(biāo)準(zhǔn)工況，高原地區(qū)的空氣密度更低，對設(shè)備有特殊的要求。文章根據(jù)高原的環(huán)境特點(diǎn)、燃燒器及風(fēng)機(jī)的性能特征，對高原條件下瀝青攪拌設(shè)備主燃燒器風(fēng)機(jī)的選型匹配進(jìn)行了分析。

1 高原對風(fēng)機(jī)及阻力的影響

1.1 高原的特征

隨著海拔高度的升高，空氣密度呈下降趨勢。據(jù)《DL/T 5240-2010火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)程》中第8.2.5條中的式（8.2.5），有大氣壓力與海拔高度間的經(jīng)驗公式

其中，Pl為高原當(dāng)?shù)貕毫?；H為當(dāng)?shù)睾０胃叨取?/p>

當(dāng)?shù)卮髿饷芏葹?/p>

1.2 高原對風(fēng)機(jī)的影響

當(dāng)通風(fēng)機(jī)采用的氣體密度與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣狀態(tài)下的大氣密度不同時，根據(jù)相似理論，有如下關(guān)系

其中，Q0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)體積流量；Ql為該風(fēng)機(jī)在高原條件下的體積流量；P0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的全壓；Pl為該風(fēng)機(jī)在高原情況下的全壓。

1.3 高原對管網(wǎng)的影響

風(fēng)機(jī)需與管網(wǎng)聯(lián)合工作，風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)為風(fēng)機(jī)曲線與管網(wǎng)曲線的交點(diǎn)。管網(wǎng)曲線的阻力計算公式如下

其中，R0為標(biāo)況下的管網(wǎng)阻力；ρ0為標(biāo)況密度（1.2kg/m3）；v0為標(biāo)況下通過管網(wǎng)的體積流量。

在高原情況下，若通過管網(wǎng)的體積流量不變，則其阻力Rl將變?yōu)?/p>

2 高原地區(qū)燃燒器風(fēng)量的匹配

（1）高原地區(qū)燃燒器實際需要的體積流量。

由式（1）及式（2）知，高海拔地區(qū)的空氣密度將較標(biāo)況小的空氣密度小，因此相較于高海拔，同體積的空氣在標(biāo)況下其質(zhì)量將不相同。與標(biāo)況下相比，在高海拔地區(qū)的氧氣擁有相同的體積分?jǐn)?shù)，但由于空氣密度的差異，同體積空氣含有的氧氣質(zhì)量不同。

風(fēng)機(jī)為燃燒器提供燃燒所需的空氣，燃燒所需的是空氣的質(zhì)量流量，為保證與標(biāo)況下同樣的燃燒出力，則需保證在高海拔地區(qū)與標(biāo)況下風(fēng)機(jī)必須輸送相同質(zhì)量流量的空氣。

則

其中，Q1為高原所需空氣的體積流量。

（2）設(shè)備在高原時的阻力。

由于燃燒系統(tǒng)管路截面積未變，因此

由式（8）及式（9），則有

其中，vl為高原條件下流經(jīng)管網(wǎng)的空氣速度。

高原條件下，隨空氣體積流量的增加，管網(wǎng)阻力也相應(yīng)變化

（3）風(fēng)機(jī)在高原的選型。

由式（7）-（11），假設(shè)在標(biāo)況下，風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)為（Q0，P0），其中P0=R0=Kρ0v02。則在高海拔地區(qū)時，保證燃燒出力的情況下，風(fēng)機(jī)的實際風(fēng)量和風(fēng)壓分別為Ql、Pl。其中Q1=Q0×ρ0/ρ1，P1=P0×ρ0/ρ1。

若保證在高原時使風(fēng)機(jī)達(dá)到此工況點(diǎn)，則在風(fēng)機(jī)選型時應(yīng)使用式（3）及（4）進(jìn)行反修正，修正后在標(biāo)況下風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量分別為Q2、P2。其中Q2=Q1=Q0×ρ0/ρ1，P2=P1×ρ0/ρ1=P0×（ρ0/ρ1）2。在此情況下，風(fēng)機(jī)與阻力曲線的工況點(diǎn)可以保證其風(fēng)量滿足使燃料完全燃燒的要求。

3 舉例說明及曲線匹配

以某型攪拌設(shè)備用燃燒器為例，假設(shè)其在標(biāo)況下的風(fēng)機(jī)參數(shù)及燃燒系統(tǒng)阻力參數(shù)如表1及表2。將其繪制于圖1中，可知在滿負(fù)荷使用時，交點(diǎn)即工況點(diǎn)為A。由圖中A點(diǎn)坐標(biāo)可知，該點(diǎn)風(fēng)量約15900m3/h，全壓約2525Pa。

表1 標(biāo)況下燃燒器風(fēng)機(jī)參數(shù)

表2 標(biāo)況下燃燒系統(tǒng)阻力曲線

現(xiàn)設(shè)備實際使用地為高原，海拔H=4850m，將H帶入式（1），Pl=50.66Pa，將Pl帶入式（2），ρl=0.5ρ0=0.6kg/m3。

則由式（3）及（4），該風(fēng)機(jī)在高原上的實際參數(shù)將變?yōu)槿绫?所示。

表3 燃燒器風(fēng)機(jī)移至高原后的實際參數(shù)

由式（6），在高原上，該燃燒系統(tǒng)的阻力實際參數(shù)將變?yōu)槿绫?所示。

表4 高原下燃燒系統(tǒng)的阻力曲線

此時，設(shè)備的工況點(diǎn)約為風(fēng)量15900m3/h，全壓為1275Pa。但由于此時空氣密度為標(biāo)況的一半，因此該風(fēng)量下的氧分子質(zhì)量亦為標(biāo)況的一半，不足以使燃料完全燃燒，因此燃燒器將無法達(dá)到額定出力。

根據(jù)式（11）提升風(fēng)機(jī)的相應(yīng)參數(shù)，在提升性能后，風(fēng)機(jī)在高原運(yùn)行時的實際參數(shù)如表5所示。

表5 性能提升后風(fēng)機(jī)在高原運(yùn)行時的實際參數(shù)

將表1-5的相應(yīng)參數(shù)在同一坐標(biāo)下繪制曲線，見圖1。此時，設(shè)備的工況點(diǎn)為圖1中的C點(diǎn)。

由圖中C點(diǎn)坐標(biāo)可知，該點(diǎn)風(fēng)量為31800m3/h，全壓為5050Pa。

圖1 高原條件下風(fēng)機(jī)與系統(tǒng)阻力的曲線匹配

4 結(jié)束語

以上討論了燃燒器高原風(fēng)機(jī)匹配時與攪拌設(shè)備的整體匹配，風(fēng)機(jī)匹配后對火形的影響等，還應(yīng)注意如下事項：

（1）在選擇高原使用的燃燒器風(fēng)機(jī)時，對風(fēng)機(jī)具體的曲線形狀并無特定要求，只要滿足在高原時風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)可達(dá)到C點(diǎn)即可。

（2）由管網(wǎng)曲線在高原的變化特點(diǎn)及燃燒器對空氣質(zhì)量流量的需求可知，在達(dá)到滿足燃燒需求的工況點(diǎn)時，相較于標(biāo)準(zhǔn)工況（A），高原工況點(diǎn)（C）的空氣體積流量更大，全壓更高。更大的空氣體積流量是為了保證其質(zhì)量流量可以滿足燃燒的需求，更高的全壓是為了克服因流量增大而產(chǎn)生的燃燒系統(tǒng)阻力。

（3）燃燒系統(tǒng)的阻力主要來自于旋流器，因此選擇的旋流器的阻力系數(shù)應(yīng)盡可能小，以節(jié)省能量，降低風(fēng)機(jī)所需壓力。

（4）若旋流器為葉片式旋流器，燃燒頭在高原時仍維持標(biāo)況下的結(jié)構(gòu)尺寸，則會使高原條件下旋流器產(chǎn)生的壓力梯度更小，從而使回流區(qū)的尺寸減小，空氣卷吸量下降。同時，由于高原空氣密度的下降，單位體積的氧分子減少等因素的影響，會使火焰在一定程度上較平地時變的細(xì)長，影響火焰與滾筒的匹配情況及燃燒的充分程度，這種細(xì)長火焰也可能造成尾氣溫度上升，回收粉變黑。

（5）可通過改變旋流器的結(jié)構(gòu)形式提高其卷吸能力或提升燃料的霧化效果，來改善燃燒情況。例如增加葉片旋流器軸線與葉片間角度，更改旋流器結(jié)構(gòu)尺寸以增加其旋流強(qiáng)度；或?qū)⑵搅魇饺紵鞲臑樾魇降?，使燃燒器產(chǎn)生短粗型火焰。改善燃油噴槍的霧化方式可使油滴微粒霧化的盡可能小，從而減少油滴燃盡所需要的軸向距離，減少燃盡所需要的時間。

（6）設(shè)備在高原運(yùn)行時，除了燃燒器鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整外，攪拌設(shè)備整體系統(tǒng)也應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)的引風(fēng)量、系統(tǒng)負(fù)壓、除塵能力等參數(shù)與調(diào)整后的燃燒器相匹配。引風(fēng)機(jī)的能力應(yīng)滿足整個系統(tǒng)的排氣需求。布袋除塵器可通過采取改變布袋數(shù)量等措施，保證穿過布袋的風(fēng)速在許用范圍內(nèi)。也可采取由大氣反吹改為壓縮空氣脈沖反吹等方法加強(qiáng)反吹效果，保證布袋的使用壽命和除塵器上下箱體間的壓差。