CN102353551A - 一种测定燃气具气质适应域或燃烧工况的方法及所用测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法，主要是调整燃气具的运行工况，使分别在极限工况下燃烧，一般分别测试脱火(离焰)、回火、CO超标或黄焰等燃烧工况，进行一系列极限工况状态点时对应界限燃气组分的分析，计算对应的燃烧特性参数，绘制各燃气具的燃烧特性曲线；或按照实验要求，在不同运行工况下，测定燃气具的燃烧工况和性能参数。该方法所使用的测试装置，由原料气供应装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门、混合气母管、混气压力显示装置、混气管路紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃气具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门、连接软管、测试用燃气具、烟气取样器、烟气分析仪、数模转换模块、控制主机、数据/信号传输线构成。其软件系统为燃气具气质适应域或燃烧工况测试程序控制软件系统。本发明建立了测试燃气具气质适应域或燃烧工况的技术方法和实施路线，为燃气具实验测试行业提供了测试方法和技术平台，可测定不同燃具热负荷时的气质适应域及燃烧工况。
Description
技术领域：
本发明属于一种确定燃气具的适应域或燃烧工况的方法，特别涉及一种对燃具适应燃气气质变化能力及燃具燃烧工况进行测定和评价的技术方法和实验装置。
背景技术：
燃气具设备具有适应一定燃气组分变化的能力，当燃气组分及性质发生改变时，其工作状态必然改变。如果燃气组分变化在某一界限范围内，燃气具仍能保证正常工作，此为燃气具对燃气成分的适应能力，称为燃气具的适应性；适应燃气成分变化的范围称为燃气具的适应域。适应域的范围越宽，表示燃气具的适应燃气成分变化的能力越强。以确定燃气具的燃烧特性区间，测定燃气具气质适应域或燃烧工况，量化燃具对燃气气质的适应性，对燃具进行质量评价或性能测试等为目的的研究，长久以来，受实验方法、配气技术和测试条件的限制，很少有人涉足，未见相应研究报道，基本上属于空白。燃气具测试机构、生产企业亟待建立测试燃气具气质适应域或燃烧工况的技术方法，研发可以量化和评价燃气具对燃气气质变化适应性及燃烧工况的实验系统或装置。
本人于2009年提出了ZL 200920095801.5《一种确定燃气具燃烧适应域或燃烧工况的装置》专利，及200910068118.7《燃气具燃烧适应域的确定方法》专利，于2010年提出了ZL201020206874.X《确定燃烧器燃烧特性的测试实验装置》及201010185656.7《确定燃烧器燃烧特性的测试实验系统》专利，意在克服上述技术存在的不足，探索建立燃气具气质适应性和燃烧工况的测试方法，开发出一种燃气具测试装置，实现对燃气具的燃烧特性、气质适应性及运行工况的测试和量化评价。
专利200910068118.7《燃气具燃烧适应域的确定方法》公开了一种以燃气的不同配气试验气，确定燃气具在正常燃烧时，燃具设备适应燃气成分变化的范围(燃气具的适应域)的方法，该方法采用多种单一气体组分或多种多气体组分配制出各类燃气的不同试验气，在同一燃气具上进行燃烧工况测试，根据出现黄焰或不完全燃烧、回火、脱火等极限燃烧现象所对应的不同燃气组分比例，进行相应的配气组分调整，分别配制出多组与出现上述极限工况所对应的配气试验气；然后计算出在上述极限工况时所对应配气基准气及试验气的燃烧特性指数，如华白数、燃烧势以及热值、C3及以上组分含量、相对密度、燃气燃烧速度、黄焰指数、结碳指数；选取具有代表性的基准气及试验气的某二个或三个燃烧特性指数，建立二维或三维坐标系；这些选择的燃烧特性指数对应坐标点连成的曲线(面)所围成的封闭区域(体)，就构成了燃气具稳定燃烧的适应域。
专利ZL 200920095801.5《一种确定燃气具燃烧适应域或燃烧工况的装置》公开了一种实现燃气具燃烧适应域或燃烧工况确定的装置，该装置可将多种配气原料气以设定或计算的任意体积或质量比例进行混配，由计算机自动或手动控制各路原料气的流量或质量，实现多路原料气体可以同时或依次动态输出；也可以其他几种原料气组分固定，逐步改变某一组分，达到配制不同界限气的目的，可以连续、自动改变某种原料气源组分；完成配气等工艺流程。多种原料气输出混合后形成各种燃烧工况的试验气。其特征是：由多路单一气体组分或多路多气体组分组成配气原料气输送支管路，各支管路上分别依次安装压力调节装置、压力计量装置、支管路控制阀门，各原料气体支管路经压力调节、计量后，形成原料气总汇管路；该原料气总汇管路与总混合气体输送管路的输入端口连通，总混合气体管路中间连接有混合气储存装置，混合气储存装置的出口末端连通待测的燃气具。
专利ZL 201020206874.X《确定燃烧器燃烧特性的测试实验装置》及201010185656.7《确定燃烧器燃烧特性的测试实验系统》公开了一种确定燃气具燃烧特性曲线的测试实验装置或系统，该装置或系统可通过动态、高精度的自动配气装置和燃烧特性测试控制软件系统，随机的、按照既定要求或程序、配制合适组分的试验气或界限气；通过燃烧测试控制系统得到燃具的不同极限燃烧工况，根据测得的各极限工况所对应的各路燃气或原料气的具体组分，计算出混合燃气的燃烧特性参数，根据相应燃烧特性参数形成各种燃烧特性曲线及基准气点位，以此描述燃气具的燃烧性能。其特征是：由原料气体供应装置I、支管路气体流量计量与控制装置II、管路切断装置III、放散装置IV、混合燃气管路稳压装置V、压力计量与反馈装置VI、阻火装置VII、终端燃气具燃烧器及测试装置VIII、烟气分析和数据处理装置IX、数据转换装置X和工控机XI组成。
专利200910068118.7《燃气具燃烧适应域的确定方法》提出了确定燃气具正常燃烧适应域的方法，通过对配气原料气的某些组分改变混合比例，得出黄焰、回火及脱火极限点；根据燃气具在黄焰或不完全燃烧、回火、离焰(脱火)等极限燃烧工况时对应的燃气的燃烧特性参数，建立二维或三维坐标系，构成燃气具的燃烧适应域。将黄焰和不完全燃烧(即CO超标)用同一配气方案进行了测试，未专门明确燃具在CO超标时的配气测试方案。而燃气具在黄焰燃烧时，不一定发生不完全燃烧，即造成CO超标。在实际应用中，燃具发生不完全燃烧(CO超标)的危害比黄焰更大，更是一个需要避免的极限工况。同时，在测试试验中发现，上述专利的步骤是依次测试燃气具的黄焰或不完全燃烧、回火、离焰(脱火)等极限燃烧工况，根据GB 16410《家用燃气灶具》国家标准，CO浓度测试(即不完全燃烧测试)是在坐锅、加烟气取样器、热态下，即灶具点燃15min后，用烟气取样器取样，测试干烟气中的CO和CO2浓度。回火测试是在热态下，即主燃烧器点燃20min后，目测火焰是否回火。而离焰(即脱火)测试是在冷态点燃主燃烧器后，15s后测试。在实际操作中，存在实验流程不尽合理、测试时间长的问题。
专利ZL 200920095801.5提出的各配气原料气支管路单独进行体积或质量计量、调压后混合输送，再通过总混气管路进行调压和储存的流程方式，原理上简单可行，而实际操作上使用了多台气体压力调节器和混合气罐。专利ZL 201020206874.X及201010185656.7提出了各配气原料气支管路单独进行体积或质量计量后混合输送，按照不同工作压力，在总混气管路上进行并联分路输送的流程方式，技术上简单方便，原理可行，但在实际测试操作中，由于需进行不同工作压力条件下的多支路并联切换和状态改变，导致软件控制和硬件安装繁杂。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种实现测定燃气具气质适应域或燃烧工况的方法及所用测试装置，该方法和装置可保证燃气具在正常工作前提下，测定和量化评价燃具对燃气组分或气质的变化适应性及燃具的燃烧工况。同时，本发明由于对实验步骤进行了重新设计，可达到流程科学、测试时间短、前后测试次序衔接合理、节省试验用气的目的。
该测试方法和实验装置可通过建立的硬件系统和编制的实验测试软件系统，在既定的燃具热负荷流量下，基于系统内动态、高精度的多支路自动配气装置，配制合适气质组分的燃具燃烧试验气或界限气；通过混合气总管上的气体压力调节装置，输出合适的运行压力，以得到量化的燃具的气质适应域和不同燃烧工况曲线。
本发明的技术方案是：一种测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法，其特征在于：调整燃气具的运行工况，使其分别在极限工况下燃烧，即依次分别测试燃气具在脱火或离焰状态、回火状态、CO超标或黄焰燃烧状态下的运行工况，然后进行一系列极限工况状态点时对应界限燃气组分的分析，计算对应的燃烧特性参数，绘制各燃烧特性曲线；或按照实验要求，在不同运行工况下，测定燃气具的燃烧工况和性能参数。
上述方法依照下列步骤进行：
(1)燃气具工况调整；调整燃气具的燃烧工况，至最佳燃烧状态。
(2)原料气源准备；
(3)燃气具参数设定；
(4)进行燃气具的脱火极限燃烧工况测试；
(5)进行燃气具的回火极限燃烧工况测试；
(6)进行燃气具的CO超标或黄焰极限燃烧工况测试；
(7)燃具气质适应域的建立。
上述测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法所使用的测试装置，由多个原料气供应装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门、混合气母管、混气压力显示装置、混气管路紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃气具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门、连接软管、测试用燃气具、烟气取样器、烟气分析仪、数模转换模块、控制主机、数据/信号传输线构成；
由多路单一气体或多路多组分气体组成配气原料气支管路，各支管路上分别依次连接原料气供给装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门后汇合连接至原料气混合母管，该混合气母管与总混气输送管路的输入端口连通，总混气输送管路上依次安装有压力显示装置、混气紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门，阀门出口通过连接软管与燃气具连接；其中：支管路上安装的气体流量计量装置、压力显示装置、远控混气压力调节装置、燃具燃烧器前压力显示装置，皆通过数据/信号传输线与控制主机的数模转换模块连接，实现气体流量、压力等电压或电流信号和控制指令的双向/单向传输；烟气分析仪通过数据线与主机的串口连接，混气紧急切断装置与控制主机相连接。
上述远控混气压力调节装置由普通气体调压器、电机和可伸缩联轴器组成；普通气体调压器的上盖上固定电机支架，电机安装在电机支架上；可伸缩联轴器由带方孔的调压器弹簧预紧力调节螺钉、方形轴杆和销子组成，方形轴杆及销子安装在电机轴上，方形轴杆垂直穿过带方孔的调压器弹簧预紧力调节螺钉和气体调压阀内的调压弹簧；电机通过导线与工控机或手动按钮连接。
上述支管路气体流量计量装置由兼具高精度流量计量与阀门动态控制功能的质量流量控制器或层流式流量计组成；控制主机通过数模转换模块、数据/信号传输线与质量流量控制器或层流式流量计连接，实现数据信号与控制指令的双向传输。
上述混合气母管是由直径为支管路直径1～5倍的同材质管材构成的一段管道，一侧密封，一侧开口。
上述压力显示装置由压力变送器及压力计或压力表组成，传输的数字压力信号通过信号传输线和数模转换模块与控制主机连接。
上述混气管路紧急切断装置由一只管道阀门及一只电动或气动开关阀串联构成，通过控制台的按钮或实验测试控制软件系统，实现对混合燃气管路的紧急状况时的切断操作。
上述气体过滤器内部安装有两道目数不大于0.5mm的不锈钢网格。
上述安全放散装置由放散阀、放散管路、放散气体流量计、放散燃烧器组成，安全放散阀的放散压力值为：5kPa≤放散压力≤10kPa。
本发明通过建立的硬件系统和编制的实验测试软件系统，在既定的燃具热负荷流量下，基于系统内动态、高精度的多支路自动配气装置，配制合适气质组分的燃具燃烧试验气或界限气；通过混合气总管上的气体压力调节装置，输出合适的运行压力，以得到量化的燃具的气质适应域和不同燃烧工况曲线。
本发明具有如下的优点和积极效果：
1、建立了测试燃气具气质适应域或燃烧工况的技术方法和实施路线，为燃气具实验测试行业提供了测试方法和技术平台，可测定不同燃具热负荷时的气质适应域及燃烧工况。
2、本专利提供的量化测定燃气具气质适应性或燃气具燃烧工况的实验装置以简单、实用的设备流程及灵敏、多能的远控混气压力调节装置，可实现在不同测试条件时，同一混合气管道上不同运行压力的输出，并在测试同一燃具运行工况时，维持管路输出恒定的燃气总流量与燃烧器前运行压力。也可依据实验条件，进行变燃气具热负荷条件的连续压力调整和输出。
3、该装置可以依据燃具燃烧时燃气的全部组分或某些特性指数，实现动态、高精度的燃气自动配气，以配制燃具正常工作所需的不同基准气或试验气，测定燃气具的热工性能或燃烧工况。
4、该装置可以进行燃气具型式检验测试，根据试验测试要求，进行各种运行压力的的燃具运行工况测定，确定燃气具的基准燃烧工况与燃烧模式。
附图说明：
图1是本发明装置的系统流程图。
图2是远控混气压力调节装置的系统示意图。
其中：1-管路阀门；2-流量计量装置；3-原料气输送支管路；4-混合气母管；5-压力显示装置；6-总混气管路紧急切断阀；7-过滤器；8-安全放散阀；9-流量计；10-总混气输送管路；11-远控混气压力调节装置；12-燃烧器前阀门；13-连接胶管；14-测试用燃气具；15-烟气取样器；16-烟气分析仪；17-数模转换模块；18-控制主机；19-数据/信号传输线；20-普通气体调压器；21-电机支架；22-调压弹簧；23-调压阀弹簧预紧力调节螺钉；24-电机轴；25-带正反转的减速电机或步进电机；26-销子；27-方形轴杆；28-上盖；29-出口。
具体实施方式：
一种测定燃气具气质适应域或燃烧工况的方法，依照下列步骤进行：
(1)燃气具工况调整；
在燃烧基准燃气情况下，调整燃气具的燃烧工况，至最佳燃烧状态。
(2)原料气源准备；
按照测定的燃气具燃用基准燃气的种类，确定参与配制试验气的原料气源类别。
(3)燃气具参数设定；
在燃气具燃烧基准燃气类别、热负荷功率已知前提下，根据各参数，计算各燃烧工况时需要燃气的流量。在燃气具型式尚未确定时，应先根据国家标准GB 16410《家用燃气灶具》及GB 16411《家用燃气用具通用试验方法》，进行型式检验，确定燃气具的类型及燃烧参数。
(4)进行燃气具的脱火极限燃烧工况测试；
设定燃气混气管路的总流量及参与配气的各种原料气类别；对于每组不同的甲烷、氢气体积比例组合，按某一固定比例增加参与配气组分中的氮气原料气的体积(或质量)流量，在1.5倍额定运行压力下，至燃气具出现脱火时为止；记录此时混合燃气中各种原料气的体积比例，由此计算混合燃气的各种燃烧特性参数，如高热值、相对密度、华白数、燃烧势、黄焰指数、火焰燃烧速度、理论空气量；按照需要设定测试工况的次数；在以华白数-燃烧势为自变量和因变量的平面直角坐标系中，标注各脱火极限点的位置，并依次连接，形成燃气具的脱火极限工况曲线。保持测试试验中，总混气管路中燃烧器前压力的稳定。
(5)进行燃气具的回火极限燃烧工况测试；
设定燃气混气管路的总流量及参与配气的各种原料气类别；对于每组不同的甲烷、氮气体积比例组合，按某一固定比例增加参与配气组分中的氢气原料气的体积(或质量)流量，在0.5倍额定运行压力下，至燃气具出现回火时为止；记录此时混合燃气中各种原料气的体积比例，由此计算混合燃气的各种燃烧特性参数；按照需要设定测试工况的次数；在以华白数-燃烧势为自变量和因变量的平面直角坐标系中，标注各回火极限点的位置，并依次连接，形成燃气具的回火极限工况曲线。
保持测试试验中，总混气管路中燃烧器前压力的稳定。
(6)进行燃气具的CO超标或黄焰极限燃烧工况测试
同理进行燃气具的CO超标或黄焰极限燃烧工况测试，维持总混气管路中燃烧器前压力为1.5倍的额定运行压力，每次配气时，对于每组不同的甲烷、氮气、氢气的体积比例组合，按某一固定比例增加参与配气组分中的丙烷或丁烷等高烃组分原料气的体积(或质量)流量，至燃气具出现CO超标或黄焰时为止；记录出现CO超标或黄焰时对应混合燃气中各路原料气的比例，计算混合燃气的各项燃烧特性参数。保持测试试验中总混气管路的燃烧器前压力的稳定。
(7)燃具气质适应域的建立
选择燃气的关键燃烧特性参数，如华白数、燃烧势；以华白数——燃烧势参数分别为X轴自变量和Y轴因变量建立平面直角坐标系，标出燃气具在基准燃气时对应的坐标点，及分别在脱火(离焰)、回火、CO超标或黄焰时各测试极限点对应的坐标点位置；各极限点围成的区域，即为燃气具的气质适应域。同理可以选择其他燃烧特性参数组合，建立二维平面或三维立面的坐标系，表示燃气的气质适应域。
如图1所示：上述方法所使用的测试装置，包括硬件系统和软件系统两部分。其硬件系统由原料气供应装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门、混合气母管、混气压力显示装置、混气管路紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃气具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门、连接软管、测试用燃气具、烟气取样器、烟气分析仪、数模转换模块、控制主机、数据/信号传输线构成。其软件系统为燃气具气质适应域或燃烧工况测试程序控制软件系统。
其中，由多路单一气体或多路多组分气体组成配气原料气支管路，各支管路上分别依次连接原料气供给装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门后，连接至同一原料气混合母管；该原料气混合母管与总混气输送管路的输入端口连通，总混气输送管路上依次连接有混气压力显示装置、混气紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门，阀门出口通过软管与燃气具连接。其中的支管路气体流量计量装置、混气压力显示装置、远控混气压力调节装置、燃具燃烧器前压力显示装置，皆有数据/信号传输线与控制主机的数模转换模块连接，实现气体流量、压力等电压或电流信号和控制指令的双向/单向传输；烟气分析仪通过数据线与主机的串口连接。混气紧急切断装置与控制主机相连接。
上述各配气原料气支管路上主要完成各路原料气的体积或质量流量的计量和数据传输反馈，并通过软件系统，控制支管路上流量计量装置的阀门开度，得到所需的各种气体流量。各燃烧工况所对应的不同混合燃气压力的调整，将由软件系统按照相应指令控制总混气输送管路上的远控混气压力调节装置自动完成，或手动操作控制台上的相应按钮实现总混气管路上的恒定压力或连续变化的压力输出。基于控制软件系统，可以对各配气原料气支管路的气体流量进行同比例联控调节，实现恒定混合燃气流量和运行压力的闭环调节。
上述原料气体供应装置为多路单一气体组分或多路多气体组分构成的配气原料气输送支管路，各支管路上分别依次安装原料气瓶或原料气源、减压或调压装置、管路切断阀门。
上述支管路气体流量计量装置由兼具高精度流量计量与阀门动态控制功能的质量流量控制器或层流式流量计组成；控制主机通过数模转换模块、数据/信号传输线与质量流量控制器或层流式流量计连接，实现数据信号与控制指令的双向传输。
上述混合气母管是由直径为支管路直径1～5倍的同材质管材构成的一段管道，一侧密封，一侧开口。
上述压力显示装置由压力变送器及压力计或压力表组成，传输的数字压力信号通过信号传输线和数模转换模块与控制主机连接。
上述混气管路紧急切断装置由一只管道阀门及一只电动或气动开关阀串联构成，通过控制台的按钮或实验测试控制软件系统，实现对混合燃气管路的紧急状况时的切断操作。
上述气体过滤器，功能上等同于阻火装置，内部安装有两道目数不大于0.5mm的不锈钢网格，具有过滤混合燃气、阻止氢气等高速燃烧的燃气回火燃烧的功能。
上述安全放散装置由放散阀、放散管路、放散气体流量计、放散燃烧器组成，安全放散阀的放散压力值为：5kPa≤放散压力≤10kPa。
如图2所示：上述远控混气压力调节装置由普通气体调压器、电机和可伸缩联轴器组成；普通气体调压器的上盖上固定电机支架，电机安装在电机支架上；可伸缩联轴器由带方孔的调压器弹簧预紧力调节螺钉、方形轴杆和销子组成，方形轴杆及销子安装在电机轴上，方形轴杆垂直穿过带方孔的调压器弹簧预紧力调节螺钉和气体调压阀内的调压弹簧；电机通过导线与工控机或手动按钮连接。该装置利用微型伺服电机或有正反转的微型减速电机的转动，通过可伸缩联轴器，转动普通气体调压器弹簧预紧力调节螺钉，调节弹簧的预压紧力，实现气体输出压力的大范围变化和精确控制。
各支管路气体经流量(体积或质量)计量后，通过支管路阀门出口与混合气母管连接。混合气母管出口与总混气输送管路连接，之后依次安装压力显示装置、混气管路紧急切断装置、过滤器后，以三通方式连接，其一端管路接有安全放散装置，放散压力在5～10kPa之间，将管路中多余的燃气气体泄流燃烧；另一出口端依次连接远控混气压力调节装置、混气压力显示装置、燃烧器前阀门，由连接软管和燃气具燃烧器引入管接头相连。燃气具燃烧器上部连接有烟气取样器和烟气分析仪，对燃烧烟气进行取样、分析和数据传输；燃气具的燃烧工况通过火焰监测器或人工进行监控。
上述实验装置的燃气具测试控制软件系统，包括测试流程控制软件模块、自动配气控制软件模块、管路气体流量或压力数据传输与转换软件模块、数据处理与曲线图形绘制软件模块等。该软件程序是在控制主机内，按照一定运行规则编译的，可以实现燃气具测试所需的试验气配制、实时流程控制、运行工况调整、数据处理、保存和打印功能的综合软件系统。通过程序控制各支管路的气体流量和阀门开度，得到合适的燃气流量；通过软件系统控制总混气管路上的远控混气压力调节装置，实现输出恒定的或连续变化的运行压力；并接收测试实验系统中的流量、压力和温度等燃气数据，及烟气中的CO、O2、CO2、NOx含量等数据，与燃具的燃烧火焰工况信号；实现燃烧流程控制、数据接收与处理、运行工况分析、试验曲线绘制、计算结果存储、打印等功能。
上述实验装置可以实现：
①燃气试验配气。进行全组分燃气的配气；或基于互换性原理，进行等效燃烧特性参数的燃气试验气配制；可以进行不同城市燃气组分的模拟配制，精确配制不同的城市基准气或试验气。
②燃气具气质适应域或燃烧工况的测试。可以动态实时的配制燃具测试用各种试验气或界限气，进行燃气具对燃气组分变化适应性或燃烧工况的的量化测定。
③燃气具型式检验测试。根据试验测试要求，进行各种运行压力的的燃具运行工况测定，确定燃气具的基准燃烧工况与燃烧模式。
④运行压力和流量的随机调节。根据试验测试需要，实现在同一混气输送管路上，输出恒定的压力或连续变化的压力；及实现恒定混合燃气流量和运行压力的闭环调节，进行各种标准的或非标的燃气具燃烧性能测试。
控制操作步骤如下：
开始前状态，测试系统中所有原料气瓶及管道气全部关闭，相应管路的阀门处于常闭状态，总混气管路的紧急切断阀门为常开。按照测试系统要求，安装好燃气具，开启控制主机电源及各相应电源。之后：
1、燃气具基准气燃烧工况与燃烧模式确定
(1)燃气具基准气类别已知时
①如基准气为外接的管道燃气NG，则：打开基准气管道阀门1-5、1-10，打开总混合气体管路中手动阀门5、燃烧器前阀门12，点燃燃气具14的燃烧器，将供气压力稳定至额定运行压力p0后，调整燃气具工况至最佳燃烧状况，使燃烧器头部的火孔内外焰清晰、火焰高度稳定。
②进行燃烧火焰数据特征采集或确定及气体参数采集(压力、温度、流量)。根据色谱分析或基准气管路上流量计2-5的反馈数据，计算出基准气的燃烧特性参数，如热值Hs、华白数W、燃烧势CP、黄焰指数Ij、火焰燃烧速度Sn、理论空气量V0等。
③当基准气不是外接的管道气时，根据燃气具铭牌上标注的燃气类别，按照预先设定或手工输入的试验气各组分的体积比例，打开各原料气瓶开关及减压阀或调压阀，开启相应原料气管路的流量控制器2-1至2-4，……等至合适的流量开度，使符合该基准气组分比例的各原料气输出，形成基准混合燃气。完成上面的燃气具基准气工况调整。
(2)燃气具基准气类别未知时
①打开控制软件系统，进行燃气具燃气类别确定。首先使用CH4支管路原料气，点燃燃气具，调整燃具的风门开度，看是否为最佳燃烧工况。
②如果是，则该灶具为天然气类12T燃气具。
③如果不是最佳工况，则根据GB/T13611-2006标准《城镇燃气分类和基本特性》中表2对应基准0#气的组分比例，开启测试系统中相应支管路的流量控制器至适当开度，分别进行天然气类(10T、6T、4T、3T)和人工气类(7R、6R、5R、4R、3R)0#气的基准气测定，直至确定出该燃气具的基准气类别。
④当以上步骤完成后，仍未检出最佳燃烧工况，则该燃气具的适用燃气为液化石油气，此时关闭上面的CH4、H2、N2等各支管路流量控制器。
⑤开启C3H8、C4H10等管路，按照19Y、20Y、22Y基准0#气的组分要求，判定燃气具对应的基准燃气类别。
2、燃气具气质适应域或燃烧工况的测定
燃气具气质适应域或燃烧工况的测定，主要是调整燃气具的运行工况，使分别在极限工况下燃烧，一般分别测试脱火(离焰)、回火、CO超标或黄焰等燃烧工况，进行一系列极限工况状态点时对应界限燃气组分的数据采集和分析。根据采集的各支管路的流量控制器的体积流量或组分比例，计算对应的燃烧特性参数，绘制各燃烧特性曲线。具体如下：
(1)燃气具工况调整
开启管路中相应阀门，管路中通入基准燃气，并点燃燃气具。在额定运行压力时，调整燃气具的运行工况，使燃具各项运行工况指标正常；之后，关闭燃气具备用。
(2)原料气源准备
打开各原料气支管路的供气阀门，将各原料气调压或减压至0.10～0.30MPa，并保持稳定。
(3)燃气具参数设定
根据测试燃气具的使用燃气类别、燃具额定热负荷、燃气额定运行压力等参数，设定燃气具测试在对应脱火(离焰)、回火、CO超标或黄焰等各燃烧工况时，混气管路的总燃气流量(单位：L/min)。
(4)进行燃气具的脱火极限燃烧工况测试
设定燃气混气管路的总流量及参与配气的各种原料气类别，确定参与配气的各原料气的实验步长，即每次配气循环对应的原料气增减量。将总混气管路中燃烧器前压力调整至1.5倍的额定运行压力。在每次配气时，按某一固定比例增加参与配气组分中的氮气原料气的体积(或质量)流量，至燃气具出现脱火时为止，记录此时对应参与配气的各路原料气管路的流量计量装置的数据，计算混合燃气中各种原料气的体积比例，由此计算出混合燃气的各种燃烧特性参数，如高热值、相对密度、华白数、燃烧势、黄焰指数、火焰燃烧速度、理论空气量等。
在测试过程中，由实验测试软件系统自动控制各原料气支管路的流量计量装置与总混气管路的远控混气压力调节装置，对混气管路的总流量和燃烧器前压力进行自动联控闭环调节，保持恒定混气流量时输出恒定的燃烧器前压力；也可操作控制台上的调节按钮，对总混气管路上的远控气体压力调节装置进行手动调节，维持恒定压力输出。
(5)进行燃气具的回火极限燃烧工况测试
设定燃气混气管路的总流量及参与配气的各种原料气类别，确定参与配气的各原料气的实验步长，即每次配气循环对应的原料气增减量。将总混气管路中燃烧器前压力调整至0.5倍的额定运行压力。在每次配气时，按某一固定比例增加参与配气组分中的氢气原料气的体积(或质量)流量，至燃气具出现回火时为止，记录此时对应参与配气的各原料气支管路的流量计量装置的参数数据，并计算混合燃气的各项燃烧特性指数。
保持测试试验中，总混气管路中燃烧器前压力的稳定。
(6)进行燃气具的CO超标或黄焰极限燃烧工况测试
同理进行燃气具的CO超标或黄焰极限燃烧工况测试，维持总混气管路中燃烧器前压力为1.5倍的额定运行压力，每次配气时，按某一固定比例增加参与配气组分中的丙烷或丁烷等高烃组分原料气的体积(或质量)流量，至燃气具出现CO超标或黄焰时为止；记录出现CO超标或黄焰时对应混合燃气中各路原料气的比例，计算混合燃气的各项燃烧特性参数。保持测试试验中总混气管路的燃烧器前压力的稳定。
(7)燃具气质适应域的建立
选择燃气的关键燃烧特性参数，如华白数、燃烧势；以华白数——燃烧势参数分别为X轴自变量和Y轴因变量建立平面直角坐标系，标出燃气具在基准燃气时对应的坐标点，及分别在脱火(离焰)、回火、CO超标或黄焰时各测试极限点对应的坐标点位置；各极限点围成的区域，即为燃气具的气质适应域。
同样可以选择其他燃烧特性参数组合，建立二维平面或三维立面的坐标系，表示燃气的气质适应域。
3、燃气试验配气
(1)根据燃气全部组分进行配气
根据燃气具燃烧所需的基准气或试验气的所有组分比例，设定好燃气具燃烧所需的总混气流量及各气体组分比例；打开各原料气支管路，控制各路流量计量装置的阀门开度，使各路原料气输出所需组分比例份额的气体流量，流入总混气管路，经过调压后备用。
(2)根据燃气的燃烧特性指数进行等效实验配气
按照燃气具燃烧所需的基准气的关键燃烧特性参数，如燃气的高热值、相对密度、华白数、燃烧势、黄焰指数、火焰燃烧速度、理论空气量，计算出试验气在与基准气相同燃烧特性参数时的各原料气的组分比例，进行燃烧性能等效的实验配气。
后续步骤同上。
Claims (10)
1.一种测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法，其特征在于：调整燃气具的运行工况，使其分别在极限工况下燃烧，即依次分别测试燃气具在脱火或离焰状态、回火状态、CO超标或黄焰燃烧状态下的运行工况，然后进行一系列极限工况状态点时对应界限燃气组分的分析，计算对应的燃烧特性参数，绘制各燃烧特性曲线；或按照实验要求，在不同运行工况下，测定燃气具的燃烧工况和性能参数。
2.根据权利要求1所述的测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法，其特征在于：依照下列步骤进行：
(1)燃气具工况调整；
(2)原料气源准备；
(3)燃气具参数设定；
(4)进行燃气具的脱火极限燃烧工况测试；
(5)进行燃气具的回火极限燃烧工况测试；
(6)进行燃气具的CO超标或黄焰极限燃烧工况测试；
(7)燃具气质适应域的建立。
3.根据权利要求1或2所述的测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法所使用的测试装置，其特征在于：由多个原料气供应装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门、混合气母管、混气压力显示装置、混气管路紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃气具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门、连接软管、测试用燃气具、烟气取样器、烟气分析仪、数模转换模块、控制主机、数据/信号传输线构成；
由多路单一气体或多路多组分气体组成配气原料气支管路，各支管路上分别依次连接原料气供给装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门后汇合连接至原料气混合母管，该混合气母管与总混气输送管路的输入端口连通，总混气输送管路上依次安装有压力显示装置、混气紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门，阀门出口通过连接软管与燃气具连接；其中：支管路上安装的气体流量计量装置、压力显示装置、远控混气压力调节装置、燃具燃烧器前压力显示装置，皆通过数据/信号传输线与控制主机的数模转换模块连接，实现气体流量、压力等电压或电流信号和控制指令的双向/单向传输；烟气分析仪通过数据线与主机的串口连接，混气紧急切断装置与控制主机相连接。
4.根据权利要求3所述的测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法所使用的测试装置，其特征在于：上述远控混气压力调节装置由普通气体调压器、电机和可伸缩联轴器组成；普通气体调压器的上盖上固定电机支架，电机安装在电机支架上；可伸缩联轴器由带方孔的调压器弹簧预紧力调节螺钉、方形轴杆和销子组成，方形轴杆及销子安装在电机轴上，方形轴杆垂直穿过带方孔的调压器弹簧预紧力调节螺钉和气体调压阀内的调压弹簧；电机通过导线与工控机或手动按钮连接。
5.根据权利要求3所述的测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法所使用的测试装置，其特征在于：上述支管路气体流量计量装置由兼具高精度流量计量与阀门动态控制功能的质量流量控制器或层流式流量计组成；控制主机通过数模转换模块、数据/信号传输线与质量流量控制器或层流式流量计连接，实现数据信号与控制指令的双向传输。
6.根据权利要求3所述的测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法所使用的测试装置，其特征在于：上述混合气母管是由直径为支管路直径1～5倍的同材质管材构成的一段管道，一侧密封，一侧开口。
7.根据权利要求3所述的测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法所使用的测试装置，其特征在于：上述压力显示装置由压力变送器及压力计或压力表组成，传输的数字压力信号通过信号传输线和数模转换模块与控制主机连接。
8.根据权利要求3所述的测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法所使用的测试装置，其特征在于：上述混气管路紧急切断装置由一只管道阀门及一只电动或气动开关阀串联构成，通过控制台的按钮或实验测试控制软件系统，实现对混合燃气管路的紧急状况时的切断操作。
9.根据权利要求3所述的测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法所使用的测试装置，其特征在于：上述气体过滤器内部安装有两道目数不大于0.5mm的不锈钢网格。
10.根据权利要求3所述的测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法所使用的测试装置，其特征在于：上述安全放散装置由放散阀、放散管路、放散气体流量计、放散燃烧器组成，安全放散阀的放散压力值为：5kPa≤放散压力≤10kPa。
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