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武汉理工大学轮机工程系第三节船舶辅锅炉的燃油设备及系统一、燃油在锅炉中的燃烧情况1．燃油燃烧的特点燃油的沸点低于它的燃点．所以实际上燃烧的不是液态的“油”，而是‘油气”。燃油燃烧的实质是油气与空气混合后所形成的可燃气的一种剧烈的氧化过程。因此油在炉内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抽气氧化速度。(1)油滴蒸发速度油的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。(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。为提高油气与空气相互间的扩散速度，就需提高助燃空气的速度，井增加空气流的扰动，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。(3)油气氧化速度环境温度越高，氧化速度越快．因此，炉膛内烟气温度越高，燃烧就越剧烈，当炉膛内烟气温度较低时，燃烧进行得就比较缓慢，甚至不能保证稳定燃烧而熄火．所以要求锅炉在低负荷时，炉膛出口的烟气温度不低于1000℃．武汉理工大学轮机工程系2．空气过剩系数1Kg燃油完全燃烧时所需的理论空气量用m3／kg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：武汉理工大学轮机工程系实际燃油在炉膛进行燃烧反应时，由于燃油与空气混合不均匀，空气中的氧分子不可能都有机会与燃油中的可燃成分相接触，因此就会有部分可燃成分没有机会进行燃烧反应而造成热量损失。为了使燃油完全燃烧就要向炉膛内多送人一部分空气，使燃烧在有多余氧的情况下进行.1Kg燃油燃烧所用的实际空气量Vk与所需的理论空气量Vq之比称为空气过剩系数，用a表示，即•空气过剩系数是保持锅炉经济运行的重要指标。•空气过剩系数越大，风机的耗能量越大，锅炉的排烟损失也越大，但空气过剩系数太小，则锅炉的不完全燃烧损失又可能太大。•燃油锅炉合适的空气过剩系数一般为1.05－1.2。武汉理工大学轮机工程系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。武汉理工大学轮机工程系空气经配风器进入炉膛，它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)，它的作用是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，其作用主要是供给燃烧所需的大部分空气。武汉理工大学轮机工程系4、保证燃烧质量的主要因素要使燃油在炉内燃烧得好主要取决于以下因素：(1)油的雾化质量良好：油滴雾化得越细，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：一次风量约占总风量的10％～30％、风速在10～40m／s为宜．太少则油雾在着火前就会在高温缺氧条件下裂解，产生大量碳黑，烟囱冒黑烟，太多又会因火炬根部风速过高而着火困难，甚至将火炬吹灭．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。(3)油雾和空气混合均匀：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，太低又不能保证足够高的炉膛烟气温度，也不利于完全燃烧。武汉理工大学轮机工程系二、燃烧器燃烧器主要由喷油器、配风器及点火器等部件组成．1．喷油器燃油是通过喷油器(俗称油枪或油头)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。武汉理工大学轮机工程系对喷油器的要求：(1)有较大的调节幅度(即最大喷油量与最小喷油量之比)，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．油雾中油滴大小是不均匀的，用油滴的平均直径作为衡量油滴大小(即雾化粒度)的指标．从有利于燃烧出发，希望直径为50um(3)油雾的分布要有一个适当的雾化角，以适合配风器的要求．(4)油雾流的流量密度分布也要合适．(5)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。武汉理工大学轮机工程系常用的喷油器有以下几种：(1)压力式喷油器(2)回油式喷油器(3)蒸汽喷射式喷油器(4)旋杯式喷油器武汉理工大学轮机工程系(1)压力式喷油器原理演示武汉理工大学轮机工程系(1)油压。喷油器前的油压越高，则油的喷出速度越快，紊流脉动越强烈，雾化质量就越好。但油压超过2MPa以后，雾化质量的改善并不明显，耗能却增加，因此一般船用燃油锅炉燃油系统的最高压力多不超过2～3MPa．要保证良好雾化的最低油压是0.7MPa左右．(2)喷孔直径。喷孔直径越小，形成的油膜越薄，则雾化质量越好．故每个喷嘴的喷油量不宜过大。(3)油流旋转的强烈程度。在旋涡室旋转越强烈，喷孔处气体旋涡的直径就越大，形成的油膜也越薄，同时油流中的紊流脉动也越强烈，因而有利于雾化。(4)油的粘度。油的粘度越小，油流分子间的摩擦力越小，则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。一般要求雾化前燃油的的粘度不高于雷氏粘度R．W．No．1(38℃)70s(约相当于16mm2／s)，而最佳粘度为R．W．No．1(38℃)60s左右(约相当于13mm2／s)。因此，R.W．No.1为100s的柴油约加热至55-60℃，R．W．No.l为1500s的中间燃料应加热至105~110℃，R．W．N01为3500s的重油需加热至115～120℃。武汉理工大学轮机工程系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．•一台锅炉常配备有不同规格的雾化片，喷孔直径从0.5～1.2mm分为几档，可根据燃油品种和锅炉所采用的蒸发量选用．•雾化片基本特性用标在其上的型号来表示。例如25--60号雾化片表示其喷油量为25kg／h，雾化角为60°。•为了防止在油压不足时喷油雾化不良，新式的压力式喷油器带有喷油阀，结构如图所示。弹簧6与阀4保证最低的喷油压力。AQpQ武汉理工大学轮机工程系压力式喷油器喷油量的调节三种方法:1）改变喷油压力；2）变换使用喷孔直径不同的喷嘴(或喷油器)；3）改变投入工作的喷嘴(或喷油器)数目。•用改变油压的方法来调节油量，喷油量与油压的平方根成正比，当喷油量降到1/2时，油压必须降到1／4；•而喷油器的油压最高为2～3MPa，最低为0.7MPa；•用改变油压的方法来调节油量时，其调节幅度很少超过2，不能适应锅炉负荷的变化幅度(10％～100％)，燃烧器起停会较频繁．后两种方法必须采用多喷嘴喷油器或设多个喷油器．它们都属于有级调节。武汉理工大学轮机工程系(2)回油式喷油器回油式喷油器是在压力式喷油器的基础进行改进的．其结构如图所示．回油式喷油器的雾化原理也和压力式喷油器相同．随着回油阀开度的改变，回油压力变化，回油量和喷油量随之改变．但是因进油量几乎不变，油在切向槽内的速度也不变，所以，喷油量虽然变了，但油的旋转速度不变，故油的雾化质量仍然不变．这样其调节幅度就可以达到30～50％。喷油演示武汉理工大学轮机工程系武汉理工大学轮机工程系(3)蒸汽式喷油器特点：雾化质量较好，平均雾化粒度可达50um；喷油量改变时，雾化角不变，可保持较好的雾化质量；调节幅度可达10%以上；（单个喷油器最大喷油量可达10t／h，船舶锅炉通常所用的为1～1．5t／h．耗汽量低，一般仅为0.01～0.03kg/kg．）缺点是噪声较大。武汉理工大学轮机工程系(4)旋杯式喷油器图示为旋杯式喷油器。主要部分是油杯2和雾化风机3。油杯和风机由同一电动机通过传动皮带5和离心中央传动轴1带动，转速为6000r／min。油从供油软管7进入，经空心轴流人油杯，油压为0.07～0.15MPa．由于油杯以高速旋转，燃油在油杯的锥形内壁形成一层均匀的油膜，当油流至杯缘时，依靠离心力向四周甩出形成空心圆锥形油膜；同时沿油杯外壁经缝隙12吹出的60～80m／s高速气流(一次风)将油膜粉碎为油雾．一次风约占燃烧所需空气量的1／10，绝大部分空气由另外的风机从油杯周围的二次风口14送入．二次风量由调节门15调节。武汉理工大学轮机工程系旋杯式喷油器在我国远洋船舶的辅锅炉中很常见；优点；调节方便(只需改变进油量)，调节幅度大(可达10:1)，尤其在低负荷时，油杯内油膜变薄，雾化更好，油的流动不通过喷孔之类狭窄流道，因此对油的过滤要求不高：适用劣质燃油，即使燃油温度仅为30一40℃同样可得到良好的雾化效果，所需油压也低。其缺点是结构比较复杂，价格较高．武汉理工大学轮机工程系2．配风器配风器的作用是分配一次风和二次风的风量，创造条件使助燃空气与油雾充分混合，促使油雾迅速气化和受热分解，以利于稳定和充分的燃烧．配风器具备下述能力：(1)在燃烧器前方产生一个适当的回流区，以保证及时着火和火焰稳定．回流区与喷油器出口应保持合适的距离．太近则着火前沿会伸展到喷油器头部。(2)油雾在燃烧器出口与空气的早期混合必须良好。离燃烧器出口约1m以内是燃烧燃油最多的地方，会造成较大的不完全燃烧损失。(3)要有足够大的风逮，使燃烧后期也有良好的混合作用武汉理工大学轮机工程系2．配风器配风器的作用是分配一次风和二次风的风量，创造条件使助燃空气与油雾充分混合，促使油雾迅速气化和受热分解，以利于稳定和充分的燃烧．配风器除了能调节风量和分配外，还应具备下述能力；(1)在燃烧器前方产生一个适当的回流区，以保证及时着火和火焰稳定．(2)油雾在燃烧器出口与空气的早期混合必须良好(3)要有足够大的风逮，使燃烧后期也有良好的混合作用。武汉理工大学轮机工程系配风器配风器的类型根据二次风旋转与否分为两种类型（即旋流式和平流式）(1)旋流式配风器(2)平流式配风器武汉理工大学轮机工程系配风器武汉理工大学轮机工程系3．电点火器电点火器是一个电火花发生器。由两根耐热铬镁金属丝电极组成，两极端部离开一定距离(3．5～4mm)，通入5000～1000V的高压电时，间隙处便产生电火花。电压越高或铬镁丝直径越细，则两极间的距离越大。在开始喷油的同时，使电点火器10通电，电火花即能将油点燃。电点火器所用高压电由点火变压器供给。电点火器顶端发火部分伸至喷油器前方稍偏一些(约2～4mm)，并注意防止油雾喷到点火电极上，同时也应防止电火花跳到喷油器和挡风罩上。除了喷油器，配风器、电点火器之外，自动化的燃烧器还设有火焰感受器(光电元件)5，另外通常还设有看火孔(可兼作人工点火孔)6。武汉理工大学轮机工程系三、燃烧器使用管理要点1、安装燃烧器时应使喷油器中心线与喷火口轴线一致．2、喷油器可能发生漏油现象，这可以从炉膛底部积油生成的量来判断．3、喷孔结焦可从燃烧火炬不对称或其中有黑色条纹来发现。4、雾化片使用一段时间后(一般500h以上)会磨损．应拆下喷油器，在专门的试验台上检查其喷油量、雾化角和喷出的油雾圆锥有否变形。喷油量超过额定值约10％时，应将雾化片更换或研磨减薄，减少其切向槽的深度，使喷油量减少．若各槽磨损不均匀(会使喷出的油雾圆锥形状歪斜)或雾化片磨损严重时，应予更换．武汉理工大学轮机工程系四、燃油系统燃油系统原理演示武汉理工大学轮机工程系五、燃烧方面常见故障1．运行中突然熄火(汽压未到上限)可能原因是：(1)日用油柜燃油用完，(2)油路被切断，例如燃油电磁阀因线圈损坏而关闭：(3)燃油中有水，(4)自动保护起作用(如危险水位、低油压、低风压或火焰感受器失灵等)．2．点不着火点不着火除上述原因外，还可能是：(1)风量过大，(2)喷油器堵塞，(3)电点火器发生故障(点火电极与点火变压器接触不良、点火电极表面被结碳所沾污、点火电极间距离不当、点火电极与燃烧器端部位置不当、点火变压器损坏)．武汉理工大学轮机工程系3．炉膛内燃气爆炸炉膛内燃气爆