轮机概论教案(第4章)

1、第四章第四章 船舶蒸汽锅炉船舶蒸汽锅炉 楼海军n第一节 船用锅炉的类型和特性指标n一、锅炉的类型：一、锅炉的类型：1按锅炉用途分：1）主锅炉：在蒸汽动力的船舶上，船舶蒸汽锅炉产生的高温高压蒸汽用于驱动主汽轮机运转，以推动船舶前进。同时，也为各种蒸汽辅机和其他需要以蒸汽为热源的设备提供不同质量的蒸汽。这种以驱动主汽轮机运转为主要任务的蒸汽锅炉称为主锅炉。其蒸汽参数压力约为6.010MPa，温度为520545。一般每艘船上装设两台主锅炉。在蒸汽动力装置的船舶上多采用水管锅炉作为主锅炉。其中D型水管锅炉因其结构布置比较合理，工作性能比较完善，经济技术指标也较先进，因此发展十分迅速。它可以满足不同蒸发

2、量的要求。其附加设备可增可减，使这种型式的锅炉既可以用作蒸汽动力装置的主锅炉，又可用作大型油船柴油机动力装置的辅助锅炉。 nD型水管锅炉本体的造型类似英文字母“D”，故称为D型锅炉。其本体是由汽包(上锅筒)、水筒(下锅筒)、联箱、水冷壁、蒸发管束、炉膛及燃烧器等部分构成。除了炉膛和燃烧器外，其他部件都承受着锅炉内部水和蒸汽的饱和压力。在D型锅炉中大多还在蒸发管束中间或蒸发管束后面附设蒸汽过热器，用以产生过热蒸汽；装在锅炉本体后面的省煤器；安装在省煤器后面的用来加热助燃空气的空气预热器。D型锅炉的一般工作参数如下：蒸发量为980 th，蒸汽压力为1.410 MPa，过热蒸汽温度为400500 ，

3、锅炉效率可达8892。 n辅助锅炉：在柴油机动力装置的船舶上，蒸汽锅炉产生的蒸汽主要用于加热燃油、滑油、工作水及提供各种生活用汽。这种锅炉称为辅助锅炉，其蒸汽参数较低，在柴油机动力装置的干货船上，一般装设一台产生饱和蒸汽的辅助锅炉，气压约为0.50.8 MPa，蒸发量为12 th。在以柴油机为动力装置的油船上一般装设12台压力为1.31.7 MPa、蒸发量为20150 th产生饱和蒸汽的辅助锅炉。在柴油机动力装置的大型客船上，一般也装设两台辅助锅炉，以满足船员和旅客正常生活的需要，并提高供汽的可靠性 n废气锅炉：在柴油机动力装置的船舶上，作为主机的大型低速二冲程柴油机的排气温度为250380，

4、四冲程中速机则可达400，而表压为0.5 MPa的饱和蒸汽的温度为158，表压为1.3MPa时也仅为194。因此，在船舶航行时，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，以代替辅助锅炉向全船提供蒸汽，同时又提高了动力装置的热效率，这种锅炉叫做废气锅炉。 n2. 如果按照锅炉的构造可分为：火管锅炉：指的是燃油燃烧所产生的高温烟气在受热面管中流动，而管外是水的锅炉。火管锅炉按管子的布置型式又可分为立式火管锅炉和卧式火管锅炉两种。水管锅炉：若在受热面管中流动的是水或汽水混合物，而烟气在管外的管间流动的锅炉称为水管锅炉。混合式锅炉：指的是在锅炉受热面的管束中，

5、一部分管子按火管锅炉方式产生蒸汽而另一部分管子则按水管锅炉方式产生蒸汽的锅炉。3.按汽压可分为：1）汽压在2.0 MPa以下者为低压锅炉； 2）汽压在2.04.0MPa为中压锅炉；3）汽压在4.06.0MPa为中高压锅炉； 4）汽压在6.0 MPa以上为高压锅炉。 n 二、锅炉的特性指标：二、锅炉的特性指标：是指表征锅炉的热力特性、经济性、安全性、蒸汽质量和生产能力等特性的指标。其主要特性指标有：蒸汽参数、蒸发量、锅炉效率等。1蒸汽参数：蒸汽参数表示锅炉所产生蒸汽的质量。当锅炉向外供应过热蒸汽时，用蒸汽压力P(MPa)和蒸汽温度t()来表示。当锅炉供应饱和蒸汽时，用饱和蒸汽压力和蒸汽干度表示，

6、但后者一般不写出。2蒸发量：锅炉每小时产生的蒸汽数量叫做蒸发量。在设计工况下，每小时产生的蒸汽量称为额定蒸发量。蒸发量通常用符号D表示，单位是kgh或th。3锅炉效率：在锅炉中，将水加热产生蒸汽所用去的有效热量与向锅炉内供应的热量之比称为锅炉效率，用表示。锅炉效率表示燃料完全燃烧所能放出的热量被锅炉有效利用的程度。第二节 燃油辅助锅炉n一、立式火管锅炉：一、立式火管锅炉： 图7-2所示是一种我国远洋船舶上广泛使用的立式火管锅炉。这种立式火管锅炉的蒸发量视不同型号而有所不同，图示的蒸发量为14.5th，工作汽压为11.7MPa。n 锅壳中不能完全充满水，水面只需比蒸发面高出一定的高度即可。水面上

7、部为汽空间。炉水由于吸热蒸发产生蒸汽并聚集在汽空间，然后经顶部的集汽管和停汽阀输出，由蒸汽管输送至各用汽场所。炉水由于不断的蒸发输出蒸汽，水量减少而使水位下降。当水位下降到最低工作水位时，自动起动给水泵，向锅炉补水至最高工作水位。n火管式辅锅炉由于蓄水量大，蓄热性能好，气压和水位容易保持平稳，容易实现气压和水位的自动调节。此外，虽然炉胆部分的传热强度高，但其外部的水垢容易清除。烟管间的水垢虽难以清除，但该处烟气温度较低，传热性能也差，运行时管壁温度较低，因此火管锅炉比较容易管理。 n二、立式水管锅炉：二、立式水管锅炉：这种辅锅炉受热面的传热效果好，安全可靠，操作维修方便，制造工艺简单；另外，锅

8、炉的水容量也较大，变负荷工作特性较好，易于管理；水管受热面部分清垢方便，故对水质要求也不高。近年来，对该型立式直水管锅炉又进行了新的改进设计，在保持原有整体尺寸的情况下，通过改变锅炉内部结构，强化对流传热，进一步提高了蒸发量。第三节 废气锅炉n废气锅炉是船舶航行时吸收柴油主机排气的余热而产生蒸汽的设备，因此对于既定的柴油机动力装置而言，其蒸发量基本上是由柴油机的负荷工况和排气特性所决定的，即蒸汽产量是由柴油主机的排气量和排气温度决定的。设计时则以一定的柴油主机在常用功率时所具有的排气流量和排气温度为条件，同时根据船舶在航行时要求的蒸汽压力和蒸汽量来确定其应有的受热面积。因为废气锅炉的蒸汽压力一

9、般与辅助锅炉相同，如果蒸汽产量基本不变，那么废气锅炉的受热面积，主要随排气的流量和温度而变化。 第四节 锅炉附件 n锅炉附件是保证锅炉正常工作所必须的阀件和附属装置的总称。锅炉附件的种类很多，其中最重要的且任何锅炉都必须设置的是安全阀、水位计和压力表。n一、一、安全阀安全阀：每台锅炉至少装设两个安全阀，它们组装在一个壳体内。过热器联箱上装设独立的安全阀，其通道面积为总排汽面积的25。安全阀安装在锅炉、过热器或管路上。安全阀经主管机关调定后铅封，未经该局许可不得随意改变其开启与关闭压力。安全阀顶部装有拉杆，紧急时在机舱或甲板上借用拉杆，人工强行打开安全阀。平时每月拉动拉杆12次。 n安全阀的开启

10、压力应比允许工作压力高，以满足结构和管理上的要求。CCS钢质海船入级与建造规范规定：锅炉安全阀开启压力大于允许工作压力的5，小于设计压力。过热器安全阀开启压力小于锅炉安全阀开启压力，其它安全阀的开启压力为允许工作压力的1.1倍。n二、水位计：二、水位计：锅炉中的水位有最高工作水位、最低工作水位和最低危险水位。当锅炉正常工作时，允许锅炉水位在最高工作水位与最低工作水位之间波动。通常在船用锅炉上装有两只水位计，分别布置在左右两侧，一是为了互为备用，另一是为了在船舶摇摆或倾斜时，通过比较两只水位计中的水位来判断锅炉内的水位情况。n三、压力表：三、压力表：每台锅炉必须装有压力表，用以指示锅炉中的蒸汽压

11、力。因此，压力表是保证锅炉安全工作极为重要的附件。 第五节 锅炉的自动控制n目前，在柴油机动力装置的船舶上，由于辅锅炉的蒸发量小，对其蒸汽品质的要求不严格，所以大都采用有差调节。这种锅炉的自动控制包括：自动点火、燃烧过程控制、给水控制、自动停炉以及有关安全运行的各种保护，如熄火保护、极限低水位保护和低风压保护等。n1燃烧过程控制：通常采用电器程序控制，其主要工作过程为：(1)起动前，首先对锅炉炉膛进行预扫风，防止炉膛内积存可燃气体而产生爆炸事故，预扫风持续的时间通常超过30s。 (2)高压点火器放电产生电火花，火花持续时间一般为510s。 (3)燃油从喷油器喷出被电点火器点燃。(4)燃烧过程的自动调节是根据蒸汽压力的变化，由蒸汽压力调节器来实现的。通过对燃油和空气的双位调节或比例调节，使得蒸汽压力保持在一定的范围之内。 n2给水过程控制：锅炉工作水位在极限低水位以上是点火、燃烧过程自动进行的必要条件。水位一般都采用独立的控制系统。给水过程的自动调节也有双位调节和比例调节两种。小型锅炉常用双位调节。n 3安全保护装置：点火失败或运行中熄火保护。(2