武理工船舶辅机课件13船舶辅锅炉装置

第一节概述第二节船舶辅锅炉的结构与附件第三节船舶辅锅炉的燃油设备及系统第四节船舶辅锅炉的汽、水系统复习思考题辅锅炉[名词委审定]汉英航海科技名词(1996)]auxiliaryboiler,donkeyboiler辅锅炉[汉英船舶大词典]donkeyboiler第十三章船舶辅锅炉装置

marineauxiliaryboiler第一节概述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：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，这种锅炉称为主锅炉。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，这种锅炉称为辅锅炉。在柴油机干货船上：一般装设一台压力为0.5—1.0MPa，产生饱和蒸汽的辅锅炉，蒸发量为0.4～2.5Ｔ／ｈ在柴油机油船上：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，所以一般都装设两台辅锅炉，蒸发量常在20Ｔ／ｈ上．在大型柴油机客轮上：一般也装设两台辅锅炉以满足日常生活所需的大量蒸汽，且可以防止—台损坏时，影响船员和旅客的日常生活．二、锅炉的分类

1．按锅炉的结构分类烟管锅炉(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；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；混合式锅炉：

一部分受热面管子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。2，按水循环的方法分类自然循环锅炉：

管子中水的流动是由于工质的密度差产生的。强制循环锅炉：

管子中水的流动是借助泵来实现的．3．按蒸汽压力高低分类高压锅炉，中高压锅炉、中压锅炉、低压锅炉。根据目前的发展水平，蒸汽工作压力在：2.0ＭＰａ以下者为低压锅炉：2.0～4.0ＭＰａ为中压锅护；4．0～6.0ＭＰａ为中高压锅炉；超过6.0ＭＰａ为高压锅炉．4．按热量来源分类

燃煤锅炉、燃油锅炉、废气锅炉。

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，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；选择废气锅炉的依据则是受热面积和蒸汽工作压力。1.蒸发量(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，D表示，kg／h或t／h。2．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MPa；

供应过热蒸汽时，用蒸汽工作压力和蒸汽温度来表示；锅炉一般标注名义工作压力，使用的工作压力范围上限可稍超过它，但不应超过锅炉的最大许用工作压力(设计压力)．3．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的热量之比叫做锅炉效率，用符号v表示．锅炉效率可用下式表示：把水变为蒸汽的有效利用热量可用向锅炉供入的热量减去各种热损失来表示，所以锅炉效率又可表示为，4．受热面积

主锅炉受热面积除蒸发受热面积(炉水被加热产生饱和蒸汽的受热面积)外，还可能包括过热器、空气预热器、经济器(预热给水)等附加设备的受热面积．辅锅炉通常没有上述附加设备，其受热面积即为蒸发受热面积．单位是m25．蒸发率(产汽率)单位蒸发受热面积每小时产生的蒸汽量，单位为kg／m2．h；

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．6．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qv表示。炉膛容积热负荷：燃油锅炉在燃油耗量和热值一定的条件下，qv值越大，意味炉膛相对容积越小，因而燃油在炉膛内燃烧停留时间越短，炉膛内的烟气平均温度也越高．qv是影响燃烧质量、锅炉效率、工作可靠性以及锅炉尺寸和重量的一个重要参数．第二节船舶辅锅炉的结构与附件一、燃油锅炉

在柴油机动力装置的干货船上，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寸应尽可能小些。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。

在油船上，由于要求辅锅炉的蒸发量较大，故采用D型水管锅炉较多。．

1．立式横烟管锅炉

锅炉工作原理演示1．立式横烟管锅炉蒸发量为1～4．5t／h，最大工作汽压为1.0～1．7MPa。

直立的圆筒锅壳直径为1.5～2.6m左右，由锅炉钢板(20号或15号钢)卷制焊接而成．为能较好地承受内部蒸汽压力，其顶部和底部均为椭圆形封头2。整个锅炉的高度为3．7～6．3m．

在锅壳中的下部设有一由钢板压成的球形炉胆3，这就是燃油的炉膛．炉胆顶部靠后有一圆形出烟口4，与上面的方形燃烧室5相同．在燃烧室5与烟箱12之间，设有管板6和7，二管板之间装有数百根水平烟管8．烟管由直径为38、45或51mm的无缝钢管制成．管与管板可采用扩接或焊接相连。Thisdesignisatwopassdesign卧式横烟管锅炉Thedesignissimilar

tothescothchboilerotherthanthecombustionchamberwhichrequiresnostays.Thisdesignisathreepassdesign烟管锅炉的受热面蒸发率低，有一个较大的厚壁锅壳,整个锅炉的蕾水量多，比较笨重，烟管锅炉结构的刚性较大，再加上蓄水量大，因此蓄热量也大，故点火升汽的时间必须较长，常需数小时，以免热应力太大损坏锅炉．对炉水质量要求不高。烟管锅炉因性能指标落后，是一种日趋淘汰的形式。由于内燃机干货船的辅助锅炉蒸发量小，重量和体积并不是突出问题，加上烟管锅炉具有蓄水量大、息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点，所以在内燃机船的辅助锅炉中，目前仍得到应用；2.D型水管锅炉

D型锅炉以其本体形状类似英文字母“D”而得名．它的结构布置较为合理，经济技术指标也较高。图示出了D型水管锅炉的结构简图。其本体由汽包l(又称上锅筒)，水筒2(又称下锅筒)、联箱3，炉膛4、水冷壁5，蒸发管束(又称沸水管束)6、7、过热器11、经济器12及空预热器(位于经济器后面的烟道中，图中未示出)等部件组成．烟气在D型锅炉炉膛内的理论燃烧温度约可达到1700℃左右。烟气离开炉膛后，流到蒸发管束中去．炉膛出口烟气温度不宜太高，以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，同时又不能太低，以免燃烧过程进行得不充分。D型锅炉炉膛出口烟气温度约为1100℃左右．炉墙或炉衣将锅炉的各种受热面包围以形成炉膛和烟道，起隔热和密封用．对不同部位和不同工作条件的炉墙和炉衣的性能和结构的要求是不同的．我国钢质海船建造规范规定，炉墙和炉衣外表面温度不应大于60℃，以免烫伤工作人员，同时也可避免散热损失过大．(1)炉膛、炉墙和炉衣炉膛是燃油燃烧的场所，它的作用是提供足够的空间，使燃油得以充分燃烧．（2)水冷壁、沸水管和下降管水冷壁是垂直布置在炉盘壁面上的密集管排，组成水循环回路的上升管。它是锅炉的主要辐射受热面，吸收的辐射热约占全部受热面传递热量的1／3，同时还起到保护炉墙不致过热烧坏的作用。为了防止在水冷壁管子中发生汽水分层现象，水冷壁管子水平倾角应大于30°，最小不得小于15°水冷壁在汽包处吊挂，可自由向下膨胀。水冷壁的结构形式有三种：光管水冷壁、膜式水冷壁和棘形水冷壁，如图示。低压炉水冷壁多采用φ51X2.5mm锅炉用无缝钢管，中压锅炉多采用φ600x3mm管,沸水管是连接上、下锅筒的管束，也称蒸发管束，布置在炉膛出口侧。(3)尾部受热面在D型水管锅炉烟道的后部，有的在蒸发受热面之后安装有经济器(加热给水)和空气预热器，由于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。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1所示．此曲线取自以下条件；q5＝1．5％，燃油成分C＝87．75％，H=10．5％，S=1．2％，N=O．15％，O＝O．4％；空气温度为100℃，过剩空气系数α＝1．15．

船舶锅炉从安全角度出发，多采用非沸腾式经济器，，而且一般是使经济器中的水从下往上流，同时使出口水温比试压力下的饱和温度低40～50℃，以免产生汽泡停留在管壁上，导致管壁过热尾部受热面水管锅炉由于水冷壁和前排沸水管构成的辐射受热面所占比例大，烟气在沸水管束中是横向流动，流速较大，故蒸发率较高，一般为30~50kg／m2．h，设计紧凑的辅锅炉可超过70kg／m2．h，而强制循环的水管锅炉可达90~120kg／m2．h．水管锅炉的效率较高，一般辅锅炉可达80％～85％，有些带尾部受热面的可高达92％以上。水管锅炉没有又厚又大的锅壳，蓄水量小，单位蒸发量的相对体积，重量较小．蒸发量最大可达10t／h，工作汽压可高达10MPa．因为水管炉炉水有一定的循环路线，加之蓄水量少，结构刚性又小，故点火升汽时间较短，一般为几十分钟。目前，由于采用自动调节解决了汽压、水位波动快的问题，同时以海水淡化装置所产蒸馏水作锅炉补给水，加之化学除垢法巳普遍使用，故水管锅炉对水质和除垢要求高的问题也不难解决．因此，性能参数比较先进的水管锅炉已成为船舶锅炉的主要型式。水管锅炉的特点3．立式直水管锅炉小蒸发量的辅锅炉希望采用蒸发率较高的水管炉而又吸取火管锅炉蓄水量较大，维护管理简单方便的优点．我国远洋船舶上广泛使用立式直水管锅炉。大型低速二冲程柴油机的排气温度为250℃～380℃；四冲程中速柴油机可达400℃左右。水蒸汽压力为0．5MPa时，其饱和蒸汽温度为165℃；水蒸汽压力为1．3MPa时，其饱和蒸汽温度也仅194℃．所以装设一台用柴油机排气的余热来产生水蒸汽的废气锅炉，不仅能节约燃油，还可起到柴油机排气消音器的作用。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。图示出废气锅炉产汽率与工作汽压的关系。二、废气锅炉1．废气锅炉的结构型式型式：立式烟管式、强制循环盘香管式、热管式立式烟管式强制循环盘香管式热管式2．废气锅炉蒸发量的调节废气锅炉的蒸发量取决于主机的排气量和排气温度，亦即主机的功率。在正常航行时，主机功率是稳定的，而船舶对蒸汽的需要量却随着航区和季节的不同而变化，因此对废气锅炉的蒸发量就需加以调节。(1)烟气旁通法(2)改变有效受热面积法3．废气锅炉与燃油锅炉的联系燃油锅炉与废气锅炉之间的联系方式大致有三种．(1)二者独立(2)废气锅炉为燃油锅炉的一个附加受热面(3)组合式三、锅炉附件1、水位计类型：玻璃管式、平板玻璃式水位计、安全阀通气阀通水阀冲洗阀“叫水”－检查锅炉的真实水位步骤：P344表13-11、关通水阀、开冲洗阀、冲洗通汽阀－听声音；2、关通汽阀、开通水阀、冲洗通水阀－听声音；3、关冲洗阀、慢慢开通水阀－叫水：1）水位升至顶部－见第4步；2）无水－处于失水危险状态。时间长，停炉、停汽。4、开通汽阀：1）水位在正常位置－正常；2）水位降至水位计玻璃以下－少水，加大给水；3）水位仍在顶部－满水，停汽排污。通气阀通水阀冲洗阀2、安全阀对安全阀的要求根据《钢质海船入级与建造规范》，对锅炉安全阀的要求主要是：①每台锅炉本体上应装设两个安全阀，通常组装在一个阀体内，蒸发量小于1t／h的辅锅炉可仅装一只，装有过热器的锅炉，过热器上亦应至少装一只安全阀．②锅炉安全阀的开启压力可为大于实际允许工作压力5％，但不应超过锅炉设计压力，过热器安全阀的开启压力应低于锅炉安全阀的开启压力．③安全阀开启后应能通畅地排出蒸汽，以保证在蒸汽阀关闭和炉内充分燃烧的情况下，烟管锅炉在15min内，水管锅炉在7min内汽压的升高值应不超过锅炉设计压力的10％。所以安全阀不但应有足够大的直径，而且开启后应该稳定且具有较大的提升量．安全阀排汽管的通路面积对升程在安全阀直径1／4以上者应不小于安全阀总面积的2倍，对其它安全阀应不小于1．1倍。④安全阀要动作准确，并保持严密不漏．安全阀都是经过船舶检验局调定后铅封的，除非经过船检局特许，船员不能随意重调．原理演示安全阀的阀盘2带有唇边5，它的作用是使阀在开启后能迅速达到较大的升程而且工作稳定。解决了开启稳定问题，但因为开启后阀盘的蒸汽作用面积已大于开启前的面积，所以即使当锅炉汽压恢复至额定汽压时，阀盘也不能立即关闭，只有当汽压继续下降，直到作用在阀盘和唇边上的蒸汽上顶力小于弹簧向下的作用力时，安全阀才能自动关闭．亦即安全阀的关闭汽压要低于开启汽压，这一压力差值称为降低量．阀座上装有调节圈7，调节圈升高时，阀开启后唇边外沿蒸汽通过面积缩小，作用在唇边上的附加上顶力就大，从而使阀的升程和关闭时的压力降低量加大，反之，调节圈下移时，唇边外沿蒸汽流通面积加大，则阀开启的升程和关闭时的压力降低量减小．所以通过转动调节圈，改变其位置，可获得开启既稳定、降低量又不太大的工况。安全阀的压力降低量可参照下表。安全阀调节圈的作用：四、锅炉的通风通风：连续不断地将燃烧所需空气送人炉膛，并将燃烧产物(烟气)排出锅炉，这个过程称为锅炉的通风。自然通风：利用烟囱产生的自然通风力克服空气和烟气的流动阻力。机械通风：利用风机的风压去克服空气和烟气的流动阻力称为机械通风．机械通风有三种方式：第一种是同时设置进风机和抽风机，称为平衡通风．平衡通风时，炉膛出口处烟气保持20～30Pa的负压，以防烟气漏入机舱内，D型锅炉多用这种方式。第二种是只设送风机，称为压力通风。第三种通风方式是只设抽风，称为诱导通风．采用这种通风方式时，空气通道、炉膛和烟道的负压较大。第三节船舶辅锅炉的燃油设备及系统

一、燃油在锅炉中的燃烧情况1．燃油燃烧的特点燃油的沸点低于它的燃点．所以实际上燃烧的不是液态的“油”，而是‘油气”。燃油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抽气氧化速度。

(1)油滴蒸发速度油的蒸发速度与油滴的蒸发表面积、油滴周围介质中油气的分压力及油温有关。

(2)油气与空气相互扩散的速度油气从油滴周围向四周扩散。为提高油气与空气相互间的扩散速度，就需提高助燃空气的速度，井增加空气流的扰动，同时提高油的雾化质量。即提高雾化油滴的细度和油滴分布的均匀程度。(3)油气氧化速度环境温度越高，氧化速度越快．因此，炉膛内烟气温度越高，燃烧就越剧烈，当炉膛内烟气温度较低时，燃烧进行得就比较缓慢，甚至不能保证稳定燃烧而熄火．所以要求锅炉在低负荷时，炉膛出口的烟气温度不低于1000℃．2．空气过剩系数1Kg燃油完全燃烧时所需的理论空气量用m3／kg表示(以标准状况计)．此时燃油中的可燃物质恰好与空气中的氧全部发生氧化反应．每公斤燃油完全燃烧时所需的空气量(标准状况)可用下列经验公式近似计算：实际燃油在炉膛进行燃烧反应时，由于燃油与空气混合不均匀，空气中的氧分子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人一部分空气，使燃烧在有多余氧的情况下进行.1Kg燃油燃烧所用的实际空气量Vk与所需的理论空气量Vq之比称为空气过剩系数，用a表示，即空气过剩系数是保持锅炉经济运行的重要指标。空气过剩系数越大，风机的耗能量越大，锅炉的排烟损失也越大，但空气过剩系数太小，则锅炉的不完全燃烧损失又可能太大。燃油锅炉合适的空气过剩系数一般为1.05－1.2。3．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．燃烧过程分为两个阶段：(1)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；(2)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。空气经配风器进入炉膛，它被挡风罩或挡风板分为两部分：一部分紧贴着喷油器吹出，称为一次风(根部风)，它的作用是保证油雾一离开喷油器就有一定量的空气与之混合，从而减少产生碳黑的可能性．另一部分风沿炉墙喷火口外围进入炉膛，称为二次风，其作用主要是供给燃烧所需的大部分空气。4、保证燃烧质量的主要因素要使燃油在炉内燃烧得好主要取决于以下因素：(1)油的雾化质量良好：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．(2)要有适量的一次风和二次风：一次风量约占总风量的10％～30％、风速在10～40m／s为宜．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。

(3)油雾和空气混合均匀：着火前沿的位置和长度应合适．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，与油气混合的强烈程度减弱，以至火炬拖长，燃烧不良．

(4)炉膛容积热负荷要适合：太高会使油在炉膛停留时间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。二、燃烧器燃烧器主要由喷油器、配风器及点火器等部件组成．1．喷油器燃油是通过喷油器(俗称油枪或油头)喷进炉内的。

喷油器有两个作用：一是控制喷人炉内燃油的数量；二是将燃油雾化，保证在炉膛内的燃烧质量。对喷油器的要求：(1)有较大的调节幅度(即最大喷油量与最小喷油量之比)，以适应不同蒸发量的需要．(2)在要求的喷油量范围内，获得尽可能细的油滴．油雾中油滴大小是不均匀的，用油滴的平均直径作为衡量油滴大小(即雾化粒度)的指标．从有利于燃烧出发，希望直径为50um(3)油雾的分布要有一个适当的雾化角，以适合配风器的要求．(4)油雾流的流量密度分布也要合适．(5)结构简单，运行可靠，操作和调节方便，检修和清洗容易，并易于实现自动控制。常用的喷油器有以下几种：(1)压力式喷油器(2)回油式喷油器(3)蒸汽喷射式喷油器(4)旋杯式喷油器(1)压力式喷油器原理演示(1)油压。

喷油器前的油压越高，则油的喷出速度越快，紊流脉动越强烈，雾化质量就越好。但油压超过2MPa以后，雾化质量的改善并不明显，耗能却增加，因此一般船用燃油锅炉燃油系统的最高压力多不超过2～3MPa．要保证良好雾化的最低油压是0.7MPa左右．(2)喷孔直径。

喷孔直径越小，形成的油膜越薄，则雾化质量越好．故每个喷嘴的喷油量不宜过大。(3)油流旋转的强烈程度。

在旋涡室旋转越强烈，喷孔处气体旋涡的直径就越大，形成的油膜也越薄，同时油流中的紊流脉动也越强烈，因而有利于雾化。(4)油的粘度。

油的粘度越小，油流分子间的摩擦力越小，则油流在旋涡室和雾化片内的速度衰减就小，油膜就越容易破碎，因而雾化质量越好。一般要求雾化前燃油的的粘度不高于雷氏粘度R．W．No．1(38℃)70s(约相当于16mm2／s)，而最佳粘度为R．W．No．1(38℃)60s左右(约相当于13mm2／s)。

因此，R.W．No.1为100s的柴油约加热至55-60℃，R．W．No.l为1500s的中间燃料应加热至105~110℃，R．W．N01为3500s的重油需加热至115～120℃。

压力式喷油器的喷油量与油压的平方根和喷孔的截面积成正比．一台锅炉常配备有不同规格的雾化片，喷孔直径从0.5～1.2mm分为几档，可根据燃油品种和锅炉所采用的蒸发量选用．雾化片基本特性用标在其上的型号来表示。例如25--60号雾化片表示其喷油量为25kg／h，雾化角为60°。为了防止在油压不足时喷油雾化不良，新式的压力式喷油器带有喷油阀，结构如图所示。弹簧6与阀4保证最低的喷油压力。压力式喷油器喷油量的调节三种方法:1）改变喷油压力；2）变换使用喷孔直径不同的喷嘴(或喷油器)；3）改变投入工作的喷嘴(或喷油器)数目。用改变油压的方法来调节油量，喷油量与油压的平方根成正比，当喷油量降到1/2时，油压必须降到1／4；而喷油器的油压最高为2～3MPa，最低为0.7MPa；

用改变油压的方法来调节油量时，其调节幅度很少超过2，不能适应锅炉负荷的变化幅度(10％～100％)，燃烧器起停会较频繁．后两种方法必须采用多喷嘴喷油器或设多个喷油器．它们都属于有级调节。(2)回油式喷油器回油式喷油器是在压力式喷油器的基础进行改进的．其结构如图所示．回油式喷油器的雾化原理也和压力式喷油器相同．随着回油阀开度的改变，回油压力变化，回油量和喷油量随之改变．但是因进油量几乎不变，油在切向槽内的速度也不变，所以，喷油量虽然变了，但油的旋转速度不变，故油的雾化质量仍然不变．这样其调节幅度就可以达到30～50％。喷油演示(3)蒸汽式喷油器特点：雾化质量较好，平均雾化粒度可达50um；

喷油量改变时，雾化角不变，可保持较好的雾化质量；调节幅度可达10%以上；（单个喷油器最大喷油量可达10t／h，船舶锅炉通常所用的为1～1．5t／h．耗汽量低，一般仅为0.01～0.03kg/kg．）

缺点是噪声较大。(4)旋杯式喷油器图示为旋杯式喷油器。主要部分是油杯2和雾化风机3。油杯和风机由同一电动机通过传动皮带5和离心中央传动轴1带动，转速为6000r／min。油从供油软管7进入，经空心轴流人油杯，油压为0.07～0.15MPa．由于油杯以高速旋转，燃油在油杯的锥形内壁形成一层均匀的油膜，当油流至杯缘时，依靠离心力向四周甩出形成空心圆锥形油膜；同时沿油杯外壁经缝隙12吹出的60～80m／s高速气流(一次风)将油膜粉碎为油雾．一次风约占燃烧所需空气量的1／10，绝大部分空气由另外的风机从油杯周围的二次风口14送入．二次风量由调节门15调节。旋杯式喷油器在我国远洋船舶的辅锅炉中很常见；优点；调节方便(只需改变进油量)，调节幅度大(可达10:1)，尤其在低负荷时，油杯内油膜变薄，雾化更好，油的流动不通过喷孔之类狭窄流道，因此对油的过滤要求不高：适用劣质燃油，即使燃油温度仅为30一40℃同样可得到良好的雾化效果，所需油压也低。其缺点是结构比较复杂，价格较高．2．配风器

配风器的作用是分配一次风和二次风的风量，创造条件使助燃空气与油雾充分混合，促使油雾迅速气化和受热分解，以利于稳定和充分的燃烧．配风器具备下述能力：(1)在燃烧器前方产生一个适当的回流区，以保证及时着火和火焰稳定．回流区与喷油器出口应保持合适的距离．太近则着火前沿会伸展到喷油器头部。(2)油雾在燃烧器出口与空气的早期混合必须良好。离燃烧器出口约1m以内是燃烧燃油最多的地方，会造成较大的不完全燃烧损失。(3)要有足够大的风逮，使燃烧后期也有良好的混合作用2．配风器配风器的作用是分配一次风和二次风的风量，创造条件使助燃空气与油雾充分混合，促使油雾迅速气化和受热分解，以利于稳定和充分的燃烧．配风器除了能调节风量和分配外，还应具备下述能力；(1)在燃烧器前方产生一个适当的回流区，以保证及时着火和火焰稳定．(2)油雾在燃烧器出口与空气的早期混合必须良好(3)要有足够大的风逮，使燃烧后期也有良好的混合作用。配风器配风器的类型根据二次风旋转与否分为两种类型（即旋流式和平流式）(1)旋流式配风器(2)平流式配风器配风器3．电点火器电点火器是一个电火花发生器。由两根耐热铬镁金属丝电极组成，两极端部离开一定距离(3．5～4mm)，通入5000～1000V的高压电时，间隙处便产生电火花。电压越高或铬镁丝直径越细，则两极间的距离越大。在开始喷油的同时，使电点火器10通电，电火花即能将油点燃。电点火器所用高压电由点火变压器供给。电点火器顶端发火部分伸至喷油器前方稍偏一些(约2～4mm)，并注意防止油雾喷到点火电极上，同时也应防止电火花跳到喷油器和挡风罩上。除了喷油器，配风器、电点火器之外，自动化的燃烧器还设有火焰感受器(光电元件)5，另外通常还设有看火孔(可兼作人工点火孔)6。三、燃烧器使用管理要点1、安装燃烧器时应使喷油器中心线与喷火口轴线一致．2、喷油器可能发生漏油现象，这可以从炉膛底部积油生成的量来判断．3、喷孔结焦可从燃烧火炬不对称或其中有黑色条纹来发现。4、雾化片使用一段时间后(一般500h以上)会磨损．应拆下喷油器，在专门的试验台上检查其喷油量、雾化角和喷出的油雾圆锥有否变形。喷油量超过额定值约10％时，应将雾化片更换或研磨减薄，减少其切向槽的深度，使喷油量减少．若各槽磨损不均匀(会使喷出的油雾圆锥形状歪斜)或雾化片磨损严重时，应予更换．四、燃油系统燃油系统原理演示五、燃烧方面常见故障1．运行中突然熄火(汽压未到上限)可能原因是：(1)日用油柜燃油用完，(2)油路被切断，例如燃油电磁阀因线圈损坏而关闭：(3)燃油中有水，(4)自动保护起作用(如危险水位、低油压、低风压或火焰感受器失灵等)．2．点不着火点不着火除上述原因外，还可能是：(1)风量过大，(2)喷油器堵塞，(3)电点火器发生故障(点火电极与点火变压器接触不良、点火电极表面被结碳所沾污、点火电极间距离不当、点火电极与燃烧器端部位置不当、点火变压器损坏)．

3．炉膛内燃气爆炸炉膛内燃气爆炸是燃油锅炉的一种危险事故，一般在点火或热炉熄火后发生．这是因操作管理不当，使大量燃油积存于炉膛底部，蒸发以后在炉膛内形成可燃气体，一旦被点燃，突然产生大量烟气，来不及从烟道排出，烟气压力剧增而爆炸．这可能使火焰从燃烧器向外喷出，严重时能使烟气挡板飞出或把锅炉外壳炸开，危及人身安全及引发火灾。

炉内燃气爆炸的原因主要是；(1)点火前预扫风和熄火后扫风不充分，或点火失败再点火前没再进行充分的预扫风。(2)停炉后燃油系统的阀件有漏泄，使燃油漏人炉膛又被余热点着，或积存在底部，下次重新点火时预扫风不足，就会发生爆炸。为了防止锅炉发生燃气爆炸事故，对锅炉的燃烧器及燃油系统应采取下列措施：(1)预扫风要充分，点火失败后要重新预扫风再点火。(2)紧急停用先关速闭阀，后扫风再停风．(3)万一需要人工用火把点火，操作要正确：燃油系统准备好后，先稍开风门供小量风，然后将火把(可用铁棍缠油棉纱)点着，侧身从燃烧器点火孔伸至喷油器前，开速闭阀，点着火后再将风门开大到适合的位置．(4)加强对燃油系统及燃烧自动控制装置的检查，发现漏油或其它问题及时修理。4．锅炉喘振(炉吼)这主要是因为燃烧不稳定，导致炉膛内压力波动．主要原因有：(1)供油压力波动，或燃油雾化不良，大油滴滞燃，(2)风量不足成风压波动．第四节船舶辅锅炉的汽、水系统水管锅炉的水循环循环方式：1、利用泵使汽水混合物经受热面的强制循环，2、利用水与汽水混合物的密度差使汽水混合物经蒸发受热面流动，叫自然循环．目前大多数船用锅炉采用自然循环。自然循环的优点是设备简单，无需专门的循环泵．一、炉水的自然循环

1．自燃循环的基本原理水管锅炉的自然循环回路由汽包、水筒(或联箱)、下降管及上升管(蒸发受热面)组成，其循环回路简图如图所示。炉水循环原理演示2．上升管的流动状况和限制壁温过高的条件在蒸发受热面上进行着水变为汽水混合物的沸腾过程锅炉安全工作的重要条件之一是蒸发受热面的管壁温度不超过其金属的许用温度。根据传热学，水管锅炉蒸发受热面外壁温度与管内工质温度、管内壁对流放热系数a2，管内水垢和管壁金属的导热热阻及单位受热面热负荷q有关。目前船用锅炉工作压力最高约为6MPa，管内工质的温度(该压力下水的饱和温度)不超过276℃．水垢热阻与水质情况有关。目前炉水处理良好巳能作到基本上无垢运行，而金属的热阻较小；因此管子外壁温度与管内工质温度差主要取决于a2及q。3．保证自燃水循环良好的措施为了防止蒸发受热面过热烧坏，除了防止受热面热负荷过大和结垢严重外，主要是保证水循环良好，即保证所有的上升管有足够的循环流速Wo(以上升管人口处计)和进水流量G．为了保证良好的水循环，在设计和管理上应注童以下几个方面；(1)尽量减少或避免下降管带汽(2)避免上升管受热不均现象加重(3)避免上升管流动阻力过大(4)尽量避免用汽量突然增大或减小，引起工作汽压急剧降低或升高．(5)运行中不宜在下锅筒进行下排污，这会破坏水循环．由汽包引出的饱和蒸汽带水过多，就会使蒸汽品质下降，蒸汽携水所带有的盐分可能加快汽、水管路和设备的腐蚀；若饱和蒸汽用于驱动蒸汽辅机，带水过多也会引起这些机械的水击；对于装有过热器的锅炉，如蒸汽带水进入过热器，则水在过热器中被加热蒸发，溶解在水中的盐分就沉积在过热器的内壁上，使过热器管子烧坏。二、影响蒸汽带水的因素和汽水分离设备1、影响蒸汽带水的因素(1)分离高度．分离高度越大，重力分离作用越强．然而当分离高度超过0.5～0.6m时，蒸汽湿度的变化很小。(2)锅炉负荷(用汽量)。锅炉耗汽量增加时，需加强燃烧，汽泡中水的含汽量增加，蒸发平面升高，分离高度降低，同时上升管出来的汽水混合物冲击水面使炉水飞溅数量增加。

(3)炉水含盐量。当炉水含盐量达到某一极限值时，炉水表面就会形成很厚的泡沫层，即所谓汽水共腾．这一极限值称为临界含盐量．汽水共腾的原因是炉水含盐量大，炉水粘度增加，泡沫强度提高且不易破裂，当含盐量超过临界值时泡沫寿命会显著增长，故形成汽水共腾。锅炉炉水的临界含盐量2、汽水分离设备(1)水下孔板当汽水混合物由水空间引入汽包时，可利用水下孔板来均衡蒸发平面负荷。(2)集汽管聚集在汽包顶部的蒸汽一般通过集汽管引出。(3)集汽板也可用集汽板代替集汽管。3．防止蒸汽品质恶化的措施锅炉运行时为了防止供应的蒸汽湿度过大，管理上必须注意如下几点：(1)防止水位过高：尤其不宜在高负荷下高水位运行，因为，高负荷时水位表中指示的水位要比汽包内实际水位低得多，其次，高负荷时蒸发平面上蒸汽逸出的平均速度增大，更易携带出较大的水滴。

(2)严格控制水质：避免含盐量高引起汽水共腾．(3)锅炉供汽量不宜增加过快：以防汽包内压力急降，炉水产生“自蒸发’现象，而导致汽泡急剧增多，水位上升，分离高度减小．三、锅炉的蒸汽、给水、凝水和排污系统辅锅炉和废气锅炉所产生的蒸汽，通过管道输送至各处，供驱动蒸汽辅机和燃油、滑油加热，以及供空调装置、热水压力柜和厨房等用汽．绝大部分蒸汽在工作之后凝结成水。由凝水系统流回热水井，再由给水泵经给水系统送回锅炉。由于少量蒸汽被直接消牦和漏泄，流回热水井的凝结水量要少于锅炉向外的供汽量，再加上锅炉需要排污，所以经常需要由炉水舱向热水井补充给水。锅炉汽水系统1、蒸汽系统2、凝水系统3、给水系统4、排污系统锅炉汽水系统原理演示因为阻汽器总会有一部分蒸汽漏过，并且当凝水流出阻汽器时，因压力降低，也可能产生二次蒸汽．所以凝水在进入热水井前先经大气式冷凝器冷却，使其中的蒸汽凝结，然后才留回热水井．大气式冷凝器观察柜热水井上排污漏斗底部排污可定期在投放药除垢药物后过一段时间进行．通常要求在熄灭后半小时或锅炉负荷较低，锅筒压力降至0.4～0.5Ma时进行，因为此时炉水比较平静，有更多的泥渣沉积在底部．水管锅炉为防止从底部放走大量炉水破坏正常的水循环，所以不允许在锅炉正常工作时进行底部污．底部排污应在水位较高时开始，并严密注意水位变化，谨防失水．每次排污时间不能过长，一般阀全开时间不超过30，每次排污量可按1/3～1／2水位表高度考虑。废气锅炉也要进行排污(除强制循环水管锅炉外)在排污总管上设有止回阀15，以免锅炉中无压力时，海水倒灌人锅炉中．排污时，应先打开舷旁通海阀16，以防开启排污阀时管内发生水击。1．失水锅炉水位低于最低工作水位时称为失水，这是锅炉的一种严重事故．2．满水水位高过最高工作水位称为满水．3、受热面管子破裂因结垢严重、水循环不良等导致管壁过热，或腐蚀严重都可能引起受热面管子破裂．

堵塞水管锅炉水管的钢塞具有一定锥度，涂上白铅油后，塞在破管的两端，然后用手槌敲紧，再借助于工作蒸汽的压力即可保证一定的严密性．堵塞烟管锅炉烟管，可用图示堵棒将破管堵死．第五节船舶辅锅炉的运行和维护管理

锅炉是在高温条件下工作的压力容器，它的安全可靠是至关重要的．对船舶锅炉，尤其是对低压辅锅炉发生的事故分析表明，管理操作和维护保养方面的失误往往是发生事故的主要原因．因此轮机人员应有高度的责任感，应该熟悉锅炉的操作程序及维护保养方面的规定及要求，并在实际工作中认真遵照执行．一、锅炉的运行管理1．点火苗的准备2．点火升汽燃油锅炉在开始点火前，一定要先预扫风5min以上，将炉内积存的油气彻底吹净．3．运行中的管理锅炉在运行时，最主要的是要保证安全生产、燃烧质量良好和维持蒸汽参数的稳定．为此值班人员应随时注意水位、汽压、油压、油温、风压、炉内的燃烧情况和排烟的颜色，以及给水和炉水水质的分析与处理等。同时要注意油泵、风机和及其它附件的工作情况，保证其处于正常状态。4、停火留汽5、停用放空二、防止锅炉受热面的低温腐蚀和积灰复燃1、防止锅炉受热面的低温腐蚀烟气温度小于500℃硫酸腐蚀防止低温腐蚀措施：(1)对装有空气预热器的锅炉，可采用装设空气再循环管道的方法来提高空气入口温度，即让一部分热空气与冷空气混合后，再送入空气预热器，以提高管壁温度，使之不低于水蒸气露点温度．也可以采用旁通烟道或旁通空气道的方法，当锅炉点火升汽或处于低负荷运行时，将烟气或空气旁通，不经过空气预热器．(2)改善燃烧工况采用低过量空气的燃烧方式，它能减少二氧化硫的进一步氧化，从而减少硫酸的生成．有效地降低酸露点．当a＝1．15～1．2时，烟气中三氧化硫的浓度为15～25ppm，酸露点约为150～180℃，当a＝1．1时，酸露点约为130℃，当a＝1．01～1．02时，烟气中三氧化硫的浓度为4～8ppm，酸露点约为60℃，保证良好的燃烧还能使生成的三氧化硫在离开炉膛前尽量分解．(3)要及时进行吹灰，经常保持受热面的清洁，尽量减少其对生成硫酸的催化作用；在停炉检修时，要清除受热面上的铁锈和积灰三、锅炉的水质控制

在锅炉的管理维护工作中，定期对给水和炉水水质进行化验与处理是不可忽视的．水质控制得好，可显著减轻水垢的生成，防止腐蚀发生和汽水共腾，炉水质量控制好坏直接影响锅炉工作的安全，可靠，经济和使用年限．

1．锅炉水控制的主要项目(1)硬度为了减少水垢的生成，低压锅炉一般要求将硬度控制在0.25°H以下．常用的方法：是炉水中加入磷酸钠(Na3PO4·12H2O，也称磷酸三钠)或磷酸二钠(Na2HPO4·12H2O,也称磷酸二钠)，它们在水中离解后生成的磷酸根与Ca2+、Mg2+离子结合生成分散的胶状沉淀，当炉水pH值为10一12，过剩PO43-在要求范围内时，能生成松软而无附着性的泥渣，可通过底部排污而除去．因此现在有的炉水处理方法只测量和控制水中过剩PO43-的浓度，而不再直接控制硬度。(2)碱度水的碱度是使水带碱性的OH—、CO2-2、HCO-、PO3-4等离子的浓度(毫克当量／升)．控制在适当的碱度范围内(相当pHl0～12)，有利于抑制电化学腐蚀．碱性不足，且溶有较多O2、CO2并含有大量盐和Cl-，将会促进锅炉受热面发生电化学腐蚀．但是当炉水的碱性太强，也会破坏金属表面氧化层保护膜，反而腐蚀加剧。锅炉水处理常以磷酸钠在降低炉水硬度的同时，提高炉水碱度．有时为了迅速提高炉水碱度，也使用Na2CO3，它提高碱度的效果1kg大约可抵4kg磷酸钠。万一投药不当使碱度太大，则须上排污并补充淡水，使碱度下降。(3)含盐量含盐量太大会引起汽水共腾，恶化蒸汽品质，加剧管路设备腐蚀．海船炉水的含盐量以氯盐居多，故通常化验氯离子浓度来反映含盐量的多少，单位用mg/L(NaCl)．工作压力较低的辅助锅炉可2～3天化验一次。我国海运部门尚未制定统一的锅炉用水的水质指标。1981年交通部颁布的“交通部直属水运船舶锅炉水质标准及处理规程(试行)”中规定的水质标准如表13—4和表13—5所示。2．锅炉水质的测定方法

(1)水样的采取(2)碱度的测定(3)硬度的测定(4)含盐量的测定3.锅炉水处理药剂目前世界各船公司采用的控制标准、化验方法和处理药剂不尽一致，但大同小异。化学品公司提供的船用低压锅炉水处理方法大多采用单—的混合药剂，主要成分亦多为磷酸钠，根据酚酞碱度决定投放量，可同时起提高碱度、降低硬度、增加泥渣流动性面防止其生成二次水垢等作用。我国海运公司采用磷酸三钠或磷酸二钠(后者在碱度巳够时使用)为主要药剂，掺配拷胶使用．拷胶外观呈黄棕色，是粉状或块状的弱酸性天然有机物，可溶，毒性很低，其主要成分是单宁(约占65％～70％)．单宁可吸附和凝聚炉水中钙、镁离子，阻止炉水中钙、镁离子以水垢的形式沉析出来，使它们变成流动性好的泥渣而随排污排出炉外；同时单宁在碱性介质中能吸附水中氧以及与过剩PO43-一起组成一层中性保护膜，防止了金属表面的腐蚀．拷胶用量按要求投放：初次投放量为每吨水80g，日常补给水投放量为每吨水加100g。四、锅炉停用时的保养锅炉在较长时间停用时需要加以保养，否则其腐蚀程度甚至比工作时要严重，辅锅炉与废气锅炉停炉时的保养方法，可根据停用的时间长短分为满水保养法(一般不超过一个月)和干燥保养法。1．满水保养法满水保养法就是将锅炉的汽、水空间全部充满不含氧的碱性水，以防腐蚀．它的操作要点是彻底排除锅炉中的空气和保持炉水含有合适的碱度。如果满水保养已超过一个月仍需继续保持，可放掉部分水再加热驱氧，然后化验碱度或磷酸根含量，决定补水时是否要加药。2、干燥保养法如果锅炉停用时间较长或需内部检修，可以用干燥保养法来代替满水保养法，以减少维护管理的工作量．干燥保养法的要点是保持锅炉内部干燥，防止潮气造成锅炉腐蚀．五、锅炉的清洗1．水垢的清洗如果炉水处理良好，金属表面仅附有一层薄而稀松的水垢，用钢丝刷可刷掉。如果水垢厚度超过2mm，呈结晶状态，并牢牢地附在金属表面上，则说明炉水硬度太高，过剩磷酸根不足，钙、镁离于没有完全转变为泥渣。如果水垢厚而不紧密，且略带半透明的大晶粒，放在淡水中2～3h后极易破碎，则说明是易溶盐构成的，是因为炉水含盐量过大所致，这可能是由于排污不够或海水漏人给水系统所造成的，如果水垢是光滑薄瓷片状的坚硬水垢，则说明炉水中含有硅盐，这种水垢的导热性根低，是最危险的。如果锅筒水位线附近壁上粘附有油污，则由油污区的宽度和油污层的厚度可以判断出进入锅炉的油污量．如果油污量较多，应予清洗，并查明原因予解决。如果在锅筒水位线以上壁面粘附有泥渣，则说明炉水在沸腾时有很多泡沫，应加强表面排污，降低炉水的含盐量．若底部堆积泥渣很多，可能是下排污不足或下排污管布置不合理．水垢的清洗方法有以下几种：(1)机械清洗法如炉内水垢较薄，可用工具(人工或电动)清除之，常用的工具是刮刀、钢丝剧、管刷和电动(气动)铣刀等。(2)碱洗法当水垢质地坚硬不易刮除时，可先用碱煮，然后再用机械清洗．碱液对铜有腐蚀作用，故应在碱洗前将接触液体的铜阀等换下。(3)酸洗法清除水垢最彻底的办法是酸洗，因为酸对金属有腐蚀作用，一般都由掌握化学清洗知识和技术的专业人员进行。强制循环锅炉和带过热器，经济器的锅炉，只能酸洗才能解决问题。2．烟灰的清洗燃油锅炉经过一段时间运行后，在炉墙和受热面上会结灰渣。这些灰渣不仅影响受热面传热，降低锅炉效率，同时对受热面有腐蚀作用，而且会引起烟道堵塞，甚至有复燃而烧坏受热面的危险，故必须定期清除。烟灰积存速度取决于燃油的灰分多少、锅炉负荷及燃烧器质量，故除灰周期无法硬性规定，一般是在排烟温度比烟灰巳清除时高10～20℃时，或风压损失明显增大时(小型锅炉增加10～20mmHg)应该除灰。辅锅炉连续工作3～4周往往需要除灰；废气锅炉在航行中连续使用除灰周期更短。(1)吹灰器除灰吹灰器的结构型式基本上可分多喷嘴式和单喷嘴式两种，它们布置的区域不同．多喷嘴吹灰器多用在烟气温度较低的蒸发受热面烟道中．它通常固定在烟道中的受热面管束间，其喷嘴是沿着管束的宽度均匀分布，喷出的蒸汽可以吹扫整个管束，并能用炉外的手轮控制旋转360°，经济器和空气预热器的吹灰也用多喷嘴吹灰器。吹灰器的数量和在管束中的布置可由锅炉的大小及受热面管子数目的多少而定。(2)机械法除灰机械法除灰包括用小锤、凿子、刮刀等工具来清除，也可以用压缩空气喷枪将吹灰器吹扫不到的地区的浮灰吹掉．(3)水洗法除灰燃油锅炉灰渣的表面物质是溶于水的，所以当用温水冲洗时，在水流的冲击下，灰渣有可能剥落，或者借助吹灰器。水洗的水温可控制在65～90℃，水压为0.2～0.3MPa。六、锅炉的检验

锅炉检验的内容不但包括锅炉本体及其主要部件，而且还有主要的附件和指示仪表，例如水位计、安全阀、压力表等．检验的目的不仅是找出腐蚀、变形、损坏的存在，而且还要研究其产生的原因和以后如何妥善地维护管理，同时还要确定是否要修理和修理的范围．船龄在8年以内者，每两年要进行一次检验，超过8年时，每年检验一次。测量局部腐蚀麻点深度的方法常用的有两种：(1)压铅法：将软铅合金压人麻点内，用手锤敲平，然后取出测量其厚度，(2)金属浇铸法：将低熔点的金属(如焊锡)熔化后注入麻点中，凝固后取出，并测量其厚度．大面积的均匀腐蚀可用测厚仪测定受热面现存的壁厚．裂纹有表面裂纹和穿透裂纹两种．水垢的颜色可从间接地显示裂纹的位置，还可用两种方法判断是否有裂纹：(1)煤油白粉法：先用14％的硫酸溶液浸蚀需要检查处，然后用煤油浸湿，待25min后擦干，再涂上白粉，如有裂纹，则煤油会透过白粉显示出裂纹的轮廊。(2)超声波探伤法：超声波探伤仪用来发现平行于锅筒表面的内在裂纹．锅炉水压试验压力为1．25倍锅炉设计压力；锅炉损坏经过重大修理要进行水压试验，试验压力为1.5倍锅炉设计压力．A.CombustionChamberB.FurnaceTubeSheetC.FlueGasPathD.FiretubeHeatingSurfaceE.ASMESectionIVWaterStorageVesselF.IntegralCirculator(operatesonlywhenburnerisfiring)G.CondensateDrainConnectionH.Induced-DraftBlowerA.Economizersection

Preheatsthecirculatingwaterbeforeitenter