關(guān)于影響燃?xì)庠钪匾笜?biāo)測(cè)試的因素及原因分析

 隨著《家用燃?xì)庠罹摺?、《家庭用燃?xì)馊紵骶叩脑囼?yàn)方法》及《城市燃?xì)夥诸悺窐?biāo)準(zhǔn)的制定，家用燃?xì)庥镁吒黜?xiàng)指標(biāo)的測(cè)試方法有了依據(jù)，但筆者經(jīng)過(guò)近幾年所從事的燃?xì)庥镁邫z測(cè)工作，對(duì)燃?xì)庥镁呷舾芍匾笜?biāo)的測(cè)試和判定存在著一定的看法，最近通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)，覺(jué)得有必要將這些看法提出，供有關(guān)同行參考。
　　一、使用配制氣體與實(shí)際氣體對(duì)燃具熱負(fù)荷影響
　　1、問(wèn)題的提出
　　《城市燃?xì)夥诸悺窐?biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明(報(bào)批稿)這樣寫(xiě)到："代表熱流量的華白指數(shù)W。燃?xì)獾娜A白指數(shù)不變，說(shuō)明供應(yīng)的熱量不變，用氣設(shè)備的熱負(fù)荷也不變。華白指數(shù)是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的控制設(shè)備熱負(fù)荷衡定的指標(biāo)。)"(類似提法在其它有關(guān)資料中也可看到)，并給出公式：W=Qg/
式中　W—華白指數(shù)MJ/m³

　　　Qg—燃?xì)飧邿嶂礛J/m³

　　　d—燃?xì)庀鄬?duì)密度

　　對(duì)于同一燃具來(lái)講，其噴嘴流量按計(jì)算公式(見(jiàn)《燃?xì)馊紵c應(yīng)用》)
　　
　　(注：低壓狀態(tài)不考慮氣體的可壓縮性)
式中　Lg—圓形噴嘴流量(m³/h)
　　　μ—噴嘴流量系數(shù)
　　　D—圓形噴嘴直徑(mm)
　　　H—燃?xì)鈮毫?mmH₂O)
　　　d—燃?xì)獾南鄬?duì)比重
則熱負(fù)荷I=Lg·Qd(MJ/h)
　　　Qd—燃?xì)獾蜔嶂礛J/m³

由于對(duì)同一燃具μ，D，H均相同，則
　　
　　顯然可見(jiàn)，在其它條件不變情況下，燃?xì)鉄嶝?fù)荷I只與Qd/有關(guān)，令W_s=Qd/,W_s姑且稱之為低熱值華白數(shù)，比較W與W_s發(fā)現(xiàn)，區(qū)別在于分母Qg與Qd，可初步得出低熱值華白數(shù)W_s相同，燃具熱負(fù)荷才能不變，因?yàn)槲覈?guó)對(duì)燃具熱負(fù)荷的計(jì)算、測(cè)定和表達(dá)是以燃?xì)獾蜔嶂禐榍疤岬摹＿@樣試驗(yàn)室采用單一氣體配氣按W=Qg/，檢測(cè)結(jié)果給出的熱負(fù)荷按配制氣體低熱值計(jì)算，導(dǎo)致燃具使用實(shí)際氣體的熱負(fù)荷與使用配制氣的熱負(fù)荷產(chǎn)生一定偏差。
　　2、配制氣成分的計(jì)算
　　在有條件配制人工氣的檢測(cè)單位，使用單一氣體主要為CH₄、H₂及N₂，而除H₂及N₂外，使用C₃H₆、C₃H₈、C₄H₁₀單一氣源進(jìn)行配氣的很少，原因在于難以達(dá)到規(guī)定的純度。使用液化氣配氣由于各地成分不同，并且成分隨使用過(guò)程及溫度會(huì)產(chǎn)生變化，給配氣帶來(lái)一定誤差。本文針對(duì)用CH₄、H₂及N₂配制的試驗(yàn)氣及實(shí)際氣體在燃?xì)庥镁邿嶝?fù)荷上進(jìn)行比較，根據(jù)《燃?xì)夥诸悩?biāo)準(zhǔn)》，通過(guò)對(duì)華白數(shù)與燃燒勢(shì)指標(biāo)的控制和利用CH₄、H₂及N₂配制各類燃?xì)獾脑囼?yàn)氣給定實(shí)際應(yīng)用的燃?xì)獬煞趾?，可按以下公式?jì)算該實(shí)際燃?xì)獾娜A白數(shù)指W_O與燃燒勢(shì)Cp_O值。

　（1） W_O=Qg/
?。?） Cp_O=K·〔1.0H₂+0.6(C_mH_n+CO)+0.3CH₄〕/

　　　　Cp—燃燒勢(shì)

　　　　H₂—燃?xì)庵袣浜?體積％)

　　　　C_mH_n—燃?xì)庵谐淄橥馓細(xì)浠衔锖?體積％)

　　　　CH₄—燃?xì)庵屑淄楹?體積％)

　　　　CO—燃?xì)庵幸谎趸己?體積％)

　　　　K—燃?xì)庵醒鹾啃拚禂?shù)K=1+0.0054O²₂(O₂-燃?xì)庵醒鹾浚?

　　這樣，W_O與Cp_O為已知，使用CH₄、H₂、N₂進(jìn)行配氣配制華白數(shù)

　　

式中：　V_CH4—配制氣中甲烷含量(體積％)

　　　　V_H2—配制氣中氫氣含量(體積％)

　　　　V_N2—配制氣中氮?dú)夂?體積％)其中：V_N2=100-V_CH4-V_H2

經(jīng)簡(jiǎn)化：
　　

同樣推得配制氣燃燒勢(shì)：

　　

因?yàn)閃^,=W_OCp^,=Cp_O則列方程組
　　
　　
　　

經(jīng)計(jì)算可得出V_CH4，V_H2進(jìn)而可得出V_N2。

　　3、配制氣與實(shí)際燃?xì)鉄嶝?fù)荷偏差
　　按以上所述計(jì)算方法，在《煤氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》上選出的主要幾種人工煤氣以及最近檢測(cè)中心檢測(cè)燃?xì)庥镁邥r(shí)委托單位提供的有代表性的燃?xì)獬煞郑瑥亩?jì)算出配制氣成分，分別算出所選人工氣的Ws與相應(yīng)配制氣的Ws，進(jìn)而可推算出使用種類人工氣與其對(duì)應(yīng)配制氣的計(jì)算熱負(fù)荷偏差△(％)。結(jié)果見(jiàn)表1

表1

　　　　　　　　　　　　〔△=100(Ws^,-Ws)/Ws〕

　　4、幾點(diǎn)看法
　　(1)采用試驗(yàn)配氣與實(shí)際使用燃?xì)獾耐蝗季哂?jì)算熱負(fù)荷有偏差，從焦?fàn)t氣到發(fā)生爐氣誤差范圍在甲-1.11～8.83％之間，顯然可見(jiàn)，使用華白數(shù)高的實(shí)際燃?xì)馀c其相應(yīng)配制氣體的同一燃具計(jì)算熱負(fù)荷偏差較小，而使用華白數(shù)低的實(shí)際燃?xì)馀c相應(yīng)配制氣體的燃具計(jì)算熱負(fù)荷偏差較大，也即人工氣熱值越低，其偏差越大。
　　(2)《家用燃?xì)庠罹摺窐?biāo)準(zhǔn)(報(bào)批稿)、部頒CJ4-83《家用煤氣灶》標(biāo)準(zhǔn)以及GB6932-86《家用燃?xì)饪焖贌崴鳌返热細(xì)庥镁邩?biāo)準(zhǔn)均規(guī)定用具熱負(fù)荷偏差不得超過(guò)±10％，由于使用配制氣體，在一定程度上影響此指標(biāo)的判定，即所測(cè)熱負(fù)荷不能代表該燃具使用實(shí)際燃?xì)獾臒嶝?fù)荷，尤其對(duì)低華白指數(shù)燃?xì)狻Ｔ斐珊蠊洽偈褂门渲茪馀c使用實(shí)際燃?xì)獾臋z測(cè)部門(mén)之間熱負(fù)荷測(cè)試結(jié)果有差異，有可能影響對(duì)燃具熱負(fù)荷及其偏差的判定(有些燃具對(duì)其熱負(fù)荷低限有一定要求，如灶具)。②對(duì)華白指數(shù)低的燃?xì)鈦?lái)講，由于使用配制氣燃具的熱負(fù)荷較低，對(duì)其它性能指標(biāo)會(huì)產(chǎn)生一定影響，難以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
　　3、解決方法：
　　筆者在此大膽提出二條，望同行指正。
　　(1)在不違反現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文件基礎(chǔ)上，對(duì)檢測(cè)配制氣問(wèn)題做些補(bǔ)充規(guī)定，即按照低熱值華白數(shù)相等原則，進(jìn)行Ws^,=Ws、Cp^,=Cp這樣可避免出現(xiàn)此誤差。因?yàn)闊o(wú)法用高熱值進(jìn)行統(tǒng)一(如燃具熱負(fù)荷、熱效率用高熱值來(lái)計(jì)算等)。
　　(2)在(1)不成立的情況下，對(duì)使用配制氣測(cè)得的燃具熱負(fù)荷進(jìn)行修正，其修正系數(shù)可近似按
　　f=Ws/Ws^,計(jì)算，即I=I^,Ws/Ws^,
　　式中，I—使用實(shí)際燃?xì)獾臒嶝?fù)荷(W)，I^,—使用配制氣的實(shí)測(cè)熱負(fù)荷(W)
　　Ws，Ws^,—分別為實(shí)際燃?xì)馀c配制氣的低熱值華白數(shù)(MJ/m³)
　　二、影響灶具煙氣中一氧化碳含量測(cè)試和判定的幾個(gè)因素
　　(一)問(wèn)題的提出：
　　煙氣中一氧化碳含量是灶具的重要性能指標(biāo)，進(jìn)行灶具煙氣中一氧化碳含量測(cè)試時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)中首先沒(méi)有規(guī)定所用檢測(cè)用鍋的加水重量，其次，在此灶具火眼熱負(fù)荷與規(guī)定選用鍋的熱負(fù)荷不同時(shí)(前后兩種鍋之間)，也沒(méi)有規(guī)定選取前后哪種檢測(cè)用鍋(不同于熱效率項(xiàng)目檢測(cè)，按前后兩種直徑的鍋分別進(jìn)行檢瞼，并按插入法進(jìn)行折算)進(jìn)行測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，以上兩點(diǎn)對(duì)灶具煙氣中CO含量測(cè)試和判定有不容忽視的影響。
　　(二)試驗(yàn)結(jié)果
　　A."宇宙"牌JZY2-821型燃?xì)庠钭笱廴紵?/span>
　　該火眼熱負(fù)荷為3466W，測(cè)試一氧化碳含量分別用中φ28和φ30檢測(cè)用鍋加不同水量進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2
表2

　　B."美鹿"牌JZY2-894型右眼燃燒器
　　該火眼熱負(fù)荷為2857W,分別用φ24和φ26鍋加不同水量對(duì)比測(cè)試其煙氣中CO含量，結(jié)果見(jiàn)表3
表3

　　(三)結(jié)果分析及建議
　　1.相同鍋徑不同水量影響煙氣中CO含量
　　從表2可見(jiàn)，使用φ28檢測(cè)用鍋，加入水量分別為2kg和8kg時(shí)，煙氣中CO含量相對(duì)誤差達(dá)25.9％〔即(0.0253-0.0201)/0.0201×100％〕；使用φ30檢測(cè)用鍋加入水量分別為2kg和10kg時(shí)，CO_α=1相對(duì)誤差達(dá)22.6％。
　　從表3可見(jiàn)，使用φ24檢測(cè)用鍋，加水量為2kg與5kg時(shí)，CO_α=1相對(duì)誤差達(dá)69.8％；使用φ26檢測(cè)用鍋，加水量為2kg與6kg時(shí)，CO_α=1相對(duì)誤差達(dá)36.3％;
　　由此可見(jiàn)相同鍋徑所加水量不同對(duì)煙氣中CO含量影響較大，分析原因主要為燃?xì)庠顡隙人?，加入水量不同后，支架承重不同，下移位置不同，使鍋底與燃燒器距離不同，顯然水量越大，距離越近，而導(dǎo)致其CO含量增加。
　　2、用不同檢測(cè)用鍋取樣影響煙氣中CO含量
　　表2：針對(duì)燃燒器熱負(fù)荷I=3466W，而檢測(cè)用鍋φ28與φ30相應(yīng)的熱負(fù)荷為3360W和3860W介于二者之間，對(duì)兩種鍋加相同水量對(duì)比測(cè)試從表2中可見(jiàn)，加2kg水時(shí)CO_α=1相對(duì)誤差達(dá)89.6％，即(0.0253-0.0201)/0.0201/×100％)；加8kg水時(shí)CO_α=1相對(duì)誤差達(dá)101％。
　　表3：針對(duì)燃燒器熱負(fù)荷I=2857W，而檢測(cè)用鍋φ28與φ30相應(yīng)的熱負(fù)荷為2480W和2910W，介于二者之間，對(duì)兩種鍋加相同水量對(duì)比測(cè)試。從表2中可見(jiàn)，加2kg水時(shí)CO_α=1相對(duì)誤差達(dá)89.6％，加5kg水時(shí)CO_α=1相對(duì)誤差高達(dá)187％。
　　顯然選用不同測(cè)試用鍋取樣，對(duì)灶具煙氣中CO含量影響非常尢誤差如此大的原因，我們進(jìn)行了初步分析，認(rèn)為采用不同直徑檢測(cè)用鍋測(cè)試，由于鍋底直徑不同，煙氣行程不同，在高溫?zé)煔庋劐伒紫蝈佭呍偻系倪\(yùn)行過(guò)程中，不斷與周圍空氣結(jié)合，特別在鍋底部高溫區(qū)，熱煙氣中尚存的一氧化碳仍在與氧反應(yīng)，所以鍋徑越大，煙氣在鍋底高溫區(qū)行程越長(zhǎng)，煙氣中CO與空氣中O₂反應(yīng)量增加，造成取樣時(shí)，CO_α=1下降，我們?cè)趯?duì)"宇宙"牌J2Y2-821型灶右眼煙氣測(cè)試時(shí)，按圖1測(cè)試鍋底拐角處(即A點(diǎn))溫度。結(jié)果如下：

　　φ28鍋：　　　A點(diǎn)在兩支架中間　　　t=760℃
　　　　　　　　　A點(diǎn)靠近一支架　　　　t=830℃
　　φ30鍋：　　　A點(diǎn)在兩支架中間　　　t=710℃
　　　　　　　　　A點(diǎn)靠近一支架　　　　t=780℃

　　

　　查有關(guān)資料，在以上溫度下，特別是在有水蒸汽存在時(shí)，煙氣中尚存的微量一氧化碳與氧能反應(yīng)。
　　3、解決方法
　　如上所述，選鍋不同或加水量不同給灶具煙氣中CO含量測(cè)試帶來(lái)較大誤差，而此指標(biāo)為燃?xì)庠钪嘘P(guān)鍵指標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)比，許可證發(fā)放質(zhì)量監(jiān)督抽查都對(duì)此項(xiàng)指標(biāo)提出等級(jí)范圍，對(duì)此指標(biāo)的判定，無(wú)論對(duì)生產(chǎn)企業(yè)和用戶都是非常重要的。為了能夠比較準(zhǔn)確地測(cè)出煙氣中CO含量，建議：
　　(1)測(cè)試時(shí)，測(cè)試鍋內(nèi)所放水量固定應(yīng)參照相應(yīng)鍋?zhàn)鰺嵝仕∷?，將水從室溫加熱到沸騰時(shí)測(cè)試煙氣中CO含量，此時(shí)也能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的穩(wěn)定燃燒15分鐘要求。
　　(2)熱負(fù)荷與規(guī)定選用鍋不對(duì)應(yīng)時(shí)，應(yīng)取前兩種鍋分別測(cè)試，并按插入法進(jìn)行折算，以確定煙氣中CO含量。
　　三、新舊檢測(cè)用鍋對(duì)灶具熱效率的影響
　　(一)測(cè)試結(jié)果
　　經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)在測(cè)試燃?xì)庠罹邿嵝蕰r(shí)，所采用檢測(cè)用鍋的新舊程度對(duì)其數(shù)據(jù)影響較大，以下為筆者對(duì)此項(xiàng)目試驗(yàn)的兩組數(shù)據(jù)。檢測(cè)時(shí)，準(zhǔn)備相同尺寸新舊測(cè)試鍋各一套，所謂舊鍋，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可講，只是測(cè)試用鍋被使用一段時(shí)間，鍋底有黑斑但無(wú)積碳，采用同一攪拌器、溫度計(jì)和鍋蓋。熱效率測(cè)試時(shí)新舊鍋交替進(jìn)行，測(cè)試過(guò)程中我們多次計(jì)算氣體狀態(tài)修正系數(shù)，發(fā)現(xiàn)基本不變，結(jié)果如下：

A:"美鹿"牌JZY2-894型右眼，使用液化石油氣，該眼熱負(fù)荷為2857W，采用φ26新舊鍋試驗(yàn)：

　　

B:"美鹿"牌J2T2-911型右眼使用天然氣，該眼熱負(fù)荷為2898N，采用φ26新舊鍋試驗(yàn):

　　

C:"宇宙"牌JZY2-821型右眼紅外線灶，用液化氣，該眼熱負(fù)荷為2968W，采用φ26新舊鍋試驗(yàn)：

　　

　　(二).結(jié)論及結(jié)果分析
　　由以上測(cè)試數(shù)據(jù)，可得出以下結(jié)論：
　　1.鍋的新舊程度對(duì)灶具熱效率有較大影響，對(duì)鍋重大體相同測(cè)試用鍋來(lái)講，鍋越舊，其熱效率越高，而新鍋測(cè)出的熱效率較低；
　　2.用新舊程度不同的鍋測(cè)試熱效率，其結(jié)果對(duì)紅外線灶具影響最大(在我們進(jìn)行的試驗(yàn)中，曾測(cè)出熱效率提高率達(dá)14.6％和14.8％的兩組數(shù)據(jù))。
　　分析舊鍋熱效率較高的原因，歸納主要有兩條：
　　1.新鍋底部光滑，舊鍋底部粗糙，根據(jù)傳熱學(xué)原理，在高溫?zé)煔馀c鍋底對(duì)流放熱過(guò)程中，鍋底粗糙度越大，其換熱效果越好，因而吸熱量增加，導(dǎo)致熱效率增加；
　　2.燃?xì)饣鹧娴妮椛淦鹱饔?，鍋底受熱面的黑度決定了其輻射傳熱量，黑度越大，其吸收的輻射熱越多，顯然舊鍋的輻射換熱量高于新鍋，導(dǎo)致熱效率較高，這在紅外線輻射燃燒器上表現(xiàn)得更加明顯。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　眾所周知，熱負(fù)荷及偏差，煙氣中一氧化碳含量及灶具的熱效率是評(píng)定家用燃?xì)庥镁叩闹饕阅苤笜?biāo)，在進(jìn)行行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)比以及未來(lái)的生產(chǎn)許可證發(fā)放，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督抽查等工作中，不可避免地要對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試和判定，而這些指標(biāo)的好壞對(duì)于生產(chǎn)廠家至關(guān)重要，甚至影響其生存和發(fā)展，所以作為檢測(cè)部門(mén)來(lái)講，必須科學(xué)地、準(zhǔn)確地對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。這是本文的目的所在。