配气基本原理与实践

李春丽

[摘要]本文介绍了实验室燃气配气的基本原理并进行了阐述，同时根据设计气的华白数和燃烧势，介绍了实际使用H₂、N₂、CH₄几种单一气体配气计算并举例；介绍了使用使用高热值华白数为配气计算基准和使用低热值华白数为计算基准的区别。

[关键词]配气基本原理；华白数；燃烧势；配气系统；互换性

1.引言

随着我国燃气工业的不断发展，供气规模和气源类型及燃气具的类型不断增加。燃气工业发展带动了燃气具特别是名用燃气用具的发展和普及，如燃气热水器、燃气灶具、燃气热水两用炉。近几年随着西气东输等工程投入使用，天然气不断普及，但是不少地方受条件的限制，仍然在使用人工煤气，使用的气源仍然很杂。这就对民用燃气具生产制造厂商提出了一定的要求，如何生产出适用于该地区的燃具，确保正常使用并性能等指标符合国家标准的要求显得尤为重要。

2.配气的基本原理

2.1燃气互换性和燃具适应性

任何燃具都是按一定燃气成分设计的。当燃气成分发生变化而导致其热值、密度和燃烧特性发生变化时，燃具燃烧器的热负荷、燃烧稳定性、火焰结构、烟气中有害成分的含量等燃烧工况就会改变。如果可以通过调整或更换燃烧器来适应新的燃气，则问题就不存在。但实际成千上万的燃具分散在千家万户，不可能去全部调整或更换燃烧器。因此以一种燃气代替另一种燃气时，必须考虑互换性问题。

设某一燃具以A燃气为基准进行设计，由于某种原因要以S燃气置换A燃气，如果燃烧器此时不加任何调整而能保证燃具正常工作，则表示S燃气可以置换A燃气，或称S燃气对于A燃气而言具有“互换性”。A燃气称为“基准气”，S燃气称为“置换气”。反之，如果燃具不能正常工作，则称S燃气对A燃气而言没有互换性。

但是，互换性并不总是可逆的，即S燃气能置换A燃气，并不代表A燃气一定能置换S燃气。

根据燃气互换性的要求，当气源供给用户的燃气性质发生改变时，置换气必须对基准气具有互换性，否则就不能保证用户安全、经济地用气。可见，燃气互换性是对燃气生产单位提出的要求，它限制了燃气性质的任意改变。为了达到互换性的要求，制气方法不能随意选用，但从保证整个燃气供应系统的安全、可靠和经济性来讲，这是完全合理和必要的。

两种燃气是否能够互换，并非只决定于燃气性质本身，它还与燃烧器及其它部件的性能有密切关系。一般来说，燃烧器即使在不做任何调整的情况下，也能适应燃气成分的某些改变。

所谓燃具适应性，是指燃具对于燃气性质变化的适应能力。决定燃具适应性大小的主要因素是燃烧器的性能，但是燃具的其它性能（例如，二次空气的供给情况，敞开燃烧还是封闭燃烧等）也影响其适应性。因此，通常所讲的适应性应理解为燃具的适应性，而不单单是燃烧器的适应性。

2.2基本原理

决定燃气燃烧特性的参数主要是燃气的华白数和燃烧势，如果我们有一种实验气，它的华白数和燃烧势与设计气完全相同，那么这种实验气在同一燃具上燃烧获得的特性就与设计气完全相同。配气就是根据这一原理，按照设计气的华白数和燃烧势，用几种单一的气体模拟配制出与设计气华白数和燃烧势完全相同的实验气，用这种模拟的实验气来对设计的燃具产品进行检测。

2.3配气的基本计算

2.3.1华白数W

设有两种燃气的热值和密度均不相同，但只要它们的华白数相等，就能在同一燃气压力和同一燃具上获得相同的热负荷，华白数又称热负荷指数。华白数W表示为：

3.使用高热值华白数和使用低热值华白数为配气计算基准的区别

我国燃具测试计算采用的是燃气的低热值，与燃具实际热负荷等指标相对应的应该是该地区燃气的低热值华白数。因此使用低热值华白数为基准计算似乎更合理。但实际目前采用的多为高热值华白数作为配气计算基准。经实际配制试验我们得出：大部分地区以高热值华白数和以低热值华白数计算得出的结果相差不大。

以高、低热值华白数为基准配制的气源，经分析计算得到的低热值华白数偏差大多在±1%以内；少量例子两种计算方法得到低热值华白数的偏差在-2～+4%。以高热值华白数为基准配气计算产生的计算偏差还是有规律可循：目标气不合氢的组分增大会产生正偏差（特别是CO），如CO含量为10%时，正偏差约为1%；CO为20%时，正偏差约为2%……。而目标气氢的组分（H₂和CH₄）会产生負偏差，其对配气低热值华白数的偏差影响为：50%的氢组分，产生1%的负偏差。因此，以高热值华白数为配气基准配制得到的低热值会比实际的天然气的低热值低2%，随着天然气的普及使用，应予以注意。

4.配气系统简介

按配气方式可以分为间歇式和连续式配气系统两种。

a）间歇式配气系统指的是配气和用气不可以在同一时间进行，一般先配气，先将各种单一气体按比例放入容器中，经过一段时间混合后即可以用于检测。其适应范围广，精度高的优点；但是配制完成后需要一段时间混合均匀，不适合机动配气。

b）连续式配气系统是指即配即用，调换气种方便，特别适用于生产车间的试火。

从燃气特性及配气原理入手，深入探讨一种全自动多组份配气装置，这种装置要适用于国内燃气具生产厂家、各实验室、质量技术监督部门进行燃具性能检测。笔者目前正在使用的五进六出多组分自动连续配气系统，使用高压配气方式，体积小，效率高，此配气系统运行大大简化了人工操作，提高了工作效率，并且精度高。随着科学技术的不断发展，各种新技术也应用到配气上，为企业发展起到重要的作用。

5.小结

5.1决定燃气燃烧特性的参数主要是华白数和燃烧势，只要知道设计气的组分，就可以计算出设计气的华白数和燃烧势，从而能够模拟出和设计气相同燃气特性的气体。

5.2采用高热值华白数和采用低热华白数计算，参比条件0℃，101.3KPa和15℃，101.3KPa两种状态下，配制实验气比列相差很小。