船舶蒸汽輪機(jī)裝置課件

1、一、船舶蒸汽輪機(jī)裝置 船舶蒸汽動力裝置主要包括鍋爐、汽輪機(jī)和冷凝器三部分。 燃料在爐膛中燃燒，將鍋爐中的水加熱，使其變成具有一定溫度和壓力的蒸汽。蒸汽順管道進(jìn)入汽輪機(jī)，膨脹作功驅(qū)動汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，并帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)從而推動船舶航行。1、組成 2、簡單原理 在汽輪機(jī)中作完功的蒸汽進(jìn)入冷凝器，被冷卻成凝水，再由凝水泵、給水泵送回鍋爐，再次的被加熱、氣化。哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造的我國首臺秦山二期核電650兆瓦等級汽輪機(jī) 船用鍋爐型式多樣，以D型鍋爐為例，現(xiàn)代船用鍋爐由鍋爐本體、過熱器、經(jīng)濟(jì)器、空氣預(yù)熱器、燃燒裝置、通風(fēng)系統(tǒng)和其它輔助裝置組成。 鍋爐本體包括汽包、水筒、沸水管、聯(lián)箱、水冷壁及爐膛等

2、組成。二、船舶蒸汽鍋爐 1、鍋爐組成和工作原理 汽包和水筒由鋼板卷制而成，爐墻由耐火材料和絕熱材料以及密封鋼板組成。 燃料在爐膛中燃燒，燃燒的熱量一部分以熱輻射的方式傳遞給水冷壁和前幾排沸水管，一部分被高溫?zé)煔鈳Ыo后幾排沸水管和過熱器、經(jīng)濟(jì)器和空氣預(yù)熱器。 經(jīng)濟(jì)器預(yù)熱給水，空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，二者合稱尾部受熱面。 過熱器由平行排列的U型管和聯(lián)箱組成，靠輻射和對流方式吸熱，將飽和蒸氣變成過熱蒸汽。 現(xiàn)代船舶鍋爐多采用液體燃料，燃燒裝置一般為燃燒器，它由噴油嘴和配風(fēng)器組成。 現(xiàn)代船舶鍋爐采用送風(fēng)機(jī)吸入空氣和引風(fēng)機(jī)排出煙氣。 水冷壁管和沸水管前幾排吸熱多，爐水汽化，汽水混合物較輕而上升至汽包，汽包內(nèi)

3、汽水分離，上部蒸汽進(jìn)入過熱器，下部爐水沿沸水管后幾排流回水筒和聯(lián)箱，這種循環(huán)流動稱為自然水循環(huán)。采用這種循環(huán)的鍋爐稱為自然循環(huán)鍋爐。 2、鍋爐的性能指標(biāo) (1) 鍋爐參數(shù) 蒸發(fā)量D：正常狀態(tài)下，鍋爐每小時(shí)能產(chǎn)生的蒸汽量，t/h，kg/h 蒸汽壓力p：鍋爐向外供出的蒸汽的表壓力，也稱汽壓，MPa 蒸汽溫度t：鍋爐向外供出的蒸汽的溫度，oC 蒸發(fā)量、蒸汽溫度和蒸汽壓力是鍋爐銘牌上或說明書上必須注明的三個(gè)基本參數(shù) (2) 鍋爐效率 在鍋爐中，把水變成蒸汽所用去的熱量與向爐內(nèi)所供的熱量（燃料完全燃燒所放出的熱量）之比叫做鍋爐效率。 D是蒸發(fā)量(t/h)；B是燃料消耗量(t/h)；Qd是燃料的低發(fā)熱值(

4、kJ/kg)；hq是出口蒸汽的焓(kJ/kg)；hgs是鍋爐給水的焓(kJ/kg)。 3、鍋爐的分類 （1）按蒸汽壓力分 低壓鍋爐：1.6MPa以下 中壓鍋爐：1.63.2MPa 高壓鍋爐：3.29.2MPa 超高壓鍋爐：9.2MPa以上 低壓鍋爐：1.27MPa以下（13個(gè)大氣壓） 中壓鍋爐：3.82MPa（39個(gè)大氣壓） 高壓鍋爐：9.8MPa（100個(gè)大氣壓） 超高壓鍋爐：13.72MPa（140個(gè)大氣壓） 亞臨界壓力鍋爐：16.66MPa（170個(gè)大氣壓） 超臨界壓力鍋爐：22.11MPa（225.65個(gè)大氣壓） 陸用鍋爐的分類： （2）按煙氣在受熱面（管子）中的流動途徑 水管鍋爐：管

5、中為水，管間為煙 火管鍋爐：相反 （3）按水循環(huán)方法 自然循環(huán)：由冷、熱水的比重差產(chǎn)生循環(huán)動力 強(qiáng)制循環(huán)：由水泵驅(qū)動循環(huán) （4）按爐膛內(nèi)壓力 普通鍋爐：接近大氣壓 增壓燃燒鍋爐：遠(yuǎn)大于大氣壓 （5）按鍋爐構(gòu)造 三鍋筒水管鍋爐 雙鍋筒水管鍋爐 小組聯(lián)箱水管鍋爐 雙壓式水管鍋爐三、鍋爐燃料和燃燒設(shè)備 1、燃料 船舶鍋爐使用的燃料有煤和重油，目前，燃料油是唯一燃料。燃料油一般指重油，我國按80時(shí)的運(yùn)動粘度將國產(chǎn)燃料油分為20、60、100和200四個(gè)牌號。 2、燃燒設(shè)備 鍋爐的燃燒設(shè)備主要由噴油器和配風(fēng)器組成。噴油器將燃料油噴入爐膛內(nèi)并霧化，配風(fēng)器供給燃燒所需要的空氣。 噴油器按其物化方法分為機(jī)械式

6、、蒸汽式、空氣式和超聲波霧化。 燃油從油壓或旋轉(zhuǎn)設(shè)備中獲得能量從噴孔噴出，在沒有任何霧化劑的作用下而使燃油霧化的噴油器稱為機(jī)械式噴油器。機(jī)械式可分為直射式、離心式和旋杯式，離心式按是否有回油又分為簡單離心式和回油式 （1）噴油器 離心式噴油器工作原理如右圖所示，燃油由切向孔進(jìn)入旋流室，一面旋轉(zhuǎn)，一面擠向旋流室中心，最后由噴口噴出。 簡單離心式噴油器的結(jié)構(gòu)如左圖，它實(shí)現(xiàn)霧化的主要元件是霧化片，它由切向通道、旋流室和噴口三部分組成。 離心式噴油器的燃油工作壓力一般為1.23.5MPa，大容量噴油器可達(dá)710MPa，小容量噴油器約為0.52.0MPa 簡單離心式噴油器不便于調(diào)節(jié)油量，為了適合燃料燃燒

7、的自動調(diào)節(jié)，出現(xiàn)了回油式噴油器。如上圖，在旋流室底部有油孔連接回油油路，回油油路中設(shè)有調(diào)節(jié)閥。當(dāng)供至旋流室的油量不變時(shí)，調(diào)節(jié)閥的開度不同，回油量不同，則噴油器噴入爐膛的油量不同。 （2）配風(fēng)器 為了正確組織氣流以保證良好的燃燒，必須有良好的配風(fēng)設(shè)備，以便使油霧與空氣迅速均勻的混合，達(dá)到穩(wěn)定和良好的燃燒。 配風(fēng)器的類型很多，常用的有兩種：旋流式和平流式。 上圖是旋流式配風(fēng)器，其旋流器的葉片分為固定和可轉(zhuǎn)動兩種。前者通過風(fēng)門的移動來調(diào)節(jié)風(fēng)量，后者則通過葉片的轉(zhuǎn)動改變通流截面。1-穩(wěn)燃器；2-噴油器；3-調(diào)節(jié)套筒；4-拉桿；5-中心套管 上圖是平流式配風(fēng)器，它的優(yōu)點(diǎn)是阻力小、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便。 如

8、圖，中心套管上裝有葉輪式穩(wěn)燃器，它由彎曲的斜向葉片構(gòu)成。供風(fēng)是由風(fēng)箱經(jīng)圓通直接進(jìn)入爐膛，只有中心少部分空氣通過穩(wěn)燃器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。四、船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu) 早期船用鍋爐都是用鐵板或銅板鉚接而成，蒸汽壓力不超過0.2MPa。1850年后火管鍋爐得到發(fā)展，20世紀(jì)20年代以前，火管式的蘇格蘭鍋爐在大小商船和一般軍艦上占主要地位。 直水管鍋爐，如雅洛鍋爐從20世紀(jì)初就已開始應(yīng)用于輕型軍艦。但由于蒸汽機(jī)的凝結(jié)水中含有較多油脂，當(dāng)時(shí)的鍋爐水處理技術(shù)又落后，在商船上應(yīng)用不多。 從20世紀(jì)20年代起，由于汽輪機(jī)在船上逐步推廣，又解決了凝結(jié)水中的油脂問題，直水管鍋爐逐漸取代了火管鍋爐。以后又由于水處理技術(shù)

9、的進(jìn)一步提高，船用鍋爐都采用彎水管鍋爐。 現(xiàn)代船用鍋爐曾先后出現(xiàn)過聯(lián)箱式水管鍋爐、三鍋筒水管鍋爐、二鍋筒水管鍋爐等結(jié)構(gòu)型式。 船用鍋爐大多采用自然循環(huán)。右圖是比較典型的D型鍋爐，其右側(cè)是爐膛，左側(cè)是對流蒸發(fā)管束，尾部有經(jīng)濟(jì)器，爐墻耐火層外設(shè)置夾層，空氣經(jīng)夾層預(yù)熱。 二鍋筒單煙道水管鍋爐在成型后，很快顯示出它在結(jié)構(gòu)布置上的合理性，因此發(fā)展迅速。經(jīng)過不斷完善，在船舶蒸汽動力裝置中廣泛應(yīng)用。由于其本體的造型似英文的字母“D”，所以又稱為D型鍋爐。 1、自然循環(huán)鍋爐 前爐墻設(shè)置三個(gè)燃燒器，爐膛出口設(shè)三排稀疏排列的蒸發(fā)管，稱為水簾管，可以避免過熱器溫度過高。 二戰(zhàn)期間，多數(shù)商船的D型鍋爐的蒸汽參數(shù)為：3

10、.2MPa，400；艦用鍋爐參數(shù)為4.2MPa，500；戰(zhàn)后艦用鍋爐參數(shù)提高到8.2MPa，510。 水簾管的熱負(fù)荷相當(dāng)高，所以采用直徑稍大的管子，以增加流量，防止過度蒸發(fā)。對流管束的后幾排為下降管，但為了保證自然循環(huán)的可靠，爐墻中設(shè)置了專門的下降管，右墻水冷壁也設(shè)置了下降管。 50年代中期，商船的鍋爐參數(shù)為：4.2MPa，450和6MPa，450；進(jìn)入60年代，商船鍋爐參數(shù)均為6MPa，510。 美國1956年服役的薩拉托加號航母使用的單爐膛D型鍋爐參數(shù)為：蒸發(fā)量118噸每小時(shí)，蒸汽壓力8.45MPa，溫度540，總受熱面積1412平方米，容積25.8立方米，噴油嘴7個(gè)。 薩拉托加號航母（C

11、V-60），標(biāo)準(zhǔn)排水量59500噸，滿載76300噸，長317米，寬39.3米，飛行甲板寬76米。8臺鍋爐，4臺汽輪機(jī)，總推進(jìn)功率20萬千瓦，航速33節(jié)。 上圖是60年代的船用鍋爐，每船裝兩臺，鍋爐參數(shù)為：蒸發(fā)量46t/h，蒸汽壓力6MPa，溫度510，推進(jìn)功率20000馬力。 構(gòu)造特點(diǎn)：雙鍋筒，頂置式燃燒器，膜式水冷壁，倒U型過熱器，尾部設(shè)經(jīng)濟(jì)器和空氣預(yù)熱器。 上面覆蓋耐火材料的爐底管 自右向左上方傾斜并向上延伸成水簾管。 上圖是每船單臺設(shè)置的沉降爐膛式鍋爐， 100t/h，6MPa，510，20000馬力。 構(gòu)造特點(diǎn)：雙鍋筒，膜式水冷壁，沉降式爐膛的四角切向布置燃燒器。 當(dāng)船舶蒸汽動力裝置

12、使用再熱循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采用再熱式鍋爐。再熱式鍋爐基本有兩種型式：雙爐膛鍋爐和雙煙道鍋爐。 如右圖是一種再熱式鍋爐， 126t/h，10MPa，513，效率90.7%。 鍋爐本體仍然是膜式水冷壁、沉降式爐膛、切向燃燒。 但在主爐膛外、蒸發(fā)管束后面增設(shè)了一個(gè)小型的前燃式再熱爐膛。再熱器布置在煙道中，再熱器后面設(shè)經(jīng)濟(jì)器和空氣預(yù)熱器。 上圖是單爐膛、尾部為雙煙道的再熱式鍋爐。右側(cè)的膜式水冷壁將爐膛和煙道隔開，水冷壁的下部呈稀疏排列，煙氣由此自爐膛進(jìn)入煙道。 如上圖，過熱器之后的煙道分成兩個(gè)通道，一個(gè)通道中設(shè)再熱器，將在汽輪機(jī)高壓缸中作完功的蒸汽抽出再加熱后再送入中壓缸取作功。 上面左圖是正常工況，右圖

13、是再熱器中蒸汽較少時(shí)避免燒壞的工況。 自然循環(huán)鍋爐依靠汽、水密度差產(chǎn)生的壓力差來驅(qū)動爐水在鍋爐中循環(huán)。同時(shí)，在鍋爐的發(fā)展過程中，蒸汽參數(shù)（壓力）不斷提高，而根據(jù)水蒸汽的性質(zhì)，壓力越大，汽、水密度差越小，自然循環(huán)的動力變小，最終變的不可靠。 2、強(qiáng)制循環(huán)水管鍋爐 當(dāng)鍋爐壓力超過18.5MPa時(shí)，不能保證穩(wěn)定的自然循環(huán)，壓力達(dá)到臨界壓力22.12MPa時(shí)，汽水密度差為零，自然循環(huán)無法形成。 水的臨界壓力：水的壓力越高，沸點(diǎn)（也稱飽和溫度）也越高。例如標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100，當(dāng)氣壓為0.5個(gè)大氣壓時(shí)，水在82時(shí)就能沸騰。若水的壓力升高到1MPa，沸點(diǎn)會增大到180。 但沸點(diǎn)與壓力并非線性關(guān)系，

14、在臨界壓力下，水加熱到374（稱臨界溫度）時(shí)，一下子全部變成飽和蒸汽。此時(shí)，飽和蒸汽和水的比重相同，兩種狀態(tài)沒有任何區(qū)別。 在蒸汽壓力較大時(shí)，為了保證可靠的爐水循環(huán)，需要借助外來動力驅(qū)動水在鍋爐中循環(huán)。這就是強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。提供動力的設(shè)備就是水泵，稱為循環(huán)泵。 強(qiáng)制循環(huán)鍋爐可分為多次強(qiáng)制循環(huán)式鍋爐和直流式鍋爐兩種，下圖是一臺多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。汽包1位于爐墻外，不受煙氣加熱。 給水被給水泵9送至經(jīng)濟(jì)器6受熱至接近飽和溫度，然后進(jìn)入汽包1。 汽包1上部的蒸汽經(jīng)聯(lián)箱8進(jìn)入過熱器5，被加熱成過熱蒸汽后流向汽輪機(jī)。 循環(huán)泵7將下降管的水經(jīng)聯(lián)箱2壓入水冷壁3，水吸熱部分汽化，汽水混合物進(jìn)入對流管束4繼續(xù)吸熱

15、氣化，含有1020%蒸汽的汽水混合物回到汽包1。 直流鍋爐又稱為一次通過性鍋爐，它的特點(diǎn)是沒有鍋筒。給水從管子的一端進(jìn)入，一次性全部被加熱成蒸汽，從另一端出來就是所要求的過熱蒸汽。 所以要在一次流動中，連續(xù)的完成預(yù)熱、蒸發(fā)和過熱的過程。下圖是直流鍋爐的工作原理。 右圖是一臺直流鍋爐的簡圖。給水泵1將水送至經(jīng)濟(jì)器2，然后再依次流過爐膛受熱面4、對流管束5、分離器6和過熱器7，在此過程中，爐水一邊流動，一邊受熱蒸發(fā)，最終全部變?yōu)檫^熱蒸汽。 實(shí)驗(yàn)證明，爐膛內(nèi)的燃燒熱強(qiáng)度與爐膛內(nèi)的壓力成正比。例如，1個(gè)大氣壓時(shí)，燃燒熱強(qiáng)度為3500kW/m3，2個(gè)大氣壓時(shí)為7000kW/m3。因此，在爐膛內(nèi)實(shí)現(xiàn)增壓燃燒，可降低鍋爐的體積與重量，并可極大的提高流過受熱面的煙氣流速。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流速一旦超過330m/s，放熱系數(shù)極度增加，可使換熱面積成倍減少。 3、增壓燃燒鍋爐 為了提