[科普中国]-辅锅炉

辅锅炉组成

辅锅炉由燃油锅炉和燃油废气组合锅炉组成2。

燃油锅炉燃油锅炉就是通过燃烧燃油(重柴油,重油或渣油)的化学能转化为热能,使锅炉的水变成水蒸汽的设备。目前油轮上使用较多的有燃油锅炉有:立式直水管锅炉、D型水管锅炉和立式横烟管锅炉。燃油锅炉采用的是立式直水管锅炉。水管锅炉的受热面内流动的是水或汽水混合物,而管外流动的是高温烟气。水管中充满炉水,烟气在各管之间横向流过,传热效果好。点火喷油器和点火器位于炉膛上方,供入的燃油和空气下在炉膛混合燃烧,使炉膛中的燃烧过程进行得更加完善,整个炉膛的热负荷更趋均匀,不会产生局部过热的现象,水管受热面的周围外壁上设有清理门,清垢方便,所以对水质要求也并不高。

锅炉上面的蒸发区将饱和水加热成饱和蒸汽,即饱和蒸汽与饱和水并存的情况。给水从上升管进入汽包后,通过炉膛加热使汽包中的水加热为饱和水,再使饱和水加热成为饱和蒸汽。另一部分则与汽包中的饱和水混合后进入下降管。

废气锅炉废气锅炉是船舶在航行时,用以吸收柴油机排气余热而产生的蒸汽设备。它通常只能产饱和蒸汽,蒸汽蒸发量大小取决于柴油机负荷和排气参数。废气锅炉受热面积的大小是其主要技术指标。废气锅炉应用虽然可以节约燃油,并起到一定的柴油排气消音作用,但也会使柴油机排气背压增高,引起柴油机功率下降,所以选用的的废气锅炉,不应超过柴油机背压提高允许值。

锅炉在船舶动力装置中的作用在蒸汽轮机动力装置的船舶上：锅炉产生的高温高压过热蒸汽用驱动主蒸汽机，以推动船舶前进，这种锅炉称为主锅炉3。

在柴油机动力装置的船舶上：锅炉产生的饱和蒸汽仅用于驱动蒸汽机、加热燃油、滑油及满足日常生活的需要，这种锅炉称为辅锅炉。

在柴油机干货船上：一般装设一台压力为0.5—1.0MPa，产生饱和蒸汽的辅锅炉，蒸发量为0.4～2.5T/h

在柴油机油船上：因为加热货油、驱动汽轮货油泵等蒸汽等蒸汽辅以及洗货油舱等需要大量蒸汽，所以一般都装设两台辅锅炉，蒸发量常在20T/h上．

在大型柴油机客轮上：一般也装设两台辅锅炉以满足日常生活所需的大量蒸汽，且可以防止—台损坏时，影响船员和旅客的日常生活．

锅炉主要性能指标锅炉的主要性能指标有4：蒸发量、蒸汽参数、锅炉效率，受热面积及蒸发量，炉膛容积热负荷等．

选择燃油锅炉的依据主要是蒸发量和蒸汽参数；

选择废气锅炉的依据则是受热面积和蒸汽工作压力。

1.蒸发量(产汽量)

在设计状态下，锅炉每小时产生韵蒸汽量称为蒸发量，D表示，kg/h或t/h。

2．蒸汽参数

供应饱和蒸汽时，蒸汽参数用蒸汽的工作压力，单位为MPa；

供应过热蒸汽时，用蒸汽工作压力和蒸汽温度来表示；

锅炉一般标注名义工作压力，使用的工作压力范围上限可稍超过它，但不应超过锅炉的最大许用工作压力(设计压力)．

辅锅炉控制的特点机舱中辅助设备的自动控制，是实现“无人值班”机舱的必要条件之一。船舶辅锅炉是船舶动力装置的重要组成部分。为了提高机舱的自动化程度，辅锅炉的全自动控制是必不可少的。对于小型辅锅炉，由于产生的蒸汽主要供主机暖缸、加热燃油以及日常生活用，故对蒸汽参数的稳定性要求不高，一般采用双位控制或比例调节，允许蒸汽压力在设定范围内波动，实现有差调节。对于大容量的油轮辅锅炉，因为加热货油、驱动货油泵、锅炉给水泵等蒸汽辅机以及洗舱的需要，多采用比例——积分环节，使蒸汽压力基本稳定在设定值，实现无差调节。
作为过程控制的一个典型，辅锅炉的控制具有以下特点5：

（1）锅炉控制的动态特性具有大惯性大延时的特点，而且伴有非线性。

（2）控制过程属于慢过程、参数控制。由于控制过程具有大惯性大延时的特点，因而决定了锅炉控制过程是一个慢过程。

（3）定值控制是锅炉控制的一种主要形式。在锅炉控制系统中，其给定值是恒定的或保持在很小的范围内变化，控制的主要目的是在于如何减小或消除外界干扰对被控制量的影响。
船用辅锅炉的控制一般分为燃烧器管理和燃烧过程的负荷控制。锅炉燃烧器管理系统是指按程序执行锅炉的起动和停炉，任一动作未完成前系统都决不会执行下一步。若某一步动作的完成超过了预先设定的时间，系统将自动复位并发出报警。燃烧过程的负荷控制是指监控和安全保护，对系统一切可能发生的非正常运行予以监视，当发生风机失灵、点火失败、中途熄火、危险低水位、危险高汽压等重要故障时，应实施停炉并进行声光报警。对工作油泵、水泵电机过电流故障，应采取启动相应备用泵等措施。对非重要故障（如高水位、高油温）则只发出声光报警。

辅锅炉自动控制的原则和要求辅锅炉系统的控制原则是确保其运行经济性、降低能耗和维修费用，整个系统的控制可分为三个部分，即燃烧程序控制、燃烧自动控制和给水自动控制4。
燃烧程序控制系统控制与燃烧器点火、熄火有关的一整套程序，包括点火前油泵和风机的起动、预扫风和风油门控制、点火过程、熄火后的后扫气以及在多燃烧器系统中根据负荷变化自动调节燃烧器工作数量，还有对点火失败、缺水、炉前风压低等非正常情况的报警及自动保护措施。这一系统基本上属于对开关量的顺序逻辑控制，虽然控制过程复杂，可靠性要求高，但输入/输出（I/O）点不多，很适合用仅有开关量功能的低档PLC控制。

根据负荷变化，对燃烧工况的自动调节，目的在于控制锅炉的供汽压力和温度，使其稳定在给定值以满足设备的需要。同时调节给油量和进风量的比例，保持合适的过量空气从而使燃油充分燃烧，达到安全和省油的目的。在主锅炉或大型油、客轮的辅锅炉控制中，此系统的主要被控量是模拟量，应采用具有多个模拟量PID调节回路功能的中档PLC。

由于对小型船用辅锅炉的蒸汽品质要求不高，可采用双位调节（即高压停炉，低压起动），或采用单调节器的简单比例调节，或用分档方式将连续的汽压信号变成开关量，实现近似的连续闭环调节。最后这种方式很适合于用低价的开关量PLC完成这一调节功能，同样可达到较高的调节质量，并可与前述的燃烧程序控制系统使用同一个小型或超小型PLC。
同样，给水自动调节系统亦可根据锅炉性能及大小、控制质量要求分别采用双位调节或单冲量、双冲量以至三冲量连续调节。用具有模拟量控制功能的PLC实现双冲量或三冲量的调节都很方便而无须增添新的控制单元，因而较容易实现高质量的给水控制，而一般辅锅炉则多采用双位调节方式，可与前两个系统共用一个小型或更小型的PLC来实现。

辅锅炉的主要调节任务船舶辅锅炉设备根据生产负荷的需要，供应一定压力和温度的蒸汽，同时要保证在安全、经济的条件下运行。所以，其主要的调节任务有4

（1）锅炉供给负荷的蒸汽压力保持在一定范围内；

（2）锅炉汽包中的水位保持在一定范围内；

（3）炉膛负压保持在一定范围内；

（4）保持锅炉燃烧的经济性和安全运行。

辅锅炉自动控制的原理锅炉是船上最早实现自动控制的装置之一，其控制项目包括：水位自动控制、燃烧自动控制、锅炉点火及燃烧时序自动控制和自动安全保护3。

（1）水位自动控制的目的是保持锅炉的正常水位，即控制给水泵的起停或给水阀的开度，从而控制给水量与锅炉的蒸发量相当，以适应锅炉负荷的变化。

在蒸发量较小、蒸汽压力较低的辅锅炉中，大多数采用双位水位自动控制，即当锅炉水位达到水位下限时，自动起动给水泵向锅炉供水；当水位达到上限水位时，自动停止给水泵的工作。因此，这种锅炉工作时水位在一定范围内波动而不会稳定在某一给定值上。

在大型的油轮上，辅锅炉的蒸发量一般很大，汽压较高，它要求水位稳定在给定值上。所以，控制给水一般通过改变调节阀的开度来实现，即根据水位的偏差信号来控制给水阀的开度，从而使给水量适合蒸汽流量的变化。

（2）在燃烧自动控制系统中，被控量是锅炉的蒸汽压力，在单冲量控制系统中，控制器根据汽压的高低自动改变进入炉膛的燃油量和送风量，维持锅炉汽压恒定或在允许范围内波动，并维持一定的风油比，以保证获得较高的经济效益。

对于货轮辅锅炉，燃烧控制系统要求简单、可靠，而且对锅炉的经济性要求不是很严格，因此大多数采用双位控制。在油轮辅锅炉中，要求汽压稳定，同时对锅炉的经济性要求也比较高，这就要求控制系统在不同的负荷下保证一个最佳的风油比，所以通常采用比例积分控制或更好的控制算法。油轮的燃烧自动控制系统通常由两个回路组成。其中一个回路根据汽压的偏差信号经比例积分的蒸汽压力调节器来控制燃油调节阀的开度，即改变向炉膛的喷油量。喷油量的改变必须同时改变送风量，所以另一回路就是根据燃油量的多少来改变送风量，以达到最佳的风油比，从而获得较高的经济效益。
（3）辅锅炉点火及燃烧时序控制是指给锅炉一个起动信号后，按时序的先后进行预扫风、预点火、喷油点火，点火成功后对锅炉进行预热，接着转入正常燃烧的负荷控制阶段，同时对锅炉进行一系列的安全保护。一般情况下，辅锅炉的点火及燃烧时序控制包括以下步骤：
起动前的准备：检查是否具备启动条件。比如手动燃油速闭阀是否打开；燃油阀是否关闭；锅炉水位是否正常：燃油压力和温度是否在正常的范围内。

（1）预扫风6：为了防止锅炉内残余的油气在点火时发生冷爆，在点火前应进行预扫风。此时应起动风机和燃油泵，使燃油在锅炉外打循环，将风门开到最大，以大量风吹去残余油气。预扫风时间根据锅炉的结构形式不同而异，一般在20~60s之间。

（2）点火：预扫风完毕后，打开辅电磁阀使点火油头投入工作，同时打开点火变压器，点燃从点火油头喷出的轻油，然后点燃工作油头。

（3）预热：点火成功后，进入预热阶段，此时燃油控制应处于手动控制，使锅炉缓慢的加热至一定的压力后，将燃油控制转为自动控制，进入正常燃烧阶段，此时，控制系统根据锅炉的负荷调整喷入炉膛的燃油量或改变油头投入燃烧的数目。

（4）锅炉自动化系统的另一个重要任务是对锅炉进行自动保护。自动保护包括：安全保护和自动连锁。对于全自动化的锅炉为达到锅炉安全、可靠的运行和无人管理的目的，当锅炉在点火、升汽以及正常运行的过程中产生异常情况，声光报警，这就是安全保护的任务，锅炉的安全保护一般包括极低水位自动保护、蒸汽压力过高自动保护、异常熄火自动保护、油压过低自动保护、油温过高/过低自动保护和低风压自动保护等。自动连锁是指当某些特定的条件成立后，才能对一些设备进行操作，比如只有当风机运转建立风压以后，才允许开动燃油泵和开起燃油电磁阀。

锅炉的运行管理冷态点火前的准备长时间停炉后或大修后的点火称为冷态点火1。

(1)整体检查。

(2)上水前检查水质，加入水处理药剂。水温和汽包壁面温差不宜超过60oC(最高90oC)。

(3)上水时，先、后使用两套给水系统。烟管锅炉上水至水位计的高水位；水管锅炉上水至水位计的低水位。

(4)上水时检查水位计。

点火升汽(1)检查油柜油量和油温，放残；停汽阀关紧后开1/4圈，防止受热咬死。

(2)点火前，预扫风5min以上。点火失败再次点火时仍要进行预扫风至少3min。多次点火失败时，应查明原因排除故障后再点火。万一发生爆炸回火，应立即关闭燃油速闭阀(机旁的)并停油泵，以防造成火灾。

(3) “手动控制[MANual Control]” 点火，正常运行后改“自动[AUTO Control]” 。

点火后的工作(1)点火成功后检查燃烧(初期冒黑烟正常)。

(2)空气阀冒汽后关闭。

(3)汽压