一、快速热水器"适应性"问题的提出
　　随着我国燃气事业的不断发展，各城市气源种类和混气方式日益增多。这种情况在以人工燃气(煤制气和油制气)为主要气源的城市尤为突出。许多城市往往有多家生产工艺和混气方式不同的燃气厂，向同一管网供应成份相当不同的人工燃气。例如，某大城市从东西两侧向同一管网供应成份相差甚大的(伍德炉气+催化裂解重油制气+水煤气)和(焦炉煤气+发生炉煤气)。这样，同一管网不同地区的用户实际上就在使用华白数和燃烧特性相差甚大的燃气。在这两种燃气流向的交界地区，常因管网负荷变化而引起流向改变，用户就会时而使用这种燃气，时而又使用那种燃气。用户所用燃气成份变化的另一种情况是燃气厂为了调峰需要，在高峰时向基准气混入成份相当不同的其他燃气，致使高峰时的供气成份和平时相差很大。例如，某市人工燃气厂平时供应单一的伍德炉煤气，但在高峰时却混入相当数量的(液化石油气+水煤气)，致使供气成份发生较大变化。
　　按理说，我国已有城市燃气质量标准和分类标准，制气厂应该按照燃气互换性的要求来制气和混气，以保证进入同一管网的燃气能够互换。但目前不少城市尚处于燃气供不应求的阶段，制气厂设备陈旧，能力不足，技术管理欠严，实际上做不到按照互换性要求供应规格合一的燃气。面对这一情况，燃具制造厂只有两种选择，一是放弃这些市场，一是使本厂生产的燃具能适应较大的气质变化。显然，多数燃具厂希望作后一选择以扩大市场。这样，由于制气厂不能做到燃气互换性而产生的问题，只能由燃具厂通过提高燃具适应性的途径来解决。这就是本文提出"适应性"问题的依据。
　　目前我国主要应用的民用燃具为燃气灶和快速热水器。前者结构简单，零部件易于更换，燃烧工况容易调节，适应性问题尚不显得十分突出。而后者则结构复杂，零部件不易更换，燃烧工况难于调节，如果设计时没有充分考虑适应性，实际运行时就会出现燃烧工况恶化，导致其安全性和可靠性降低的不良后果。为此，本文选择快速热水器为适应性问题的主要论述对象。实际上，本文论点及论据对所有民用燃具均可适用。
　　二、影响快速热水器"适应性"的一些因素
　　在批量生产质量保证的前提下，决定燃气快速热水器运行性能良好的关键是样机定型，而样机优劣的关键则在于设计。快速热水器的设计包括燃烧系统、热交换系统、气路系统、水路系统、自控安全系统等各个方面，其中最重要的是燃烧系统的设计。燃烧系统包括燃烧器、燃烧室、排烟装置等各个部件，其中主要是燃烧器。燃烧器的燃烧工况在很大程度上决定了快速热水器的安全性、可靠性、经济性等最主要的运行性能。我国目前绝大多数快速热水器使用大气式燃烧器，其设计关键是按照相互制约的一次空气系数和火孔热强度正确选择运行点。
　　当前燃具厂在开发适用于某一城市的人工燃气快速热水器时，其设计、调试情况一般如下：
　　1、首先由燃气公司提供该市人工燃气的平均成份，但"平均"两字的确切含义并不十分明确。
　　2、按照设计手册中选择人工燃气大气式燃烧器一次空气系数和火孔热强度的参考数据，结合设计者的经验，选定该两参数。对于两者之间的定量制约关系往往并不掌握。
　　3、进行常规的大气式燃烧器计算。
　　4、进行其他部件的计算。完成产品图样。制作样机。
　　5、使用城市燃气分类标准中规定的华白数W计算公式和燃烧势CP计算公式，用H₂、N₂、CH₄(或以液化石油气代替)配制能"模拟"该市人工燃气的测试气。
　　6、用测试气在厂内进行样机调试和定型。通常较少或不在该城市现场进行调试。
　　7、样机批量生产并投人该市市场使用。
　　8、市场信息反馈。有时反馈情况良好，这样产品开发工作就告一段落。但也有相当多的时候反馈情况不好，在部分地区、部分时间以至全市范围内发生回火、离焰、黄焰、CO超标等燃烧工况恶化的现象。鉴于这些现象发生在批量产品进入市场以后，有时就会造成难以克服的被动局面。发生上述情况时，说明设计的样机对该市人工燃气成份的波动(燃烧特性的波动)没有"适应性"。
　　从适应性角度分析，产生这种设计与实际不符的原因有二：
　　1、以含义并不确切的"平均"成份作为设计和配气的依据。燃气公司提供的平均成份可能是几种成份的算术平均，也可能是某一种常见的成份。如果是前者，则根本不能作为设计和配气的依据。如果是后者，则也只能作为设计和配气的部分依据。
　　严格地讲，当某城市燃气成份波动较大时，燃具厂在设计前应向燃气公司索取或会同燃气公司调查在本文中有特定含义的"基准气"和四种"界限气"成份。本文所谓的基准气定义为在该市使用地区最广、发生频率最高的燃气，即大多数用户在大多数时间内使用的燃气。而四种界限气则为最易发生回火、离焰、黄焰和CO超标的四种燃气。界限气可能在全市范围内短时间存在(例如几小时)，也可能在某一区域内长期存在。在某些情况下，基准气成份也可能与某一界限气成份重合。设计快速热水器时不能将基准气和界限气的成份平均起来作为依据。两者平均之后就失去原来的意义，也不能反映燃气的实时燃烧特性。
　　2、燃烧势CP 计算公式的误差。CP计算公式虽然有些定性的理论推导，但就其量值关系来说是一个实验公式。德尔布在二十世纪中叶导出这个反映燃气燃烧特性的参数，并以当时所用的人工燃气及各种单一气体进行实验，归纳出CP数值计算公式。作为一个实验公式，其应用范围基本上应限定在实验进行的范围内，不能任意加以推广。我国目前使用的人工燃气其种类和混气方式比二十世纪中叶复杂得多。除了传统的炼焦气和直立炉煤气外，还有油制气、水煤气、发生炉煤气、高压气化煤气，驰放气、沼气等各种燃气，有时还混入液化石油气和空气，其混气情况相当复杂。这种混气情况已经超出德尔布当年实验的范围，当然会影响CP计算公式的精度。加之我国目前使用的CP计算公式又是大大简化了的公式，其误差自然就更大。根据这种计算得出的配气，往往不能确切反映燃气的实际燃烧性能。还应注意，CP本身并没有包括黄焰指数、结碳指数、氢含量等次要燃烧特性，这也造成了附加的误差。
　　以上就是从适应性角度分析的样机不能适应实际情况的原因。
　　三、按"适应性"要求的设计参数选择方法
　　上节已讲，当燃气成份波动较大时，设计快速热水器前应该首先掌握基准气和界限气的成份。界限气最多可以有四种，但也可能只有一种。例如，如果基准气只向易产生黄焰的方向波动，那就只存在黄焰界限气。
　　设计时先应考虑基准气。当大气式燃烧器火孔形式和单孔尺寸确定时，可以用实验作出基准气的燃烧特性曲线图(图1)。该图由离焰、回火、黄焰和CO超标四条曲线组成。这四条曲线包围的范围即为快速热水器所用的大气式燃烧器的允许运行范围。只有当燃烧器运行点落在该范围之内，以基准气运行时才会得到良好的燃烧工况。当运行点落在该范围之外时，就会发生离焰、回火、黄焰或CO超标等燃烧工况恶化的现象。
　　然而，对于燃气成份波动较大的城市，只考虑基准气即仅仅根据图1还不能正确选择运行点的位置，还必须考虑界限气的要求。为清晰起见，以下以黄焰界限气为例来阐明界限气对运行点位置选择的影响。其他界限气的影响原理是同样的。