第五章 蒸发受热面汇总
蒸发受热面
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膜式水冷壁的优点
➢炉膛气密性好 ➢降低金属耗量 ➢不用耐火材料，只需轻型绝热材料，减少
炉墙重量。 ➢便于采用悬吊结构 ➢锅炉蓄热能力减小，炉膛升温快，缩短启
动和停炉时间。
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3、内螺纹管
大容量锅炉水冷壁高热负荷区域 应用广泛 抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化的作用
内螺纹管: 在x=0.8时，壁温才开始飞升。充分说明 了内螺纹管具有显著的抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化 的作用。
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4、销钉式水冷壁
无烟煤锅炉减小换热强化着火 液态排渣、旋风炉 渣 顺利流出 ➢ 方法：敷设卫燃带（销钉＋耐火材料）
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1.6水冷壁布置
作用； 3. 将炉膛出口烟气温度冷却到要求的允许值，
避免对流受热面结渣； 4. 强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金
属消耗量； 5. 悬吊炉墙。
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水冷壁材料
45~60mm的无缝钢管 或内螺纹管 Nhomakorabea(高热负荷区域,防止传热恶化) 亚临界：20号钢（便宜）
超临界：铁素体钢：T23(HCM2S)和T24(7CrMoVTiB10-10)
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水冷壁
45~60mm的无缝钢管或内螺纹管，20号优质 锅炉钢 炉内火焰与水冷壁为辐射传热 悬吊结构，向下膨胀
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1.2 水冷壁类型
1．光管水冷壁:由不带鳍片光管组成。 ➢ 小型锅炉广泛应用 ➢ 需要炉墙 ➢ 密封不易
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锅炉原理3—蒸发受热面
锅炉蒸发设备的任务是利用炉膛高温火焰的辐射热加热经省煤器预热后的给水，使水在水冷壁中汽化，从而产生一定数量和品质的饱和蒸汽，送入过热器系统继续加热。
锅炉蒸发设备主要由汽包、下降管、水冷壁、联箱及其连接管道组成。
工质在由这些蒸发设备组成的闭合回路中流动，叫做水循环。
Rankine cycleBrayton cycle在近代动力锅炉中，炉墙上均敷设了水冷壁。
¾中压锅炉的水冷壁是蒸发受热面。
¾高压和超高压锅炉的水冷壁主要是蒸发受热面，但炉膛顶部常布置辐射过热器。
¾直流锅炉中，一部分水冷壁用作加热受热面和过热受热面，但水冷壁仍然主要是蒸发受热面。
¾在超临界压力直流锅炉中，水冷壁是加热水和过热蒸汽。
因此在低于临界压力的各种动力锅炉中，蒸发受热面一般指炉膛水冷壁，传热方式主要是辐射传热。
蒸发受热面炉膛水冷壁——辐射传热 凝渣管束——对流传热 锅炉管束——对流传热12水在回路中循环流动时，下降管侧压差Y xj 等于上升管侧压差Y ssxj xj xj p hg p p Y Δ−=−=ρ12下降管侧ss ss ss p hg p p Y Δ+=−=ρ12上升管侧ss xj ss xj p p hg hg Δ+Δ=−ρρ自然循环的实质：由重位压差造成的循环推动力克服上升系统和下降系统的流动阻力，推动工质在循环回路中改变成为汽流动。
即由于水冷壁管吸热，使水的密度ρxj，并在高度为h的回路中形成了重位压水混合物的密度ρss差。
回路高度越高，且工质密度差越大，形成的循环推动力越大。
工质密度差不仅与压力有关，而且与水冷壁管吸热强度有关。
在正常循环情况下，吸热越多，密度差越大，工质循环流动速度越高；而压力越高，汽、水的密度差降低，工质循环流动速度越低。
ρF构水冷壁的三种类型：光管水冷壁销钉式水冷壁膜式水冷壁焊接的膜式水冷壁、轧制的膜式水冷壁在中小容量锅炉上用得比较广泛的是光管水冷壁。
锅炉受热面的作用及结构
省煤器分类及布置特点
1、按制造材料：钢管式、铸铁式(压力 < 4 MPa) 2、按水的预热程度：非沸腾式、沸腾式(中压)
沸腾式：其出口水温不仅可达到饱和温度，而且可使 部分水汽化，汽化水量一般约占给水量的10％～15％， 最多不超过20％，以免省煤器中介质的流动阻力过大。 非沸腾式：其出口水温比相应压力下的饱和温度低。 3、错列减少积灰、换热强、磨损大 顺列利于吹灰、换热弱、磨损小
具有一定的蓄热能力，能较快 适应外界负荷变化；
内部装置可以提高蒸汽品质； 外接附件保证锅炉工作安全。
水冷壁的作用
水冷壁的类型及结构
光管式水冷壁 膜式水冷壁 销钉式水冷壁
膜式水冷壁的优点
直流锅炉水冷壁的布置
2.防渣管（凝渣管）
布置在锅炉燃烧室出口的加大横向节距的水冷 壁管子。多由后墙水冷壁上升管组成。
过热器中流动的工质温度最高，放 热系数小，工作条件最差；为了避 免使用贵重金属并保证传热温差， 供热锅炉的过热器一般布置在烟温 900℃左右的烟道中。
辐射式过热器
辐射式过热器指布置在炉膛中直接吸收炉膛辐 射热的过热器。辐射式过热器有多种布置方式。
墙式过热器—布置在炉膛内墙上，结构与水冷 壁相似；
过热器及再热器的形式
根据布置位置与传热方式，分为对 流式、半辐射式、辐射式三种。 供热锅炉采用的都为对流式过热器， 由蛇形管构成。
根据放置形式分为立式、卧式。对 流式过热器目前多为立式，支吊简 单可靠，不易积灰，但疏水排气性 差。
根据蒸汽和烟气的流向，分顺流、 逆流、混流，多采用混流。
3.对流管束
思考：高压锅炉 和低压锅炉在布 置受热面上有何 区别？
化工原理蒸发第五章
用以上两个式子进行计算时，必须预知溶液在一 定浓度和温度下的焓。对于大多数物料的蒸发，可 以不计溶液的浓缩热，而由比热求得其焓。习惯上 取0℃为基准，即0℃时的焓为零，则有
h0 c0t0 0 c0t0
h1 c1t1 0 c1t1
hw cwT 0 cwT
代入前面的两式得：
• 自然循环：由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产 生密度差而引起的循环运动 • 强制循环：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动
•1
中央循环管式(标准式)
•优点： • 溶液循环好 • 传热效率高 • 结构紧凑、制造方便、操作 可靠 •缺点： • 循环速度低
• 溶液粘度大、沸点高
• 不易清洗 •适于处理结垢不严重、腐蚀性小 的溶液
•直接加热蒸发器
•将一定比例的燃烧气与空气直 接喷入溶液中，燃烧气的温度 可高达1200～1800℃，由于气、 液间的温度差大，且气体对溶 液产生强烈的鼓泡作用，使水 分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽 与烟道气一同由顶部排出。
•优点：结构简单，不需要固定 的传热面，热利用率高
•适于处理易结垢、易结晶或有 腐蚀性的溶液。 •不适于处理不能被燃烧气污染 及热敏性的溶液。
（1）溶液的沸点升高和杜林规则 在相当宽的压强范围内溶液的沸点与同压 强的下溶剂的沸点成线性关系：
tA t K tw t
0 A 0 w
t A t K (t w t )
0 A 0 w
不同浓度NaOH水溶液的 沸点与对应压强下纯水的 沸点的关系，由图可以看 出，当NaOH水溶液浓度 为零时，它的沸点线为一 条 45 对角线，即水的沸点 线，其它浓度下溶液的沸 点线大致为一组平行直线。
冷凝水
八年级上第五章汽化与液化 地球上的水循环知识点总结与练习
第五章汽化与液化地球上的水循环姓名：知识点一：汽化：液态→气态1．蒸发（1）汽化有两种方式：蒸发和沸腾（2）蒸发的特点：①蒸发是一种平和的汽化现象；②在任何温度下都能发生蒸发现象，即：蒸发不受温度的限制；③蒸发是只发生在液体表面的汽化现象；（3）影响蒸发快慢的因素：①液体的温度，温度越高，蒸发得越快；②液体的表面积，液面面积越大，蒸发得越快；③液体表面的空气流速，流速越快，蒸发得越快。
（4）汽化吸热，蒸发有制冷作用。
液体蒸发时，从周围吸收热量，导致液体及其周围温度下降。
如：用电风扇对人吹风会有凉爽的感觉、夏天，狗常会伸出长长的舌头、树荫下凉爽2．沸腾前气泡在上升过程中不断变小；③水的温度到达一定值时才会沸腾；④水在沸腾后吸收热量，温度不变；④水沸腾后气泡在上升过程中不断变大；⑥水在沸腾前响声较大，沸腾后响声较小（响水不开，开水不响）；⑦水在沸腾后，若撤去酒精灯则水的沸腾停止，说明水沸腾过程中需要吸收热量。
（3）沸腾的特点及规律①沸腾是一种剧烈的汽化现象；②沸腾在液体内部和表面同时发生；③液体达到一定的温度才会沸腾，液体开始沸腾时的温度叫做该液体的沸点；④沸腾需要吸热；⑤液体沸腾时吸收热量，温度保持不变（沸腾规律）。
（4）沸腾需要的条件：①温度达到沸点；②继续吸热。
（5）沸点随气压的变化而变化：气压越高，液体沸点越高；气压越低，液体沸点越低。
1个标准大气压下，水的沸点是100℃。
海拔越高，气压越低，水的沸点越低。
所以在山顶做饭要用高压锅，以提高水的沸点。
（6）在标准大气压下，不同液体的沸点一般不同。
常利用液体的沸点不同分离物质，如：从酒中提纯出酒精（加热到78℃）。
3．蒸发与沸腾的比较 知识点二：液化：气态→液态1．常见的液化现象：雾、露的形成、烧水壶口形成的“白气”、天冷时呼出气体形成的“白气”2．使气体液化的两种方式：（1）降低温度；（2）压缩体积。
3．液化的应用：将气体液化后，容器中能储存的物质的质量更多，便于储存、使用。
第五章 蒸发与蒸腾
Hs
Ha0
Ts T 6.1 10 P es e
4
-
为波温系数
P 表面大气压强，单位同 e ， Ts 水面温度 T 近表面气温
-
es 表面水温下的饱和水汽压
e T温情况下的空气水汽压
Penman 法—— Penman 公式中很多是在结合上两
种方法的推导而得到
•彭曼公式
E
它通过气温和水温的增高来影响蒸发。
2、水面蒸发
2.2 水面蒸发的影响因素
（4）水质
• 水中含的杂质能阻止水分子运动，减少蒸发。
（5）蒸发表面的情况
• 蒸发表面是水分子在汽化时必须经过的通路，若表面积大则蒸 发面大，蒸发作用进行得快。此外，水体的深浅对蒸发也有一 定的影响。 – 不同地理位置、地形情况以及降水量、强度和时空分布都对水面
• 水面蒸发—最简单的蒸发方式—饱和蒸发面
一个水平的自由水面，进入水体的热能增加了水分子的动能，使
一些水分子所获得的动能大于水分子之间的内聚力时，就能突破
水面而跃入空中。
• 那些动能足够大的水分子，逸出水面—蒸发 • 一些水分子从空中返回水面—凝结
从水面跃出与返回水面的水分子数量之差，就是实际观测到的蒸
土壤水分常数
1. 田间持水量：亦称为“最小持水量”，是土壤水 分常数的一种。在地下水位深，没有层次性的土 壤中所保持全部毛细管悬着水的含水量。田间持 水量长期以来被认为是土壤所能稳定保持的最高 土壤含水量，也是土壤中所能保持悬着水的最大 量，是对作物有效的最高的土壤水含量，且被认 为是一个常数，常用来作为灌溉上限和计算灌水 定额的指标。 凋萎系数：土壤水分减少到使植物开始呈现萎蔫 状态时土壤所含水分占烘干土重的百分数。 有效水：一般来说，凋萎系数与田间持水量之间 的土壤水，属于有效水分。
05-锅炉蒸发受热面
第五章锅炉蒸发受热面概述•锅炉内工质状态变化过程1、水的加热：给水温度→饱和温度（压力不变）2、水的蒸发：饱和水→饱和蒸汽（温度不变）3、蒸汽过热：饱和蒸汽→额定参数下过热蒸汽•受热面类型1、省煤器2、蒸发受热面3、过热器概述概述自然循环锅炉蒸发受热面系统概述1-省煤器2-前墙水冷壁3-右墙水冷壁4-后墙水冷壁5-汽包6-供水管分配器7-左墙水冷壁8-省煤器再循环管9-后墙悬吊管10-集中下降管11-供水管12-汽水混合物引出管概述•省煤器再循环管的作用?•循环倍率1、自然循环锅炉：K=4~102、控制循环锅炉：K=2~5概述直流锅炉蒸发受热面系统1-给水泵2-省煤器3-水冷壁4-分离器5-再循环泵6-过热器概述•锅炉受热面由两大部分组成：炉膛受热面、对流受热面。
•炉膛受热面又称水冷壁，传热方式主要以辐射换热为主。
对于小型工业锅炉，还有部分锅筒表面参与换热。
•炉膛内，进入炉膛的燃料与空气混合后着火燃烧产生的高温火焰和烟气，通过辐射把热量传递给四周的水冷壁管，水在水冷壁管内受热蒸发产生饱和蒸汽。
概述•电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器、空气预热器，通过烟气的对流换热（兼有辐射换热），将饱和蒸汽进一步加热为过热蒸汽或再热蒸汽。
•尾部对流受热面有两部分：¾省煤器：将给水在进入锅筒前预先加热到某一温度(通常低于饱和温度或达到饱和温度)。
¾空气预热器：空气在进入炉膛之前被加热到一定温度，以改善炉内的燃烧过程，同时降低排烟温度，提高锅炉的热效率。
一、锅筒•锅筒又称汽包，是用一定厚度的锅炉钢板焊接而成，两端焊有两个封头，形成的一个压力容器。
采用吊箍方式悬吊在炉顶大梁上，横置布置。
•长25~28m，直径1700~1800mm，厚130~200mm。
125t/h干熄焦（中日联/水钢11B50）一、锅筒•工作原理¾锅筒对于一般锅炉来说是必不可少的，它是锅炉中蒸汽与水的汇集场所。
《化工原理》第5章 蒸发
1.真空蒸发装置
在真空蒸发装置中，除了蒸发器以 外，还应有冷凝器、真空泵等附属 设备。
2.真空蒸发的流程
图5-12为单效真空蒸发流程示意图。
1.蒸发器 2、4.分离器 3.混合冷凝器 5.缓冲罐 6.真空泵 7.真空贮存罐 图5-12 单效真空蒸发流程示意图
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第5章 蒸发
3.真空蒸发的优点 （1）真空蒸发的温度低，适用于处理在高温下易分解、聚 合、氧化或变性的热敏性物料。 （2）蒸发操作的热源可以采用低压蒸汽或废汽，提高了热 能的利用率。 （3）在减压下溶液的沸点降低，使蒸发器的传热推动力增 3 加，所以对一定的传热量，可以相应减小蒸发器的传热面积。 （4）真空蒸发的操作温度低，可减少蒸发器的热损失。 4.真空蒸发的缺点 （1）在减压下，溶液的沸点降低，其粘度则随之增大，从 而导致蒸发器总传热系数的下降。 （2）需要有一套真空系统，并消耗一定的能量，以保持蒸 发室的真空度。
4
第5章 蒸发
5.1.2 蒸发过程的特点
蒸发操作总是从溶液中分离出部分（或全部）溶剂。常见的蒸发过程实际上 是通过传热壁面的传热，使一侧的蒸汽冷凝而另一侧的溶液沸腾，溶剂的汽化速 率由传热速率控制，所以蒸发属于传热过程。但蒸发又有别于一般的传热过程， 具有下述特点： (1)传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽冷凝，另一侧为溶液沸腾，所以属于壁面 两侧流体均有相变化的恒温传热过程。 (2)溶液性质：在蒸发过程中溶液的黏度逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。有些溶液在 蒸发过程中有晶体析出、易结垢、易产生泡沫，在高温下易分解或聚合。 (3)溶液沸点的改变：含有不挥发溶质的溶液，其蒸气压较同温度下溶剂的蒸气压 低。换句话说，在相同压强下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，所以当加热蒸汽 的压强一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液浓度越 高这种现象越显著。 (4)泡沫夹带：溶剂蒸气中夹带大量泡沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损失物 料，而且污染冷凝设备。 (5)能源利用：蒸发时产生大量溶剂蒸气，如何利用溶剂的汽化热，是蒸发操作中 要考虑的关键问题之一。
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P1 P2
P P1 P2 gh
P Pld
以稳定的速度循环流动。
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2.水冷壁回路
• 为减轻热偏差的影响，将每面墙水冷壁分为 若干回路。
• 图5-2
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（三）型式：
1.光管：
2.膜式： 3.销钉式：在水冷壁管子表面焊销钉，固定并冷却卫燃带。
4.内螺纹管：在水冷壁管内壁形成多道凹槽，可强化流体 和壁面传热，降低管子壁温，推迟传热恶化的发生。
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内螺纹管结构
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• 问题2：亚临界参数锅炉炉膛内的屏式过热器为什 么远多于高压锅炉？
• 随着压力升高，过热吸热量比例增大，蒸发吸热量 比例减少，过热器布置量增大，水冷壁吸热不能满 足维持炉膛出口烟温的要求，故需要在炉膛内增加 屏式过热器补充吸热。
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二、不同参数等级下工质吸热比例
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、
图0-3
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图5-3
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三、水冷壁
（一）作用：吸收炉内辐射热量，将工质蒸发为汽水混合 物；降低烟气温度，保证炉膛出口烟气温度在合适的范 围。
（二）布置方式：每面墙由多个水冷壁管屏并列构成，其 中的每个管屏由进口联箱、受热面管组、出口联箱组成。
• 循环倍率：水冷壁上升管入口水的流量与水 冷壁上升管出口蒸汽流量的比值（含义可以 理解为进入水冷壁的水经过多少次循环才能 全部蒸发为蒸汽）。以K表示。
• K=1/X〃
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• 问题4：自然循环锅炉中水冷壁内工质流动 动力是什么？
• 下降管内水和水冷壁内管内汽水混合物的密 度差。
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1025t/h 亚临界参 数锅炉布 置图
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高压 锅炉 受热 面布 置图
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冷灰斗
直流锅炉水 冷壁结构
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• 压力升高，蒸发吸热比例减少、水的加热吸 热比例减少、过热吸热比例增加。
• 不同参数下锅炉受热面布置变化大。
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§5.2汽包锅炉蒸发受热面系统 一、自然循环锅炉蒸发受热面系统
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1.系统组成： • 水冷壁（布置在炉膛四周，在每面炉墙上分
上部垂直水冷壁
直流锅炉水冷 壁过渡段
螺旋水冷壁出口集箱
垂直水冷壁进口集箱 螺旋水冷壁出口集箱
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垂直水冷壁进口集箱 下部螺旋水冷壁
垂直段 水冷壁 刚性梁
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螺旋水冷壁刚性 梁
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表5-1 不同参数等级下工质吸热比例
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2. 控制循环锅炉蒸发受热面系统与自然循环锅炉蒸 发受热面系统区别。
（1）控制循环设置有循环泵，提高了流动动力，提 高了循环回路的可靠性。循环水泵电耗大，采用低 循环倍率2-5，自然循环锅炉循环倍率4-10。
（2）循环泵压头大，可简化循环系统，减少水冷壁 回路数量，使用节流圈调节流量偏差。
（3）循环泵可克服较大阻力，减小水冷壁管径，节 省金属，汽包采用较小尺寸。
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水汽化过程
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一、工质在锅炉内的三个加热过程 1.水的加热—水的预热设备—省煤器 2.水的汽化（水的蒸发）—水的蒸发（汽化）设备—
蒸发设备 • 汽包炉蒸发设备由汽包、下降管、水冷壁、联箱和
连接管等组成； • 直流锅炉蒸发设备即水冷壁。 3. 蒸汽过热—蒸汽过热设备—过热器、再热器
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§5.1 锅炉汽水工质吸热量的分配 • 问题1：送入锅炉汽水系统的工质是什么状
态？送出锅炉汽水系统的工质是什么状态？
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• 给水（低于临界压力时为未饱和水；超临界 压力下为水）；
• 过热蒸汽
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为多个并联的回路，有联箱和受热面组成） • 下降管（大直径，底部设有分配器） • 供水管 • 水冷壁引出管（汽水混合物引出管） • 汽包。
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• 问题3：工质离开水冷壁时为何种状态？ • 汽水混合物。
• 含汽率（干度）：汽水混合物中，蒸汽流量 占总流量的比例，以X表示。
第二篇 锅炉受热面
第五章 蒸发受热面
本章主要内容： 1.不同压力下工质汽化过程？ 2.不同压力下锅炉蒸发受热面组成？ 3.锅炉蒸发受热面各个组成设备的作用、类型。 4.直流锅炉水冷壁系统构成。
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第五章 蒸发受热面
按照锅炉是否有汽包可将锅炉分为两类： • 汽包炉—自然循环锅炉、控制循环锅炉 • 直流锅炉
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二、控制循环锅炉蒸发受热面系统 1.系统组成：汽包、下降管、循环泵、供水包（水冷
壁环形下联箱）、水冷壁、汽水引出管。
• 问题5：控制循环锅炉中水冷壁内工质流动动力是 什么？
• 循环泵提供的压头、系统中的汽水密度差。其中以 循环泵提供的压头为主。
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