船舶辅锅炉的结构与附件

1、第二节 船舶辅锅炉的结构与附件,13-2-1 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 也要考虑重量和尺寸应尽可能小 立式直水管锅炉和立式横烟管锅炉较常见 在油船上 要求辅锅炉的蒸发量较大，d型水管锅炉采用较多 1立式横烟管锅炉 图13l所示是一种使用较普遍的立式横烟管锅炉 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,锅炉具有一个直立的圆筒锅壳1(d=1.52.6m) 20号锅炉钢板卷制焊接 顶部和底部为椭圆形封头2(较好地承受压) 锅炉高度为3.76.3m 下部有球形炉胆3炉膛 炉胆有一圆形出烟口4 与方形

2、燃烧室5相通 在燃烧室5与烟箱12之间 有管板6和7 管板间有数百根水平烟管8,13-2-1-1 立式横烟管锅炉,炉胆和烟管将锅壳内分成两个空间 里面是烟气，外面充满水 电动油泵9通过燃烧器10的喷油嘴向炉膛内喷油 鼓风机11经风门将空气送人炉内助燃 油在炉胆内燃烧 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,油气燃烧室继续燃烧 顺烟管流至烟箱大气 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 在烟管中常设长条螺旋片 炉胆、燃烧室和烟管都是蒸发受热面 烟气在管中流过 烟管锅炉的结构特点 水面只需比蒸发受热面高一些即可 水面上部为汽空间13,13-2-1-1

3、立式横烟管锅炉,炉水吸热沸腾汽化 在水中产生大量蒸汽汽泡 自水面逸出后，聚集在汽空间中 后经顶部的集汽管14和停汽阀15输出 由蒸汽管道送至各处使用,13-2-1-1 立式横烟管锅炉,由于炉内水不断蒸发成汽 水量会减少 当水位下降至最低工作水位时 水位自动调节器发生作用 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,给水量比锅炉蒸发量要多 起动水泵后，水位上升 水位到最高工作水位时 调节器停止给水泵,13-2-1-1 立式横烟管锅炉,检查门17 用于清除积存在烟管中的烟垢 更换或用堵棒堵塞损坏的烟管 人孔门18 工作人员进入锅壳内部进行维修和清扫积存的污垢 手

4、孔门,13-2-1-1 立式横烟管锅炉,隔热材料层 为减少锅炉散热损失和降低周围环境温度 防止工作人员烫伤 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,传热特点和工作性能 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 炉胆和燃烧室内热辐射非常强烈，蒸发率甚大,13-2-1-1 立式横烟管锅炉特点,比较笨重，锅炉重量达蒸发量的68倍 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 烟管锅炉蓄水量大 蓄热量也大，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 蓄水蓄热多使其汽

5、压与水位变动较慢，自动调节容易实现 对炉水质量要求不高 炉胆部分的传热强度高，但其水垢容易清除 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,烟管锅炉因性能指标落后 是一种日趋淘汰的形式 由于辅助锅炉蒸发量小，重量和体积不是突出问题 烟管锅炉具有蓄水量大、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,d型锅炉形状类似字母“d” 它的结构布置较为合理，经济技术指标也较高 图132示出了d型水管锅炉的结构简图 由汽包1、水筒2、联箱3、炉膛4、水冷壁5

6、、蒸发管束6、7、过热器11、经济器12及空气预热等部件组成 现将主要部件介绍如下： (1)炉膛、炉墙和炉衣： 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,d型锅炉炉膛内燃烧温度约可达1700左右 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 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1 100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 隔热和密封作用 气密作用 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,炉墙由耐火层、隔热层和气密层叠加而成，如图示 与

7、火焰接触的耐火层通常采用耐火砖 隔热层可用硅藻土砖或石棉板 最外面的密封层为薄钢板 风口等不规则造型部位，用耐火塑料或异形耐火砖砌成 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,13-2-1-2 d型水管锅炉,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 在较新式的水管锅炉中 采用一种双层罩壳的炉墙结构 具有内外两层壳板，中间通以去燃烧器助燃的空气 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 空气带走一部分热量 减少锅炉散热损失 提高助燃空气温度 降低了内、外壳板的温度，隔热层可以减薄,13-2-1-

8、2 d型水管锅炉,(2)水冷壁、沸水管和下降管 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 锅炉的主要辐射受热面 吸收辐射热占全部受热面的1/3 保护炉墙不致过热烧坏 为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,13-2-1-2 d型水管锅炉,水冷壁的结构型式有三种, 如图所示 (a)光管疏排和密排水冷壁 (b)光管和狭钢条拼焊式膜式水冷壁 (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,沸水管是连接上、下锅筒的管束，称蒸发管束 布置在炉膛出口侧 前排属辐射换热面 后面

9、的管束与烟气的换热方式主要是对流 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 前三排的管距应不小于250mm，以防结渣堵塞烟道 沸水管束受热面积较大, 但平均蒸发率较低 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,(3)尾部受热面 在烟道后部，经济器(加热给水)和空气预热器 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所示,锅炉效率,排气温度,13-2-1-2 d型水管锅炉,经济器传热温差大，且给水强迫流动 其受热面积可以小

10、一些，受热面的管径也小 结构简单紧凑，占据的空间小，造价也便宜 给水经过加热后再送人汽包 能提高热效率 可减少汽包因给水温度低而产生的热应力 设置经济器后，烟气侧的通风阻力增加 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 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,空气预热器位于经济器之后 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 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 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 由于尾部受热面使锅炉装置的尺寸、造价增加，管

11、理工作(吹灰、防腐蚀等)也增加，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,蒸发率较高 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 水管锅炉的效率较高 一般辅锅炉可达8085 有些带尾部受热面的可高达92以上 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,蒸发量可达100th，工作汽压可达10mpa 水管炉炉水循环好，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 对水质和除垢要求高,13-2-1-3 立式直水管锅炉,小蒸发量辅锅炉希望： 用蒸发率较高的水管炉 吸取火管锅炉

12、蓄水量大、维护管理简单方便优点 船舶上广泛使用立式直水管锅炉是按这种思想设计的 蒸发量为18th 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,锅壳分为上、下两个锅筒1、2 中间联接着直立沸水管束3 水管中充满炉水 烟气在各管之间横向流过 炉膛4位于下锅筒中 有预燃室5，燃油和空气先在此处混合燃烧，再进入炉膛 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 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。这种锅炉在低负荷时，燃烧也较好,13-2-2 废气锅炉,柴油机船 装设一台用柴油机排

13、气的余热采产生水蒸气的废气锅炉 能节约燃油 起到柴油机排气消音器作用 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压力的关系,13-2-2-1 废气锅炉的结构型式,废气锅炉有立式烟管式、强制循环盘香管式、热管式等 (1)立式烟管废气锅炉 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,在圆筒形锅壳中贯穿着数百根烟管 锅筒两端的封头兼作管板 为了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 锅炉上下两端还装有出口和进口

14、联箱 柴油机排气自下烟箱流经烟管，然后从上烟箱排出 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,图139示出强制循环盘香管式废气锅炉结构 锅炉由许多水平放置的盘香管组成 每一根盘香管的进出口分别与两个直立的联箱相连 柴油机排气在管子外侧流过 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 优点 盘香管中水是强迫流动，蒸发率大 可在一定空间内布置较多的受热面，因而体积紧凑 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

15、废气锅炉,盘香管式废气锅炉烟气流过时温度逐渐降低 故上、下各层盘香管的吸热量相差甚大 炉水的汽化程度不同，致使流阻相差很大 会产生偏流(下层吸热多的进水少) 甚至发生水力脉动(进水量脉动) 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 使靠上层的盘管进口节流程度大，进水量少 调节各层进水量至出口湿蒸汽干度均为0.1左右为宜 图中上层盘香管2采用双层以增加长度，也是为均衡上、下层流动阻力和出口蒸汽干度,13-2-2-1 热管式废气锅炉,图1310所示为热管式废气锅炉的示意图 热管元件 一端置于柴油机的排气通道内 另一端插入锅筒中 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

16、长，并加装肋片，而冷却段则较短，并为光管 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,优点： 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 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 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，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 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 装置紧凑性好，烟侧阻力小，并便于吹灰,蒸发量取决于主机的排气

17、量和排气温度 亦即主机的功率 在正常航行时，主机功率稳定 船舶对蒸汽的需要量却随着航区和季节不同而变化 因此对废气锅炉的蒸发量就需加以调节 (1)烟气旁通法 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,在锅炉进出口间设旁通烟道 在锅炉人口和旁通烟道人口处安装开、闭相互联动的两个调节档板 当汽压升高时 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 限制汽压上升 当汽压降低时 改变档板开度使通过废气锅炉的排气流量增加 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,(2)改变有效受热面积法 为适

18、应不同蒸发量的需要 立式烟管废气锅炉 选择不同的工作水位以改变有效受热面积 盘香管式 在进口联箱上将盘香管分为23组 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 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坏管子,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 如果不得已“空炉”工作，应注意： 开启废气炉的泄放阀和空气阀 用吹灰器将烟管表面积灰吹除干净 烟气温度必须低于350 重新通水时应避免“热冲击” 即主机负荷应先降低以减小传热温差 循环水必须逐渐引入 并检查阀和接头的联接有否松动 当蒸汽压力仍然偏高时，废气锅炉的多

19、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,有三种: (1)二者独立 燃油锅炉与废气锅炉有各自的给水管路 由给水泵分别从热水井供水 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 这种方式运行管理比较方便，应用较多 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,(2)废气锅炉为燃油锅炉的一个附加受热面 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 经汽水分离后，蒸汽由燃油锅炉的蒸汽管输出 强制循环式 当废气锅炉的蒸发量

20、满足不了航行用汽需求时，可与燃油锅炉合作向外供汽 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 组合式锅炉,燃油锅炉与废气锅炉合为一体，放在机舱顶部 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 图为联合式 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,燃油锅炉与废气锅炉合为一体，放在机舱顶部 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 图为交替式 它不能同时以燃油和废气作热源使用,13-2-3 锅炉附件,1水位计 每台锅炉

21、都规定有： 最高工作水位 最低工作水位 最低危险水位 正常工作时，锅炉水位应处于最高工作水位与最低工作水位之间 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,最低工作水位一般应符合如下规定： 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) 横烟管锅炉应高出燃烧室或烟管顶部不少于75mm 混合式锅炉应高出热水管不小于50mm 当船舶横倾4时 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

22、-1 水位计,锅炉上一般装有玻璃水位计 最高和最低工作水位都在水位计显示范围内 水管锅炉最低显示位置应位于最低工作水位以下50mm处 工作水位一般位于水位计中段为宜 每台锅炉装有两只水位计，布置在左、右两侧 在船舶摇摆和倾斜时 可比较两只水位计中水位来判断炉内水位 若两只水位计均已损坏，锅炉应立即熄火 水位计有玻璃管式和平板玻璃式。,13-2-3-1 水位计,玻璃管水位计如图所示 水连通管和汽连通管 分别与锅筒的水空间间相通 两个连通管之间装有耐热钢化玻璃管1 玻璃管填料函保证汽密和水密 为防玻璃管破裂时炉水大量漏出 在水连通管连接处装有止回阀3 水连通管和汽连通管上分别装有: 常开的通水阀4

23、和通汽阀2 底部装有常闭的冲洗阀5,13-2-3-1 水位计,玻璃管水位计结构简单，价格便宜，使用方便 但水位显示不够清晰 且玻璃管的承压能力较低 为了提高水位计的承压能力 可用平板玻璃来代替玻璃管 为能清晰显示水位，玻璃靠水一侧刻有沟槽 有水部分会因光的折射作用显得发暗 主锅炉或有专人监管的油轮锅炉 通常每4h至少冲洗一次水位计 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,13-2-3-1 水位计,冲洗水位计时应注意: 通水阀和通汽阀同时关闭时间要尽量短 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 在换新玻璃时 应先稍开一点通汽阀 让玻璃暖一下 再开大通水

24、阀和通汽阀,13-2-3-2 安全阀,当蒸汽需要量突然减少或炉内燃烧过于强烈时 锅炉汽压会上升 为防压力过高对锅炉造成损伤甚至发生爆炸 锅炉要装设安全阀 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 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,每锅炉应装设两个安全阀，在一个阀体内 蒸发量小于1th的辅锅炉可仅装一只 安全阀开启压力 可大于实际允许工作压力5 不应超过锅炉设计压力 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内汽压升高值不超过锅炉设计压力的10 安全阀要动作准确，

25、并保持严密不漏 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,有直接作用式和先导式两种 辅锅炉用直接作用式 图为直接作用式安全阀 两只安全阀组装在一个阀体内 弹簧1压紧阀盘2 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,安全阀阀盘2带有唇边5 使阀开启后迅速达到较大升程 如果没有唇边 汽压一降低，阀盘很快关闭 汽压回升阀又开启 这样阀盘将上下不停地跳动 当阀盘外周缘加上唇边后 可使阀盘在开启后得到一个附加的上顶力 增加了阀盘升程，阀也不会很快关闭 阀盘上有带密封圈的套筒6 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,压力降低量(阀的关闭汽压低于开启汽压) 开启后阀盘的蒸汽作用面积大于开启前的面积 汽压恢复至额定汽压时，阀盘不能立即关闭 汽压继续下降，直到蒸汽上顶力小于弹簧力时，阀才关闭 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流面积缩小 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 调节