《船舶动力系统》课件3-1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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：,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,7510,3,kw,工作可靠性好，检修间隔长，寿命长（,10010,3,h,以上）,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,可使用劣质燃料油,滑油消耗率低，仅,0.1,0.5g/(kWh),柴油机的滑油消耗率为,3,10g/(kWh),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,1/2.5,1/3,4,、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,Main Boiler,：,蒸汽轮机动力装置船主机，产生过热蒸汽,Superheated Steam,驱动主汽轮机,蒸汽：,6-10MPa,，,520-545,C,辅锅炉,Auxiliary/Donkey Boiler,：,柴油机动力装置船配备，产生饱和蒸汽,Saturated Steam,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,(Exhaust boiler),：,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-tube Boiler,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-tube Boiler,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,Composite Boiler,：,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,自然循环锅炉,管中水，由于密度差，自然产生流动,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,高压锅炉，超过,6.0MPa,中高压锅炉，,4.0,6.0MPa,中压锅炉，,2.0,4.0MPa,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,Oil Fired Boiler,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,Steam Drum,2-,水筒,Water Drum,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,1700,o,C,1100,o,C,炉墙,烟囱,Smoke uptake,经济器,Economizer,蒸汽出口,Steam outlet,除水器,Cyclone,支撑管,Stay tube,支撑,Stays,过热蒸汽出口,Superheated Steam out let,过热器,Superheater,过热器联箱,Superheater,header,水筒,Water Drum,燃烧器,Burner,水冷壁联箱,Waterwall,header,水冷壁,Waterwall,水冷壁联箱,Waterwall,header,后侧水冷壁,Back Side,Waterwall,炉罩,Boiler hood,上升管,Riser,水冷壁联箱,Waterwall,header,下降管,Downcomer,汽,包,(,筒,),Steamdrum,经济器联箱,Economizer header,X,沸水管,Generating tube,水冷壁,Water Wall,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,返回,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,下降管,Downcomer,返回,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,。但通风阻力增加，给水析氧腐蚀金属。,空气预热器,Air,Preheater,在经济器后，,可提高炉膛温度，改善燃烧；提高锅炉热效率；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。,经济器和空气预热器统称为,尾部受热面,，提高锅炉效率。,尾部受热面使锅炉装置的尺寸、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,返回,返回,沸水管,Generating tube,连接上、下锅筒的管束，也称蒸发管束，布置在炉膛出口侧。,前排主要为辐射,Radiation,换热、后排为对流,Convection,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,。,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,Vertical Water Tube,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,Natural Circulating Boiler,：,管内水的流动由于,密度差,产生。,强制循环锅炉,Forced Circulating Boiler,：,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,锅炉的工作压力,(,MPa,),低压锅炉：,6.0MPa,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）：,D,k,(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,100160t/h,蒸发率,Evaporation Rate of Heating Surface,：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,5080kg/m,2,h,高负荷锅炉：舰用，锅炉的蒸发率很高,100 kg/m,2,h,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,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,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,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,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。,200cm,3,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,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,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,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,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,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,(q,2,),：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,1013,，,q,2,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,160200,化学不完全烘烧热损失,(,q,3,),：,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,此项热损失的大小主要取决于炉膛内的过剩空气量,当炉膛出口处的过量空气系数太小时，容易造成化学不完全燃烧,运行中如适当提高炉膛温度，或改善燃料与空气的混合，都可明显地降低化学不完全燃烧热损失,船舶锅炉的一般为,1,-3,机械不完全燃烧热损失,(q,4,),：由于可燃物在炉内燃烧不透彻或根本未曾燃烧所造成的,影响该项热损失的主要因素有：燃油品质、油滴大小、炉内燃烧条件、喷油器的工作性能以及运行情况等,燃煤锅炉的主要热损失之一是机械不完全燃烧热损失，通常仅次于排烟热损失,燃油锅炉，机械不完全燃烧热损失接近于零,散热损失,(,q,5,),：,由于锅炉本体外表面的温度高于周围环境温度，通过对流和辐射的方式向外散热而引起,一般,，,容量愈大的锅炉，,单位表面积所占有的燃料小,散热损失所占比例愈小,按照经验估计，船舶锅炉的,q,5,=3, 5,