热能动力工程

2000　Vol.15　No.1　　Ｐ.41-42

船用主锅炉的改进设计
陈庆龙
1　我国船用主锅炉简况
　　我国从前苏联引进的船用主锅炉主要有三种型号，它们的主要参数见表1。
表1　从前苏联引进的船用主锅炉基本参数
炉　　型
　
KBΓ-25
KB-57
KB-76
蒸发量(额定)
/t.h-1
25
52.8
72.7
锅筒压力
/MPa
4.5
2.8
6.4
过热蒸汽温度
/℃
470
280
430
锅炉效率
/%
91
72
74
　　从上表可以看出，这三型船用主锅炉，特别是KB-57和KB-76，过热蒸汽温度低，锅炉效率低，导致动力装置油耗率增加，以至于与同类型国外船用蒸汽动力装置相比，显得十分落后，更不能用说与蒸燃联合循环的动力装置相比较了。
　　在30多年的实践中，我们进行过许多改进设计，取得过不小成绩，其中之一是国产-D型船用主锅炉，其主要参数见表2。
表2　国产D型锅炉参数
额定蒸发
量/t/h
最大蒸发
量/t/h
锅筒压力
/MPa
过热蒸汽
温度/℃
锅　炉
效率/%
锅　筒
内径/m
14
21
3.4
425
88
1.2
　　从表2可看此型锅炉在3.4 MPa压力下有较高过热蒸汽温度，加之布置有合理适度的尾部受热面，锅炉效率是较高的。
　　由于种种原因，新型高参数、大容量、含自动化的船用主锅炉未能及早问世，使得我国船用主锅炉研制工作长时间落后于国民经济发展的需要。
2　改进设计的难点
2.1　KB-76船用主锅炉在当时被认为是船用主锅炉中的佼佼者，它重量轻、尺寸小、机动性高，因此在我国运行的台数最多，影响最大，围绕它进行的改进工作一直没有间断过。
2.2　KB-76结构简介
　　双锅筒自然循环水管锅炉见图1。

1.上锅筒　2.过热器联箱　3.过热器管束
4.经济器　5.汽水联箱
6.燃烧器　7.下锅筒　8.蒸发管束
图1　KB-76简图[051动力]
近似圆形的炉膛的前后墙各布置有10只机械雾化燃油燃烧器，设计用燃料为重油。
　　炉膛侧墙和烟道沿烟气流方向第1和第2管束以及第3烟道的一半均为蒸发管束，第3烟道的另一半为过热器管束，所以对第3管束和过热器管束所占烟道俗称为兼用烟道。经第三烟道(兼用烟道)烟气走向尾部受热面——经济器，然后进入烟囱。
2.3　改进设计的难点
2.3.1　过热蒸汽温度难以提高
　　按动力站对本锅炉进行的热态试验数据，在额定负荷下，过热蒸汽的温度仅为427 ℃，人们又从不期望将本锅炉在超负荷下长期运行，所以总希望能提高在额定负荷下的过热蒸汽温度，实际上收效甚微。主要原因是本锅炉过热器是设置在对流烟道中的，加之采用兼用烟道，使末段流程的烟气温度与过热蒸汽温度的温差偏小，从而制约了过热蒸汽温度的提高。
2.3.2　蒸发量难以增加本锅炉上锅筒内径仅为1 m，是比较小的，要保证蒸汽品质，主要是带水率合乎要求，难度很大，本人与有关方面在70年代曾对各海区船只进行过实船调查，认为在船上最难保证汽水分离条件的是：重力分离高度，其次是蒸发表面负荷均匀性；因此在现有尺寸下无望增加蒸发量而不恶化汽水品质。
　　如果改进设计对增加上锅筒内径，理论上可以增加蒸发量，实践上存在诸多难点：
　　——由于内径增加，在设计压力不变条件下锅筒壁厚增加，导致制造工艺(扌卷板、扩孔)难度加大，设计时布管难度也增加(管排间尺寸在内外径上距离差增大)。
　　——由于内径增加，锅炉本体重量尺寸指标大大增加，以致难以适应舱室布置要求。
2.3.3　锅炉效率难以提高
　　我们在改进设计时总是希望尽可能多布置一些尾部受热面，以提高锅炉热效率。
　　在燃油锅炉中，由于无需空气预热器而给水温度又受除氧器工作压力规定，加上尾部烟道特定空间有限，在这方面难以有所作为。
　　在中低负荷时，数目繁多的小型机械雾化燃烧器漏风严重，故提高燃烧效率往往也难以实现。
3　改进设计方案
3.1　设计方案简介
　　新设计方案拟以两台直流锅炉代替原锅炉，重量和尺寸暂不改变，争取减轻重量。见图2。

1-给水泵；2-经济器；3-分配联箱；
4-炉膛辐射受热面；
5-对流受热面；6-分离器；
7-蒸汽过热器。
图2　直流式锅炉的工作
原理图
　　主要指标：在额定负荷下蒸发量38 t/h(单台)；锅筒压力为6.4 MPa；过热蒸汽温度为470 ℃；锅炉效率为85%；燃用轻柴油；全自动化，远方操作。
3.2　设计依据
3.2.1　可靠性依据
　　直流锅炉在船上已有几十年运行经验，稳定可靠运行的唯一要求是确保负荷率在一定百分数上，以期保证水动力的可靠性，本设计点在不低50%负荷时安全可靠，这一点相当于原型炉的25%，这是易于做到的。在低于50%负荷时采取保护措施。
　　当代的热工保护装置也易于使非正常工况得到足够、及时的保护。
　　此外小型化也易于在陆地上逐一进行稳定试验，以使用户确信安全可靠。
3.2.2　设计准确性依据
　　在30多年改进设计历程中，我们积累了大量资料，尤其在1991年自行设计并成功运行的107 t/h燃油锅炉，使我们的设计手段致于成熟。与此同时，燃用轻柴油的经验也从此系统地得到积累。
　　可以肯定地说，我们的热力计算精确性是经得起热态峻工试验验证的。
3.3　新设计方案的前景
　　在走向船用直流锅炉的征途上以后，只要动力装置提出要求，原则上没有达不到的指标：高温、高压将易于达到，布置上将较为灵活，重量、尺寸指标将走向先进，伴随而来的将是装置性能的优化。■





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