增压锅炉在舰船上的应用与发展.docx

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增压锅炉在舰船上的应用与发展

增压锅炉在舰船上的应用与发展

第20卷第5期

2007年10月

中国修船

CHINASHIPREPAIR

Vo1.20No.5

0ct.20o7

增压锅炉在舰船上的应用与发展

牛克华

（海军装备技术研究所,北京102442）

摘要:

文章从增压主锅炉的结构,工作原理及其在舰船上的应用3个方面对增压锅炉的概况

进行了详细阐述,并以此为基础对增压锅炉应用的未来进行了展望,可供同行借鉴.

关键词:

增压锅炉;舰船;应用

中图分类号:

U672文献标识码:

C文章编号:

1001—8328（2007）05—0017—03

Abstract:

Thispaperillustratesthemainstructure,principleandapplicationofmarinesuper—chargedboiler

indetail.Prospectofsuper—chargedboilerusedinshipisalsonarratedinthispaper.

Keywords:

super—chargedboiler;warship;application

目前,在进行舰船锅炉设计制造时主要遵循下

列技术趋势:

①选取更为合理的蒸汽参数,强化燃

烧与换热过程;②对自然水循环锅炉其循环回路越

简单越好（一个最好）;③锅筒及管子尺寸要合

理,锅筒内径以D1300mm为宜,管子壁厚以

3mm（寿命R=50000h）为佳;④管子材料应

采用12CrlMoV,杜绝15CrMoA管材,更不能将两

者混用;⑤采用更为严格的给水,炉水指标和用水

工况;⑥提高可靠性,经济性和自动化程度;⑦采

用大容量燃烧设备,增压和低氧燃烧;⑧减少锅炉

质量和外形尺寸,具有良好的可维修性.

1增压锅炉结构

舰船增压锅炉的结构设计重要问题在于正确处

理锅炉蒸汽发生器（本体）,蒸汽过热器,经济器

和涡轮增压机组在空气一烟气通道中的相对布置位

置,也就是说如何处理空气一烟气压力,温度在各

部件上的分布.因为它决定整个增压锅炉装置的尺

寸重量,运行可靠性,机动性及经济性.前苏联设

计制造的KBF一3型增压锅炉具有结构紧凑,布置

合理,可靠性好,自动化程度高等优点.例如,俄

罗斯某船4台增压主锅炉运行8年时间,仅堵管4

根,多为使用保养不当所致.运行表明一般只要正

确使用操作,其寿命会相当长,完全能满足各维修

间隔期任务要求,说明俄增压锅炉设计制造技术已

相当成熟.最具有代表性的KBF一3型增压锅炉原

理图如图1所示.

KBF一3型增压锅炉是具有自然水循环,四筒

立式,燃烧设备两端布置,单烟道,增压燃烧蒸汽

锅炉.锅炉内部布置有立式过热器和卧式经济器及

烟气净化器.蒸汽发生器由一个循环回路组成,用

于产生饱和蒸汽.循环回路由汽筒,上升管（水

冷壁,若干列对流蒸发管束）,下降管（多列）和

水筒组成.过热器布置在蒸汽发生器之后,用于将

饱和蒸汽进一步加热形成过热蒸汽.过热器由上

筒,下筒和若干列管束组成.属于后置式过热器,

共有3个流程,即管内蒸汽与管外高温烟气共进行

3次热交换.第一流程管子上端与汽筒胀接,通过

7个导汽盒将饱和蒸汽从汽筒引至过热器第一流

程.再经第二,三流程与烟气换热后,通过下筒主

停汽阀送至主辅汽轮机.经济器布置在过热器后

面,用于加热给水,降低排烟温度,提高锅炉热效

率.从工作可靠性考虑采用非沸腾式结构,出口水

温低于汽筒内工质饱和温度40～70℃.由分配集

箱（布置在下部）,收集集箱（布置在上部）和

18组并联成对的蛇形管组成,上下10列.烟气净

作者简介:

牛克华（1955一）,男,山东平邑人,硕士,海军装备技术研究所所长,长期从事海军装备管理,装备科研管理

和装备保障技术研究.

?

17?

2007年第5期中国修船第20卷

化器安装在经济器上面,用于保护涡轮增压机组的

燃气轮叶片避受烟气中固体颗粒的损伤.锅炉壳体

被做成密实双层耐压的壳体,为方便维护其上开有

若干人孔.

2增压锅炉工作原理

在KBF一3型增压锅炉前后墙上各安装有3套

大容量蒸汽雾化燃烧设备,燃料燃烧所需要的空气

由涡轮增压机组的压气机（轴流式,8级）供给,

压气机由利用烟气余热做功的燃气轮机（轴流式,

单级）驱动.为了满足增压锅炉点火,低负荷时

燃气轮机功率不足以及升负荷要求,增压机组上安

装有补充蒸汽轮机.空气从压气机排出进入空气夹

层内,通过配风器进入锅炉炉膛与从喷油器雾化的

燃油混合,保证了重油高质量的燃烧.燃烧产物依

次在炉膛和烟气通道中把热量传给各受热面.从经

济器出来的烟气进入净化器净化,在除去固体颗粒

后进人燃气轮机膨胀做功,最后废烟气从烟囱排到

大气.

给水由汽轮给水机组的给水泵增压后送至经济

器加热,从经济器出来的热水（210℃）经连通管

被送到汽筒内的给水导管,后进入不受热下降管,

然后到水筒,由于上升管吸收热量管内水受热后产

生蒸汽,汽水混合物往上运动,饱和蒸汽在汽筒内

分离后经7个导汽盒进到过热器,在过热器内进一

步加热提高温度,蒸汽压力近似不变（忽略阻

力）,最终过热蒸汽经停汽阀被送往主辅汽轮机.

燃气轮机所发出的功率取决于大气温度和锅炉

负荷.锅炉低负荷时,烟气量不够,燃气轮机发出

功率不足,不能单独驱动压气机,需要蒸汽轮机补

充功率（横坐标上部）;锅炉高负荷时,燃气轮机

发出功率过剩,多余的功率将被废弃掉（横坐标

下部）.通常在舰船增压主锅炉中,在75%锅炉额

定负荷下压气机与燃气轮机达到功率平衡,如图1

所示的（B/B.）ph点.当然让增压锅炉工作在平衡

点附近对锅炉来讲应该是最经济的.平衡点究竟取

多大最终以整个动力装置经济性综合考虑,这个问

题也正是许多学者关注和研究的课题之一.

20o

100

翥0

100

20o

.

///\\\/|（8/8

.\/

.\’

注:

△Ⅳ,B.）.

B/B0

图1燃气轮机功率与锅炉相对负荷关系

锅炉控制完全是自动化且具有良好的动态特

性.能在50S内使锅炉负荷从5t/h加载到100t/

h,反之,只需要30S.同时锅炉的其它参数均保

持在允许偏差范围内,报警和保护系统均不会产生

动作.

3增压锅炉在舰船上的应用

从1961年起至今,已先后建造300多台燃烧

重油的增压主锅炉.随着运行和制造经验的积累,

俄罗斯对增压锅炉进行了不断改进和完善.已设计

改进了10多种型号的增压锅炉,如表1所示.

表1比较典型的增压锅炉性能参数

增压锅炉型号锅炉特性参数单位

KBH95/64KBH98/64KBr一3KBr一4

蒸发量t/h959810o115

汽包内的压力MPa6.46.56.66.6

过热蒸汽温度℃470±10470±10470±10470±10

烟气一空气阻力kPa（mmH20）29（2900）35.8（3580）33（3300）42f4200）

废气温度℃510530520485

锅炉热效率%8282.58284

喷油器前的燃油压力MPa3.23.21.82.3

用于雾化燃油的喷射蒸汽流量kg/h90909090

喷油器数量6666

单个喷油器喷油量kg/h125012501600180o

重油耗量kg/h7500750o86609950

干锅炉质量t353637.550.5

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18?

2007年第5期牛克华:

增压锅炉在舰船上的应用与发展第20卷

续表1比较典型的增压锅炉性能参数

增压锅炉型号锅炉特性参数单位

KBH95/64KBH98/64KBr一3KBr一4

装水达到工作水位的质量t383940,755.5

炉膛热应力kJ/（m?

h）59.5X1059.5X1059.5X1048.2X10

炉膛单位容积热负荷MW/m17.513.5

上世纪90年代,俄罗斯特种锅炉制造设计局

对现有增压锅炉进行改进.其目的是使安装在现代

舰船上的增压锅炉蒸汽参数明显改进,以便提高锅

炉热效率,从而提高整个动力装置的经济性和可靠

性.比较有代表性的是及KBF一6及KBF一6M型

增压锅炉.主要措施:

①在较大负荷变化时能提供

恒定温度的过热蒸汽;②改善蒸汽初始参数;③提

高锅炉热效率.KBF一3,KBF一6和KBF一6M型

锅炉性能参数比较如表2.

表23种型号的增压锅炉的性能参数比较

增压锅炉型号及数据锅炉特性参数单位

KBr一3KBr一6KBr一6M

负荷%10020100201oo20

蒸发量h100201oo2010020

主停汽阀后蒸汽压力MPa5.983.445.983.445.983.44

主停汽阀后蒸汽温度℃47035047042O470485

烟气一空气阻力kPa32.33.932.43.936.14.9

排烟温度℃520240515226525270

锅炉热效率%82898290.58288.2

空气过余系数1.151.241.151.241.151.24

重油耗量kg/h86601530870o15478700160o

炉膛单位容积热负荷MW/m17.53.616.62.8215.82.7

干锅炉质量t37.53..538

单位质量金属耗量kg/kg0.3750.375O.38

4增压锅炉的展望

现代蒸汽动力装置拥有高可靠性,高生命力,

长寿命,可以接受的重量体积,对燃油品质的要求

低等优良指标,而在经济性方面则明显逊于燃烧高

品质燃料的其它型式的动力装置.因此,进一步完

善舰船蒸汽动力装置的主要方针首先是提高其经济

性.同时应当改进动力装置的其它性能,诸如可靠

性,隐蔽性,机动性等等.

由于舰船锅炉能够使用劣质燃油,蒸汽动力装

置本身还有进一步完善的潜力.当今,由于能源危

机,燃油价格的不断飚升,用于燃油消耗费用极大

地增加.因此,动力专家们更加注意提高舰船蒸汽

锅炉经济性问题.解决这一问题的途径之一就是使

用高参数蒸汽.例如:

蒸汽参数P=13MPa,t

=

603℃.也可以通过改善燃烧和强化传热等措施

进行.

具有对流换热式蒸汽过热器的自然循环锅炉存

在着负荷降低时,过热蒸汽的温度降低很多的问

题.

这样就会减小低速时的循环热效率,从而降低

了整个动力装置的效率.因为舰船大部分时间是以

中低航速航行,这种情况就变得特别重要.此外,

直流增压锅炉的质量一体积特性本质上优于自然循

环增压锅炉,因为在直流增压锅炉中没有笨重的锅

筒和炉膛砖衬,水冷度接近于1,所以直流增压锅

炉具有更好的机动特性和发展前景.

应当指出,直流增压锅炉的制造还存在一些技

术问题.①由于大的热膨胀和热波动导致蒸发管壁

过热;②锅炉工作时自动调节的难度大;③水质要

求特别高.但是,它的主要优点在于能够保持所有

负荷具有稳定的过热蒸汽温度,可以将动力装置在

中速时的效率提高5%～10%.

5结束语

综上所述,带涡轮增压机组的舰船主锅炉具有

尺寸与重量小,热效率高,工作可靠性好,寿命

长,自动化程度高,良好的可维修性和动态特性,

是应用于大型舰船蒸汽动力装置中的理想主锅炉.

收稿日期:

2007—04

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