船舶动力装置概论第十一次课第四章.ppt

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1、1,“小鹰”级全长323.6米，宽39.6米，吃水11.4米，标准排水量61174吨，满载排水量为81780吨，舰上载航空燃油5882吨。主机为西屋公司的4台蒸汽锅炉，总功率28万马力，最大航速30节，续航力为12000海里/20节。,第1艘“小鹰”号，CV63，纽约造船厂建造，1956年12月27日开工，1960年5月21日下水，1961年4月49日服役。,世界最早的航母,本节课要点,4.1 船舶蒸汽锅炉4.2 船舶锅炉的燃料和燃烧设备4.3 船舶蒸汽锅炉的型式和结构4.4 蒸汽过热器和尾部受热面,3,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.1船舶蒸汽锅炉,4,水蒸汽,蒸汽,凝水,锅炉给水,第四章

2、 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.1船舶蒸汽锅炉,5,锅炉由锅炉本体，过热器，经济器，空气预热器，燃烧装置，通风系统和其他辅助装置组成。锅炉本体由汽包（汽水分离器），水筒，沸水管，联箱，水冷壁及炉膛等组成。,一、锅炉的基本组成,将燃料的化学能转变为热能，然后利用水蒸汽作为工质，吸收热能后在蒸汽轮机内释放部分热能，转变为机械能，而后推动螺旋桨工作。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.1船舶蒸汽锅炉,6,在正常状态下，一台锅炉每小时所能产生的蒸汽量称为锅炉的蒸发量。蒸发量用符号D表示，单位是t/h或kg/h。锅炉压力是指锅炉向外提供蒸汽的表压力，也称为汽压，单位为Pa。蒸汽温度是指锅炉提供的蒸汽的温度。

3、蒸汽温度用符号t表示，常用单位是。蒸发量、蒸汽压力和蒸汽温度是在锅炉名牌上或说明书中必须注明的三个基本参数。,二、锅炉的特性指标,1、锅炉参数,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.1船舶蒸汽锅炉,7,在锅炉中将水变成为水蒸汽所用去的热量与向炉内所提供的热量（燃料在炉内完全燃烧所释放的热量）值比叫作锅炉的效率。用符号表示。锅炉效率可用下式计算：D（hout-hin）/(BQd)式中:D锅炉蒸发量；B燃料消耗量；Qd 燃料的低热值；hout 出口蒸汽的焓；hin 锅炉给水的焓。,2、锅炉效率,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.1船舶蒸汽锅炉,8,（1）按锅炉的蒸汽压力锅炉分为低压、中压和高压锅炉。（

4、1.63.29.2MPa）。（2）按烟气在受热面（管子）中的流动途径锅炉分为水管锅炉和火管锅炉。（3）按水循环方法锅炉分为强迫循环和自然对流循环。船用多为强迫循环式。（4）按锅炉炉膛内压力燃料在炉膛内燃烧有普通锅炉和增压锅炉。普通锅炉内压力接近大气压（多是微负压）。增压锅炉内的压力高于大气压力两到三倍。（5）按锅炉构造锅炉分为三锅筒水管锅炉，双锅筒水管锅炉等等。,3、锅炉的分类,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.2船舶锅炉的燃料和燃烧设备,9,一、燃料,目前使用燃料油，所谓的燃料油一般是指重油。我国按80时油的运动粘度将国产燃料油分为20、60、100和200号等四个牌号。数字越大，粘度也越大

5、。燃料油的低热值为（3977541868）千焦公斤，既是（950010000）大卡公斤。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.2船舶锅炉的燃料和燃烧设备,10,二、燃烧设备,燃料油的燃烧设备主要是喷油器和配风器。,1、喷油器,按照雾化方法的不同，可分为机械式、蒸汽式、空气式和超声波雾化式。,燃油从压力或旋转设备上获取能量，在没有雾化剂的作用下使燃油雾化的喷油器称为机械式喷油器。机械式喷油器分为直喷式、离心式和旋杯式。离心式按其是否具有回油功能可分为简单离心式和回油式。利用高速蒸汽（或空气）运动，将燃油雾化的喷油器称为蒸汽式（或空气式）喷油器；燃油既从油压中获得能量，又利用蒸汽（或空气）运动而联

6、合雾化的喷油器称为蒸汽（或空气）机械式喷油器。利用声波的高频振动而使燃油雾化的装置称为超声波雾化器。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.2船舶锅炉的燃料和燃烧设备,11,燃油在高压下经由切向孔道进入旋流室，一面旋转，一面挤向旋流室轴心，最后由喷孔喷出。图示为小容量离心式喷油器头部结构，它由压紧螺母、雾化片、螺纹接头和喷油器本体等几部分组成。实现燃油雾化的主要元件是雾化片。离心式喷油器的压力一般在（1.23.5）MPa，大容量喷油器可达（710）MPa。,1）、离心式喷油器,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.2船舶锅炉的燃料和燃烧设备,12,2）、回油式喷油器,回油式喷油器工作时，供油压力在任何

7、负荷下基本保持不变，使送往喷嘴的油量也基本不变，但燃油流到旋流室时被引流回一部分。这样只要调节回油阀的开度，就能调节喷入到炉膛内燃油流量的大小。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.2船舶锅炉的燃料和燃烧设备,13,2、配风器,为了组织气流保证良好的燃烧，必须增加配风设备。配风设备的功能是使油雾和空气迅速均匀地混合，实现稳定和完全地燃烧过程。配风器的形式有多种，基本上分为旋流式和平流式两大类。,旋流式配风器和燃气轮机燃烧室的旋流器很相似。旋流式配风器的旋流器其叶片还有可转动的，叶片转动时可改变进入旋流器的空气流量（类似于燃气轮机压气机的可转动导向叶片）。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,14,锅炉

8、的任务是加热水来产生蒸汽。有两种实现方法：火管和水管。,火管锅炉在19世纪初更为常见。它由一个被很多管子穿过的水箱组成。由煤或木柴烧热所得的热气体从这些管子中通过加热水箱中的水。,在火管锅炉中，整个水箱都处于高压之下，因此一旦水箱破裂将造成大爆炸。,4.3船舶蒸汽锅炉的型式和结构,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.3船舶蒸汽锅炉的型式和结构,15,现在，更常见的是水管锅炉，在这种锅炉中，水流过位于由火加热的气体中的一排管子。,在真正的锅炉中，结构将会复杂得多，因为锅炉的目的就是尽最大可能从燃烧的燃料中吸取热量以提高效率。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.3船舶蒸汽锅炉的型式和结构,16,主要

9、三种型式：自燃循环水管锅炉、强制循环水管锅炉、增压燃烧锅炉。,由上锅筒和下锅筒，上升管和下降管组成。上锅筒兼作为汽水分离的汽包。上升管内部的水被烟气流加热后，比重减小而作上升运动，从下锅筒流到上锅筒。在上升管内加热的过程中，会有水蒸汽产生。进入到上锅筒的汽水混合物经汽水分离后，饱和水蒸汽被引进到过热器内进一步加热。饱和水与给水掺混后下降到下锅筒，然后再进入上升管内流动受热。这就形成了自然对流循环。,一、自燃循环水管锅炉,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.3船舶蒸汽锅炉的型式和结构,17,一种典型的D型自然循环锅炉的结构。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.3船舶蒸汽锅炉的型式和结构,18,二、

10、强制循环水管锅炉,水蒸汽的性质是当压力较高时，密度随温度变化较小。当压力超过18.5MPa时，已不能保证稳定的自然循环。压力达到临界压力时（22.12MPa），气水密度之差为零，自燃循环根本无法实现。这时只能依靠外来的动力（循环泵）迫使管内的水流动。依靠外动力建立起来的汽水强迫流动的锅炉称为强制循环锅炉。,1-炉膛蒸发受热面 2-循环泵 3-下降管 4-锅筒 5-过热器 6-省煤器 7-空气预热器,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.3船舶蒸汽锅炉的型式和结构,19,强制循环锅炉可分为多次强制循环式（简称强制循环式）锅炉和直流锅炉两种。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.3船舶蒸汽锅炉的型式和结

11、构,20,三、增压燃烧锅炉,锅炉的使用经验表明，炉膛内燃烧的热强度与炉膛内的压力成正比。例如炉膛内压力为0.1MPa（绝对压力）时，燃烧强度是3500W立方米；当压力升高到0.2MPa时，燃烧强度允许增大一倍，即7000W立方米；在0.3MPa时就可以10500W/立方米。在炉膛内实现增压燃烧，可以减低锅炉的体积与重量，可极大地提高流过受热面的烟气的流速。实验发现一旦流速超过330米秒，放热系数极度增加，可使换热面积成倍减少。我国从俄罗斯购买的现代级大型驱逐舰，就是用增压锅炉产生蒸汽推动船用蒸汽轮机，获得功率的。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.3船舶蒸汽锅炉的型式和结构,21,增压燃烧锅炉

12、工作原理图,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,22,一、蒸汽过热器,船舶蒸汽动力装置为了提高循环效率，倾向于采用较高的蒸汽参数。一般情况下蒸汽温度每提高2025，动力装置总效率将提高1。,过热器的作用是将汽包中送出的饱和蒸汽进一步加热，使蒸汽温度升高成为具有一定过热度的过热蒸汽。现代舰船蒸汽动力装置使用的蒸汽温度一般为450470，少数可达500510。,本节课主要研究三个方面的内容：蒸汽过热器、经济器、空气预热器,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,23,1）按过热器的管束形式可分为环管（或称U型管）过热器，蛇形管过热器和轻度弯管过热器。,1

13、、蒸汽过热器的结构形式,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,24,2）按蒸汽过热器吸收热量的方法，可分为辐射、对流及联合或混合式蒸汽过热器。,蒸汽过热器应具有较高的可靠性、较小的重量、尺寸和流体阻力，过热蒸汽的温度应在允许范围内波动，以及运行、维修方便等。船舶主锅炉通常采用对流式蒸汽过热器。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,25,当负荷变化时，过热器出口蒸汽温度会有变化。给水温度变化、炉膛过剩空气系数变化、燃料变化、燃烧器形式和布置、配风方式、过热器受热面上的积灰等因素都会影响过热蒸汽的温度。为了过热器的安全以及动力装置经济性和安全出发，要求

14、蒸汽参数不变。为此需要对蒸汽参数进行调节，安装可靠的蒸汽温度调节装置。主要的调节方法有三种：（1）在过热器出口处调节（2）在过热器中间进行调节。（3）烟气调节法。,2、过热蒸汽温度的调节,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,26,（1）在过热器出口处调节,这种调节方法有三种方案，分别为蒸汽旁通混合调节、减温蒸汽混合调节和喷水调节。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,27,（3）烟气调节法,（2）在过热器中间进行调节,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,28,二、经济器,经济器和空气预热器布置在锅炉蒸发受热面之后，他们是锅

15、炉尾部烟道的受热面，称为尾部受热面。为降低锅炉排烟中热量的损失，提高锅炉的总效率，常采用增加尾部受热面面积的措施。增加尾部受热面积，加强经济器传热的效果，提高经济器出口水的温度。通常锅炉经济器出口水温提高1，可使排烟温度降低2.53。,1、概述,1）作用,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,29,船舶锅炉的经济器必须满足下列要求：可靠性高，重量尺寸小，保证给水的预热温度和便于维修。,经济器结构比较简单，造价低。由于给水经过经济器后自身温度有了较大提高，进入到汽包内时，减低了因给水温度过低而使汽包所承受的热应力，改善了汽包工作的条件。,2）优点,3）要求,第四章 船舶蒸汽

16、锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,30,2、经济器的分类和结构,船舶锅炉经济器按管束的形状分为盘管式和环管式等，按受热面的形状分为光管式、圈片式、鳍片管式等，按工质加热程度可分为沸腾式和非沸腾式。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,31,三、空气预热器,空气预热器位于经济器之后，烟气流过经济器后进入到空气预热器内，烟气温度已经降低了，空气预热器管内流动的是将要进入炉膛内的燃烧用空气。空气温度提高对于提高燃烧效率有利。也提高了炉膛内和烟道中的烟气的温度。分析表明：炉膛内空气温度提高50度，锅炉效率增加1.82.0。船舶锅炉上安装空气预热器后，可使效率提高56。

17、,1、概述,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,32,2、空气预热器的分类和结构,空气预热器可分为铸铁式空气预热器、管式空气预热器、蒸汽空气预热器及再生式（回转式）空气预热器。在前两种预热器中，烟气和空气在受热面两边同时流过，烟气的热量不断地通过空气预热器的受热面传给空气。,1）、铸铁式空气预热器,当燃油中的含硫量较高时，为防止尾部受热面的低温腐蚀，多采用铸铁式空气预热器或耐腐蚀的轻合金铸造空气预热器。其缺点是受热面沾污后很难清洁，多采用定期更换整个预热器的措施。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,33,2）、管式空气预热器,第四章 船舶蒸汽锅

18、炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,34,3）、蒸汽空气预热器,蒸汽空气预热器的汽源是船舶主汽轮机的级间抽汽。进入空气预热器的蒸汽压力一般为(0.30.4MPa)，空气在套有肋片的管间流过，肋片可提高传热系数，蒸汽空气预热器是由这种套有肋片的单管组成的。它可以防止锅炉因燃烧高硫重油而产生的尾部受热面的低温腐蚀。,第四章 船舶蒸汽锅炉与汽轮机,4.4蒸汽过热器和尾部受热面,35,4）、回转式空气预热器,预热器的工作转子先与烟道中的烟气接触，被烟气加热，然后再转到空气道加热空气。它的特点是：受热面与烟气和空气轮换接触，腐蚀比管式空气预热器轻些。但其结构复杂，并有运动部分，价格也高。当锅炉给水温度高，主要靠预热器吸收时才被采用。,