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第二节船舶辅锅炉的结构与附件一、燃油锅炉在柴油机动力装置的干货船上，辅锅炉应以结构简单、维护操作方便为选型的主要原则，当然也要考虑重量和尺寸应尽可能小些。立式直水管锅炉和立式横烟管锅炉是常见的燃油辅锅炉的型式。在油船上，由于要求辅锅炉的蒸发量较大，故采用D型水管锅炉较多。．,1．立式横烟管锅炉,锅炉工作原理演示,1．立式横烟管锅炉蒸发量为1～4．5t／h，最大工作汽压为1.0～1．7MPa。直立的圆筒锅壳直径为1.5～2.6m左右，由锅炉钢板20号或15号钢卷制焊接而成．为能较好地承受内部蒸汽压力，其顶部和底部均为椭圆形封头2。整个锅炉的高度为3．7～6．3m．在锅壳中的下部设有一由钢板压成的球形炉胆3，这就是燃油的炉膛．炉胆顶部靠后有一圆形出烟口4，与上面的方形燃烧室5相同．在燃烧室5与烟箱12之间，设有管板6和7，二管板之间装有数百根水平烟管8．烟管由直径为38、45或51mm的无缝钢管制成．管与管板可采用扩接或焊接相连。,Thisdesignisatwopassdesign,卧式横烟管锅炉,Thedesignissimilartothescothchboilerotherthanthecombustionchamberwhichrequiresnostays.Thisdesignisathreepassdesign,烟管锅炉的受热面蒸发率低，有一个较大的厚壁锅壳,整个锅炉的蕾水量多，比较笨重，烟管锅炉结构的刚性较大，再加上蓄水量大，因此蓄热量也大，故点火升汽的时间必须较长，常需数小时，以免热应力太大损坏锅炉．对炉水质量要求不高。,烟管锅炉因性能指标落后，是一种日趋淘汰的形式。由于内燃机干货船的辅助锅炉蒸发量小，重量和体积并不是突出问题，加上烟管锅炉具有蓄水量大、息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点，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D型锅炉以其本体形状类似英文字母“D”而得名．它的结构布置较为合理，经济技术指标也较高。图示出了D型水管锅炉的结构简图。其本体由汽包l又称上锅筒，水筒2又称下锅筒、联箱3，炉膛4、水冷壁5，蒸发管束又称沸水管束6、7、过热器11、经济器12及空预热器位于经济器后面的烟道中，图中未示出等部件组成．,,烟气在D型锅炉炉膛内的理论燃烧温度约可达到1700℃左右。烟气离开炉膛后，流到蒸发管束中去．炉膛出口烟气温度不宜太高，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，同时又不能太低，以免燃烧过程进行得不充分。D型锅炉炉膛出口烟气温度约为1100℃左右．,炉墙或炉衣将锅炉的各种受热面包围以形成炉膛和烟道，起隔热和密封用．对不同部位和不同工作条件的炉墙和炉衣的性能和结构的要求是不同的．我国钢质海船建造规范规定，炉墙和炉衣外表面温度不应大于60℃，以免烫伤工作人员，同时也可避免散热损失过大．,1炉膛、炉墙和炉衣炉膛是燃油燃烧的场所，它的作用是提供足够的空间，使燃油得以充分燃烧．,（2水冷壁、沸水管和下降管水冷壁是垂直布置在炉盘壁面上的密集管排，组成水循环回路的上升管。它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，同时还起到保护炉墙不致过热烧坏的作用。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30，最小不得小于15水冷壁在汽包处吊挂，可自由向下膨胀。,,水冷壁的结构形式有三种光管水冷壁、膜式水冷壁和棘形水冷壁，如图示。低压炉水冷壁多采用φ51X2.5mm锅炉用无缝钢管，中压锅炉多采用φ600 x3mm管,沸水管是连接上、下锅筒的管束，也称蒸发管束，布置在炉膛出口侧。,,3尾部受热面在D型水管锅炉烟道的后部，有的在蒸发受热面之后安装有经济器加热给水和空气预热器，由于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。,,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1所示．此曲线取自以下条件；q5＝1．5％，燃油成分C＝87．75％，H10．5％，S1．2％，NO．15％，O＝O．4％；空气温度为100℃，过剩空气系数α＝1．15．船舶锅炉从安全角度出发，多采用非沸腾式经济器，，而且一般是使经济器中的水从下往上流，同时使出口水温比试压力下的饱和温度低40～50℃，以免产生汽泡停留在管壁上，导致管壁过热,,尾部受热面,水管锅炉由于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，故蒸发率较高，一般为3050kg／m2．h，设计紧凑的辅锅炉可超过70kg／m2．h，而强制循环的水管锅炉可达90120kg／m2．h．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。水管锅炉没有又厚又大的锅壳，蓄水量小，单位蒸发量的相对体积，重量较小．蒸发量最大可达10t／h，工作汽压可高达10MPa．因为水管炉炉水有一定的循环路线，加之蓄水量少，结构刚性又小，故点火升汽时间较短，一般为几十分钟。目前，由于采用自动调节解决了汽压、水位波动快的问题，同时以海水淡化装置所产蒸馏水作锅炉补给水，加之化学除垢法巳普遍使用，故水管锅炉对水质和除垢要求高的问题也不难解决．因此，性能参数比较先进的水管锅炉已成为船舶锅炉的主要型式。,水管锅炉的特点,,3．立式直水管锅炉小蒸发量的辅锅炉希望采用蒸发率较高的水管炉而又吸取火管锅炉蓄水量较大，维护管理简单方便的优点．我国远洋船舶上广泛使用立式直水管锅炉。,,大型低速二冲程柴油机的排气温度为250℃～380℃；四冲程中速柴油机可达400℃左右。水蒸汽压力为0．5MPa时，其饱和蒸汽温度为165℃；水蒸汽压力为1．3MPa时，其饱和蒸汽温度也仅194℃．所以装设一台用柴油机排气的余热来产生水蒸汽的废气锅炉，不仅能节约燃油，还可起到柴油机排气消音器的作用。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。图示出废气锅炉产汽率与工作汽压的关系。,二、废气锅炉,1．废气锅炉的结构型式型式立式烟管式、强制循环盘香管式、热管式,立式烟管式强制循环盘香管式热管式,2．废气锅炉蒸发量的调节废气锅炉的蒸发量取决于主机的排气量和排气温度，亦即主机的功率。在正常航行时，主机功率是稳定的，而船舶对蒸汽的需要量却随着航区和季节的不同而变化，因此对废气锅炉的蒸发量就需加以调节。,1烟气旁通法2改变有效受热面积法,,3．废气锅炉与燃油锅炉的联系燃油锅炉与废气锅炉之间的联系方式大致有三种．1二者独立2废气锅炉为燃油锅炉的一个附加受热面3组合式,三、锅炉附件,1、水位计类型玻璃管式、平板玻璃式,水位计、安全阀,“叫水”－检查锅炉的真实水位,步骤P344表13-1,1、关通水阀、开冲洗阀、冲洗通汽阀－听声音；2、关通汽阀、开通水阀、冲洗通水阀－听声音；3、关冲洗阀、慢慢开通水阀－叫水1）水位升至顶部－见第4步；2）无水－处于失水危险状态。时间长，停炉、停汽。4、开通汽阀1）水位在正常位置－正常；2）水位降至水位计玻璃以下－少水，加大给水；3）水位仍在顶部－满水，停汽排污。,通气阀,通水阀,冲洗阀,2、安全阀对安全阀的要求根据钢质海船入级与建造规范，对锅炉安全阀的要求主要是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．③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．安全阀排汽管的通路面积对升程在安全阀直径1／4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。④安全阀要动作准确，并保持严密不漏．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．,原理演示,安全阀的阀盘2带有唇边5，它的作用是使阀在开启后能迅速达到较大的升程而且工作稳定。解决了开启稳定问题，但因为开启后阀盘的蒸汽作用面积已大于开启前的面积，所以即使当锅炉汽压恢复至额定汽压时，阀盘也不能立即关闭，只有当汽压继续下降，直到作用在阀盘和唇边上的蒸汽上顶力小于弹簧向下的作用力时，安全阀才能自动关闭．亦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．,阀座上装有调节圈7，调节圈升高时，阀开启后唇边外沿蒸汽通过面积缩小，作用在唇边上的附加上顶力就大，从而使阀的升程和关闭时的压力降低量加大，反之，调节圈下移时，唇边外沿蒸汽流通面积加大，则阀开启的升程和关闭时的压力降低量减小．所以通过转动调节圈，改变其位置，可获得开启既稳定、降低量又不太大的工况。安全阀的压力降低量可参照下表。,安全阀调节圈的作用,四、锅炉的通风通风连续不断地将燃烧所需空气送人炉膛，并将燃烧产物烟气排出锅炉，这个过程称为锅炉的通风。自然通风利用烟囱产生的自然通风力克服空气和烟气的流动阻力。机械通风利用风机的风压去克服空气和烟气的流动阻力称为机械通风．机械通风有三种方式第一种是同时设置进风机和抽风机，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，以防烟气漏入机舱内，D型锅炉多用这种方式。第二种是只设送风机，称为压力通风。第三种通风方式是只设抽风，称为诱导通风．采用这种通风方式时，空气通道、炉膛和烟道的负压较大。,