第二十一讲：锅炉1

课题七：船舶辅助锅炉第一节船舶辅助锅炉的基本参数第二节船舶辅锅炉的结构与附件第二十一讲一、锅炉在船舶动力装置中的作用主锅炉：锅炉产生的高温高压过热蒸汽用于驱动主蒸汽轮机，以推动船舶前进，这种锅炉称为主锅炉。辅锅炉：在柴油机动力装置的船舶上，锅炉产生的饱和蒸汽仅用于驱动辅蒸汽轮机、加热燃油、滑油及满足日常生活的需要，这种锅炉称为辅锅炉。

二、锅炉的分类1.按锅炉结构分类烟管(火管)锅炉[Smoke-tubeBoiler]水管锅炉[Water-tubeBoiler]混合式锅炉[CompositeBoiler]：部分烟管，部分水管2.按锅炉水循环方法分类自然循环锅炉[NaturalCirculatingBoiler]：管内水的流动由于密度差产生。强制循环锅炉[ForcedCirculatingBoiler]：管内水的流动借助泵来实现。3.按蒸汽工作压力高低分类高压锅炉中高压锅炉中压锅炉低压锅炉P>6.0MPa4.0MPa<P<6.0MPa2.0MPa<P<4.0MPaP<2.0MPa三、锅炉主要性能指标

锅炉的主要性能指标有：

蒸发量、蒸汽参数（压力、温度）、锅炉效率、受热面积及蒸发率、炉膛容积热负荷等。

（选择燃油锅炉的依据主要是蒸发量和蒸汽参数）

（选择废气锅炉的依据则是受热面积和蒸汽工作压力）1．蒸发量（产汽量）

在设计状态下，锅炉每小时产生的蒸汽量称为蒸发量，通常用符号D表示，单位是Kg/h或t／h。2．蒸汽参数

当锅炉供应饱和蒸汽时，蒸汽参数用蒸汽的工作压力（单位为MPa）来表示；

当锅炉向外供应过热蒸汽时，用蒸汽工作压力和蒸汽温度来表示。注意：锅炉一般标注名义工作压力，使用的工作压力范围上限可稍超过它，但不应超过锅炉的最大许用工作压力（设计压力）。3．锅炉效率

把给水变为蒸汽所得到的有效热量与向锅炉内所供应的热量之比叫做锅炉效率，用符号η表示。给水比焓蒸汽比焓锅炉供应的各种参数蒸汽的蒸发量每小时燃料消耗量燃料的低热值另一种表示方式：可用向锅炉供入的热量减去各种热损失来表示，所以锅炉效率又可表示为：

η=BQD-B（Q1＋Q2＋Q3＋Q4）/BQD=1-q

q-相对热损失（用百分比表示的热损失）Q1—排烟热损失（kJ／kg）是锅炉各种热损失中最大的一项。Q2—化学不完全燃烧热损失:烟气中尚有若干还可以燃烧而未能燃尽的气体如CO、CH4、H2等，它们未发出的热量即属于化学不完全燃烧损失。Q3—机械不完全燃烧热损失:燃油中的碳元素在未完全燃烧时形成一些可燃的固体粒子。这些可燃的固体粒子未能燃烧而构成的热损失称为机械不完全燃烧热损失。Q4—散热损失:锅炉由于温度高于周围大气而向四周环境所散失的热量。散热损失随锅炉蒸发量的增加而减小。散热损失机械不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失排烟热损失10%~20%0.3%~0.5%正常燃烧为0，不正常时0.5%~1%D=2t/h，2.6%；D=100t/h，0.3%最大4.受热面积（m2）

蒸发受热面积（炉水被加热产生饱和蒸汽的受热面积）以及过热器、空气预热器、经济器（预热给水）等附加设备的受热面积。主锅炉蒸发受热面积过热器受热面积空气预热器受热面积经济器受热面积辅锅炉5.蒸发率（产汽率kg/m2·h）

单位蒸发受热面积每小时产生的蒸汽量。蒸发率用于评价锅炉蒸发受热面的平均传热强度。

蒸发率越高，锅炉结构越紧凑。6.炉膛容积热负荷（kw/m3

）

每单位炉膛容积在单位时间内燃料燃烧放出的热量，用符号qv表示。

qv=BQD/3600Vιkw/m3Vι-炉膛容积，m3

B-每小时燃料消耗量，kg／h；

QD-燃料的低热值，kJ／kg；

qv值越大，意味炉膛的容积越小，因而燃油在炉膛内燃烧停留时间越短，炉膛内的烟气平均温度也越高。

qv是影响燃烧质量、锅炉效率、工作可靠性以及锅炉尺寸和重量的一个重要参数。

并不代表锅炉效率高。锅炉蒸发量的常用单位是_________。A．kg/minB．kg/m2C．kg/m2hD．t/h供应饱和蒸汽的辅锅炉，蒸汽参数用_________表示。A．蒸汽温度B．蒸汽压力C．A或BD．A和B供应过热蒸汽的锅炉，蒸汽参数用_________表示。A．蒸汽温度B．蒸汽压力C．A或BD．A和B锅炉的效率是指同一时间内_________。A．工质得到的有效热量/消耗燃料的发热量B．蒸发锅水的汽化潜热/烟气传给受热面的热量C．工质得到的有效热量/烟气传给受热面热量D．蒸发锅水的汽化潜热/消耗燃料的发热量锅炉的热损失中最大的是_________热损失。A．散热B．排烟C．化学不完全燃烧D．机械不完全燃烧工作良好的锅炉_________热损失几乎为0。A．散热B．排烟C．化学不完全燃烧D．机械不完全燃烧锅炉的蒸发率等于_________。A．蒸发量/锅炉受热面积B．蒸发量/锅炉蒸发受热面积C．蒸发量/锅炉附加受热面积D．蒸发量/（蒸发受热面积+过热器受热面积）锅炉蒸发率高意味着_________。A．蒸发量大B．蒸发受热面积大C．效率高D．蒸发受热面积平均传热系数大锅炉蒸发率的常用单位是_________。A．kg/hB．kg/m2C．kg/m2hD．kg/m3h锅炉炉膛容积热负荷是指炉膛的_________。A．单位时间烧油量B．单位时间内燃料燃烧放出的热量C．温度D．单位容积在单位时间内燃料燃烧放出的热量炉膛容积热负荷的常用单位是_________。A．kJ/m3B．kW/m3C．kW/m3hD．kcal/m3炉膛容积热负荷大，并不意味着_________。A．燃油在炉膛燃烧停留时间短B．炉膛温度较高C．锅炉效率高D．锅炉尺寸较紧凑选择燃油锅炉依据的主要参数是_________。A．蒸汽参数B．蒸发量C．受热面积D．A和B能表示废气锅炉容量大小的指标是_________。A．蒸汽温度B．蒸汽压力C．受热面积D．蒸发率船用辅锅炉性能指标通常不包括_________。A．蒸发量B．蒸汽温度C．蒸汽压力D．锅炉效率关于锅炉性能参数的以下说法中正确的是_________。A．使用时的蒸汽压力绝对不许超过标示的名义蒸汽压力B．锅炉受热面积即锅水被加热产生蒸汽的面积C．蒸发率越高则效率越高D．炉膛容积热负荷高则炉膛内工作温度高第二节船舶辅锅炉的结构与附件一、燃油锅炉[OilFiredBoiler]二、废气锅炉[ExhaustBoiler]三、锅炉附件[BoilerMountings]四、锅炉的通风[BoilerVentilation]1-锅壳2-封头3-炉胆4-出烟口5-燃烧室6-后管板7-前管板8-烟管9-电动油泵10-燃烧器11-鼓风机12-烟箱13-汽空间14-集汽管15-停汽阀16-内给水管17-检查门一、燃油锅炉[OilFiredBoiler]1.立式横烟管锅炉烟气流线辐射受热面缺点热效率低<72%工作压力低<2MPa蒸发量低<10t/h蒸发率低，受热面大蓄水量大点火升汽时间长优点蓄水蓄热多，汽压与水位变动慢，易实现自动控制。炉胆外水垢易清除，运行时管壁温度低。对水质要求不高。二、D型水管锅炉工作原理1-汽包[SteamDrum]2-水筒[WaterDrum]3-联箱4-炉膛5-水冷壁6、7-蒸发管束8-联箱供水管9-水筒供水管10-燃烧器[Burner]11-过热器12-经济器锅炉的各种受热面由炉墙和炉衣来包围以形成炉膛和烟道，同时炉膛和炉衣还起隔热和密封作用。（900℃）耐火砖、隔热层（硅藻土或石棉板）、密封层（薄钢板），炉墙和炉衣外表面温度不应超过60℃。1、锅炉附件：炉膛和炉衣炉膛的作用：提供足够的空间，使燃油得以充分燃烧。炉膛内的烟气理论燃烧温度：约可达到1700℃左右。炉膛出口烟气温度太高的危害：当烟气温度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。炉膛出口烟气温度太低的危害：燃烧过程不充分。

D型锅炉炉膛出口烟气温度约为1100℃左右。

2、锅炉附件：过热器（11）

过热器用于产生过热蒸汽3、锅炉附件：经济器（12）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，以提高锅炉效率。但通风阻力增加，给水析氧腐蚀金属。4、锅炉附件：空气预热器（13）空气预热器[AirPreheater]在经济器后，①可提高炉膛温度，改善燃烧；②提高锅炉热效率；③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。空气预热器优缺点

优：排烟温度进一步降低，提高锅炉效率；由于空气预热温度提高，使炉膛温度上升，有利改善燃烧条件。缺：尾部空气预热器受热面积大使锅炉装置的尺寸、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、中型锅炉才设置空气预热器。5、锅炉附件：水冷壁（5）

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。光管疏排、密排光管和狭钢条拼焊棘形水冷壁水冷壁、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。水冷壁作用

①是锅炉的主要辐射受热面，吸收的辐射热约占全部受热面传递热量的1／3；

②水冷壁还起到保护炉墙不致过热烧坏的作用。水冷壁的建造

①为了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30o，最小不得小于15o；

②水冷壁在汽包处吊挂，可自由向下膨胀。6、锅炉附件：下降管

下降管管径较大，不受热或少受热的管子为受热管供水

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。7、锅炉附件：沸水管

沸水管由管束和水冷壁管子组成，前排主要为辐射换热、后排为对流换热。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。烟管锅炉的辐射换热主要发生在_________。A．烟管B．炉膛C．针形管D．烟箱烟管锅炉的蒸发受热面不包括_________。A．炉膛B．针形管C．烟管D．烟箱烟管锅炉对水质的要求与水管锅炉相比_________。A．较低B．较高C．一样D．视具体结构而定烟管锅炉运行时汽压、水位波动慢主要是因为_________。A．蒸发率低B．工作压力低C．蒸发量小D．蓄水量大水管锅炉的水冷壁是指设在炉膛壁面的_________。A．用水冷却的钢板B．有水强制循环的管排C．构成自然循环下降管的密集管排D．构成自然循环上升管的密集管排海船建造规范规定，锅炉外表面温度不应大于_________℃。A．50B．60C．70D．80水管锅炉与烟管锅炉相比，_________是不对的。A．蒸发率较大B．相对体积、重量较小C．效率较高D．对水质要求较低烟管锅炉与水管锅炉相比，_________是不对的。A．汽压较稳定B．水质要求较低C．效率较高D．点火升汽慢水管锅炉沸水管比烟管锅炉的烟管换热效果好是因为_________。A．主要靠辐射换热B．烟气横向冲刷管束流速较高C．水循环好D．B和C3．立式直水管锅炉图13－6和附图

蒸发量为1.8t／h，蒸汽工作压力0.7MPa，蒸发率32.1kg／m2·h，效率80％。二、废气锅炉（利用柴油机排气的余热来产生水蒸气的锅炉）

作用：节约燃油，还可起到柴油机排气消音器的作用。

图13-7

1．废气锅炉的结构型式

按加热管型式分类：

（1）立式烟管废气锅炉图13－8

（2）强制循环盘香管式废气锅炉图13－9和附图

（3）热管式废气锅炉

图13－10

2．废气锅炉蒸发量的调节

（1）烟气旁通法图13–11

（2）改变有效受热面积法

（3）多余蒸气冷凝法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。

在特殊情况下不得已“空炉”工作，应注意以下事项：

①开启废气炉的泄放阀和空气阀；

②用吹灰器将烟管表面积灰吹除干净；

③烟气温度必须低于350℃；

④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。3．废气锅炉与燃油锅炉的联系（l）二者独立图13－12（a）

特点：运行时管理比较方便，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

图13－12（b）

特点：水位不需调节，但须多设一台或两台热水循环泵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，油船即采用此方式。（3）组合式锅炉

①联合式

图13－13（a）

②交替式

图13－13（b）三、锅炉附件1．水位计图13－14有关水位及水位计的注意事项如下：

（1）每台锅炉都规定有最高工作水位、最低工作水位和最低危险水位。

（2）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。

（3）锅炉的最低工作水位一般应符合如下规定：

①

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）；

②

横烟管锅炉应高出燃烧室或烟管顶部不少于75mm，多回程的可适当减少；

③

竖烟管锅炉应不低于1／2烟管高度；

④混合式锅炉应高出热水管不小于50mm。（5）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。（6）最高工作水位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。（7）工作水位一般位于水位计中段为宜。（8）通常每台锅炉装有两只水位计，分别布置在左、右两侧。（9）若两只水位计均已损坏，锅炉应立即熄火。（10）水位计有玻璃管式和玻璃平板式之分。（11）冲洗水位计的操作步骤和判断水位的方法(见表13－1。)（12）冲洗水位计时应注意的是，通水阀和通汽阀同时关闭的时间要尽量短，以防周围空气使玻璃冷却，在随后通入汽、水时，玻璃骤然变热而破裂。在换新玻璃时，也应先稍开一点通汽阀，让玻璃暖一下，再开大通水阀和通汽阀。2．安全阀

（1）对安全阀的要求

【根据《钢质海船八级与建造规范》的主要要求】

①每台锅炉本体上应装设两个安全阀，通常组装在一个阀体内。蒸发量小于1t/h的辅锅炉可仅装一只。装有过热器的锅炉，过热器上亦应至少装一只安全阀。②锅炉安全阀的开启压力可为大于实际允许工作压力5％，但不应超过锅炉设计压力。过热器安全阀的开启压力应低于锅炉安全阀的开启压力。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内汽压的升高值应不超过锅炉设计压力的10％。所以安全阀不但应有足够大的直径，而且开启后应该稳定且具有较大的提升量。安全阀排气管的通路面积对升程在安全阀直径的l／4以上者，应不小于安全阀总面积的2倍，对其它安全阀应不小于1．1倍。安全阀要动作准确，并保持严密不漏。

注意：安全阀都是经过船舶检验局调定后铅封的，除非经过船检局特许，船员不能随意重调。（2）安全阀的结构

安全阀有直接作用式和先导式两种。辅锅炉使用的一般都是直接作用式安全阀。（图13-15）对安全阀需要了解：

①降低量

即安全阀的关闭汽压要低于开启汽压，这一压力差值称为降低量。[安全阀的压力降低量可参照表13－2选定。]

②强开安全阀在安全阀的顶部设置的手动强开杠杆，用钢丝绳分别通至机舱底层和上甲板，以使必要时强开安全阀。平时一般每月手动强开一次，以防止安全阀长期不起跳而咬死。③水压试验锅炉本体经过修理或定期检验时，要通过水压试验检验其结构强度和水密性。水压试验压力大大超过了安全阀的开启压力，所以要用专门夹具将安全阀杆顶紧，以免被水压顶开。不允许用加大弹簧张力的方法来关紧安全阀，因为过度压缩弹簧对其是有害的。

锅炉还装有至少两个压力表和压力表阀、两个给水阀（蒸发量小于1t/h的辅锅炉可仅装一个）以及停汽阀、表面排污阀、底部排污阀、取水样阀、空气阀（设在最高处通大气用，通径一般为10～15mm）等。四、锅炉的通风

锅炉的通风方式：

①自然通风

利用烟囱产生的自然通风力去克服空气和烟气的流动阻力的通风。②机械通风

利用风机的风压去克服空气和烟气的流动阻力的通风。机械通风有三种方式：第一种同时设置送风机和抽风机，称为平衡通风。（平衡通风时，炉膛出口处烟气保持20～30Pa的负压，以防烟气漏人舱内。）第二种

只设送风机，称为压力通风，

采用压力通风时炉膛和烟道皆为正压。烟气可能漏出，会使周围环境的安全和卫生条件变差，又增加了锅炉的排烟损失。

为避免上述缺点可采用两种改进的压力通风方式。一种要专设气窑炉舱，用通风机使炉舱内的空气压力大干大气压力（表压不大干250Pa），藉此压力把助燃空气压火锅炉和把烟气压出锅炉。另一种是锅炉具有空气夹层炉墙，夹层中助燃空气的压力大于炉膛内烟气的压力，因而防止了烟气漏入舱内，这种方式较为常用。第三种

只设抽风机，称为诱导通风。（空气通道、炉膛和烟道的负压较大）

抽风机在较高温度下工作，轴承须用水冷却，并应考虑烟灰对风机的磨损问题。当锅炉在低负荷下运行时，由于烟气量和空气量都相应的减少，必须对风机的流量进行调节。小型锅炉一般都采用在风道中加节流挡板的节流调节法，只有大型锅炉才采用设备费用高但效率更好的进口导叶调节或变速调节。

采用机械通风时，需装设一定高度的烟囱。烟囱的作用主要是为了把烟气中的烟灰送到较高的地方散开，减轻对船体甲板的污染；产生一定的自然通风力。

§13–3船舶铺锅炉的燃油设备及系统一、燃油在锅炉中的燃烧情况

1．燃油燃烧的特点

见附图油在炉内燃烧的速度取决于①油滴蒸发速度；（与油滴的蒸发表面积、油滴周围介质中油气的分压力及油温有关）

②油气和空气相互扩散的速度；③油气氧化速度。2．空气过剩系数

1kg燃油在标准状况下完全燃烧时所需的理论空气量用Vo（Kg/m3）可用下列经验公式近似计算：

Vo=0.26QD/1000m3/kg

QD燃油的低热值，一般在39775～41868kJ／kg范围内。近似认为Vo=11m3／kg

空气过剩系数（α）

1kg燃油燃烧所用的实际空气量Vk与所需的理论空气量Vo之比称为空气过剩系数。

α=Vk/Vo

燃油锅炉合适的空气过剩系数一般为l.05～1.2。

3．燃油在炉膛中的燃烧过程

燃烧过程两个阶段：

（1）准备阶段:雾化的油滴被迅速加热、气化、与空气相混合，同时进行热分解；

（2）燃烧阶段:油气与空气的混合气体的浓度达到一定数值，并被加热到一定温度，通过明火着火燃烧。解释：一次风（根部风）

紧贴着喷油器吹出，称为一次风作用:保证油雾一离开喷油器就有一定量的空气与之混合，从而减少产生碳黑的可能性。二次风风沿炉墙喷火口外围进人炉膛，称为二次风。作用:主要是供给燃烧所需的大部分空气。扩张角:空气可经配风器的斜向叶叶形成与油雾反向旋转的气流，以利于油的蒸发和与空气的混合。旋转气流在离心力作用下向外扩张．形成的角度称为扩张角。

气流旋转越强烈，扩张角越大。这样气流中心便形成低压，吸引炉膛内高温烟气回流，形成回流区。回流区内高温烟气加速了油雾的蒸发、升温、分解和与空气混合，进而着火燃烧。4．保证燃烧质量的主要因素

（1）油的雾化质量良好油滴雾化得越细，分布均匀性越好，则油滴的蒸发速度越快，与空气混合也越好。

见附图（2）要有适量的一次风和二次风一次风量约占总风量的10％～30％、风速在10～40m／s为宜。太少则油雾在着火前就会在高温缺氧条件下裂解，产生大量碳黑，烟囱冒黑烟；太多又会因火炬根部风速过高而着火困难，甚至将火炬吹灭。

二次风量大小关系到过剩空气系数合适与否，直接影响不完全燃烧损失和排烟损失。（3）油雾和空气应该混合均匀，着火前沿的位置和长度应合适着火前沿如离燃烧器大近，则可能使喷火口和燃烧器过热烧坏；太远又会因气流速度衰减，与油气混合的强烈程度减弱，以至火炬拖长，燃烧不良。（4）炉膛容积热负荷要适合太高会使油在炉膛停留时间太短来不及完全燃烧；太低又不能保证足够高的炉膛烟气温度，也不利于完全燃烧。二、燃烧器

(主要由喷油器、配风器及电点火器等部件组成)

1.喷油器（俗称油枪或油头）

作用

控制喷入炉内燃油的数量；将燃油雾化，保证在炉膛内的燃烧质量。对喷油器的主要要求：

（1）有较大的调节幅度（即最大喷油量与最小喷油量之比）以适应不同蒸发量的需要；（2）在要求的喷油量范围内，获得尽可能细的油滴，以利于燃烧；

油雾中油滴大小是不均匀的，用油滴的平均直径作为衡量油滴大小（即雾化粒度）的指标。

希望直径为50μm的油滴能占85％以上，并且不要出现200um以上的大油滴。（3）油雾的分布要有一个适当的雾化角，以适合配风器的要求；附图

油雾离开喷油器后立即扩张，形成空心的圆锥形，其圆锥的顶角叫做雾化角。（4）油雾流的流量密度分布要合适；

油雾流的流量密度单位时间内，通过垂直于油雾流轴向速度的单位面积上的燃油体积．称为油雾流的流量密度，单位是cm3／cm2.s。

流量密度沿着圆周方向的分布应当均匀，并避免在油雾流中心部分有较大的流量密度。（5）结构简单，运行可靠，操作和调节方便，检修和清洗容易，并易于实现自动控制。喷油器

：（1）压力式喷油器图13－16

和图13-17影响压力式喷油器雾化质量的主要因素有：①油压喷油器前的油压越高，则油的喷出速度越快，紊流脉动越强烈，雾化质量就越好。但油压超过2MPa以后，雾化质量的改善并不明显，耗能却增加，一般船用燃油锅炉燃油系统的最高压力多不超过2～3MPa。要保证良好雾化的最低油压是0．7MPa左右。②喷孔直径

喷孔直径越小，形成的油膜越薄，则雾化质量越好。故每个喷嘴的喷油量不宜过大。③油流旋转的强烈程度在旋涡室旋转越强烈，喷孔处气体旋涡的直径就越大，形成的油膜也越薄，同时油流中的紊流脉动也越强烈，因而有利于雾化。④油的粘度

油的粘度越小，油流分子间的摩擦力越小，则油流在旋涡室和雾化片内的速度衰减就小，油膜就越容易破碎，因而雾化质量越好。要求的粘度？压力式喷油器喷油量的调节有三种方法：

①改变喷油压力；说明②变换使用喷孔直径不同的喷嘴（或喷油器