船舶辅锅炉的结构与附件

1、第二节第二节 船舶辅锅炉的结构与附件船舶辅锅炉的结构与附件 13-2-1 燃油锅炉 w 在柴油机动力装置的干货船上 n辅锅炉应以结构简单、维护操作方便 n也要考虑重量和尺寸应尽可能小 n立式直水管锅炉和立式横烟管锅炉较常见 w 在油船上 n要求辅锅炉的蒸发量较大，D型水管锅炉采用较多 w 1立式横烟管锅炉 n图13l所示是一种使用较普遍的立式横烟管锅炉 n不同型号的蒸发量为14.5th，最大工作汽压为 1.01.7MPa 13-2-1-1 立式横烟管锅炉 w 锅炉具有一个直立的圆筒 锅壳1(D=1.52.6m) n20号锅炉钢板卷制焊接 w 顶部和底部为椭圆形封头 2(较好地承受压) w 锅炉

2、高度为3.76.3m w 下部有球形炉胆3炉膛 w 炉胆有一圆形出烟口4 n与方形燃烧室5相通 w 在燃烧室5与烟箱12之间 n有管板6和7 n管板间有数百根水平烟管8 13-2-1-1 立式横烟管锅炉 w 炉胆和烟管将锅壳内分成 两个空间 n里面是烟气，外面充满水 w 电动油泵9通过燃烧器10 的喷油嘴向炉膛内喷油 w 鼓风机11经风门将空气送 人炉内助燃 w 油在炉胆内燃烧 n通过辐射方式经炉胆壁传 给炉水 13-2-1-1 立式横烟管锅炉 w 油气燃烧室继续燃烧 n顺烟管流至烟箱大气 n烟气在管中流速越高和扰 动越强烈，它对管壁的对 流放热能力就越强 n在烟管中常设长条螺旋片 w 炉胆、

3、燃烧室和烟管都是 蒸发受热面 n烟气在管中流过 l烟管锅炉的结构特点 w 水面只需比蒸发受热面高 一些即可 n水面上部为汽空间13 13-2-1-1 立式横烟管锅炉 w 炉水吸热沸腾汽化 n在水中产生大量蒸汽汽 泡 n自水面逸出后，聚集在 汽空间中 n后经顶部的集汽管14和 停汽阀15输出 n由蒸汽管道送至各处使 用 13-2-1-1 立式横烟管锅炉 w 由于炉内水不断蒸发 成汽 n水量会减少 n当水位下降至最低工作 水位时 l水位自动调节器发生作 用 l起动给水泵，给水就经 给水阀和内给水管16补 人 13-2-1-1 立式横烟管锅炉 w 给水量比锅炉蒸发量 要多 n起动水泵后，水位上升 w

4、 水位到最高工作水位 时 n调节器停止给水泵 13-2-1-1 立式横烟管锅炉 w 检查门17 n用于清除积存在烟管中的 烟垢 n更换或用堵棒堵塞损坏的 烟管 w 人孔门18 n工作人员进入锅壳内部进 行维修和清扫积存的污垢 w 手孔门 13-2-1-1 立式横烟管锅炉 w 隔热材料层 n为减少锅炉散热损失和 降低周围环境温度 n防止工作人员烫伤 n最外面是一层薄铁皮外 罩。冷空气会使锅炉受 到损伤 13-2-1-1 立式横烟管锅炉 w 传热特点和工作性能 n在整个锅炉受热面中， 炉胆和燃烧室仅占10 左右，但由此传给水的 热量却占整个锅炉的一 半以上 n炉胆和燃烧室内热辐射 非常强烈，蒸发率

5、甚大 13-2-1-1 立式横烟管锅炉特点 w 比较笨重，锅炉重量达蒸发量的68倍 n锅炉工作压力和蒸发量受到限制，工作压力限于2MPa以 下，蒸发量也不超过10th w 烟管锅炉蓄水量大 n蓄热量也大，点火升汽的时间必须较长 n常需数小时，以免热应力太大损坏锅炉 w 蓄水蓄热多使其汽压与水位变动较慢，自动调节容 易实现 w 对炉水质量要求不高 n炉胆部分的传热强度高，但其水垢容易清除 n烟管间水垢难以清除，但该处烟气温度低，水垢不容易 形成 13-2-1-1 立式横烟管锅炉 w 烟管锅炉因性能指标落后 n是一种日趋淘汰的形式 n由于辅助锅炉蒸发量小，重量和体积不是突 出问题 n烟管锅炉具有蓄

6、水量大、压火后尚能较长时 间继续供汽、对水质要求不高、工作可靠和 无需过于费心照料等特，所以在内燃机船的 辅助锅炉中，目前仍得到应用 13-2-1-2 D型水管锅炉 w D型锅炉形状类似字母“D” n它的结构布置较为合理，经济技术指标也较 高 w 图132示出了D型水管锅炉的结构简图 n由汽包1、水筒2、联箱3、炉膛4、水冷壁5、 蒸发管束6、7、过热器11、经济器12及空气 预热等部件组成 n现将主要部件介绍如下： l(1)炉膛、炉墙和炉衣： w 提供足够的空间，使燃油得以充分燃烧 13-2-1-2 D型水管锅炉 w D型锅炉炉膛内燃烧温度约可达1700左右 n炉膛出口烟气温度不宜太高 l以

7、免高于烟气中灰分的融点温度，会使灰分融解，粘附在蒸 发管束的管壁上形成积渣 n又不能太低，以免燃烧过程进行得不充分 nD型锅炉炉膛出口烟气温度约为1 100左右 w 炉墙或炉衣 n将锅炉的各种受热面包围以形成炉膛和烟道 n隔热和密封作用 n气密作用 l防止外界空气漏人炉膛或烟气漏至炉舱 13-2-1-2 D型水管锅炉 w 炉墙由耐火层、隔热层和气 密层叠加而成，如图示 w 与火焰接触的耐火层通常采 用耐火砖 w 隔热层可用硅藻土砖或石棉 板 w 最外面的密封层为薄钢板 w 风口等不规则造型部位，用 耐火塑料或异形耐火砖砌成 w 炉底的耐火层厚度可以减半， 因灰渣侵蚀严重，一般均由 耐火砖砌成

8、13-2-1-2 D型水管锅炉 w 我国钢质海船建造规范规定 n炉墙和炉衣外表面温度不应大于60 n以免烫伤工作人员，同时也可避免散热损失过大 w 在较新式的水管锅炉中 n采用一种双层罩壳的炉墙结构 n具有内外两层壳板，中间通以去燃烧器助燃的空气 n由于助燃空气压力比炉膛内烟气压力大，消除了烟 气漏人舱内的可能 n空气带走一部分热量 l减少锅炉散热损失 l提高助燃空气温度 l降低了内、外壳板的温度，隔热层可以减薄 13-2-1-2 D型水管锅炉 w (2)水冷壁、沸水管和下降管 n水冷壁是垂直布置在炉膛壁面 上的密集管排，组成水循环回 路的上升管 l锅炉的主要辐射受热面 w吸收辐射热占全部受热

9、面的 1/3 l保护炉墙不致过热烧坏 l为防止在水冷壁管子中发生汽水 分层现象 w水冷壁管子水平倾角应大于 30 w最小不得小于15 w水冷壁在汽包处吊挂，可自由 向下膨胀 13-2-1-2 D型水管锅炉 w 水冷壁的结构型式有三种, 如图所示 w (a)光管疏排和密排水冷壁 w (b)光管和狭钢条拼焊式膜式水冷壁 w (c)棘形水冷壁(部分和全部涂上耐火材料) 13-2-1-2 D型水管锅炉 w 沸水管是连接上、下锅筒的管束，称蒸发管束 n布置在炉膛出口侧 n前排属辐射换热面 n后面的管束与烟气的换热方式主要是对流 n烟气横向冲刷管束，设计上应避免出现烟气冲刷不到 的滞流区 n前三排的管距应

10、不小于250mm，以防结渣堵塞烟道 n沸水管束受热面积较大, 但平均蒸发率较低 w 汽包与联箱和水筒之间还连有不受热的各自独 立的供水管8、9(见图132)作为自然水循环的 下降管 13-2-1-2 D型水管锅炉 w (3)尾部受热面 n在烟道后部，经济器(加热给水)和空气预热器 n它们能回收锅炉排烟的余热，减少排烟所带 走的热量，因而使锅炉效率得以提高 n利用尾部受热而降低排烟温度与提高效率之 间的关系如图所示 锅炉效率 排气温度 13-2-1-2 D型水管锅炉 w 经济器传热温差大，且给水强迫流动 n其受热面积可以小一些，受热面的管径也小 n结构简单紧凑，占据的空间小，造价也便宜 w 给水

11、经过加热后再送人汽包 n能提高热效率 n可减少汽包因给水温度低而产生的热应力 w 设置经济器后，烟气侧的通风阻力增加 w 给水在温度升高的过程中，将析出一部分溶解 在其中的气体，造成金属的腐蚀 n设置经济器的锅炉只用于有除氧器的装置 13-2-1-2 D型水管锅炉 w 空气预热器位于经济器之后 n它将进入炉膛的空气预热，使排烟温度进一步降低， 以提高锅炉效率 n由于空气温度提高，使炉膛温度上升，为改善燃烧提 供了有利条件 n但是由于空气对管壁的对流放热系数很小，空气预热 器又处于低温烟气区，因此所需的受热面积很大 w 由于尾部受热面使锅炉装置的尺寸、造价增加， 管理工作(吹灰、防腐蚀等)也增加

12、，所以一般只 用于蒸发量较大、蒸汽参数较高的大、中型锅 炉 13-2-1-2 D型水管锅炉 w 蒸发率较高 n水冷壁和前排沸水管构成的辐射受热面所占 比例大 n烟气在沸水管束中是横向流动，流速较大 w 水管锅炉的效率较高 n一般辅锅炉可达8085 n有些带尾部受热面的可高达92以上 w 水管锅炉没有锅壳，单位蒸发量的相对体 积小 13-2-1-2 D型水管锅炉 w 蒸发量可达100th，工作汽压可达10MPa w 水管炉炉水循环好，蓄水量少，结构刚性 又小 n故点火升汽时间较短，一般为几十分钟 w 对水质和除垢要求高 13-2-1-3 立式直水管锅炉 w 小蒸发量辅锅炉希望： n用蒸发率较高的

13、水管炉 n吸取火管锅炉蓄水量大、 维护管理简单方便优点 w 船舶上广泛使用立式 直水管锅炉是按这种 思想设计的 w 蒸发量为18th w 蒸汽工作压力0.7MPa， 蒸发率32.1kgm2h， 效率80 13-2-1-3 立式直水管锅炉 w 锅壳分为上、下两个锅筒1、2 w 中间联接着直立沸水管束3 w 水管中充满炉水 w 烟气在各管之间横向流过 w 炉膛4位于下锅筒中 n有预燃室5，燃油和空气先在此处混合燃烧， 再进入炉膛 n预燃室可使燃烧过程进行得比较完善，整 个炉膛的热负荷也更为均匀，不会产生局 部过热现象 n由于预燃室中工作温度很高，在燃用劣质 重油或渣油时，也能获得良好的燃烧。这 种

14、锅炉在低负荷时，燃烧也较好 13-2-2 废气锅炉 w 柴油机船 n装设一台用柴油机排气的余热 采产生水蒸气的废气锅炉 l能节约燃油 l起到柴油机排气消音器作用 l一艘万吨级油船，利用废气锅炉 产生的蒸汽来加热货油舱，平均 每月可节省燃油50t左右 w 图示出废气锅炉产汽率与工 作压力的关系 13-2-2-1 废气锅炉的结构型式 w 废气锅炉有立式烟管式、强制循环盘香管式、 热管式等 w (1)立式烟管废气锅炉 n图138示出立式烟管废气锅炉的结构简图，它是 我国海船上普遍使用的一种型式 13-2-2-1立式烟管废气锅炉 w 在圆筒形锅壳中贯穿着数百根烟管 w 锅筒两端的封头兼作管板 w 为了

15、使封头不致凸变形和减少烟管所承受的拉 力，在管群中用少量厚壁管于与封头采取强固 连接，这些管子称为牵条管 w 锅炉上下两端还装有出口和进口联箱 w 柴油机排气自下烟箱流经烟管，然后从上烟箱 排出 w 当主机为双机时，一般在进口联箱中加一隔板， 有两个进气口，形成双路进气 13-2-2-1 强制循环式废气锅炉 w 图139示出强制循环盘香管式废气锅炉结构 n锅炉由许多水平放置的盘香管组成 n每一根盘香管的进出口分别与两个直立的联箱相连 n柴油机排气在管子外侧流过 n炉水由专门的循环水泵从汽水分离筒吸人，压送到各 盘香管，水在管内被加热，然后流回汽水分离筒进行 汽水分离 w 优点 n盘香管中水是强

16、迫流动，蒸发率大 n可在一定空间内布置较多的受热面，因而体积紧凑 n但是其受热面管内的水垢清除比较困难，循环水泵因 水的温度较高，因而工作可靠性较差 13-2-2-1 强制循环式废气锅炉 w 盘香管式废气锅炉烟气流过时温度逐渐降低 n故上、下各层盘香管的吸热量相差甚大 n炉水的汽化程度不同，致使流阻相差很大 n会产生偏流(下层吸热多的进水少) n甚至发生水力脉动(进水量脉动) w 故各盘香管进口设有口径分几档的节流孔板5及 节流阀6 n使靠上层的盘管进口节流程度大，进水量少 n调节各层进水量至出口湿蒸汽干度均为0.1左右为宜 w 图中上层盘香管2采用双层以增加长度，也是为 均衡上、下层流动阻力

17、和出口蒸汽干度 13-2-2-1 热管式废气锅炉 w 图1310所示为热管式废气锅炉的示意图 n热管元件 l一端置于柴油机的排气通道内 l另一端插入锅筒中 n由于烟气侧和水侧的对流放热强度相差很悬 殊，因而热管的加热段较长，并加装肋片， 而冷却段则较短，并为光管 n工作时排气放出的热量经热管传给锅筒中的 水，产生的饱和蒸气由锅筒顶部引出供加热 和生活使用 13-2-2-1 热管式废气锅炉 w 优点： n不存在水管锅炉因受热面负荷变化而引起的水循环 不稳定 n传热强度高，这是由于在热管的加热段外侧可以充 分的肋片化并受烟气横向冲刷 n每根热管均为独立的小换热面，不存在管束与锅壳 或联箱连接的麻烦

18、，且热管元件在安装时，只有一 个固定连接点，两端可以自由膨胀，因而有效的减 小了热应力 n蒸汽与烟气双重管壁隔离，如果某一热管漏泄，仅 此元件失效，整台锅炉仍可正常运行，并可单管撤 换进行检修 n装置紧凑性好，烟侧阻力小，并便于吹灰 w 蒸发量取决于主机的排气量和 排气温度 n亦即主机的功率 w 在正常航行时，主机功率稳定 n船舶对蒸汽的需要量却随着航区 和季节不同而变化 n因此对废气锅炉的蒸发量就需加 以调节 w (1)烟气旁通法 w 在远洋船舶上普遍应用的烟气 旁通调节方法如图1311所示 13-2-2-2 废气锅炉蒸发量的调节 w 在锅炉进出口间设旁通烟道 n在锅炉人口和旁通烟道人口处安

19、 装开、闭相互联动的两个调节档 板 w 当汽压升高时 n手动或用伺服电机转动档板使排 气经旁通烟道的流量增加 n限制汽压上升 w 当汽压降低时 n改变档板开度使通过废气锅炉的 排气流量增加 n限制气压下降 13-2-2-2 废气锅炉蒸发量的调节 13-2-2-2 废气锅炉蒸发量的调节 w (2)改变有效受热面积法 n为适应不同蒸发量的需要 n立式烟管废气锅炉 l选择不同的工作水位以改变有效受热面积 n盘香管式 l在进口联箱上将盘香管分为23组 l需减小蒸发量时可停止向上面12组供水，只让 下盘香管工作 l由于盘香管弹性大，且烟气温度一般都低于碳钢 允许工作温度(450)，故管中无水流过也不致损

20、 坏管子 w 废气锅炉不宜完全无水“空炉”工作，以防万 一引起局部过热而造成损坏 w 如果不得已“空炉”工作，应注意： n 开启废气炉的泄放阀和空气阀 n 用吹灰器将烟管表面积灰吹除干净 n 烟气温度必须低于350 n 重新通水时应避免“热冲击” l即主机负荷应先降低以减小传热温差 l循环水必须逐渐引入 l并检查阀和接头的联接有否松动 w 当蒸汽压力仍然偏高时，废气锅炉的多余蒸气 可通过蒸汽压力调节阀向冷凝器泄放 13-2-2-2 废气锅炉蒸发量的调节 13-2-2-3废气锅炉与燃油锅炉的联系 w 有三种: w (1)二者独立 n燃油锅炉与废气锅炉有各自的给 水管路 l由给水泵分别从热水井供水

21、 l所产生的蒸汽由各自的蒸汽管道输出， 至总蒸汽分配阀箱处才汇集一处 n这种方式运行管理比较方便，应 用较多 n不过当废气锅炉水位调节系统失 灵时，因其位置较高，航行时的 管理就比较麻烦 w (2)废气锅炉为燃油锅炉的一个附 加受热面 n给水送至燃油锅炉，由强制循 环水泵将燃油锅炉的炉水抽送 至废气锅炉使之加热蒸发，并 将汽水混合物压回燃油锅炉 n经汽水分离后，蒸汽由燃油锅 炉的蒸汽管输出 n强制循环式 n当废气锅炉的蒸发量满足不了 航行用汽需求时，可与燃油锅 炉合作向外供汽 n废气锅炉的水位不需调节，但 须多设一台或两台热水循环泵 13-2-2-3废气锅炉与燃油锅炉的联系 13-2-2-3

22、组合式锅炉 w 燃油锅炉与废气锅炉合 为一体，放在机舱顶部 n因此要求有可靠的远距离 水位指示和完善的自动调 节设备 w 图为联合式 n它既可在航行或停泊时分 别用废气或燃油作热源， 又可在航行中仅靠排气余 热蒸发量不足时同时以燃 油和废气作热源。 13-2-2-3 组合式锅炉 w 燃油锅炉与废气锅炉 合为一体，放在机舱 顶部 n因此要求有可靠的远 距离水位指示和完善 的自动调节设备 w 图为交替式 n它不能同时以燃油和 废气作热源使用 13-2-3 锅炉附件 w 1水位计 n每台锅炉都规定有： n最高工作水位 n最低工作水位 n最低危险水位 n正常工作时，锅炉水位应处于最高工作水位与最低工

23、作水位之间 n如水位调节失灵或给水系统发生故障，当水位降至最 低水位之下的危险水位，则自动控制系统的危险水位 警报器会发出信号，并使锅炉自动熄火，以防发生锅 炉干烧事故 13-2-3-1 水位计 w 最低工作水位一般应符合如下规定： n水管锅炉最低工作水位应高出最高受热面不 少于100mm(汽包下降管应视为受热面) n横烟管锅炉应高出燃烧室或烟管顶部不少于 75mm n混合式锅炉应高出热水管不小于50mm w 当船舶横倾4时 n最低工作水位应仍能符合上述要求锅炉隔热 层外表面在与水位表相邻处应设置最高受热 面标志 13-2-3-1 水位计 w 锅炉上一般装有玻璃水位计 n最高和最低工作水位都在

24、水位计显示范围内 l水管锅炉最低显示位置应位于最低工作水位以下 50mm处 n工作水位一般位于水位计中段为宜 n每台锅炉装有两只水位计，布置在左、右两 侧 n在船舶摇摆和倾斜时 l可比较两只水位计中水位来判断炉内水位 n若两只水位计均已损坏，锅炉应立即熄火 w 水位计有玻璃管式和平板玻璃式。 13-2-3-1 水位计 w 玻璃管水位计如图所示 w 水连通管和汽连通管 n分别与锅筒的水空间间相通 n两个连通管之间装有耐热钢化玻 璃管1 n玻璃管填料函保证汽密和水密 n为防玻璃管破裂时炉水大量漏出 l在水连通管连接处装有止回阀3 n水连通管和汽连通管上分别装有: l常开的通水阀4和通汽阀2 l底部

25、装有常闭的冲洗阀5 13-2-3-1 水位计 w 玻璃管水位计结构简单，价格便宜，使用方便 n但水位显示不够清晰 n且玻璃管的承压能力较低 w 为了提高水位计的承压能力 n可用平板玻璃来代替玻璃管 l为能清晰显示水位，玻璃靠水一侧刻有沟槽 l有水部分会因光的折射作用显得发暗 w 主锅炉或有专人监管的油轮锅炉 n通常每4h至少冲洗一次水位计 n冲洗水位计的操作步骤和判断水位的方法可以用表 131加以说明 操 作 顺 序 结 果 处 理 意 见 (1)开冲洗阀，关 通水阀，冲洗后 关闭遗汽阀 听见汽流声甚大，表明汽路通畅如不通畅，可连续开、关通 汽阀或遏水阀 (2)开通水阀，冲 洗后关闭 听见水流

26、声甚大，表明水路畅通 (3)关冲洗阀，慢 慢开启通水阀予 以“叫水” 因此时通汽阀关闭，所以如水位高 于水连通管，则水位一直升到水位 计顶部 可继续进行第4步操作 如无水出现，则炉水已位于水连通 管以下，锅炉已处于失水危险状态 如明确知道数分钟前水位仍 处于正常位置，则可加大给 水量，迅速恢复水位，如失 水时 (4)开通汽阀 水位下降至水位计中段表明情况正 常 可投入工作 如水位下降至水位计玻璃以下表明 炉水少，但水位仍在水连通管以上 加大给水量，迅速恢复正常 水位 如水位仍在顶部不降下来，表明锅 炉已处于满水状态 首先停止供汽，并开启上捧 污阀放水，使水位恢复正常 13-2-3-1 水位计

27、w 冲洗水位计时应注意: n通水阀和通汽阀同时关闭时间要尽量短 l以防周围空气使玻璃冷却，在随后通人汽、水时， 玻璃骤然变热而破裂 n在换新玻璃时 l应先稍开一点通汽阀 l让玻璃暖一下 l再开大通水阀和通汽阀 13-2-3-2 安全阀 w 当蒸汽需要量突然减少或炉内燃烧过于强 烈时 n锅炉汽压会上升 n为防压力过高对锅炉造成损伤甚至发生爆炸 l锅炉要装设安全阀 l在汽压超过一定限度时开启，使大量蒸汽排人大 气，以免汽压继续上升 l当汽压降至一定程度时，安全阀自动关闭 13-2-3-2 对安全阀的要求 w 每锅炉应装设两个安全阀，在一个阀体内 n蒸发量小于1th的辅锅炉可仅装一只 w 安全阀开启

28、压力 n可大于实际允许工作压力5 n不应超过锅炉设计压力 w 安全阀开启后应能通畅地排出蒸汽 n以保证在蒸汽阀关闭和炉内充分燃烧的情况下 l烟管锅炉在15min内 l水管锅炉在7min内汽压升高值不超过锅炉设计压力的10 w 安全阀要动作准确，并保持严密不漏 w 安全阀经过检验后铅封，船员不能随意重调 13-2-3-2 安全阀的结构 w 有直接作用式和先导 式两种 n辅锅炉用直接作用式 w 图为直接作用式安全 阀 n两只安全阀组装在一 个阀体内 n弹簧1压紧阀盘2 n转动调节螺丝3可调整 安全阀的开启汽压 13-2-3-2 安全阀的结构 w 安全阀阀盘2带有唇边5 n使阀开启后迅速达到较大 升程 n如果没有唇边 l汽压一降低，阀盘很快关闭 l汽压回升阀又开启 l这样阀盘将上下不停地跳动 n当阀盘外周缘加上唇边后 l可使阀盘在开启后得到一个附 加的上顶力 l增加了阀盘升程，阀也不会很 快关闭 n阀盘上有带密封圈的套筒6 l阀开启后阀上方不会受蒸汽压 力作用 13-2-3-2 安全阀的结构 w 压力降低量(阀的关闭汽压低于开启汽压) n开启后阀盘的蒸汽作用面积大于开启前的面积 l汽压恢复至额定汽压时，阀盘不能立即关闭 l汽压继续下降，直到蒸汽上顶力小于弹簧力时，阀才关闭 n阀座上装有调节圈7 l调节圈升高时 w阀开启后唇