自然循环热水锅炉水动力计算例题.docx
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自然循环热水锅炉水动力计算例题
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Ao为:
Ao=347×0.785×0.0442=0.5274m2
下降管区域流通截面积Adc为:
Adc=156×0.785×0.0442=0.2371m
下降管区域流通截面积与对流管束总的流通截面积比Adc/Ao为:
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
回路名称
回路元件
管径×
壁厚
管子根数
截面积
各区段长度
各区段高度
各区段弯头度数及个
数
单根
管子
整个
回路
与上升管截面积比
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
总长度
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
总高度
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
D×
n
A
Ao
/
l1
l2
l3
l
h1
h2
h3
h
-n
-n
-n
mm×mm
/
m2
m2
/
m
m
m
m
m
m
m
m
(o)
(o)
(o)
前墙水冷壁
上升管
51×3.5
18
0.00152
0.0274
1.5
2.56
4.1
8.16
1.02
2.46
1.21
4.69
55o-2
75o-1
下降管
108×4
2
0.00785
0.0157
0.57
9.12
4.69
65o-1
50o-1
25o-1
后墙水冷壁
上升管
51×3.5
18
0.00152
0.0274
6.14
2.99
9.13
3.01
2.42
5.43
128o-1
50o–1
60o-1
下降管
108×4
2
0.00785
0.0157
0.57
8.16
5.43
30o–1
30o-1
侧墙水冷壁
上升管
51×3.5
14
0.00152
0.0213
5.00
5.00
下降管
108×4
2
0.00785
0.0157
0.74
8.34
5.00
75o–1
对
流
管
束
上升管
51×3.5
191
0.00152
0.2903
4.10
3.70
30o–2
下降管
51×3.5
156
0.00152
0.2371
0.82
4.10
3.70
30o–2
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
序
号
名称
符号
单位
计算公式
及数据来源
前墙水冷壁
后墙水冷壁
侧墙水
冷壁
对流
管束
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
上升管
1
入口阻力系数
in
表2-4、表2-6
0.7
0.7
0.7
0.5
2
出口阻力系数
out
表2-7
1.0
1.0
1.1
1.0
3
弯头阻力系数
b
b=Ko
0.34
0.2
0.41
0.18
0.24
4
总局部阻力系数
rs.lc
rs.lc=in+out+b
1.04
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
0.5
2
出口阻力系数
out
表2-7
1.1
1.1
1.1
1.0
3
弯头阻力系数
b
b=Ko
0.48
0.25
0.21
0.24
4
总局部阻力系数
dc
.lc
dc.lc=in+out+b
2.08
1.85
1.81
1.74
A4各受热面吸热量分配
度为out.f=893.6℃,对流管束烟气出口温度为Ao=250.9m2,(其中上升管区域受热面积为
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
(℃),则为:
(A-1)
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
lg(out.f-t)-lg(out.conv-t)Ao
lg(out.f-t)-lg(-t)Ars
式中:
t对流管束内工质平均温度,℃。
t可取为:
t=0.5(thot.w+tbac.w)=0.5×(115+70)=92.5(℃)则由式(A-1)得:
lg(893.6-92.5)-lg(220-92.5)250.9
lg(893.6-92.5)-lg(-92.5)=138.1
求得:
=383.8(℃)
则对流管束下降管区域所吸收的热量Qcd为:
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
下降管吸热
Qdc
kW
0
0
0
678.19
上升管吸热量第Ⅰ区
Q1
kW
37.24
227.21
每侧862.11
第Ⅱ区
Q2
kW
444.89
912.71
两侧
1724.22
2431.27
第Ⅲ区
Q3
kW
521.27
A5各回路水循环计算
A5.1各回路下降管入口水温的假设
=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、G2、G3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(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.t2=1008.6263-0.2811×92.5-0.×92.52
=963.87
各回路中的循环流量取值如表A-4所示:
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
150000
G2(kg/h)
20000
25000
25000
200000
G3(kg/h)
25000
30000
30000
250000
A5.3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
名称
符号
单位
计算公式及来源
计算结果
92.5
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=tin.dc+860Qdc/G
92.5
92.5
92.5
下降管平均水温
tav.dc
℃
tav.dc=0.5(tin.dc+tout.dc)
92.5
92.5
92.5
下降管中水的平均
dc
kg/
dc=1008.6263-0.2811
963.87
963.87
963.87
密度
m3
tav.dc
-0.002192tav.dc
下降管中水速
Wdc
m/s
Wdc=G/(3600Adcdc)
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=dcl/din+dc.lc
4.07
4.004
3.97
下降管流动阻力
Pa
=dcdcW2dc/2
148.6
260.1
402.7
下降管重位压降
Pst
Pa
Pst.dc=hdcg
44346.
44346.6
44346.6
.d
6
上升管各段出口水
tout.1=+860Q1/G
94.6
94.1
93.8
温
=+86037.24
tout.1
G
Ⅰ
tout.2=tout.1+860Q2/G
120.14
113.23
109.1
tout.2
℃
=tout.1+860
×
Ⅱ
tout.3
444.89/G
150.02
135.64
127.02
Ⅲ
tout.3=tout.2+860Q3/G
=tout.2+860
×
521.27/G
上升管各段平均水温
t1
℃
t1=0.5(+tout.1)
93.56
93.3
93.14
Ⅰ
t2
t2=0.5(tout.1+tout.2)
107.4
103.66
101.4
ⅡⅢ
t3
t3=0.5(tout.2+tout.3)
135.08
124.43
118.05
上升管各段水的平
ρrs
.1
963.13
963.3
963.4
均密度
ρrs.1
=1008.6263-0.2811t1
Ⅰ
ρrs.2
kg/
-0.002192t12
953.16
955.93
957.56
Ⅱ
ρrs.3
m3
ρrs.=1008.6263-0.2811t2
2
930.65
939.7
944.9
Ⅲ
-0.002192t22
ρ
s.3=1008.6263-0.2811
t3
r
-0.002192t32
上升管中平均水温
℃
=0.5(+tout.3)
120.26
114.07
109.76
上升管中水的平均
rs
kg/
rs=1008.6263-0.2811
942.3
948.04
951.36
密度
m3
-0.002192tav.rs2
上升管中水的平均
流速
Wrs
m/s
Wrs=G/(3600Arsrs)
0.1614
0.2138
0.2664
上升管沿程摩擦阻
力系数
rs
—
0.0278
0.027
0.0264
上升管总阻力系数
rs
—
rs=rsl/din+rs.lc
7.395
7.247
7.136
上升管流动阻力
Pa
=rsrsWrs2/2
90.74
157.14
240.9
上升管各段重位压降
Pst
Pst.1=
h1ρrs.1g
9637.3
9639.15
9640.3
Ⅰ
1
Pa
Pst.2=
h2ρrs.2g
23002.
23069.0
23108.4
Ⅱ
Pst.
Pst.3=
h3ρrs.3g
24
5
11216.0
Ⅲ
2
11046.
11154.3
Pst.
3
96
7
上升管侧总压差
Prs
Pa
Prs=
Pfl.rs+Pst1
43777.
44019.7
44205.6
+Pst.2
26
+Pst..
3
下降管侧总压差
Pdc
Pa
Pdc=
Pst..dc-Pfl.dc
44197.
44086.4
43943.87
93
7
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
名称
符号
单位
计算公式及来源
计算结果
92.5
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=tin.dc+860Qdc/G
92.5
92.5
92.5
下降管平均水温
tav.dc
℃
tav.dc=0.5(tin.dc+tout.dc)
92.5
92.5
92.5
下降管中水的平
均密度
dc
kg/m
3
dc=1008.6263-0.2811tav.dc
-0.tav.dc
963.87
963.87
963.87
下降管中水速
Wdc
M/s
Wdc=G/(3600Adcdc)
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=dcl/din+dc.lc
3.63
3.54
3.51
下降管流动阻力
Pa
=dcdcW2dc/2
132.60
359.18
513.65
下降管重位压降
Pst.dc
Pa
Pst.dc=hdcg
51343.7
51343.7
51343.7
上升管各段出口
tout.1=+860Q1/G
105.53
100.316
99.01
水温
Ⅰ
tout.1tout.2
℃
227.21
=+860227G.21tout.2=tout.1+860Q2/G
157.85
131.71
125.18
Ⅱ
912.71
=tout.1+860
G
上升管各段平均
水温
t1
℃
t1=0.5(+tout.1)
99.01
96.41
95.75
ⅠⅡ
t2
t2=0.5(tout.1+tout.2)
131.69
116.01
112.1
上升管各段水的
ρrs.1
959.3
961.15
961.6
平均
ρrs.1
kg/m
=1008.6263-0.2811t1
密度
ρrs.2
3
-0.002192t12
933.6
946.5
949.57
Ⅰ
ρrs.2
Ⅱ
=1008.6263-0.2811t2
-0.002192t22
上升管中平均水温
℃
=0.5(+tout.2)
125.18
112.10
108.8
上升管中水的平
rs
kg/m
rs=1008.6263-0.2811
939.09
949.56
952.06
均密度
3
-0.002192tav.rs2
上升管中水的平
均流速
Wrs
m/s
Wrs=G/(3600Arsrs)
0.162
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
Pa
2
=rsrsWrs2/2
98.71
262.0
372.3
上升管各段重位
28326.4
28381.0
28394.5
压降
Pst
Pst.1=h1ρrs.1g
3
22470.4
22543.0
Ⅰ
1
Pa
Pst.2=h2ρrs.2g
22163.6
Ⅱ
Pst.
2
9
上升管侧总压差
Prs
Pa
Prs=Pfl.rs+Pst1
50588.8
51113.4
51309.86
+Pst.2
4
下降管侧总压差
Pdc
Pa
Pdc=Pst..dc-Pfl.dc
51211.1
50984.5
50830.0
图A-7后墙水冷壁回路水循环特性曲线
表A-7侧墙水冷壁回路水循环计算结果
名称
符号
单位
计算公式及来源
计算结果
92.5
92.5
92.5
回路循环流量
G
kg/h
假设值
20000
25000
30000
下降管出口水温
℃
tout.dc=tin.dc+860Qdc/G
92.5
92.5
92.5
下降管平均水温
tav.dc
℃
tav.dc=0.5(tin.dc+tout.dc)
92.5
92.5
92.5
下降管中水的平
均密度
dc
kg/m
3
dc=1008.6263-0.2811tav.dc
-0.tav.dc
963.87
963.87
963.87
下降管中水速
Wdc
m/s
Wdc=G/(3600Adcdc)
0.367
0.459
0.551
下降管沿程摩擦阻力系数
dc
—
0.0211
0.0207
0.0204
下降管总阻力系数
dc
—
dc=dcl/din+dc.lc
3.57
3.536
3.51
下降管流动阻力
Pa
=dcdcW2dc/2
231.87
358.90
513.20
下降管重位压降
Pst.dc
Pa
Pst.dc=hdcg
47277.8
47277.8
47277.8
上升管出口水温
tout
℃
tout=+860Q/G
129.6
122.2
117.2
=+860862.11
G
上升管中平均水
温
℃
=0.5(+tout)
111.0
107.3
104.85
上升管中水的平
均密度
rs
kg/m
3
rs=
1008.6263-0.2811
-0.002192tav.rs2
950.4
953.2
955.05
上升管中水的平
均流速
Wrs
m/s
Wrs=
G/(3600Arsrs)
0.274
0.342
0.410
上升管沿程摩擦阻力系数
rs
—
0.0263
0.0258
0.0254
上升管总阻力系
数
rs
—
rs
=rsl/din+rs.lc
4.79
4.73
4.68
上升管流动阻力
Pa
=rsrsWrs2/2
171.38
263.88
375.52
上升管重位压降
Pst
Pa
Pst
=hρrsg
46616.6
46754.7
5
46845.2
上升管侧总压差
Prs
Pa
Prs
=Pfl.rs+Pst
46787.9
8
47018.5
9
47220.72
下降管侧总压差
Pdc
Pa
Pdc
=Pst..dc-Pfl.dc
47045.9
46918.8
8
46764.6
表A-8对流管束水循环计算结果
名称
符号
单位
计算公式及来源
计算结果
92.5
92.5
92.5
回路循环流量
G
kg/h
假设值
150000
20000
0
250000
下降管出口水温
℃
tout.dc
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