船舶动力系统3-1.

船舶动力系统第三章船舶蒸汽轮机（1）汽轮机汽轮机：以蒸汽为工质，将蒸汽热能转换成转子旋转的机械能的动力机械用途：主要在热（火）力发电厂、核电站作发电机原动机，大型船舶主机船舶汽轮机动力装置的特点船舶汽轮机动力装置：以汽轮机为主机的动力装置蒸汽从锅炉进入汽轮机膨胀作功，将蒸汽的热能转变为机械能，经齿轮减速器和轴系驱动螺旋桨汽轮机：外燃机工质：过热蒸汽设备特点：无往复运动部件优点：1.单机功率大：陆用火电站汽轮机组80年代中期，单轴单机达1200MW，双轴1300Mw舰船汽轮机单机功率受到舰船螺旋桨尺小和制造上的限制，现代舰用单机功率最大已达75×103kw2.工作可靠性好，检修间隔长，寿命长（100×103h以上）3.汽轮机叶轮转速稳定，无周期性扰动力机组振动力小、噪声小4.可使用劣质燃料油5.滑油消耗率低，仅0.1～0.5g/(kW·h)柴油机的滑油消耗率为3～10g/(kW·h)缺点：1、装置的总重量大、尺寸大2、需配置主锅炉、辅助机械和设备装置复杂3、燃油消耗大，装置效率差额定经济性仅为柴油机的1/1.5～1/2，部分工况时，为1/2.5～1/34、机动性差起动前准备时间约为30～35min，紧急情况下，缩短暖机过程后也要15～20min舰艇上为保证立即起锚的要求，需以暖机状态停泊，增加了停泊时的燃料消耗从一个工况变换到另一个工况的过渡时间也较柴油机装置长2～3倍船舶汽轮机动力装置的组成民用船舶的汽轮机动力装置，为提高循环效率，从汽轮机中抽出部分作过功的蒸汽加热锅炉给水（回热循环）。给水预热级数已多至5级核心热力设备：锅炉、汽轮机、凝汽器采用回热可提高平均加热温度，从而提高装置的热效率采用回热的蒸汽动力装置军舰经常在低负荷下运行，为简化设备、提高操纵性，一般仅用辅机的二次蒸汽加热给水，且预热级数也大大减少锅炉锅炉的作用：利用燃料燃烧的热量产生蒸汽，供给做功。现代汽轮机动力装置均采用水管式锅炉锅炉的组成锅炉本体：炉子、汽锅、辅助受热面……锅炉设备：给水设备、鼓风和抽风设备、燃料输送和供应设备、安全装置、仪表、控制设备……主锅炉[MainBoiler]：蒸汽轮机动力装置船主机，产生过热蒸汽[SuperheatedSteam]驱动主汽轮机蒸汽：6-10MPa，520-545C辅锅炉[Auxiliary/DonkeyBoiler]：柴油机动力装置船配备，产生饱和蒸汽[SaturatedSteam]驱动蒸汽辅机、加热燃油、滑油、空调、生活用等干货船上装一台；油船上装两台辅锅炉；大型客船两台废气锅炉(Exhaustboiler)：船舶航行时，将排气通入在主机烟道中特设的锅炉中，利用主机排气的热能，把锅炉中的水加热成饱和蒸汽，替代辅助锅炉，提高了动力装置的热效率锅炉的分类.按锅炉结构分类烟管(火管)锅炉[Smoke-tubeBoiler]燃烧产生的高温烟气在受热面管中流动，管外是水柴油机船上小蒸发量辅锅炉的类型水管锅炉[Water-tubeBoiler]在受热面管中流动的是水或汽水混合物，烟气在管外流过主锅炉和辅锅炉都广为使用混合式锅炉[CompositeBoiler]：部分烟管，部分水管按水循环的方法分类在水管锅炉中，为使受热面管子不被烧坏，管子中的水必须沿着一定的方向流动1.自然循环锅炉管中水，由于密度差，自然产生流动2.强制循环锅炉管中水借助泵实现流动按蒸汽工作压力分类1.高压锅炉，超过6.0MPa2.中高压锅炉，4.0～6.0MPa3.中压锅炉，2.0～4.0MPa4.低压锅炉，2.0MPa以下按热量来源分：燃油锅炉、废气锅炉燃油锅炉[OilFiredBoiler]主机：D型水管锅炉柴油机动力装置的干货船辅锅炉要求：结构简单、维护操作方便、重量和尺寸应尽可能小立式直水管锅炉、立式横烟管锅炉较常见油船辅锅炉要求：蒸发量较大，D型水管锅炉采用较多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（数小时）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性能指标落后，是一种日趋淘汰的形式。但蓄水量大、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2.D型水管锅炉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1700oC1100oC炉墙烟囱Smokeuptake经济器Economizer蒸汽出口Steamoutlet除水器Cyclone支撑管Staytube支撑Stays过热蒸汽出口SuperheatedSteamoutlet过热器Superheater过热器联箱Superheaterheader水筒WaterDrum燃烧器Burner水冷壁联箱Waterwallheader水冷壁Waterwall水冷壁联箱Waterwallheader后侧水冷壁BackSideWaterwall炉罩Boilerhood上升管Riser水冷壁联箱Waterwallheader下降管Downcomer汽包(筒)Steamdrum经济器联箱EconomizerheaderX沸水管Generatingtube特点：蒸发率较高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％以上水管炉炉水循环好，蓄水量少，结构刚性又小点火升汽时间较短，一般为几十分钟对水质和除垢要求高3.立式直水管[VerticalWaterTube]锅炉1.上锅筒2.下锅筒3.直立水管束4.炉膛5.预燃室8-喷油调风装置9-点火器10-点火喷油咀11-火焰感受器12.汽水分离器13.上排污漏斗15.人孔门6.挡烟墙7.下降水管14.自动水位调节器兼优水管锅炉蒸发率高、火管锅炉蓄水量大维护管理简单方便优点水管锅炉和烟管锅炉的比较：1.水管锅炉蒸发率较大，相对体积小、重量轻，效率高。2.水管锅炉对水质要求高。因为结垢较难清除，水循环阻力大，更易烧坏管子。3.蒸发量相同，水管锅炉蓄水量小，点火升汽较快，汽压和水位波动较大(Solved)。近来，船舶上强制循环锅炉、增压锅炉得到应用自然循环锅炉[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。锅炉的通风作用：(1)将燃烧用的空气送入炉膛；、(2)将烟气排出锅炉。自然通风：机械通风：不设风机，用烟囱产生的自然通风力通风(炉膛压力小于大气压)。利用风机的风压通风。机械通风的形式平衡通风压力通风诱导通风送风机抽风机送风机抽风机炉膛为负压炉膛为正压炉膛为负压烟囱的作用：(1)产生一定的自然通风力(2)排除烟灰，减轻对船体的污染。锅炉的主要特性指标蒸汽参数：表征锅炉产生蒸汽的质量1.锅炉的工作压力(MPa)低压锅炉：2.0MPa中压锅炉：2.0MPa~6.0MPa高压锅炉：6.0MPa2.过热蒸汽温度(℃)当锅炉供应饱和蒸汽时，用蒸汽的工作压力(单位为MPa)来表示蒸汽产量（蒸发量）：Dk(t/h或kg/h)，锅炉每小时所产生的蒸汽量锅炉的额定蒸发量：锅炉在额定蒸汽参数条件下，长期运行，每小时所产生的蒸汽量当前舰船使用的水管锅炉蒸汽产量100~160t/h蒸发率EvaporationRateofHeatingSurface：表示蒸发受热面工作效率。锅炉各部分受热面的受热量不等，采用平均值低热负荷锅炉：一般商船，蒸发率较低50~80kg/m2·h高负荷锅炉：舰用，锅炉的蒸发率很高≥100kg/m2·hkkADy蒸汽产量受热面蒸发率越高，平均传热系数越大，锅炉结构越紧凑。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受热面热负荷：每小时每平方米受热面所受到的平均热量锅炉内各受热面(辐射和对流受热面)的大小和受到的热量不同各受热面的热负荷值不同))/((2hmkJAQqH受热面每小时所受到的总热量受热面积锅炉热效率：锅炉内，被有效利用的热量和燃料在炉膛内燃烧所发出的热量之比，表征锅炉工作的经济性一般船用高蒸发率的水管锅炉约为78％-83％，低蒸发率水管锅炉可达88％-92％%100)(21pHkbQBhHD燃料的低发热值(kJ/kg)过热蒸汽热焓(kJ/kg)进锅炉给水热焓(kJ/kg)燃料消耗量(kg/h)蒸汽量(kg/h)锅炉相对体积：锅炉所占体积与其蒸汽产量的比值高蒸发率锅炉的相对体积为1.8-2.0，而低蒸发率锅炉则为10-12))T/((DV'V3kkkhm锅炉所占体积蒸汽产量锅炉的燃料燃料热值：每公斤应用基燃料完全燃烧时所发出的热量（KJ）高热值：实验低热值：类实际使用近代船舶锅炉的燃料普遍使用液体燃油(重油、渣油）辅锅炉和主锅炉无汽点火时用柴油油的热值（41800kJ/Kg）煤（29260）重油的主要物理指标1.粘度：液体流动性指标。燃油的运输和雾化条件与粘度特性有很大关系燃油的粘度通常以恩氏粘度表示。200cm3油，在某一温度(500℃、80℃、100℃等)下，流经一标准孔口所需时间/同体积水在20℃下通过同一孔口时间的比值2.凝固点：指燃油丧失流动能力时的温度。某些燃油的凝固点高达35℃左右，在输送时必须加热到50℃--70℃或更高燃油凝固点的高低与所含石蜡多少有关，石蜡成分多，凝固点就高3.闪点和燃点：燃油加热到某一温度时，用火焰接近表面，可产生短暂的闪火，这个温度称为闪点。如继续加热升温以至燃油闪火后能持续燃烧，这个温度称为燃点或着火点。燃油的闪点和燃点越高，储存时起火的危险性就越小油的燃点一般要比它的闪点高20℃--30℃4.比重（密度）：在一定温度下，单位体积的重量。20摄氏度时标准密度我国石油公司锅炉重油的主要属性锅炉燃料的燃烧燃烧，是燃料的可燃元素碳、氢、硫等和氧在相当高的温度下进行剧烈的化合，释放出大量热量的化学反应过程完全燃烧，当燃料中所有可燃元素都与氧化合达饱和程度，足够的温度+足够的空气量过量空气系数：燃烧设备不完善、操作上的关系，部分氧气未能很好与燃料化合就从烟囱中逸出实际供给空气量理论值1VV0k完全燃烧1kg燃料理论上所需空气量的体积实际供给的空气量过大送风量过多，燃料相对少了增加了排烟热损失，会降低炉膛温度，对燃烧不利过小送风量太少不能保证燃料的完全燃烧在保证燃烧完全的前提下，应力求减小,一般燃油炉的最佳过量空气系数为1.15~1.3)()(4321PH4321PHbqqqq1BQQQQQBBQ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%最大锅炉的热平衡和热损失排烟热损失(q2)：锅炉热损失中最大的一项，船舶锅炉排烟热损失达10％--20％排烟温度每增高10—13℃，q2约增大1％降低排烟温度，虽可节约燃料，but因传热平均温度差的减小而不得不增加尾部受热面面积，因而相应地增加了锅炉的金属消耗量排烟温度过低，低温受热面的壁面可能达到露点温度，使排烟中的水蒸气凝结，三氧化硫气体溶解于水，形成硫酸稀溶液，使锅炉尾部受热面的低温段遭受酸性腐蚀(即低温腐蚀)。船舶锅炉的排烟温度一般选在160—200℃化学不完全烘烧热损失(q3)：由于烟气中所含的一氧化碳（有时也含有少量的氢和甲烷等可燃气体）最终未能发生燃饶而造成此项热损失的大小