湖北省平原地区杨树造林密度对林木的影响分析

第一篇：湖北省平原地区杨树造林密度对林木的影响分析

湖北省平原地区杨树造林密度对林木生长的影响分析

滕家喜

(华南农业大学林学院，广州 5106420)摘要：造林密度对人工林林木生长起着重要作用，国内外各地区对其研究较多，得到的大量成果为本次研究提供了重要的科学依据。本实验将通过标准木调查法，对湖北省平原地区15个县市76个标准地杨树人工林(5一13年)的经营状况进行调查，选择了18一20指数级的17种造林密度，对树龄在13年内的杨树人工林不同密度的林木树高、直径、单株材积、林分蓄积量、林分生物量[1]、干材质量进行分析和比较，探寻湖北省杨树造林密度的综合效应，拟合出不同立地指数、密度的杨树生长预测模型，提出湖北省平原地区杨树人工林适宜的造林密度。关键词：平原地区

杨树

造林密度

林木生长

前言

在杨树生长过程中，阳光、水分、土壤是林木生长的必要条件，造林密度也与杨树生长密切相关。造林密度是指单位面积造林地上的栽植株数或播种穴（点）数。针对湖北省平原地区杨树人工林造林密度普遍过大的现状，而迄今为止又没有针对湖北省平原地区这一特定地理条件下关于杨树人工林造林密度的报导。本实验选择不同密度的杨树人工林林分为研究对象，分析和比较湖北省平原地区不同密度杨树人工林的林木树高、直径、单株材积、林分蓄积量、林分生物量、干材质量，探寻湖北省平原地区杨树人工林适宜的造林密度，以为该地区杨树人工林取得良好的效益提供一定的科学理论依据。

密度是影响速生丰产的关键技术之一。造林密度和保留密度是否合理，直接关系到培育目标能否实现，直接影响经营者的经济效益。一直以来，密度调控是林业研究的难点和热点。许多学者开展了这方面的研究，其主要表现在密度对林木生长量、林分生物量、生产力、主伐期及经济效益等方面的影响。

国外杨树造林密度对林木生长的影响研究进展

早在20世纪80年代，国外就有对杨树造林密度的研究了。根据国际杨树会议的材料[2],杨树初植密度有三种类型:①密株距0.5一4.0米，每公顷625一10000株;②中等株距5.0-一7.0米，200-400株/公顷；③稀株距7米以上，每公顷200株以下。

意大利、法国、德意志联邦共和国、捷克常用稀植造林法，株行距为5×5到8×8米，即每公顷158--400株.这里最适密度为250株每公顷。据卡查尔蒙非拉脱杨树研究所的调查，意大利东部初植密度250株/公顷的杨树林在25龄时的材积为876立方米。欧洲中部和东部一些国家，如匈牙利、保加利亚、波兰、罗马尼亚，初植密度属于中等，株行距为3×3米到了7×7米，每公顷材积约为400一650立方米。如保加利亚多脑河两岸的河滩地，25龄杨树初植密度3×3米时的材积每公顷为558立方米，2×2米时为422立方米，4×4米时为300立方米，5×5米时为386立方米，1×2米时为271立方米。这里最适密度为3×3米。

叙利亚和伊朗常用灌溉密植法，每公顷16000一20000株，苏联乌兹别克也用密植法，每公顷达1万株。

根据苏联乌克兰的试验研究，杨树生产力与密度的关系如下：

1、初植密度因立地条件而不同，一般立地条件好，初植密度小，反之则密度大。

2、树木直径生长全随初植密度的减少即营养面积的增加而增加。

3、树木高生长在营养面积达到一定数值时增长较快。

国内杨树造林密度对林木生长的影响研究进展

1974年4月栽植株行距4x4、4x5、4x6米，5年平均树高分别为16.00米、16.29米、16.30米，9年生平均分别为22.81米、24.42米、23.95米。由此可见，造林的密度对杨树高生长并不是决定因素。从杨树直径生长看，随密度的减小而有递增的规律性，9年生杨4x6米密度平均直径27.78厘米，比4x4米的直径24.25厘米大14.6%。

1982年郭如一[4]等对乌兰浩特市胜利林场同一立地条件下，不同造林密度的6年生杨树生长量的调查结果得出：兴安盟南部地区每公顷杨树造林3333株的林分蓄积量最高，6666株居于第二，而1666株、1111株、555株、277株的林分蓄积量分别为它的61%、60%、53%和31%。吕占杰[5]指出水肥条件好培育速生用材林为目的，培育大径材一次成材的，株行距为5×5米、4×6米或8×6米。若中间疏伐利用一次小径材，株行距可选用3×3或3×2米，当长成椽材时隔行隔株伐除一次。培育小径材为目的，实行短轮伐期的，可选用1×3米、1×2米、2×3米株行距。根据国内外经验证明，速生丰产林密植，即使通过适时疏伐到主伐期总蓄积量也不如一次稀植好。农田防护林株行距应选用2×2米或3×2米。在丘陵坡地下部做为水土保持林栽植密度应稍大些。

王宗汉[7]等通过对杨树丰产林造林密度试验的研究，得出：1.高密度的林分蓄积量比较高，在今后营造丰产林时应提高栽植株数。2．以生产柱材为主要目的材种的杨树丰产林，径级一般应达到18om左右。在既考虑到产材量又兼顾成材期的情况下，宜采用42一55株/亩，株行距可为2m×6m、2m×8m、3m×4m、4mx4m、3m ×5m。3.为解决林场林木经营中资金短缺，加速资金周转，形成良性循环，在立地条件较好，进行集约经营的条件下，可进行密植，每亩株数可增加到55一84株，栽植的株行距为2m×6m、2m×5m、2m×4m、3m×3m等。中期进行间伐，增加林场收入，缓解经济危困。

李世磊[4]等对湖南省汉寿县平湖区欧美杨-72不同种植密度实验后得出，一定年龄后，株距5×7米林分总蓄积量最大。

张全锋[9]等对欧美杨 107、雄性毛白杨 1319、窄冠白杨 3 个无性系在3 个不同密度的生长进程、连年生长量分析，提出了初次间伐的合理年限。

李建新[8]等通过1994年至1997年在单县沙河林场、东明县马头林场,对I—69杨、中林46杨进行不同密度造林试验,得出培育杨树胶合板材的合理密度配置为:株行距3×8m、4×5m,但4×5m的立地条件必须是在立地指数20,土壤有机质大于0.7%的条件下,间作型杨树丰产林4×10m较为合理,相同的密度,宽窄行造林配置不如单行造林。该项研究的造林密度可在黄泛平原地区推广。

胥谦等通过大量实际调查, 得出在杨树主干高生长速生期结束后进入干材粗生长速生期时, 每株树营养面积在60平方米为宜, 相应株行距为 7米×9 米或 6 米×10 米(每亩活立木在 11 株左右), 所以在初期造林密度应为 7 米×4.5 米或 6 米×5米(每亩 22 株为宜), 在经过 7~8年培育后,平均胸径已达30~35 厘米, 这时树冠郁闭要及时进行抚育间伐, 间伐强度应在 50%, 每亩间伐平均 11 株, 间伐木材约8~11 立方米。间伐后经过 7~8 年, 单株平均胸径可达 50~60 厘米, 单株立木蓄积2.1~2.9 立方米, 每亩立木蓄积量达23~32 立方米, 加上间伐材每亩材积可达 31~43 立方米, 经济效益十分显著。

刘涛[11]；袁帅[12]；荆晓清[13]对杨树造林密度的确定原则及应用提出了科学的理论方案，为今后的实验开展提供了重要的科学依据。臧林彬[10]等对杨树造林密度的重要性再一次论述，为我们今后的研究工作提供了动力。参考文献：

[1] 王力.不同水肥条件对杨树生物量的影响〔J〕.西北农林科技大学学报(自然

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[9] 张全锋； 支恩波；顾新庆；李新利； 王辉 造林密度对杨树生长的影响[J].河北林业科技 , The Journal of Hebei Forestry Science and Technology,2010（05）

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试论杨树造林的关键是确定造林密度[J].科技致富向导2011(08)[11] 牛涛 杨树造林密度的确定原则及应用[J].现代农业科技 , Modern

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[12] 袁帅 浅议杨树造林密度的确定原则及应用[J] 农村实用科技信息.2010（05）[13] 荆晓清 杨树造林密度的确定原则及应用[J].中国新技术新产品 , China

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第二篇：华北落叶松人工林密度对林木生长因子影响的研究

华北落叶松人工林密度对林木生长因子影响的研究

摘要：以河北省塞罕坝机械林场为研究地点，采用标准地调查法，研究华北落叶松人工林密度对林木各生长因子的影响，结果表明：在225株/hm2～800株/hm2的密度范围内，随着林分密度的增大，直径、冠幅、冠径比和单株材积逐渐降低，高径比和林分蓄积量逐渐增大，树高虽然有逐渐增大的趋势，但不明显。分析各生长因子的变化趋势后提出：对于林龄39a且生长在平坡、阳坡、海拔1661m～1740m的立地条件下的华北落叶松人工林，从出材等级和林地生产力方面综合考虑，经营密度应控制在500株/hm2～600株/hm2的范围内。关键词：华北落叶松；人工林；密度；生长因子；塞罕坝机械林场 中图分类号：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 林分密度是指单位面积林地上林木的数量[1]。在影响林分生长的多个因素中，林分密度既是营林工作中能够有效控制的因子，也是形成合理空间结构的基础，还是林木个体生长发育空间大小的决定性因子。它在很大程度上决定了林分的内部结构，从而决定了林分的产量结构（不同材种出材量的分配状况）。如何控制和调整林分密度，成为森林经营者和研究者共同关心的问题[2]。本文通过研究塞罕坝机械林场华北落叶松人工林密度对林木生长因子的影响，从而为当地林业工作者调控林分密度提供参考。1 材料与方法 1.1 试验地概况

塞罕坝机械林场位于河北省围场满族蒙古族自治县北部，地处河北省最北端。东西65.6km，南北58.6km，海拔1010～1939.6m。地理坐标为E115°61.5'～117°39'，N42°02'～42°36'。塞罕坝机械林场共包括5个分厂，即千层板分厂、北曼甸分厂、阴河分厂、第三乡分厂和大唤起分厂。

塞罕坝机械林场属寒温带大陆性季风气候，年均气温-1℃，极端最高温33.4℃，极端最低温-43.2℃。无霜期短，不稳定，年均67d。年均日照2367.8h，高于10℃的年积温1663.5℃。年均降水量530.9mm，6～8月份降水量占年降水量的67.6﹪。年均蒸发量1388mm，是降水量的2.6倍。土壤以灰色森林土为主，土层厚度50cm左右，腐殖质层厚3cm左右。

在华北落叶松人工林内无其它乔木与之伴生混交；灌木种类较少，主要有金银忍冬(Lonicera maackii(Rupr.)Maxim.)、稠李(Prumus padus L.)、花楸(Sorbus pohuashanensis(Hance.)Hedl.)等，但分布极不均匀；草本植物主要有龙牙草(Agrimonia pilosa Ledeb.)、地榆(Sanguisorba officinalis)、莓叶委陵菜(Potentilla fragarioides)、小红菊(Dendranthema chanetii)、垂果南芥(Arabis pendula L.)等。1.2 试验方法

在塞罕坝机械林场第三乡分场内选择林龄39a且立地条件相似(平坡、阳坡、海拔1661m～1740m)的5种林分密度(225株/hm2、500/hm2、600株/hm2、700株/hm2、800株/hm2)下的华北落叶松人工林，在每种林分密度下随机设置标准地4块，共设置20块标准地，每块标准地面积666.7m2。在标准地内对所有乔木进行每木检尺，详细记录每株树的胸径、树高、冠幅等生长因子以及坡度、坡向、海拔等立地因子，然后根据实际情况选取三到四株标准木截取轮盘带回室内分析。

表1 标准地调查统计表

Tab1 Investigation and statistic table of sample plot 标准 地号 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 胸径 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

高径比

树高 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

冠径比

材积 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

蓄积量 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

单株

林分 2 结果与分析

2.1 林分密度、立地因子与生长因子的相关分析

运用SPSS13.0数据处理软件对林分密度、立地因子与生长因子进行Pearson相关分析，由于结果中的数据多有重复，仅选部分数据见表2。有研究表明，除林分密度外，立地条件也会对林木的生长产生很大的影响[3,4]，而本研究中的各生长因子与各立地因子都没有相关性，说明上述5种林分密度下的立地条件没有太大差异，不会影响到林分密度与各生长因子之间的结果。从表2还可以看出，林分密度与平均胸径、平均冠幅、冠胸比和单株材积具有极显著的负相关性，与高径比和林分蓄积量具有极显著的正相关性，与树高没有相关性。

表2 林分密度、立地因子与生长因子的相关系数矩阵表

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

高径比

相关系数 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**平均胸径 average dbh

平均树高 average height

ratio of height to diameter

平均冠幅 average crown

ratio of crown to diameter 冠径比

单株材积 individual volume

林分蓄积量 stand volume 注：**表示在0.01水平下极显著,**correlation is very significant at the 0.01 level(2-tailed)2.2 林分密度对林木各生长因子的影响

2.2.1 林分密度对直径，冠幅，冠胸比和单株材积的影响

从表1和表2可以看出，密度越大的林分其平均胸径，平均冠幅，冠胸比和单株材积越小，反之，则越大。这主要是由林木营养空间的大小导致的[5]，营养空间的大小首先影响到树冠的发育，而有关研究表明[6,7]，树冠的大小和直径是紧密相关的，从这种关系不难看出，树冠的大小也会明显影响到单株材积的大小。

在225株/hm2的林分内，由于树木彼此间的营养空间大，随之树木制造的营养物质多，因而直径，冠幅，冠胸比和单株材积比较大，随着林分密度的增大，到了750株/hm2和855株/hm2的林分内，由于树木之间比较拥挤，为了争夺营养空间，树木之间产生了激烈的竞争，抑制了树木的生长，所以直径，冠幅，冠胸比和单株材积也比较小。2.2.2 林分密度对树高，高径比和林分蓄积量的影响

从表2可以看出，平均树高与林分密度没有相关性，但从表1也可以看出，平均树高随着林分密度的增大有逐渐增大的趋势，但不明显。这是由于在影响树高的诸多因子中，它只对立地条件反映最灵敏，在一定的立地条件和密度范围内，几乎不受林分密度的影响[8]。

从表1和表2可以看出，高径比和林分蓄积量随着林分密度的增大，二者呈逐渐增大的趋势，由此可知，一般情况下，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两极分化也比较严重，这种情况在700株/hm2和800株/hm2的林分内有所体现，为了促进林木更好的生长，应对这两个密度下的林分进行适当的抚育间伐。3 结论

通过研究林分密度对林木各生长因子的影响得出，林分密度与平均胸径、平均冠幅、冠胸比和单株材积具有极显著的负相关性，与高径比和林分蓄积量具有极显著的正相关性，与平均树高没有相关性，即随着林分密度的增大，直径、冠幅、冠胸比和单株材积逐渐降低，高径比和林分蓄积量逐渐增大，树高虽然有逐渐增大的趋势，但不明显。

对于林龄39a且生长在平坡、阳坡、海拔1661m～1740m的立地条件下的华北落叶松人工林来说，在本文所研究的5种林分密度中，虽然225株/hm2的密度下林木的平均胸径和单株材积是最大的，但林分蓄积量却是最小的，而在700株/hm2～800株/hm2的密度下林木的林分蓄积量虽然是最大的，但平均胸径、平均冠幅、冠胸比和单株材积却是最小的，从生长因子的长势情况和林地生产力方面综合考虑，经营密度控制在500株/hm2～600株/hm2的范围内，既可以保证林木各生长因子长势较好，又可以使林分获得较大的林分蓄积量。参考文献

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作者简介：李伟伟(1983-)，女，河北保定人，森林经理学硕士研究生，研究方向：林业资产评估与管理。

*通讯作者，手机号：***，地址：河北省承德 E-mail信箱：

投稿日期：2008.6.14

第三篇：高海拔地区对新型干法水泥厂烧成系统影响的初步分析

高海拔地区对新型干法水泥厂烧成系统影响的初步分析

朱祖培 天津水泥工业设计研究院,天津300400 赵乃仁 南京水泥工业设计研究院,南京210029 我国疆域辽阔，地形变化幅度很大。如西部地区的海拔高度就较大，与东部平原相比有明显差别。西部高原海拔一般在1000ｍ以上，青藏高原更高达3000ｍ～5000ｍ。高海拔地区空气稀薄，这一自然条件对新型干法水泥窑烧成系统的影响不容忽视。设计时，考虑不周就会影响设备能力的发挥，不能达产达标；考虑过多又会过多地增加投资，降低企业的经济效益。关于大气压力变化对新型干法水泥厂烧成系统内“三传一反”的综合影响，目前还缺乏全面的分析资料，本文仅按现有资料对新型干法水泥窑烧成系统内各局部效益的影响作一初步分析，不当之处欢迎读者批评指正。１ 高海拔地区大气压力的计算

由于地心引力的作用，地球表面大气层的分子密度随海拔高度而变化,高度愈高,空气密度愈稀,大气压力也就愈小,工程上常以当地大气压力的读数来确定海拔高度。但是由于大气湿度的变化,要精确地确定大气压力与海拔高度之间的关系是不可能的。举例来说,在室内悬挂一气压计,尽管周围空气保持平静,在数小时内它的读数仍将变化（2～3）mmHg（１mmHg＝133.322pa），这就相当于海拔高度数十米的差异。因此,用计算的方法来确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］

推荐用下式计算高海拔地区的大气压力：



（１）

５Pa式中： PＨ——海拔高度为Ｈ处的大气压力，～10

ＰＯ——海平面处的大气压力，～10

Ｈ——海拔高度，ｍ。

５Pa

；

；

根据式(1)可计算不同海拔高度处的大气压力。由于空气压力、温度和密度服从理想气体的状态方程，因此在一定温度下，大气压力与其密度成正比，即：

P/r＝ＲＴ

（２） 式中：Ｐ——大气压力，～10Ｐａ；

ｒ——空气密度，ｋｇ／ｍ；

Ｔ——绝对温度，Ｋ；

３

５Ｒ——气体常数，对于干空气Ｒ＝0.08206 表１列出按式(１)和(２)计算的不同海拔高度处的大气压力和空气密度。

从表１可以看出,在海拔1000ｍ的地方,大气压力比海平面处降低10%以上,而在海拔为3000ｍ的高地上，大气压力将降低1/3。２ 高海拔对料气性能的影响

２．１ 对水泥窑内生料水分汽化反应的影响

尽管在高海拔地区水的沸点降低，但水的汽化总热耗却变化不大。水的沸点与大气压力的关系可用Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｒｏｎ方程式来计算。表2列出了不同海拔高度处水的沸点和汽化总热耗的数据。

从表2中可以看出，在海拔2000ｍ处，水的沸点降低到93.5℃。它的汽化显热虽然也因沸点降低而减少，但是同时大气压力降低时需要较多的热量来克服水分子间的内能，因此水的汽化潜热却随海拔高度的上升而增加，因而汽化总热耗只略有减少，以致可以忽略不计。２．２ 对碳酸盐分解反应的影响

Ｇ.马丁［2］在他的关于水泥回转窑的专著中，报导了丁.约翰斯登对碳酸盐的蒸汽压与分解温度关系的研究成果。他得出以下经验公式(公式(3)～(6)及表3中有非标单位，如mmHg.cal等，若要变动单位，公式将要重新推导——编者注)

lgP＝－9340/T＋1.1lgＴ－0.0012Ｔ＋8.882

（3） 式中：Ｐ——二氧化碳的蒸汽压，ｍｍＨｇ；

Ｔ——绝对温度，Ｋ。

马丁将上式换算成自然对数的形式，变成：

dlnP/dT=21505/T＋1.1l/T －0.002763

（4）

为了计算分解热，马丁又将它改写成Ｃｌａｕ[1]ｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｒｏｎ方程式的形式，即

dlnP/dT＝－Q/RT

（5）

此处，Ｒ＝1.985ｇ·ｃａｌ／Ｋ，由此可得出碳酸盐分解热与温度的关系式为

Ｑ＝42700＋2.183Ｔ－0.005484

（6） 式中：Ｑ——每100ｇ碳酸盐(ＣａＣＯ３)的分解热，ｇ·ｃａｌ。

如果在式(3)中用不同海拔高度处的大气压力(mmHg)代入Ｐ，即可求出高海拔处碳酸钙的分解温度和分解热，计算结果见表3。

从表3数据可以看出，在海拔4000ｍ处，碳酸钙分解温度降低36℃，分解热提高不足1％。因此，和水的汽化热一样，海拔高度对碳酸盐分解反应的影响也是可以忽略不计的。２．３ 对物料颗粒浮送速度的影响

空气密度不同，对同样大小和重量的物料颗粒来说，要求的浮送速度也不一样。前苏联C.U.赫沃斯琴可夫［3］2 2 提出，物料颗粒的浮送速度一般可以按下列关系式来考虑：

ｓ

ν式中：νｓ＝Ｋ(ｄｐrm/rn)

（７）

1/2——物料颗粒的浮送速度，ｍ／ｓ；

３３

ｄｐ——物料颗粒的直径，ｍ；

ｒｍ——物料的密度，ｋｇ／ｍ；

ｒａ——空气的密度，ｋｇ／ｍ；

ｋ——比例常数。

这就是说物料颗粒的浮送速度与空气密度的平方根成反比。２．４ 对空气比热的影响

以重量单位来表示的空气比热（kJ·kg·℃）,随空气密度的变化很小0℃ 时, 大气压力由 １×105 Pa 加大到 100×105 Pa, 空气比热仅由

0.237×4018kJ/(kg·℃)加大到0.258×4.18kJ/(kg·℃)，加大不到10％。但以容积单位来表示时将有较大变化，应注意修正。３ 高海拔对回转窑的影响 ３．１ 对窑内气流速度的影响

早在60年代朱祖培［5］

1-1

［4］

。例如，在空气温度为 10在《地区海拔高度对水泥厂设计的影响》一文中，除分析了高海拔对空气压缩机类型的设计造成的影响外，还分析了海拔高度对湿法回转窑的影响。由于回转窑内的飞灰与窑内的风速有关，而相同质量流量下风速的大小又与当地大气压力成反比变化。从大同、永登和昆明三厂湿法水泥窑实际生产情况对比(见表４)可以看出，永登和昆明二厂(大气压大约为大同厂的86％～90％)的产量要比大同低10％左右。

需要指出，表４列出的生产数据是50年代末窑的潜力充分发挥时的生产数据。对于湿法回转窑来说，在制约生产能力的各种因素中，窑内风速是突出因素，表现为大量飞灰外逸，提高了料耗和热耗，从而限制了窑的生产能力。Ｗ.居查［6］

曾报道南美洲秘鲁首都利马附近、被认为是世界海拔最高(海拔高度为3900ｍ)的水泥厂的生产情况，该厂有一台Φ3.2ｍ×90ｍ的湿法短窑，通常产量可以达到350t/d，实际标定生产能力只有250t/d，降低了约30％。

新型干法烧成系统和湿法烧成系统有相当大的区别,表５列出了新型干法回转窑在一般海拔情况下的窑内风速。从表5可以看出,目前带分解炉的NSP窑风速最高的是上海水泥厂2000t/d的3.75ｍ窑，但其窑尾风速仅为6.1m/s。国内ＳＰ窑的窑尾风速也低于9m/s。远低于当年大同水泥厂窑内分解带的风速(1200℃下为14.2m/s)，也低于ＫＨＤ公司提出的10m/s风速。从理论上分析，新型干法回转窑排出粉尘对窑生产的影响并非全是负影响，ＦＬＳ公司就曾经采用增加粉尘出窑又经预热器收回入窑的循环来提高生料入窑分解率，这和湿法窑粉尘排放全是负影响不同。因此窑内风速不应该成为高海拔地区对窑径的制约因素，不能照搬窑的产量正比于地区气压的关系。而应该在当地条件下对窑内风速进行核算是否超过允许值，再确定是否变更窑径。３．２ 对窑内燃烧的影响

窑内燃烧低质煤时，虽然煤粉提供的总热量与高质煤相同，但在着火时间、燃烧速度、燃烧温度和熟料煅烧热耗上仍有不同。高海拔造成的空气稀薄对燃烧的影响和低质煤有类同之处，必须加以考虑。空气稀薄，O2浓度下降，会影响燃料的着火时间、燃烧速度以及燃烧温度。为保证有足够的燃烧时间，使煤粉完成燃烧，就要保证窑有足够的长度。但即使如此，燃烧温度偏低仍会影响熟料质量，且燃烧温度是对燃烧速度影响最大的因素，因此必须强化燃烧强度来提高燃烧温度。提高燃烧强度从二个方面进行：一是采用先进的燃烧器和高压风机使喷出燃烧器的气流有更大的动量Ｅ(Ｅ＝ｍＶ)，在质量流量ｍ一定的情况下，要有足够高的喷出速度Ｖ，则必须有高的压头；二可采用先进的冷却机，保证有较高的熟料热回收，以获得尽可能高的助燃空气温度。这两方面的结合就有可能得到良好的燃烧状况，减少空气稀薄造成的不利影响。

３．３ 对窑内传热的影响

窑内传热以辐射为主，窑内的高温火焰中含有大量粉尘，所以具有很高的辐射系数ξ，且由于窑内风速不高，尤其是窑外分解窑的风速更低，故在质量流量不变的情况下，空气稀薄对窑内传热不会有明显的影响。

４ 高海拔对冷却系统的影响 ４．１ 对篦式冷却机的影响

对于篦式冷却机，气流垂直通过填充床，其雷诺数为：

Rep＝ dpuρ/μ (８) 式中：dp——熟料粒径

ｕ——气体垂直通过填充床的表观风速

ρ——气体的密度

μ——气体的粘度。

根据尔根方程７：

ff＝150(1-ζ)/Rep＋1.75 (９)

↓

↓

粘性流损失 湍流损失 式中：ξ——床层空隙率；

ff——阻力系数。

再根据篦式冷却机条件，可求得雷诺数ff＞100，属于湍流。阻力系数ff不随雷诺数有明显改变。因此根据流体流动的阻力公式hj＝ζu/2g×γ，阻力系数ff即ζ为常数，当篦式冷却机工作气压改变时，流体阻力只和流速u及气体的重度γ有关。

在高海拔地区,篦式冷却机工作气压下降,气体体积流量增加。如何适应这一变化，有三种方案： ４．１．１ 方案一

22维持原有规格不变，这时，需保持通过单位篦板面积的空气质量流量不变, 气体流速ｕ 将遵循公式

uH＝u0(P0/PH), 即随气压的下降, 气体流速ｕ 将上升。气体的重度将遵循公式 γH=γ0(PH/P0)，即随气压的下降而下降。

因此气体通过篦式冷却机的流体阻力损失HH 如下式：

HH =（uH·γH）/（u0·γ0）

=[（u0· P0/PH）·γ0·PH /P0·]/u0·γ0=P0/PH（10）式中：HH——地区海拔为Ｈ的流体阻力损失；

H0——海平面地区的流体阻力损失。

加上流量增加量 QH/Q0 也为 P0/PH，因此篦冷机篦下鼓风机的鼓风功率的增加量为 2

222NH/N0=（P0/PH）2，功率的增加很大。

式中：QH——地区海拔为Ｈ的气体流量；

Q0——海平面地区的气体流量；

NH——地区海拔为Ｈ的鼓风机需要的轴功率；

N0——海平面地区鼓风机需要的轴功率。在传热方面，固定床中流体向颗粒传热的关系式如下：

hdp/k＝CRe p Pr (11)式中：ｈ——传热系数

ｋ——导热系数；

dp——粒径；

Pr——普兰特数，Pr＝Cpμ/K。

从(11)式可以看出，当雷诺数Ｒｅ不变时，传热系数不变。因此此种方案的热交换不会改变。４．１．２ 方案二

适当加大篦冷机的规格，保持气流通过篦冷机的流体阻力不变。前文提到气流通过篦床的流动属于湍流。阻力系数不因流速的改变而改变。因此在流体阻力不变时，下列等式成立。

u0 ·γ0 =uH ·γH

uH＝ｕｏ(γ要。

此时流体阻力虽然没有增加，由于鼓风机的鼓风量仍以P0/PH增加，所以鼓风机的轴功率仍以(P0/PH)增加。

这种方案在传热方面的影响如何呢?

根据式(11)，在同样的条件下，dp、ｋ、Cp和μ不变，此时传热系数ｈ为：

ｈ＝Ｃ1·Re p 而：

Rep＝dpuρ/μ

式中：dp、μ不变，但uH＝ｕｏ(P0/PH)，而

ReH＝Re0 ·(PH/P0)式中：ReH——海拔为Ｈ时的雷诺数；

Re0——海拔为海平面时的雷诺数。由于Re数下降，造成传热系数下降。

hＨ＝h0 · 〔(PH/P0)〕＝h0(PH/P0)(14) 式中：hＨ——海拔为Ｈ时的传热系数；

ｈ0——海拔为海平面时的传热系数。1/

21.6

0.8

1/2

1/2

1/21.61/3220/γH)1/2 =ｕｏ(P0/PH)(13)

1/2

1/2

由于气体流量增加的倍数为P0/PH，因此篦冷机的篦床面积也应该提高(P0/PH)才能满足风量增加的需1.6

同时由于规格放大，传热面积增加了(P0/PH)，因此传热量的影响应是二者之乘积： QH=Q0 ·(PH/P0)(P0/PH)0.8

0.5

1/2

=Q0(PH/P0)(15)

0.8式中：QH——海拔为Ｈ时的传热量；

Q0 ——海拔为海平面时的传热量。

可以看到，该方案对传热量将会有一些不利影响，二、三次风的温度也会有一些下降。４．１．３ 方案三

增加篦冷机的规格,保持气流通过篦冷机时鼓风机的功率不变。前文提到气流通过篦床的流动属于湍流。阻力系数不因流速的改变而改变。因此在鼓风机的功率不变时,由于鼓风量已增加P0/PH ,所以流体阻力必须下降为：

HH = H0(γH/γ0)

此时必须ｕH＝ｕ0，才能满足要求，篦冷机的规格必须同因海拔增加而增加的气体量等量增加。

该方案在传热方面的影响和方案二相似。同样ｄｐ、ｋ、Ｃｐ和μ不变，此时传热系数 ｈ＝Ｃ1·Re p1.6。由于速度ｕ不变，因此有：ｈＨ＝ｈｏ·(PH/P0)1.6，而传热面积的增加仅为 P0/PH。此时传热量的变化将为：

QH /Q0 =(PH/P0)(16)

采用这种方案后，篦冷机规格(面积)虽然放大很多，但传热量和二、三次风的温度却有明显下降。

因此可以考虑，在海拔1000ｍ左右的地方，可以采用方案一；在海拔更高的地方应加大篦冷机的规格。４．２ 对筒式冷却机的影响

篦冷机气体流量与鼓风机的风量有关。而筒式冷却机内气流与物料呈逆流运动，其流量的大小与窑头负压有关。当质量流量不变时，其流速将随气压的下降而增加，流体阻力将随流速增加而成正比增加。因此对于筒式冷却机来说，为保持足够的质量流量，只有二个方法可行：其一是提高窑头负压，但是窑头负压由烧成系统的主排风机决定，易受旋风预热器系统、分解炉及窑的漏风干扰，不容易得到保证；其二是扩大冷却机的直径，保持流体阻力不变，这就必须加大冷却机的规格。而篦冷机通过提高鼓风压力可以保持料面以上为零压。不会对烧成系统燃烧所需要的空气供应造成不利影响。５ 高海拔对窑尾系统的影响

(１)新型干法生产线烧成系统利用气力进行悬浮操作，大气压力的变化对系统中动量传递将有较大影响。旋风预热器各级之间的连接管道是热气流向生料颗粒进行传热的主要部位，据估计该处的传热量占旋风预热器总传热量的80%；而且传热作用主要发生在管道内物料开始被气流带起的加速阶段，即物料开始悬浮，受气流的牵引力最大处，直至气流和物料间的温度达到平衡。大气压力的降低，将降低气流对物料的牵引力(悬浮力)，在同样的管道风速下，物料在该区段的停留时间将更长，从而在一定程度上有利于物料的悬浮受热。此外，大气压力降低还将改变旋风筒内的流场分布，影响旋风筒的分离效率。同样对分解炉内的喷腾作用和旋流作用也将产生影响，在一定范围内有利于提高分解炉内的无因次量τm/τg，从而有利于提高燃料的燃烬率和生料的分解率，但降低到一定限度时将破坏分解炉的稳定操作。

(２)分解炉内燃烧的基本情况和窑内的燃烧相同，空气稀薄,Ｏ２浓度下降同样会影响燃烧速度以及燃烧温度，而且分解炉内的燃烧温度远低于窑内的燃烧温度，所以燃烧温度对煤粉的燃烧彻底程度的影响甚至比窑内影响还大。为保证在分解炉内煤粉得到完全燃烬，就应该保证煤粉在分解炉内有比正常海拔地区更多的燃烧时间和足够的燃烧强度。因此在高海拔地区要选择炉温较高、燃烧强度也较高的炉型和喷出动量较高的燃烧器。

(３)高海拔对预热器系统中气流运动的影响与篦冷机非常相似，如果把低海拔地区的预热器系统不改变规格直接套用，则海拔升高造成的气体体积膨胀就会使气体在系统中阻力增加，此阻力损失的增加量和气压的减小成正比△Ｐ＝P0/PH。所以，系统内气流的流量和流体阻力的增量都与海拔的升高量成正比，因此系统主排风机功率将以平方关系增加。此外，由于预热器进出口风速过高，会使预热器收尘效率明显下[8]0.6降，系统热效率下降。

如果按照一般合理的风速确定预热器系统各部分的规格，可以得到比较经济的运行效果，但是设备和土建的投资都会明显增加。其中预热器的规格将对窑尾塔架的大小起决定性的影响。因此我们建议，对于海拔高度在1000ｍ左右的地区，可以不增加预热器的规格，对于海拔更高的地区应加大预热器系统的规格，但为了适当降低投资，在选择正常的预热器进出口风速和管道风速的同时，预热器的截面风速可选偏高值，以缩小预热器的规格，避免过大地增加窑尾框架。同时应优化预热器的结构，尽可能少地增加系统的阻力。

６ 对风机选型及其它用气设备的影响 ６．１ 对风机选型的影响

高海拔地区新型干法烧成系统操作的根本要求是:必须保证系统的气体质量流量G(kg/h或mh)与海平面相同。这就需要提高系统的气体体积流量。同时由于系统内的流动阻力也发生变化，因此系统内的主排风机(ＩＤＦ)以及用于篦冷机的鼓、排风机绝对不能照搬海平面的机型。必须根据需要的风量和风压重新选型，或加大规格，或在原有机型上加快转速。需要注意的是，如果在原有机型上加快转速，除风量以一次方成正比增加外，还会增加风压和功率。一般风机速度和风量、风压以及功率的关系式如下： n1/n2=Q1/Q2=(P1/P2)=(N1/N2)(17)

因此在高海拔地区，如果要求同一台风机达到和海平面相同的质量流量，我们只需按气体密度变化的比例来加快风机转速。但由于随气体密度的下降风压和风量都将成正比增加，所以风机功率与风机转速都将以二次方增加。

６．２ 对其它用气设备的影响

从上面的所有讨论可以看到，气体在高海拔地区会增加一些麻烦，因此能够不用气体的地方就尽可能不用。例如采用气力提升泵送生料入预热器系统，在高海拔地区除了自身需要加大规格增加动力消耗外，还会增加窑尾主排风机和电收尘器的负荷，应该慎重考虑。７ 结语

(１)海拔高度的增加，对入窑生料中水的汽化潜热及CaCO3的分解影响轻微，可忽略不计；物料浮送速度将有所下降；空气比热以重量来表示时，随空气密度的变化很小，但以容积来表示时变化较大，需修正。

(２)海拔高度升高，在要求相同质量流量条件下，窑内气流速度将成正比例地增加，对湿法窑产量影响较大，但对新型干法窑的影响则应考虑具体情况。

(３)空气稀薄，Ｏ２浓度下降，对燃料的着火时间、燃烧速度及温度有影响。采用先进的燃烧器、高压风机、冷却机，可有效地补偿这一不利影响。

(４)当海拔高度在1000ｍ以下时，勿需扩大篦冷机规格，当海拔高度进一步增加时，应扩大篦冷机规格。对单筒冷却机来说，可采用提高窑头负压及扩径来克服气压降低、流体阻力增加带来的不利影响。(５)随海拔高度的增加，预热器出口风速将增加，会降低预热器除尘效率及热效率。但从经济方面考虑，当海拔高度在1000ｍ以下时，不需扩大预热器规格，对更高地区应适当加大预热器规格，同时应优化其结构。

(６)为达到与海平面相同的空气质量流量，高海拔地区在选用风机时应按空气密度变化比例增加其转速。此外，应避免使用用气设备。

(７)大气压降低，有利于预热器内物料的悬浮受热，有利于提高燃料的燃烬率和物料的分解率，但会影响旋风筒的分离效率及分解炉的稳定操作。为保证煤粉在分解炉内完全燃尽，高海拔地区应选择炉温较高的炉型及喷出动量高的燃烧器。1/2

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3/