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摘 要：在燃气置换过程中，家用燃气设备为了适应新气源，使其能正常工作，就必须要对原来的设备进行改装，本文将对改装时需要考虑的因素以及需要调整和更换的部位进行介绍。
关键词：家用燃气设备；燃气置换；改装
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1005-1422（2015）05-0103-02
一、引言
任何燃具都是按特定燃气成分设计的。当燃气成分发生变化而导致其热值、密度和燃烧特性发生变化时，燃具燃烧器的热负荷、燃烧稳定性、火焰结构、烟气中有害成分的含量等燃烧工况就会改变。
设某一燃具以a燃气为基准进行设计，由于某种原因要以s燃气置换a燃气，如果燃烧器此时不加任何调整而能保证燃具正常工作，则表示s燃气可以置换a燃气，或称s燃气对于a燃气而言具有“互换性”。a燃气称为“基准气”，s燃气称为“置换气”。但是，互换性并不一定是可逆的，即s燃气能置换a燃气，并不代表a燃气一定能置换s燃气。
根据燃气互换性的要求，当气源供给用户的燃气性质发生改变时，置换气必须对基准气具有互换性，否则就不能保证用户安全、经济地用气。燃气互换性是对燃气生产单位提出的要求，它限制了燃气性质的任意改变。为了达到互换性的要求，制气方法不能随意选用，这从保证整个燃气供应系统的安全、可靠和经济性来讲，是完全合理和必要的。两种燃气是否能够互换，并非只决定于燃气性质本身，它还与燃烧器及其他部件的性能有密切关系。一般来说，燃烧器即使在不做任何调整的情况下，也能适应燃气成分的某些改变。所谓燃具适应性，是指燃具对于燃气性质变化的适应能力。决定燃具适应性大小的主要因素是燃烧器的性能，但是燃具的其他性能也影响其适应性。因此，通常所讲的适应性应理解为燃具的适应性，而不单单是燃烧器的适应性。当两种气源的性质相差很大时，燃气具不能适应新的气源，为了让燃气具能正常使用就必须对原来的燃具进行改装。
二、家用燃气设备改装必须考虑的因素
1.燃气设备的热负荷
燃气器设备的功能就是通过燃气的稳定燃烧，将燃气的化学能转化为热能，来满足生活中加热或采暖等需要。燃气设备热负荷是燃料在燃烧器中燃烧时单位时间内所释放的热量。其计算公式为：热负荷=燃料消耗量*燃料低热值。燃气设备的热负荷分为额定热负荷、实测热负荷、实测折算热负荷。通常，燃气设备上所标注的参数是指额定热负荷，是在额定燃气供气压力下，使用标准状态下基准气时燃气设备热负荷的设计值。因此，燃气器设备的热负荷是最基本的参数，原有气源的燃气设备，其设计热负荷是基于满足某种热量和温度的需求而确定的，当将其改装成适应新气源的燃气设备时，其热负荷不允许有太大的变化，当热负荷变小时，加热效果会达不到原来的要求，当热负荷变大时，燃气设备的某些零部件会因为达不到要求而损坏，所以燃气设备改装后也应保持原有的热负荷。
2.燃气设备的燃烧工况
一般的燃气设备都是按照一定成分和供气压力的燃气作为设计气来设计制造的，特别是家用燃气设备通常采用的部分预混大气式燃烧器。正常的部分预混火焰应该具有稳定的、燃烧完全的火焰结构。当按气源改变时，燃气的成分和压力发生很大变化，燃气的燃烧特性发生变化，原来的燃气设备不能适应新的燃气特性而导致离焰、回火、黄焰和不完全燃烧等情况发生。
燃气的燃烧特性通常可以使用燃烧特性曲线来表示。由离焰极限曲线、回火极限曲线、黄焰极限曲线、CO极限曲线围成的区域为稳定燃烧区域。当燃烧器具的设计运行点处于燃烧稳定区域内时，才能保证燃烧状态稳定，说明燃具设计合理；当使用的燃气发生变化，燃气特性改变，其燃烧特性曲线也发生移动。当燃气特性发生很大变化，比如人工煤气变成天然气，燃气设备的运行点处于稳定燃烧区域以外，燃气就不能正常燃烧。要使燃气设备能继续使用，就必须经过调整与改装，使燃气设备适应新的燃气类型，将运行点重新移到稳定燃烧区域。即改装完成的器具必须能够具有稳定的燃烧工况，不发生离焰、回火、黄焰及CO超标的情况。
三、家用燃气设备改装必须调整和更换的部位
1.喷嘴
在燃气种类确定以后，家用燃气设备的热负荷主要由燃气喷嘴直径决定。对于低压引射式燃烧器，燃气设备用气量的计算公式为： Lg 3600QH= 。Lg——该设备每小时的用气量；Q——该设备的热负荷；H——该设备使用气源的热值。
燃气从喷嘴流出的流量的计算公式为：Lg = 0.0035μd2PS。Lg——设备每小时的用气量；μ——流量系数，一般取0.8；S——燃气的相对密度；P——燃气的压力；D——喷嘴直径。
由上面两公式联合可得：d =3600Q0.0035μH4SP
从上面公式可知，当确定燃气设备某喷嘴所负责的热负荷、燃气的供气压力、燃气的热值、燃气的相对密度就能计算出喷嘴的直径。
当用上面公式计算出喷嘴直径后，就可根据计算结果选择合适的钻头进行钻孔加工，钻头一般采用对计算值采取四舍五入的方法选取，但对于玻璃面板的燃气灶具往往会出现由于喷嘴偏大，导致玻璃面板开裂的现象。所以对于玻璃面板的燃气灶具，钻头采用宁小勿大的方法选取。
在民用设备中，主要是燃气灶和热水器两种设备，这两种设备热负荷的分配有各自的特点，对于灶具的热负荷由内圈火和外圈火共同承担，而且两圈火负责的比例不同，这样就出现内、外圈喷嘴直径不一样，要分开计算。内、外圈火的负荷比例主要取决有内、外圈火所负责的火孔数目，Q内：Q外= 内圈的火孔数目 ： 外圈的火孔数目。对于热水器的热负荷由多个火排共同承担，每个喷嘴负责的热负荷是相同的，也就是说每个喷嘴负责的热负荷是热水器总热负荷按喷嘴数目平均分配。
2.阀芯
阀芯是燃气设备调节火力大小的重要部件，阀芯上开了一些孔，孔径的大小主要取决于燃气设备的最大火力和最小火力的用气量，当气源发生改变时，最大火力和最小火力一般不能改变，所以会出现最大火力和最小火力对应的用气量不同，从而必须要改变阀芯上的孔径大小以适应新的气源。当新气源燃气热值减少时，如果不更换阀芯调大燃气设备火力时，往往就会出现过气量不够，负荷达不到要求；当新气源燃气热值增加时，如果不更换阀芯调小燃气设备火力，往往就会出现火力过大，调不小。燃气灶具和普通的燃气热水器都有阀芯，在进行改装时都要按要求进行更换；对于数码恒温热水器，它用气量的调节不是由阀芯来操作，所以对于这类型的热水器改装时无需更换阀芯，但需要重新调整二次压。 3.火盖
火盖的更换主要是对燃气灶具而言的，不同种类燃气的组分截然不同，除华白数差异以外，两者的燃烧速度及表征燃烧速度的指数——燃烧势相差很大。例如，人工煤气中含有40%～50%的H2，燃烧速度快，容易产生回火；天然气主要成分是CH4，燃烧速度慢，容易产生离焰。因此人工煤气灶具设计的火孔热强度大，火孔出口流速大，同时采用小火孔直径以保证不回火；而天然气灶的火孔热强度小、火孔直径大以减小产生离焰的可能。人工煤气灶火孔热强度为11.6～19.8 W/mm2，甚至20 W/mm2，而天然气灶火孔热强度一般只有6～9 W/mm2。因此在灶具改装时必须按照天然气的特性重新设计更换火盖。此外，天然气燃烧所需要的理论空气量大，所以二次空气需要量大，而且火孔热强度小，火孔总面积大，这样造成二次空气的流通变差，理想的改装方案应将炉头和火盖同时更换，以更好地组织二次空气。由于考虑转换成本的原因，炉头一般不更换，因此在火盖的设计上更应该注意火孔间距等问题，组织好二次空气，或采取辅助火孔的方式进行稳焰，避免由于二次空气不足而产生离焰。如果由于原有灶具炉头结构问题，以及引射系统无法带入足够的一次空气，无法解决二次空气问题，在改装时必须将炉头一并更换。
4.风门的调节
大气式燃烧系统的稳定燃烧的最重要部分就是一次空气引射系统，在一定燃气特性的条件下，它决定了一次空气系数，而一次空气系数同时影响着火焰燃烧速度、火孔出口速度、总空气系数等，直接决定了灶具在燃烧特性图上的运行点，决定了是否会产生离焰、回火、黄焰和烟气中的CO含量。
对于燃气灶具在改装过程中，由于燃气的种类发生了变化，而且不同种类的燃气一次空气系数不一样，例如，人工煤气的一次空气系数一般为0.55～0.6，天然气应达到0.6～0.65。由于一般家用燃气灶的引射系统都有设计余量，并设置有调节一次空气阻力的风门，所以在改装后可根据灶具燃烧的实际情况，对风门进行调节，边调边观察火焰，一直调到火焰正常为止。对于燃气热水器，由于燃气热水器中没有设置可调的风门，所以改装需要加大风门时就必须要更换风门，改装需要减小风门时可在风门处设置挡板，以减小风门。
四、小结
民用的燃气设备主要有燃气灶具和燃气热水器两种，这两种设备牌子和类型多种多样，在改装时需要调整和更换的部位也不同。归纳如表1所示：
责任编辑 何丽华
关键词：家用燃气设备；燃气置换；改装
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1005-1422（2015）05-0103-02
一、引言
任何燃具都是按特定燃气成分设计的。当燃气成分发生变化而导致其热值、密度和燃烧特性发生变化时，燃具燃烧器的热负荷、燃烧稳定性、火焰结构、烟气中有害成分的含量等燃烧工况就会改变。
设某一燃具以a燃气为基准进行设计，由于某种原因要以s燃气置换a燃气，如果燃烧器此时不加任何调整而能保证燃具正常工作，则表示s燃气可以置换a燃气，或称s燃气对于a燃气而言具有“互换性”。a燃气称为“基准气”，s燃气称为“置换气”。但是，互换性并不一定是可逆的，即s燃气能置换a燃气，并不代表a燃气一定能置换s燃气。
根据燃气互换性的要求，当气源供给用户的燃气性质发生改变时，置换气必须对基准气具有互换性，否则就不能保证用户安全、经济地用气。燃气互换性是对燃气生产单位提出的要求，它限制了燃气性质的任意改变。为了达到互换性的要求，制气方法不能随意选用，这从保证整个燃气供应系统的安全、可靠和经济性来讲，是完全合理和必要的。两种燃气是否能够互换，并非只决定于燃气性质本身，它还与燃烧器及其他部件的性能有密切关系。一般来说，燃烧器即使在不做任何调整的情况下，也能适应燃气成分的某些改变。所谓燃具适应性，是指燃具对于燃气性质变化的适应能力。决定燃具适应性大小的主要因素是燃烧器的性能，但是燃具的其他性能也影响其适应性。因此，通常所讲的适应性应理解为燃具的适应性，而不单单是燃烧器的适应性。当两种气源的性质相差很大时，燃气具不能适应新的气源，为了让燃气具能正常使用就必须对原来的燃具进行改装。
二、家用燃气设备改装必须考虑的因素
1.燃气设备的热负荷
燃气器设备的功能就是通过燃气的稳定燃烧，将燃气的化学能转化为热能，来满足生活中加热或采暖等需要。燃气设备热负荷是燃料在燃烧器中燃烧时单位时间内所释放的热量。其计算公式为：热负荷=燃料消耗量*燃料低热值。燃气设备的热负荷分为额定热负荷、实测热负荷、实测折算热负荷。通常，燃气设备上所标注的参数是指额定热负荷，是在额定燃气供气压力下，使用标准状态下基准气时燃气设备热负荷的设计值。因此，燃气器设备的热负荷是最基本的参数，原有气源的燃气设备，其设计热负荷是基于满足某种热量和温度的需求而确定的，当将其改装成适应新气源的燃气设备时，其热负荷不允许有太大的变化，当热负荷变小时，加热效果会达不到原来的要求，当热负荷变大时，燃气设备的某些零部件会因为达不到要求而损坏，所以燃气设备改装后也应保持原有的热负荷。
2.燃气设备的燃烧工况
一般的燃气设备都是按照一定成分和供气压力的燃气作为设计气来设计制造的，特别是家用燃气设备通常采用的部分预混大气式燃烧器。正常的部分预混火焰应该具有稳定的、燃烧完全的火焰结构。当按气源改变时，燃气的成分和压力发生很大变化，燃气的燃烧特性发生变化，原来的燃气设备不能适应新的燃气特性而导致离焰、回火、黄焰和不完全燃烧等情况发生。
燃气的燃烧特性通常可以使用燃烧特性曲线来表示。由离焰极限曲线、回火极限曲线、黄焰极限曲线、CO极限曲线围成的区域为稳定燃烧区域。当燃烧器具的设计运行点处于燃烧稳定区域内时，才能保证燃烧状态稳定，说明燃具设计合理；当使用的燃气发生变化，燃气特性改变，其燃烧特性曲线也发生移动。当燃气特性发生很大变化，比如人工煤气变成天然气，燃气设备的运行点处于稳定燃烧区域以外，燃气就不能正常燃烧。要使燃气设备能继续使用，就必须经过调整与改装，使燃气设备适应新的燃气类型，将运行点重新移到稳定燃烧区域。即改装完成的器具必须能够具有稳定的燃烧工况，不发生离焰、回火、黄焰及CO超标的情况。
三、家用燃气设备改装必须调整和更换的部位
1.喷嘴
在燃气种类确定以后，家用燃气设备的热负荷主要由燃气喷嘴直径决定。对于低压引射式燃烧器，燃气设备用气量的计算公式为： Lg 3600QH= 。Lg——该设备每小时的用气量；Q——该设备的热负荷；H——该设备使用气源的热值。
燃气从喷嘴流出的流量的计算公式为：Lg = 0.0035μd2PS。Lg——设备每小时的用气量；μ——流量系数，一般取0.8；S——燃气的相对密度；P——燃气的压力；D——喷嘴直径。
由上面两公式联合可得：d =3600Q0.0035μH4SP
从上面公式可知，当确定燃气设备某喷嘴所负责的热负荷、燃气的供气压力、燃气的热值、燃气的相对密度就能计算出喷嘴的直径。
当用上面公式计算出喷嘴直径后，就可根据计算结果选择合适的钻头进行钻孔加工，钻头一般采用对计算值采取四舍五入的方法选取，但对于玻璃面板的燃气灶具往往会出现由于喷嘴偏大，导致玻璃面板开裂的现象。所以对于玻璃面板的燃气灶具，钻头采用宁小勿大的方法选取。
在民用设备中，主要是燃气灶和热水器两种设备，这两种设备热负荷的分配有各自的特点，对于灶具的热负荷由内圈火和外圈火共同承担，而且两圈火负责的比例不同，这样就出现内、外圈喷嘴直径不一样，要分开计算。内、外圈火的负荷比例主要取决有内、外圈火所负责的火孔数目，Q内：Q外= 内圈的火孔数目 ： 外圈的火孔数目。对于热水器的热负荷由多个火排共同承担，每个喷嘴负责的热负荷是相同的，也就是说每个喷嘴负责的热负荷是热水器总热负荷按喷嘴数目平均分配。
2.阀芯
阀芯是燃气设备调节火力大小的重要部件，阀芯上开了一些孔，孔径的大小主要取决于燃气设备的最大火力和最小火力的用气量，当气源发生改变时，最大火力和最小火力一般不能改变，所以会出现最大火力和最小火力对应的用气量不同，从而必须要改变阀芯上的孔径大小以适应新的气源。当新气源燃气热值减少时，如果不更换阀芯调大燃气设备火力时，往往就会出现过气量不够，负荷达不到要求；当新气源燃气热值增加时，如果不更换阀芯调小燃气设备火力，往往就会出现火力过大，调不小。燃气灶具和普通的燃气热水器都有阀芯，在进行改装时都要按要求进行更换；对于数码恒温热水器，它用气量的调节不是由阀芯来操作，所以对于这类型的热水器改装时无需更换阀芯，但需要重新调整二次压。 3.火盖
火盖的更换主要是对燃气灶具而言的，不同种类燃气的组分截然不同，除华白数差异以外，两者的燃烧速度及表征燃烧速度的指数——燃烧势相差很大。例如，人工煤气中含有40%～50%的H2，燃烧速度快，容易产生回火；天然气主要成分是CH4，燃烧速度慢，容易产生离焰。因此人工煤气灶具设计的火孔热强度大，火孔出口流速大，同时采用小火孔直径以保证不回火；而天然气灶的火孔热强度小、火孔直径大以减小产生离焰的可能。人工煤气灶火孔热强度为11.6～19.8 W/mm2，甚至20 W/mm2，而天然气灶火孔热强度一般只有6～9 W/mm2。因此在灶具改装时必须按照天然气的特性重新设计更换火盖。此外，天然气燃烧所需要的理论空气量大，所以二次空气需要量大，而且火孔热强度小，火孔总面积大，这样造成二次空气的流通变差，理想的改装方案应将炉头和火盖同时更换，以更好地组织二次空气。由于考虑转换成本的原因，炉头一般不更换，因此在火盖的设计上更应该注意火孔间距等问题，组织好二次空气，或采取辅助火孔的方式进行稳焰，避免由于二次空气不足而产生离焰。如果由于原有灶具炉头结构问题，以及引射系统无法带入足够的一次空气，无法解决二次空气问题，在改装时必须将炉头一并更换。
4.风门的调节
大气式燃烧系统的稳定燃烧的最重要部分就是一次空气引射系统，在一定燃气特性的条件下，它决定了一次空气系数，而一次空气系数同时影响着火焰燃烧速度、火孔出口速度、总空气系数等，直接决定了灶具在燃烧特性图上的运行点，决定了是否会产生离焰、回火、黄焰和烟气中的CO含量。
对于燃气灶具在改装过程中，由于燃气的种类发生了变化，而且不同种类的燃气一次空气系数不一样，例如，人工煤气的一次空气系数一般为0.55～0.6，天然气应达到0.6～0.65。由于一般家用燃气灶的引射系统都有设计余量，并设置有调节一次空气阻力的风门，所以在改装后可根据灶具燃烧的实际情况，对风门进行调节，边调边观察火焰，一直调到火焰正常为止。对于燃气热水器，由于燃气热水器中没有设置可调的风门，所以改装需要加大风门时就必须要更换风门，改装需要减小风门时可在风门处设置挡板，以减小风门。
四、小结
民用的燃气设备主要有燃气灶具和燃气热水器两种，这两种设备牌子和类型多种多样，在改装时需要调整和更换的部位也不同。归纳如表1所示：
责任编辑 何丽华