高原型沥青搅拌设备主燃烧器风机匹配浅析

张年龙，李 品

（中交西安筑路机械有限公司，陕西 西安 710200）

随着国家高等级路面建设的推进，西藏等高原地区的公路建设需求日益增长，高原型搅拌设备的需求也日益增加。相较于标准工况，高原地区的空气密度更低，对设备有特殊的要求。文章根据高原的环境特点、燃烧器及风机的性能特征，对高原条件下沥青搅拌设备主燃烧器风机的选型匹配进行了分析。

1 高原对风机及阻力的影响

1.1 高原的特征

随着海拔高度的升高，空气密度呈下降趋势。据《DL/T 5240-2010火力发电厂燃烧系统设计计算技术规程》中第8.2.5条中的式（8.2.5），有大气压力与海拔高度间的经验公式

其中，Pl为高原当地压力；H为当地海拔高度。

当地大气密度为

1.2 高原对风机的影响

当通风机采用的气体密度与标准进气状态下的大气密度不同时，根据相似理论，有如下关系

其中，Q0为标准状态下的风机体积流量；Ql为该风机在高原条件下的体积流量；P0为标准状态下的全压；Pl为该风机在高原情况下的全压。

1.3 高原对管网的影响

风机需与管网联合工作，风机的工况点为风机曲线与管网曲线的交点。管网曲线的阻力计算公式如下

其中，R0为标况下的管网阻力；ρ0为标况密度（1.2kg/m3）；v0为标况下通过管网的体积流量。

在高原情况下，若通过管网的体积流量不变，则其阻力Rl将变为

2 高原地区燃烧器风量的匹配

（1）高原地区燃烧器实际需要的体积流量。

由式（1）及式（2）知，高海拔地区的空气密度将较标况小的空气密度小，因此相较于高海拔，同体积的空气在标况下其质量将不相同。与标况下相比，在高海拔地区的氧气拥有相同的体积分数，但由于空气密度的差异，同体积空气含有的氧气质量不同。

风机为燃烧器提供燃烧所需的空气，燃烧所需的是空气的质量流量，为保证与标况下同样的燃烧出力，则需保证在高海拔地区与标况下风机必须输送相同质量流量的空气。

则

其中，Q1为高原所需空气的体积流量。

（2）设备在高原时的阻力。

由于燃烧系统管路截面积未变，因此

由式（8）及式（9），则有

其中，vl为高原条件下流经管网的空气速度。

高原条件下，随空气体积流量的增加，管网阻力也相应变化

（3）风机在高原的选型。

由式（7）-（11），假设在标况下，风机的工况点为（Q0，P0），其中P0=R0=Kρ0v02。则在高海拔地区时，保证燃烧出力的情况下，风机的实际风量和风压分别为Ql、Pl。其中Q1=Q0×ρ0/ρ1，P1=P0×ρ0/ρ1。

若保证在高原时使风机达到此工况点，则在风机选型时应使用式（3）及（4）进行反修正，修正后在标况下风机的风压和风量分别为Q2、P2。其中Q2=Q1=Q0×ρ0/ρ1，P2=P1×ρ0/ρ1=P0×（ρ0/ρ1）2。在此情况下，风机与阻力曲线的工况点可以保证其风量满足使燃料完全燃烧的要求。

3 举例说明及曲线匹配

以某型搅拌设备用燃烧器为例，假设其在标况下的风机参数及燃烧系统阻力参数如表1及表2。将其绘制于图1中，可知在满负荷使用时，交点即工况点为A。由图中A点坐标可知，该点风量约15900m3/h，全压约2525Pa。

表1 标况下燃烧器风机参数

表2 标况下燃烧系统阻力曲线

现设备实际使用地为高原，海拔H=4850m，将H带入式（1），Pl=50.66Pa，将Pl带入式（2），ρl=0.5ρ0=0.6kg/m3。

则由式（3）及（4），该风机在高原上的实际参数将变为如表3所示。

表3 燃烧器风机移至高原后的实际参数

由式（6），在高原上，该燃烧系统的阻力实际参数将变为如表4所示。

表4 高原下燃烧系统的阻力曲线

此时，设备的工况点约为风量15900m3/h，全压为1275Pa。但由于此时空气密度为标况的一半，因此该风量下的氧分子质量亦为标况的一半，不足以使燃料完全燃烧，因此燃烧器将无法达到额定出力。

根据式（11）提升风机的相应参数，在提升性能后，风机在高原运行时的实际参数如表5所示。

表5 性能提升后风机在高原运行时的实际参数

将表1-5的相应参数在同一坐标下绘制曲线，见图1。此时，设备的工况点为图1中的C点。

由图中C点坐标可知，该点风量为31800m3/h，全压为5050Pa。

图1 高原条件下风机与系统阻力的曲线匹配

4 结束语

以上讨论了燃烧器高原风机匹配时与搅拌设备的整体匹配，风机匹配后对火形的影响等，还应注意如下事项：

（1）在选择高原使用的燃烧器风机时，对风机具体的曲线形状并无特定要求，只要满足在高原时风机工况点可达到C点即可。

（2）由管网曲线在高原的变化特点及燃烧器对空气质量流量的需求可知，在达到满足燃烧需求的工况点时，相较于标准工况（A），高原工况点（C）的空气体积流量更大，全压更高。更大的空气体积流量是为了保证其质量流量可以满足燃烧的需求，更高的全压是为了克服因流量增大而产生的燃烧系统阻力。

（3）燃烧系统的阻力主要来自于旋流器，因此选择的旋流器的阻力系数应尽可能小，以节省能量，降低风机所需压力。

（4）若旋流器为叶片式旋流器，燃烧头在高原时仍维持标况下的结构尺寸，则会使高原条件下旋流器产生的压力梯度更小，从而使回流区的尺寸减小，空气卷吸量下降。同时，由于高原空气密度的下降，单位体积的氧分子减少等因素的影响，会使火焰在一定程度上较平地时变的细长，影响火焰与滚筒的匹配情况及燃烧的充分程度，这种细长火焰也可能造成尾气温度上升，回收粉变黑。

（5）可通过改变旋流器的结构形式提高其卷吸能力或提升燃料的雾化效果，来改善燃烧情况。例如增加叶片旋流器轴线与叶片间角度，更改旋流器结构尺寸以增加其旋流强度；或将平流式燃烧器改为旋流式等，使燃烧器产生短粗型火焰。改善燃油喷枪的雾化方式可使油滴微粒雾化的尽可能小，从而减少油滴燃尽所需要的轴向距离，减少燃尽所需要的时间。

（6）设备在高原运行时，除了燃烧器鼓风机应进行相应调整外，搅拌设备整体系统也应进行调整，使系统的引风量、系统负压、除尘能力等参数与调整后的燃烧器相匹配。引风机的能力应满足整个系统的排气需求。布袋除尘器可通过采取改变布袋数量等措施，保证穿过布袋的风速在许用范围内。也可采取由大气反吹改为压缩空气脉冲反吹等方法加强反吹效果，保证布袋的使用寿命和除尘器上下箱体间的压差。