自然循环锅炉
简述自然循环锅炉汽水循环系统工作流程
简述自然循环锅炉汽水循环系统工作流程自然循环锅炉汽水循环系统是一种常见的热力设备，用于产生蒸汽或热水。
它通过自然对流的原理，实现了热能的传递和循环。
下面将详细介绍自然循环锅炉汽水循环系统的工作流程。
1. 锅炉加热自然循环锅炉汽水循环系统的工作首先是锅炉的加热过程。
锅炉内部燃烧燃料，产生高温烟气，通过烟管或者火管将烟气传导给锅炉壳体。
锅炉壳体内部布置有大量的加热表面，将烟气的热量传递给工作介质，使其升温。
2. 蒸汽生成当锅炉内部的工作介质（水）加热到一定温度后，会产生蒸汽。
蒸汽是一种高温高压的气体，具有较大的能量。
蒸汽的生成是自然循环锅炉汽水循环系统的核心过程。
3. 蒸汽上升蒸汽产生后，由于其密度较小，会向上升腾。
在锅炉内部设置有一根或多根上升管，蒸汽通过上升管向上升至锅炉的顶部。
4. 水循环在蒸汽上升的同时，锅炉内的水也会发生循环。
冷却的水下沉到锅炉底部，经过加热后升温，然后上升到锅炉的顶部。
这种水的上升和下沉形成了一个自然循环的系统，也称为汽水循环。
5. 蒸汽分离在锅炉的顶部，设置有蒸汽分离器。
蒸汽分离器的作用是将蒸汽与水进行分离，使蒸汽进一步提纯。
分离后的蒸汽通过蒸汽出口排出，供应给需要蒸汽的设备使用。
6. 水回流分离后的水会回流到锅炉底部，继续参与汽水循环。
这种水的回流保证了锅炉内部水的循环，形成了一个闭合的循环系统。
自然循环锅炉汽水循环系统的工作流程如上所述。
通过自然对流的方式，锅炉内部的热能得以传递和循环，实现了高温高压蒸汽的产生。
这种系统具有结构简单、操作方便、能耗低等优点，被广泛应用于工业和民用领域。
需要注意的是，自然循环锅炉汽水循环系统的工作流程受到一些因素的影响，如锅炉的设计参数、工作介质的性质、系统的运行条件等。
合理的设计和操作是保证自然循环锅炉汽水循环系统正常工作的关键。
同时，定期的维护和保养也是确保系统安全运行的必要措施。
自然循环锅炉汽水循环系统是一种高效可靠的热力设备。
锅炉自然循环的原理
锅炉自然循环的原理锅炉自然循环是指在锅炉热交换管内，由于自然对流的存在，热水和冷水在密度差的驱使下，自然形成上升和下降的循环流动。
锅炉自然循环的原理可以从密度差、温度差和浮力平衡三个方面来解释。
首先，密度差是导致自然循环的根本原因。
根据物理学原理，热水的密度要小于冷水的密度。
当锅炉内的炉膛燃烧燃料，使炉膛和水管受热后，热水的密度降低，容易上升；而冷水的密度增加，容易下降。
这种密度差是自然循环产生的动力。
其次，温度差也是自然循环的重要条件。
由于锅炉内部热交换管燃烧侧的温度较高，而供水侧的温度较低，两者之间存在温差。
这种温差会造成热水上升、冷水下降的趋势，推动了循环的发生。
最后，浮力平衡也是锅炉自然循环的一个重要因素。
当热水受热后，密度减小，上升；冷水受冷后密度增加，下降。
在这个过程中，上升的热水受到管壁和相邻冷水的浮力作用，形成上升运动；而下降的冷水受到上升热水的浮力作用，形成下降运动。
这种浮力的平衡是自然循环持续进行的基础。
综上所述，锅炉自然循环的原理是由于热水和冷水在密度差、温度差和浮力平衡的作用下，形成上升和下降的循环流动。
在具体的锅炉系统中，通常存在锅炉炉膛、水管、烟管等热交换区域。
当炉膛内燃料燃烧产生高温烟气，通过烟管传热到水管内的水，使水受热，形成上升运动，然后经过循环管的下降段走向锅炉底部，与冷的进水混合后形成循环流动。
烟气在经过烟管后，损失了部分热量，降温后排放至大气中。
锅炉自然循环有以下几个特点：第一，自然循环无需辅助设备，不需要泵等能源设备就能实现水的流动。
因此，自然循环具有节能、经济的特点。
第二，自然循环具有简单可靠的特点。
相比较于强制循环，自然循环的工作原理更为简单，运行过程中无需额外的控制和调节。
只有确保锅炉内部的热量传递平衡，自然循环就可以稳定运行。
第三，自然循环一般适用于锅炉功率小、工作压力不高、蒸汽量较小或工作条件相对稳定的情况。
对于工作压力较高的大型锅炉，通常需要配备强制循环设备以增加循环动力。
自然循环锅炉工作原理(一)
自然循环锅炉工作原理(一)自然循环锅炉工作原理什么是自然循环锅炉自然循环锅炉是一种利用水的自然循环来实现传热的热交换设备。
它通常由锅炉本体、烟道系统和水循环系统组成。
自然循环锅炉的工作原理自然循环锅炉的工作原理基于密度差异和热对流传输。
其工作过程可简单概括为以下几个步骤：1.水给水：冷水被自来水管输送到锅炉内，经过供水系统供应。
2.加热：燃料在锅炉内燃烧产生热量，加热锅炉内的水。
燃料可以是煤、天然气、油等不同能源。
3.水循环：当水被加热后，其密度降低，成为热水。
热水由于密度较小，上浮到锅炉上部（顶部水位器的水位下方）。
同时，冷水由于密度较大，下沉到锅炉下部（底部水位器的水位上方）。
4.产生蒸汽：当热水上浮到锅炉上部时，在锅炉内壁受热的作用下，热水吸收了大量的热量并逐渐转化成蒸汽。
5.蒸汽输出：产生的蒸汽通过蒸汽出口离开锅炉，从而被用于供暖、发电或其他工业应用。
6.水回流：冷却后的水从锅炉底部回流至锅炉上部，开始新一轮的循环。
自然循环锅炉的优点和适用范围•简单结构：自然循环锅炉的结构相对简单，易于生产、安装和维修。
•节能环保：由于自然循环锅炉无需外力设备，仅依赖自然循环，因此无需消耗额外能量。
同时，燃烧时产生的废气经过烟道系统进行热能回收，减少能源浪费，降低对环境的负荷。
•适用范围广：自然循环锅炉适用于小型供暖系统、低压蒸汽锅炉、工业生产中的热源等场景。
自然循环锅炉的局限性和改进方向•受限循环：自然循环锅炉的循环能力主要取决于管道的倾斜度和管道内的水流速度。
若管道倾斜度不足或水流速度过慢，可能会导致局部升温，甚至使锅炉热点部位出现沸腾和热点破裂等问题。
•容量受限：由于自然循环锅炉的传热过程依赖于自然对流，因此其热负荷和容量受到一定限制。
•改进方向：为了克服自然循环锅炉的局限性，工程师们正在探索改进设计，如增加水管倾斜度、优化管道内的元件、引入动力设备辅助循环等，以提高自然循环锅炉的性能。
结论自然循环锅炉是一种简单有效的传热设备，其工作原理基于自然对流和密度差异。
自然循环锅炉原理
自然循环锅炉原理一、引言自然循环锅炉是一种基于自然对流原理工作的锅炉，其原理是利用水的密度变化和自然对流的热传导来实现热量的传递。
相比于强制循环锅炉，自然循环锅炉具有结构简单、操作方便、节能环保等优点，因此在一些小型供暖系统中得到广泛应用。
二、自然循环锅炉原理自然循环锅炉的工作原理基于热量的自然对流传递。
当锅炉启动时，锅炉内的水被加热，从而产生热对流现象。
具体来说，自然循环锅炉的工作原理可分为以下几个步骤：1. 加热阶段：燃烧器燃烧燃料，加热锅炉内的水。
水的加热使其密度降低，从而使加热部分的水上浮，冷却部分的水下沉。
2. 自然对流阶段：由于水的密度差异，加热部分的水上浮，形成热对流循环。
上浮的热水经过蒸汽分离器，蒸汽进入蒸汽室，而冷却的水则下沉到加热部分接受加热。
3. 再生阶段：上浮的热水经过蒸汽分离器分离出其中的蒸汽，蒸汽进入蒸汽室供应给其他设备使用，而剩余的热水则重新下沉到加热部分。
通过这种自然对流循环，锅炉中的热量得以传递，实现水的加热和蒸汽的产生。
由于自然循环锅炉依靠自身的结构和水的密度变化来推动热量传递，因此无需额外的强制循环泵，节约了能源和维护成本。
三、自然循环锅炉的优点自然循环锅炉相比于强制循环锅炉具有以下优点：1. 结构简单：自然循环锅炉不需要额外的强制循环泵，因此其结构相对简单，易于安装和维护。
2. 操作方便：自然循环锅炉无需额外的控制设备，操作相对简单，无需专业技术人员操作。
3. 节能环保：自然循环锅炉运行时无需外部能源驱动，仅依靠自然对流传递热量，节约了能源消耗。
同时，自然循环锅炉无需额外的强制循环泵，减少了能源消耗和维护成本。
4. 适用范围广：自然循环锅炉适用于小型供暖系统，如家庭供暖、小型工业锅炉等。
四、自然循环锅炉的应用自然循环锅炉由于其结构简单、操作方便、节能环保等优点，在一些小型供暖系统中得到广泛应用。
例如，在家庭供暖中，自然循环锅炉可以通过自然对流使热水循环供暖，避免了额外的能源消耗。
自然循环原理——锅炉原理PPT课件
• 当雾状流蒸汽中水滴全部被蒸干以后，形成单相的过热蒸汽 流动，放热系数进一步减小，管壁温度进一步上升。
SCHOOL OF ENERGY AND POWER ENGINEERING, SHANDONG UNIVERSITY
• 有卷吸的环状流动阶段：环状流的液膜变薄，管子壁面上 的热量很快通过液膜传递到液膜表面，此时在管子壁面上不再 产生汽泡，蒸发过程转移的液膜表面进行。放热系数略有提高 ，管壁温度接近流体温度。
1 蒸发管内的流型与传热的关系
• 单相液体流动阶段：在管子入口处，为过冷水对流传热，放热 系数基本不变。 • 过冷沸腾阶段：汽泡状流动的初级阶段。壁面温度大于饱和温 度，在壁面上产生小汽泡，而管子中心流体温度尚未达到饱和温 度，汽泡被带到水流中很快凝结而消失，放热系数增大。 • 汽泡状流动的后期和环状流动阶段：由于不断吸热，管内的水 流达到饱和温度在壁面上产生的蒸汽不再凝结，壁面上不断产生 汽泡，又不断脱离壁面，水流中分散着许多小汽泡，此时饱和核 态沸腾开始，并一直持续到环状流动阶段结束。管内放热系数变 化不大，管壁温度接近流体温度。
第九章 自然循环原理
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第一节 自然循环原理
一 自然循环原理
定义：在一个闭合的回路中，由于工质自身的密度差造成的重 位压差，推动工质流动的现象。 自然循环锅炉的循环回路是由锅筒、下降管、分配水管、水冷 壁下联箱、水冷壁管、水冷壁上联箱、汽水混合物引出管、汽水 分离器组成的，如图所示； 重位压差是由下降管和上升管(水冷壁管)内工质密度不同造成 的；而密度差是由下降管引入水冷壁的水吸收炉膛内火焰的辐射 热量后，进行蒸发，形成汽水混合物，使工质密度降低形成的。
锅炉自然循环流程
自然循环锅炉的汽水流程是一个基于密度差驱动的闭合循环过程，其主要步骤如下：1. 给水预热：- 给水泵将低温的锅炉给水送入高压加热器（如果存在的话），初步加热后提高给水温度。
- 高温给水再通过省煤器进一步吸收烟气热量，从而达到接近饱和状态。
2. 进入汽包：- 经过省煤器预热后的给水流入汽包（也称作锅筒）。
3. 下降管与水冷壁系统：- 汽包中的水通过下联箱和集中下降管向下流动到蒸发器的水冷壁部分。
下降管不直接接触炉膛内的高温烟气，因此内部保持为低温水的状态。
4. 蒸发受热面：- 水冷壁内的水在炉膛内受热，由于受到火焰和高温烟气的辐射和对流换热作用，水开始蒸发，形成汽水混合物。
5. 上升管：- 蒸发产生的汽水混合物因为蒸汽的密度比水小，在重力作用下自然上浮，通过垂直布置或倾斜布置的上升管向上流动。
6. 汽水分离与再分配：- 上升的汽水混合物回到汽包中，在汽包内部进行汽水分离，蒸汽留在汽包顶部空间，而分离出来的饱和水则重新沉降到汽包底部，准备再次循环。
7. 过热阶段：- 分离出的饱和蒸汽可以通过过热器进一步加热成为过热蒸汽，以满足更高参数的要求。
过热器可以是屏式、墙式或其他类型，分布在水平烟道或者竖直烟道中。
8. 输出蒸汽：- 过热蒸汽最终从主蒸汽管道输出至汽轮机做功，完成能量转换。
整个过程中，利用的是汽水混合物与未蒸发的水之间的密度差作为循环动力，无需外部机械泵强制循环，故称为“自然循环”。
这种结构的锅炉尤其适用于小型和中型容量的发电厂和工业应用。
随着压力等级的升高，自然循环锅炉的设计要求会更加严格，因为密度差减小导致循环稳定性变差，高参数条件下往往需要采用强制循环或其他更先进的设计。
锅炉自然循环原理
锅炉自然循环原理
锅炉自然循环原理是指在锅炉加热过程中，由于水的密度变化所引起的水的自然循环运动。
首先，当锅炉内的水被加热后，水的温度上升，密度减小。
因为热量的传导是从高温到低温的方向，所以炉水温度升高后，周围的水也会热传导到锅炉所在区域，使锅炉内的水局部产生热胀冷缩的变化。
其次，由于局部水温升高，水的密度减小。
较冷的水会由外部环境自然进入锅炉，占据较热水所占的位置，形成自然循环。
进一步的，进入的较冷水在锅炉内受热后也会上升，造成锅炉内水的循环。
这种自然循环的过程可以使锅炉内部加热面上的水温均匀分布，从而提高锅炉的热效率。
同时，自然循环还可以保证锅炉内水的流动，避免局部温度升高过高，导致热力膨胀、破坏锅炉结构等不良后果。
总之，锅炉自然循环原理通过水的密度变化和热对流的效应，实现了锅炉内部水的自然循环运动，达到了热量均匀传递、高效供热的目的。
锅炉自然循环的原理
锅炉自然循环的原理
锅炉自然循环是指在锅炉系统中，热水通过自然的密度差异产生对流，从而实现热量的传递和循环。
其基本原理可以概括为以下几个步骤：
1. 加热水：锅炉在燃烧燃料或其他加热方式下，将水加热到一定温度。
2. 密度差异：加热后的水因温度升高而密度减小，导致热水上浮，形成密度差异。
3. 上升对流：热水由于密度较小，会上升到锅炉的顶部或者热交换器的上部，同时，冷水由于密度较大，会下沉到锅炉的底部或者热交换器的下部。
4. 冷却释放热量：热水在上升过程中与锅炉或热交换器的表面接触，释放热量给周围环境或介质。
5. 冷水回流：冷水在下降过程中，通过管道重新进入锅炉的底部或者热交换器的下部，完成一个循环。
通过以上循环过程，热水源源不断地加热、上升、释放热量、下降和回流，从而形成了锅炉内的自然循环。
这种自然循环的特点是操作简单、无需额外能量投入，但循环速度较慢。
锅炉自然循环广泛应用于一些小型的加热系统，如家庭中的热水器以及一些低压小型蒸汽锅炉中。
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第七章 自然循环锅炉蒸发系统
§1 蒸发设备 §2 自然循环原理 §3 水冷壁内汽液两相流流型及传热 §4 自然循环的可靠性指标及常见问题
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§1 蒸发设备
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一、水冷壁
㈠水冷壁的作用
㈡水冷壁的分类
二、汽包 三、下降管 四、联箱
有较大的辐射受热面积，可降低受热面金属耗量；可工厂预制；
炉墙蓄热能力小，炉膛燃烧室升温快，可缩短锅炉的启停时间。
图7-1 膜式水冷壁的结构 Page 7 （a）光管焊成的膜式水Pr冷inc壁iple；s of（Bobil）er肋片管焊成的膜式水2冷02壁0/3/1
水冷壁的分类
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膜式水冷壁： 两种类型见图7-1。
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§2 自然循环原理
• 三、自然循环的有效压头
• 自然循环在工质稳定流动时，有效压头数值上等 于下降管侧阻力，即：
• •
Syx pxj
（7——8）
• 有效压头和下降管侧阻力不是一个概念，有效压 头是流动的动力，下降管侧阻力是流动的阻力；
• 只是在工质稳定流动时，两者在数量上相等。
• 三、自然循环的有效压头
• 在自然循环系统中运动压头中用来克服下降管系统阻力
的压头称为有效压头，用 Syx 来表示。即：
•
•
Syx Syd ps
（7——7）
• Syx ——自然循环的有效压头；
• Syd ——自然循环的运动压头；
• ps——上升管系统的阻力压降。
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在自然循环锅炉中， 流动阻力是由下降管 和上升管系统的重位 差来克服的。
用来克服水循环回路 总阻力的压头，也就 是自然循环的推动力 称为自然循环的运动
压头。
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1、自然循环的基本概念
自然循环的工作原理 下降管中水与上升管
中汽水混合物间的重位压头差 h'h g 使水
汽包内壁设置弧形衬套5，由沿汽包长 度延伸的挡板构成。
汽水混合物由上部进入汽包，沿弧形衬
套向下流动，均匀加热汽包壁，可减少
汽包上下壁温差及相应的热应力。
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汽包与内部装置
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汽包是长圆筒的密闭承压容器，开有很多管孔。 300MW锅炉直径约1.8m，壁厚15cm，长约22m。
水冷壁主要吸收炉膛 火焰及烟气的辐射热 量，使水冷壁管内的 水汽化为蒸汽。
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自然循环锅炉蒸发设备 主要由汽包、下降管、 水冷壁(上升管)、联箱 及其连接管道组成。 工质在这些蒸发设备组 成的闭合回路中循环流 动，称为水循环。
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§1 蒸发设备
对于蒸汽锅炉，水冷壁主要为蒸发受热面； 对P于age热3 水锅炉或超临界压力P直rin流cip锅les炉of，Boi水ler冷壁主要为加热受热20面20/。3/1
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光管式水冷壁
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膜式(鳍片管)水冷壁
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结构尺寸：606.5mm的轧制鳍片管或 63.57.5mm的焊接鳍片管；
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水冷壁的结构
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内螺纹管水冷壁： 工质在管内流动时产生强烈的扰动。把液体压 向壁面，强迫汽泡脱离管壁被水带走，破坏膜态汽层。
可有效防止膜态沸腾产生，避免管壁超温。用于炉内高热负荷区域 的膜式水冷壁，确保水冷壁安全可靠。
下降管管座：
位于汽包底部，保证下降管入 口上部有最大的水层高度，以 防下降管进口处工质汽化；
下降管入口处装有十字架，以 消除大直径下降管进口产生漏 斗形水面，防止蒸汽进入下降 管，保证锅炉水循环的安全。
汽包的外形，如图7-2所示。
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销钉式(刺管)水冷壁（卫燃带）；
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水冷壁的分类
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对炉墙的保护好，只需保温材料，不用耐火材料，故炉墙重量轻，
膜 便于采用悬吊结构；可防止管壁超温。 式 炉膛气密性好，可减少漏风，降低热损失，提高锅炉效率； 壁
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§1 蒸发设备
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二、汽包
• 1、汽包作用 • 2、汽包内部装置
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汽包图片
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• 一、自然循环的概念
• 根据锅炉蒸发系统工质流动的工作原理，锅炉
可分为自然循环锅炉和强制流动锅炉。
• 控制循环锅炉和直流锅炉属强制流动锅炉。直
流锅炉是靠给水泵压头使水和汽水混合物在水 冷壁管内强制流动。
• 控制循环是在下降管侧装设炉水再循环泵以推 动工质在循环回路中循环流动；自然循环是靠 下降管和上升管系统中工质密度差所产生的重 位压差来推动工质在循环回路中流动。
在回路中产生环形流动，水循环
简单循环回路压差平衡式 (取向下为正)
H xj g pxj Hi i g ps
式中： H、Hi ——下降管的高度（即循环回路的高度） 及上升管各区段的高度，m；
xj , i ——下降管中工质及上升管各区段工质的 平均密度，kg/m3；
Pxj、Ps——下降管及上升管流动阻力损失，Pa
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蒸发受热面：大型锅炉中主要是水冷壁。作用使水蒸发
一、水冷壁
㈠水冷壁的作用
悬挂在炉膛四周的水冷壁主要吸收炉膛火焰及烟气的辐射热量，使 水冷壁管内的水汽化为蒸汽；可以降低炉膛出口烟气温度，防止炉 膛出口结渣，保护炉膛出口受热面；还可以起到悬挂炉墙的作用。
㈡水冷壁的分类
分两种：光管壁——广泛采用敷管式炉墙。 膜式壁（大型锅炉均采用）
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§2 自然循环原理
汽包锅炉循环回路是由汽包、下降管、联箱、水冷壁（上升管） 所形成的工质流动的封闭线路。
水循环是指锅炉水在循环回路中循环流动的现象。
自然水循环的概念：密度差重位压差循环动力
在炉顶端，有贮水、贮汽的汽包，内有汽水分离装置，炉膛内壁有 彼此紧密排列的水冷壁管，炉膛内的高温火焰将水冷壁管内的水加 热成汽水混合物上升进入汽包，而炉外下降管则将汽包中的低温水 靠自重下降至下连箱与炉内水冷壁管接通，靠炉外冷水下降而炉内 水冷壁管中热水自然上升的锅炉叫自然循环（汽包）锅炉，而当压 力高到16.66~17.64MPa时，水、汽重度差变小，必须在循环回路中 加装循环泵，即称为控制循环锅炉。当压力超过18．62MPa时，应 采用直流锅炉。
• 控制循环锅炉和自然循环锅炉均属汽包锅炉。
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自然循环工作原理
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自然循环的工作原理
下降管中水与上升管 中汽水混合物间的重 位压头差使水在回路 中产生环形流动，称 为水循环。
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汽包作用
枢纽：连接省煤器、蒸发受热面、过热器 蓄能、蓄水：缓冲压力与水位 汽包上装有汽水分离、蒸汽清洗、排污锅内 加药等装置。
汽包上装有压力表、水位计和安全阀等附件，汽 包内还装有事故放水装置，可保护锅炉安全。
某亚临界参数锅炉汽包：
的可靠性，并能节约钢材，简化布置。
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§1 蒸发设备
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四、联箱
•1、联箱的作用 联箱的作用是汇集、混合、分配工质。 •2、下降管的结构
布置在炉外，不受热，是由无缝钢管两端焊接平封头 构成，在联箱上有若干管头与管子焊接相连。 水冷壁下联箱底部还设有定期排污装置、炉底蒸汽加 热装置等。
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汽包与内部装置
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涡轮式旋风分离器6沿汽包长度方向分两排对称布置，对汽水混合物 进行第一次粗分离；
立式波形板（又称顶帽）布置在 分离器的顶部，进行第二次分离；
波形板干燥器3 在汽包顶部沿长 度方向分前后两组（每组两排， 对称布置）呈鸟翼状倾斜的立式， 进行第三次分离。
• •
Syd = xj s gh （7——5）
• h ——循环回路的高度，m；
• s ——上升管中工质的平均密度，kg/m3；
• xj ——下降管中工质的平均密度，kg/m3。
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§2 自然循环原理
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水冷壁