船用鍋爐簡述
船用鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能,把水加熱成為熱水或蒸汽的機械設備。
鍋爐包括鍋和爐兩大部分,鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器,爐是指燃燒燃料的場所。 鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能,也可通過蒸汽動力裝置轉換為機械能,或再通過發(fā)電機將機械能轉換為電能。
提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐,主要用于生活,工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應用。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐,又叫蒸汽發(fā)生器,常簡稱為鍋爐,是蒸汽動力裝置的重要組成部分,多用于火電站、船舶、機車和工礦企業(yè)。
鍋爐承受高溫高壓,安全問題十分重要。即使是小型鍋爐,一旦發(fā)生爆炸,后果也十分嚴重。因此,對鍋爐的材料選用、設計計算、制造和檢驗等都制訂有嚴格的法規(guī)。 鍋爐的發(fā)展 鍋爐的發(fā)展分鍋和爐兩個方面。
18世紀上半葉,英國煤礦使用的蒸汽機,包括瓦特的初期蒸汽機在內(nèi),所用的蒸汽壓力等于大氣壓力。18世紀后半葉改用高于大氣壓力的蒸汽。
19世紀,常用的蒸汽壓力提高到0.8兆帕左右。與此相適應,最早的蒸汽鍋爐是一個盛水的大直徑圓筒形立式鍋殼,后來改用臥式鍋殼,在鍋殼下方磚砌爐體中燒火。 隨著鍋爐越做越大,為了增加受熱面積,在鍋殼中加裝火筒,在火筒前端燒火,煙氣從火筒后面出來,通過磚砌的煙道排向煙囪并對鍋殼的外部加熱,稱為火筒鍋爐。開始只裝一只火筒,稱為單火筒鍋爐或康尼許鍋爐,后來加到兩個火筒,稱為雙火筒鍋爐或蘭開夏鍋爐。 1830年左右,在掌握了優(yōu)質(zhì)鋼管的生產(chǎn)和脹管技術之后出現(xiàn)了火管鍋爐。一些火管裝在鍋殼中,構成鍋爐的主要受熱面,火(煙氣)在管內(nèi)流過。在鍋殼的存水線以下裝上盡量多的火管,稱為臥式外燃回火管鍋爐。它的金屬耗量較低,但需要很大的砌體。
19世紀中葉,出現(xiàn)了水管鍋爐。鍋爐受熱面是鍋殼外的水管,取代了鍋殼本身和鍋殼內(nèi)的火筒、火管。鍋爐的受熱面積和蒸汽壓力的增加不再受到鍋殼直徑的限制,有利于提高鍋爐蒸發(fā)量和蒸汽壓力。這種鍋爐中的圓筒形鍋殼遂改名為鍋筒,或稱為汽包。初期的水管鍋爐只用直水管,直水管鍋爐的壓力和容量都受到限制。 二十世紀初期,汽輪機開始發(fā)展,它要求配以容量和蒸汽參數(shù)較高的鍋爐。直水管鍋爐已不能滿足要求。隨著制造工藝和水處理技術的發(fā)展,出現(xiàn)了彎水管式鍋爐。開始是采用多鍋筒式。隨著水冷壁、過熱器和省煤器的應用,以及鍋筒內(nèi)部汽、水分離元件的改進,鍋筒數(shù)目逐漸減少,既節(jié)約了金屬,又有利于提高鍋爐的壓力、溫度、容量和效率。 以前的火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐都屬于自然循環(huán)鍋爐,水汽在上升、下降管路中因受熱情況不同,造成密度差而產(chǎn)生自然流動。
在發(fā)展自然循環(huán)鍋爐的同時,從30年代開始應用直流鍋爐,40年代開始應用輔助循環(huán)鍋爐。 輔助循環(huán)鍋爐又稱強制循環(huán)鍋爐,它是在自然循環(huán)鍋爐的基礎上發(fā)展起來的。在下降管系統(tǒng)內(nèi)加裝循環(huán)泵,以加強蒸發(fā)受熱面的水循環(huán)。直流鍋爐中沒有鍋筒,給水由給水泵送入省煤器,經(jīng)水冷壁和過熱器等蒸發(fā)受熱面,變成過熱蒸汽送往汽輪機,各部分流動阻力全由給水泵來克服。
第二次世界大戰(zhàn)以后,這兩種型式的鍋爐得到較快發(fā)展,因為當時發(fā)電機組要求高溫高壓和大容量。發(fā)展這兩種鍋爐的目的是縮小或不用鍋筒,可以采用小直徑管子作受熱面,可以比較自由地布置受熱面。隨著自動控制和水處理技術的進步,它們漸趨成熟。
在超臨界壓力時,直流鍋爐是唯一可以采用的一種鍋爐,70年代最大的單臺容量是27兆帕壓力配1300兆瓦發(fā)電機組。后來又發(fā)展了由輔助循環(huán)鍋爐和直流鍋爐復合而成的復合循環(huán)鍋爐。 在鍋爐的發(fā)展過程中,燃料種類對爐膛和燃燒設備有很大的影響。因此,不但要求發(fā)展各種爐型來適應不同燃料的燃燒特點,而且還要提高燃燒效率以節(jié)約能源。
此外,爐膛和燃燒設備的技術改進還要求盡量減少鍋爐排煙中的污染物(硫氧化物和氮氧化物) 早年的鍋殼鍋爐采用固定爐排,多燃用優(yōu)質(zhì)煤和木柴,加煤和除渣均用手工操作。直水管鍋爐出現(xiàn)后開始采用機械化爐排,其中鏈條爐排得到了廣泛的應用。爐排下送風從不分段的“統(tǒng)倉風”發(fā)展成分段送風。
早期爐膛低矮,燃燒效率低。后來人們認識到爐膛容積和結構在燃燒中的作用,將爐膛造高,并采用爐拱和二次風,從而提高了燃燒效率。 發(fā)電機組功率超過6兆瓦時,以上這些層燃爐的爐排尺寸太大,結構復雜,不易布置,所以20年代開始使用室燃爐,室燃爐燃燒煤粉和油。煤由磨煤機磨成煤粉后用燃燒器噴入爐膛燃燒,發(fā)電機組的容量遂不再受燃燒設備的限制。自第二次世界大戰(zhàn)初起,電站鍋爐幾乎全部采用室燃爐。
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