自然循环锅炉水动力

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)。

锅炉自然循环的原理锅炉自然循环是指在锅炉热交换管内，由于自然对流的存在，热水和冷水在密度差的驱使下，自然形成上升和下降的循环流动。

锅炉自然循环的原理可以从密度差、温度差和浮力平衡三个方面来解释。

首先，密度差是导致自然循环的根本原因。

根据物理学原理，热水的密度要小于冷水的密度。

当锅炉内的炉膛燃烧燃料，使炉膛和水管受热后，热水的密度降低，容易上升；而冷水的密度增加，容易下降。

这种密度差是自然循环产生的动力。

其次，温度差也是自然循环的重要条件。

由于锅炉内部热交换管燃烧侧的温度较高，而供水侧的温度较低，两者之间存在温差。

这种温差会造成热水上升、冷水下降的趋势，推动了循环的发生。

最后，浮力平衡也是锅炉自然循环的一个重要因素。

当热水受热后，密度减小，上升；冷水受冷后密度增加，下降。

在这个过程中，上升的热水受到管壁和相邻冷水的浮力作用，形成上升运动；而下降的冷水受到上升热水的浮力作用，形成下降运动。

这种浮力的平衡是自然循环持续进行的基础。

综上所述，锅炉自然循环的原理是由于热水和冷水在密度差、温度差和浮力平衡的作用下，形成上升和下降的循环流动。

在具体的锅炉系统中，通常存在锅炉炉膛、水管、烟管等热交换区域。

当炉膛内燃料燃烧产生高温烟气，通过烟管传热到水管内的水，使水受热，形成上升运动，然后经过循环管的下降段走向锅炉底部，与冷的进水混合后形成循环流动。

烟气在经过烟管后，损失了部分热量，降温后排放至大气中。

锅炉自然循环有以下几个特点：第一，自然循环无需辅助设备，不需要泵等能源设备就能实现水的流动。

因此，自然循环具有节能、经济的特点。

第二，自然循环具有简单可靠的特点。

相比较于强制循环，自然循环的工作原理更为简单，运行过程中无需额外的控制和调节。

只有确保锅炉内部的热量传递平衡，自然循环就可以稳定运行。

第三，自然循环一般适用于锅炉功率小、工作压力不高、蒸汽量较小或工作条件相对稳定的情况。

对于工作压力较高的大型锅炉，通常需要配备强制循环设备以增加循环动力。

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。

锅炉自然循环的工作原理
锅炉自然循环是一种常见的热能转换装置，在工业和家用领域广泛应用。

它的工作原理基于自然对流的原理，不需要外部动力设备来驱动循环。

锅炉自然循环的主要组成部分包括锅炉本体、水冷壁、蓄热器、蒸汽分离器和水箱等。

首先，锅炉内的水被加热，形成热循环。

工作时，炉膛内的燃料燃烧产生热量，通过锅炉壁将热量传递给水冷壁。

被加热的水通过自然对流作用，上升到蓄热器并进一步加热。

加热后的水变得密度较小，形成轻质热水层，沿着水箱壁面上升。

当水达到蒸汽分离器时，蒸汽分离器的作用是将蒸汽和液体水分离。

在蒸汽分离器中，蒸汽上升到顶部，而水下降到底部。

分离后的蒸汽被导出到多个应用系统中，而分离的液体水则再次进入水冷壁，完成第二次循环。

整个循环的过程中，水的密度变化导致了自然对流的产生，从而形成热对流。

热水上升、冷水下降的循环过程不断重复，实现了热量的传递和转换。

需要注意的是，在锅炉自然循环的过程中，水的温度、压力和密度变化是相互关联的。

随着水的升温和蒸发，蒸汽和水之间的相变也会影响循环的稳定性和效率。

总的来说，锅炉自然循环是利用自然对流的原理，通过热量的
传递和水的密度变化实现热能的转换。

相比于其他循环方式，它具有结构简单、运行稳定等优点，在很多应用场景中被广泛采用。

自然循环锅炉水循环的自补偿特性
下降管内水的重度与上升管内汽水混合物的重度差，乘以循环回路高度所得到的运动压头是锅炉水循环的动力。

锅炉负荷增加时，上升管内蒸汽含量增加，管内汽水混合物的重度下降，循环回路的运动压头增加。

但上升管内汽水混合物的流速增加，上升管的流动阻力也增加。

在锅炉负荷较低时，负荷增加，运动压头的增加值大于上升管流动阻力的增加值，因此循环流速增加。

见下图中的AC段。

循环流速随上升管中蒸汽干度变化的曲线
我们将锅炉负荷增加，循环流速自动提高的特性，称为锅炉水循环的自补偿特性。

当锅炉负荷继续增加，循环流速达到最大值后，继续增大负荷，虽然运动压头也继续增加，但由于上升管的流动阻力与汽水混合物流速的平方成正比，与汽水混合物的重度成正比，流动压头的增加值小于上升管流动阻力的增加值，导致循环流速下降，见图1中的CD段。

维持一定的循环流速对于确保上升管获得良好的冷却，从而避免上升管超温是非常重要的。

通常随着锅炉负荷的增加，因上升管的热负荷上升和汽水混合物的重度下降，上升管的壁
温是升高的。

因此，设计锅炉时应使锅炉工作在曲线的AC段。

由于在AC段，锅炉负荷增加时，循环流速提高可以降低上升管壁温上升的幅度，对锅炉安全运行是有利的。

锅炉自然水循环的工作原理
锅炉自然水循环的工作原理是指通过自然力，利用水的密度变化和热量传递的方式，实现能源转化和热能传递过程的一种机制。

在锅炉中，燃料燃烧产生高温燃烧气体，将热能传递给锅炉水，在烟气温度和炉水温度的驱动下，使水在锅炉内部形成自然循环，实现热能的转移。

首先，燃料燃烧后释放的高温烟气通过锅炉的烟道排出，同时也将热能传递给锅炉水，使其吸热并升温。

烟气的温度逐渐降低，而锅炉水的温度则逐渐升高。

其次，由于水的密度随温度的变化而发生变化，热能的加热使得锅炉水的密度减小，从而使得热水上升，冷水下降。

这种密度变化引起了水的对流运动，即冷水从锅炉的较低部分流向较高部分，而热水则从较高部分流向较低部分，形成了自然循环。

同时，在锅炉内部设置的水冷壁和水管也起到了关键作用。

烟气通过水冷壁或水管的表面，将热量传递给锅炉水，使其进一步吸热，进一步升温。

这样，锅炉水中的温度差异增大，促进了自然循环的进行。

最后，锅炉自然水循环的工作原理还与锅炉的结构、尺寸、燃料种类等因素有关。

合理设计锅炉内部的空间布局和水流路径，选择适当的锅炉尺寸和类型，以及控制好燃料的燃烧过程，都能对锅炉自然水循环起到积极的促进作用。

总之，锅炉自然水循环的工作原理是通过自然力驱动，利用水的密度变化和热量传递，使锅炉水在锅炉内部形成自然循环，实现能源转化和热能传递。

这种机制在锅炉工作中起着重要的作用，确保了锅炉的高效、安全运行。

自然循环锅炉和直流循环锅炉的特点分析一、自然循环锅炉的特点自然循环研究的对象是自然循环锅炉蒸发系统里工质的行为。

自然循环锅炉的蒸发系统由汽包、下降管、分配水管、下联箱、上升管、上联箱、汽水引出管、汽水分离器组成。

这个蒸发系统是闭合的，工质在闭合的蒸发系统内流动称为循环。

自然循环的研究内容是：上升管受热、循环回路里工质吸热和流动的特性。

就学科来讲，自然循环属于水动力学和沸腾传热范畴，通常称为自然循环水动力学。

自然循环的工作原理是：工质依靠上升管受热所产生的密度差沿着闭合的路线运动。

需要指出：蒸汽走的路线不是闭合的路线，在回路里，只有水在那里循环流动，所以又称为水循环。

二、直流循环锅炉的特点(1) 因没有汽包，所以不能把受热面固定下来，在工况变化时，受热面长度发生变化。

也因为没有汽包，直流循环锅炉升温快，即是启动速度快。

(2) 适用于亚临界和超临界以及超超临界压力锅炉。

(3) 工质一次通过受热面，蒸发量D等于给水量G。

借用循环倍率的概念，直流锅炉循环倍率K=G/D=1.正因为工质一次通过受热面，所以第二类传热恶化现象一定会发生。

(4) 水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克服，这部分阻力约占全部阻力的25%～30%。

所需的给水泵压头高，既提高了制造成本，又增加了运行耗电量。

(5) 直流锅炉启动时约有30%额定流量的工质经过水冷壁并被加热，为了回收启动过程的工质和热量并保证低负荷运行时水冷壁管内有足够的重量流速，直流锅炉需要设置专门的启动系统，而且需要设置过热器的高压旁路系统和再热器的低压旁路系统。

加上直流锅炉的参数比较高，需要的金属材料档次相应要提高，其总成本不低于自然循环锅炉。

(6) 直流循环锅炉没有自动补偿能力，即受热强的管子，流动速度小。

(7) 为了达到较高的重量流速，必须采用小管径水冷壁。

这样，不但提高了传热能力而且节省了金属，减轻了炉墙重量，同时减小了锅炉的热惯性。

(8)直流循环锅炉在设计、制造、安装过程中适用于任何压力，制造方便，而且节约金属。

论文题目：影响动力车间锅炉水循环的因素分析摘要：通过对动力车间75T/H蒸汽锅炉水循环的分析，总结出影响水循环回路工作特性的五个主要因素，即锅炉工作压力、水冷壁受热强弱、下降管是否含汽及含汽多少、循环回路的阻力特性和循环回路高度。

在这五个主要因素中，除了循环回路高度由于自身设计问题已不可改变之外，其余四个因素的变化都直接影响着水循环的好坏，因此，调整好这四个主要因素，可以保持良好的水循环，在生产实践中，为指导锅炉安全运行和技术改造提供可靠的保证。

关键词：锅炉,水循环,影响因素0引言水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面回路中的循环流动，称为锅炉的水循环。

锅炉水循环分为自然循环和强制循环两种。

依靠工质的密度差循环流动的，称为自然循环；借助水泵的压力使工质流动的循环，称为强制循环。

在工业锅炉中，除热水锅炉外，绝大多数的蒸汽锅炉都采用自然循环。

中石化湛江东兴石油化工有限公司动力车间75T/H 的蒸汽锅炉采用的就是自然循环，以下就以此锅炉为例对自然循环进行分析，从而总结出影响水循环回路工作特性的主要因素。

1自然循环的原理图1为锅炉的自然循环回路简单示意图。

它由汽包、下降管、下联箱、水冷壁管和上联箱组成。

水自汽包进入不受热的下降管，然后经下联箱进入布置于炉内的水冷壁管，在水冷壁管中受热后部分水汽化，汽水混合物则由于密度较小向上流动输回汽包，如此形成了水的自然循环流动。

动力车间共有两台锅炉，其中每台锅炉都由1个汽包、4根下降管、4个下联箱、4个上联箱及248根水冷壁管组成这样的12个封闭的循环回路。

锅炉在冷态下，下降管的水和水冷壁中水的温度是相同的，两者的重度是相等的,因此,炉水不会流动,在运行状态下,水冷壁吸收炉膛火焰的辐射热（图2）,产生一部分蒸汽,水冷壁管中汽水混合物的重度比炉膛外不受热的下降管中水的重度小,两者重度差与循环回路高度的乘积,称为流动压头,炉水在流动压头的推动下不断循环,因炉水循环不依靠外力推动,故称为自然循环。