自然循环热水锅炉水动力不确定因素分析

毛博　范武航

摘 要：改革开放之后，我国社会经济出现了突飞猛进的发展。锅炉制造行业在这个过程中也得到了很好的发展，但是，缺乏相应准确的水动力计算方式作为保障，造成了我国锅炉水循环事故的频发。一方面造成为了巨大的经济损失，另一方面使得工作人员的人身安全受到威胁。基于这种情况，加强对自然循环热水锅炉动力不确定性因素进行分析，并形成解决办法至关重要。

关键词：自然循环；热水锅炉；水动力

锅炉形成自然循环的主要动力是循环回路过程中的运动压头。也就是上升管和下降管之间形成的重位压差造成的一种动能。这个重位压差越大，可以克服管段流动阻力的能量也就越大。也就是我们通常所述的流量和水流越大。锅炉在工作的过程中水循环故障情况时有发生，加强对故障情况的原因分析，对解决问题和做出预防意义重大。

1 自然循环热水锅炉可靠性分析

自然循环热水锅炉可靠性分析过程中具有一定的标准，该标准具体包括三个方面：

1.1 循环流速

Wo-表示循环流速。？籽'-表示的是水行上升管过程中密度情况，这时候应当取锅炉压力基础上的饱和水密度，kg/m3。G-表示为上升管中的水流量情况，也就是水质量流量，单位为kg/h。fss-则表示循环回路中的上升管总截面积情况。

如果循环流速产生的过小，就会直接将管内流动的水传入的热量直接带走，从而增加循环流速的值，强化放热系数，从而造成热量的散失也就越多。这样上升管的管壁冷却效果就越好。由此可见，循环流速应当可以作为锅炉水循环运行可靠性的重要评价指标。

1.2 循环倍率

循环倍率是指，在两相流中，两相介质的总质量与气相介质质量之比。

锅炉在实际运行过程中含有很多个自然循环回路，他们的供水温度和回水温度都是相同的。但是，因为其吸收的热量和温度上升不同，因此锅炉的总循环水量以及供水量的比值就能利用以下内容表示出来。

因为循环倍率K与其所计算的循环回路进出水温度有直接关系：当 K<1时，下降管入口水温下降管出口水温。当K>1时，下降管入口水温。因此在热水锅炉中，不管是回路循环倍率，还是全炉循环倍率，都有可能大于1，也有可能小于1。这是热水锅炉自然循环的特点之一。

1.3 回路循环特性分析

循环回路形成的主要特性是在特定的热环境下，管段降压、循环流速二者之间形成的关系。通常情况下的下降管压差方差分析结果如下：

锅炉在运行的过程中，下降管与各管之间的结构特征会不一致，这造成了管结构的受热不均衡。因此，每根管的水动力特性也不相同。上升管的受热情况相对较差时，会使压差的特性曲线发生变化，呈现上升趋势。

2 自然循环热水锅炉水动力可靠性解决措施

由自然循环热水锅炉工作原理可知，自然循环热水锅炉中工质流动的驱动力来自不受热的下降管与受热上升管间的工密度差。回路循环的驱动力可以用下面公式表示：

（？籽xj-？籽ss）Hg=？驻Pxj+？驻Pss式中：

g-为重力加速度，单位为m/s2；？籽xj-为下降管中工质平均密度，单位为kg/m3；？籽ss-为上升管中工质平均密度，单位为kg/m3。

在确定了下降管以及上升管的密度差之后，回路循环高度越高则所所能提供的驱动力就会越大。当驱动力越大的时候就会提升其回路阻力，最终达到提升循环流速大的可能性。与此同时，在回路循环高度不断增加的过程中受热管段的热量也会越来越大，尤其是安装在炉膛顶部的管段，其在循环的过程中循环高度越高其吸收的热量也会随着减少。因此，自然循环热水锅炉回路循环的高度不是越高那么就会变得越来越好，从而应该选择适当的高度避免因为循环高度不够导致驱动力过小问题的出现。

2.1 扩大上升管与下降管之间的截面比

上升管和下降管产生的流速、流量以及截面面积之间存在联系。回路管位置的水流速W可根据下列式子进行计算：

2.2 降低上升管与下降管之间的流动阻力

上升管与下降管之间的流动阻力、阻力系数、工质密度以及工质流速有关。计算公式如下：

当上升管与下降管管段中回路的动力压头情况确定之后，形成的流动阻力系数也就同时确定了。如果这种情况下想要提高循环流速情况，只能以改进回路的结构来实现。

2.3 减小并联上升管的热偏差

自然循环热水锅炉水动力系统中相关的影响因素，不同回路产生并联情况使得上升管组不能达到均匀受热效果。其中受热较少的管段，工质水温就很低，密度也就相对较大，流动阻力系数较大。相同情况下的循环动力压头会比其他的管子循环流速更小，基于这种情况，在对锅炉进行设计时，应当形成独立的循环回路，尽可能的降低并联上升管出现热偏差情况。不过即使各个回路并联管组的结构特性完全一样，受热不均也很难完全避免。

3 结束语

文章针对自然循环热水锅炉水动力不确定因素进行了分析，认为自然循环热水锅炉水动力可靠性和循环流速和倍率有很大的关系，为了能从整体上强化自然循环热水锅炉的水动力的稳定因素，针对其自然循环热水锅炉水动力可靠性提出了相关的建议，从而提升自然循环热水锅炉水动力的确定性。

参考文献

[1]袁良义，李长征，魏继勇.应用Excel进行自然循环热水锅炉水动力计算[J].江苏锅炉，2008（3）：6-10.

[2]车得福，闰凯，吉平，等.一种锅炉水动力通用设计和校核的方法：中国，200710017379[P].2007-08-08.

[3]谢金芳.基于管网计算理论的通用锅炉水动力计算系统的研究与应用[D].浙江大学，2011：42-51.

[4]刘国伟，董 ，钱玉粉，等.自然循环热水锅炉射流装置的数值模拟研究[J].工业锅炉，2010（2）：1-3.

[5]董祖康，沈勤，王孟浩，等.JB/Z201-83电站锅炉水动力计算方法[S].中华人民共和国机械工业部，2013（10）：1-48.endprint

摘 要：改革开放之后，我国社会经济出现了突飞猛进的发展。锅炉制造行业在这个过程中也得到了很好的发展，但是，缺乏相应准确的水动力计算方式作为保障，造成了我国锅炉水循环事故的频发。一方面造成为了巨大的经济损失，另一方面使得工作人员的人身安全受到威胁。基于这种情况，加强对自然循环热水锅炉动力不确定性因素进行分析，并形成解决办法至关重要。

关键词：自然循环；热水锅炉；水动力

锅炉形成自然循环的主要动力是循环回路过程中的运动压头。也就是上升管和下降管之间形成的重位压差造成的一种动能。这个重位压差越大，可以克服管段流动阻力的能量也就越大。也就是我们通常所述的流量和水流越大。锅炉在工作的过程中水循环故障情况时有发生，加强对故障情况的原因分析，对解决问题和做出预防意义重大。

1 自然循环热水锅炉可靠性分析

自然循环热水锅炉可靠性分析过程中具有一定的标准，该标准具体包括三个方面：

1.1 循环流速

Wo-表示循环流速。？籽'-表示的是水行上升管过程中密度情况，这时候应当取锅炉压力基础上的饱和水密度，kg/m3。G-表示为上升管中的水流量情况，也就是水质量流量，单位为kg/h。fss-则表示循环回路中的上升管总截面积情况。

如果循环流速产生的过小，就会直接将管内流动的水传入的热量直接带走，从而增加循环流速的值，强化放热系数，从而造成热量的散失也就越多。这样上升管的管壁冷却效果就越好。由此可见，循环流速应当可以作为锅炉水循环运行可靠性的重要评价指标。

1.2 循环倍率

循环倍率是指，在两相流中，两相介质的总质量与气相介质质量之比。

锅炉在实际运行过程中含有很多个自然循环回路，他们的供水温度和回水温度都是相同的。但是，因为其吸收的热量和温度上升不同，因此锅炉的总循环水量以及供水量的比值就能利用以下内容表示出来。

因为循环倍率K与其所计算的循环回路进出水温度有直接关系：当 K<1时，下降管入口水温下降管出口水温。当K>1时，下降管入口水温。因此在热水锅炉中，不管是回路循环倍率，还是全炉循环倍率，都有可能大于1，也有可能小于1。这是热水锅炉自然循环的特点之一。

1.3 回路循环特性分析

循环回路形成的主要特性是在特定的热环境下，管段降压、循环流速二者之间形成的关系。通常情况下的下降管压差方差分析结果如下：

锅炉在运行的过程中，下降管与各管之间的结构特征会不一致，这造成了管结构的受热不均衡。因此，每根管的水动力特性也不相同。上升管的受热情况相对较差时，会使压差的特性曲线发生变化，呈现上升趋势。

2 自然循环热水锅炉水动力可靠性解决措施

由自然循环热水锅炉工作原理可知，自然循环热水锅炉中工质流动的驱动力来自不受热的下降管与受热上升管间的工密度差。回路循环的驱动力可以用下面公式表示：

（？籽xj-？籽ss）Hg=？驻Pxj+？驻Pss式中：

g-为重力加速度，单位为m/s2；？籽xj-为下降管中工质平均密度，单位为kg/m3；？籽ss-为上升管中工质平均密度，单位为kg/m3。

在确定了下降管以及上升管的密度差之后，回路循环高度越高则所所能提供的驱动力就会越大。当驱动力越大的时候就会提升其回路阻力，最终达到提升循环流速大的可能性。与此同时，在回路循环高度不断增加的过程中受热管段的热量也会越来越大，尤其是安装在炉膛顶部的管段，其在循环的过程中循环高度越高其吸收的热量也会随着减少。因此，自然循环热水锅炉回路循环的高度不是越高那么就会变得越来越好，从而应该选择适当的高度避免因为循环高度不够导致驱动力过小问题的出现。

2.1 扩大上升管与下降管之间的截面比

上升管和下降管产生的流速、流量以及截面面积之间存在联系。回路管位置的水流速W可根据下列式子进行计算：

2.2 降低上升管与下降管之间的流动阻力

上升管与下降管之间的流动阻力、阻力系数、工质密度以及工质流速有关。计算公式如下：

当上升管与下降管管段中回路的动力压头情况确定之后，形成的流动阻力系数也就同时确定了。如果这种情况下想要提高循环流速情况，只能以改进回路的结构来实现。

2.3 减小并联上升管的热偏差

自然循环热水锅炉水动力系统中相关的影响因素，不同回路产生并联情况使得上升管组不能达到均匀受热效果。其中受热较少的管段，工质水温就很低，密度也就相对较大，流动阻力系数较大。相同情况下的循环动力压头会比其他的管子循环流速更小，基于这种情况，在对锅炉进行设计时，应当形成独立的循环回路，尽可能的降低并联上升管出现热偏差情况。不过即使各个回路并联管组的结构特性完全一样，受热不均也很难完全避免。

3 结束语

文章针对自然循环热水锅炉水动力不确定因素进行了分析，认为自然循环热水锅炉水动力可靠性和循环流速和倍率有很大的关系，为了能从整体上强化自然循环热水锅炉的水动力的稳定因素，针对其自然循环热水锅炉水动力可靠性提出了相关的建议，从而提升自然循环热水锅炉水动力的确定性。

参考文献

[1]袁良义，李长征，魏继勇.应用Excel进行自然循环热水锅炉水动力计算[J].江苏锅炉，2008（3）：6-10.

[2]车得福，闰凯，吉平，等.一种锅炉水动力通用设计和校核的方法：中国，200710017379[P].2007-08-08.

[3]谢金芳.基于管网计算理论的通用锅炉水动力计算系统的研究与应用[D].浙江大学，2011：42-51.

[4]刘国伟，董 ，钱玉粉，等.自然循环热水锅炉射流装置的数值模拟研究[J].工业锅炉，2010（2）：1-3.

[5]董祖康，沈勤，王孟浩，等.JB/Z201-83电站锅炉水动力计算方法[S].中华人民共和国机械工业部，2013（10）：1-48.endprint

摘 要：改革开放之后，我国社会经济出现了突飞猛进的发展。锅炉制造行业在这个过程中也得到了很好的发展，但是，缺乏相应准确的水动力计算方式作为保障，造成了我国锅炉水循环事故的频发。一方面造成为了巨大的经济损失，另一方面使得工作人员的人身安全受到威胁。基于这种情况，加强对自然循环热水锅炉动力不确定性因素进行分析，并形成解决办法至关重要。

关键词：自然循环；热水锅炉；水动力

锅炉形成自然循环的主要动力是循环回路过程中的运动压头。也就是上升管和下降管之间形成的重位压差造成的一种动能。这个重位压差越大，可以克服管段流动阻力的能量也就越大。也就是我们通常所述的流量和水流越大。锅炉在工作的过程中水循环故障情况时有发生，加强对故障情况的原因分析，对解决问题和做出预防意义重大。

1 自然循环热水锅炉可靠性分析

自然循环热水锅炉可靠性分析过程中具有一定的标准，该标准具体包括三个方面：

1.1 循环流速

Wo-表示循环流速。？籽'-表示的是水行上升管过程中密度情况，这时候应当取锅炉压力基础上的饱和水密度，kg/m3。G-表示为上升管中的水流量情况，也就是水质量流量，单位为kg/h。fss-则表示循环回路中的上升管总截面积情况。

如果循环流速产生的过小，就会直接将管内流动的水传入的热量直接带走，从而增加循环流速的值，强化放热系数，从而造成热量的散失也就越多。这样上升管的管壁冷却效果就越好。由此可见，循环流速应当可以作为锅炉水循环运行可靠性的重要评价指标。

1.2 循环倍率

循环倍率是指，在两相流中，两相介质的总质量与气相介质质量之比。

锅炉在实际运行过程中含有很多个自然循环回路，他们的供水温度和回水温度都是相同的。但是，因为其吸收的热量和温度上升不同，因此锅炉的总循环水量以及供水量的比值就能利用以下内容表示出来。

因为循环倍率K与其所计算的循环回路进出水温度有直接关系：当 K<1时，下降管入口水温下降管出口水温。当K>1时，下降管入口水温。因此在热水锅炉中，不管是回路循环倍率，还是全炉循环倍率，都有可能大于1，也有可能小于1。这是热水锅炉自然循环的特点之一。

1.3 回路循环特性分析

循环回路形成的主要特性是在特定的热环境下，管段降压、循环流速二者之间形成的关系。通常情况下的下降管压差方差分析结果如下：

锅炉在运行的过程中，下降管与各管之间的结构特征会不一致，这造成了管结构的受热不均衡。因此，每根管的水动力特性也不相同。上升管的受热情况相对较差时，会使压差的特性曲线发生变化，呈现上升趋势。

2 自然循环热水锅炉水动力可靠性解决措施

由自然循环热水锅炉工作原理可知，自然循环热水锅炉中工质流动的驱动力来自不受热的下降管与受热上升管间的工密度差。回路循环的驱动力可以用下面公式表示：

（？籽xj-？籽ss）Hg=？驻Pxj+？驻Pss式中：

g-为重力加速度，单位为m/s2；？籽xj-为下降管中工质平均密度，单位为kg/m3；？籽ss-为上升管中工质平均密度，单位为kg/m3。

在确定了下降管以及上升管的密度差之后，回路循环高度越高则所所能提供的驱动力就会越大。当驱动力越大的时候就会提升其回路阻力，最终达到提升循环流速大的可能性。与此同时，在回路循环高度不断增加的过程中受热管段的热量也会越来越大，尤其是安装在炉膛顶部的管段，其在循环的过程中循环高度越高其吸收的热量也会随着减少。因此，自然循环热水锅炉回路循环的高度不是越高那么就会变得越来越好，从而应该选择适当的高度避免因为循环高度不够导致驱动力过小问题的出现。

2.1 扩大上升管与下降管之间的截面比

上升管和下降管产生的流速、流量以及截面面积之间存在联系。回路管位置的水流速W可根据下列式子进行计算：

2.2 降低上升管与下降管之间的流动阻力

上升管与下降管之间的流动阻力、阻力系数、工质密度以及工质流速有关。计算公式如下：

当上升管与下降管管段中回路的动力压头情况确定之后，形成的流动阻力系数也就同时确定了。如果这种情况下想要提高循环流速情况，只能以改进回路的结构来实现。

2.3 减小并联上升管的热偏差

自然循环热水锅炉水动力系统中相关的影响因素，不同回路产生并联情况使得上升管组不能达到均匀受热效果。其中受热较少的管段，工质水温就很低，密度也就相对较大，流动阻力系数较大。相同情况下的循环动力压头会比其他的管子循环流速更小，基于这种情况，在对锅炉进行设计时，应当形成独立的循环回路，尽可能的降低并联上升管出现热偏差情况。不过即使各个回路并联管组的结构特性完全一样，受热不均也很难完全避免。

3 结束语

文章针对自然循环热水锅炉水动力不确定因素进行了分析，认为自然循环热水锅炉水动力可靠性和循环流速和倍率有很大的关系，为了能从整体上强化自然循环热水锅炉的水动力的稳定因素，针对其自然循环热水锅炉水动力可靠性提出了相关的建议，从而提升自然循环热水锅炉水动力的确定性。

参考文献

[1]袁良义，李长征，魏继勇.应用Excel进行自然循环热水锅炉水动力计算[J].江苏锅炉，2008（3）：6-10.

[2]车得福，闰凯，吉平，等.一种锅炉水动力通用设计和校核的方法：中国，200710017379[P].2007-08-08.

[3]谢金芳.基于管网计算理论的通用锅炉水动力计算系统的研究与应用[D].浙江大学，2011：42-51.

[4]刘国伟，董 ，钱玉粉，等.自然循环热水锅炉射流装置的数值模拟研究[J].工业锅炉，2010（2）：1-3.

[5]董祖康，沈勤，王孟浩，等.JB/Z201-83电站锅炉水动力计算方法[S].中华人民共和国机械工业部，2013（10）：1-48.endprint