自然循環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，我國社會經濟出現了突飛猛進的發展。鍋爐制造行業在這個過程中也得到了很好的發展，但是，缺乏相應準確的水動力計算方式作為保障，造成了我國鍋爐水循環事故的頻發。一方面造成為了巨大的經濟損失，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重要。

關鍵詞：自然循環；熱水鍋爐；水動力

鍋爐形成自然循環的主要動力是循環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故障情況時有發生，加強對故障情況的原因分析，對解決問題和做出預防意義重大。

1 自然循環熱水鍋爐可靠性分析

自然循環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 循環流速

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

如果循環流速產生的過小，就會直接將管內流動的水傳入的熱量直接帶走，從而增加循環流速的值，強化放熱系數，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，循環流速應當可以作為鍋爐水循環運行可靠性的重要評價指標。

1.2 循環倍率

循環倍率是指，在兩相流中，兩相介質的總質量與氣相介質質量之比。

鍋爐在實際運行過程中含有很多個自然循環回路，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，因此鍋爐的總循環水量以及供水量的比值就能利用以下內容表示出來。

因為循環倍率K與其所計算的循環回路進出水溫度有直接關系：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，不管是回路循環倍率，還是全爐循環倍率，都有可能大于1，也有可能小于1。這是熱水鍋爐自然循環的特點之一。

1.3 回路循環特性分析

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

鍋爐在運行的過程中，下降管與各管之間的結構特征會不一致，這造成了管結構的受熱不均衡。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生變化，呈現上升趨勢。

2 自然循環熱水鍋爐水動力可靠性解決措施

由自然循環熱水鍋爐工作原理可知，自然循環熱水鍋爐中工質流動的驅動力來自不受熱的下降管與受熱上升管間的工密度差。回路循環的驅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-為下降管中工質平均密度，單位為kg/m3；？籽ss-為上升管中工質平均密度，單位為kg/m3。

在確定了下降管以及上升管的密度差之后，回路循環高度越高則所所能提供的驅動力就會越大。當驅動力越大的時候就會提升其回路阻力，最終達到提升循環流速大的可能性。與此同時，在回路循環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，其在循環的過程中循環高度越高其吸收的熱量也會隨著減少。因此，自然循環熱水鍋爐回路循環的高度不是越高那么就會變得越來越好，從而應該選擇適當的高度避免因為循環高度不夠導致驅動力過小問題的出現。

2.1 擴大上升管與下降管之間的截面比

上升管和下降管產生的流速、流量以及截面面積之間存在聯系。回路管位置的水流速W可根據下列式子進行計算：

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、工質密度以及工質流速有關。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也就同時確定了。如果這種情況下想要提高循環流速情況，只能以改進回路的結構來實現。

2.3 減小并聯上升管的熱偏差

自然循環熱水鍋爐水動力系統中相關的影響因素，不同回路產生并聯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，工質水溫就很低，密度也就相對較大，流動阻力系數較大。相同情況下的循環動力壓頭會比其他的管子循環流速更小，基于這種情況，在對鍋爐進行設計時，應當形成獨立的循環回路，盡可能的降低并聯上升管出現熱偏差情況。不過即使各個回路并聯管組的結構特性完全一樣，受熱不均也很難完全避免。

3 結束語

文章針對自然循環熱水鍋爐水動力不確定因素進行了分析，認為自然循環熱水鍋爐水動力可靠性和循環流速和倍率有很大的關系，為了能從整體上強化自然循環熱水鍋爐的水動力的穩定因素，針對其自然循環熱水鍋爐水動力可靠性提出了相關的建議，從而提升自然循環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.應用Excel進行自然循環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計和校核的方法：中國，200710017379[P].2007-08-08.

[3]謝金芳.基于管網計算理論的通用鍋爐水動力計算系統的研究與應用[D].浙江大學，2011：42-51.

[4]劉國偉，董 ，錢玉粉，等.自然循環熱水鍋爐射流裝置的數值模擬研究[J].工業鍋爐，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部，2013（10）：1-48.endprint

摘 要：改革開放之后，我國社會經濟出現了突飛猛進的發展。鍋爐制造行業在這個過程中也得到了很好的發展，但是，缺乏相應準確的水動力計算方式作為保障，造成了我國鍋爐水循環事故的頻發。一方面造成為了巨大的經濟損失，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重要。

關鍵詞：自然循環；熱水鍋爐；水動力

鍋爐形成自然循環的主要動力是循環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故障情況時有發生，加強對故障情況的原因分析，對解決問題和做出預防意義重大。

1 自然循環熱水鍋爐可靠性分析

自然循環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 循環流速

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

如果循環流速產生的過小，就會直接將管內流動的水傳入的熱量直接帶走，從而增加循環流速的值，強化放熱系數，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，循環流速應當可以作為鍋爐水循環運行可靠性的重要評價指標。

1.2 循環倍率

循環倍率是指，在兩相流中，兩相介質的總質量與氣相介質質量之比。

鍋爐在實際運行過程中含有很多個自然循環回路，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，因此鍋爐的總循環水量以及供水量的比值就能利用以下內容表示出來。

因為循環倍率K與其所計算的循環回路進出水溫度有直接關系：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，不管是回路循環倍率，還是全爐循環倍率，都有可能大于1，也有可能小于1。這是熱水鍋爐自然循環的特點之一。

1.3 回路循環特性分析

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

鍋爐在運行的過程中，下降管與各管之間的結構特征會不一致，這造成了管結構的受熱不均衡。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生變化，呈現上升趨勢。

2 自然循環熱水鍋爐水動力可靠性解決措施

由自然循環熱水鍋爐工作原理可知，自然循環熱水鍋爐中工質流動的驅動力來自不受熱的下降管與受熱上升管間的工密度差。回路循環的驅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-為下降管中工質平均密度，單位為kg/m3；？籽ss-為上升管中工質平均密度，單位為kg/m3。

在確定了下降管以及上升管的密度差之后，回路循環高度越高則所所能提供的驅動力就會越大。當驅動力越大的時候就會提升其回路阻力，最終達到提升循環流速大的可能性。與此同時，在回路循環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，其在循環的過程中循環高度越高其吸收的熱量也會隨著減少。因此，自然循環熱水鍋爐回路循環的高度不是越高那么就會變得越來越好，從而應該選擇適當的高度避免因為循環高度不夠導致驅動力過小問題的出現。

2.1 擴大上升管與下降管之間的截面比

上升管和下降管產生的流速、流量以及截面面積之間存在聯系。回路管位置的水流速W可根據下列式子進行計算：

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、工質密度以及工質流速有關。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也就同時確定了。如果這種情況下想要提高循環流速情況，只能以改進回路的結構來實現。

2.3 減小并聯上升管的熱偏差

自然循環熱水鍋爐水動力系統中相關的影響因素，不同回路產生并聯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，工質水溫就很低，密度也就相對較大，流動阻力系數較大。相同情況下的循環動力壓頭會比其他的管子循環流速更小，基于這種情況，在對鍋爐進行設計時，應當形成獨立的循環回路，盡可能的降低并聯上升管出現熱偏差情況。不過即使各個回路并聯管組的結構特性完全一樣，受熱不均也很難完全避免。

3 結束語

文章針對自然循環熱水鍋爐水動力不確定因素進行了分析，認為自然循環熱水鍋爐水動力可靠性和循環流速和倍率有很大的關系，為了能從整體上強化自然循環熱水鍋爐的水動力的穩定因素，針對其自然循環熱水鍋爐水動力可靠性提出了相關的建議，從而提升自然循環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.應用Excel進行自然循環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計和校核的方法：中國，200710017379[P].2007-08-08.

[3]謝金芳.基于管網計算理論的通用鍋爐水動力計算系統的研究與應用[D].浙江大學，2011：42-51.

[4]劉國偉，董 ，錢玉粉，等.自然循環熱水鍋爐射流裝置的數值模擬研究[J].工業鍋爐，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部，2013（10）：1-48.endprint

摘 要：改革開放之后，我國社會經濟出現了突飛猛進的發展。鍋爐制造行業在這個過程中也得到了很好的發展，但是，缺乏相應準確的水動力計算方式作為保障，造成了我國鍋爐水循環事故的頻發。一方面造成為了巨大的經濟損失，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重要。

關鍵詞：自然循環；熱水鍋爐；水動力

鍋爐形成自然循環的主要動力是循環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故障情況時有發生，加強對故障情況的原因分析，對解決問題和做出預防意義重大。

1 自然循環熱水鍋爐可靠性分析

自然循環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 循環流速

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

如果循環流速產生的過小，就會直接將管內流動的水傳入的熱量直接帶走，從而增加循環流速的值，強化放熱系數，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，循環流速應當可以作為鍋爐水循環運行可靠性的重要評價指標。

1.2 循環倍率

循環倍率是指，在兩相流中，兩相介質的總質量與氣相介質質量之比。

鍋爐在實際運行過程中含有很多個自然循環回路，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，因此鍋爐的總循環水量以及供水量的比值就能利用以下內容表示出來。

因為循環倍率K與其所計算的循環回路進出水溫度有直接關系：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，不管是回路循環倍率，還是全爐循環倍率，都有可能大于1，也有可能小于1。這是熱水鍋爐自然循環的特點之一。

1.3 回路循環特性分析

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

鍋爐在運行的過程中，下降管與各管之間的結構特征會不一致，這造成了管結構的受熱不均衡。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生變化，呈現上升趨勢。

2 自然循環熱水鍋爐水動力可靠性解決措施

由自然循環熱水鍋爐工作原理可知，自然循環熱水鍋爐中工質流動的驅動力來自不受熱的下降管與受熱上升管間的工密度差。回路循環的驅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-為下降管中工質平均密度，單位為kg/m3；？籽ss-為上升管中工質平均密度，單位為kg/m3。

在確定了下降管以及上升管的密度差之后，回路循環高度越高則所所能提供的驅動力就會越大。當驅動力越大的時候就會提升其回路阻力，最終達到提升循環流速大的可能性。與此同時，在回路循環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，其在循環的過程中循環高度越高其吸收的熱量也會隨著減少。因此，自然循環熱水鍋爐回路循環的高度不是越高那么就會變得越來越好，從而應該選擇適當的高度避免因為循環高度不夠導致驅動力過小問題的出現。

2.1 擴大上升管與下降管之間的截面比

上升管和下降管產生的流速、流量以及截面面積之間存在聯系。回路管位置的水流速W可根據下列式子進行計算：

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、工質密度以及工質流速有關。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也就同時確定了。如果這種情況下想要提高循環流速情況，只能以改進回路的結構來實現。

2.3 減小并聯上升管的熱偏差

自然循環熱水鍋爐水動力系統中相關的影響因素，不同回路產生并聯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，工質水溫就很低，密度也就相對較大，流動阻力系數較大。相同情況下的循環動力壓頭會比其他的管子循環流速更小，基于這種情況，在對鍋爐進行設計時，應當形成獨立的循環回路，盡可能的降低并聯上升管出現熱偏差情況。不過即使各個回路并聯管組的結構特性完全一樣，受熱不均也很難完全避免。

3 結束語

文章針對自然循環熱水鍋爐水動力不確定因素進行了分析，認為自然循環熱水鍋爐水動力可靠性和循環流速和倍率有很大的關系，為了能從整體上強化自然循環熱水鍋爐的水動力的穩定因素，針對其自然循環熱水鍋爐水動力可靠性提出了相關的建議，從而提升自然循環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.應用Excel進行自然循環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計和校核的方法：中國，200710017379[P].2007-08-08.

[3]謝金芳.基于管網計算理論的通用鍋爐水動力計算系統的研究與應用[D].浙江大學，2011：42-51.

[4]劉國偉，董 ，錢玉粉，等.自然循環熱水鍋爐射流裝置的數值模擬研究[J].工業鍋爐，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部，2013（10）：1-48.endprint