关于高原环保型大空间智能取暖设备的研究

周军枢

（宁波宝工电器有限公司，宁波 315332）

经过长期的综合“竞争”，燃油暖风机在采暖领域脱颖而出[1]。该类设备提供洁净干燥的热空气，能对整个空间均匀加热，且对基础设施无特殊要求，应用场所不受限制，具备大面积普及的潜质。

当前的燃油暖风机大多基于平原环境设计，不能适应高原的低压低温特情。基于现有技术条件，分析高原环境下燃油暖风机可能面临的运行挑战进行针对性改进，开发高原环保型大空间智能取暖设备具有重要的现实意义。

1 燃油暖风机介绍

燃油暖风机的主要组成及各部分功能如图1所示，工作示意图及工作流程分别如图2和图3所示。燃油暖风机的工作关键点包括点火可靠性、燃烧稳定性及燃烧完全程度、换热容易与否[2]。热力计算显示有5大主因会对暖风机性能造成影响，即环境压力、温度、过剩空气系数、送风量和燃油量[3]。例如，高原环境下气压、氧含量等一些物理因素大幅改变，必然会对暖风机运行产生负向作用。

2 高原环境对燃油暖风机的挑战

海拔3 000 m左右的高原，大气压力只及海平面的1/2，单位体积空气质量也仅为平原环境的1/2。文献[4]分析了高原环境下燃油暖风机点火系统所面临的问题，如图4所示。

为达成燃油暖风机的变地域适用，必须对现有设备的部分结构进行重新设计，主要解决燃烧问题，同时兼顾机动性、造价、粉尘污染、加热面积以及自动化程度等因素。

3 面向高原环境的燃油暖风机改进

高原环境的瓶颈制约主要体现在空气状况上（稀薄、氧气含量低），因此为解决问题，可着眼于增氧技术的应用。当前，增氧技术主要有增压、富氧以及透平3类。但是，根据文献[3-4]的分析，这3类技术虽各有优点，但存在明显的局限性（主要体现在能耗、成本、噪声等方面）。因此，下面将对现有平原燃油暖风机的相关部件进行优选改进来解决问题。

3.1 燃烧器的改进

燃烧器是燃油暖风机的核心。考虑到高原地区燃烧不利的实情，确立“风压较高、风量大、点火电压高”的燃烧器改进原则，并以“燃烧室压力曲线较平稳、易点火启动、燃烧稳定均匀”作为改进、修正、实测的评价标准。

第一步：对当前主流燃烧器进行结构剖析，找到技术缺点。一方面，马达风量小，规格不易调整；另一方面，设计风压开关、压力测试点和燃烧头可移动，无标准化。

第二步：基于燃烧器运行机理，结合高原特情，设计一款带刻度可调节氧含量浓度的燃烧辅助装置，如图5所示。

通过在定位罩内设置导风片组件和油嘴，并在油嘴对应位置设置与固定盘连接的点火针，保证点火针的点火强度、点火角度和方向，使得固定方式标准化。另外，通过在定位罩外套设导风圈组件，与导风片组件配合控制风量的大小和走向，达到安全可靠的目的[5]。它的主要控制点包括：①点火针针尖距离；②点火针与油嘴距离；③导风片组件旋片的数量和间隙；④导风片组件与定位罩间隙；⑤导风片组件与油嘴的距离；⑥通过导风圈与定位罩进氧的大小进行调节，以满足不同海拔下的使用。

3.2 燃烧筒进风口的改进

目前，国内外生产的燃油暖风机的燃烧筒进风口不可调节，存在不能在高海拔地区使用的不足，或即使能勉强使用也存在燃烧不充分、烟气排放超标等缺陷[6]。为寻求改善，进行了如图6所示的设计。

在燃烧筒内部设置能够调节进风量的进风筒（通过设在其外壁上的风量调节环调节），同时设置旋风罩，使燃料与空气充分混合燃烧，通过调节风量调节环调节进风量，解决了在高原地区使用时缺氧的问题[6]。

3.3 相关测试

为测试所做研究的达标性，搭建测试平台。测试内容主要包括5个方面[7]：①燃烧器点火启动试验，考察其启动特点；②冷态运行工况下，测定暖风机本体空气换热通道流量分配比例；③热态运行工况下，测定排烟温度、排烟成分及机组热效率；④热态运行时，对各空气通道出口风温进行测定；⑤其他相关标准指定的指标。测试结果表明，本项研究在低压低温启动、热输出功率、出口风CO浓度以及出口风NOX浓度等多个方面优于国际水平，具备推广价值。

4 结语

高原地带空气稀薄、气压偏低，不利于普通燃油暖风机的运行。为契合该类地区的取暖需求，基于平原燃油暖风机进行改进，主要从点火时增氧和燃烧时调节进风量两个层面进行优化，解决了点火困难、燃烧不充分等问题，为高原采暖提供了一个可行方案。另外，研究未在体积、重量、机动性、可靠性、噪声以及环保等方面进行分析，因此值得研究者深入探索。