關于高原環保型大空間智能取暖設備的研究

周軍樞

（寧波寶工電器有限公司，寧波 315332）

經過長期的綜合“競爭”，燃油暖風機在采暖領域脫穎而出[1]。該類設備提供潔凈干燥的熱空氣，能對整個空間均勻加熱，且對基礎設施無特殊要求，應用場所不受限制，具備大面積普及的潛質。

當前的燃油暖風機大多基于平原環境設計，不能適應高原的低壓低溫特情。基于現有技術條件，分析高原環境下燃油暖風機可能面臨的運行挑戰進行針對性改進，開發高原環保型大空間智能取暖設備具有重要的現實意義。

1 燃油暖風機介紹

燃油暖風機的主要組成及各部分功能如圖1所示，工作示意圖及工作流程分別如圖2和圖3所示。燃油暖風機的工作關鍵點包括點火可靠性、燃燒穩定性及燃燒完全程度、換熱容易與否[2]。熱力計算顯示有5大主因會對暖風機性能造成影響，即環境壓力、溫度、過剩空氣系數、送風量和燃油量[3]。例如，高原環境下氣壓、氧含量等一些物理因素大幅改變，必然會對暖風機運行產生負向作用。

2 高原環境對燃油暖風機的挑戰

海拔3 000 m左右的高原，大氣壓力只及海平面的1/2，單位體積空氣質量也僅為平原環境的1/2。文獻[4]分析了高原環境下燃油暖風機點火系統所面臨的問題，如圖4所示。

為達成燃油暖風機的變地域適用，必須對現有設備的部分結構進行重新設計，主要解決燃燒問題，同時兼顧機動性、造價、粉塵污染、加熱面積以及自動化程度等因素。

3 面向高原環境的燃油暖風機改進

高原環境的瓶頸制約主要體現在空氣狀況上（稀薄、氧氣含量低），因此為解決問題，可著眼于增氧技術的應用。當前，增氧技術主要有增壓、富氧以及透平3類。但是，根據文獻[3-4]的分析，這3類技術雖各有優點，但存在明顯的局限性（主要體現在能耗、成本、噪聲等方面）。因此，下面將對現有平原燃油暖風機的相關部件進行優選改進來解決問題。

3.1 燃燒器的改進

燃燒器是燃油暖風機的核心。考慮到高原地區燃燒不利的實情，確立“風壓較高、風量大、點火電壓高”的燃燒器改進原則，并以“燃燒室壓力曲線較平穩、易點火啟動、燃燒穩定均勻”作為改進、修正、實測的評價標準。

第一步：對當前主流燃燒器進行結構剖析，找到技術缺點。一方面，馬達風量小，規格不易調整；另一方面，設計風壓開關、壓力測試點和燃燒頭可移動，無標準化。

第二步：基于燃燒器運行機理，結合高原特情，設計一款帶刻度可調節氧含量濃度的燃燒輔助裝置，如圖5所示。

通過在定位罩內設置導風片組件和油嘴，并在油嘴對應位置設置與固定盤連接的點火針，保證點火針的點火強度、點火角度和方向，使得固定方式標準化。另外，通過在定位罩外套設導風圈組件，與導風片組件配合控制風量的大小和走向，達到安全可靠的目的[5]。它的主要控制點包括：①點火針針尖距離；②點火針與油嘴距離；③導風片組件旋片的數量和間隙；④導風片組件與定位罩間隙；⑤導風片組件與油嘴的距離；⑥通過導風圈與定位罩進氧的大小進行調節，以滿足不同海拔下的使用。

3.2 燃燒筒進風口的改進

目前，國內外生產的燃油暖風機的燃燒筒進風口不可調節，存在不能在高海拔地區使用的不足，或即使能勉強使用也存在燃燒不充分、煙氣排放超標等缺陷[6]。為尋求改善，進行了如圖6所示的設計。

在燃燒筒內部設置能夠調節進風量的進風筒（通過設在其外壁上的風量調節環調節），同時設置旋風罩，使燃料與空氣充分混合燃燒，通過調節風量調節環調節進風量，解決了在高原地區使用時缺氧的問題[6]。

3.3 相關測試

為測試所做研究的達標性，搭建測試平臺。測試內容主要包括5個方面[7]：①燃燒器點火啟動試驗，考察其啟動特點；②冷態運行工況下，測定暖風機本體空氣換熱通道流量分配比例；③熱態運行工況下，測定排煙溫度、排煙成分及機組熱效率；④熱態運行時，對各空氣通道出口風溫進行測定；⑤其他相關標準指定的指標。測試結果表明，本項研究在低壓低溫啟動、熱輸出功率、出口風CO濃度以及出口風NOX濃度等多個方面優于國際水平，具備推廣價值。

4 結語

高原地帶空氣稀薄、氣壓偏低，不利于普通燃油暖風機的運行。為契合該類地區的取暖需求，基于平原燃油暖風機進行改進，主要從點火時增氧和燃燒時調節進風量兩個層面進行優化，解決了點火困難、燃燒不充分等問題，為高原采暖提供了一個可行方案。另外，研究未在體積、重量、機動性、可靠性、噪聲以及環保等方面進行分析，因此值得研究者深入探索。