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 tbac.w： 70供水温度 thot.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，第区段为覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，第区段为未覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，第区段为炉顶水冷壁(图 A-2)A2.2 后墙回路上升管划分为二个区段，第区段为覆盖有耐火
2、涂料层的水冷壁管，剩下的受热面作为第区段(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=3470.7850.0442 = 0.5274 m2下降管区域流通截面积 Adc 为 ： Adc =1560.7850.0442 = 0.2371 m2下降管区域流通截面积与对流管束总的流通截面积比
3、Adc / Ao 为：450=27031.odc其值在推荐值(0.440.48)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 结构特性数据截面积 各区段长度 各区段高度 各区段弯头度数及个数回路名称回路元件管径壁厚管子根数单根管子整个回路与上升管截面积比 总长度 总高度 D n A Ao / l1 l2 l3 l h1 h2 h3 h -n -n -nmmmm / m2 m2 / m m m m m m m m (o ) (o ) (o )前墙水上升管513.5 18 0.0015
4、2 0.0274 1.5 2.56 4.1 8.16 1.02 2.46 1.21 4.69 55 o -2 75o-1冷壁下降管1084 2 0.00785 0.0157 0.57 9.12 4.69 65 o -1 50 o -125 o -1后墙水上升管513.5 18 0.00152 0.0274 6.14 2.99 9.13 3.01 2.42 5.43 128 o-150 o 160 o -1冷壁下降管1084 2 0.00785 0.0157 0.57 8.16 5.43 30 o 130 o -1侧墙水上升管513.5 14 0.00152 0.0213 5.00 5.00冷壁
5、下降管1084 2 0.00785 0.0157 0.74 8.34 5.00 75 o 1对流上升管513.5 191 0.00152 0.2903 4.10 3.70 30 o 2管束下降管513.5 156 0.00152 0.2371 0.82 4.10 3.70 30 o 2A3 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 名 称 符号单位计算公式 前墙水冷壁 后墙水冷壁 侧墙水 对流号 及数据来源 冷壁 管束上升管1 入口阻力系数 in 表 2-4、表 2-6 0.7 0.7 0.7 0.52 出口阻力系
6、数 out 表 2-7 1.0 1.0 1.1 1.03 弯头阻力系数 b b =K o 0.34 0.2 0.41 0.18 0.244 总局部阻力系数rs.lc rs.lc = in+ out + b1.04 1.2 1.11 1.18 1.8 1.74下降管1 入口阻力系数in 表 2-4 0.5 0.5 0.5 0.52 出口阻力系数out 表 2-7 1.1 1.1 1.1 1.03 弯头阻力系数b b =K o 0.48 0.25 0.21 0.244 总局部阻力系数dc.lc dc.lc = in+ out + b2.08 1.85 1.81 1.74A4 各受热面吸热量分配由热
7、力计算得，炉膛水冷壁平均热流密度 qav 为 107.67kW/m2，炉膛出口温度为 out.f = 893.6，对流管束烟气出口温度 out.conv = 220， 对流管束总的受热面积为 Ao=250.9m2， (其中上升管区域受热面积为 Ars=138.1m2)， 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 Qfr =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 ()， 则 为：(A-1)rsofoutconvutAt=)lg()lg(. -式中： t对流管束内工质平均温度， 。t 可
8、取为： t=0.5(thot.w + tbac.w )= 0.5(115+70) = 92.5 ()则由式(A-1)得： 1389250=95926830.).lg().lg( - - 求得： = 383.8 ()则对流管束下降管区域所吸收的热量 Qcd 为：(kW)19678=2089352046319= .).(. - - -convutfotcdQ上升管区域总吸热量 Qcr：Qcr = Q - Qcd=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 符号单位前墙水冷壁后墙水冷壁侧墙水冷壁 对流管束下降管
9、吸热 Qdc kW 0 0 0 678.19上升管吸热量第区Q1 kW 37.24 227.21 每侧 862.11第区 Q2 kW 444.89 912.71 两侧1724.222431.27第区 Q3 kW 521.27A5 各回路水循环计算A5.1 各回路下降管入口水温的假设tin.dc= 0.5(thot.w + tbac.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、G 2、G 3 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
10、 (m/s)G3 对应上升管水速约 Wrs.3 为 0.35 (m/s)则： Gi = 3600fWrs.i (i=1， 2， 3) (kg/h)Ars上升管流通截面积， m2；Wrs.i 假设的上升管水速， m/s；水的密度， kg/m3；Gi 与 Wrs.i 相对应的流量， kg/h。计算时， 对应的温度 t 可取为：t= (thot.w + tbac.w)/2 = (115+70)/2 = 92.5()=1008.6263-0.2811t-0.0021921t2 =1008.6263-0.281192.5-0.002192192.52= 963.87各回路中的循环流量取值如表 A-4 所
11、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)15000 15000 20000 150000G2 (kg/h)20000 25000 25000 200000G3 (kg/h)25000 30000 30000 250000A5.3 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计算结果名 称 符号 单位 计算公式及来源 tin.dc92.5 92.5 92.5回路循环流量 G kg/h 假设值 15000 20000 25000下降管出口水温 tout.dc /GQdc
12、in.out.dc860+=92.5 92.5 92.5下降管平均水温 dcav. =0.5( + )av.i.tout.92.5 92.5 92.5下降管中水的平均密度kg/m3=1008.6263-0.2811dcvt.-0.002192 dcavt.2963.87 963.87 963.87下降管中水速 Wdc m/s Wdc = G/(3600Adc )0.275 0.367 0.459下降管沿程摩擦阻力系数dc 0.0218 0.0211 0.0207下降管总阻力系数 dc dc =dc l/din+dc.lc 4.07 4.004 3.97下降管流动阻力 Pfl.dcPa Pfl.
13、dc = dc W2dc /2 dc148.6 260.1 402.7下降管重位压降 Pst .dPa Pst .dc =h g 44346.644346.6 44346.6上升管各段出口水温tout .1t out .2t out .3tout .1= tout.dc+ 860Q1/G= tout.dc +860 G37.24t out .2= tout .1+860Q2/G= tout .1+860444.89/Gt out .3= t out .2+860Q3/G= t out .2+860521.27/G94.6120.14150.0294.1113.23135.6493.8109.1
14、127.02上升管各段平均水温t1t2t3 t1 = 0.5(tout.dc + tout .1)t2 = 0.5(tout .1+ t out .2)t3= 0.5(t out .2+ t out .3)93.56107.4135.0893.3103.66124.4393.14101.4118.05上升管各段水的平均密度 r s.1r s.2 kg/m3r s.1 =1008.6263-0.2811 t1-0.002192 t12r s. 2 =1008.6263-963.13953.16963.3955.93963.4957.56r s.3 0.2811 t2- 0.002192 t2 2
15、r s.3=1008.6263-0.2811 t3-0.002192 t3 2930.65 939.7 944.9上升管中平均水温 tav.rs tav.rs =0.5(tout.dc + t out .3 ) 120.26 114.07 109.76上升管中水的平均密度rskg/m3= 1008.6263-0.2811 rstav.rs-0.002192 tav.r s2942.3 948.04 951.36上升管中水的平均流速rsWm/s = G/(3600Ars )rsr0.1614 0.2138 0.2664上升管沿程摩擦阻力系数rs 0.0278 0.027 0.0264上升管总阻力
16、系数 rs rs = rsl/din+rs.lc 7.395 7.247 7.136上升管流动阻力 Pfl.rsPa Pfl.rs = rs Wrs2 / 2rs90.74 157.14 240.9上升管各段重位压降Pst 1Pst. 2Pst. 3PaPst .1 = h1rs.1 gP st. 2 = h2rs.2 gP st. 3 = h3rs.3 g9637.323002.2411046.969639.1523069.0511154.379640.323108.411216.0上升管侧总压差 Prs Pa Prs =Pfl. rs+Pst 1 +Pst. 2+P st. 343777.
17、2644019.7 44205.6下降管侧总压差 Pdc Pa Pdc = Pst.dc- Pfl. dc 44197.9344086.4743943.87140160180202024026037843904102 APxj, tj=92.5Ps, txj=92.5 oC1460Ps, xj(a) G (kg/h)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计算结果名 称 符 号单位 计算公式及来源 tin.dc92.5 92.5 92.5回路循环流量 G Kg/h 假设值 15000 25000 30000下降管出口水温 tout.dc /GQdcin.
18、out.dc860+=92.5 92.5 92.5下降管平均水温 dcav. =0.5( + )av.i.tout.92.5 92.5 92.5下降管中水的平均密度kg/m3=1008.6263-0.2811dct.-0.002192 2dcavt.963.87 963.87 963.87下降管中水速 Wdc M/s Wdc = G/(3600Adc )0.275 0.459 0.551下降管沿程摩擦阻力系数dc 0.0218 0.0207 0.0204下降管总阻力系数dc dc =dc l/din+dc.lc 3.63 3.54 3.51下降管流动阻力 Pfl.dcPa Pfl.dc = d
19、c W2dc dc/2 132.60 359.18 513.65下降管重位压降 Pst .dcPa Pst .dc =h g 51343.7 51343.7 51343.7上升管各段出口水温tout .1t out .2tout .1= tout.dc+ 860Q1/G= tout.dc +860 G27.t out .2= tout .1+860Q2/G= tout .1+860 91.105.53157.85100.316131.7199.01125.18上升管各段平均水温t1t2 t1 = 0.5(tout.dc + tout .1)t2 = 0.5(tout .1+ t out .2)
20、99.01131.6996.41116.0195.75112.1上升管各段水的平均密度 r s.1r s.2kg/m3r s.1 =1008.6263-0.2811 t1-0.002192 t12r s. 2 =1008.6263-0.2811 t2- 0.002192 t2 2959.3933.6961.15946.5961.6949.57上升管中平均水温tav.rs tav.rs =0.5(tout.dc + t out .2 ) 125.18 112.10 108.8上升管中水的平均密度rskg/m3= 1008.6263-rs0.2811 tav.rs-0.002192 tav.r s
21、2939.09 949.56 952.06上升管中水的平均流速rsWm/s = G/(3600Ars )rsr0.162 0.267 0.3194上升管沿程摩擦阻力系数rs 0.0276 0.0263 0.0259上升管总阻力系数rs rs = rsl/din+rs.lc 8.017 7.747 7.66上升管流动阻力 Pfl.rsPa Pfl.rs = rs Wrs2 / 2rs98.71 262.0 372.3上升管各段重位压降Pst 1Pst. 2PaPst .1 = h1rs.1 gP st. 2 = h2rs.2 g28326.4322163.6928381.022470.428394.522543.0上升管侧总压差 Prs Pa Prs =Pfl. rs+Pst 1 +Pst. 250588.8451113.4 51309.86下降管侧总压差 Pdc Pa Pdc = Pst.dc- Pfl. dc 51211.1 50984.5 50830.01406180202460283025607589105213054 APxj, tj=92.5 oCPs, txj=92.5 oC315513.Ps, xj(a) G (kg/h)图 A-7 后墙水冷壁回路水循环特性曲线
