輪機(jī)概論教案(第4章)

1、第四章第四章 船舶蒸汽鍋爐船舶蒸汽鍋爐 樓海軍n第一節(jié) 船用鍋爐的類型和特性指標(biāo)n一、鍋爐的類型：一、鍋爐的類型：1按鍋爐用途分：1）主鍋爐：在蒸汽動(dòng)力的船舶上，船舶蒸汽鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽用于驅(qū)動(dòng)主汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以推動(dòng)船舶前進(jìn)。同時(shí)，也為各種蒸汽輔機(jī)和其他需要以蒸汽為熱源的設(shè)備提供不同質(zhì)量的蒸汽。這種以驅(qū)動(dòng)主汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)為主要任務(wù)的蒸汽鍋爐稱為主鍋爐。其蒸汽參數(shù)壓力約為6.010MPa，溫度為520545。一般每艘船上裝設(shè)兩臺(tái)主鍋爐。在蒸汽動(dòng)力裝置的船舶上多采用水管鍋爐作為主鍋爐。其中D型水管鍋爐因其結(jié)構(gòu)布置比較合理，工作性能比較完善，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)也較先進(jìn)，因此發(fā)展十分迅速。它可以滿足不同蒸發(fā)

2、量的要求。其附加設(shè)備可增可減，使這種型式的鍋爐既可以用作蒸汽動(dòng)力裝置的主鍋爐，又可用作大型油船柴油機(jī)動(dòng)力裝置的輔助鍋爐。 nD型水管鍋爐本體的造型類似英文字母“D”，故稱為D型鍋爐。其本體是由汽包(上鍋筒)、水筒(下鍋筒)、聯(lián)箱、水冷壁、蒸發(fā)管束、爐膛及燃燒器等部分構(gòu)成。除了爐膛和燃燒器外，其他部件都承受著鍋爐內(nèi)部水和蒸汽的飽和壓力。在D型鍋爐中大多還在蒸發(fā)管束中間或蒸發(fā)管束后面附設(shè)蒸汽過熱器，用以產(chǎn)生過熱蒸汽；裝在鍋爐本體后面的省煤器；安裝在省煤器后面的用來加熱助燃空氣的空氣預(yù)熱器。D型鍋爐的一般工作參數(shù)如下：蒸發(fā)量為980 th，蒸汽壓力為1.410 MPa，過熱蒸汽溫度為400500 ，

3、鍋爐效率可達(dá)8892。 n輔助鍋爐：在柴油機(jī)動(dòng)力裝置的船舶上，蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽主要用于加熱燃油、滑油、工作水及提供各種生活用汽。這種鍋爐稱為輔助鍋爐，其蒸汽參數(shù)較低，在柴油機(jī)動(dòng)力裝置的干貨船上，一般裝設(shè)一臺(tái)產(chǎn)生飽和蒸汽的輔助鍋爐，氣壓約為0.50.8 MPa，蒸發(fā)量為12 th。在以柴油機(jī)為動(dòng)力裝置的油船上一般裝設(shè)12臺(tái)壓力為1.31.7 MPa、蒸發(fā)量為20150 th產(chǎn)生飽和蒸汽的輔助鍋爐。在柴油機(jī)動(dòng)力裝置的大型客船上，一般也裝設(shè)兩臺(tái)輔助鍋爐，以滿足船員和旅客正常生活的需要，并提高供汽的可靠性 n廢氣鍋爐：在柴油機(jī)動(dòng)力裝置的船舶上，作為主機(jī)的大型低速二沖程柴油機(jī)的排氣溫度為250380，

4、四沖程中速機(jī)則可達(dá)400，而表壓為0.5 MPa的飽和蒸汽的溫度為158，表壓為1.3MPa時(shí)也僅為194。因此，在船舶航行時(shí)，將排氣通入在主機(jī)煙道中特設(shè)的鍋爐中，利用主機(jī)排氣的熱能，把鍋爐中的水加熱成飽和蒸汽，以代替輔助鍋爐向全船提供蒸汽，同時(shí)又提高了動(dòng)力裝置的熱效率，這種鍋爐叫做廢氣鍋爐。 n2. 如果按照鍋爐的構(gòu)造可分為：火管鍋爐：指的是燃油燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谑軣崦婀苤辛鲃?dòng)，而管外是水的鍋爐。火管鍋爐按管子的布置型式又可分為立式火管鍋爐和臥式火管鍋爐兩種。水管鍋爐：若在受熱面管中流動(dòng)的是水或汽水混合物，而煙氣在管外的管間流動(dòng)的鍋爐稱為水管鍋爐?；旌鲜藉仩t：指的是在鍋爐受熱面的管束中，

5、一部分管子按火管鍋爐方式產(chǎn)生蒸汽而另一部分管子則按水管鍋爐方式產(chǎn)生蒸汽的鍋爐。3.按汽壓可分為：1）汽壓在2.0 MPa以下者為低壓鍋爐； 2）汽壓在2.04.0MPa為中壓鍋爐；3）汽壓在4.06.0MPa為中高壓鍋爐； 4）汽壓在6.0 MPa以上為高壓鍋爐。 n 二、鍋爐的特性指標(biāo)：二、鍋爐的特性指標(biāo)：是指表征鍋爐的熱力特性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、蒸汽質(zhì)量和生產(chǎn)能力等特性的指標(biāo)。其主要特性指標(biāo)有：蒸汽參數(shù)、蒸發(fā)量、鍋爐效率等。1蒸汽參數(shù)：蒸汽參數(shù)表示鍋爐所產(chǎn)生蒸汽的質(zhì)量。當(dāng)鍋爐向外供應(yīng)過熱蒸汽時(shí)，用蒸汽壓力P(MPa)和蒸汽溫度t()來表示。當(dāng)鍋爐供應(yīng)飽和蒸汽時(shí)，用飽和蒸汽壓力和蒸汽干度表示，

6、但后者一般不寫出。2蒸發(fā)量：鍋爐每小時(shí)產(chǎn)生的蒸汽數(shù)量叫做蒸發(fā)量。在設(shè)計(jì)工況下，每小時(shí)產(chǎn)生的蒸汽量稱為額定蒸發(fā)量。蒸發(fā)量通常用符號(hào)D表示，單位是kgh或th。3鍋爐效率：在鍋爐中，將水加熱產(chǎn)生蒸汽所用去的有效熱量與向鍋爐內(nèi)供應(yīng)的熱量之比稱為鍋爐效率，用表示。鍋爐效率表示燃料完全燃燒所能放出的熱量被鍋爐有效利用的程度。第二節(jié) 燃油輔助鍋爐n一、立式火管鍋爐：一、立式火管鍋爐： 圖7-2所示是一種我國(guó)遠(yuǎn)洋船舶上廣泛使用的立式火管鍋爐。這種立式火管鍋爐的蒸發(fā)量視不同型號(hào)而有所不同，圖示的蒸發(fā)量為14.5th，工作汽壓為11.7MPa。n 鍋殼中不能完全充滿水，水面只需比蒸發(fā)面高出一定的高度即可。水面上

7、部為汽空間。爐水由于吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽并聚集在汽空間，然后經(jīng)頂部的集汽管和停汽閥輸出，由蒸汽管輸送至各用汽場(chǎng)所。爐水由于不斷的蒸發(fā)輸出蒸汽，水量減少而使水位下降。當(dāng)水位下降到最低工作水位時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)給水泵，向鍋爐補(bǔ)水至最高工作水位。n火管式輔鍋爐由于蓄水量大，蓄熱性能好，氣壓和水位容易保持平穩(wěn)，容易實(shí)現(xiàn)氣壓和水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)。此外，雖然爐膽部分的傳熱強(qiáng)度高，但其外部的水垢容易清除。煙管間的水垢雖難以清除，但該處煙氣溫度較低，傳熱性能也差，運(yùn)行時(shí)管壁溫度較低，因此火管鍋爐比較容易管理。 n二、立式水管鍋爐：二、立式水管鍋爐：這種輔鍋爐受熱面的傳熱效果好，安全可靠，操作維修方便，制造工藝簡(jiǎn)單；另外，鍋

8、爐的水容量也較大，變負(fù)荷工作特性較好，易于管理；水管受熱面部分清垢方便，故對(duì)水質(zhì)要求也不高。近年來，對(duì)該型立式直水管鍋爐又進(jìn)行了新的改進(jìn)設(shè)計(jì)，在保持原有整體尺寸的情況下，通過改變鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化對(duì)流傳熱，進(jìn)一步提高了蒸發(fā)量。第三節(jié) 廢氣鍋爐n廢氣鍋爐是船舶航行時(shí)吸收柴油主機(jī)排氣的余熱而產(chǎn)生蒸汽的設(shè)備，因此對(duì)于既定的柴油機(jī)動(dòng)力裝置而言，其蒸發(fā)量基本上是由柴油機(jī)的負(fù)荷工況和排氣特性所決定的，即蒸汽產(chǎn)量是由柴油主機(jī)的排氣量和排氣溫度決定的。設(shè)計(jì)時(shí)則以一定的柴油主機(jī)在常用功率時(shí)所具有的排氣流量和排氣溫度為條件，同時(shí)根據(jù)船舶在航行時(shí)要求的蒸汽壓力和蒸汽量來確定其應(yīng)有的受熱面積。因?yàn)閺U氣鍋爐的蒸汽壓力一

9、般與輔助鍋爐相同，如果蒸汽產(chǎn)量基本不變，那么廢氣鍋爐的受熱面積，主要隨排氣的流量和溫度而變化。 第四節(jié) 鍋爐附件 n鍋爐附件是保證鍋爐正常工作所必須的閥件和附屬裝置的總稱。鍋爐附件的種類很多，其中最重要的且任何鍋爐都必須設(shè)置的是安全閥、水位計(jì)和壓力表。n一、一、安全閥安全閥：每臺(tái)鍋爐至少裝設(shè)兩個(gè)安全閥，它們組裝在一個(gè)殼體內(nèi)。過熱器聯(lián)箱上裝設(shè)獨(dú)立的安全閥，其通道面積為總排汽面積的25。安全閥安裝在鍋爐、過熱器或管路上。安全閥經(jīng)主管機(jī)關(guān)調(diào)定后鉛封，未經(jīng)該局許可不得隨意改變其開啟與關(guān)閉壓力。安全閥頂部裝有拉桿，緊急時(shí)在機(jī)艙或甲板上借用拉桿，人工強(qiáng)行打開安全閥。平時(shí)每月拉動(dòng)拉桿12次。 n安全閥的開啟

10、壓力應(yīng)比允許工作壓力高，以滿足結(jié)構(gòu)和管理上的要求。CCS鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范規(guī)定：鍋爐安全閥開啟壓力大于允許工作壓力的5，小于設(shè)計(jì)壓力。過熱器安全閥開啟壓力小于鍋爐安全閥開啟壓力，其它安全閥的開啟壓力為允許工作壓力的1.1倍。n二、水位計(jì)：二、水位計(jì)：鍋爐中的水位有最高工作水位、最低工作水位和最低危險(xiǎn)水位。當(dāng)鍋爐正常工作時(shí)，允許鍋爐水位在最高工作水位與最低工作水位之間波動(dòng)。通常在船用鍋爐上裝有兩只水位計(jì)，分別布置在左右兩側(cè)，一是為了互為備用，另一是為了在船舶搖擺或傾斜時(shí)，通過比較兩只水位計(jì)中的水位來判斷鍋爐內(nèi)的水位情況。n三、壓力表：三、壓力表：每臺(tái)鍋爐必須裝有壓力表，用以指示鍋爐中的蒸汽壓

11、力。因此，壓力表是保證鍋爐安全工作極為重要的附件。 第五節(jié) 鍋爐的自動(dòng)控制n目前，在柴油機(jī)動(dòng)力裝置的船舶上，由于輔鍋爐的蒸發(fā)量小，對(duì)其蒸汽品質(zhì)的要求不嚴(yán)格，所以大都采用有差調(diào)節(jié)。這種鍋爐的自動(dòng)控制包括：自動(dòng)點(diǎn)火、燃燒過程控制、給水控制、自動(dòng)停爐以及有關(guān)安全運(yùn)行的各種保護(hù)，如熄火保護(hù)、極限低水位保護(hù)和低風(fēng)壓保護(hù)等。n1燃燒過程控制：通常采用電器程序控制，其主要工作過程為：(1)起動(dòng)前，首先對(duì)鍋爐爐膛進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)，防止?fàn)t膛內(nèi)積存可燃?xì)怏w而產(chǎn)生爆炸事故，預(yù)掃風(fēng)持續(xù)的時(shí)間通常超過30s。 (2)高壓點(diǎn)火器放電產(chǎn)生電火花，火花持續(xù)時(shí)間一般為510s。 (3)燃油從噴油器噴出被電點(diǎn)火器點(diǎn)燃。(4)燃燒過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)是根據(jù)蒸汽壓力的變化，由蒸汽壓力調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)的。通過對(duì)燃油和空氣的雙位調(diào)節(jié)或比例調(diào)節(jié)，使得蒸汽壓力保持在一定的范圍之內(nèi)。 n2給水過程控制：鍋爐工作水位在極限低水位以上是點(diǎn)火、燃燒過程自動(dòng)進(jìn)行的必要條件。水位一般都采用獨(dú)立的控制系統(tǒng)。給水過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)也有雙位調(diào)節(jié)和比例調(diào)節(jié)兩種。小型鍋爐常用雙位調(diào)節(jié)。n 3安全保護(hù)裝置：點(diǎn)火失敗或運(yùn)行中熄火保護(hù)。(2