1概述在燃气输配的过程中，城镇燃气均经过脱水处理。居民使用的燃气的相对湿度不超过5%，基本可认为是干燃气。空气加湿可改变燃气燃烧机理，以控制燃烧产物或燃烧稳定性等一些关键指标。近年来，国内外专家开展了很多针对烟气排放的相关研究，认为空气加湿可以有效降低排放烟气中NOx含量。湿空气降低了火焰温度，虽然抑制了NOx的生成，但也会抑制CO2的生成，导致CO排放增大。当烟气排放温度变化不大时，空气加湿对CO排放的影响不大。张哲巅[1]等认为，不同的空气加湿量对CO排放的影响也不同。现行国家标准《家用燃气快速热水器》（GB 6932—2015）允许采用湿式流量计或干式流量计。相对于干式流量计，湿式流量计具有测量稳定、精度高的优点，因此大部分燃气试验室的试验系统首选湿式流量计。测量发现，管道中天然气相对湿度不到5%；通过湿式流量计后，燃气湿度可达到99.5%以上，但GB 6932—2015中“烟气中CO含量”项目未考虑干、湿流量计对CO排放的影响。文中采用试验比对的方法，通过12台燃气热水器的试验，探讨干、湿燃气对CO排放的影响。2试验方法2.1试验室环境要求GB 6932—2015规定实验室环境温度为(20±5) ℃，环境湿度为50%~85%，进水温度(20±2) ℃，大气压力86 kPa~106 kPa。2.2试验设备文中所涉及的主要试验设备如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.016.T001表1主要试验设备序号设备名称型号精度1气相色谱仪Agilent 7890A定量重复性≤3％2烟气分析仪BYQ-3X1UL±1％3湿式气体流量计W-NTDa-20A±1％2.3计算公式GB 6932—2015中规定CO计算公式为：φ(CO(a=1))=φ(COa)φ(O2t)φ(O2t)-φ(O2a) (1)式(1)中：φ(CO(a=1))——过剩空气系数等于1时，干烟气中的CO体积分数，%；φ(COa)——干烟气中的CO体积分数，%；φ(O2t)——干空气中O2含量体积分数，%，φ(O2t)=20.9%；φ(O2a)——干烟气中O2含量体积分数，%。燃气分别通过干、湿流量计后对燃烧产物中CO影响的相对偏差公式为：δ=φ(CO(a=1))干-φ(CO(a=1))湿φ(CO(a=1))湿×100 (2)式(2)中：δ——燃气分别通过干、湿流量计后对燃烧产物中CO影响的相对偏差，%；φ(CO(a=1))干——燃气通过干式流量计时，过剩空气系数等于1时，干烟气中的CO体积分数，%；φ(CO(a=1))湿——燃气通过湿式流量计时，过剩空气系数等于1时，干烟气中的CO体积分数，%。2.3试验流程试验系统如图1所示。烟气分析仪取样位置选择在排烟管内，距离热水器500 mm处。取样器材料为不锈钢，取样管采用不吸附氮氧化物的材料，并对取样管进行保温处理，以防止高温烟气在取样管内产生冷凝水。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.016.F001图1试验系统示意图3试验数据分析3.1试验数据随机选择12台燃气热水器进行试验，试验数据及按式(1)和式(2)计算后的热水器烟气排放CO含量如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.016.T002表2热水器样品干烟气排放气体体积分数样品编号额定热负荷/kW燃气加湿燃气未加湿偏差/%干烟气中O2体积分数/%干烟气中CO体积分数/×10-6干烟气中折算CO体积分数/%干烟气中O2体积分数/%干烟气中CO体积分数/×10-6干烟气中折算CO体积分数/%13111.561290.28911.271660.36024.5723110.971870.39410.902120.44312.4432612.92740.19412.68950.24224.7442613.25630.17213.04780.20720.3552613.33560.15513.16650.17613.5562513.37380.10513.20420.1148.5772511.90710.16511.76870.19920.6183810.18620.1219.96740.14116.539389.77720.1359.48880.16119.26102510.62610.12410.50730.14718.55112510.79760.15710.54870.17612.10123111.46460.10211.16520.1129.803.2试验分析在干、湿燃气条件下，烟气中折算CO情况如图2所示。通过表2和图2分析可知，干燃气条件下的CO排放值大部分高于湿燃气条件。干、湿燃气条件下CO排放相对偏差如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.016.F002图2干、湿燃气条件下，烟气中折算CO排放10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.016.F003图3干、湿燃气条件下CO排放相对偏差干、湿燃气对热水器烟气中CO排放的相对偏差程度不同，对12台已测样品的影响的相对偏差范围为8.57%～24.57%。分析样品结构和燃烧状态发现，样品包含了正压式燃烧结构和负压式燃烧结构，热水器结构如图4所示，火焰长度从1.5 cm到3.0 cm以上，烟气中过剩空气系数a从1.88到2.78。因此燃气热水器的设计对干、湿燃气燃烧产生的CO量存在一定影响。正压式燃烧结构的热水器的风机在燃烧器下方，且均为直流风机，燃烧用一次空气和二次空气均由风机提供。该类型的热水器燃烧火焰较长。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.016.F004图4热水器结构负压式燃烧结构的热水器的风机在燃烧器和热交换器上方，早期风机为交流定频风机，后期为更好地满足标准，发展出两段式交流风机和直流风机。燃烧用一次空气采用高压燃气经过文丘里管引射的方式吸入，二次空气通过上方风机产生的燃烧室负压将空气从燃烧器底部引入。大多数该类型的热水器燃烧火焰比正压式燃烧的火焰短。根据CO2生成机理，在氧含量充足的前提下，高温有利于CO2的生成。文献[2]指出：烟气温度低于700 ℃时，干燥的CO基本不与O2产生化学反应。当引入少量H2O时，在火焰中的H2O会成离子态的OH-、O2-和H+，且OH－与CO反应增长速度最为明显，可以用下列一组反应表示：H2O+CO→CO2+H2O2+H2→H2O2H2O2→2OH-H2O2+CO→CO2+H2OOH-+CO→CO2+H+H++O2→OH-+O2-H2+O2-→OH-+H+。OH－具有催化剂的作用，可与燃烧中间产物CO反应生成CO2，而H2O是OH-生成的基本条件，因此可将H2O认为是催化剂，在其他条件相近的情况下，少量H2O的存在使CO反应生成CO2的量会明显增加。目前，市面上主流的燃气热水器的燃烧方式通常为部分预混式燃烧。热水器燃烧为富氧燃烧，通过中心多年委托试验的结果统计，热水器额定热负荷条件下，烟气中氧含量通常为8.0%~13.5%，根据排放烟气氧含量测算过剩空气系数a为1.60～2.80。火焰可分为焰心、内焰和外焰，其中焰心温度最低、外焰温度最高。外焰以外的空间，高温烟气与剩余空气继续混合，烟气温度急剧降低，经过测量，到达热交换器时不超过500 ℃。研究表明，当烟气温度低于1 500 ℃时，CO2和H2O的分解几乎可以忽略不计，因此在火焰以外的空间，CO2和H2O基本不会产生分解反应。因此基本不会产生可逆反应：2CO2⇋2CO+O2同时，由于H2O失去催化剂作用，火焰中残留的CO基本不会在火焰外继续反应生成CO2。（1）理论上火焰温度会随着湿度的增加而有所降低。经过对部分机型进行测量，发现火焰温度变化甚微。同时张哲巅[2]等经过模型分析得出不同相对湿度对火焰温度基本无影响的结论。（2）由于每台热水器在燃烧器结构、过剩空气系数、燃烧室体积、火焰温度、火焰长度、火焰中空气占比等不同，导致干、湿燃气对CO排放影响程度不同，但其影响方向具有一致性，即干燃气燃烧产生CO值高于湿燃气燃烧产生的CO值。（3）在火焰以外的空间，由于燃烧后烟气与空气继续混合，导致烟气温度急剧下降。由于低温环境和缺少OH-基存在，基本无继续的CO和CO2化学反应。4结语采用湿式流量计对燃气加湿的方法，研究了干、湿燃气对CO排放的影响。通过对12台燃气热水器进行试验并分析后，得出结论：（1）在其他条件不变的情况下，干燃气燃烧产生的CO值高于湿燃气产生的CO值，且由于热水器在结构设计和燃烧设计上的不同，导致影响程度不同；（2）对于燃气热水器，CO反应生成CO2的过程在火焰内部产生，火焰以外空间的生成量可忽略不计；（3）对于生产企业，采用干燃气进行GB 6932—2015规定的CO含量测试是更加严格的试验方法。同时由于实际的城镇燃气均进行了脱水，采用干燃气进行GB 6932—2015中规定的“烟气中CO含量”试验更接近用户实际使用情况。