自然循环热水锅炉水动力计算
中低压自然循环锅炉水动力计算中的多解问题
第18卷 第5期 ・36・1998年10月动 力 工 程POW ER EN G I N EER I N G V o l .18N o.5 O ct .1998 中低压自然循环锅炉水动力计算中的多解问题朱建宁 王妍 周玉铭 张晓鹏 朱文华(西安 西安交通大学)摘 要 通过分析证实:采用现行的水动力分析方法分析中低压自然循环锅炉的水动力特性时会遇到数学上解不唯一问题,对如何确定实际运行状态下的水动力特性提出了对策。
图2参5主题词: 中低压 自然循环锅炉 水动力计算 研究 19950425来稿,19960118收到修改稿。
1 问题的提出水动力计算是锅炉设计中确定并检验锅炉水循环特性的主要手段。
长期以来,由于计算手段的限制不少产品的设计并不进行此项计算,而只是参照已有的锅炉布置形式完成设计。
因此可以说有相当多的水循环回路的设计是凭经验完成的。
当然,这样的设计也就必然带有一定的盲目性,尤其对一些新的回路布置形式,这样做的结果则带有一定程度的冒险性。
近10年来随着计算机的普及与计算技术的发展,不少学者为解决这一问题先后尝试了利用计算机计算分析来确定锅炉的水循环工作特性。
他们编制了计算软件,提出了一些巧妙的算法[1,2,3]。
然而,不幸的是所有的这些计算均是建立在以往分析电站锅炉水动力特性方法的基础之上的。
当将其应用在参数较低的中低压自然循环锅炉时,便遇上了预想不到的麻烦。
其具体表现为求解过程的收敛性差,对初值的要求高且依赖性强,不少求解结果常常出人意料并难以解释。
经笔者多年的研究发现造成上述问题的祸根是回路方程的多解性或解的不唯一的问题。
2 不唯一解的存在性应当承认:尽管水循环计算相当繁琐,但其理论毕竟已使用了数十年之久。
为什么以往的分析计算都能经得起实践的检验?而现在提出这一问题有什么实际的意义呢?对此,笔者的回答是:过去水动力计算大多是针对参数较高的电站锅炉进行的。
由于电站锅炉水循环回路相对简单,管屏中各并联管子的结构与热负荷差异相对较小,更由于这些循环回路的设计中决不允许出现停滞与倒流,所以并不存在多解的问题。
自然循环热水锅炉水动力回路分析法的计算原理
(1)
Ei - Ei + 1 = Gi + 1 [ | Gi + 1 | ( Rx ( i + 1) + ) Rs ( i + 1) +
|
Gi′| Ri + |
′| G R ( i + 1)
( i + 1)
]
-
Gi |
Gi′| Ri -
Gi + 2 |
′| G R ( i + 1)
( i + 1)
i = 1 、2 …n -
的条件下 ,可以准确地计算出各单管内的工质流量 等水动力参数 。本文则通过理论推导 ,给出了自然 循环热水锅炉水冷壁和对流管束循环回路的水动力 回路分析法等效管路图 、水动力计算数学方程组及 其相应的求解方法 ,阐述了水动力回路分析法的计 算原理 。
到明显提高 。此外 ,为了便于应用水动力回路分析法对自然 循环热水锅炉进行水动力计算 ,推导给出了另外几种常见的
Gn
(15)
此方程中 , E 和 R 都是 G 的函数 ,则此方程组
是非线性方程组 ,解法如下 :
(1) 假设下降管 、上升管的初始温度 t0 、ts ,假
定第一根上升管的位置 k ;
(2) 假设每个回路的流量 G0 ( i) ,带入方程组 的绝对值项中 ,此非线性方程组则转化为线性方程
组 ,即 AG = b ;
至满足 G0 ( i) - G1 ( i) G0 ( i)
<ε;
(5) 各支路中的工质流量可按照式 (4) ～式 (6)
求得 。
2. 3 常见水冷壁循环回路的水动力回路分析法等 效管路图
为了便于应用水动力回路分析法对自然循环热 水锅炉进行水动力计算 ,推导给出了另外几种常见 的自然循环热水锅炉水冷壁循环回路水动力回路分 析法等效管路图 。
锅炉原理 第9章 自然循环原理及计算
自然循环的优点： 无需外部动力节能 环保运行稳定
自然循环的应用： 广泛用于火力发电 厂、供暖系统等领 域
自然循环计算
自然循环计算的目的
确定循环流量和循环水头
计算循环泵的扬程和功率
确定循环水的温度和压力
优化循环系统的运行效率
自然循环计算的基本公式
自然循环计算公式：Δt=Δt1+Δt2+Δt3 Δt1：加热段传热温差 Δt2：冷却段传热温差 Δt3：混合段传热温差
添加 标题
自然循环原理：介绍自然循环的基本原理和 循环动力。
添加 标题
自然循环在锅炉中的应用：说明自然循环在锅 炉中的重要性和作用如提高传热效率、减少能 耗等。
添加 标题
自然循环计算：介绍自然循环的计算方法和计 算过程包括循环流量、循环压头等参数的计算。
添加 标题
自然循环的优缺点：分析自然循环在锅炉应用 中的优缺点如可靠性高、维护成本低等优点以 及循环效率相对较低等缺点。
节能环保：自然循环的循环动力来 源于自然力因此运行成本较低且不 会对环境造成污染。
自然循环的缺点
需要较大的启 动功率
启动时需要外 力帮助
循环效率较低
容易受到腐蚀 和结垢的影响
自然循环在锅炉中的应 用
自然循环在锅炉中的重要性
提高锅炉运行效率：自然循环能够减少人工干预提高锅炉内热能的传递和利用效率从 而提高运行效率。
保证锅炉安全运行：自然循环能够保证锅炉内水流的均匀分布避免局部过热或水循环 受阻等问题从而保证锅炉的安全运行。
降低人工成本：自然循环能够减少人工操作的环节和难度降低人工成本同时减少人为 因素对锅炉运行的影响。
提高锅炉容量：Βιβλιοθήκη 然循环能够适应大容量锅炉的需要提高锅炉的容量和效率满足工业 生产的需求。
亚临界300～350MW自然循环水动力特性的计算分析综述
面。我 国发展 ３ ０～ ６ ０ ０ ０ ＭＷ 自然 循环锅 炉 的 ２ ０ ０ ＭＷ 锅炉进行 水循环特性 分析 ，并对 【】中 １ 计算 分析 可看 出 ，传 热恶 化 已成 为保 证 水冷 壁 工 作可靠 性 的主要 校核 项 目，以致必 须 采用 内 螺纹 管来确 保 工作 可靠 性 。至今 亚 临界压 力 自 的 ６ ０／ 燃 油锅 炉 的计 算实例 进 行 比较 ，此 ７ｔ ｈ
机容量 中 占较 大 比重 ，与 ６ ０～ Ｉ ０ ＭＷ 超超 ０ Ｏ０
已有方 法 … 作 了各 种分 析计 算 ，提 出 了不 少 １
临界机 组 同时 ，在 热 电联产 机 组 中高参 数 大容 有 用 的 见 解 ，有 的 还 进 行 过 一 些 现 场 测 试 。
量锅 炉将逐步替 代 中小 型机组 ，３ ０～ ６ ０ ０ ０ ＭＷ 不 少 资料 已作 为 七 五 攻 关 课 题 在 专 业 会议 上 ５ 的亚临界 锅炉将 在 大型 热 电联产 的 机组 中推 广 进 行 交 流 。值 此 本 公 司 在 成 功 掌 握 １０～ ０ ＭＷ 超 高压 自然循环 锅 炉基 础上研 发 ３ ０ ０ 使 用 。从锅 炉结 构及 可 靠性 方 面 ，这 种机 组 已 ２ ０
外 ，还对 ４ ０／ 四角布 置煤 粉 锅炉 采用 不 同 ８ｔｈ
管径 的水 动力 特性 进行 对 比，其 计算结 果 列 于
然循环锅炉 已在 ６ ０ ０ ＭＷ 机 组成功 运行 ，还 可 表 ｌ 。表 １ 中对 循环 流化床及燃 油锅炉 以及 引 以发展到 ９ ０ ０ ＭＷ 以上的 锅炉机 组 。但 是 ， 已 进的 ６ ０／ ７ｔ ｈ锅 炉均为 长方形炉膛 ，仅 ４ ０／ ８ｔｈ 有 的水动力计算 方法 ［】 ［】 １ 和 ２ 的编 制都局 限在 煤 粉锅 炉 为 四角布 置方 形炉膛 ，计 算 中均取 侧 研 制 ｌ０～ ２ ０ Ｏ ０ＭＷ 高压和超 高压 锅炉上 ，其 墙 回路 （ ３个 ）当作 热负荷最 高的 回路 ，数 分 自然 循环 水动力计 算方法有 很大 的局 限性 。 据 有 一定 代表 性 ，表 中均 为 侧 中回路 ，作 为 代 在上 世纪 ８ ０～ ９ ０年 代 ，国产 ３ ０ ０ ＭＷ 亚 表性计 算结果 。
电锅炉自然循环原理
电锅炉自然循环原理
电锅炉自然循环原理
1. 运动压头：自然循环回路的循环推动力叫做循环运动压头，等于回路各部分的总压头。
计算公式： (12-1)
2. 运动压头的三要素：饱和汽和饱和水的密度、上升管中的含汽率、循环回路的高度。
3. 有效压头：运动压头减去上升管侧阻力是有效压头，在数值上等于下降管侧阻力。
计算公式： (12-3)
4. 有效压头和下降管阻力不是一个概念，有效压头是流动的动力;下降管阻力是流动阻力，两者只是在数量上相等。
汽水混合物的流型和传热
管中汽水两相流的流型分为3种：
1.管中汽水两相流的流型：单相水、汽泡状流、弹状流、环状流、环状带液滴流、液雾流、单相汽。
讲解清楚各个流型的具体形状。
2.在自然循环锅炉的水冷壁中，最多是弹状流。
3.传热区域：液体对流传热、过冷沸腾、饱和核态沸腾、强制水膜对流传热、含水不足、蒸汽对流传热。
第十四讲自然循环热水采暖系统水力计算-本讲主要内容
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
11.
供 热 工 程
确定通过立管Ⅱ各层环路各管段的管径
作为异程式双管系统的最不利循环环路是通 过最远立管Ⅰ底层散热器的环路。对与它并联的 其它立管的管径计算，同样应根据节点压力平衡 原理与该环路进行压力平衡计算确定。
① 确定通过立管Ⅱ底层散热器环路的作用压力 ② 确定通过立管Ⅱ底层散热器环路各管段的管径。两根
立管的压力损失应相等。
③ 对计算管段进行水力计算
④ 计算并联立管Ⅰ与Ⅱ的不平衡率 ⑤ 继续计算立管Ⅱ第二、三层散热器环路。
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
通过该双管系统水力计算结果，可以看出， 第三层的管段虽然取用了最小管径(DN15)，但
热 • g——重力加速度，g＝9.81m/s2；
工
•
H——所计算的散热器中心与锅炉中心的高差， m；
程 • g 、h 一供水和回水密度，kg／m3；
• Pf 一水外循环环路中冷却的附加作用压力，Pa。
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
注意：
供
通过不同立管和楼层的循环环路的
热
附加作用压力值是不同的，应按附录3-2 选定。
c) 求通过底层与第二层并联环路的压降不平 衡率
不平衡率允许范围为±15%。 正超可用支管 阀门调节。
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
10. 确定通过立管Ⅰ第三层散热器环路中各管 段的管径
供 ① 通过立管Ⅰ第三层散热器环路的作用压力
热
② 计算该管段的资用压力 ③ 计算该管段实际压力损失
工 ④ 不平衡率计算
供
② 根据各管段流速v，查出动压头值，依据求
热
出局部损失
第11章 自然循环锅炉水动力(全)
有效压头法
S yx = (ρ xj − ρ ss )gh − ∆pss = ∆pxj
有效压头是循环回路中的部分水循环动力， 有效压头是循环回路中的部分水循环动力， 稳定流动时克服回路中下降管的流动阻力。 稳定流动时克服回路中下降管的流动阻力。
3. 直流锅炉
流动动力： 流动动力：给水泵 特征：①无锅筒，工质一次性通过 特征： 锅筒， 水冷壁。 水冷壁。 ②水冷壁布置自由，金属耗 水冷壁布置自由， 量少，制造方便。 量少，制造方便。 ③启停速度比较快，适应电 启停速度比较快， 网负荷变化，适用压力范围广， 网负荷变化，适用压力范围广，尤 其是超临界参数的锅炉。 其是超临界参数的锅炉。
3. 两相流体的流动模型 均相流模型 假定两相流体流动时和非常均匀，看作是 假定两相流体流动时和非常均匀， 具有平均流体特性的均质单相流体， 具有平均流体特性的均质单相流体，汽液两相 之间没有相对速度且处于热力学平衡状态。 之间没有相对速度且处于热力学平衡状态。该 模型可以应用单相流体的各种方程式， 模型可以应用单相流体的各种方程式，必要时 借助于试验系数对方程式进行修正。 借助于试验系数对方程式进行修正。 适用于泡状流型。 适用于泡状流型。
第十一章 自然循环锅炉水动力特性
§11—1锅炉水动力学基础 锅炉水动力学基础 一、 锅炉水循环方式
循环—工质流经蒸发受热面的流动方式 循环 工质流经蒸发受热面的流动方式 划分—依据流动动力 划分 依据流动动力 自然循环锅炉 强迫循环锅炉： 强迫循环锅炉：多次强制循环锅炉 直流锅炉 复合循环锅炉 自然循环和多次强制循环方式适用于低于 临界压力的锅炉
锅炉原理 10自然循环锅炉水动力学
发电厂：用于 发电，提供电
力
供暖系统：用 于供暖，提供
热能
海水淡化：用 于海水淡化， 提供淡水资源
化工行业：用 于化学反应， 提供热量和压
力
食品加工：用 于食品加工，
提供热能
PRT THREE
蒸发受热面：锅炉内壁，用于吸收热量，使水蒸发 水循环：水在锅炉内循环流动，将热量传递到蒸发受热面 水循环的动力：自然循环，依靠水的密度差和重力作用 水循环的稳定性：影响锅炉的运行效率和安全性
汇报人：XX
流体阻力：流体在流动过程中产生的阻力 管壁粗糙度：影响流体阻力的重要因素 流体密度：影响流体阻力的重要因素 流体粘度：影响流体阻力的重要因素 流体温度：影响流体阻力的重要因素 流体流速：影响流体阻力的重要因素
流动稳定性：保证锅炉水在自然循环过程中的稳定性，避免出 现波动或中断
安全性：确保锅炉水在自然循环过程中的安全性，避免出现泄 漏、爆炸等事故
设计合理的水力模型，确保水流的稳定性 采用先进的水力控制技术，提高水流的稳定性 定期检查和维护锅炉设备，确保水流的稳定性 加强锅炉操作人员的培训，提高水流的稳定性
提高传热性能：通过优化锅炉 结构、传热管设计等提高传热 效率，降低能耗
提高水循环效率：通过优化水 泵、管道设计等提高水循环速 度，降低能耗
水循环不畅：检查水泵、阀门、 管道等设备是否正常工作
水质恶化：检查水处理设备是 否正常工作，定期进行水质检
测
设备损坏：检查设备是否正常 工作，定期进行设备维护和保
养
定期检查锅炉水循环系统，确保设备运行正常 定期清洗锅炉水循环系统，防止水垢堆积 定期更换锅炉水循环系统中的易损件，保证设备使用寿命 定期对锅炉水循环系统进行安全检查，确保设备安全运行
锅炉原理 第9章 自然循环原理及计算
汽，下半部是水。管子上部就会过热超温；
• 自由水面：进入上升管的循环流量微小，以至在管子微弱吸热后
被蒸发成汽泡。
后果：当自由水面的位置波动时，还会引起管子的疲劳应力
水循环停滞导致水冷壁管传热恶化；主要发生在受热弱的
管子上。
热能与动力工程
2. 倒流
由于受热不均，有的管中工质向上流，有的管中工质向下流。 工质向下流的管子就叫“倒流管”。倒流现象：本来应该是工质向 上流的上升管，变成了工质向下流的下降管。
热能与动力工程
热能与动力工程
• 从循环特性，停滞现象：循环流速w0→0，但w0 ≠0；即循环流量 G=D，但G≠0；停滞管的压差等于下降管的压差，即Ytz=Yxj，但 停滞管的流动阻力ptz→0。
后果：汽泡聚集弯头和焊缝处，并可能形成大汽泡，造成蒸汽
塞，管子局部就会过热超温。当存在自由水面时，管子上半部是
蒸发量大于从锅筒引出的饱和蒸汽量。在锅筒水室中被凝结的蒸 汽量就称为锅筒水室凝汽量，记作D。 由于凝汽量的存在，水冷壁中的质量含汽率应按实际蒸发量计算。 凝汽量与循环流量的比值被称为凝汽率xnq
xnq D / G
热能D与动D 力 D工0 程
凝汽率与锅炉压力和负荷有关
一台容量为1025 T/H的亚临界参数锅炉，最大凝汽量达到 290t/h之多，锅筒水室中存在的凝汽过程，使得MCR负荷时水冷 壁中实际的蒸发量比名义蒸发量大6.8％，水冷壁中的质量含汽率 由0.24增大到0.31，由此引起循环系统的实际循环倍率小于名义 循环倍率。
w0
w0
w0
w0F 0F w0F
水在回路中循环流动时，下降管侧压差Yxj等于上升管侧压差Yss
H xj g H hu g pxj pss
自然循环锅炉锅内过程的设计及计算(七)
炉膛平均 热负荷 ：ｋ ｇ ／ ｍ。 ｈ （ 亏 ＝０ ． ５ ４ ８ ， 平 均沾污 系数 ， 按热 力计算 ）
计算 取 炉膛 一侧 的侧 墙 水冷 壁 ，侧 前 ，侧 中 ，侧 后 三个 回路。其 吸热特 性按 高 度上 下两
个 区段 受热面分 别计算 ，见表 Ｉ －１ 所示。
３ ０ ． ６ ３ ０ 。 一 １
６ ０。 一 １
３
０
－
ｎ 度
受 热 后 段弯头 Ｕ — ｒ ｌ 度 引 入 及
３ ０ 。 １
６０。 一 １
３ ０ 。 一 １
６０。 一 １
３ ０ 。 一 １
６ ０。 一 １
９ ０ 。 一 ３
９ ０。 一 ２ ９ ０。 一 ２
自然循环锅炉锅 内过程 的设计及计算 （ 七）
李 俊 左彩 霞 董祖康
（ 无锡 华光锅 炉股 份有 限公 司，江苏省无锡 市 ２ １ ４ ０ ２ ８ ）
附录 Ｉ 手算 自然 循环水动 力计算 实例
环计算
特 性表 ） ，水焓 ：ｉ ＝１ ６ ３ ０ ＫＪ ／ ｋ ｇ ，汽焓 ｉ ＝ ５ ９ ４ ． １ ｋ ｇ ／ ｍ ，汽重度 Ｙ ＝１ ０ １ ． ８ ｋ ｇ ／ ｍ 。 Ｂ．水冷壁 吸热特性 ：
面 积 上 升 管
Ｆ ／ Ｆ ０ ． ５ ２ ０ ． ５ ２ ０ ． ５ ７ ０ ． ６ ０ ０ ． ６ ４ ０ ． ４ ５
截面积
受 热 前 长度 Ｌ ｒ ｑ
第 一 区
Ｌｌ
ｍ
２ ． ３
１ ． ０
２ ． ２
ｍ
１ ９． １
２０． ４
２
２
３ ５ （ １ ）
第九章 自然循环原理及计算
4/4
3、两相流体的速度
质量流速 单位时间流经单位流通截面的工质质量
上升管引入汽包水空间 时，将出现循环停滞现象
当受热弱的管中水流量等于蒸发量，即G=D
上升管引入汽包汽空间 发生循环停滞时管中工质无法到达上升管的最 高点，出现自由水面。自由水面以下区域，产生少量蒸汽，以上的区域 为缓慢流动的蒸汽 上升管引入汽包水空间 当管组压差Δp 小于受热弱管子液柱重 hsg 时，受热弱的管中的水就自上往下流，称为倒流。
设计时将整面水冷壁划分为若干个独立的循环回路；采用四角布置 燃烧器；将炉膛四角上 1～2根管子取消或将炉膛设计成八角形
运行中避免火焰偏斜；防止水冷壁管积灰和结渣；限制最小负荷， 避免因部分燃烧器停用造成更大的吸热不均 沿高度方向采用多个小功率燃烧器；减小炉内热偏差，避免局部 热负荷过高 降低汽水导管和下降管中的流动阻力，提高循环流速和循环倍率 可采用增加管子的流通截面、采用大直径的管子、减少管子的长 度和弯头等措施
G / A, kg / (m2 .s)
循环流速w0 上升管开始沸腾处的饱和水的质量流速
G w0 ,m / s 'A
式中：G为工质的质量流量
折算速度 假定蒸汽或水容积占据管子全部截面时的速度
w0 "
D ,m / s "A
图12－6
复杂回路的压差特性曲线和工作点
• 其主要步骤为：①利用简单回路绘制压差特性曲线的方法， 通过计算作出各管组或管子在一定条件下的压差特性曲线； ②寻找所有回路的共同部分，将各曲线合成，得出整个系 统的总特性曲线，并求出回路的总工作点；③再按相反的 秩序或通过分析，从总工作点反推求得各管组或管子压差 特性曲线的工作点。 • 压差特性曲线的合成基于工质的物质平衡和作用于工质上 的力平衡两个基本原理。其合成规律为：稳定工况下，串 联回路时的流量相等，在相同流量下压差迭加；并联回路 的两端压差相等，在相同压差下流量迭加。
自然循环锅炉水动力特性
Z
w2
2
Z
h wh2
2
Z
l d
wh
wo 1
x
' "
1
h
1
'
x
' "
1
m/s kg/ m3
hsj
ss
f
f l
f l
1
kg / m3
Sss ss gh pss
Pa
Sss
gh
Z
w02
2
1
x
Hale Waihona Puke 1 2.实际循环回路的压差特性
Sss
gh
Z
w02
• 压差特性曲线的合成基于工质的物质平衡和作用 于工质上的力平衡两个基本原理。其合成规律为： 稳定工况下，串联回路时的流量相等，在相同流 量下压差迭加；并联回路的两端压差相等，在相 同压差下流量迭加。
12.3 自然水循环的可靠性
• 锅炉炉膛内并联的上升管组，由于存在热 负荷及结构特性的偏差，各根上升管中的 循环流量也不相同。在锅炉的自补偿范围 内，吸热强的管中循环流量大，吸热弱的 管中循环流量小。若热负荷偏差很大，则 在吸热弱的管中，其循环流量可能很小， 甚至发生停滞或倒流，影响锅炉工作的可 靠性。
联管同压差工作，那么需要增加入口
流量以加大该管子的阻力从而平衡，
因此实现了受热强的管子自动增加流
量的功能，而受热弱的管子自然流量 图会12减-5 上少升。管循环流量和吸热量的关系
• 质量含汽率x随吸热量q增大是线性增加，因此上 升管流动阻力Δpss也几乎是随q增加而线性增加 （这里没有考虑相对速度的影响）。而截面含汽 率ф随吸热量q增大是非线性增加，当工质吸热比 较少，x较小时，ф随q增大增加得很快，即ф的 增加远大于x的增加；而在某一x（或q）值后，x
采用水动力回路分析法进行自然循环热水锅炉水动力数值计算
文章编号：１００４－８７７４（２００６）０２－０８－０６
工业锅炉
２００６年第２期（总第９６期）
采用水动力回路分析法进行自然循环 热水锅炉水动力数值计算
董芄，徐艳英，兰日华 （哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨１５０００１）
摘 要：根据流体力学原理和锅炉水动力计算的基本原则，提出了一种能够直接计算自然
１１
实际的热水锅炉总是多回路组成，与单一循环 回路一样，它也有相应的回路循环倍率。全炉循环 倍率是所有循环回路内循环水量之和与锅炉供水量 的比值，即
此方程是非线性方程组，且Ｒ’和Ｅ是Ｇ的函 数，故本方法的解法如下：
（１）首先假设各回路的初始回路工质流量Ｇ
（ｉ），计算支路工质流量Ｇ ７，则得到当量水阻Ｒ ７和
Ｅ；
量Ｇ。（ｉ），判断｛垡学ｌ＜８是否满足，若满 （２）求解线性方程组（１４），解得各回路工质流
足则Ｇ，（ｉ）即为所求；若不满足则采用迭代法Ｈ１ Ｇ
５水动力回路分析法的数值求解方法
首先定义各支路流量的绝对值与本身水阻的乘
积为该支路的当量流阻，符号为Ｒｉ’，对于图３所示 回路，Ｒ ７＝ｌ Ｇａ Ｒ１．＿Ｉ Ｇ１ Ｒ，是’＝ｌ Ｇ Ｉ足＝Ｉ Ｇｌ—Ｇ Ｉ是，
尼’＝Ｉ Ｃｏ Ｉ恐＝Ｉ Ｇ—Ｇ ｌ恐凡７＝Ｉ Ｇｄ Ｒ＝ｌ Ｇ Ｉ足，则方程 （９）经整理可得：
（３） 我们假想在回路１、回路２和回路３中分别有回路
（４） 工质流Ｇ卜Ｇ２和Ｇ沿回路流动着，其方向如图３中
（５） 虚线箭头所示。由于支路ａ只有Ｇ，流过，因此Ｇ。
…
＝Ｇ，，支路ｄ只有Ｇ３流过，因此Ｇ。＝Ｇ３，支路ｂ则
¨７
有两个工质流（Ｇ，、Ｇ２）同时通过，支路工质流应为
Ｇ。和Ｇ２的代数和，即Ｇ。＝Ｇ，一Ｇ：，同理，支路ｃ工
采用水动力回路分析法进行自然循环热水锅炉水动力数值计算
采用水动力回路分析法进行自然循环热水锅炉水动力数值计算董芃;徐艳英;兰日华
【期刊名称】《工业锅炉》
【年(卷),期】2006(000)002
【摘要】根据流体力学原理和锅炉水动力计算的基本原则,提出了一种能够直接计算自然循环热水锅炉各循环回路中每根单管水动力特性的自然循环热水锅炉水动力数值计算新方法,即水动力回路分析法,推导得出了基于该方法的水动力计算基本方程组,给出了其数值求解方法及程序框图,并应用该方法对两台自然循环热水锅炉进行了水动力特性计算分析,将其计算结果与按照JB/T8659-1997<热水锅炉水动力计算方法>的图解法分析结果进行比较,证明了水动力回路分析法的正确性和实用性.【总页数】6页(P8-13)
【作者】董芃;徐艳英;兰日华
【作者单位】哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TK229
【相关文献】
1.自然循环热水锅炉水动力不确定因素分析 [J], 毛博;范武航
2.自然循环锅炉对流管束回路水动力数值计算的水动力压差分析法 [J], 徐艳英;董
芃;兰日华;赵玉江
3.应用Excel进行自然循环热水锅炉水动力计算 [J], 袁良义;李长征;魏继永
4.自然循环锅炉水动力回路分析法 [J], 董芃;徐艳英;兰日华
5.自然循环热水锅炉水动力回路分析法的计算原理 [J], 徐艳英;董芃;兰日华
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
自然循环热水锅炉水动力计算例题A1 锅炉规范额定供热量Q sup：7.0MW额定工作压力P： 1.0MPa回水温度t bac.w：70℃供水温度t hot.w：115℃锅炉为双锅筒、横置式链条炉，回水进入锅筒后分别进入前墙、后墙、两侧墙和对流管束回路中，两侧水冷壁对称布置，前墙和后墙水冷壁在3.2m标高下覆盖有耐火涂料层，如图A -1所示。
图A-1 锅炉简图A2 锅炉结构特性计算A2.1 前墙回路上升管划分为三个区段，第Ⅰ区段为覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，第Ⅱ区段为未覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，第Ⅲ区段为炉顶水冷壁(图A-2)A2.2 后墙回路上升管划分为二个区段，第Ⅰ区段为覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，剩下的受热面作为第Ⅱ区段(图A-3)。
A2.3 侧墙水冷壁回路上升管不分段(图A-4)A2.4 对流管束回路不分段，循环高度取为对流管束回路的平均循环高度，并设对流管束高温区为上升区域(共7排)，低温区为下降区(共6排)。
对流管束共有347根，相应的上升管区域根数为191根，下降管区域根数为156根(图A-5)。
对流管束总的流通截面积A o 为：A o =347×0.785×0.0442 = 0.5274 m 2下降管区域流通截面积A dc 为 ：A dc =156×0.785×0.0442 = 0.2371 m 2下降管区域流通截面积与对流管束总的流通截面积比A dc / A o 为：4500=5274023710=...o dc A A 其值在推荐值(0.44—0.48)的范围内。
图A-2 前墙水冷壁回路 图A-3 后墙水冷壁回路图A4 侧墙水冷壁图A5对流管束回路A2.5 结构特性数据如表A-1所示表A-1 结构特性数据A3 各循环回路局部阻力系数计算各循环回路局部阻力系数计算结果如表A-2所示。
表A-2 各循环回路局部阻力系数计算A4 各受热面吸热量分配由热力计算得，炉膛水冷壁平均热流密度q av 为107.67kW/m 2，炉膛出口温度为θout.f = 893.6℃，对流管束烟气出口温度θout.conv = 220℃， 对流管束总的受热面积为A o =250.9m 2， (其中上升管区域受热面积为A rs =138.1m 2)， 对流管束总吸热量为3109.46kW(其中吸收来自炉膛的辐射吸热量为Q fr =320.5kW)。
设来自炉膛的辐射热被对流管束高温区(即上升管区域)均匀吸收。
设对流管束高温区与低温区分界处的烟气温度为θ (℃)， 则θ为：rs of out conv out f out A A t t t t =)lg()lg()lg()lg(... ------θθθθ (A-1)式中： t −对流管束内工质平均温度， ℃。
t 可取为： t=0.5(t hot.w + t bac.w )= 0.5×(115+70) = 92.5 (℃) 则由式(A-1)得：11389250=59259268935922205926893..).lg()..lg().lg()..lg(-- - -- -θ求得： θ = 383.8 (℃)则对流管束下降管区域所吸收的热量Q cd 为：19678=22068932208383×5320463109==...)..(... - - - -- conv out f out conv out cd QQ θθθθ (kW)上升管区域总吸热量Q cr ：Q cr = Q - Q cd =3109.46-678.19=2431.27 (kW)表A-3给出了各受热面热量分配结果。
A5 各回路水循环计算A5.1 各回路下降管入口水温的假设t in.dc= 0.5(t hot.w + t bac.w ) = (115+70)/2 = 92.5 (℃)A5.2 各回路中循环流量的假设假设四个回路中循环流量G1、G2、G3所对应的上升管中的流速约为：G1 −对应上升管水速W rs.1约为0.15 (m/s)G2 −对应上升管水速W rs.2约为0.20 (m/s)G3 −对应上升管水速约W rs.3为0.35 (m/s)则：G i = 3600fρW rs.i (i=1，2，3) (kg/h)A rs−上升管流通截面积，m2；W rs.i −假设的上升管水速，m/s；ρ−水的密度，kg/m3；G i −与W rs.i相对应的流量，kg/h。
计算ρ时，对应的温度t可取为：t= (t hot.w + t bac.w)/2 = (115+70)/2 = 92.5(℃)ρ=1008.6263-0.2811t-0.0021921t2 =1008.6263-0.2811×92.5-0.0021921×92.52= 963.87各回路中的循环流量取值如表A-4所示：A5.3 各回路水循环计算A5.3.1 各回路水循环计算结果如表A-5至A-8∆P s , ∆P x j (P a )G (kg/h)图A-6前墙水冷壁回路水循环特性曲线∆P s , ∆P x j (P a )G (kg/h)图A-7后墙水冷壁回路水循环特性曲线表A-8 对流管束水循环计算结果2000022000240002600028000300004670046800G (kg/h)图A-8 侧墙水冷壁回路水循环特性曲线3475034800348503490034950∆P r s , ∆P d c (P a )G (kg/h)图A-9 对流管束水循环特性曲线∆P s , ∆P x j (P a )G (kg/h)A5.4 计算结果由各回路水循环特性曲线， 可以得到在假设的下降管入口水温下， 回路工作点及工作点的流量，结果如表A-9所示。
计算全炉循环倍率：锅炉总的回水量G bac (kg/h)为：h)133778(kg/70)-(1157000860t Q 860G bac =×==Δ K=∑G/G bac =278900/133778=2.085由式（4-18）得，当K>1.0，t in.dc =t hot.w -(t hot.w-t bac.w )/k=115-(115-70)/2.085=93.4℃， 与假设的t in.dc =92.5℃相差在15℃以内。
因此， 计算有效。
A6 循环回路中最低、最高水速的计算以前墙循环回路为例A6.1 回路中受热最弱、最强管各段吸热量计算回路中受热最弱、最强管各段吸热量计算结果如表A-11所示。
表A -11回路中受热最弱、最强管各段吸热量计算结果A6.2 平均工况下管组两端压差确定由图A-6可知，平均工况下管组两端压差 P=44060 Pa A6.3 受热最弱管中两端压差计算管内流量(单根管，截面积为A=0.00152 m2)假设G1 =500(kg/h)，G2 = 800(kg/h)，G3 = 1200(kg/h)，两端压差计算结果见表A-12。
A6.4 受热最强管中两端压差计算管内流量(单根管，截面积为A=0.00152 m2)假设G1 =1000(kg/h)，G2 = 1400(kg/h)，G3 = 1800(kg/h)，两端压差计算结果见表A-13。
表A-12 受热最弱管中两端压差计算结果A6.5 受热最弱管中工作点时水速W rs, min的确定如图A-10a所示, 得到W rs, min为0.1497 (m/s) A6.6 受热最强管中工作点时水速W rs, max的确定如图A-10b所示, 得到W rs, max为0.2702 (m/s)(a)(b)图A-10 受热最弱(a)、最强管(b)中水速的确定∆P s ,m i nW(m/s)∆P s , m a xW (m/s)A7 过冷沸腾的校验以前墙回路为例工作绝对压力: 1.1(MPa)前墙水冷壁管内径: d in= 0.044(m), 管长l = 8.16 (m)上升管出口处倾角为: α=75 oA7.1 管内壁热流密度q n计算A7.1.1 平均工况管管子吸热量Q p=55.74 kW'=πd n l ) = 55.74 / (3.14×0.044×8.16) = 49.44 (kW/m2)q pQ/(n则q n = J×Cβ×q’n按第三章3.5.5节，取J= 0.9。
由第三章式（3-30）计算可得: Cβ=1.225q n = 0.9×1.225×49.44 = 54.50(kW/m2)A7.1.2 受热最弱管管子吸热量Q min = 27.87 kWq n,min=J CβQ min/(πd n l ) = 0.9×1.225×27.87/(3.14×0.044×8.16)=27.25 (kW/m2) A7.1.3 受热最强管管子吸热量Q max=72.47kWq n,max=J CβQ max/(πd n l ) = 0.9×1.225×72.47/(3.14×0.044×8.16)=70.87 (kW/m2)A7.2 管内流速A7.2.1 平均工况管由前计算得W ps=0.202 (m/s)A7.2.2 受热最弱管按第四章4.2.8.2第h规定, W s,min= 0.9×W s,min=0.9×0.1497=0.135 (m/s)A7.2.3 受热最强管按第四章 4.2.8.2第h规定, W s,max= 0.9×W s,max=0.9×0.2702 =0.243(m/s)A7.3 上升管出口水温A7.3.1平均工况管由前计算得: t"ps=133..59 ℃A7.3.2 受热最弱管管内循环流量G min可用内插法求得G min=500+(800-500)/(0.1535-0.0966)×(0.1497-0.0966) = 780(kg/h)t''min,s = t''xj+860Q min/G min = 93.4 +860×27.87/780=124.13(℃) A7.3.3 受热最强管管内循环流量G max可用内插法求得G max= 1000+(1400-1000)/(0.2702-0.1945)×(0.2702-0.1945) =1400(kg/h)t''max,s = t''xj + 860Q max/G max = 93.4 + 860×72.47/1400 = 137.92 (℃) A7.4 过冷沸腾校验按第三章第3.5节中最小安全水速公式(3-26)和（3-28）可计算出工质为除氧水或非除氧水时, 最小安全水速。