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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。
