自然循环热水锅炉水动力计算例题

1、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Qsup： 7.0MW额定工作压力P： 1.0MPa回水温度tbacw :70C.供水温度thot.w :115C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

2、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Ao为：Ao=347X0.785X0.0442 = 0.5274 m 2下降管区域流通截面积Adc为：Adc =156 X 0.785 X 0.044 2 = 0.2371 m下降管区域流通截面积与对流管束总的流通截面积比Adc / Ao为:Ad

3、c0.2371A = 0.5274= 0.450o其俏在推荐值（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结构特性数据回回管径X管截面积各区段长度各区段高度各区段弯头度数及 个单根整个与上IIIIII总长IIIIII总高I数III路路壁厚子管子回路升管度度名元根截面称件数积比dXnAAo/11】2I31h1h2h3h-n-n-nmm Xmm/一2一2/mmmmmmmm(o )(o)(o )、P 4 刖上51 X3.5180.001520.02741.52.564.18.161.022.46

4、1.214.6955 o -275o-1墙升水管冷下108 X420.007850.01570.579.124.6965 o -150 o-1壁降25 o-1管后上51 X3.5180.001520.02746.142.999.133.012.425.4360 o-1128 o-1墙升50 o -水管1冷下108 X40.007850.01570.578.165.4330 o -30 o-1壁降21管侧上51 X3.50.001520.02135.005.00墙升14水管冷下108 X40.007850.01570.748.345.0075 o -壁降21管对上51 X3.50.001520.

5、29034.103.7030 o -流升1912管管下51 X3.50.001520.23710.824.103.7030 o -束降1562管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序号名称符 号单位计算公式及数据来源前墙水冷壁后墙水冷 壁侧墙水冷壁对流管束1n1111n上升管1入口阻力系 数-in表2-4 、表2-60.70.70.70.52LE 口阻力系 数out表2-71.01.01.11.03弯头阻力系 数bb 二K o0.340.20.410.180.244总局部阻力 系数rs.1crs.lc = in+ out

6、+ b1.041.21.111.181.81.74下降管1-1入口阻力系 数in表2-40.50.50.50.52LH 口阻力系 数out表2-71.11.11.11.03弯头阻力系 数bb 二K o0.480.250.210.244总局部阻力 系数dc.1cdc.lc = in+ out + b2.081.851.811.74A4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!av为107.67kW/m2，炉膛出口温 度为out.f = 893.6 C，对流管束烟气出=220 C，对流管束总的受热面积 口温度为Ao=250.9m 2，（其中上升管区Ars=138.1m 2），对流管束

7、总吸热量域受热面积为为3109.46kW（其中吸收来自炉膛的辐射吸热量为Qfr=3205kW）。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（C），则为:区与低温区分界处的烟气温度为(A-1)lg( out .f -t)-lg( out .conv -t)Aolg( out.f -t)-lg( -t )Ars式中：t对流管束内工质平均温度，C。t 可取为：t=0.5(t hot.w+ tbac.w)= 0.5 X (115+70) = 92.5(C)则由式(A-1)得:lg( 893 .6 - 92 .5 ) - lg( 220 -92.5) 250.9 lg(

8、893 .6 -92.5 )-lg( -92.5) = 138.1求得： 二 383.8 ( C )则对流管束下降管区域所吸收的热量Qcd为:383.8 - 220(kW)Qcd=Q-out.f out.conv上升管区域总吸热量Qcr:out .conv(3109.46-320.5)X3 8 3 . 8- 2 2 0=678.198 9 3. 6 - 22 0Qcr = 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。表A-3各受热面热量分配结果名称符号位前墙水冷 壁后墙水冷 壁侧墙水冷壁对流管束下降管吸热QdckW000678.1

9、9上升管吸热量第I区Q1kW37.24227.21母侧862.11两侧1724.222431.27第II区Q2kW444.89912.71第III区Q3kW521.27A5各回路水循环计算A5.1各回路下降管入口水温的假设=0.5(t hot.w+ t bac.w) = (115+70)/2 = 92.5 ( C)A5.2各回路中循环流量的假设假设四个回路中循环流量G、G2、G3所对应的上升管中的流速约 为：G1对应上升管水速Wrs-1约为0.15 (m/s)G2对应上升管水速Wrs.2约为0.20对应上升管水速约w rs.3为0.(m/s)则 (G/s= 3600f Wrs”2, 3):(上

10、升管流通截面积，(kg/h) 八rsm ；Wrs.i假设的上升管水速，m/s；水的密度，kg/m 3；Gi与Wrs.i相对应的流 kg/h。计算时，对应的温度t可取为：t= (t hot.w+ tbac.w)/2 = (115+70)/2 = 92.5( C)=1008.6263-0.2811t-0.t 2 =1008.6263-0.2811 X92.5-0. X92.5 2=963.87各回路中的循环流量取值如表A-4所示：表A-4各回路中的循环流量循环流量前墙回路后墙回路侧墙回路对流管束G1 (kg/h)150001500020000150000G2 (kg/h)2000025000250

11、00200000G3 (kg/h)250003000030000250000A5.3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表A-5前墙水冷壁回路水循环计算结果名称符号单位计算公式及来源计算结果92.592.592.5回路循环流量Gkg/h假设值150002000025000下降管出口水温Ct out.dc = tin.dc +860 Qdc /G92.592.592.5下降管平均水温tav .dcC二0 5(+tav .dct in.dctout.dc 92.592.592.5下降管中水的平均密度dckg/3mdc =1008.6263-0.2811tav . dc

12、-0.002192 t963.87963.87963.87下降管中水速Wdcm/sWdcd= G/(3600A dc dc)0.2750.3670.459下降管冶程摩擦 力系数阻dc0.02180.02110.0207下降管总阻力系数dcdc = dc l/d in + dc.lc4.074.0043.97下降管流动阻L力 Pa=dc W2dc /2dc148.6260.1402.7下降管重位压降Pst.dPaPst .dc =h dc g44346.644346.644346.6上升管各段出口水 温IIIIIItout .ttut . 2out . 3octout .1= + 860Q 1/

13、G37.24 =+860Gt out .2= tout .1 +860Q=tout .1+860444.89/G t out .3= t out .2+860t o/G .2+860521.27/G94.6120.14 :150.02:94.1113.23135.6493.8109.1127.02上升管各段平均水 温III It1t2t3oct1 = 0.5( + t out .1) t2 = 0.5(t out .1+ t t3= 0) 5(t out .2+ t十o)out .3793.56107.4135.0893.3103.66124.4393.14101.4118.05上升管各段水的

14、平 均密度IIIIPr PrPr s.3kg/3mPr s =1008.6263-0.2811 t 11-0.002192 t 12P r s. =1008.6263- 0.2811 t 22-0.002192 t 22 prs.3=10086263-02811t3 -0.002192 t 3 2963.13953.16930.65963.3955.93939.7963.4957.56944.9上升管中平均水温c=0.5( + t out .3 )120.26114.07109.76上升管中水的平均 密度rskg/3=1008.6263-rs.281-0.002192 t av.r942.39

15、48.04951.36上升管中水的平均流速wrsm/sWrs = G/(3600A rs rs)0.16140.21380.2664上升管沿程摩擦阻力系数_rs0.02780.0270.0264上升管总阻力系数rsrs = rs1 /d in + rs.lc7.3957.2477.136上升管流动阻1力Pa=rsWrs2 / 2rs90.74157.14240.9上升管各段重位压 降IIIIIIPst1st.P2Pst.3PaPst .1 =h1 Prs.1 g st. 2h2Prs.2 gP=st. 3h3 rs.3 gP=9637.323002.2411046.969639.1523069

16、.0511154.379640.323108.411216.0上升管侧总压差PrsPaPrs =Pfl. rs+ Pst 1+ Pst. 2+ P343777.2644019.744205.6下降管侧总压差PdcPaPdc = Pst.dc- Pfl. dc44197.9344086.4743943.87442009254406044100 一4400043000 210001 r T T 111 I1400016000 1SOOO 2000022000G (kg/h)iij2400026000图A-6前墙水冷壁回路水循环特性曲线表A-6后墙水冷壁回路水循环计算结果名称符号单位计算公式及来源计

17、算结果92.592.592.5回路循环流量GKg/h假设值150002500030000下降管出口水温octout.dc = t in.dc + 860 Qdc /G92.592.592.5下降管平均水温tav .dcCt av .dc =0.5( t in.dc + tout.dc )92.592.592.5下降管中水的平 均密度dc1 / kg/m3dc =1008.6263-0.2811t av . dc，tav .dc963.87963.87963.87下降管中水速WdcM/sWdc = G/(3600A dc dc)0.2750.4590.551下降管沿程摩擦 阻力系数dc0.021

18、80.02070.0204下降管总阻力系 数dc一dc = dc l/d in+ dc.lc3.633.543.51下降管流动阻力Pa=dc dc W2dc /2132.60359.18513.65下降管重位压降t八11t .Pst .dcPaPst .dc =h dc g51343.751343.751343.7上升管各段出口 水温IIItout .1tout . 2Ctout .1= + 860Q 1/G227.21227.21 t OUt .2= tOUt .1=+860G+860Q 2/G912.71=tout .1 +860G105.53157.85100.316131.7199.0

19、1125.18上升管各段平均水温I IIt1t2CkJt1 = 0.5( + t out .1) t2 = 0.5(t out .1+ t out .2 )99.01131.6996.41 116.0195.75112.1上升管各段水的 平均 密度IIIPrP rkg/m3P r s1 .=1008.6263-0.2811 t 1-0.002192 t 12P r s 2 rs.=1008.6263-0.2811 t 2-0.002192 t 2 2959.3933.6961.15946.5961.6949.57上升管中平均水 温C=0.5( + t out .2 )125.18112.101

20、08.8上升管中水的平 均密度rskg/m3rs = 1008.6263-0.2811-0.002192 t av.r939.09949.56952.06上升管中水的平 均流速wrsm/sWrs = G/(3600A rs 里)0.1620.2670.3194上升管沿程摩擦 阻力系数rs0.02760.02630.0259上升官总阻力系 数rsrs = rsl/din+ rs.lc8.0177.7477.66上升管流动阻力Paw 2 / 298.71262.0372.3上升管各段重位 压降IIIPst1 Pst.2Pars vvrs2 / JPst .1 = h 1Prs.1 gP st. 2

21、 = h2 P rs.2 g28326.4 322163.6928381.022470.428394.522543.0上升管侧总压差PrsPaPrs= Pfl. rs+ Pst 1+ Pst. 250588.8451113.451309.86下降管侧总压差PdcPaPdc = Pst.dc - Pfl. dc51211.150984.550830.05140051300 J51200 .xf jcjJ51100 .51035.3J*1551000 .P50900 .P, 50800 -50700 2315050600 -5050014000 160G0 1BODO 20000 22000 24

22、000 26000 20000 3000D 32000G (kg/h)图A-7后墙水冷壁回路水循环特性曲线表A-7侧墙水冷壁回路水循环计算结果名称符号单位计算公式及来源计算结果92.592.592.5回路循环流量Gkg/h假设值200002500030000下降管出口水温octout.dc = t in.dc +86。Qdc /G92.592.592.5下降管平均水温tav .dcc=0 5(+t av .dc t in.dc、92.592.592.5下降管中水的平 均密度 一 tA c 4trv r .dc-i1- kg/m3月=008.6263-0.2811 dct av .dc，tav

23、.dc963.87963.87963.87下降管中水速Wdcm/sWdc = G/(3600A dc dc)0.3670.4590.551下降管沿程摩擦 阻力系数dc0.02110.02070.0204下降管总阻力系 数dcdc= dc l/d in+ dc.lc3.573.5363.51下降管流动阻力Pa=dc dc W2dc /2231.87358.90513.20下降管重位压降Pst .dcPaPst .dc =h dc g47277.847277.847277.8上升管出口水温toutctout = + 860Q/G129.6122.2117.2tPstPaPst= h p rs g4

24、6616.646754.7546845.2上升管侧总压宜差PrsPaPrs= Pfl. rs+ Pst46787.9847018.5947220.72下降管侧总压差PdcPaPdc= Pst.dc - Pfl. dc47045.946918.8846764.6表A-8对流管束水循环计算结果名称符号单位计算公式及来源计算结果92.592.592.5回路循环流量Gi7hkg/h假设0250000下降管出L水温Ctout.dc = t in.dc + 860 Qdc /G96.495.494.83下降管平均水温t av .dcC二0 5(+tav .dc t in.dc94

25、.493.9693.66下降管中水的平均密度dc1 / kg/m3h =1)008.6263-0.2811 dctav . dc-0. t av .dc962.50962.86963.06下降管中水速Wdcm/sWdc = G/(3600A dc dc)0.1830.2430.304下降管沿程摩擦阻 力系数dc0.02830.02720.0265下降管总|任力系数dcdc= dc l/d in + dc.lc4.384.274.21下降管流动阻力Pa=dc W2dc /2dc70.20121.86187.50下降管重位压降Pst .dcPaPst .dc =h dc g34936.834949

26、.034956.4上升管出L水温toutCtout = + 860Q/G2431G.27=+860UG110.3105.87103.2上升管中平均水 温上升管中水的 平均密度47200 上升管中水的平 均流速）47100 上升管沿严程摩 擦阻力系数（ 上升管总P阻力 系数 上升管流，p动rs 阻4力6900上升 管重p位压降6800 上升管侧总压 差46700 下降管侧总压差OCkg/m3=0.5( + t008.6263-GB600As2 、rsrsrs，oCrtrsrs in.dcrs103.4956.2100.6958.199.0959.30.200.0287o10.25c dwrsm/

27、s46957 6Ars.lin+0.02770.0269rsPaPstIXPst =P rsPaPrs20P00Pa2 2000Pdcd0cP26fl0. 0dc0r%4.414.32rsPfl.rs+23P6st0024P00s0t.dcG(kg/h)o2.584.24126.634819.84t dc思7的阪)二2C634753.143428860600.634946.593483020 34768.970.0292.52360047200 rPa t.= 92.5M KJ47000& 4690046800 t20000220002400026000280003000047100 -469

28、57.646700 4图A-8侧墙水冷壁回路水循环特性 曲线34750140000 160000180000 200000 220000 240000 260000G (kg/h)187550140000 1SOOOO 180000 200000 220000 240000 26000034750349503490034837348503480Q图A-9对流管束水循环特性曲 线A5.4计算结果由各回路水循环特性曲可以得到在假设的下降管入口水温回路工作线，及工作点的流量，结果如下4所示。点表表A-9工质流量汇总表假设的下降 管入口水 温C前墙Gkg/h后墙GKg/h侧墙G(kg/h)对流管束G

29、kg/h总和Gkg/h侧两侧92.521000231502360047200187550278900计算全炉循环倍率：锅炉总的回水量Gbac (kg/h)为：Q7000- / 、=133778(kg/ h)Gbac = 860=860 X(115 -70)K= E G/G bac=278900/133778=2.085 由式(4-18 )得，当 K1.0 , =thot.w-(thot.w- t&w)/k=115-(115-70)/2.085=93.4 C,与假设的=92.5 C相差在15C以内。因此，计算有 效。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

30、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序号名称符号单位公式计算及数据 来源第1区第11区第111 区1平均工况下回路各段吸热量QikW37.24444.89521.272回路中管子根数n1818183受热最弱管最小吸热不均 匀系数min0.50.50.54受热最强管最大吸热小均 匀系数max1.31.31.35结构不均系数c1.01.01.06受热最弱管吸热量Q .响顼，ikWQi?min ? c1.03412.35814.48 07受热最强管吸热量Q max，ikWnQi max ? c max ? c n2

31、.69032.13137.647A6.2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 PaA6.3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AT2。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 m 2)假设G1 =1000(kg/h)，G21400(kg/h)，G3 = 1800(kg/h)，两端压差计算结果见表AT3。表A-12受热最弱管中两端压差计算结果名称t t 、 r-1、. 、

32、 ，11符号单位计算公式及来源假设流量kg/h假设流量Gkg/h5008001200下降管入口水温C93.493.493.4下降管出口水温Ctout .dc = t in.dc + 860 Qdc /G93.493.493.4上升管各段出口水温I II IIIout . 1ttout .2out . 3tuctout .1= + 860Q min,1 /G t out.2= tout .1+860Q min,2 /Gout .3 out . 2+860Q= min,3 /G95.18116.43141.3494.51107.80123.3694.14103.0113.37上升管各段平均水温It

33、1t1 = 05( + t out .1)94.2993.9693.77IIt2Ct2 = 0.5 3 out .1+ t105.81101.1598.57It3t3= 0) 5(t out .2+ t128.89115.58108.19上升管各段水的P r s.1平均密度=1008.6263-0.2811 t 1962.63962.87962.99I-0.002192 t 12P r s.1kg/m3P r s 2954.34957.76959.62IIPr=1008.6263-0.2811 t 2IP r-0.002192 t 2 2935.98946.85952.56s.3Prs.3=1

34、008.6263-0.2811t3-0.002192 t 3 2上升管中平均水温C=0.5( + t out .3 )117.37108.38103.39上升管中水的平均T* Qkg/m3rs = 1008.6263-0.2811945.44952.41956.13密度rs-0.002192 t av.r上升管中水的平均Wrsm/s可穿=G/(3600A 0 郁)0.09660.15350.2294流速 rs上升管沿程摩擦阻rs0.03020.02840.0271力系数上升管总、阻力系数rsrs = rsl/din+ rs.lc7.847.517.26上升管流动阻力Pa=rs rs Wrs2

35、/ 234.6284.24182.73上升管各段重位压降IPst 1Pst .1 = h1Prs.1 g9632.39634.69635.9IIPst. 2PaP st. 2 = h 2Prs.2 g23030.823113.323158.IPst. 3P st. 3 = h 3Prs.3 g11110.211239.3211307.0上升管两端总压差P1 rsPaPrs = + Pst 143807.944071.444283.+ Pst. 2 + Pst. 38表A-13受热最强管中两端压差计算结果名称符号单位计算公式及来源假设流量kg/h100014001800下降管入L水温C93.49

36、3.493.4下降管出口水温octout.dc = t in.dc +860 Qdc /g93.493.493.4上升管各段出口水 温IIIIIItout .1tout .2tout .3octout .1 = + 860Q max,1/Gtout.2=tout.1+860Q max,2 /Gtout.3 =tout .2 +860Q max,3 /95.71123.35155.7295.05114.79137.9294.69 110.04 128.02上升管各段平均水 温IIIIt1t2t3ct1 = 0.5( + t out .1) t2 = 0.5(t out .1+ t t3= 0) 5(t out .2+ t94.56109.53139.5394.23104.92126.3594.04102.36119.03上升管各段水的平 均密度IIIIPr s1 .Pr s2 rs.Prkg/m3r s.1P=1008.6263-0.2811 t 1-0.002192 t 12r s. 2=1008.6263-0.2811 t 2-0.002192 t 2 2rs.3=10086263-02811t33-0.002192 t 3 2962.45951.54926.73962.68955.0938.11962.80956.88944.11上升