第一篇：湖北省平原地區(qū)楊樹造林密度對林木的影響分析

湖北省平原地區(qū)楊樹造林密度對林木生長的影響分析

滕家喜

(華南農(nóng)業(yè)大學林學院，廣州 5106420)摘要：造林密度對人工林林木生長起著重要作用，國內(nèi)外各地區(qū)對其研究較多，得到的大量成果為本次研究提供了重要的科學依據(jù)。本實驗將通過標準木調(diào)查法，對湖北省平原地區(qū)15個縣市76個標準地楊樹人工林(5一13年)的經(jīng)營狀況進行調(diào)查，選擇了18一20指數(shù)級的17種造林密度，對樹齡在13年內(nèi)的楊樹人工林不同密度的林木樹高、直徑、單株材積、林分蓄積量、林分生物量[1]、干材質(zhì)量進行分析和比較，探尋湖北省楊樹造林密度的綜合效應(yīng)，擬合出不同立地指數(shù)、密度的楊樹生長預(yù)測模型，提出湖北省平原地區(qū)楊樹人工林適宜的造林密度。關(guān)鍵詞：平原地區(qū)

楊樹

造林密度

林木生長

前言

在楊樹生長過程中，陽光、水分、土壤是林木生長的必要條件，造林密度也與楊樹生長密切相關(guān)。造林密度是指單位面積造林地上的栽植株數(shù)或播種穴（點）數(shù)。針對湖北省平原地區(qū)楊樹人工林造林密度普遍過大的現(xiàn)狀，而迄今為止又沒有針對湖北省平原地區(qū)這一特定地理條件下關(guān)于楊樹人工林造林密度的報導。本實驗選擇不同密度的楊樹人工林林分為研究對象，分析和比較湖北省平原地區(qū)不同密度楊樹人工林的林木樹高、直徑、單株材積、林分蓄積量、林分生物量、干材質(zhì)量，探尋湖北省平原地區(qū)楊樹人工林適宜的造林密度，以為該地區(qū)楊樹人工林取得良好的效益提供一定的科學理論依據(jù)。

密度是影響速生豐產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。造林密度和保留密度是否合理，直接關(guān)系到培育目標能否實現(xiàn)，直接影響經(jīng)營者的經(jīng)濟效益。一直以來，密度調(diào)控是林業(yè)研究的難點和熱點。許多學者開展了這方面的研究，其主要表現(xiàn)在密度對林木生長量、林分生物量、生產(chǎn)力、主伐期及經(jīng)濟效益等方面的影響。

國外楊樹造林密度對林木生長的影響研究進展

早在20世紀80年代，國外就有對楊樹造林密度的研究了。根據(jù)國際楊樹會議的材料[2],楊樹初植密度有三種類型:①密株距0.5一4.0米，每公頃625一10000株;②中等株距5.0-一7.0米，200-400株/公頃；③稀株距7米以上，每公頃200株以下。

意大利、法國、德意志聯(lián)邦共和國、捷克常用稀植造林法，株行距為5×5到8×8米，即每公頃158--400株.這里最適密度為250株每公頃。據(jù)卡查爾蒙非拉脫楊樹研究所的調(diào)查，意大利東部初植密度250株/公頃的楊樹林在25齡時的材積為876立方米。歐洲中部和東部一些國家，如匈牙利、保加利亞、波蘭、羅馬尼亞，初植密度屬于中等，株行距為3×3米到了7×7米，每公頃材積約為400一650立方米。如保加利亞多腦河兩岸的河灘地，25齡楊樹初植密度3×3米時的材積每公頃為558立方米，2×2米時為422立方米，4×4米時為300立方米，5×5米時為386立方米，1×2米時為271立方米。這里最適密度為3×3米。

敘利亞和伊朗常用灌溉密植法，每公頃16000一20000株，蘇聯(lián)烏茲別克也用密植法，每公頃達1萬株。

根據(jù)蘇聯(lián)烏克蘭的試驗研究，楊樹生產(chǎn)力與密度的關(guān)系如下：

1、初植密度因立地條件而不同，一般立地條件好，初植密度小，反之則密度大。

2、樹木直徑生長全隨初植密度的減少即營養(yǎng)面積的增加而增加。

3、樹木高生長在營養(yǎng)面積達到一定數(shù)值時增長較快。

國內(nèi)楊樹造林密度對林木生長的影響研究進展

1974年4月栽植株行距4x4、4x5、4x6米，5年平均樹高分別為16.00米、16.29米、16.30米，9年生平均分別為22.81米、24.42米、23.95米。由此可見，造林的密度對楊樹高生長并不是決定因素。從楊樹直徑生長看，隨密度的減小而有遞增的規(guī)律性，9年生楊4x6米密度平均直徑27.78厘米，比4x4米的直徑24.25厘米大14.6%。

1982年郭如一[4]等對烏蘭浩特市勝利林場同一立地條件下，不同造林密度的6年生楊樹生長量的調(diào)查結(jié)果得出：興安盟南部地區(qū)每公頃楊樹造林3333株的林分蓄積量最高，6666株居于第二，而1666株、1111株、555株、277株的林分蓄積量分別為它的61%、60%、53%和31%。呂占杰[5]指出水肥條件好培育速生用材林為目的，培育大徑材一次成材的，株行距為5×5米、4×6米或8×6米。若中間疏伐利用一次小徑材，株行距可選用3×3或3×2米，當長成椽材時隔行隔株伐除一次。培育小徑材為目的，實行短輪伐期的，可選用1×3米、1×2米、2×3米株行距。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗證明，速生豐產(chǎn)林密植，即使通過適時疏伐到主伐期總蓄積量也不如一次稀植好。農(nóng)田防護林株行距應(yīng)選用2×2米或3×2米。在丘陵坡地下部做為水土保持林栽植密度應(yīng)稍大些。

王宗漢[7]等通過對楊樹豐產(chǎn)林造林密度試驗的研究，得出：1.高密度的林分蓄積量比較高，在今后營造豐產(chǎn)林時應(yīng)提高栽植株數(shù)。2．以生產(chǎn)柱材為主要目的材種的楊樹豐產(chǎn)林，徑級一般應(yīng)達到18om左右。在既考慮到產(chǎn)材量又兼顧成材期的情況下，宜采用42一55株/畝，株行距可為2m×6m、2m×8m、3m×4m、4mx4m、3m ×5m。3.為解決林場林木經(jīng)營中資金短缺，加速資金周轉(zhuǎn)，形成良性循環(huán)，在立地條件較好，進行集約經(jīng)營的條件下，可進行密植，每畝株數(shù)可增加到55一84株，栽植的株行距為2m×6m、2m×5m、2m×4m、3m×3m等。中期進行間伐，增加林場收入，緩解經(jīng)濟危困。

李世磊[4]等對湖南省漢壽縣平湖區(qū)歐美楊-72不同種植密度實驗后得出，一定年齡后，株距5×7米林分總蓄積量最大。

張全鋒[9]等對歐美楊 107、雄性毛白楊 1319、窄冠白楊 3 個無性系在3 個不同密度的生長進程、連年生長量分析，提出了初次間伐的合理年限。

李建新[8]等通過1994年至1997年在單縣沙河林場、東明縣馬頭林場,對I—69楊、中林46楊進行不同密度造林試驗,得出培育楊樹膠合板材的合理密度配置為:株行距3×8m、4×5m,但4×5m的立地條件必須是在立地指數(shù)20,土壤有機質(zhì)大于0.7%的條件下,間作型楊樹豐產(chǎn)林4×10m較為合理,相同的密度,寬窄行造林配置不如單行造林。該項研究的造林密度可在黃泛平原地區(qū)推廣。

胥謙等通過大量實際調(diào)查, 得出在楊樹主干高生長速生期結(jié)束后進入干材粗生長速生期時, 每株樹營養(yǎng)面積在60平方米為宜, 相應(yīng)株行距為 7米×9 米或 6 米×10 米(每畝活立木在 11 株左右), 所以在初期造林密度應(yīng)為 7 米×4.5 米或 6 米×5米(每畝 22 株為宜), 在經(jīng)過 7~8年培育后,平均胸徑已達30~35 厘米, 這時樹冠郁閉要及時進行撫育間伐, 間伐強度應(yīng)在 50%, 每畝間伐平均 11 株, 間伐木材約8~11 立方米。間伐后經(jīng)過 7~8 年, 單株平均胸徑可達 50~60 厘米, 單株立木蓄積2.1~2.9 立方米, 每畝立木蓄積量達23~32 立方米, 加上間伐材每畝材積可達 31~43 立方米, 經(jīng)濟效益十分顯著。

劉濤[11]；袁帥[12]；荊曉清[13]對楊樹造林密度的確定原則及應(yīng)用提出了科學的理論方案，為今后的實驗開展提供了重要的科學依據(jù)。臧林彬[10]等對楊樹造林密度的重要性再一次論述，為我們今后的研究工作提供了動力。參考文獻：

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[10] 臧林彬

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第二篇：華北落葉松人工林密度對林木生長因子影響的研究

華北落葉松人工林密度對林木生長因子影響的研究

摘要：以河北省塞罕壩機械林場為研究地點，采用標準地調(diào)查法，研究華北落葉松人工林密度對林木各生長因子的影響，結(jié)果表明：在225株/hm2～800株/hm2的密度范圍內(nèi)，隨著林分密度的增大，直徑、冠幅、冠徑比和單株材積逐漸降低，高徑比和林分蓄積量逐漸增大，樹高雖然有逐漸增大的趨勢，但不明顯。分析各生長因子的變化趨勢后提出：對于林齡39a且生長在平坡、陽坡、海拔1661m～1740m的立地條件下的華北落葉松人工林，從出材等級和林地生產(chǎn)力方面綜合考慮，經(jīng)營密度應(yīng)控制在500株/hm2～600株/hm2的范圍內(nèi)。關(guān)鍵詞：華北落葉松；人工林；密度；生長因子；塞罕壩機械林場 中圖分類號：S791.229

Research on the Effects of Density on Forest Growth Factors of Larix principis-rupprechii plantation LI Wei-wei1, ZHANG Er-liang2*，GU Jian-cai1, YU Jing-jin1，SHI Li-li1,CHEN Feng-juan1

(1.Forestry College of Agricultural University of Hebei, Baoding,Hebei071000;2.Mulanweichang State-owned Forest Farm Administration Bureau of Hebei, Chengde,Hebei068453)Abstract: The study site was located in Saihanba mechanical forest farm of Hebei province, through the research on the effects of density on each forest growth factor of Larix principis-rupprechii plantation by using of sample plot investigation method, the result showed that: diameter, crown, ratio of crown to diameter and individual volume decreased with stand density increased, ratio of height to diameter and stand volume increased with stand density increased, tree height showed indistinctive increased trend in the density range of 225 to 800 trees per hectare.For Larix principis-rupprechii plantation of 39a which grew under the site conditions of flat slope, sun-faced slope, altitude of 1661~1740m, management density range should be controlled 500~600 trees per hectare which was considered synthetically from the aspect of obtained wood grade and productivity of forest land after analyzed the change trend of each forest growth factor.Key words: Larix principis-rupprechii;plantation;density;growth factor;Saihanba mechanical forest farm 林分密度是指單位面積林地上林木的數(shù)量[1]。在影響林分生長的多個因素中，林分密度既是營林工作中能夠有效控制的因子，也是形成合理空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，還是林木個體生長發(fā)育空間大小的決定性因子。它在很大程度上決定了林分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而決定了林分的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)（不同材種出材量的分配狀況）。如何控制和調(diào)整林分密度，成為森林經(jīng)營者和研究者共同關(guān)心的問題[2]。本文通過研究塞罕壩機械林場華北落葉松人工林密度對林木生長因子的影響，從而為當?shù)亓謽I(yè)工作者調(diào)控林分密度提供參考。1 材料與方法 1.1 試驗地概況

塞罕壩機械林場位于河北省圍場滿族蒙古族自治縣北部，地處河北省最北端。東西65.6km，南北58.6km，海拔1010～1939.6m。地理坐標為E115°61.5'～117°39'，N42°02'～42°36'。塞罕壩機械林場共包括5個分廠，即千層板分廠、北曼甸分廠、陰河分廠、第三鄉(xiāng)分廠和大喚起分廠。

塞罕壩機械林場屬寒溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫-1℃，極端最高溫33.4℃，極端最低溫-43.2℃。無霜期短，不穩(wěn)定，年均67d。年均日照2367.8h，高于10℃的年積溫1663.5℃。年均降水量530.9mm，6～8月份降水量占年降水量的67.6﹪。年均蒸發(fā)量1388mm，是降水量的2.6倍。土壤以灰色森林土為主，土層厚度50cm左右，腐殖質(zhì)層厚3cm左右。

在華北落葉松人工林內(nèi)無其它喬木與之伴生混交；灌木種類較少，主要有金銀忍冬(Lonicera maackii(Rupr.)Maxim.)、稠李(Prumus padus L.)、花楸(Sorbus pohuashanensis(Hance.)Hedl.)等，但分布極不均勻；草本植物主要有龍牙草(Agrimonia pilosa Ledeb.)、地榆(Sanguisorba officinalis)、莓葉委陵菜(Potentilla fragarioides)、小紅菊(Dendranthema chanetii)、垂果南芥(Arabis pendula L.)等。1.2 試驗方法

在塞罕壩機械林場第三鄉(xiāng)分場內(nèi)選擇林齡39a且立地條件相似(平坡、陽坡、海拔1661m～1740m)的5種林分密度(225株/hm2、500/hm2、600株/hm2、700株/hm2、800株/hm2)下的華北落葉松人工林，在每種林分密度下隨機設(shè)置標準地4塊，共設(shè)置20塊標準地，每塊標準地面積666.7m2。在標準地內(nèi)對所有喬木進行每木檢尺，詳細記錄每株樹的胸徑、樹高、冠幅等生長因子以及坡度、坡向、海拔等立地因子，然后根據(jù)實際情況選取三到四株標準木截取輪盤帶回室內(nèi)分析。

表1 標準地調(diào)查統(tǒng)計表

Tab1 Investigation and statistic table of sample plot 標準 地號 sample plot number 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 林分 密度 株/hm2 stand density 225 225 225 225 500 500 500 500 600 600 600 600 700 700 700 700 800 800 800 800 9 2 9 7 9 8 8 7 6 2 8 5 9 10 10 8 3 8 6 7 174 175 156 185 175 172 170 176 160 162 173 158 192 187 182 166 167 172 191 177

1661 1681 1666 1673 1724 1706 1692 1740 1698 1677 1682 1690 1672 1678 1680 1668 1680 1676 1666 1688 坡度 ° slope 坡向 ° aspect

海拔 m altitude

平均 胸徑 cm average dbh 23.8 24.5 25.3 24.7 23.4 24.3 23.6 22.8 23.0 22.6 22.5 21.6 20.3 21.0 19.7 21.2 19.7 20.4 20.9 21.5

平均

高徑比

樹高 m average height 16.8 14.5 15.2 14.7 15.5 16.5 15.6 16.1 17.0 16.6 16.6 16.0 14.7 17.8 14.3 18.0 18.8 15.9 14.6 17.6

ratio of height to diameter 70.6 59.2 60.1 59.5 66.2 67.9 66.1 70.6 73.9 73.5 73.8 74.1 72.4 84.8 72.6 84.9 95.4 77.9 69.9 81.9

冠幅 m average crown 5.2 6.0 7.1 6.0 5.1 5.8 5.0 4.0 4.2 3.6 3.0 4.0 2.8 3.1 2.0 3.4 2.0 1.8 1.5 2.6

ratio of crown to diameter 21.8 24.5 28.1 24.3 21.8 23.9 21.2 17.5 18.3 15.9 13.3 18.5 13.8 14.8 10.2 16.0 10.2 8.8 7.2 12.1

平均

冠徑比

材積 m3 individual volume 0.25466 0.27215 0.29285 0.27725 0.24494 0.26709 0.24978 0.23070 0.23540 0.22606 0.22375 0.20354 0.17605 0.19060 0.16405 0.19486 0.16405 0.17810 0.18849 0.20135

蓄積量 m3/hm2 stand volume 71.306 65.588 59.157 67.095 118.059 116.987 119.643 125.042 131.824 144.676 143.200 137.590 126.759 124.652 122.712 129.000 150.766 142.477 151.731 161.080

單株

林分 2 結(jié)果與分析

2.1 林分密度、立地因子與生長因子的相關(guān)分析

運用SPSS13.0數(shù)據(jù)處理軟件對林分密度、立地因子與生長因子進行Pearson相關(guān)分析，由于結(jié)果中的數(shù)據(jù)多有重復，僅選部分數(shù)據(jù)見表2。有研究表明，除林分密度外，立地條件也會對林木的生長產(chǎn)生很大的影響[3,4]，而本研究中的各生長因子與各立地因子都沒有相關(guān)性，說明上述5種林分密度下的立地條件沒有太大差異，不會影響到林分密度與各生長因子之間的結(jié)果。從表2還可以看出，林分密度與平均胸徑、平均冠幅、冠胸比和單株材積具有極顯著的負相關(guān)性，與高徑比和林分蓄積量具有極顯著的正相關(guān)性，與樹高沒有相關(guān)性。

表2 林分密度、立地因子與生長因子的相關(guān)系數(shù)矩陣表

Tab2 Correlation coefficient matrix table of stand density, site factors and growth factors

高徑比

相關(guān)系數(shù) correlation coefficient 林分密度 stand density

坡度 slope 坡向 aspect 海拔 altitude 0.177

0.031

-0.108

0.152

0.171

0.161

0.189-0.305

-0.354

-0.051

-0.344

-0.355

-0.302

0.041-0.051

-0.121

-0.068

0.015

0.025

-0.047

-0.135-0.890**

0.372

0.768**

-0.914**

-0.898**

-0.898**

0.929**平均胸徑 average dbh

平均樹高 average height

ratio of height to diameter

平均冠幅 average crown

ratio of crown to diameter 冠徑比

單株材積 individual volume

林分蓄積量 stand volume 注：**表示在0.01水平下極顯著,**correlation is very significant at the 0.01 level(2-tailed)2.2 林分密度對林木各生長因子的影響

2.2.1 林分密度對直徑，冠幅，冠胸比和單株材積的影響

從表1和表2可以看出，密度越大的林分其平均胸徑，平均冠幅，冠胸比和單株材積越小，反之，則越大。這主要是由林木營養(yǎng)空間的大小導致的[5]，營養(yǎng)空間的大小首先影響到樹冠的發(fā)育，而有關(guān)研究表明[6,7]，樹冠的大小和直徑是緊密相關(guān)的，從這種關(guān)系不難看出，樹冠的大小也會明顯影響到單株材積的大小。

在225株/hm2的林分內(nèi)，由于樹木彼此間的營養(yǎng)空間大，隨之樹木制造的營養(yǎng)物質(zhì)多，因而直徑，冠幅，冠胸比和單株材積比較大，隨著林分密度的增大，到了750株/hm2和855株/hm2的林分內(nèi)，由于樹木之間比較擁擠，為了爭奪營養(yǎng)空間，樹木之間產(chǎn)生了激烈的競爭，抑制了樹木的生長，所以直徑，冠幅，冠胸比和單株材積也比較小。2.2.2 林分密度對樹高，高徑比和林分蓄積量的影響

從表2可以看出，平均樹高與林分密度沒有相關(guān)性，但從表1也可以看出，平均樹高隨著林分密度的增大有逐漸增大的趨勢，但不明顯。這是由于在影響樹高的諸多因子中，它只對立地條件反映最靈敏，在一定的立地條件和密度范圍內(nèi)，幾乎不受林分密度的影響[8]。

從表1和表2可以看出，高徑比和林分蓄積量隨著林分密度的增大，二者呈逐漸增大的趨勢，由此可知，一般情況下，高密度的林分有利于形成更好的林木干形，但高密度的林分中林木的兩極分化也比較嚴重，這種情況在700株/hm2和800株/hm2的林分內(nèi)有所體現(xiàn)，為了促進林木更好的生長，應(yīng)對這兩個密度下的林分進行適當?shù)膿嵊g伐。3 結(jié)論

通過研究林分密度對林木各生長因子的影響得出，林分密度與平均胸徑、平均冠幅、冠胸比和單株材積具有極顯著的負相關(guān)性，與高徑比和林分蓄積量具有極顯著的正相關(guān)性，與平均樹高沒有相關(guān)性，即隨著林分密度的增大，直徑、冠幅、冠胸比和單株材積逐漸降低，高徑比和林分蓄積量逐漸增大，樹高雖然有逐漸增大的趨勢，但不明顯。

對于林齡39a且生長在平坡、陽坡、海拔1661m～1740m的立地條件下的華北落葉松人工林來說，在本文所研究的5種林分密度中，雖然225株/hm2的密度下林木的平均胸徑和單株材積是最大的，但林分蓄積量卻是最小的，而在700株/hm2～800株/hm2的密度下林木的林分蓄積量雖然是最大的，但平均胸徑、平均冠幅、冠胸比和單株材積卻是最小的，從生長因子的長勢情況和林地生產(chǎn)力方面綜合考慮，經(jīng)營密度控制在500株/hm2～600株/hm2的范圍內(nèi)，既可以保證林木各生長因子長勢較好，又可以使林分獲得較大的林分蓄積量。參考文獻

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作者簡介：李偉偉(1983-)，女，河北保定人，森林經(jīng)理學碩士研究生，研究方向：林業(yè)資產(chǎn)評估與管理。

*通訊作者，手機號：***，地址：河北省承德 E-mail信箱：

投稿日期：2008.6.14

第三篇：高海拔地區(qū)對新型干法水泥廠燒成系統(tǒng)影響的初步分析

高海拔地區(qū)對新型干法水泥廠燒成系統(tǒng)影響的初步分析

朱祖培 天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院,天津300400 趙乃仁 南京水泥工業(yè)設(shè)計研究院,南京210029 我國疆域遼闊，地形變化幅度很大。如西部地區(qū)的海拔高度就較大，與東部平原相比有明顯差別。西部高原海拔一般在1000ｍ以上，青藏高原更高達3000ｍ～5000ｍ。高海拔地區(qū)空氣稀薄，這一自然條件對新型干法水泥窯燒成系統(tǒng)的影響不容忽視。設(shè)計時，考慮不周就會影響設(shè)備能力的發(fā)揮，不能達產(chǎn)達標；考慮過多又會過多地增加投資，降低企業(yè)的經(jīng)濟效益。關(guān)于大氣壓力變化對新型干法水泥廠燒成系統(tǒng)內(nèi)“三傳一反”的綜合影響，目前還缺乏全面的分析資料，本文僅按現(xiàn)有資料對新型干法水泥窯燒成系統(tǒng)內(nèi)各局部效益的影響作一初步分析，不當之處歡迎讀者批評指正。１ 高海拔地區(qū)大氣壓力的計算

由于地心引力的作用，地球表面大氣層的分子密度隨海拔高度而變化,高度愈高,空氣密度愈稀,大氣壓力也就愈小,工程上常以當?shù)卮髿鈮毫Φ淖x數(shù)來確定海拔高度。但是由于大氣濕度的變化,要精確地確定大氣壓力與海拔高度之間的關(guān)系是不可能的。舉例來說,在室內(nèi)懸掛一氣壓計,盡管周圍空氣保持平靜,在數(shù)小時內(nèi)它的讀數(shù)仍將變化（2～3）mmHg（１mmHg＝133.322pa），這就相當于海拔高度數(shù)十米的差異。因此,用計算的方法來確定海拔高度只能是近似的。A.C.伊利伊切夫

PＨ＝ＰＯ(1－H/44340)

〔5.256〕

［1］

推薦用下式計算高海拔地區(qū)的大氣壓力：



（１）

５Pa式中： PＨ——海拔高度為Ｈ處的大氣壓力，～10

ＰＯ——海平面處的大氣壓力，～10

Ｈ——海拔高度，ｍ。

５Pa

；

；

根據(jù)式(1)可計算不同海拔高度處的大氣壓力。由于空氣壓力、溫度和密度服從理想氣體的狀態(tài)方程，因此在一定溫度下，大氣壓力與其密度成正比，即：

P/r＝ＲＴ

（２） 式中：Ｐ——大氣壓力，～10Ｐａ；

ｒ——空氣密度，ｋｇ／ｍ；

Ｔ——絕對溫度，Ｋ；

３

５Ｒ——氣體常數(shù)，對于干空氣Ｒ＝0.08206 表１列出按式(１)和(２)計算的不同海拔高度處的大氣壓力和空氣密度。

從表１可以看出,在海拔1000ｍ的地方,大氣壓力比海平面處降低10%以上,而在海拔為3000ｍ的高地上，大氣壓力將降低1/3。２ 高海拔對料氣性能的影響

２．１ 對水泥窯內(nèi)生料水分汽化反應(yīng)的影響

盡管在高海拔地區(qū)水的沸點降低，但水的汽化總熱耗卻變化不大。水的沸點與大氣壓力的關(guān)系可用Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｒｏｎ方程式來計算。表2列出了不同海拔高度處水的沸點和汽化總熱耗的數(shù)據(jù)。

從表2中可以看出，在海拔2000ｍ處，水的沸點降低到93.5℃。它的汽化顯熱雖然也因沸點降低而減少，但是同時大氣壓力降低時需要較多的熱量來克服水分子間的內(nèi)能，因此水的汽化潛熱卻隨海拔高度的上升而增加，因而汽化總熱耗只略有減少，以致可以忽略不計。２．２ 對碳酸鹽分解反應(yīng)的影響

Ｇ.馬丁［2］在他的關(guān)于水泥回轉(zhuǎn)窯的專著中，報導了丁.約翰斯登對碳酸鹽的蒸汽壓與分解溫度關(guān)系的研究成果。他得出以下經(jīng)驗公式(公式(3)～(6)及表3中有非標單位，如mmHg.cal等，若要變動單位，公式將要重新推導——編者注)

lgP＝－9340/T＋1.1lgＴ－0.0012Ｔ＋8.882

（3） 式中：Ｐ——二氧化碳的蒸汽壓，ｍｍＨｇ；

Ｔ——絕對溫度，Ｋ。

馬丁將上式換算成自然對數(shù)的形式，變成：

dlnP/dT=21505/T＋1.1l/T －0.002763

（4）

為了計算分解熱，馬丁又將它改寫成Ｃｌａｕ[1]ｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｒｏｎ方程式的形式，即

dlnP/dT＝－Q/RT

（5）

此處，Ｒ＝1.985ｇ·ｃａｌ／Ｋ，由此可得出碳酸鹽分解熱與溫度的關(guān)系式為

Ｑ＝42700＋2.183Ｔ－0.005484

（6） 式中：Ｑ——每100ｇ碳酸鹽(ＣａＣＯ３)的分解熱，ｇ·ｃａｌ。

如果在式(3)中用不同海拔高度處的大氣壓力(mmHg)代入Ｐ，即可求出高海拔處碳酸鈣的分解溫度和分解熱，計算結(jié)果見表3。

從表3數(shù)據(jù)可以看出，在海拔4000ｍ處，碳酸鈣分解溫度降低36℃，分解熱提高不足1％。因此，和水的汽化熱一樣，海拔高度對碳酸鹽分解反應(yīng)的影響也是可以忽略不計的。２．３ 對物料顆粒浮送速度的影響

空氣密度不同，對同樣大小和重量的物料顆粒來說，要求的浮送速度也不一樣。前蘇聯(lián)C.U.赫沃斯琴可夫［3］2 2 提出，物料顆粒的浮送速度一般可以按下列關(guān)系式來考慮：

ｓ

ν式中：νｓ＝Ｋ(ｄｐrm/rn)

（７）

1/2——物料顆粒的浮送速度，ｍ／ｓ；

３３

ｄｐ——物料顆粒的直徑，ｍ；

ｒｍ——物料的密度，ｋｇ／ｍ；

ｒａ——空氣的密度，ｋｇ／ｍ；

ｋ——比例常數(shù)。

這就是說物料顆粒的浮送速度與空氣密度的平方根成反比。２．４ 對空氣比熱的影響

以重量單位來表示的空氣比熱（kJ·kg·℃）,隨空氣密度的變化很小0℃ 時, 大氣壓力由 １×105 Pa 加大到 100×105 Pa, 空氣比熱僅由

0.237×4018kJ/(kg·℃)加大到0.258×4.18kJ/(kg·℃)，加大不到10％。但以容積單位來表示時將有較大變化，應(yīng)注意修正。３ 高海拔對回轉(zhuǎn)窯的影響 ３．１ 對窯內(nèi)氣流速度的影響

早在60年代朱祖培［5］

1-1

［4］

。例如，在空氣溫度為 10在《地區(qū)海拔高度對水泥廠設(shè)計的影響》一文中，除分析了高海拔對空氣壓縮機類型的設(shè)計造成的影響外，還分析了海拔高度對濕法回轉(zhuǎn)窯的影響。由于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的飛灰與窯內(nèi)的風速有關(guān)，而相同質(zhì)量流量下風速的大小又與當?shù)卮髿鈮毫Τ煞幢茸兓拇笸⒂赖呛屠ッ魅龔S濕法水泥窯實際生產(chǎn)情況對比(見表４)可以看出，永登和昆明二廠(大氣壓大約為大同廠的86％～90％)的產(chǎn)量要比大同低10％左右。

需要指出，表４列出的生產(chǎn)數(shù)據(jù)是50年代末窯的潛力充分發(fā)揮時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。對于濕法回轉(zhuǎn)窯來說，在制約生產(chǎn)能力的各種因素中，窯內(nèi)風速是突出因素，表現(xiàn)為大量飛灰外逸，提高了料耗和熱耗，從而限制了窯的生產(chǎn)能力。Ｗ.居查［6］

曾報道南美洲秘魯首都利馬附近、被認為是世界海拔最高(海拔高度為3900ｍ)的水泥廠的生產(chǎn)情況，該廠有一臺Φ3.2ｍ×90ｍ的濕法短窯，通常產(chǎn)量可以達到350t/d，實際標定生產(chǎn)能力只有250t/d，降低了約30％。

新型干法燒成系統(tǒng)和濕法燒成系統(tǒng)有相當大的區(qū)別,表５列出了新型干法回轉(zhuǎn)窯在一般海拔情況下的窯內(nèi)風速。從表5可以看出,目前帶分解爐的NSP窯風速最高的是上海水泥廠2000t/d的3.75ｍ窯，但其窯尾風速僅為6.1m/s。國內(nèi)ＳＰ窯的窯尾風速也低于9m/s。遠低于當年大同水泥廠窯內(nèi)分解帶的風速(1200℃下為14.2m/s)，也低于ＫＨＤ公司提出的10m/s風速。從理論上分析，新型干法回轉(zhuǎn)窯排出粉塵對窯生產(chǎn)的影響并非全是負影響，ＦＬＳ公司就曾經(jīng)采用增加粉塵出窯又經(jīng)預(yù)熱器收回入窯的循環(huán)來提高生料入窯分解率，這和濕法窯粉塵排放全是負影響不同。因此窯內(nèi)風速不應(yīng)該成為高海拔地區(qū)對窯徑的制約因素，不能照搬窯的產(chǎn)量正比于地區(qū)氣壓的關(guān)系。而應(yīng)該在當?shù)貤l件下對窯內(nèi)風速進行核算是否超過允許值，再確定是否變更窯徑。３．２ 對窯內(nèi)燃燒的影響

窯內(nèi)燃燒低質(zhì)煤時，雖然煤粉提供的總熱量與高質(zhì)煤相同，但在著火時間、燃燒速度、燃燒溫度和熟料煅燒熱耗上仍有不同。高海拔造成的空氣稀薄對燃燒的影響和低質(zhì)煤有類同之處，必須加以考慮。空氣稀薄，O2濃度下降，會影響燃料的著火時間、燃燒速度以及燃燒溫度。為保證有足夠的燃燒時間，使煤粉完成燃燒，就要保證窯有足夠的長度。但即使如此，燃燒溫度偏低仍會影響熟料質(zhì)量，且燃燒溫度是對燃燒速度影響最大的因素，因此必須強化燃燒強度來提高燃燒溫度。提高燃燒強度從二個方面進行：一是采用先進的燃燒器和高壓風機使噴出燃燒器的氣流有更大的動量Ｅ(Ｅ＝ｍＶ)，在質(zhì)量流量ｍ一定的情況下，要有足夠高的噴出速度Ｖ，則必須有高的壓頭；二可采用先進的冷卻機，保證有較高的熟料熱回收，以獲得盡可能高的助燃空氣溫度。這兩方面的結(jié)合就有可能得到良好的燃燒狀況，減少空氣稀薄造成的不利影響。

３．３ 對窯內(nèi)傳熱的影響

窯內(nèi)傳熱以輻射為主，窯內(nèi)的高溫火焰中含有大量粉塵，所以具有很高的輻射系數(shù)ξ，且由于窯內(nèi)風速不高，尤其是窯外分解窯的風速更低，故在質(zhì)量流量不變的情況下，空氣稀薄對窯內(nèi)傳熱不會有明顯的影響。

４ 高海拔對冷卻系統(tǒng)的影響 ４．１ 對篦式冷卻機的影響

對于篦式冷卻機，氣流垂直通過填充床，其雷諾數(shù)為：

Rep＝ dpuρ/μ (８) 式中：dp——熟料粒徑

ｕ——氣體垂直通過填充床的表觀風速

ρ——氣體的密度

μ——氣體的粘度。

根據(jù)爾根方程７：

ff＝150(1-ζ)/Rep＋1.75 (９)

↓

↓

粘性流損失 湍流損失 式中：ξ——床層空隙率；

ff——阻力系數(shù)。

再根據(jù)篦式冷卻機條件，可求得雷諾數(shù)ff＞100，屬于湍流。阻力系數(shù)ff不隨雷諾數(shù)有明顯改變。因此根據(jù)流體流動的阻力公式hj＝ζu/2g×γ，阻力系數(shù)ff即ζ為常數(shù)，當篦式冷卻機工作氣壓改變時，流體阻力只和流速u及氣體的重度γ有關(guān)。

在高海拔地區(qū),篦式冷卻機工作氣壓下降,氣體體積流量增加。如何適應(yīng)這一變化，有三種方案： ４．１．１ 方案一

22維持原有規(guī)格不變，這時，需保持通過單位篦板面積的空氣質(zhì)量流量不變, 氣體流速ｕ 將遵循公式

uH＝u0(P0/PH), 即隨氣壓的下降, 氣體流速ｕ 將上升。氣體的重度將遵循公式 γH=γ0(PH/P0)，即隨氣壓的下降而下降。

因此氣體通過篦式冷卻機的流體阻力損失HH 如下式：

HH =（uH·γH）/（u0·γ0）

=[（u0· P0/PH）·γ0·PH /P0·]/u0·γ0=P0/PH（10）式中：HH——地區(qū)海拔為Ｈ的流體阻力損失；

H0——海平面地區(qū)的流體阻力損失。

加上流量增加量 QH/Q0 也為 P0/PH，因此篦冷機篦下鼓風機的鼓風功率的增加量為 2

222NH/N0=（P0/PH）2，功率的增加很大。

式中：QH——地區(qū)海拔為Ｈ的氣體流量；

Q0——海平面地區(qū)的氣體流量；

NH——地區(qū)海拔為Ｈ的鼓風機需要的軸功率；

N0——海平面地區(qū)鼓風機需要的軸功率。在傳熱方面，固定床中流體向顆粒傳熱的關(guān)系式如下：

hdp/k＝CRe p Pr (11)式中：ｈ——傳熱系數(shù)

ｋ——導熱系數(shù)；

dp——粒徑；

Pr——普蘭特數(shù)，Pr＝Cpμ/K。

從(11)式可以看出，當雷諾數(shù)Ｒｅ不變時，傳熱系數(shù)不變。因此此種方案的熱交換不會改變。４．１．２ 方案二

適當加大篦冷機的規(guī)格，保持氣流通過篦冷機的流體阻力不變。前文提到氣流通過篦床的流動屬于湍流。阻力系數(shù)不因流速的改變而改變。因此在流體阻力不變時，下列等式成立。

u0 ·γ0 =uH ·γH

uH＝ｕｏ(γ要。

此時流體阻力雖然沒有增加，由于鼓風機的鼓風量仍以P0/PH增加，所以鼓風機的軸功率仍以(P0/PH)增加。

這種方案在傳熱方面的影響如何呢?

根據(jù)式(11)，在同樣的條件下，dp、ｋ、Cp和μ不變，此時傳熱系數(shù)ｈ為：

ｈ＝Ｃ1·Re p 而：

Rep＝dpuρ/μ

式中：dp、μ不變，但uH＝ｕｏ(P0/PH)，而

ReH＝Re0 ·(PH/P0)式中：ReH——海拔為Ｈ時的雷諾數(shù)；

Re0——海拔為海平面時的雷諾數(shù)。由于Re數(shù)下降，造成傳熱系數(shù)下降。

hＨ＝h0 · 〔(PH/P0)〕＝h0(PH/P0)(14) 式中：hＨ——海拔為Ｈ時的傳熱系數(shù)；

ｈ0——海拔為海平面時的傳熱系數(shù)。1/

21.6

0.8

1/2

1/2

1/21.61/3220/γH)1/2 =ｕｏ(P0/PH)(13)

1/2

1/2

由于氣體流量增加的倍數(shù)為P0/PH，因此篦冷機的篦床面積也應(yīng)該提高(P0/PH)才能滿足風量增加的需1.6

同時由于規(guī)格放大，傳熱面積增加了(P0/PH)，因此傳熱量的影響應(yīng)是二者之乘積： QH=Q0 ·(PH/P0)(P0/PH)0.8

0.5

1/2

=Q0(PH/P0)(15)

0.8式中：QH——海拔為Ｈ時的傳熱量；

Q0 ——海拔為海平面時的傳熱量。

可以看到，該方案對傳熱量將會有一些不利影響，二、三次風的溫度也會有一些下降。４．１．３ 方案三

增加篦冷機的規(guī)格,保持氣流通過篦冷機時鼓風機的功率不變。前文提到氣流通過篦床的流動屬于湍流。阻力系數(shù)不因流速的改變而改變。因此在鼓風機的功率不變時,由于鼓風量已增加P0/PH ,所以流體阻力必須下降為：

HH = H0(γH/γ0)

此時必須ｕH＝ｕ0，才能滿足要求，篦冷機的規(guī)格必須同因海拔增加而增加的氣體量等量增加。

該方案在傳熱方面的影響和方案二相似。同樣ｄｐ、ｋ、Ｃｐ和μ不變，此時傳熱系數(shù) ｈ＝Ｃ1·Re p1.6。由于速度ｕ不變，因此有：ｈＨ＝ｈｏ·(PH/P0)1.6，而傳熱面積的增加僅為 P0/PH。此時傳熱量的變化將為：

QH /Q0 =(PH/P0)(16)

采用這種方案后，篦冷機規(guī)格(面積)雖然放大很多，但傳熱量和二、三次風的溫度卻有明顯下降。

因此可以考慮，在海拔1000ｍ左右的地方，可以采用方案一；在海拔更高的地方應(yīng)加大篦冷機的規(guī)格。４．２ 對筒式冷卻機的影響

篦冷機氣體流量與鼓風機的風量有關(guān)。而筒式冷卻機內(nèi)氣流與物料呈逆流運動，其流量的大小與窯頭負壓有關(guān)。當質(zhì)量流量不變時，其流速將隨氣壓的下降而增加，流體阻力將隨流速增加而成正比增加。因此對于筒式冷卻機來說，為保持足夠的質(zhì)量流量，只有二個方法可行：其一是提高窯頭負壓，但是窯頭負壓由燒成系統(tǒng)的主排風機決定，易受旋風預(yù)熱器系統(tǒng)、分解爐及窯的漏風干擾，不容易得到保證；其二是擴大冷卻機的直徑，保持流體阻力不變，這就必須加大冷卻機的規(guī)格。而篦冷機通過提高鼓風壓力可以保持料面以上為零壓。不會對燒成系統(tǒng)燃燒所需要的空氣供應(yīng)造成不利影響。５ 高海拔對窯尾系統(tǒng)的影響

(１)新型干法生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)利用氣力進行懸浮操作，大氣壓力的變化對系統(tǒng)中動量傳遞將有較大影響。旋風預(yù)熱器各級之間的連接管道是熱氣流向生料顆粒進行傳熱的主要部位，據(jù)估計該處的傳熱量占旋風預(yù)熱器總傳熱量的80%；而且傳熱作用主要發(fā)生在管道內(nèi)物料開始被氣流帶起的加速階段，即物料開始懸浮，受氣流的牽引力最大處，直至氣流和物料間的溫度達到平衡。大氣壓力的降低，將降低氣流對物料的牽引力(懸浮力)，在同樣的管道風速下，物料在該區(qū)段的停留時間將更長，從而在一定程度上有利于物料的懸浮受熱。此外，大氣壓力降低還將改變旋風筒內(nèi)的流場分布，影響旋風筒的分離效率。同樣對分解爐內(nèi)的噴騰作用和旋流作用也將產(chǎn)生影響，在一定范圍內(nèi)有利于提高分解爐內(nèi)的無因次量τm/τg，從而有利于提高燃料的燃燼率和生料的分解率，但降低到一定限度時將破壞分解爐的穩(wěn)定操作。

(２)分解爐內(nèi)燃燒的基本情況和窯內(nèi)的燃燒相同，空氣稀薄,Ｏ２濃度下降同樣會影響燃燒速度以及燃燒溫度，而且分解爐內(nèi)的燃燒溫度遠低于窯內(nèi)的燃燒溫度，所以燃燒溫度對煤粉的燃燒徹底程度的影響甚至比窯內(nèi)影響還大。為保證在分解爐內(nèi)煤粉得到完全燃燼，就應(yīng)該保證煤粉在分解爐內(nèi)有比正常海拔地區(qū)更多的燃燒時間和足夠的燃燒強度。因此在高海拔地區(qū)要選擇爐溫較高、燃燒強度也較高的爐型和噴出動量較高的燃燒器。

(３)高海拔對預(yù)熱器系統(tǒng)中氣流運動的影響與篦冷機非常相似，如果把低海拔地區(qū)的預(yù)熱器系統(tǒng)不改變規(guī)格直接套用，則海拔升高造成的氣體體積膨脹就會使氣體在系統(tǒng)中阻力增加，此阻力損失的增加量和氣壓的減小成正比△Ｐ＝P0/PH。所以，系統(tǒng)內(nèi)氣流的流量和流體阻力的增量都與海拔的升高量成正比，因此系統(tǒng)主排風機功率將以平方關(guān)系增加。此外，由于預(yù)熱器進出口風速過高，會使預(yù)熱器收塵效率明顯下[8]0.6降，系統(tǒng)熱效率下降。

如果按照一般合理的風速確定預(yù)熱器系統(tǒng)各部分的規(guī)格，可以得到比較經(jīng)濟的運行效果，但是設(shè)備和土建的投資都會明顯增加。其中預(yù)熱器的規(guī)格將對窯尾塔架的大小起決定性的影響。因此我們建議，對于海拔高度在1000ｍ左右的地區(qū)，可以不增加預(yù)熱器的規(guī)格，對于海拔更高的地區(qū)應(yīng)加大預(yù)熱器系統(tǒng)的規(guī)格，但為了適當降低投資，在選擇正常的預(yù)熱器進出口風速和管道風速的同時，預(yù)熱器的截面風速可選偏高值，以縮小預(yù)熱器的規(guī)格，避免過大地增加窯尾框架。同時應(yīng)優(yōu)化預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)，盡可能少地增加系統(tǒng)的阻力。

６ 對風機選型及其它用氣設(shè)備的影響 ６．１ 對風機選型的影響

高海拔地區(qū)新型干法燒成系統(tǒng)操作的根本要求是:必須保證系統(tǒng)的氣體質(zhì)量流量G(kg/h或mh)與海平面相同。這就需要提高系統(tǒng)的氣體體積流量。同時由于系統(tǒng)內(nèi)的流動阻力也發(fā)生變化，因此系統(tǒng)內(nèi)的主排風機(ＩＤＦ)以及用于篦冷機的鼓、排風機絕對不能照搬海平面的機型。必須根據(jù)需要的風量和風壓重新選型，或加大規(guī)格，或在原有機型上加快轉(zhuǎn)速。需要注意的是，如果在原有機型上加快轉(zhuǎn)速，除風量以一次方成正比增加外，還會增加風壓和功率。一般風機速度和風量、風壓以及功率的關(guān)系式如下： n1/n2=Q1/Q2=(P1/P2)=(N1/N2)(17)

因此在高海拔地區(qū)，如果要求同一臺風機達到和海平面相同的質(zhì)量流量，我們只需按氣體密度變化的比例來加快風機轉(zhuǎn)速。但由于隨氣體密度的下降風壓和風量都將成正比增加，所以風機功率與風機轉(zhuǎn)速都將以二次方增加。

６．２ 對其它用氣設(shè)備的影響

從上面的所有討論可以看到，氣體在高海拔地區(qū)會增加一些麻煩，因此能夠不用氣體的地方就盡可能不用。例如采用氣力提升泵送生料入預(yù)熱器系統(tǒng)，在高海拔地區(qū)除了自身需要加大規(guī)格增加動力消耗外，還會增加窯尾主排風機和電收塵器的負荷，應(yīng)該慎重考慮。７ 結(jié)語

(１)海拔高度的增加，對入窯生料中水的汽化潛熱及CaCO3的分解影響輕微，可忽略不計；物料浮送速度將有所下降；空氣比熱以重量來表示時，隨空氣密度的變化很小，但以容積來表示時變化較大，需修正。

(２)海拔高度升高，在要求相同質(zhì)量流量條件下，窯內(nèi)氣流速度將成正比例地增加，對濕法窯產(chǎn)量影響較大，但對新型干法窯的影響則應(yīng)考慮具體情況。

(３)空氣稀薄，Ｏ２濃度下降，對燃料的著火時間、燃燒速度及溫度有影響。采用先進的燃燒器、高壓風機、冷卻機，可有效地補償這一不利影響。

(４)當海拔高度在1000ｍ以下時，勿需擴大篦冷機規(guī)格，當海拔高度進一步增加時，應(yīng)擴大篦冷機規(guī)格。對單筒冷卻機來說，可采用提高窯頭負壓及擴徑來克服氣壓降低、流體阻力增加帶來的不利影響。(５)隨海拔高度的增加，預(yù)熱器出口風速將增加，會降低預(yù)熱器除塵效率及熱效率。但從經(jīng)濟方面考慮，當海拔高度在1000ｍ以下時，不需擴大預(yù)熱器規(guī)格，對更高地區(qū)應(yīng)適當加大預(yù)熱器規(guī)格，同時應(yīng)優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。

(６)為達到與海平面相同的空氣質(zhì)量流量，高海拔地區(qū)在選用風機時應(yīng)按空氣密度變化比例增加其轉(zhuǎn)速。此外，應(yīng)避免使用用氣設(shè)備。

(７)大氣壓降低，有利于預(yù)熱器內(nèi)物料的懸浮受熱，有利于提高燃料的燃燼率和物料的分解率，但會影響旋風筒的分離效率及分解爐的穩(wěn)定操作。為保證煤粉在分解爐內(nèi)完全燃盡，高海拔地區(qū)應(yīng)選擇爐溫較高的爐型及噴出動量高的燃燒器。1/2

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