自然水循环常见问题及防止
锅炉水循环的影响因素以及如何避免故障的发生
特种设备安全作业1002104219 赵春锋题目：讨论锅炉水循环，水循环的影响因素以及如何避免故障的发生。
讨论：锅炉水循环有自然循环和强制循环两种，依靠水以及水蒸气混合物的密度差维持循的循环称作自然循环，依靠回路中水泵的摇头维持的循环叫做强制循环，其中，自然循环是锅炉水循环最常见的循环方式。
一，下面主要讨论自然循环的影响因素：（1）锅炉工作压力，压力虽然不作为自然循环的直接动力，但是影响自然循环的根本因素，压力不同导致水和蒸汽的密度差不同，压力大，密度差小，压力小，密度差大。
所以低压锅炉普遍采用自然循环。
（2）循环回路高度，运动压头与贿赂的高度成正比，回路高度高，压头大，如果回路短矮，或者与水平面夹角小，甚至水平布置，运动压头就越小，甚至为零。
（3）上升管受热强弱，一般来讲，上升管受热越强，其中产生的水蒸气就越多，从而压头就越大，对于同用一个下降管的许多上升管来说，受热强的上升管其产生水蒸气多，流量也大，反之亦然，同一上升管中，手热量增加，其水量也随之增加，这叫做自然循环的“自补偿能力”。
（4）下降管的含汽情况，倘若下降管中只有水，没有水蒸气，则下降管中的水与上升管中的水蒸气形成一定的压头，若是下降管中含有一定的水蒸气，则减少了混合物的密度差，此时会影响自然循环，对循环不力。
由此，下降管中的水蒸气越多，对自然循环影响越大，反之或者不含亦然。
（5）循环回路的阻力特征，运动压头用以客服回路阻力，如果回路阻力系数大，并且管径过小而管子过长，循环中的流苏会越小，反之亦然。
二，防止水循环故障的措施：1，设计方面：①，保证回路的一定高度②，将水循环系统合理分组，减小吸热不均匀。
③，保证下降管和汽水引出管有适当的流速截面积。
④，下降管、上升管在上锅筒的接管位置要适当。
⑤，下降管形状尽量简单，以竖直向下为最佳，不应有水平管段以及锐角弯头，入口截面应该尽量平滑。
⑥，为防止汽水分层，上升管和水平面的夹角不应该小雨15度。
自然水循环常见问题及防止
推广节水灌溉技术，提高农业灌溉用水效率；加强工业节水技术改 造，降低生产过程中的水耗。
促进水资源循环利用
建立中水回用系统，将废水经过适当处理后用于绿化、冲厕等非饮 用水用途。
加强水污染治理
严格排污管理
制定严格的排污标准和监管措施，限制工业、农 业和城市污水排放。
治理污染源
加大对污染源的治理力度，对重点污染企业实施 限期治理和在线监测。
定期清理水库淤积
制定清淤计划
根据水库淤积情况，制定合理的清淤计划，定期进行清淤工作。
清淤方式选择
根据水库规模和淤积程度，选择合适的清淤方式，如机械清淤、 水力冲刷等。
淤泥利用
对清理出的淤泥进行适当处理，可用于土地改良、填埋场覆盖等 用途，实现资源化利用。
04
案例分析
水资源短缺案例
案例一
华北地区水资源短缺
原因
过度开发、不合理的土地利用、气候变化等因素导致土壤侵蚀和流 失。
影响
水土流失会影响土地生产力、生态环境和人类生活，如降低农产品 产量、破坏生态环境、增加自然灾害风险等。
解决方案
加强水土保持工作，推广生态农业和林业技术，合理规划土地利用， 加强法律法规监管。
水库淤积
原因
水库淤积通常是由于泥沙 沉积和水库管理不善所致。
影响
水库淤积会影响水库的蓄 水和发电能力，增加水库 维护成本，还可能引发水 库坍塌等安全问题。
解决方案
加强水库管理，定期进行 清淤，采用科学的水库调 度方式，合理利用水资源， 避免过度淤积。
03
自然水循环问题防止措施
提高水资源利用效率
优化水资源配置
合理分配水资源，优先满足居民生活用水和农业灌用水，同时 兼顾工业和生态用水。
水循环知识：水循环中的水环境保护与修复
水循环知识：水循环中的水环境保护与修复随着人类社会的迅速发展和城市化进程的加快，水资源的问题越来越受到人们的关注。
水是人类生活中不可或缺的资源，是地球上最珍贵的财富之一。
人们日常生活生产中所需的水，都来源于自然界。
而随着工业和人口的不断增长，水资源的供需矛盾越来越突出。
同时，人类的活动也给水环境带来了各种污染和破坏。
为了保护和维护水环境的生态稳定，我们需要重视水循环的知识以及水环境保护与修复的工作。
一、水循环及其重要性水循环是指地球上各种水资源，包括海水、江河湖泊水、地下水、大气水等不同形态的水，在自然界中不断地变换状态和流动，从而形成自然的水循环系统。
水循环的重要性在于，它维持了自然界生态环境的平衡。
水的运动状态和变换形式，决定了大气、土壤、植被等生态环境的稳定性和生态系统的存亡。
同时，水循环也是地球上水资源分配的重要基础。
只有了解和掌握水循环的知识，才能更好的保护和利用水资源。
二、水环境保护与修复措施1.防止水污染水污染是水环境面临的最大威胁之一，尤其是在城市和工业区，水质受到严重的破坏，对于人类的健康和环境的稳定都造成了巨大的损失。
因此，需要采取各种措施来防止水污染。
（1）加强工业企业和农业用水的管理，防止工业废水和农业污水直接排放，通过减少污染物排放，来减轻水环境的污染。
（2）依据当地的水资源情况，开展水资源调查和监测，以便及时发现和处理水环境的突发事件和污染。
（3）建立和完善水环境监测网络和水资源管理体系，提高水质监测的效率和准确性，及时掌握水环境的变化和趋势。
2.弥补水生态环境缺失随着人们对自然环境的破坏，水生态环境的恢复变得越来越困难。
为了弥补水生态环境的缺失，需要采取以下一些行动：（1）建立和完善水生态保护区，并加强对水生态的治理和保护。
（2）加强城市绿化和建筑规划，增加水体包围的绿地和景观的养护。
这样可以在城市中增加链噬细菌等生态系统的吸收能力。
（3）将自然生态修复与工程设计结合起来，采取生态工程等措施，来增强水生态系统的自我修复能力。
自然水循环常见问题及防止
图10-2 均匀受热垂直上升蒸发管 中两相流的流型和传热工况
（二）汽水两相流的沸腾传热恶化
1．沸腾传热恶化的现象及发生条件
（1）第一类沸腾传热恶化
➢ 现象：热负荷很高，在过冷沸 腾区，汽泡生成速度过快，管 中心为水，贴壁层为一圈水膜， 传热恶化，壁温飞升。
➢ 条件： q>qc
（2）第二类沸腾传热恶化
三、水冷壁
（一）水冷壁的作用（4个方面）
• 水吸热转变为蒸汽； • 降低烟温，防止结渣； • 保护炉墙； • 降低锅炉造价
水冷壁安装图
二、水冷壁的结构及类型 光管式（已基本不用） 销钉式（特殊结构中用，如卫燃带、
流化床密相区）
膜式（广泛应用）
膜式壁
光管式 销钉式
（三）水冷壁的布置
水冷壁的悬吊及热膨胀
（一）两相流动特性参数
1、流速参数
（1）质量流速 单位时间内流经单位流通截面的工质质量称为质量流速
（2）循环流速
w G
F
kg/（m2∙s）
循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算的水流
速度称为循环水速
w0
G
F
w
（3）折算流速
折算蒸汽流速：
w0
D
F
V F
折算水速：
w0Leabharlann GD FV F（4）混合物流速
箱；4—水冷壁
2．循环回路的运动压头
压差公式移项并整理得 ( xj ss )gh pxj pss
（1）运动压头：回路中工质流动的推动力
S yd ( xj ss )gh
稳定流动时： Sy d pxj pss
（2）有效压头：运动压头扣除上升系统的总阻力后的剩余压头
解决水循环故障方法
解决水循环故障方法1、注重管道质量基于循环冷却水的以上特点,要求管道连接方式考虑温度、水压、耐腐蚀、间隙使用故障，例如可以通过合理安排管线坡度和标高、安装排气阀、排污阀以及设法进行管道除锈工作而改善水循环故障，这些方法可以很大程度的减轻这一故障，所以在实际中有很强的操作意义。
2、改善水质对冷却循环水进行处理分为物理法和化学法两种。
对于冷却循环水系统，可采用物理法进行水质处理，进行连续排污，连续排污的量控制是有一定标准的，在循环水量的0.5~1.0%左右。
对于新安装的水系统，或是已完全除垢的系统，也可以进行每一周或两周排污一次。
化学法有投加水质稳定剂法和离子交换法。
投加水质稳定剂法是向循环水中投加具有阻垢、缓蚀、杀菌、灭藻作用的水质稳定剂，而对循环水进行处理。
投加的水质稳定剂配方，一般需进行水质分析，并通过动态模拟方式确定。
同时需要注意其缓蚀、阻垢、灭菌、防藻的协同效果。
如果水质稳定剂配方选择不当，将造成顾此失彼。
对于空调冷却循环水来说，此方法技术要求较高，操作、管理麻烦，工程中很少采用。
3、水凝结解决方法1、管道的长度和坡度都应适宜，否则会出现滴水现象。
管道的安装和布置要适合冷凝水的尽快排出，必要时可以设置水封装置。
2、注重材料的保温。
风管与冷冻水管必须注意保温，管道的保温必须注意抓好其完整性与密闭性。
所谓管道保温的完整性是不允许出现冷桥的存在的，所有存在冷损的表面都需要保温材料敷设隔热。
而保温的密闭性则不允许有任何破损,保证所有的保温层面都密封不透气。
要求所有保温层的交接缝都要粘贴密实,并且无论风管或冷冻水管保温,若选用铝箔玻璃棉保温时,由于玻璃棉属非闭孔性,若某处铝箔穿破或某处接缝胶带脱离,则该处漏入的空气就会渗透到整条管道的保温层,而造成大面积产生凝结水而导致玻璃棉湿透,保温失效,结果只能重新投资更换保温而引至重大的经济损失。
考虑到冷冻水管内介质温度较低,更容易由于保温不良而引起冷凝水滴水问题,因此建议采用闭孔性的保温材料，因为该种材料就算局部保温层受到破坏,也不会扩散引起大面积保温失效。
循环水系统常见问题及危害处理，干货！
循环水系统常见问题及危害处理，干货！循环水系统在工业生产中，经常会因为水分蒸发、外部风吹因素的影响，使整个循环水系统浓缩，导致系统中盐类、阴阳离子、PH值出现异常，导致水质持续恶化。
此时，循环水系统会出来微生物的繁殖。
那循环水系统的结垢、腐蚀、微生物等问题，主要造成哪些影响呢？循环水运行过程中主要产生的问题：（1）水垢：由于循环水在冷却过程中不断地蒸发，使水中含盐浓度不断增高，超过某些盐类的溶解度而沉淀。
常见的有碳酸钙、磷酸钙、硅酸镁等垢。
水垢的质地比较致密，大大的降低了传热效率，0.6毫米的垢厚就使传热系数降低了20%。
（2）污垢：污垢主要由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘等构成，垢的质地松软，不仅降低传热效率而且还引起垢下腐蚀，缩短设备使用寿命。
（3）腐蚀：循环水对换热设备的腐蚀，主要是电化腐蚀，产生的原因有设备制造缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子（Cl-、Fe2+、Cu2+）以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素，腐蚀的后果十分严重，不加控制极短的时间即使换热器、输水管路设备报废。
（4）微生物粘泥：因为循环水中溶有充足的氧气、合适的温度及富养条件，很适合微生物的生长繁殖，如不及时控制将迅速导致水质恶化、发臭、变黑，冷却塔大量黏垢沉积甚至堵塞，冷却散热效果大幅下降，设备腐蚀加剧。
因此循环水处理必须控制微生物的繁殖。
微生物危害循环冷却水中的微生物来自两个方面。
一是冷却塔在水的蒸发过程中需要引入大量的空气，微生物也随空气带入冷却水中；二是冷却水系统的补充水或多或少都会有微生物，这些微生物也随补充水进入冷却水系统中。
藻类在日光的照射下，会与水中的二氧化碳、碳酸氢根等碳源起光合作用，吸收碳素作营养而放出氧，因此，当藻类大量繁殖时，会增加水中溶解氧含量，有利于氧的去极化作用，腐蚀过程因此而加速。
微生物在循环水系统中的大量繁殖，会使循环水颜色变黑，发生恶臭，污染环境。
同时，会形成大量黏泥使冷却塔的冷却效率降低，木材变质腐烂。
循环水系统存在问题及对策
４循环冷却水系统优化应做好 防腐 降氯工作 为 了保证循环冷 却水 系统 能够 正常工作 ，需要做好冷 却水 的防腐 降氯 工作 ，主要应从 以下几个方面入手 ： 电解 水过程 中部分活 性氧和活性氢结合 水体中 Ｄ Ｏ（ 溶解 氧 ）和水分子生成臭氧和过氧化氢 ，利用臭氧和过氧化氢 的特 性有效 去除水质 中的杂质和细 菌，保证循环水水质满足使用要 求 ，提 高循环水 的活性 ，达到 改善循环水水质 的 目的。 热 交换器表面 由于除垢效应 ，变得平整光滑 ，从而 防止 了 垢 下腐蚀 ，在 目前循环冷 却水 系统 中，热交换器表面 的污垢是 处理重 点。如果不 能及 时处理掉表面 的污垢 ，会影响热交换器 的正常 工作 ，因此 ，做好 防腐 降氯 工作是保证热交换器正 常工 作 的重要手段 。 系 统中氯离子 由于蒸 发浓缩 ，浓度逐步增大 ，氯 离子对冷 却水 的水质影 响较大 。为此 ，在 防腐 降氯过程 中，应重 点降低 循环冷 却水 中的氯离子 ，主要应采取吸 附和 中和反应 的方 式消 除循环冷 却水中氯离 子。 ５ 改造措施 冬季 水场化冰 管处积冰 ，使循环 水换热效果降低，导致 水 ５ ． １提 高管理水 平，保证换热器温差 场冷 却风机运行负荷增加，工业 电消耗增 加。 协 调各 用水单 位关 闭不 进行换 热 的换热器 冷却 水，并监 ２ ． ２ 循环水运行问题 测 、控 制每 台换 热器进 出口温差 ，不 得低于 ６ ℃。每周对 各换 ２ ． ２ ． １循环水浓缩 倍数不合格 热器进 出 口温 差进 行分 析统计 ，及 时调 整 阀门开度 ，控制 水 般循环 水系统采 用较高浓缩 倍数 （ ５～ ７ ）运行 。由于 量 ，保 证换 热器 在最佳状 态下运行，将 循环 水系统温 差控 制在 下游 装置热负荷、塔池排污和用户停车等综合因素影响，浓 缩 ６～ ８℃ 。 倍 数 一 直 保 持 下 限 水 平 运 行 ，时 有 不 合 格 情 况 发 生 ， 加 大 了 排 ５ ． ２减 少系统损 失水 量。提 高浓缩倍数 污量和药剂消耗量 ，同时加大了下游装置换热器结垢可能性。 对 系统用水进行监控 ，减 少系统的无效排放 。更换循 环水 针对 循环水浓缩倍数不合格的情况进 行原因分析如下 ： 系统砂 滤器 ，每天根据分析数据进 行反 洗，在反 洗水、排 污水 实际运 行时循环水 出入水场温 差 Ａ ｔ达不到设计值 ，设 管道上安装 流量计，在保证系统浊度的前提下，控制反洗水量 计值 △ ｔ＝ １ ０ ℃，实际运行 中 △ ｔ 平均值为 ５ ． ２ ６ ℃。热负荷 和 排污水量 ： 严格循环水系统管理，禁止采 用循环水冲地 。通
11循环水日常运行易产生的问题及解决方法
循环水日常运行中易产生的问题及解决方法循环冷却水在其运行过程中，补充水不断进入冷却水系统，其中一部分在循环过程中被蒸发，另一部分留在冷却水中被浓缩，发生下列一系列变化：
1、二氧化碳含量的降低
补充水进入循环系统后，在冷却塔内与大气充分接触，二氧化碳散失到大气，破坏离子平衡，引起循环水结垢。
2、硬度和碱度的增加
循环冷却水被浓缩，冷却水的硬度和碱度随之升高，从而增大水质的结垢倾向。
3、PH值的升高
补充水在曝气过程中，二氧化碳散失到大气中，致使冷却水的PH值逐渐上升。
4、浊度的增加
补充水在循环过程中被不断浓缩，在冷却塔内与工业大气相接触，吸入尘埃，形成悬浮物，约4/5的悬浮物沉积在集水池，可通过排污被带走，还有1/5的悬浮物留在水中增加水的浊度，若沉积在换热器上影响换热效果。
5、溶解氧浓度的增大
循环水在冷却塔内喷淋曝气过程中，空气中的氧会进入水中，形成溶解氧，从而增加了冷却水的腐蚀性。
6、含盐量的升高
补充水在不断循环过程中被浓缩，增大了循环水的结垢倾向和腐蚀倾向。
7、有害气体的进入
大气中的，二氧化硫，硫化氢和氨气等进入水中会增加对金属的腐蚀。
8、工艺泄漏物的进入
工艺介质泄漏进入循环水，使水质恶化，增加循环水的结垢、腐蚀或微生物生长的倾向。
9、微生物的滋长
微生物产生的粘泥覆盖在换热器金属表面，不仅降低了换热器的冷却效果，还会引起垢下腐蚀和微生物腐蚀。
鑫沛环保研发的SP-200和SP-300系列缓蚀阻垢剂和杀菌剂，可有效解决循环冷却水日常运行过程中产生的上结垢、腐蚀及微生物粘泥等问题，若有相关的问题或需求欢迎来电咨询！。
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一、自然循环基本原理
➢自然水循环：依靠汽水密度差推动工质在回路中流动的循环 1．自然循环回路的总压差
pss p2 p0 ssgh pss pxj p1 p0 xjgh pxj
稳定流动时： pxj pss
即有 xj gh pxj ss gh pss
图10-1 循环回路示意图 1—汽包；2—下降管；3—下联
双面曝光水冷壁
（四）刚性梁
作用：加固水冷壁和炉墙
布置：沿炉膛高度 2.5~3m布置一层；布置 于炉外不受热；固定在水 冷壁上，但可以相对滑动
图7-15刚性梁的布置
五、水冷壁的安全运行
烟侧：高温腐蚀、结渣（固排炉）、炉底析铁 （液排炉）
➢高温腐蚀是高温受热面烟气侧在高温烟气环境下且管壁 温度较高时发生的的腐蚀。
7—炉墙；8—炉膛
二、汽包
（一）汽包的结构
圆筒形容器，由筒身和 封头组成
长20m左右，内径 1.5~2m
布置于炉外顶部不受热， 采用悬吊结构
图7-4汽包的悬吊结构 1—汽包；2—U形吊杆；3—炉顶钢梁
汽包安装
（二）汽包的作用
加热、蒸发、过热三个过程 的连接枢纽和大致分界点
一定的蓄热能力，稳定汽压
任务1：蒸发设备结构、作用及布置认知
何谓蒸发设备？ 有哪些设备构成？ 各设备的结构、作用？ 如何布置？
一、概述
蒸发设备的组成：
汽包、下降管、 水冷壁、联箱及其连 接管道
下降管：大直径集 中型，4~6根
联箱：圆筒形容器
上联箱：收集工质 下联箱：分配工质
图7-1 自然循环蒸发设备示意图 1—汽包；2—下降管；3—下联箱； 4—水冷壁；5—上联箱；6—导气管；
whu
V V F
w0
w0
（5）真实流速 w D V
F F
w G D V
F F
2、含汽率参数
（1）质量含汽率
在汽水混合物中，流过蒸汽的质量流量D与流过工质总的质量
流量G之比
x D w0F w0 i i G w0 F w0 r
（2）容积含汽率
V V V
(上部固定，下部自由膨胀)
折焰角
作用： 1、提高火焰在炉内的 充满度，改善了炉内燃烧工况， 又改善了屏式过热器的空气动 力特性，增加了横向冲刷作用； 2、延长了水平烟道的长度， 便于对流式受热面布置，使锅 炉整体结构紧凑。
图7-11 折焰角结构 （a）早期的折焰角结构； （b）新型折焰角结构
燃烧器区域的水冷套
（二）循环倍率与自补偿特性
1．循环倍率的概念
在循环回路中，上升管的入口循环水量G与出口蒸汽量D
内部装置可以提高蒸汽品质
外接附件保证锅炉工作安全
（水位计、安全门、压力表）
图7-5 受热面管子和管道与汽包 的连接
1—省煤器；2—汽包；3—下降 管；4—水冷壁；5—过热器
（三）汽包的安全运行
限制工作压力（ 设置安全阀）
限制汽包上下壁、内外壁温差小于50 oC，防止 产生过大热应力
运行中，通过控制燃烧速率、限制启停炉的速 度来达到控制壁温差的目的
➢影响水冷壁外部腐蚀的最主要因素是水冷壁附近的烟 气成分和管壁温度
➢ 减轻措施（1）改进燃烧。（2）避免出现管壁局部温度 过高。（3）保持管壁附近为氧化性气氛。（4）采用耐腐 蚀材料。
水侧：沸腾传热恶化、流动不正常等
任务2：自然水循环原理及计算
自然水循环的原理？ 水循环安全性的可控性指 标有哪些？ 这些指标如何进行计算？
三、水冷壁
（一）水冷壁的作用（4个方面）
• 水吸热转变为蒸汽； • 降低烟温，防止结渣； • 保护炉墙； • 降低锅炉造价
水冷壁安装图
二、水冷壁的结构及类型 光管式（已基本不用） 销钉式（特殊结构中用，如卫燃带、
流化床密相区）
膜式（广泛应用）
膜式壁
光管式 销钉式
（三）水冷壁的布置
水冷壁的悬吊及热膨胀
运动压头也减小。因此，目前自然循环锅炉的的最高汽包压力约为 19MPa，压力再高就很难保证水循环的稳定性，这时需要采用强制流动， 即借助水泵的压头来推动工质流动。
二、自然水循环的可靠性指标
水冷壁内流动的工质是汽水两相流，其流动状态决定其 换热状态，进而影响到水循环的可靠性。流动状态是由两相 流动特性参数来描述的。
箱；4—水冷壁
2．循环回路的运动压头
压差公式移项并整理得 ( xj ss )gh pxj pss
（1）运动压头：回路中工质流动的推动力
S yd ( xj ss )gh
稳定流动时： Sy d pxj pss
（2）有效压头：运动压头扣除上升系统的总阻力后的剩余压头
S y x S y d pss 稳定流动时： S y x pxj
3、运动压头的影响因素（重点） S yd ( xj ss )gh
➢回路高度：增加循环回路的高度，运动压头增大。
➢下降管工质密度：下降管含汽，下降管内工质的平均密 度将减小，运动压头也随之降低。
➢上升管内工质密度：上升管受热增强时，产汽量增多，汽水 混合物的平均密度减小，运动压头随之增大。
➢ 锅炉的工作压力：随压力的提高，饱和水和饱和汽的密度差减小，
w0F w0 F w0F
w0 w0 w0
w0 whu
w0
w0
w0(1
)
（3）截面含汽率 F 1 F
FFLeabharlann 3、密度参数（了解）流动密度、真实密度
（二）水循环可靠性指标
（一）循环流速 循环流速的大小直接反映了管内工质带走管外传入的热量及
所产生汽泡的能力。循环流速越大，单位时间进入上升管的工 质越多，从管壁带走的热量及所产生的汽泡越多，管壁的冷却 条件越好。
（一）两相流动特性参数
1、流速参数
（1）质量流速 单位时间内流经单位流通截面的工质质量称为质量流速
（2）循环流速
w G
F
kg/（m2∙s）
循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算的水流
速度称为循环水速
w0
G
F
w
（3）折算流速
折算蒸汽流速：
w0
D
F
V F
折算水速：
w0
GD F
V F
（4）混合物流速
《电厂锅炉原理》
第七学习单元：自然水循环常见问题及防止
本单元主要学习任务
任务1：蒸发设备结构、作用、 布置认知 任务2：自然水循环基本原理 及计算 任务3：水循环常见问题的分 析与防止
学习目标： 掌握蒸发设备的结构、作用、布置的基础上，明确自然
水循环的基本原理，并会实际运行锅炉进行水循环安全性 分析。