亚临界压力和超临界压力的锅炉是今后压力参数选择的主要对象，至于锅炉容量，亦应在1000t/h（配300MW机组）以上，因此从工质流动方式来讲，除了当前大量的自然循环锅炉可适用于低压锅炉一直到亚临界压力锅炉外，强制循环锅炉一般用在亚临界压力锅炉上。由于强制循环锅炉是在下降管与水冷壁进口联箱之间安装一台循环水泵，这样就可以解决亚临界锅炉水循环回路中，由于水、汽间密度差小后而引起的水循环不可靠的问题。直流锅炉是使进入锅炉中的水，在受热面管内作一次性流动（即出口全部变为蒸汽），但是它对给水品质要求非常严格，只用在亚临界参数和超临界参数的锅炉机组上。作为直流锅炉的另一种型式，也称为复合循环直流锅炉，即在直流锅炉省煤器出口与蒸发区入口间加装一台再循环泵。它是在20世纪60年代发展起来的，在国外被较广泛地采用（主要是美国、日本）。目前我国电站锅炉这三种汽水循环方式的锅炉都有投运的，因此需将对其简单工作原理分别作介绍。

1.自然循环锅炉

蒸发受热面为自然循环的锅炉称为自然循环锅炉，位于锅炉上的汽包可通过下降管不断地向水冷壁进口联箱供水。水冷壁内水吸热后产生部分蒸汽，在管内形成汽水混合物，由于汽水混合物与下降管的水密度不同，重量压差使下降管和水冷壁内工质产生循环流动的推力，汽水混合物上升进入汽包，使工质不停地形成自然循环。

这种自然循环锅炉水冷壁出口汽水混合物的含汽率（按重量）大致在5%～25%范围内（低参数、小容量的锅炉较小；高参数、大容量的锅炉大些）。由上述讨论可知，一定量的水必须在汽包、下降管和水冷壁等所组成的回路内循环很多次才能全部蒸发。这种自然循环汽包炉是到目前为止应用最为普遍的炉型。不少国家的亚临界压力的锅炉也采用这种炉型。

自然循环锅炉的主要特点是循环方式简单，靠下降管与上升管间工质的密度差进行循环，而且对给水品质的要求较低。当锅炉压力超过19.5MPa以后，蒸汽与水的密度已趋于接近，这时上升管和下降管内的循环压力就不能保证锅炉安全运行，因此采用自然循环方式的锅炉，汽包内的最高压力限制为19.5MPa以下。

目前，英国、美国、日本都已解决了亚临界压力自然循环锅炉的三大问题：一是水循环问题；二是汽水分离问题；三是汽包的制造和运输问题。英国自1962年以来陆续投运了200、300、500、550MW和660MW机组的自然循环锅炉。英国拔柏葛公司的政策就是尽量使用自然循环锅炉。20世纪70年代，美国订购的大部分电站锅炉都是亚临界压力汽包锅炉，其中自然循环锅炉约占2/3，目前美国最大的自然循环锅炉配885MW 机组，参数为17.8MPa、540℃/540℃。在炉膛高热负荷区域，为使光管水冷壁得到充分冷却并维持核态沸腾，需要一定的质量流速，而且它随着汽包运行压力的升高而增加。现已证明，自然循环能达到这种质量流速，但这种设计防止传热恶化的可靠性较小，特别在不稳定工况下更是如此。英国拔柏葛公司近年在自然循环锅炉上试验采用内螺纹管，以防止传热恶化，使水冷壁得到充分冷却，认为自然循环锅炉采用内螺纹管在亚临界压力下是很有效的。自然循环锅炉采用内螺纹管时，其防止传热恶化的可靠性，即使当压力为21MPa时，效果也仍然很好。另外，采用光管时，循环倍率及炉膛水冷壁管内流速都要求很大，这样就要求管子流通截面（包括下降管及上升管）相当大，而采用内螺纹管就可使自然循环锅炉设计得更经济些。亚临界压力自然循环锅炉在我国也得到了发展，各大锅炉厂的300MW亚临界压力自然循环锅炉已有一定数量投入运行，参数为17MPa、540℃/540℃。

2.强制循环锅炉

强制循环锅炉就是在下降管与水冷壁进口联箱之间串接专用的循环泵，这样就可以强迫锅炉中水和汽水混合物的流动，从而能可靠地保证水循环的安全性。这种在水循环回路中装有炉水循环泵的锅炉与自然循环锅炉蒸发受热面的汽水系统相似，其差别只是多了循环水泵，但是它给锅炉的结构和运行带来很大变化，水冷壁管的布置方式不再局限于垂直上升的唯一方式，布置上可以比较自由。这种锅炉在英国、法国等国家应用很普遍，我国引进的锅炉即属此种型式。

在英国，强制循环方式用在废热锅炉及核动力装置上，也用于火力发电站，如200～550MW机组，其中500MW机组锅炉，采用强制循环方式的已占生产数量的一半。不过，在英国研究的结果认为，强制循环总是复杂的，特别是循环泵的轴封及其相连的电动机冷却问题，显得更为突出。虽然他们早已有经过考验的设计，但还是觉得自然循环锅炉和直流锅炉要比强制循环锅炉好。近年来美国在亚临界汽包锅炉中，强制循环锅炉所占比例下降到1/3左右，自然循环锅炉占2/3左右。强制循环锅炉最大的容量为1000MW 机组。我国引进技术中已有这种强制循环锅炉投产，配300～600MW机组。

低倍率循环锅炉亦是按强制循环方式运行，它的特点是循环倍率只有1.25～2.0，而且在结构上用汽水分离器代替锅筒（汽包）。这种锅炉的优点（与直流锅炉相比）如下：

（1）因有再循环流量，故可以采用一次垂直上升管屏布置膜式水冷壁，使结构简单，水冷壁的悬吊、制造和维修等均方便。同时蒸发受热面管可采用较粗管径，在额定负荷时质量流速较直流锅炉小，使流动阻力减小。

（2）循环泵流量受锅炉负荷变化影响小，锅炉低负荷时有足够大的质量流速，水冷壁管得到可靠的冷却，不致出现膜态沸腾，水动力特性稳定。

3.直流锅炉

直流锅炉是采用给水泵作为工质流动的动力，强迫工质在管内作一次流动，直到完全汽化为止的一种单向流动方式的锅炉。与汽包锅炉相比，金属耗量最小，汽水系统简单，但对给水品质要求严格，启动系统复杂，需要配备高度自动化的控制设备。为了保证必须的质量流速，汽水系统阻力较大。一次上升直流锅炉，不适宜变压运行。

直流锅炉与汽包锅炉相比，在于它不用汽包，其特点是给水进入锅炉后，在锅炉内部不进行循环，而是在顺序流过省煤器、蒸发受热面和过热器等受热面的过程中，逐步完成水的加热、蒸发和蒸汽过热等阶段。由于工质的运动是依靠给水泵提供的压力来推动的，因此直流锅炉一切受热面中工质都为强制流动。直流锅炉的水冷壁管可以是直立、螺旋上升的，甚至是上下曲折的。

直流锅炉由于不用汽包，又不采用或少用下降管，可节省钢材20%～30%，制造工时约可减少20%，造价降低约25%，运输安装也比较方便。但它对炉水品质的要求非常严格，启动系统复杂，需要配备高度自动化的控制设备。(www.daowen.com)

目前国产直流锅炉的最大容量为配300MW机组的1000t/h燃煤直流锅炉。

4.复合循环直流锅炉

复合循环直流锅炉的主要特点是在水冷壁与省煤器之间加进一台循环泵，在低于某一个负荷时，将水冷壁出口一部分工质通过混合器，使其与来自省煤器的给水混合，再回到泵的入口进行再循环，在高负荷时，则停止再循环以直流方式运行。这样可以保证在各种负荷下，水冷壁中汽水流速相差不大，工作可靠。

这种锅炉的关键是需要配置具有潜水电动机的大流量复合循环泵。这种锅炉首先在美国设计制造，以后日本也采用。前苏联于20世纪70年代初期也开始采用，最大的一台配1200MW机组的复合循环锅炉正在安装之中，锅炉容量为3950t/h，蒸汽参数为25MPa、545℃/545℃。复合循环主要应用于超临界参数，在亚临界压力上，只有联邦德国制造了一台燃用天然气及油的600MW 锅炉，蒸发量为1870t/h、汽压17MPa、汽温530℃/530℃。当锅炉负荷低于66%时，循环泵投入，按强制循环方式运行；当锅炉负荷达到66%及以上时，按直流方式运行。这种锅炉与亚临界压力低倍率循环锅炉相比，循环泵容量较小，分离器及疏水管路也都较小，是其优点。但其调节系统要具备低倍率循环锅炉与直流锅炉两者的优点，运行也就更为复杂一些。

复合循环直流锅炉是20世纪60年代美国燃烧工程公司在瑞士苏尔寿直流锅炉的基础上发展起来的。这种炉型不仅用于超临界压力锅炉，还用于亚临界压力锅炉。

复合循环直流锅炉属于直流锅炉的一种新的形式。在亚临界压力下，使用的复合循环直流锅炉的水冷壁出口必须装设汽水分离器，使分离出来的水进行再循环；在超临界压力下使用时，不需要装设汽水分离器就能实现部分工质的再循环。有的复合循环直流锅炉在低负荷时按再循环方式运行，高负荷时则按纯直流方式运行；有的复合循环直流锅炉在全负荷范围内都以再循环方式运行。

超临界压力复合循环直流锅炉在美国、日本等国家得到广泛的应用。这是因为它与其他类型锅炉相比有着许多优点：

（1）由于水冷壁系统流动阻力比一般直流炉约小0.98～1.96MPa，水冷壁流速可选用较低的数值。

（2）水冷壁工作条件可以得到显著的改善，再循环使水冷壁进口工质焓值升高，从而导致在整个水冷壁范围内，工质的温升及水冷壁管子温度的变化降低，这样，水冷壁管的温度应力就能维持在一个最低值上，相应地提高了安全性，在恶劣的工况下，例如启动、低负荷等，损坏的可能性就会降低。

（3）启动流量低，启动系统的容量可按再循环泵的工作起始点考虑，相应地可减少投资和启动热损失。

（4）锅炉的低负荷极限可降至10%左右。

（5）由于质量流速可由再循环泵容量来保证，可避免采用过小直径的水冷壁管。

（6）可在锅炉出力很低时启动汽轮机，可以不需要保护再热器的旁路系统。

（7）由于锅炉启动时用炉水再循环来保证水冷壁内有足够的质量流速，锅炉给水量只有

最大蒸发量的5%～10%，因而启动热损失很小，仅为一般直流锅炉的15%～25%。