船舶辅锅炉的燃油设备及系统

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第三节,船舶辅锅炉的燃油设备及系统,13-3-1燃油在锅炉中的燃烧情况,1燃油燃烧的特点,燃油沸点低于它的燃点，实际烧的不是“油”，而是“油气”,油燃烧的速度取决于油滴蒸发速度、油气和空气相互扩散的速度及油气氧化速度,(1)油滴蒸发速度,与油滴的蒸发表面积、油滴周围介质中油气的分压力及油温有关,油气蒸发在油表面进行,单位质量燃油的表面积越大，单位时间蒸发的数量就越多,在锅炉中总是将油雾化成细小的油滴再进行燃烧,即油滴的蒸发速度与油的雾化质量有关,13-3-1-1 燃油燃烧的特点,油气蒸发速度与油滴表面的油气分压力大小有关,要求油滴与周围介质有较大的相对速度，以加强油气扩散，减小油滴附近油气的分压力,油温越高，蒸发速度越快,在炉膛中要组织足够数量和较高温度的烟气回流对油进行加热,(2)油气与空气相互扩散的速度,油气从油滴周围向四周扩散,为提高扩散速度，要提高助燃空气的速度，并增加空气流的扰动,同时提高油的雾化质量,即提高雾化油滴的细度和油滴分布的均匀程度,13-3-1-1燃油燃烧的特点,(3)油气氧化速度,环境温度越高，则氧化速度越快,炉膛内烟气温度越高，燃烧就越剧烈,温度较低时，燃烧进行慢，甚至不能保证稳定燃烧而熄火,要求锅炉低负荷时，炉膛出口的烟气温度不低于1 000。,油气主要成分是高分子碳氢化合物,它在氧气不足而温度又很高时，会产生不对称的热分解,形成难燃的碳黑，容易造成不完全燃烧,因此，在油气着火之前一定要供人一定数量的空气与之充分混合，尽量避免产生碳黑,13-3-1-2 空气过剩系数,1,kg,燃油完全燃烧时所需的理论空气量用,V。(m3kg),表示(以标准状况计),此时燃油中的可燃物质恰好与空气中的氧全部发生氧化反应,每公斤燃油完全燃烧时所需的空气量(标准状况)可用下列经验公式近似计算；,V。=0.26Q,D,/1000 m3kg,式中，,Q,D,=,燃油的低热值,V。=11 m3kg,13-3-1-2 空气过剩系数,燃油在炉膛进行燃烧反应时,空气中的氧分子不可能都有机会与燃油成分接触,使油完全燃烧就要向炉膛内多送人空气,空气过剩系数,1,kg,燃油燃烧所用的实际空气量,V,k,与所需的理论空气量,V,0,之比,=,V,k,/V,0,是保持锅炉经济运行的重要指标,越大，风机耗能越大，锅炉排烟损失越大,太小，锅炉的不完全燃烧损失又可能太大,燃油锅炉合适的,一般为1.051.2,13-3-1-3燃油在炉膛中的燃烧过程,燃油在炉膛中的燃烧是以火炬的方式进行的,燃烧过程可分为两个阶段：,(1)准备阶段,雾化的油滴被迅速加热、气化、与空气相混合,同时进行热分解,(2)燃烧阶段,油气与空气的混合气体的浓度达到一定数值，并被加热到一定温度，遇明火着火燃烧,13-3-1-3燃油在炉膛中的燃烧过程,燃烧器由喷油器和配风器等组成,装在锅炉前墙风道中，前端对着炉墙上的喷火口,喷油器将油雾化成细小油滴,使油雾以一定的旋转速度从喷油嘴的喷孔中喷入炉内,形成有一定锥角的空心圆锥,油雾在前进中不断与空气掺混,离喷嘴越远，油雾层厚度越大，而浓度越小,空气经配风器进入炉膛,被挡风罩或挡风板分为两部分,一部分紧贴着喷油器吹出，称为一次风(根部风),保证油雾一离开喷油器就有一定量的空气与之混合，从而减少产生碳黑的可能性,另一部分风沿炉墙喷火口外围进入炉膛，称为二次风,供给燃烧所需的大部分空气,13-3-1-3燃油在炉膛中的燃烧过程,空气经配风器斜向叶片形成与油雾反向旋转的气流,以利于油的蒸发和与空气的混合,旋转气流在离心力作用下向外扩张,气流旋转越强烈，扩张角越大,气流中心形成低压，吸引高温烟气回流(回流区),加速了油雾的蒸发、升温、分解和与空气混合,13-3-1-3燃油在炉膛中的燃烧过程,着火前沿,油气混合可燃气被点燃后形成的燃烧带,它一方面要向燃烧器方向扩展,另一方面又随气流反方向向炉膛内流动,当两者速度相等时，着火前沿便稳定在一定位置上,13-3-1-4 保证燃烧质量的因素,要使燃油燃烧好主要取决于：,(1)油的雾化质量良好,油滴雾化越细，分布均匀性越好，则油滴的蒸发速度越快，与空气混合也越好,(2)要有适量的一次风和二次风,一次风量占总风量的1030,太少则油雾在着火前就会高温裂解,烟囱冒黑烟,太多会因火炬根部风速过高而着火困难，甚至将火吹灭,二次风量大小关系到过剩空气系数合适与否，直接影响不完全燃烧损失和排烟损失,13-3-1-4 保证燃烧质量的因素,(3)油雾和空气应该混合均匀，着火前沿的位置和长度应合适,着火前沿如离燃烧器太近，则可能使喷火口和燃烧器过热烧坏,太远又会因气流速度衰减，与油气混合的强烈程度减弱，以至火炬拖长，燃烧不良。,(4)炉膛容积热负荷要适合,太高会使油在炉膛停留时间太短来不及完全燃烧,太低不能保证足够高的炉膛烟气温度，不利于完全燃烧,13-3-2-1燃烧器-喷油器,燃烧器主要由喷油器、配风器及电点火器组成。,燃油是通过喷油器(油枪或油头)喷进炉内的,喷油器有两个作用：,一是控制喷人炉内燃油的数量,二是将燃油雾化，保证在炉膛内的燃烧质量,喷油器要求：,(1)有较大的调节幅度，以适应不同蒸发量的需要,(2)在要求的喷油量范围内，获得尽可能细的油滴,13-3-2-1燃烧器-喷油器,(3)油雾有一个适当的雾化角，以适合配风器的要求,油雾离开喷油器后,燃油一方面外喷射，有轴向速度,同时还旋转，有切向速度,油雾形成空心的圆锥形，其圆锥的顶角叫做雾化角,雾化角应稍大于经配风器出口气流的扩张角，使油雾能与空气均匀混合,雾化角应与喷火口配合恰当,过大油雾会喷在喷火口上产生结碳,过小则从油雾锥体外漏人的空气不能与油雾很好地混合。,13-3-2-1燃烧器-喷油器,(4)油雾流的流量密度分布要合适,单位时间内通过垂直于油雾流轴向速度的单位面积上的燃油体积，单位是,cm3cm2s,喷油器还要结构简单，运行可靠，操作和调节方便，检修和清洗容易，并易于实现自动控制,13-3-2-1燃烧器-喷油器,常用的喷油器有以下几种：,(1)压力式喷油器,喷油器后端管接头5与输油管相连，其中装有滤甲6,管接头用螺纹连接于空心的喷油器本体4上,后者前端以螺纹连接喷嘴体3,雾化片2被喷嘴帽1用螺纹拧紧在喷嘴体上,13-3-2-1 喷油器,喷嘴(喷嘴体、雾化片和喷嘴帽)对喷油量的大小和雾化质量的好坏起着决定性作用,油泵(升压),喷油器,喷嘴体上68个通孔,环形浅槽,旋涡室(强烈旋转),旋涡室壁面限制(旋转半径不断缩小),喷孔喷出,13-3-2-1 喷油器,油流旋转切向速度,随旋转半径的缩小而增加，压力也越来越低,当压力降低到低于外面气体的压力时,外面气体就被吸人喷油器，使中心形成一个气体旋涡,所以油离开喷油器时是呈环形截面喷出，形成空心圆锥形,旋转越强烈，则雾化角越大,13-3-2-1 喷油器,油喷出后，由于油流本身的紊流脉动以及油流和空气相互撞击而雾化成细小的油滴,影响雾化质量的主要因素有：,(1)油压,油压越高，喷出速度越快，雾化质量越好,但超过2,MPa,后，雾化质量改善不明显，耗能却增加,船用燃油锅炉燃油系统的最高压力多不超过23,MPa,要保证良好雾化的最低油压是0.7,MPa,左右,13-3-2-1 喷油器,(2)喷孔直径,喷孔直径越小，油膜越薄，雾化质量越好,故每个喷嘴的喷油量不宜过大,(3)油流旋转的强烈程度,旋涡室旋转越强烈，喷孔处气体旋涡的直径就越大，形成的油膜也越薄，有利于雾化,(4)油的粘度,粘度越小，分子间摩擦力越小，油流在旋涡室和雾化片内的速度衰减就小，油膜就越容易破碎，因而雾化质量越好,13-3-2-1 喷油器,压力式喷油器的喷油量与油压的平方根和喷孔的截面积成正比,常配备有不同规格的雾化片,喷孔直径从0.51.2,mm,分为几档,可根据燃油品种和锅炉的蒸发量选用,为防在油压不足时喷油以至雾化不良,新式压力式喷油器带有喷油阀，结构如图1318所示,燃油泵,加热器,喷油器进口,出口,燃油泵进口,13-3-2-1 喷油器,喷油器出口管上装有电磁阀,该阀开启时燃油压力较低，燃油空载循环,当该阀关闭时，油压迅速升高,作用在喷油阀4上，克服弹簧6的张力将阀顶开，油即喷出,其螺旋销14右端装有过滤元件,O,型密封圈7后的漏油引回油泵进口,13-3-2-1压力式喷油器,可以做成同一个喷油器有多油路和多喷嘴,以便加大喷油量或实现分级燃烧控制,喷油量调节有三种方法：,改变喷油压力,变换使用喷孔直径不同的喷嘴(或喷油器),改变投入工作的喷嘴(或喷油器)数目,