自然循環(huán)熱水鍋爐水動力不確定因素分析

毛博　范武航

摘 要：改革開放之后，我國社會經(jīng)濟出現(xiàn)了突飛猛進的發(fā)展。鍋爐制造行業(yè)在這個過程中也得到了很好的發(fā)展，但是，缺乏相應(yīng)準確的水動力計算方式作為保障，造成了我國鍋爐水循環(huán)事故的頻發(fā)。一方面造成為了巨大的經(jīng)濟損失，另一方面使得工作人員的人身安全受到威脅?；谶@種情況，加強對自然循環(huán)熱水鍋爐動力不確定性因素進行分析，并形成解決辦法至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：自然循環(huán)；熱水鍋爐；水動力

鍋爐形成自然循環(huán)的主要動力是循環(huán)回路過程中的運動壓頭。也就是上升管和下降管之間形成的重位壓差造成的一種動能。這個重位壓差越大，可以克服管段流動阻力的能量也就越大。也就是我們通常所述的流量和水流越大。鍋爐在工作的過程中水循環(huán)故障情況時有發(fā)生，加強對故障情況的原因分析，對解決問題和做出預(yù)防意義重大。

1 自然循環(huán)熱水鍋爐可靠性分析

自然循環(huán)熱水鍋爐可靠性分析過程中具有一定的標準，該標準具體包括三個方面：

1.1 循環(huán)流速

Wo-表示循環(huán)流速。？籽'-表示的是水行上升管過程中密度情況，這時候應(yīng)當取鍋爐壓力基礎(chǔ)上的飽和水密度，kg/m3。G-表示為上升管中的水流量情況，也就是水質(zhì)量流量，單位為kg/h。fss-則表示循環(huán)回路中的上升管總截面積情況。

如果循環(huán)流速產(chǎn)生的過小，就會直接將管內(nèi)流動的水傳入的熱量直接帶走，從而增加循環(huán)流速的值，強化放熱系數(shù)，從而造成熱量的散失也就越多。這樣上升管的管壁冷卻效果就越好。由此可見，循環(huán)流速應(yīng)當可以作為鍋爐水循環(huán)運行可靠性的重要評價指標。

1.2 循環(huán)倍率

循環(huán)倍率是指，在兩相流中，兩相介質(zhì)的總質(zhì)量與氣相介質(zhì)質(zhì)量之比。

鍋爐在實際運行過程中含有很多個自然循環(huán)回路，他們的供水溫度和回水溫度都是相同的。但是，因為其吸收的熱量和溫度上升不同，因此鍋爐的總循環(huán)水量以及供水量的比值就能利用以下內(nèi)容表示出來。

因為循環(huán)倍率K與其所計算的循環(huán)回路進出水溫度有直接關(guān)系：當 K<1時，下降管入口水溫下降管出口水溫。當K>1時，下降管入口水溫。因此在熱水鍋爐中，不管是回路循環(huán)倍率，還是全爐循環(huán)倍率，都有可能大于1，也有可能小于1。這是熱水鍋爐自然循環(huán)的特點之一。

1.3 回路循環(huán)特性分析

循環(huán)回路形成的主要特性是在特定的熱環(huán)境下，管段降壓、循環(huán)流速二者之間形成的關(guān)系。通常情況下的下降管壓差方差分析結(jié)果如下：

鍋爐在運行的過程中，下降管與各管之間的結(jié)構(gòu)特征會不一致，這造成了管結(jié)構(gòu)的受熱不均衡。因此，每根管的水動力特性也不相同。上升管的受熱情況相對較差時，會使壓差的特性曲線發(fā)生變化，呈現(xiàn)上升趨勢。

2 自然循環(huán)熱水鍋爐水動力可靠性解決措施

由自然循環(huán)熱水鍋爐工作原理可知，自然循環(huán)熱水鍋爐中工質(zhì)流動的驅(qū)動力來自不受熱的下降管與受熱上升管間的工密度差?；芈费h(huán)的驅(qū)動力可以用下面公式表示：

（？籽xj-？籽ss）Hg=？駐Pxj+？駐Pss式中：

g-為重力加速度，單位為m/s2；？籽xj-為下降管中工質(zhì)平均密度，單位為kg/m3；？籽ss-為上升管中工質(zhì)平均密度，單位為kg/m3。

在確定了下降管以及上升管的密度差之后，回路循環(huán)高度越高則所所能提供的驅(qū)動力就會越大。當驅(qū)動力越大的時候就會提升其回路阻力，最終達到提升循環(huán)流速大的可能性。與此同時，在回路循環(huán)高度不斷增加的過程中受熱管段的熱量也會越來越大，尤其是安裝在爐膛頂部的管段，其在循環(huán)的過程中循環(huán)高度越高其吸收的熱量也會隨著減少。因此，自然循環(huán)熱水鍋爐回路循環(huán)的高度不是越高那么就會變得越來越好，從而應(yīng)該選擇適當?shù)母叨缺苊庖驗檠h(huán)高度不夠?qū)е买?qū)動力過小問題的出現(xiàn)。

2.1 擴大上升管與下降管之間的截面比

上升管和下降管產(chǎn)生的流速、流量以及截面面積之間存在聯(lián)系?；芈饭芪恢玫乃魉賅可根據(jù)下列式子進行計算：

2.2 降低上升管與下降管之間的流動阻力

上升管與下降管之間的流動阻力、阻力系數(shù)、工質(zhì)密度以及工質(zhì)流速有關(guān)。計算公式如下：

當上升管與下降管管段中回路的動力壓頭情況確定之后，形成的流動阻力系數(shù)也就同時確定了。如果這種情況下想要提高循環(huán)流速情況，只能以改進回路的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

2.3 減小并聯(lián)上升管的熱偏差

自然循環(huán)熱水鍋爐水動力系統(tǒng)中相關(guān)的影響因素，不同回路產(chǎn)生并聯(lián)情況使得上升管組不能達到均勻受熱效果。其中受熱較少的管段，工質(zhì)水溫就很低，密度也就相對較大，流動阻力系數(shù)較大。相同情況下的循環(huán)動力壓頭會比其他的管子循環(huán)流速更小，基于這種情況，在對鍋爐進行設(shè)計時，應(yīng)當形成獨立的循環(huán)回路，盡可能的降低并聯(lián)上升管出現(xiàn)熱偏差情況。不過即使各個回路并聯(lián)管組的結(jié)構(gòu)特性完全一樣，受熱不均也很難完全避免。

3 結(jié)束語

文章針對自然循環(huán)熱水鍋爐水動力不確定因素進行了分析，認為自然循環(huán)熱水鍋爐水動力可靠性和循環(huán)流速和倍率有很大的關(guān)系，為了能從整體上強化自然循環(huán)熱水鍋爐的水動力的穩(wěn)定因素，針對其自然循環(huán)熱水鍋爐水動力可靠性提出了相關(guān)的建議，從而提升自然循環(huán)熱水鍋爐水動力的確定性。

參考文獻

[1]袁良義，李長征，魏繼勇.應(yīng)用Excel進行自然循環(huán)熱水鍋爐水動力計算[J].江蘇鍋爐，2008（3）：6-10.

[2]車得福，閏凱，吉平，等.一種鍋爐水動力通用設(shè)計和校核的方法：中國，200710017379[P].2007-08-08.

[3]謝金芳.基于管網(wǎng)計算理論的通用鍋爐水動力計算系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].浙江大學(xué)，2011：42-51.

[4]劉國偉，董 ，錢玉粉，等.自然循環(huán)熱水鍋爐射流裝置的數(shù)值模擬研究[J].工業(yè)鍋爐，2010（2）：1-3.

[5]董祖康，沈勤，王孟浩，等.JB/Z201-83電站鍋爐水動力計算方法[S].中華人民共和國機械工業(yè)部，2013（10）：1-48.endprint

摘 要：改革開放之后，我國社會經(jīng)濟出現(xiàn)了突飛猛進的發(fā)展。鍋爐制造行業(yè)在這個過程中也得到了很好的發(fā)展，但是，缺乏相應(yīng)準確的水動力計算方式作為保障，造成了我國鍋爐水循環(huán)事故的頻發(fā)。一方面造成為了巨大的經(jīng)濟損失，另一方面使得工作人員的人身安全受到威脅。基于這種情況，加強對自然循環(huán)熱水鍋爐動力不確定性因素進行分析，并形成解決辦法至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：自然循環(huán)；熱水鍋爐；水動力

鍋爐形成自然循環(huán)的主要動力是循環(huán)回路過程中的運動壓頭。也就是上升管和下降管之間形成的重位壓差造成的一種動能。這個重位壓差越大，可以克服管段流動阻力的能量也就越大。也就是我們通常所述的流量和水流越大。鍋爐在工作的過程中水循環(huán)故障情況時有發(fā)生，加強對故障情況的原因分析，對解決問題和做出預(yù)防意義重大。

1 自然循環(huán)熱水鍋爐可靠性分析

自然循環(huán)熱水鍋爐可靠性分析過程中具有一定的標準，該標準具體包括三個方面：

1.1 循環(huán)流速

Wo-表示循環(huán)流速。？籽'-表示的是水行上升管過程中密度情況，這時候應(yīng)當取鍋爐壓力基礎(chǔ)上的飽和水密度，kg/m3。G-表示為上升管中的水流量情況，也就是水質(zhì)量流量，單位為kg/h。fss-則表示循環(huán)回路中的上升管總截面積情況。

如果循環(huán)流速產(chǎn)生的過小，就會直接將管內(nèi)流動的水傳入的熱量直接帶走，從而增加循環(huán)流速的值，強化放熱系數(shù)，從而造成熱量的散失也就越多。這樣上升管的管壁冷卻效果就越好。由此可見，循環(huán)流速應(yīng)當可以作為鍋爐水循環(huán)運行可靠性的重要評價指標。

1.2 循環(huán)倍率

循環(huán)倍率是指，在兩相流中，兩相介質(zhì)的總質(zhì)量與氣相介質(zhì)質(zhì)量之比。

鍋爐在實際運行過程中含有很多個自然循環(huán)回路，他們的供水溫度和回水溫度都是相同的。但是，因為其吸收的熱量和溫度上升不同，因此鍋爐的總循環(huán)水量以及供水量的比值就能利用以下內(nèi)容表示出來。

因為循環(huán)倍率K與其所計算的循環(huán)回路進出水溫度有直接關(guān)系：當 K<1時，下降管入口水溫下降管出口水溫。當K>1時，下降管入口水溫。因此在熱水鍋爐中，不管是回路循環(huán)倍率，還是全爐循環(huán)倍率，都有可能大于1，也有可能小于1。這是熱水鍋爐自然循環(huán)的特點之一。

1.3 回路循環(huán)特性分析

循環(huán)回路形成的主要特性是在特定的熱環(huán)境下，管段降壓、循環(huán)流速二者之間形成的關(guān)系。通常情況下的下降管壓差方差分析結(jié)果如下：

鍋爐在運行的過程中，下降管與各管之間的結(jié)構(gòu)特征會不一致，這造成了管結(jié)構(gòu)的受熱不均衡。因此，每根管的水動力特性也不相同。上升管的受熱情況相對較差時，會使壓差的特性曲線發(fā)生變化，呈現(xiàn)上升趨勢。

2 自然循環(huán)熱水鍋爐水動力可靠性解決措施

由自然循環(huán)熱水鍋爐工作原理可知，自然循環(huán)熱水鍋爐中工質(zhì)流動的驅(qū)動力來自不受熱的下降管與受熱上升管間的工密度差?；芈费h(huán)的驅(qū)動力可以用下面公式表示：

（？籽xj-？籽ss）Hg=？駐Pxj+？駐Pss式中：

g-為重力加速度，單位為m/s2；？籽xj-為下降管中工質(zhì)平均密度，單位為kg/m3；？籽ss-為上升管中工質(zhì)平均密度，單位為kg/m3。

在確定了下降管以及上升管的密度差之后，回路循環(huán)高度越高則所所能提供的驅(qū)動力就會越大。當驅(qū)動力越大的時候就會提升其回路阻力，最終達到提升循環(huán)流速大的可能性。與此同時，在回路循環(huán)高度不斷增加的過程中受熱管段的熱量也會越來越大，尤其是安裝在爐膛頂部的管段，其在循環(huán)的過程中循環(huán)高度越高其吸收的熱量也會隨著減少。因此，自然循環(huán)熱水鍋爐回路循環(huán)的高度不是越高那么就會變得越來越好，從而應(yīng)該選擇適當?shù)母叨缺苊庖驗檠h(huán)高度不夠?qū)е买?qū)動力過小問題的出現(xiàn)。

2.1 擴大上升管與下降管之間的截面比

上升管和下降管產(chǎn)生的流速、流量以及截面面積之間存在聯(lián)系?；芈饭芪恢玫乃魉賅可根據(jù)下列式子進行計算：

2.2 降低上升管與下降管之間的流動阻力

上升管與下降管之間的流動阻力、阻力系數(shù)、工質(zhì)密度以及工質(zhì)流速有關(guān)。計算公式如下：

當上升管與下降管管段中回路的動力壓頭情況確定之后，形成的流動阻力系數(shù)也就同時確定了。如果這種情況下想要提高循環(huán)流速情況，只能以改進回路的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

2.3 減小并聯(lián)上升管的熱偏差

自然循環(huán)熱水鍋爐水動力系統(tǒng)中相關(guān)的影響因素，不同回路產(chǎn)生并聯(lián)情況使得上升管組不能達到均勻受熱效果。其中受熱較少的管段，工質(zhì)水溫就很低，密度也就相對較大，流動阻力系數(shù)較大。相同情況下的循環(huán)動力壓頭會比其他的管子循環(huán)流速更小，基于這種情況，在對鍋爐進行設(shè)計時，應(yīng)當形成獨立的循環(huán)回路，盡可能的降低并聯(lián)上升管出現(xiàn)熱偏差情況。不過即使各個回路并聯(lián)管組的結(jié)構(gòu)特性完全一樣，受熱不均也很難完全避免。

3 結(jié)束語

文章針對自然循環(huán)熱水鍋爐水動力不確定因素進行了分析，認為自然循環(huán)熱水鍋爐水動力可靠性和循環(huán)流速和倍率有很大的關(guān)系，為了能從整體上強化自然循環(huán)熱水鍋爐的水動力的穩(wěn)定因素，針對其自然循環(huán)熱水鍋爐水動力可靠性提出了相關(guān)的建議，從而提升自然循環(huán)熱水鍋爐水動力的確定性。

參考文獻

[1]袁良義，李長征，魏繼勇.應(yīng)用Excel進行自然循環(huán)熱水鍋爐水動力計算[J].江蘇鍋爐，2008（3）：6-10.

[2]車得福，閏凱，吉平，等.一種鍋爐水動力通用設(shè)計和校核的方法：中國，200710017379[P].2007-08-08.

[3]謝金芳.基于管網(wǎng)計算理論的通用鍋爐水動力計算系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].浙江大學(xué)，2011：42-51.

[4]劉國偉，董 ，錢玉粉，等.自然循環(huán)熱水鍋爐射流裝置的數(shù)值模擬研究[J].工業(yè)鍋爐，2010（2）：1-3.

[5]董祖康，沈勤，王孟浩，等.JB/Z201-83電站鍋爐水動力計算方法[S].中華人民共和國機械工業(yè)部，2013（10）：1-48.endprint

摘 要：改革開放之后，我國社會經(jīng)濟出現(xiàn)了突飛猛進的發(fā)展。鍋爐制造行業(yè)在這個過程中也得到了很好的發(fā)展，但是，缺乏相應(yīng)準確的水動力計算方式作為保障，造成了我國鍋爐水循環(huán)事故的頻發(fā)。一方面造成為了巨大的經(jīng)濟損失，另一方面使得工作人員的人身安全受到威脅?；谶@種情況，加強對自然循環(huán)熱水鍋爐動力不確定性因素進行分析，并形成解決辦法至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：自然循環(huán)；熱水鍋爐；水動力

鍋爐形成自然循環(huán)的主要動力是循環(huán)回路過程中的運動壓頭。也就是上升管和下降管之間形成的重位壓差造成的一種動能。這個重位壓差越大，可以克服管段流動阻力的能量也就越大。也就是我們通常所述的流量和水流越大。鍋爐在工作的過程中水循環(huán)故障情況時有發(fā)生，加強對故障情況的原因分析，對解決問題和做出預(yù)防意義重大。

1 自然循環(huán)熱水鍋爐可靠性分析

自然循環(huán)熱水鍋爐可靠性分析過程中具有一定的標準，該標準具體包括三個方面：

1.1 循環(huán)流速

Wo-表示循環(huán)流速。？籽'-表示的是水行上升管過程中密度情況，這時候應(yīng)當取鍋爐壓力基礎(chǔ)上的飽和水密度，kg/m3。G-表示為上升管中的水流量情況，也就是水質(zhì)量流量，單位為kg/h。fss-則表示循環(huán)回路中的上升管總截面積情況。

如果循環(huán)流速產(chǎn)生的過小，就會直接將管內(nèi)流動的水傳入的熱量直接帶走，從而增加循環(huán)流速的值，強化放熱系數(shù)，從而造成熱量的散失也就越多。這樣上升管的管壁冷卻效果就越好。由此可見，循環(huán)流速應(yīng)當可以作為鍋爐水循環(huán)運行可靠性的重要評價指標。

1.2 循環(huán)倍率

循環(huán)倍率是指，在兩相流中，兩相介質(zhì)的總質(zhì)量與氣相介質(zhì)質(zhì)量之比。

鍋爐在實際運行過程中含有很多個自然循環(huán)回路，他們的供水溫度和回水溫度都是相同的。但是，因為其吸收的熱量和溫度上升不同，因此鍋爐的總循環(huán)水量以及供水量的比值就能利用以下內(nèi)容表示出來。

因為循環(huán)倍率K與其所計算的循環(huán)回路進出水溫度有直接關(guān)系：當 K<1時，下降管入口水溫下降管出口水溫。當K>1時，下降管入口水溫。因此在熱水鍋爐中，不管是回路循環(huán)倍率，還是全爐循環(huán)倍率，都有可能大于1，也有可能小于1。這是熱水鍋爐自然循環(huán)的特點之一。

1.3 回路循環(huán)特性分析

循環(huán)回路形成的主要特性是在特定的熱環(huán)境下，管段降壓、循環(huán)流速二者之間形成的關(guān)系。通常情況下的下降管壓差方差分析結(jié)果如下：

鍋爐在運行的過程中，下降管與各管之間的結(jié)構(gòu)特征會不一致，這造成了管結(jié)構(gòu)的受熱不均衡。因此，每根管的水動力特性也不相同。上升管的受熱情況相對較差時，會使壓差的特性曲線發(fā)生變化，呈現(xiàn)上升趨勢。

2 自然循環(huán)熱水鍋爐水動力可靠性解決措施

由自然循環(huán)熱水鍋爐工作原理可知，自然循環(huán)熱水鍋爐中工質(zhì)流動的驅(qū)動力來自不受熱的下降管與受熱上升管間的工密度差?；芈费h(huán)的驅(qū)動力可以用下面公式表示：

（？籽xj-？籽ss）Hg=？駐Pxj+？駐Pss式中：

g-為重力加速度，單位為m/s2；？籽xj-為下降管中工質(zhì)平均密度，單位為kg/m3；？籽ss-為上升管中工質(zhì)平均密度，單位為kg/m3。

在確定了下降管以及上升管的密度差之后，回路循環(huán)高度越高則所所能提供的驅(qū)動力就會越大。當驅(qū)動力越大的時候就會提升其回路阻力，最終達到提升循環(huán)流速大的可能性。與此同時，在回路循環(huán)高度不斷增加的過程中受熱管段的熱量也會越來越大，尤其是安裝在爐膛頂部的管段，其在循環(huán)的過程中循環(huán)高度越高其吸收的熱量也會隨著減少。因此，自然循環(huán)熱水鍋爐回路循環(huán)的高度不是越高那么就會變得越來越好，從而應(yīng)該選擇適當?shù)母叨缺苊庖驗檠h(huán)高度不夠?qū)е买?qū)動力過小問題的出現(xiàn)。

2.1 擴大上升管與下降管之間的截面比

上升管和下降管產(chǎn)生的流速、流量以及截面面積之間存在聯(lián)系?；芈饭芪恢玫乃魉賅可根據(jù)下列式子進行計算：

2.2 降低上升管與下降管之間的流動阻力

上升管與下降管之間的流動阻力、阻力系數(shù)、工質(zhì)密度以及工質(zhì)流速有關(guān)。計算公式如下：

當上升管與下降管管段中回路的動力壓頭情況確定之后，形成的流動阻力系數(shù)也就同時確定了。如果這種情況下想要提高循環(huán)流速情況，只能以改進回路的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

2.3 減小并聯(lián)上升管的熱偏差

自然循環(huán)熱水鍋爐水動力系統(tǒng)中相關(guān)的影響因素，不同回路產(chǎn)生并聯(lián)情況使得上升管組不能達到均勻受熱效果。其中受熱較少的管段，工質(zhì)水溫就很低，密度也就相對較大，流動阻力系數(shù)較大。相同情況下的循環(huán)動力壓頭會比其他的管子循環(huán)流速更小，基于這種情況，在對鍋爐進行設(shè)計時，應(yīng)當形成獨立的循環(huán)回路，盡可能的降低并聯(lián)上升管出現(xiàn)熱偏差情況。不過即使各個回路并聯(lián)管組的結(jié)構(gòu)特性完全一樣，受熱不均也很難完全避免。

3 結(jié)束語

文章針對自然循環(huán)熱水鍋爐水動力不確定因素進行了分析，認為自然循環(huán)熱水鍋爐水動力可靠性和循環(huán)流速和倍率有很大的關(guān)系，為了能從整體上強化自然循環(huán)熱水鍋爐的水動力的穩(wěn)定因素，針對其自然循環(huán)熱水鍋爐水動力可靠性提出了相關(guān)的建議，從而提升自然循環(huán)熱水鍋爐水動力的確定性。

參考文獻

[1]袁良義，李長征，魏繼勇.應(yīng)用Excel進行自然循環(huán)熱水鍋爐水動力計算[J].江蘇鍋爐，2008（3）：6-10.

[2]車得福，閏凱，吉平，等.一種鍋爐水動力通用設(shè)計和校核的方法：中國，200710017379[P].2007-08-08.

[3]謝金芳.基于管網(wǎng)計算理論的通用鍋爐水動力計算系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].浙江大學(xué)，2011：42-51.

[4]劉國偉，董 ，錢玉粉，等.自然循環(huán)熱水鍋爐射流裝置的數(shù)值模擬研究[J].工業(yè)鍋爐，2010（2）：1-3.

[5]董祖康，沈勤，王孟浩，等.JB/Z201-83電站鍋爐水動力計算方法[S].中華人民共和國機械工業(yè)部，2013（10）：1-48.endprint