張年龍，李 品

（中交西安筑路機械有限公司，陜西 西安 710200）

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

1 高原對風機及阻力的影響

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)設計計算技術規(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驗公式

其中，Pl為高原當?shù)貕毫Γ籋為當?shù)睾０胃叨取?/p>

當?shù)卮髿饷芏葹?/p>

1.2 高原對風機的影響

當通風機采用的氣體密度與標準進氣狀態(tài)下的大氣密度不同時，根據(jù)相似理論，有如下關系

其中，Q0為標準狀態(tài)下的風機體積流量；Ql為該風機在高原條件下的體積流量；P0為標準狀態(tài)下的全壓；Pl為該風機在高原情況下的全壓。

1.3 高原對管網的影響

風機需與管網聯(lián)合工作，風機的工況點為風機曲線與管網曲線的交點。管網曲線的阻力計算公式如下

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

在高原情況下，若通過管網的體積流量不變，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)的空氣密度將較標況小的空氣密度小，因此相較于高海拔，同體積的空氣在標況下其質量將不相同。與標況下相比，在高海拔地區(qū)的氧氣擁有相同的體積分數(shù)，但由于空氣密度的差異，同體積空氣含有的氧氣質量不同。

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

則

其中，Q1為高原所需空氣的體積流量。

（2）設備在高原時的阻力。

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為高原條件下流經管網的空氣速度。

高原條件下，隨空氣體積流量的增加，管網阻力也相應變化

（3）風機在高原的選型。

由式（7）-（11），假設在標況下，風機的工況點為（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，風機的實際風量和風壓分別為Ql、Pl。其中Q1=Q0×ρ0/ρ1，P1=P0×ρ0/ρ1。

若保證在高原時使風機達到此工況點，則在風機選型時應使用式（3）及（4）進行反修正，修正后在標況下風機的風壓和風量分別為Q2、P2。其中Q2=Q1=Q0×ρ0/ρ1，P2=P1×ρ0/ρ1=P0×（ρ0/ρ1）2。在此情況下，風機與阻力曲線的工況點可以保證其風量滿足使燃料完全燃燒的要求。

3 舉例說明及曲線匹配

以某型攪拌設備用燃燒器為例，假設其在標況下的風機參數(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，可知在滿負荷使用時，交點即工況點為A。由圖中A點坐標可知，該點風量約15900m3/h，全壓約2525Pa。

表1 標況下燃燒器風機參數(shù)

表2 標況下燃燒系統(tǒng)阻力曲線

現(xiàn)設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），該風機在高原上的實際參數(shù)將變?yōu)槿绫?所示。

表3 燃燒器風機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，設備的工況點約為風量15900m3/h，全壓為1275Pa。但由于此時空氣密度為標況的一半，因此該風量下的氧分子質量亦為標況的一半，不足以使燃料完全燃燒，因此燃燒器將無法達到額定出力。

根據(jù)式（11）提升風機的相應參數(shù)，在提升性能后，風機在高原運行時的實際參數(shù)如表5所示。

表5 性能提升后風機在高原運行時的實際參數(shù)

將表1-5的相應參數(shù)在同一坐標下繪制曲線，見圖1。此時，設備的工況點為圖1中的C點。

由圖中C點坐標可知，該點風量為31800m3/h，全壓為5050Pa。

圖1 高原條件下風機與系統(tǒng)阻力的曲線匹配

4 結束語

以上討論了燃燒器高原風機匹配時與攪拌設備的整體匹配，風機匹配后對火形的影響等，還應注意如下事項：

（1）在選擇高原使用的燃燒器風機時，對風機具體的曲線形狀并無特定要求，只要滿足在高原時風機工況點可達到C點即可。

（2）由管網曲線在高原的變化特點及燃燒器對空氣質量流量的需求可知，在達到滿足燃燒需求的工況點時，相較于標準工況（A），高原工況點（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)應盡可能小，以節(jié)省能量，降低風機所需壓力。

（4）若旋流器為葉片式旋流器，燃燒頭在高原時仍維持標況下的結構尺寸，則會使高原條件下旋流器產生的壓力梯度更小，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長，影響火焰與滾筒的匹配情況及燃燒的充分程度，這種細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構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，更改旋流器結構尺寸以增加其旋流強度；或將平流式燃燒器改為旋流式等，使燃燒器產生短粗型火焰。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）設備在高原運行時，除了燃燒器鼓風機應進行相應調整外，攪拌設備整體系統(tǒng)也應進行調整，使系統(tǒng)的引風量、系統(tǒng)負壓、除塵能力等參數(shù)與調整后的燃燒器相匹配。引風機的能力應滿足整個系統(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，保證穿過布袋的風速在許用范圍內。也可采取由大氣反吹改為壓縮空氣脈沖反吹等方法加強反吹效果，保證布袋的使用壽命和除塵器上下箱體間的壓差。