船舶动力系统3-1.ppt

船舶动力系统 第三章船舶蒸汽轮机 汽轮机 汽轮机 以蒸汽为工质 将蒸汽热能转换成转子旋转的机械能的动力机械用途 主要在热 火 力发电厂 核电站作原动机 大型船舶主机 船舶汽轮机动力装置的特点 汽轮机动力装置 以汽轮机为主机的动力装置蒸汽从锅炉进入汽轮机膨胀作功 将蒸汽的热能转变为机械能 经齿轮减速器和轴系驱动螺旋桨汽轮机 外燃机工质 过热蒸汽设备特点 无往复运动部件 优点 单机功率大 陆用火电站汽轮机组80年代中期 单轴单机达1200MW 双轴1300Mw舰船汽轮机单机功率受到舰船螺旋桨尺小和制造上的限制 现代舰用单机功率最大已达75 103kw 工作可靠性好 检修间隔长 寿命长 100 103h以上 汽轮机叶轮转速稳定 无周期性扰动力 机组振动力小 噪声小可使用劣质燃料油滑油消耗率低 仅0 1 0 5g kW h 柴油机的滑油消耗率为3 10g kW h 缺点 1 装置的总重量大 尺寸大2 需配置主锅炉 辅助机械和设备 装置复杂3 燃油消耗大 装置效率差额定经济性仅为柴油机的1 1 5 1 2 部分工况时 为1 2 5 1 34 机动性差起动前准备时间约为30 35min 紧急情况下 缩短暖机过程后也要15 20min舰艇上为保证立即起锚的要求 需以暖机状态停泊 增加了停泊时的燃料消耗从一个工况变换到另一个工况的过渡时间也较柴油机装置长2 3倍 船舶汽轮机动力装置的组成 民用船舶的汽轮机动力装置 为提高循环效率 从汽轮机中抽出部分作过功的蒸汽加热锅炉给水 回热循环 给水预热级数已多至5级 核心热力设备 锅炉 汽轮机 凝汽器 采用回热可提高平均加热温度 从而提高装置的热效率 采用回热的蒸汽动力装置 军舰经常在低负荷下运行 为简化设备 提高操纵性 一般仅用辅机的二次蒸汽加热给水 且预热级数也大大减少 锅炉 锅炉的作用 利用燃料燃烧的热量产生蒸汽 供给做功 现代汽轮机动力装置均采用水管式锅炉 锅炉的组成锅炉本体 炉子 汽锅 辅助受热面 锅炉设备 给水设备 鼓风和抽风设备 燃料输送和供应设备 安全装置 仪表 控制设备 主锅炉 MainBoiler 蒸汽轮机动力装置船主机 产生过热蒸汽 SuperheatedSteam 驱动主汽轮机蒸汽 6 10MPa 520 545 C辅锅炉 Auxiliary DonkeyBoiler 柴油机动力装置船配备 产生饱和蒸汽 SaturatedSteam 驱动蒸汽辅机 加热燃油 滑油 空调 生活用等干货船上装一台 油船上装两台辅锅炉 大型客船两台 废气锅炉 Exhaustboiler 船舶航行时 将排气通入在主机烟道中特设的锅炉中 利用主机排气的热能 把锅炉中的水加热成饱和蒸汽 替代辅助锅炉 提高了动力装置的热效率 锅炉的分类 按锅炉结构分类 烟管 火管 锅炉 Smoke tubeBoiler 燃烧产生的高温烟气在受热面管中流动 管外是水柴油机船上小蒸发量辅锅炉的类型 水管锅炉 Water tubeBoiler 在受热面管中流动的是水或汽水混合物 烟气在管外流过主锅炉和辅锅炉都广为使用 混合式锅炉 CompositeBoiler 部分烟管 部分水管 按水循环的方法分类在水管锅炉中 为使受热面管子不被烧坏 管子中的水必须沿着一定的方向流动自然循环锅炉管中水 由于的密度差 自然产生流动强制循环锅炉管中水借助泵实现流动 按蒸汽工作压力分类高压锅炉 超过6 0MPa中高压锅炉 4 0 6 0MPa中压锅炉 2 0 4 0MPa低压锅炉 2 0MPa以下按热量来源分 燃油锅炉 废气锅炉 燃油锅炉 OilFiredBoiler 主机 D型水管锅炉柴油机动力装置的干货船辅锅炉要求 结构简单 维护操作方便 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油船辅锅炉要求 蒸发量较大 D型水管锅炉采用较多 1 立式横烟管锅炉 性能指标落后 是一种日趋淘汰的形式 但蓄水量大 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 2 D型水管锅炉 烟囱Smokeuptake 经济器Economizer 蒸汽出口Steamoutlet 除水器Cyclone 支撑管Staytube 支撑Stays 过热蒸汽出口SuperheatedSteamoutlet 过热器Superheater 过热器联箱Superheaterheader 水筒WaterDrum 燃烧器Burner 水冷壁联箱Waterwallheader 水冷壁Waterwall 水冷壁联箱Waterwallheader 后侧水冷壁BackSideWaterwall 炉罩Boilerhood 上升管Riser 水冷壁联箱Waterwallheader 下降管Downcomer 汽包 筒 Steamdrum 经济器联箱Economizerheader X 沸水管Generatingtube 水冷壁 WaterWall 上接汽包 下接联箱 组成水自然循环的上升管 是主要的辐射受热面 同时保护炉墙不会过热烧毁 返回 汽包与联箱 汽包与水筒之间不受热的水管 直径较粗 用来增强水自然循环 下降管 Downcomer 返回 经济器 省煤器 Economizer 用来加热锅炉给水 传热温差大 水是强迫对流 受热面积小 可提高给水温度 降低排烟温度 但通风阻力增加 给水析氧腐蚀金属 空气预热器 AirPreheater 在经济器后 可提高炉膛温度 改善燃烧 提高锅炉热效率 预热燃烧用的空气 降低排烟温度 但传热系数小 受热面积应较大 经济器和空气预热器统称为尾部受热面 提高锅炉效率 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 一般只用于蒸发量较大 蒸汽参数较高的大 中型锅炉 返回 返回 沸水管 Generatingtube 连接上 下锅筒的管束 也称蒸发管束 布置在炉膛出口侧 前排主要为辐射 Radiation 换热 后排为对流 Convection 换热 后排沸水管比烟管锅炉的烟管换热效果好 因为烟气横向冲刷管束 烟气流速较高 特点 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80 85 有些带尾部受热面的可高达92 以上水管炉炉水循环好 蓄水量少 结构刚性又小 点火升汽时间较短 一般为几十分钟对水质和除垢要求高 3 立式直水管 VerticalWaterTube 锅炉 兼优水管锅炉蒸发率高 火管锅炉蓄水量大维护管理简单方便优点 水管锅炉和烟管锅炉的比较 1 水管锅炉蒸发率较大 相对体积小 重量轻 效率高 2 水管锅炉对水质要求高 因为结垢较难清除 水循环阻力大 更易烧坏管子 3 蒸发量相同 水管锅炉蓄水量小 点火升汽较快 汽压和水位波动较大 Solved 近来 船舶上强制循环锅炉 增压锅炉得到应用 锅炉的通风 机械通风的形式 烟囱的作用 1 产生一定的自然通风力 2 排除烟灰 减轻对船体的污染 锅炉的主要特性指标 蒸汽参数 表征锅炉产生蒸汽的质量锅炉的工作压力 MPa 低压锅炉 6 0MPa过热蒸汽温度 当锅炉供应饱和蒸汽时 用蒸汽的工作压力 单位为MPa 来表示 蒸汽产量 蒸发量 Dk t h或kg h 锅炉每小时所产生的蒸汽量锅炉的额定蒸发量 锅炉在额定蒸汽参数条件下 长期运行 每小时所产生的蒸汽量当前舰船使用的水管锅炉蒸汽产量100 160t h 蒸发率EvaporationRateofHeatingSurface 表示蒸发受热面工作效率 锅炉各部分受热面的受热量不等 采用平均值低热负荷锅炉 一般商船 蒸发率较低50 80kg m2 h高负荷锅炉 舰用 锅炉的蒸发率很高 100kg m2 h 受热面积 蒸汽产量 受热面 受热面热负荷 每小时每平方米受热面所受到的平均热量锅炉内各受热面 辐射和对流受热面 的大小和受到的热量不同 各受热面的热负荷值不同 受热面每小时所受到的总热量 受热面积 锅炉热效率 锅炉内 被有效利用的热量和燃料在炉膛内燃烧所发出的热量之比 表征锅炉工作的经济性一般船用高蒸发率的水管锅炉约为78 83 低蒸发率水管锅炉可达88 92 燃料的低发热值 kJ kg 过热蒸汽热焓 kJ kg 进锅炉给水热焓 kJ kg 燃料消耗量 kg h 蒸汽量 kg h 锅炉相对体积 锅炉所占体积与其蒸汽产量的比值高蒸发率锅炉的相对体积为1 8 2 0 而低蒸发率锅炉则为10 12 锅炉所占体积 蒸汽产量 锅炉的燃料 燃料热值 每公斤应用基燃料完全燃烧时所发出的热量 KJ 高热值 实验低热值 类实际使用近代船舶锅炉的燃料普遍使用液体燃油 重油 渣油 辅锅炉和主锅炉无汽点火时用柴油油的热值 41800kJ Kg 煤 29260 重油的主要物理指标粘度 液体流动性指标 燃油的运输和雾化条件与粘度特性有很大关系燃油的粘度通常以恩氏粘度表示 200cm3油 在某一温度 500 80 100 等 下 流经一标准孔口所需时间 同体积水在20 下通过同一孔口时间的比值凝固点 指燃油丧失流动能力时的温度 某些燃油的凝固点高达35 左右 在输送时必须加热到50 70 或更高燃油凝固点的高低与所含石蜡多少有关 石蜡成分多 凝固点就高 闪点和燃点 燃油加热到某一温度时 用火焰接近表面 可产生短暂的闪火 这个温度称为闪点 如继续加热升温以至燃油闪火后能持续燃烧 这个温度称为燃点或着火点 燃油的闪点和燃点越高 储存时起火的危险性就越小油的燃点一般要比它的闪点高20 30 比重 密度 在一定温度下 单位体积的重量 20摄氏度时标准密度 我国石油公司锅炉重油的主要属性 锅炉燃料的燃烧 燃烧 是燃料的可燃元素碳 氢 硫等和氧在相当高的温度下进行剧烈的化合 释放出大量热量的化学反应过程完全燃烧 当燃料中所有可燃元素都与氧化合达饱和程度 足够的温度 足够的空气量 过量空气系数 燃烧设备不完善 操作上的关系 部分氧气未能很好与燃料化合就从烟囱中逸出 实际供给空气量 理论值 完全燃烧1kg燃料理论上所需空气量的体积 实际供给的空气量 过大 送风量过多 燃料相对少了 增加了排烟热损失 会降低炉膛温度 对燃烧不利过小 送风量太少 不能保证燃料的完全燃烧在保证燃烧完全的前提下 应力求减小 一般燃油炉的最佳过量空气系数为1 15 1 3 锅炉的热平衡和热损失 排烟热损失 q2 锅炉热损失中最大的一项 船舶锅炉排烟热损失达10 20 排烟温度每增高10 13 q2约增大1 降低排烟温度 虽可节约燃料 but因传热平均温度差的减小而不得不增加尾部受热面面积 因而相应地增加了锅炉的金属消耗量排烟温度过低 低温受热面的壁面可能达到露点温度 使排烟中的水蒸气凝结 三氧化硫气体溶解于水 形成硫酸稀溶液 使锅炉尾部受热面的低温段遭受酸性腐蚀 即低温腐蚀 船舶锅炉的排烟温度一般选在160 200 化学不完全烘烧热损失 q3 由于烟气中所含的一氧化碳 有时也含有少量的氢和甲烷等可燃气体 最终未能发生燃饶而造成此项热损失的大小主要取决于炉膛内的过剩空气量当炉膛出口处的过量空气系数太小时 容易造成化学不完全燃烧运行中如适当提高炉膛温度 或改善燃料与空气的混合 都可明显地降低化学不完全燃烧热损失船舶锅炉