蒸汽发生器是一种利用热能将水转化为蒸汽的热工设备。 尽管其具体结构与应用场景（如实验室、工业锅炉系统、核电站等）存在显著差异，但其核心热力学过程本质一致：通过热源向工质（水）传递热量，使其吸收能量达到饱和状态并发生汽化相变，产生蒸汽。 整个系统通过精密的工程控制，确保输出蒸汽的压力、温度及干度等关键参数稳定在设定值，以满足特定应用的需求。

一、核心原理

1、 能量输入

蒸汽发生器通过不同热源（如电能、燃料燃烧、工业余热等）将能量传递给液态水，热能的能量转化为水的内能，使水温升高。

2、 相变过程

水在受热后温度逐渐升高，达到沸点（与压力相关，压力越高沸点越高）时开始汽化，由液态转变为气态，形成蒸汽。蒸汽的能量包含显热（温度升高的热量）和潜热（相变时吸收的热量），后者是蒸汽做功的主要能量来源。

二、关键系统与工作流程

1、 热源系统

燃料加热型：通过燃烧天然气、燃油、生物质等燃料，在燃烧室内产生高温烟气，经换热器（如盘管、火管、水管）将热量传递给水。例如，火管式蒸汽发生器中，高温烟气通过火管加热管外的水，水吸收热量汽化。

电加热型：利用电阻式加热元件（如电热管）或电磁感应原理，直接将电能转化为热能，加热容器内的水。

其他热源：如太阳能、工业废热（余热锅炉）等，通过换热装置将热量传递给水。

2、 水循环系统

自然循环：依靠水和蒸汽的密度差实现循环。加热区的水受热汽化，密度降低，向上流动；未受热的水密度大，向下流动，形成自然对流（如小型立式蒸汽发生器）。

强制循环：通过水泵（如离心泵）推动水在系统中循环，适用于大型设备或需要稳定流量的场景，可提高换热效率（如电站蒸汽发生器）。

3、 蒸汽分离与生成

汽水混合物形成：水在加热元件表面或换热管内受热汽化，形成汽水混合物。

汽水分离：为提高蒸汽干度（减少水分），蒸汽发生器通常配备汽水分离器（如挡板、旋风分离器），利用惯性、离心力或重力将蒸汽中的水滴分离回水中，确保输出蒸汽的品质。

4、 压力与温度控制系统

压力控制：通过压力传感器监测蒸汽压力，当压力超过设定值时，自动调节热源输入（如减少燃料供给或停止电加热），或开启安全阀释放多余蒸汽，防止超压。

温度控制：通过调节热源功率或水循环量，控制蒸汽温度。例如，过热蒸汽发生器可通过额外的过热器进一步加热饱和蒸汽，使其温度超过对应压力下的沸点。

5、 水位与安全系统

水位控制：通过液位传感器（如浮球、电极式）监测水箱或汽包内的水位，当水位过低时自动补水，避免干烧；水位过高时排水，防止蒸汽带水。

安全保护：配备安全阀、压力开关、温度传感器等，当系统异常时（如超压、缺水、超温）自动报警并切断热源，确保设备安全。

三、不同类型蒸汽发生器的原理差异

小型电加热蒸汽发生器：结构简单，水直接接触电热管加热，快速产生蒸汽。

工业级水管式蒸汽发生器：水在管内流动，烟气在管外冲刷，换热效率高，适合大流量蒸汽需求（如发电、化工）。

余热蒸汽发生器：利用工业废气、高温液体的余热加热水，属于节能型设备，原理与燃料加热型类似，但热源为废热。

总之，蒸汽发生器的工作原理围绕 “热源供热 - 水受热汽化 - 蒸汽分离 - 参数控制” 展开，不同类型的设备虽结构各异，但核心均是通过能量转换实现水到蒸汽的相变，并通过系统设计保证安全、高效运行。