哈工程船舶辅机--14-辅助锅炉

1、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第三节第三节 船舶辅锅炉的燃油设备及系统船舶辅锅炉的燃油设备及系统第四节第四节 辅助锅炉其他系统介绍辅助锅炉其他系统介绍2一锅炉在船舶动力装置中的作用一锅炉在船舶动力装置中的作用在蒸汽轮机动力装置的船舶上：在蒸汽轮机动力装置的船舶上：锅炉产生的高温高压过热蒸锅炉产生的高温高压过热蒸汽用驱动主蒸汽机以推动船舶前进，这种锅炉称汽用驱动主蒸汽机以推动船舶前进，这种锅炉称为主锅炉为主锅炉。在柴油机动力装置的船舶上：在柴油机动力装置的船舶上：锅炉产生的饱和蒸汽仅用于驱锅炉产生的饱和蒸汽仅用于驱动蒸汽机、加热燃油、滑油及满足日常生活的需要，这种锅

2、动蒸汽机、加热燃油、滑油及满足日常生活的需要，这种锅炉称炉称为辅锅炉。为辅锅炉。 在柴油机货船上：在柴油机货船上：一般装设一台压力为一般装设一台压力为0.50.51.0MPa1.0MPa，产，产生饱和蒸汽的辅锅炉，蒸发量为生饱和蒸汽的辅锅炉，蒸发量为0.40.42.52.5 在柴油机油船上：在柴油机油船上：因为加热货油、驱动汽轮货油泵等蒸汽因为加热货油、驱动汽轮货油泵等蒸汽等蒸汽辅以及洗货油舱等需要大量蒸汽，所以一般都装设两等蒸汽辅以及洗货油舱等需要大量蒸汽，所以一般都装设两台辅锅炉，蒸发量常在台辅锅炉，蒸发量常在2020上上3二、锅炉的分类二、锅炉的分类 1 1按锅炉的结构分类按锅炉的结构分

3、类烟管锅炉烟管锅炉( (或火管锅炉或火管锅炉) )： 燃烧产生的高温烟气在受热面管中流动，管外是水；燃烧产生的高温烟气在受热面管中流动，管外是水；水管锅炉：水管锅炉： 受热面管中流动的是水或者是汽水混合物，而烟气在管外流过；受热面管中流动的是水或者是汽水混合物，而烟气在管外流过；混合式锅炉：混合式锅炉： 一部分受热面管按烟管锅炉方式产生蒸汽，面其余管子用按水管锅炉一部分受热面管按烟管锅炉方式产生蒸汽，面其余管子用按水管锅炉方式工作。方式工作。 2 2，按水循环的方法分类，按水循环的方法分类自然循环锅炉：自然循环锅炉： 管子中水的流动是由于工质的密度差面产生的锅炉。管子中水的流动是由于工质的密度

4、差面产生的锅炉。强制循环锅炉：强制循环锅炉： 管子中水的流动是借助泵来实现管子中水的流动是借助泵来实现4三、锅炉主要性能指标三、锅炉主要性能指标 锅炉的主要性能指标有：蒸发量、蒸汽参数、锅炉效率，锅炉的主要性能指标有：蒸发量、蒸汽参数、锅炉效率，受热面积及蒸发量，炉膛容积热负荷等受热面积及蒸发量，炉膛容积热负荷等 选择燃油锅炉的依据主要是蒸发量和蒸汽参数；选择燃油锅炉的依据主要是蒸发量和蒸汽参数； 选择废气锅炉的依据则是受热面积和蒸汽工作压力。选择废气锅炉的依据则是受热面积和蒸汽工作压力。 1.1.蒸发量蒸发量( (产汽量产汽量) ) 在设计状态下，锅炉每小时产生韵蒸汽量称为蒸发量，在设计状态

5、下，锅炉每小时产生韵蒸汽量称为蒸发量，D D表表示，示，kgkgh h或或t th h。 2 2蒸汽参数蒸汽参数 供应饱和蒸汽时，蒸汽参数用蒸汽的工作压力，单位为供应饱和蒸汽时，蒸汽参数用蒸汽的工作压力，单位为MPaMPa； 供应过热蒸汽时，用蒸汽工作压力和蒸汽温度来表示；供应过热蒸汽时，用蒸汽工作压力和蒸汽温度来表示； 53 3锅炉效率锅炉效率 在锅炉中，从给水变为蒸汽所得到的有效热量与向锅炉内所供应在锅炉中，从给水变为蒸汽所得到的有效热量与向锅炉内所供应的热量之比叫做锅炉效率，用符号的热量之比叫做锅炉效率，用符号v v表示锅炉效率可用下式表示：表示锅炉效率可用下式表示：64 4受热面积受热

6、面积 主锅炉主锅炉受热面积除蒸发受热面积受热面积除蒸发受热面积( (炉水被加热产生饱和蒸汽的炉水被加热产生饱和蒸汽的受热面积受热面积) )外，还可能包括过热器、空气预热器、经济器外，还可能包括过热器、空气预热器、经济器( (预热给预热给水水) )等附加设备的受热面积等附加设备的受热面积t t单位是单位是m2m2辅锅炉辅锅炉通常没有上述附加通常没有上述附加设备，其受热面积即为蒸发受热面积设备，其受热面积即为蒸发受热面积5 5蒸发率蒸发率( (产汽率产汽率) ) 单位蒸发受热面积每小时产生的蒸汽量，单位为单位蒸发受热面积每小时产生的蒸汽量，单位为kgkgm m2 2h h； 蒸发率用于评价锅炉蒸发

7、受热面的平均传热强度；蒸发率用于评价锅炉蒸发受热面的平均传热强度； 蒸发率越高，锅炉结构越紧凑蒸发率越高，锅炉结构越紧凑6 6炉膛容积热负荷炉膛容积热负荷 单位炉膛容积在单位时间内燃料燃烧放出的热量，用符号单位炉膛容积在单位时间内燃料燃烧放出的热量，用符号qvqv表示。表示。7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 一、燃油锅炉一、燃油锅炉 在柴油机动力装置的货船上在柴油机动力装置的货船上，辅锅炉应以结构简单、，辅锅炉应以结构简单、维护操作方便为选型的主要原则，当然也要考虑重量和尺维护操作方便为选型的主要原则，当然也要考虑重量和尺寸应尽可能小些。寸应尽可能小些。 立式直水管

8、锅炉和立式横烟管锅炉是常见的燃油辅锅立式直水管锅炉和立式横烟管锅炉是常见的燃油辅锅炉的型式。炉的型式。 在油船上在油船上，由于要求辅锅炉的蒸发量较大，故采用，由于要求辅锅炉的蒸发量较大，故采用D D型水管锅炉较多。型水管锅炉较多。 81 1立式横烟管锅炉立式横烟管锅炉 蒸发量为蒸发量为1 14 45t5th h，最大工，最大工作汽压为作汽压为1.01.01 17MPa7MPa。 直立的圆筒锅壳直径为直立的圆筒锅壳直径为1.51.52. 2. 6m6m左右，由锅炉钢板左右，由锅炉钢板(20(20号或号或1515号钢号钢) )卷制焊接而成为能较好地承受内卷制焊接而成为能较好地承受内部蒸汽压力，其顶

9、部和底部均为椭部蒸汽压力，其顶部和底部均为椭圆形封头圆形封头2 2。整个锅炉的高度为。整个锅炉的高度为3 37 76 63m3m 在锅壳中的下部设有一由钢板在锅壳中的下部设有一由钢板压成的球形炉胆压成的球形炉胆3 3，这就是燃油的炉，这就是燃油的炉膛炉胆顶部靠后有一圆形出烟口膛炉胆顶部靠后有一圆形出烟口4 4，与上面的方形燃烧室与上面的方形燃烧室5 5相同在燃烧相同在燃烧室室5 5与烟箱与烟箱1212之间，设有管板之间，设有管板6 6和和7 7，二管板之间装有数百根水平烟管二管板之间装有数百根水平烟管8 8烟管由直径为烟管由直径为3838、4545或或51mm51mm的无的无缝钢管制成缝钢管制

10、成管与管板可采用扩接管与管板可采用扩接或焊接相连。或焊接相连。92 D2 D型水管型水管锅炉锅炉 D D型锅炉型锅炉以其本体形以其本体形状类似英文状类似英文字母字母“D D”而而得名它的得名它的结构布置较结构布置较为合理，经为合理，经济技术指标济技术指标也较高。也较高。10过热器过热器是负责把锅炉中首次蒸发的蒸汽加热成高品质的过热蒸是负责把锅炉中首次蒸发的蒸汽加热成高品质的过热蒸汽；过热蒸汽做功后，低压低温的蒸汽被重新引入汽；过热蒸汽做功后，低压低温的蒸汽被重新引入再热器再热器，再热器，再热器就是负责把这部分蒸汽重新加热成高温蒸汽。就是负责把这部分蒸汽重新加热成高温蒸汽。在再热器中，压力不能提

11、高，而是把温度提高到和过热蒸汽一在再热器中，压力不能提高，而是把温度提高到和过热蒸汽一样或略低的温度。加热后的再热蒸汽再做功，最后进入凝汽器凝结样或略低的温度。加热后的再热蒸汽再做功，最后进入凝汽器凝结成水。成水。 再热器和过热器都是用来加热蒸汽的，只是其中蒸汽的参数不再热器和过热器都是用来加热蒸汽的，只是其中蒸汽的参数不一样。过热器中的蒸汽属于高温高压，材料要求比再热器高，而再一样。过热器中的蒸汽属于高温高压，材料要求比再热器高，而再热器中的蒸汽属于高温低压，材料要求比过热器低。热器中的蒸汽属于高温低压，材料要求比过热器低。11大型大型 低速二冲程柴油机的排气温度为低速二冲程柴油机的排气温度

12、为250250380380； 四冲程中速柴油机可达四冲程中速柴油机可达400400左右。左右。水蒸气压力为水蒸气压力为0 05MPa5MPa时，其饱和蒸汽温度为时，其饱和蒸汽温度为165165； 水蒸气压力为水蒸气压力为1 13MPa3MPa时，其饱和蒸汽温度也时，其饱和蒸汽温度也 仅仅194194所以装设一台用柴油机排气的余热来产生水蒸气的废气锅所以装设一台用柴油机排气的余热来产生水蒸气的废气锅炉，不仅能节约燃油，还可起到柴油机排气消音器的作用。炉，不仅能节约燃油，还可起到柴油机排气消音器的作用。一艘万吨级油船，利用废气锅炉产生的蒸汽来加热货油舱，一艘万吨级油船，利用废气锅炉产生的蒸汽来加热

13、货油舱，平均每月可节省燃油平均每月可节省燃油50t50t左右。左右。二、废气锅炉二、废气锅炉121 1立式烟管式立式烟管式132热管式热管式142热管式热管式热管是一种新型高效的，按较精确的定义应称之为热管是一种新型高效的，按较精确的定义应称之为“封闭的两相封闭的两相传热系统传热系统”，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依赖装入内部的，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依赖装入内部的流体的相态变化（液态变为汽态和汽态变为液态）来传递热量的装流体的相态变化（液态变为汽态和汽态变为液态）来传递热量的装置。置。热管放在热源部分的称之为蒸发段（热端），放在冷却部分的称热管放在热源部分的称之为蒸发段（热端）

14、，放在冷却部分的称之为冷凝段（冷端）。当蒸发段吸热把热量传递给工质后，工质吸之为冷凝段（冷端）。当蒸发段吸热把热量传递给工质后，工质吸热由液体变成汽体，发生相变，吸收汽化潜热。在管内压差作用下，热由液体变成汽体，发生相变，吸收汽化潜热。在管内压差作用下，汽体携带潜热由蒸发段流到冷凝段，把热量传递给管外的冷流体，汽体携带潜热由蒸发段流到冷凝段，把热量传递给管外的冷流体，放出凝结潜热，管内工质又由汽体凝为液体，在重力作用下，又回放出凝结潜热，管内工质又由汽体凝为液体，在重力作用下，又回到蒸发段，继续吸热汽化。如此周而复始，将热量不断地由热流体到蒸发段，继续吸热汽化。如此周而复始，将热量不断地由热流

15、体传给冷流体。传给冷流体。15 废气锅炉的蒸废气锅炉的蒸发量取决于主机的发量取决于主机的排气量和排气温度，排气量和排气温度，亦即主机的功率。亦即主机的功率。 在正常航行时，在正常航行时，主机功率是稳定的，主机功率是稳定的，而船舶对蒸汽的需而船舶对蒸汽的需要量却随着航区和要量却随着航区和季节的不同而变化，季节的不同而变化，因此对废气锅炉的因此对废气锅炉的蒸发量就需加以调蒸发量就需加以调节。节。3废气锅炉蒸发量的调节废气锅炉蒸发量的调节16三、燃油锅炉和废气锅炉的联系三、燃油锅炉和废气锅炉的联系171819一、燃油在锅炉中的燃烧情况一、燃油在锅炉中的燃烧情况 1 1燃油燃烧的特点燃油燃烧的特点 燃

16、油的沸点低于它的燃点所以实际上燃燃油的沸点低于它的燃点所以实际上燃烧的不是液态的烧的不是液态的“油油”，而是，而是油气油气”。燃油。燃油燃烧的实质是油气与空气混合后所形成的可燃燃烧的实质是油气与空气混合后所形成的可燃气的一种剧烈的氧化过程。因此油在炉内燃烧气的一种剧烈的氧化过程。因此油在炉内燃烧的速度取决于油滴蒸发速度，油气和空气相互的速度取决于油滴蒸发速度，油气和空气相互扩散的速度及油气氧化速度。扩散的速度及油气氧化速度。 第三节第三节 船舶辅锅炉的燃油设备及系统船舶辅锅炉的燃油设备及系统202空气过剩系数空气过剩系数 实际燃油在炉膛进行燃烧反应时，由于燃油与空气混实际燃油在炉膛进行燃烧反应

17、时，由于燃油与空气混合不均匀，空气中的氧分于不可能都有机会与燃油中的可合不均匀，空气中的氧分于不可能都有机会与燃油中的可燃成分相接触，因此就会有部分可燃成分没有机会进行燃燃成分相接触，因此就会有部分可燃成分没有机会进行燃烧反应而造成热量损失。为了使燃油完全燃烧就要向炉膛烧反应而造成热量损失。为了使燃油完全燃烧就要向炉膛内多送入一部分空气，使燃烧在有多余氧的情况下进行内多送入一部分空气，使燃烧在有多余氧的情况下进行. . 1Kg 1Kg燃油燃烧所用的实际空气量燃油燃烧所用的实际空气量V Vk k与所需的理论空气量与所需的理论空气量V Vq q之比称为空气过剩系数之比称为空气过剩系数. .燃油锅炉

18、合适的空气过剩系数一般为燃油锅炉合适的空气过剩系数一般为1.051.051.21.2。21 3 3燃油在炉膛中的燃烧过程燃油在炉膛中的燃烧过程 燃油在炉膛中的燃烧是以火炬的方式进行的燃烧过程燃油在炉膛中的燃烧是以火炬的方式进行的燃烧过程分为两个阶段：分为两个阶段：(1)(1)准备阶段：雾化的油滴被迅速加热、气化、与空气相混合，准备阶段：雾化的油滴被迅速加热、气化、与空气相混合，同时进行热分解；同时进行热分解；(2)(2)燃烧阶段：油气与空气的混合气体的浓度达到一定数值，燃烧阶段：油气与空气的混合气体的浓度达到一定数值，并被加热到一定温度，遇明火着火燃烧。并被加热到一定温度，遇明火着火燃烧。22

19、 4 4、保证燃烧质量的主要因素、保证燃烧质量的主要因素 (1)(1)油的雾化质量良好：油的雾化质量良好：油滴雾化得越细，分布均匀性越油滴雾化得越细，分布均匀性越好，则油滴的蒸发速度越快，与空气混合也越好。好，则油滴的蒸发速度越快，与空气混合也越好。 (2)(2)要有适量的一次风和二次风要有适量的一次风和二次风：一次风量约占总风量的：一次风量约占总风量的10103030太少则油雾在着火前就会在高温缺氧条件下裂解，太少则油雾在着火前就会在高温缺氧条件下裂解，产生大量碳黑，烟囱冒黑烟，太多又会因火炬根部风速过高而产生大量碳黑，烟囱冒黑烟，太多又会因火炬根部风速过高而着火困难，甚至将火炬吹灭二次风量

20、大小关系到过剩空气系着火困难，甚至将火炬吹灭二次风量大小关系到过剩空气系数合适与否，直接影响不完全燃烧损失和排烟损失。数合适与否，直接影响不完全燃烧损失和排烟损失。 (3)(3)油雾和空气混合均匀油雾和空气混合均匀：着火前沿如离燃烧器太近，则：着火前沿如离燃烧器太近，则可能使喷火口和燃烧器过热烧坏；太远又会因气流速度衰减，可能使喷火口和燃烧器过热烧坏；太远又会因气流速度衰减，与油气混合的强烈程度减弱，以至火炬拖长，燃烧不良与油气混合的强烈程度减弱，以至火炬拖长，燃烧不良 (4)(4)炉膛容积热负荷要适合炉膛容积热负荷要适合：太高会使油在炉膛停留时间：太高会使油在炉膛停留时间太短来不及完全燃烧，

21、太低又不能保证足够高的炉膛烟气温度，太短来不及完全燃烧，太低又不能保证足够高的炉膛烟气温度，也不利于完全燃烧。也不利于完全燃烧。23二、燃烧器二、燃烧器 燃烧器主要由燃烧器主要由喷油器喷油器、配风器配风器及及点火器点火器等部件组成等部件组成 1 1喷油器喷油器 燃油是通过喷油器燃油是通过喷油器( (俗称油枪或油头俗称油枪或油头) )喷进炉内的。喷进炉内的。喷油器有两个作用：一是喷油器有两个作用：一是控制喷入炉内燃油的数量控制喷入炉内燃油的数量； 二是二是将燃油雾化，保证在炉膛内的燃烧质量将燃油雾化，保证在炉膛内的燃烧质量。2425空气经配风器进入炉膛，空气经配风器进入炉膛，它被挡风罩或挡风板分为它被挡风罩或挡风板分为两部分：两部分：一部分一部分紧贴着喷油器吹出，紧贴着喷油器吹出，称为称为一次风一次风( (根部风根部风) )，它，它的作用的作用是保证油雾一离开是保证油雾一离开喷油器就有一定量的空气喷油器就有一定量的空气与之混合，从而减少产生与之混合，从而减少产生碳黑的可能性碳黑的可能性另一部分另一部分风沿炉墙喷火口风沿炉墙喷火口外围进入炉膛，称为外围进入炉膛，称为二次二次风风，其，其作用主要是供给燃