船舶辅锅炉的汽、水系统课件1

船舶輔鍋爐的汽、水系統水管鍋爐的水迴圈迴圈方式：1、利用泵使汽水混合物經受熱面的強制迴圈，2、利用水與汽水混合物的密度差使汽水混合物經蒸發受熱面流動，叫自然迴圈．目前大多數船用鍋爐採用自然迴圈。自然迴圈的優點是設備簡單，無需專門的迴圈泵．一、爐水的自然迴圈

1．自燃迴圈的基本原理水管鍋爐的自然迴圈回路由汽包、水筒(或聯箱)、下降管及上升管(蒸發受熱面)組成，其迴圈回路簡圖如圖所示。爐水迴圈原理演示2．上升管的流動狀況和限制壁溫過高的條件在蒸發受熱面上進行著水變為汽水混合物的沸騰過程鍋爐安全工作的重要條件之一是蒸發受熱面的管壁溫度不超過其金屬的許用溫度。根據傳熱學，水管鍋爐蒸發受熱面外壁溫度與管內工質溫度、管內壁對流放熱係數a2，管內水垢和管壁金屬的導熱熱阻及單位受熱面熱負荷q有關。目前船用鍋爐工作壓力最高約為6MPa，管內工質的溫度(該壓力下水的飽和溫度)不超過276℃．水垢熱阻與水質情況有關。目前爐水處理良好巳能作到基本上無垢運行，而金屬的熱阻較小；因此管子外壁溫度與管內工質溫度差主要取決於a2及q。3．保證自燃水迴圈良好的措施為了防止蒸發受熱面過熱燒壞，除了防止受熱面熱負荷過大和結垢嚴重外，主要是保證水迴圈良好，即保證所有的上升管有足夠的迴圈流速Wo(以上升管人口處計)和進水流量G．為了保證良好的水迴圈，在設計和管理上應注童以下幾個方面；(1)儘量減少或避免下降管帶汽(2)避免上升管受熱不均現象加重(3)避免上升管流動阻力過大(4)儘量避免用汽量突然增大或減小，引起工作汽壓急劇降低或升高．(5)運行中不宜在下鍋筒進行下排汙，這會破壞水迴圈．由汽包引出的飽和蒸汽帶水過多，就會使蒸汽品質下降，蒸汽攜水所帶有的鹽分可能加快汽、水管路和設備的腐蝕；若飽和蒸汽用於驅動蒸汽輔機，帶水過多也會引起這些機械的水擊；對於裝有過熱器的鍋爐，如蒸汽帶水進入過熱器，則水在過熱器中被加熱蒸發，溶解在水中的鹽分就沉積在過熱器的內壁上，使過熱器管子燒壞。二、影響蒸汽帶水的因素和汽水分離設備1、影響蒸汽帶水的因素(1)分離高度．分離高度越大，重力分離作用越強．然而當分離高度超過0.5～0.6m時，蒸汽濕度的變化很小。(2)鍋爐負荷(用汽量)。鍋爐耗汽量增加時，需加強燃燒，汽泡中水的含汽量增加，蒸發平面升高，分離高度降低，同時上升管出來的汽水混合物衝擊水面使爐水飛濺數量增加。

(3)爐水含鹽量。當爐水含鹽量達到某一極限值時，爐水錶面就會形成很厚的泡沫層，即所謂汽水共騰．這一極限值稱為臨界含鹽量．汽水共騰的原因是爐水含鹽量大，爐水粘度增加，泡沫強度提高且不易破裂，當含鹽量超過臨界值時泡沫壽命會顯著增長，故形成汽水共騰。鍋爐爐水的臨界含鹽量2、汽水分離設備(1)水下孔板當汽水混合物由水空間引入汽包時，可利用水下孔板來均衡蒸發平面負荷。(2)集汽管聚集在汽包頂部的蒸汽一般通過集汽管引出。(3)集汽板也可用集汽板代替集汽管。3．防止蒸汽品質惡化的措施鍋爐運行時為了防止供應的蒸汽濕度過大，管理上必須注意如下幾點：(1)防止水位過高：尤其不宜在高負荷下高水位運行，因為，高負荷時水位表中指示的水位要比汽包內實際水位低得多，其次，高負荷時蒸發平面上蒸汽逸出的平均速度增大，更易攜帶出較大的水滴。

(2)嚴格控制水質：避免含鹽量高引起汽水共騰．(3)鍋爐供汽量不宜增加過快：以防汽包內壓力急降，爐水產生“自蒸發’現象，而導致汽泡急劇增多，水位上升，分離高度減小．三、鍋爐的蒸汽、給水、凝水和排汙系統輔鍋爐和廢氣鍋爐所產生的蒸汽，通過管道輸送至各處，供驅動蒸汽輔機和燃油、滑油加熱，以及供空調裝置、熱水壓力櫃和廚房等用汽．絕大部分蒸汽在工作之後凝結成水。由凝水系統流回熱水井，再由給水泵經給水系統送回鍋爐。由於少量蒸汽被直接消犛和漏泄，流回熱水井的凝結水量要少於鍋爐向外的供汽量，再加上鍋爐需要排汙，所以經常需要由爐水艙向熱水井補充給水。鍋爐汽水系統1、蒸汽系統2、凝水系統3、給水系統4、排汙系統鍋爐汽水系統原理演示因為阻汽器總會有一部分蒸汽漏過，並且當凝水流出阻汽器時，因壓力降低，也可能產生二次蒸汽．所以凝水在進入熱水井前先經大氣式冷凝器冷卻，使其中的蒸汽凝結，然後才留回熱水井．大氣式冷凝器觀察櫃熱水井上排汙漏斗底部排汙可定期在投放藥除垢藥物後過一段時間進行．通常要求在熄滅後半小時或鍋爐負荷較低，鍋筒壓力降至0.4～0.5Ma時進行，因為此時爐水比較平靜，有更多的泥渣沉積在底部．水管鍋爐為防止從底部放走大量爐水破壞正常的水迴圈，所以不允許在鍋爐正常工作時進行底部汙．底部排汙應在水位較高時開始，並嚴密注意水位變化，謹防失水．每次排汙時間不能過長，一般閥全開時間不超過30，每次排汙量可按1/3～1／2水位表高度考慮。廢氣鍋爐也要進行排汙(除強制迴圈水管鍋爐外)在排汙總管上設有止回閥15，以免鍋爐中無壓力時，海水倒灌人鍋爐中．排汙時，應先打開舷旁通海閥16，以防開啟排汙閥時管內發生水擊。1．失水鍋爐水位低於最低工作水位時稱為失水，這是鍋爐的一種嚴重事故．2．滿水水位高過最高工作水位稱為滿水．3、受熱面管子破裂因結垢嚴重、水迴圈不良等導致管壁過熱，或腐蝕嚴重都可能引起受熱面管子破裂．

堵塞水管鍋爐水管的鋼塞具有一定錐度，塗上白鉛油後，塞在破管的兩端，然後用手槌敲緊，再借助於工作蒸汽的壓力即可保證一定的嚴密性．堵塞煙管鍋爐煙管，可用圖示堵棒將破管堵死．第五節船舶輔鍋爐的運行和維護管理

鍋爐是在高溫條件下工作的壓力容器，它的安全可靠是至關重要的．對船舶鍋爐，尤其是對低壓輔鍋爐發生的事故分析表明，管理操作和維護保養方面的失誤往往是發生事故的主要原因．因此輪機人員應有高度的責任感，應該熟悉鍋爐的操作程式及維護保養方面的規定及要求，並在實際工作中認真遵照執行．一、鍋爐的運行管理1．點火苗的準備2．點火升汽燃油鍋爐在開始點火前，一定要先預掃風5min以上，將爐內積存的油氣徹底吹淨．3．運行中的管理鍋爐在運行時，最主要的是要保證安全生產、燃燒品質良好和維持蒸汽參數的穩定．為此值班人員應隨時注意水位、汽壓、油壓、油溫、風壓、爐內的燃燒情況和排煙的顏色，以及給水和爐水水質的分析與處理等。同時要注意油泵、風機和及其它附件的工作情況，保證其處於正常狀態。4、停火留汽5、停用放空二、防止鍋爐受熱面的低溫腐蝕和積灰複燃1、防止鍋爐受熱面的低溫腐蝕煙氣溫度小於500℃硫酸腐蝕防止低溫腐蝕措施：(1)對裝有空氣預熱器的鍋爐，可採用裝設空氣再迴圈管道的方法來提高空氣入口溫度，即讓一部分熱空氣與冷空氣混合後，再送入空氣預熱器，以提高管壁溫度，使之不低於水蒸氣露點溫度．也可以採用旁通煙道或旁通空氣道的方法，當鍋爐點火升汽或處於低負荷運行時，將煙氣或空氣旁通，不經過空氣預熱器．(2)改善燃燒工況採用低過量空氣的燃燒方式，它能減少二氧化硫的進一步氧化，從而減少硫酸的生成．有效地降低酸露點．當a＝1．15～1．2時，煙氣中三氧化硫的濃度為15～25ppm，酸露點約為150～180℃，當a＝1．1時，酸露點約為130℃，當a＝1．01～1．02時，煙氣中三氧化硫的濃度為4～8ppm，酸露點約為60℃，保證良好的燃燒還能使生成的三氧化硫在離開爐膛前儘量分解．(3)要及時進行吹灰，經常保持受熱面的清潔，儘量減少其對生成硫酸的催化作用；在停爐檢修時，要清除受熱面上的鐵銹和積灰三、鍋爐的水質控制

在鍋爐的管理維護工作中，定期對給水和爐水水質進行化驗與處理是不可忽視的．水質控制得好，可顯著減輕水垢的生成，防止腐蝕發生和汽水共騰，爐水質量控制好壞直接影響鍋爐工作的安全，可靠，經濟和使用年限．

1．鍋爐水控制的主要專案(1)硬度為了減少水垢的生成，低壓鍋爐一般要求將硬度控制在0.25°H以下．常用的方法：是爐水中加入磷酸鈉(Na3PO4·12H2O，也稱磷酸三鈉)或磷酸二鈉(Na2HPO4·12H2O,也稱磷酸二鈉)，它們在水中離解後生成的磷酸根與Ca2+、Mg2+離子結合生成分散的膠狀沉澱，當爐水pH值為10一12，過剩PO43-在要求範圍內時，能生成鬆軟而無附著性的泥渣，可通過底部排汙而除去．因此現在有的爐水處理方法只測量和控制水中過剩PO43-的濃度，而不再直接控制硬度。(2)鹼度水的鹼度是使水帶鹼性的OH—、CO2-2、HCO-、PO3-4等離子的濃度(毫克當量／升)．控制在適當的鹼度範圍內(相當pHl0～12)，有利於抑制電化學腐蝕．鹼性不足，且溶有較多O2、CO2並含有大量鹽和Cl-，將會促進鍋爐受熱面發生電化學腐蝕．但是當爐水的鹼性太強，也會破壞金屬表面氧化層保護膜，反而腐蝕加劇。鍋爐水處理常以磷酸鈉在降低爐水硬度的同時，提高爐水鹼度．有時為了迅速提高爐水鹼度，也使用Na2CO3，它提高鹼度的效果1kg大約可抵4kg磷酸鈉。萬一投藥不當使鹼度太大，則須上排汙並補充淡水，使鹼度下降。(3)含鹽量含鹽量太大會引起汽水共騰，惡化蒸汽品質，加劇管路設備腐蝕．海船爐水的含鹽量以氯鹽居多，故通常化驗氯離子濃度來反映含鹽量的多少，單位用mg/L(NaCl)．工作壓力較低的輔助鍋爐可2～3天化驗一次。我國海運部門尚未制定統一的鍋爐用水的水質指標。1981年交通部頒佈的“交通部直屬水運船舶鍋爐水質標準及處理規程(試行)”中規定的水質標準如表13—4和表13—5所示。2．鍋爐水質的測定方法

(1)水樣的採取(2)鹼度的測定(3)硬度的測定(4)含鹽量的測定3.鍋爐水處理藥劑目前世界各船公司採用的控制標準、化驗方法和處理藥劑不盡一致，但大同小異。化學品公司提供的船用低壓鍋爐水處理方法大多採用單—的混合藥劑，主要成分亦多為磷酸鈉，根據酚酞鹼度決定投放量，可同時起提高鹼度、降低硬度、增加泥渣流動性面防止其生成二次水垢等作用。我國海運公司採用磷酸三鈉或磷酸二鈉(後者在鹼度巳夠時使用)為主要藥劑，摻配拷膠使用．拷膠外觀呈黃棕色，是粉狀或塊狀的弱酸性天然有機物，可溶，毒性很低，其主要成分是單寧(約占65％～70％)．單寧可吸附和凝聚爐水中鈣、鎂離子，阻止爐水中鈣、鎂離子以水垢的形式沉析出來，使它們變成流動性好的泥渣而隨排汙排出爐外；同時單寧在鹼性介質中能吸附水中氧以及與過剩PO43-一起組成一層中性保護膜，防止了金屬表面的腐蝕．拷膠用量按要求投放：初次投放量為每噸水80g，日常補給水投放量為每噸水加100g。四、鍋爐停用時的保養鍋爐在較長時間停用時需要加以保養，否則其腐蝕程度甚至比工作時要嚴重，輔鍋爐與廢氣鍋爐停爐時的保養方法，可根據停用的時間長短分為滿水保養法(一般不超過一個月)和乾燥保養法。1．滿水保養法滿水保養法就是將鍋爐的汽、水空間全部充滿不含氧的鹼性水，以防腐蝕．它的操作要點是徹底排除鍋爐中的空氣和保持爐水含有合適的鹼度。如果滿水保養已超過一個月仍需繼續保持，可放掉部分水再加熱驅氧，然後化驗鹼度或磷酸根含量，決定補水時是否要加藥。2、乾燥保養法如果鍋爐停用時間較長或需內部檢修，可以用乾燥保養法來代替滿水保養法，以減少維護管理的工作量．乾燥保養法的要點是保持鍋爐內部乾燥，防止潮氣造成鍋爐腐蝕．五、鍋爐的清洗1．水垢的清洗如果爐水處理良好，金屬表面僅附有一層薄而稀鬆的水垢，用鋼絲刷可刷掉。如果水垢厚度超過2mm，呈結晶狀態，並牢牢地附在金屬表面上，則說明爐水硬度太高，過剩磷酸根不足，鈣、鎂離於沒有完全轉變為泥渣。如果水垢厚而不緊密，且略帶半透明的大晶粒，放在淡水中2～3h後極易破碎，則說明是易溶鹽構成的，是因為爐水含鹽量過大所致，這可能是由於排汙不夠或海水漏人給水系統所造成的，如果水垢是光滑薄瓷片狀的堅硬水垢，則說明爐水中含有矽鹽，這種水垢的導熱性根低，是最危險的。如果鍋筒水位線附近壁上粘附有油污，則由油污區的寬度和油污層的厚度可以判斷出進入鍋爐的油污量．如果油污量較多，應予清洗，並查明原因予解決。如果在鍋筒水位線以上壁面粘附有泥渣，則說明爐水在沸騰時有很多泡沫，應加強表面排汙，降低爐水的含鹽量．若底部堆積泥渣很多，可能是下排汙不足或下排汙管佈置不合理．水垢的清洗方法有以下幾種：(1)機械清洗法如爐內水垢較薄，可用工具(人工或電動)清除之，常用的工具是刮刀、鋼絲劇、管刷和電動(氣動)銑刀等。(2)堿洗法當水垢質地堅硬不易刮除時，可先用堿煮，然後再用機械清洗．堿液對銅有腐蝕作用，故應在堿洗前將接觸液體的銅閥等換下。(3)酸洗法清除水垢最徹底的辦法是酸洗，因為酸對金屬有腐蝕作用，一般都由掌握化學清洗知識和技術的專業人員進行。強制迴圈鍋爐和帶過熱器，經濟器的鍋爐，只能酸洗才能解決問題。2．煙灰的清洗燃油鍋爐經過一段時間運行後，在爐牆和受熱面上會結灰渣。這些灰渣不僅影響受熱面傳熱，降低鍋爐效率，同時對受熱面有腐蝕作用，而且會引起煙道堵塞，甚至有複燃而燒壞受熱面的危險，故必須定期清除。煙灰積存速度取決於燃油的灰分多少、鍋爐負荷及燃燒器品質，故除灰週期無法硬性規定，一般是在排煙溫度比煙灰巳清除時高10～20℃時，或風壓損失明顯增大時(小型鍋爐增加10～20mmHg)應該除灰。輔鍋爐連續工作3～4周往往需要除灰；廢氣鍋爐在航行中連續使用除灰週期更短。(1)吹灰器除灰吹灰器的結構型式基本上可分多噴嘴式和單噴嘴式兩種，它們佈置的區域不同．多噴嘴吹灰器多用在煙氣溫度較低的蒸發受熱面煙道中．它通常固定在煙道中的受熱面管束間，其噴嘴是沿著管束的寬度均勻分佈，噴出的蒸汽可以吹掃整個管束，並能用爐外的手輪控制旋轉360°，經濟器和空氣預熱器的吹灰也用多噴嘴吹灰器。吹灰器的數量和在管束中的佈置可由鍋爐的大小及受熱面管子數目的多少而定。(2)機械法除灰機械法除灰包括用小錘、鑿子、刮刀等工具來清除，也可以用壓縮空氣噴槍將吹灰器吹掃不到的地區的浮灰吹掉．(3)水洗法除灰燃油鍋爐灰渣的表面物質是溶於水的，所以當用溫水沖洗時，在水流的衝擊下，灰渣有可能剝落，或者借助吹灰器。水洗的水溫可控制在65～90℃，水壓為0.2～0.3MPa。六、鍋爐的檢驗

鍋爐檢驗的內容不但包括鍋爐本體及其主要部件，而且還有主要的附件和指示儀錶，例如水位計、安全閥、壓力錶等．檢驗的目的不僅是找出腐蝕、變形、損壞的存在，而且還要研究其產生的原因和以後如何妥善地維護管理，同時還要確定是否要修理和修理的範圍．船齡在8年以內者，每兩年要進行一次檢驗，超過8年時，每年檢驗一次。測量局部腐蝕麻點深度的方法常用的有兩種：(1)壓鉛法：將軟鉛合金壓人麻點內，用手錘敲平，然後取出測量其厚度，(2)金屬澆鑄法：將低熔點的金屬(如焊錫)熔化後注入麻點中，凝固後取出，並測量其厚度．大面積的均勻腐蝕可用測厚儀測定受熱面現存的壁厚．裂紋有表面裂紋和穿透裂紋兩種．水垢的顏色可從間接地顯示裂紋的位置，還可用兩種方法判斷是否有裂紋：(1)煤油白粉法：先用14％的硫酸溶液浸蝕需要檢查處，然後用煤油浸濕，待25min後擦幹，再塗上白粉，如有裂紋，則煤油會透過白粉顯示出裂紋的輪廊。(2)超聲波探傷法：超聲波探傷儀用來發現平行於鍋筒表面的內在裂紋．鍋爐水壓試驗壓力為1．25倍鍋爐設計壓力；鍋爐損壞經過重大修理要進行水壓試驗，試驗壓力為1.5倍鍋爐設計壓力．A.CombustionChamberB.FurnaceTubeSheetC.FlueGasPathD.FiretubeHeatingSurfaceE.ASMESectionIVWaterStorageVesselF.IntegralCirculator(operatesonlywhenburnerisfiring)G.CondensateDrainConnectionH.Induced-DraftBlowerA.Economizersection

Preheatsthecirculatingwaterbeforeitenterstheevaporatortubes.B.Evaporatorsection

Waterevaporatesandemulsionofsteamandwaterflowsbacktotheboiler.C.Superheatersection

Superheatsthesteamfortheturbine.D.Heatexchanger

Preheatstheboilerfeedwater.E.Condenser

Theexhauststeamfromtheturbineandexcesssteamfromthesteamsystemcondenseandrecycle.F.Condensatepump

G.Coolingwaterpump

Seawater.H.Make-upwaterpump

Fromsoftenerunit.I.Boilerfeedwaterpump

1.Steampressurecontrol

Thepressurecontrolloopadjuststheburnerloadaccordingthesteamdemand.2.Waterlevelcontrol

Asimplecontrolloopwilldoforaboilerwithlargeamountofwaterandrelativelysmallsteamoutput.Tominimizeshrinkandswellatstartandstopoftheburneritwouldbewisetohavetwosetpointsforthewaterlevel.Alowerlevel(abt.40%)whentheburnerisstopandahigher(abt.50%)whenit'sfiring.3.Economizerinlettemperaturecontrol

Thefeedwaterispre-heatedinordertoincreasetheefficiencyoftheplant.Thecirculatingwatertotheexhaustgasboilerheatsthefeedwaterandthethree-wayvalveontheinlettotheheat-exchangercontrolsthetemperature.