燃气采暖热水炉CO排放检测方法研究
1 概述
近两年,国家对清洁能源非常重视,北方各省市陆续实施“煤改气”政策,燃气采暖热水炉逐渐走进千家万户[1-2]。天然气在燃气采暖热水炉内燃烧产生的烟气中含有CO、CO2和NOx[3],其中CO达到一定浓度时对人体有致命的伤害。
GB 25034—2010《燃气采暖热水炉》(以下简称GB 25034—2010)对CO的排放做了多项要求,其中最严格的当数第7.5.8条对气流监控(即对烟气中CO体积分数的监控)的规定。气流监控有平行的4种检测方法,燃气采暖热水炉制造商从中选择任意一种方法,只要该方法的检测结果满足标准要求,即可判定该燃气采暖热水炉的气流监控性能(即CO排放性能)合格。但是,笔者在大量实验的基础上发现,对于同一台燃气采暖热水炉,4种方法的检测结果一致性较差,4种方法之间经常同时出现检测合格和不合格的争议结果。因此,仅以其中一种方法的检测结果作为评判依据,往往无法正确地评定燃气采暖热水炉的CO排放性能。目前国内外尚无相关文献对气流监控的4种检测方法进行对比研究,因此,有必要对这4种方法的检测结果和差异性进行探讨,这项工作还可以为国家标准GB 25034—2010的修编工作提供基础数据支持。
2 气流监控的检测方法
GB 25034—2010第7.5.8条规定,将燃气采暖热水炉设定在供暖额定最高热输入状态,在燃气采暖热水炉排气管末端处利用烟气分析仪连续测量烟气中的CO和CO2体积分数。本文所述的热平衡是指燃气采暖热水炉供水管道的水温稳定在(80±2) ℃,同时,回水管道的水温稳定在(60±1) ℃。按照GB 25034—2010第7.6.1条的要求和方法,将实测烟气中的CO体积分数折算成理论空气系数为1时的值,记为φ(CO)α=1,简称CO排放值。按以下4种方法分别进行实验。
① 方法1:当燃气采暖热水炉达到热平衡后,逐渐堵塞排气管(使用的堵塞方法应当确保不会导致燃烧产物回流),直至燃气采暖热水炉熄灭,检查该过程中φ(CO)α=1是否小于0.20%,如果φ(CO)α=1小于0.20%,则判定合格。
② 方法2:堵塞排气管(使用的堵塞方法应当确保不会导致燃烧产物回流),在使燃气采暖热水炉处于刚能点燃的临界状态下,燃气采暖热水炉从冷机启动直至热平衡状态时,检查φ(CO)α=1是否小于0.10%,如果φ(CO)α=1小于0.10%,则判定合格。
pv——测量断面的动风压,Pa
④ 方法4:使风机工作在能够使燃气采暖热水炉燃烧的最小工作电压下,燃气采暖热水炉从冷机启动直至热平衡状态时,检查φ(CO)α=1是否小于0.10%,如果φ(CO)α=1小于0.10%,则判定合格。
3 气流监控的4种检测方法结果对比
随机选择16台燃气采暖热水炉作为实验样本,进行气流监控4种方法的实验,结果见图1。这16台实验样本的燃烧方式均为大气式,来自国内外16个不同的燃气采暖热水炉品牌,额定热输入分布在20~32 kW范围,所配置的风机为交流恒速引风机。除引用的GB 25034—2010原文外,本文所述的风机均指交流恒速引风机。
高职高专会展英语教学不能套用特定的教学方法。根据后方法理论的三大宏观策略,会展英语教学要结合行业特定的区域人才需求和会展专业学生的实际知识构成,因材施教,教师要在教学过程中反思,形成自己的教学理论体系。
图1 16台燃气采暖热水炉气流监控检测结果
气流监控规定了4种平行方法,原则上同一个样本用4种方法的检测结果应该是一致的,但是,由图1可知,每个样本用4种方法实验所得的φ(CO)α=1数据一致性参差不齐。其中一致性较好的只有7个样本(样本1、5、7、11、12、13、14),占比为43.75%。其余9个样本各自所得的φ(CO)α=1数据一致性较差。以样本2为例,方法1和方法2所得的φ(CO)α=1均超出标准允许最高值,依据方法1或者方法2的结果可以判定该样本的CO排放性能不合格;而方法3和4所得的φ(CO)α=1均在标准允许最高值之下,因此,依据方法3或者方法4的结果可以判定该样本的CO排放性能合格。一个样本出现了合格和不合格两种判定结果,这显然是不合理的,因此,有必要探究这4种平行方法一致性较差的原因。
选择2015年8月—2017年8月在我院进行分娩的160例初产妇作为研究对象,所有产妇均为单胎,将其随机分为观察组与对照组,每组各80例。观察组中,年龄20~39岁,平均(27.46±3.75)岁;孕周36~40周,平均(38.79±1.04)周;体质量59~83 kg,平均(65.13±4.25)kg。对照组中,年龄21~39岁,平均(27.38±3.26)岁;孕周36~40周,平均(38.24±1.13)周;体质量58~84 kg,平均(66.37±5.16)kg。两组的基线资料比较,差异不具有统计学意义(P>0.05),具有可比性。
4 烟气体积流量和CO排放值测定
对于大气式燃气采暖热水炉,烟气体积流量越大,CO排放值φ(CO)α=1越低。因此,为了探究4种检测方法φ(CO)α=1存在差异的原因,以下考察4种检测方法所对应的烟气体积流量是否存在差异。
4.1 烟气体积流量的测定方法
将样本3作为实验样本,按照GB 25034—2010 第7.1.1条试验条件、第7.1.4条实验仪器仪表和第7.5.8条气流监控装置的要求,进行4种方法的φ(CO)α=1和标准状态下烟气体积流量qs的测定。下文所称的烟气体积流量均指标准状态下烟气体积流量qs。
(1)
qw=vA
(2)
(3)
(4)
式中 qs——标准状态(273 K,101 325 Pa)下的烟气体积流量,m3/s
祁连县是迄今世界上原始生态保存得最为完整的地区之一,这里雪山纵横,生物种类繁多,生态系统多样,有着淳朴的自然风光。
转型升级的外延包含产品数字化转型升级、技术数字化创新应用、流程数字化转型升级、销售渠道的数字化转型升级以及人员素质的数字化转型升级。
qw——实验工况下的烟气体积流量,m3/s
将34篇文献信息导入Bicomb 2软件后进行关键词提取操作,共得到83个原始关键词,本研究选取频次阈值≥2的关键词作为高频关键词,共得14个,如表1所示。可见,当前,关于我国高校教师TPACK能力的研究主要集中在教师专业发展、教师培训以及翻转课堂应用等方面。
pa——实验工况下大气压,Pa
pabs——标准状态的绝对压力,Pa
ps——测量断面的静风压,Pa
To——标准状态的热力学温度,K
核桃种植业是整个核桃产业发展的基础,但如果没有加工业的增值和销售业的促销相配套,核桃产业也很难发展壮大起来。从调研情况看,全县尚没有一家进行核桃深加工或一条龙服务的龙头企业,核桃种植专业合作社虽成立有几家,但大部分有名无实,没有发挥实际作用。目前有收益的农户仍是自种自销,或小商贩上门收购,或依靠“马路市场”,有的甚至因无市场而滞销,使种植农户感觉没有希望。
ts——测量断面的烟气平均温度,℃
v——测量断面的烟气流速,m/s
③ 方法3:当燃气采暖热水炉达到热平衡后,逐渐降低风机工作电压直至燃气采暖热水炉熄灭,检查该过程中φ(CO)α=1是否小于0.20%,如果φ(CO)α=1小于0.20%,则判定合格。
第2步:以4组近似信号a3的2002-2011年间10年的信号数值作为BP神经网络的训练信号,以2012-2016年间5年的事故发生情况为预测目标信号,对2012-2016年间的交通事故发生的情况进行预测。
A——测量断面流通截面积,m2
由图4可见,对于方法3,当风机供电电压从220 V降至146 V时,燃气采暖热水炉熄灭,此时,烟气中CO体积分数为1 184×10-6,计算可得φ(CO)α=1为0.181%,在标准允许的最高值(为0.2%)之内。此时,烟气体积流量为28.1 m3/h。
ρN——标准状态下湿烟气密度,kg/m3,根据GB/T 5468—1991《锅炉烟尘测试方法》第4.5节,取1.34 kg/m3
式(1)~(4)中,A、pv、ts、pa、ps为测试量,ρN、To、pabs为已知量,ρN取1.34 kg/m3,To取273 K,pabs取101 325 Pa,qs、qw、v、ρ为计算量。需要说明的是,动风压pv和静风压ps由图2所示的压力测定装置测出。压力计端口“+”和“-”符号表示压力的相对高低,压力计1的读数为静风压ps,压力计2的读数为动风压pv。
图2 动风压和静风压测定装置
4.2 4种方法的烟气体积流量和CO排放值
烟气体积流量的计算公式如下:
将实验样本设定在供暖额定最高热输入状态,达到热平衡后,先按照气流监控的方法1和方法3分别进行实验。待实验结束后,将实验样本静置为冷机状态后,再按照方法2和方法4分别进行实验。在实验过程中,利用烟气分析仪连续测量记录烟气中CO体积分数,利用图2所示的装置连续测量记录风机出口处的动风压和静风压,利用烟温传感器连续测量记录风机出口处的烟气温度。按照式(1)~(4),计算4种方法各自的烟气体积流量qs。
方法1下烟气中CO体积分数与烟气体积流量的关系见图3,方法2和方法4下烟气中CO体积分数和烟气体积流量关系见表1,方法3下烟气中CO体积分数与烟气体积流量的关系见图4。图3、图4、表1以及下文中所称的CO体积分数是利用烟气分析仪所得的工况下的测量值,而φ(CO)α=1是根据GB 25034—2010第7.6.1条的方法,由烟气分析仪测量的工况下的烟气中CO体积分数、CO2体积分数和理论干烟气中的CO2体积分数计算得来。
图3 方法1下烟气中CO体积分数与烟气体积流量的关系
图4 方法3下烟气中CO体积分数与烟气体积流量的关系
表1 方法2和方法4下烟气中CO体积分数和烟气体积流量
方法方法2方法4烟气体积流量/(m3·h-1)27.528.8烟气中CO体积分数2 500×10-6774×10-6φ(CO)α=1/%0.3630.121标准允许φ(CO)α=1最高值/%0.10.1
由图3可见,对于方法1,逐渐堵塞排气管至堵塞的面积比例达到83.3%时,燃气采暖热水炉熄灭,此时,烟气中CO体积分数为2 500×10-6。按照GB 25034—2010第7.6.1条的方法,计算可得φ(CO)α=1为0.372%,大于标准允许的最高值(为0.2%)。此时,烟气体积流量为25.8 m3/h。
ρ——实验工况下测量断面上的湿烟气密度,kg/m3
一是,两种版本教材的内容起点不同.康轩版教材把最简分数的相关内容作为学习分数除法的起点,苏教版教材则把分数除以整数(分子能整除)作为起点,而最简分数的相关内容安排在五年级学习.
由表1可见,对于方法2,达到热平衡时的CO体积分数为2 500×10-6,计算可得φ(CO)α=1为0.363%,高于标准允许的最高值(为0.1%)。此时,烟气体积流量为27.5 m3/h。
庐山西海的旅游景点众多但是开发较少,许多景点设置重复性高,布局也不太合理。许多旅游景点主要以观光为主,养生旅游开发得较少,许多景区的代表性、感染力、参与度等都比较差。还处于低层次的发展阶段,这样就对庐山西海的旅游资源造成极大浪费。
1.2.6 菌株溶磷和分泌IAA能力测定 采用有机磷蛋黄卵磷脂EYPC和无机磷Ca3(PO4)2固体培养基溶磷圈法测定菌株溶磷能力[30],28℃培养7 d后测定根瘤菌菌落溶磷透明圈直径与菌落直径的比值(D/d)。参照文献[31]的方法分析菌株分泌IAA的能力。
由表1可见,对于方法4,达到热平衡时的CO体积分数为774×10-6,计算可得φ(CO)α=1为0.121%,高于标准允许的最高值(为0.1%)。此时,烟气体积流量为28.8 m3/h。
虽然方法1中燃气采暖热水炉熄灭时的烟气中CO体积分数和方法2中燃气采暖热水炉达到热平衡时的烟气中CO体积分数均为2 500×10-6,但是,这两种方法对应的烟气中CO2体积分数不同(本文未列出CO2体积分数),从而导致这两种方法的φ(CO)α=1不同。需要说明的是,方法1和方法2中的烟气中CO体积分数均为2 500×10-6,这是因为实验所用的烟气分析仪的CO测试上限为2 500×10-6,方法1和方法2中实际产生的CO体积分数有可能高于2 500×10-6,本文将高于2 500×10-6的CO体积分数均作为2 500×10-6处理。
4.3 小结
4种方法的φ(CO)α=1从小到大的顺序为:方法4、方法3、方法2 、方法1。4种方法的烟气体积流量从小到大的顺序为:方法1、方法2、方法3、方法4。气流监控4种平行的检测方法所对应的烟气体积流量有着较大差异,导致了φ(CO)α=1差异显著。该样本按照方法1、2、4所得的φ(CO)α=1均超过各自的标准允许最高值,判定为不合格;按照方法3所得的φ(CO)α=1小于标准允许最高值,判定为合格。可见,4种方法的判定结果存在显著的差异,给检测工作带来了较大的困扰和不确定性。对于该样本,方法1的烟气体积流量最小,φ(CO)α=1最大,并且图1所示的一致性较差的9个样本中,方法1的φ(CO)α=1高于方法2、3、4的样本有6个,占比很大。因此,与方法2、3、4相比,方法1更为严格,对燃气采暖热水炉的排放要求也更高。所以,对于大气式燃气采暖热水炉而言,将方法1作为气流监控的唯一检测方法是更加合理的。
5 结论和建议
5.1 结论
本文对GB 25034—2010第7.5.8条气流监控4种平行的检测方法进行对比研究,选取16台大气式燃气采暖热水炉作为实验对象,测试其CO排放值φ(CO)α=1,发现这4种方法的CO排放值φ(CO)α=1一致性较差。以样本3为实验对象,测定4种方法下烟气体积流量和CO排放值φ(CO)α=1。结果表明,4种方法的烟气体积流量有较大差异,其从小到大的顺序为:方法1、方法2、方法3、方法4;4种方法的CO排放值φ(CO)α=1存在显著差异,其从小到大的顺序为:方法4、方法3、方法2 、方法1。依据方法1、方法2、方法4的检测结果,可以判定该样本为不合格产品;依据方法3的检测结果,可以判定该样本为合格产品。同一样本出现了两种完全相反的判定结果。而依据GB 25034—2010中关于气流监控的要求,是仅凭其中一种方法的检测结果判定燃气采暖热水炉的气流监控性能,这种判定规则存在着明显的漏洞,判定结果具有较大的不确定性。
5.2 建议
① 对于大气式燃气采暖热水炉而言,在4种方法中,方法1最为严格。因此,建议将方法1作为气流监控的唯一检测方法,能够更准确地体现燃气采暖热水炉的CO排放性能。
② GB 25034—2010第7.5.8条所规定的气流监控实验,需要燃气采暖热水炉在供暖额定最高热输入工况下进行。然而,当燃气采暖热水炉配置直流变频鼓风机或交流变速引风机时,CO排放值φ(CO)α=1的最高值经常出现在部分热输入工况下。因此,有必要选取几种具有代表性的热输入工况,进行气流监控方法1的研究。例如,最小热输入、30%额定热输入、50%额定热输入、70%额定热输入、100%额定热输入等,对每种热输入工况的实验结果合理地分配权重,加权计算出综合的CO排放值φ(CO)α=1,则能够更全面、更准确地反映燃气采暖热水炉的气流监控性能。
参考文献:
[1] 刘江涛,高慧明,刘建伟,等. 北京市农村“煤改气”燃气供应相关技术研究[J]. 煤气与热力,2016,36(9):A27-A32.
[2] 孟亚东,孙洪磊. 京津冀地区“煤改气”发展探讨[J]. 国际石油经济,2014(11):84-90.
[3] 黎彦民,张宁. 火焰冷却体对降低燃气采暖炉氮氧化物排放的试验[J]. 煤气与热力,2015,35(6):A21-A22.
上一篇:膜式燃气表动力系统优化设计