船舶辅锅炉的结构与附件

1、第二节第二节船舶辅锅炉的结构与附件船舶辅锅炉的结构与附件13-2-1 燃油锅炉w 在柴油机动力装置的干货船上n辅锅炉应以结构简单、维护操作方便n也要考虑重量和尺寸应尽可能小n立式直水管锅炉和立式横烟管锅炉较常见w 在油船上n要求辅锅炉的蒸发量较大，D型水管锅炉采用较多w 1立式横烟管锅炉n图13l所示是一种使用较普遍的立式横烟管锅炉n不同型号的蒸发量为14.5th，最大工作汽压为1.01.7MPa13-2-1-1 立式横烟管锅炉w 锅炉具有一个直立的圆筒锅壳1(D=1.52.6m)n20号锅炉钢板卷制焊接w 顶部和底部为椭圆形封头2(较好地承受压)w 锅炉高度为3.76.3mw 下部有球形炉胆

2、3炉膛w 炉胆有一圆形出烟口4n与方形燃烧室5相通w 在燃烧室5与烟箱12之间n有管板6和7n管板间有数百根水平烟管813-2-1-1 立式横烟管锅炉w 炉胆和烟管将锅壳内分成两个空间n里面是烟气，外面充满水w 电动油泵9通过燃烧器10的喷油嘴向炉膛内喷油w 鼓风机11经风门将空气送人炉内助燃w 油在炉胆内燃烧n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w 油气燃烧室继续燃烧n顺烟管流至烟箱大气n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n在烟管中常设长条螺旋片w 炉胆、燃烧室和烟管都是蒸发受热面n烟气在管中流过l烟管锅炉的结构特点w 水面只需比蒸发受热面高

3、一些即可n水面上部为汽空间1313-2-1-1 立式横烟管锅炉w 炉水吸热沸腾汽化n在水中产生大量蒸汽汽泡n自水面逸出后，聚集在汽空间中n后经顶部的集汽管14和停汽阀15输出n由蒸汽管道送至各处使用13-2-1-1 立式横烟管锅炉w 由于炉内水不断蒸发成汽n水量会减少n当水位下降至最低工作水位时l水位自动调节器发生作用l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w 给水量比锅炉蒸发量要多n起动水泵后，水位上升w 水位到最高工作水位时n调节器停止给水泵13-2-1-1 立式横烟管锅炉w 检查门17n用于清除积存在烟管中的烟垢n更换或用堵棒堵塞损坏的烟管w 人孔门

4、18n工作人员进入锅壳内部进行维修和清扫积存的污垢w 手孔门 13-2-1-1 立式横烟管锅炉w 隔热材料层n为减少锅炉散热损失和降低周围环境温度n防止工作人员烫伤n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w 传热特点和工作性能n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n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w 比较笨重，锅炉重量达蒸发量的68倍n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10thw 烟管锅炉蓄水量大n蓄热量也大，点火升汽的时间必

5、须较长n常需数小时，以免热应力太大损坏锅炉w 蓄水蓄热多使其汽压与水位变动较慢，自动调节容易实现w 对炉水质量要求不高 n炉胆部分的传热强度高，但其水垢容易清除n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w 烟管锅炉因性能指标落后n是一种日趋淘汰的形式n由于辅助锅炉蒸发量小，重量和体积不是突出问题n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w D型锅炉形状类似字母“D”n它的结构布置较为合理，经济技术指标也较高w 图132示出

6、了D型水管锅炉的结构简图n由汽包1、水筒2、联箱3、炉膛4、水冷壁5、蒸发管束6、7、过热器11、经济器12及空气预热等部件组成n现将主要部件介绍如下： l(1)炉膛、炉墙和炉衣：w 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w D型锅炉炉膛内燃烧温度约可达1700左右n炉膛出口烟气温度不宜太高l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n又不能太低，以免燃烧过程进行得不充分nD型锅炉炉膛出口烟气温度约为1 100左右w 炉墙或炉衣n将锅炉的各种受热面包围以形成炉膛和烟道n隔热和密封作用n气密作用l防止外界空气漏人炉膛或烟气漏至炉舱13-2

7、-1-2 D型水管锅炉w 炉墙由耐火层、隔热层和气密层叠加而成，如图示w 与火焰接触的耐火层通常采用耐火砖w 隔热层可用硅藻土砖或石棉板w 最外面的密封层为薄钢板w 风口等不规则造型部位，用耐火塑料或异形耐火砖砌成w 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w 我国钢质海船建造规范规定n炉墙和炉衣外表面温度不应大于60n以免烫伤工作人员，同时也可避免散热损失过大w 在较新式的水管锅炉中n采用一种双层罩壳的炉墙结构n具有内外两层壳板，中间通以去燃烧器助燃的空气n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n空气带走一部分热量l减少

8、锅炉散热损失l提高助燃空气温度l降低了内、外壳板的温度，隔热层可以减薄13-2-1-2 D型水管锅炉w (2)水冷壁、沸水管和下降管 n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l锅炉的主要辐射受热面w吸收辐射热占全部受热面的1/3l保护炉墙不致过热烧坏l为防止在水冷壁管子中发生汽水分层现象w水冷壁管子水平倾角应大于30w最小不得小于15w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w 水冷壁的结构型式有三种, 如图所示w (a)光管疏排和密排水冷壁w (b)光管和狭钢条拼焊式膜式水冷壁w (c)棘形水冷壁(部分和全部涂上耐火材料)13-2-1-2 D型

9、水管锅炉w 沸水管是连接上、下锅筒的管束，称蒸发管束n布置在炉膛出口侧n前排属辐射换热面n后面的管束与烟气的换热方式主要是对流n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n前三排的管距应不小于250mm，以防结渣堵塞烟道n沸水管束受热面积较大, 但平均蒸发率较低w 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w (3)尾部受热面 n在烟道后部，经济器(加热给水)和空气预热器n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n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

10、率排气温度13-2-1-2 D型水管锅炉w 经济器传热温差大，且给水强迫流动n其受热面积可以小一些，受热面的管径也小n结构简单紧凑，占据的空间小，造价也便宜w 给水经过加热后再送人汽包n能提高热效率n可减少汽包因给水温度低而产生的热应力w 设置经济器后，烟气侧的通风阻力增加w 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n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w 空气预热器位于经济器之后n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n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n但是由于空气对管壁的对流放热系数很

11、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w 由于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，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w 蒸发率较高n水冷壁和前排沸水管构成的辐射受热面所占比例大n烟气在沸水管束中是横向流动，流速较大w 水管锅炉的效率较高n一般辅锅炉可达8085n有些带尾部受热面的可高达92以上w 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w 蒸发量可达100th，工作汽压可达10MPaw 水管炉炉水循环好，蓄水量少，结构刚性又小n故点火升汽时间较短，一般为几十分钟w

12、对水质和除垢要求高13-2-1-3 立式直水管锅炉w 小蒸发量辅锅炉希望：n用蒸发率较高的水管炉n吸取火管锅炉蓄水量大、维护管理简单方便优点w 船舶上广泛使用立式直水管锅炉是按这种思想设计的w 蒸发量为18thw 蒸汽工作压力0.7MPa，蒸发率32.1kgm2h，效率8013-2-1-3 立式直水管锅炉w 锅壳分为上、下两个锅筒1、2w 中间联接着直立沸水管束3w 水管中充满炉水w 烟气在各管之间横向流过w 炉膛4位于下锅筒中n有预燃室5，燃油和空气先在此处混合燃烧，再进入炉膛n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n由于预燃室中工作温度很高，在燃

13、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w 柴油机船n装设一台用柴油机排气的余热采产生水蒸气的废气锅炉l能节约燃油l起到柴油机排气消音器作用l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w 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 w 废气锅炉有立式烟管式、强制循环盘香管式、热管式等w (1)立式烟管废气锅炉n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w 在圆筒形锅壳中贯穿着数百根烟管w 锅筒两端的封头兼作管板w

14、 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w 锅炉上下两端还装有出口和进口联箱w 柴油机排气自下烟箱流经烟管，然后从上烟箱排出w 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 w 图139示出强制循环盘香管式废气锅炉结构n锅炉由许多水平放置的盘香管组成n每一根盘香管的进出口分别与两个直立的联箱相连n柴油机排气在管子外侧流过n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w 优点n盘香管中水是强迫流动，蒸发率大n可在一定

15、空间内布置较多的受热面，因而体积紧凑n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 强制循环式废气锅炉 w 盘香管式废气锅炉烟气流过时温度逐渐降低n故上、下各层盘香管的吸热量相差甚大n炉水的汽化程度不同，致使流阻相差很大n会产生偏流(下层吸热多的进水少)n甚至发生水力脉动(进水量脉动)w 故各盘香管进口设有口径分几档的节流孔板5及节流阀6n使靠上层的盘管进口节流程度大，进水量少n调节各层进水量至出口湿蒸汽干度均为0.1左右为宜w 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w 图1

16、310所示为热管式废气锅炉的示意图n热管元件l一端置于柴油机的排气通道内l另一端插入锅筒中n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长，并加装肋片，而冷却段则较短，并为光管n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w 优点：n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n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n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n蒸汽与烟

17、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n装置紧凑性好，烟侧阻力小，并便于吹灰w 蒸发量取决于主机的排气量和排气温度n亦即主机的功率w 在正常航行时，主机功率稳定n船舶对蒸汽的需要量却随着航区和季节不同而变化n因此对废气锅炉的蒸发量就需加以调节w (1)烟气旁通法w 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w 在锅炉进出口间设旁通烟道n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w 当汽压升高时n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n限制汽压上升w 当汽压降低时n改

18、变档板开度使通过废气锅炉的排气流量增加n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w (2)改变有效受热面积法n为适应不同蒸发量的需要n立式烟管废气锅炉l选择不同的工作水位以改变有效受热面积n盘香管式l在进口联箱上将盘香管分为23组l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l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w 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w 如果不得已“空炉”工作，应注意：n 开启废气炉的泄放阀和空气阀n 用吹灰器将烟管表面积灰吹除干净n

19、 烟气温度必须低于350n 重新通水时应避免“热冲击”l即主机负荷应先降低以减小传热温差l循环水必须逐渐引入l并检查阀和接头的联接有否松动w 当蒸汽压力仍然偏高时，废气锅炉的多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w 有三种:w (1)二者独立n燃油锅炉与废气锅炉有各自的给水管路l由给水泵分别从热水井供水l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n这种方式运行管理比较方便，应用较多n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w (2)废气锅炉为燃油锅炉的一个附加受热面

20、n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n经汽水分离后，蒸汽由燃油锅炉的蒸汽管输出n强制循环式n当废气锅炉的蒸发量满足不了航行用汽需求时，可与燃油锅炉合作向外供汽n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w 燃油锅炉与废气锅炉合为一体，放在机舱顶部n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w 图为联合式n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w 燃油

21、锅炉与废气锅炉合为一体，放在机舱顶部n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w 图为交替式n它不能同时以燃油和废气作热源使用13-2-3 锅炉附件w 1水位计n每台锅炉都规定有：n最高工作水位n最低工作水位n最低危险水位n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n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w 最低工作水位一般应符合如下规定：n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)n横烟管锅炉应高出燃

22、烧室或烟管顶部不少于75mmn混合式锅炉应高出热水管不小于50mmw 当船舶横倾4时n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13-2-3-1 水位计w 锅炉上一般装有玻璃水位计n最高和最低工作水位都在水位计显示范围内l水管锅炉最低显示位置应位于最低工作水位以下50mm处n工作水位一般位于水位计中段为宜n每台锅炉装有两只水位计，布置在左、右两侧n在船舶摇摆和倾斜时l可比较两只水位计中水位来判断炉内水位n若两只水位计均已损坏，锅炉应立即熄火w 水位计有玻璃管式和平板玻璃式。13-2-3-1 水位计w 玻璃管水位计如图所示w 水连通管和汽连通管n分别与锅筒

23、的水空间间相通n两个连通管之间装有耐热钢化玻璃管1n玻璃管填料函保证汽密和水密n为防玻璃管破裂时炉水大量漏出l在水连通管连接处装有止回阀3n水连通管和汽连通管上分别装有:l常开的通水阀4和通汽阀2l底部装有常闭的冲洗阀513-2-3-1 水位计w 玻璃管水位计结构简单，价格便宜，使用方便n但水位显示不够清晰n且玻璃管的承压能力较低w 为了提高水位计的承压能力n可用平板玻璃来代替玻璃管l为能清晰显示水位，玻璃靠水一侧刻有沟槽l有水部分会因光的折射作用显得发暗w 主锅炉或有专人监管的油轮锅炉n通常每4h至少冲洗一次水位计n冲洗水位计的操作步骤和判断水位的方法可以用表131加以说明操 作 顺 序 结

24、 果 处 理 意 见(1)开冲洗阀，关通水阀，冲洗后关闭遗汽阀 听见汽流声甚大，表明汽路通畅如不通畅，可连续开、关通汽阀或遏水阀(2)开通水阀，冲洗后关闭 听见水流声甚大，表明水路畅通(3)关冲洗阀，慢慢开启通水阀予以“叫水” 因此时通汽阀关闭，所以如水位高于水连通管，则水位一直升到水位计顶部 可继续进行第4步操作如无水出现，则炉水已位于水连通管以下，锅炉已处于失水危险状态 如明确知道数分钟前水位仍处于正常位置，则可加大给水量，迅速恢复水位，如失水时(4)开通汽阀 水位下降至水位计中段表明情况正常可投入工作如水位下降至水位计玻璃以下表明炉水少，但水位仍在水连通管以上 加大给水量，迅速恢复正常水

25、位如水位仍在顶部不降下来，表明锅炉已处于满水状态 首先停止供汽，并开启上捧污阀放水，使水位恢复正常13-2-3-1 水位计w 冲洗水位计时应注意:n通水阀和通汽阀同时关闭时间要尽量短l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n在换新玻璃时l应先稍开一点通汽阀l让玻璃暖一下l再开大通水阀和通汽阀13-2-3-2 安全阀w 当蒸汽需要量突然减少或炉内燃烧过于强烈时n锅炉汽压会上升n为防压力过高对锅炉造成损伤甚至发生爆炸l锅炉要装设安全阀l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l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w 每锅

26、炉应装设两个安全阀，在一个阀体内n蒸发量小于1th的辅锅炉可仅装一只w 安全阀开启压力n可大于实际允许工作压力5n不应超过锅炉设计压力w 安全阀开启后应能通畅地排出蒸汽n以保证在蒸汽阀关闭和炉内充分燃烧的情况下l烟管锅炉在15min内l水管锅炉在7min内汽压升高值不超过锅炉设计压力的10w 安全阀要动作准确，并保持严密不漏w 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w 有直接作用式和先导式两种n辅锅炉用直接作用式w 图为直接作用式安全阀n两只安全阀组装在一个阀体内n弹簧1压紧阀盘2n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w 安全阀阀盘2带有唇边5n使阀开启后迅速达到较大升程n如果没有唇边l汽压一降低，阀盘很快关闭l汽压回升阀又开启l这样阀盘将上下不停地跳动n当阀盘外周缘加上唇边后l可使阀盘在开启后得到一个附加的上顶力l增加了阀盘升程，阀也不会很快关闭n阀盘上有带密封圈的套筒6l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w 压力降低量(阀的关闭汽压低于开启汽压)n开启后阀盘的蒸汽作用面积大于开启前的面积l汽压恢复至额定汽压时，阀盘不能立即关闭l汽压继续下降，直到蒸汽上顶力小于弹簧力时，阀才关闭n阀座上装有调节圈7l调节圈升高时w阀开启后唇边外沿蒸汽通