1、第一节 船舶动力装置的组成、类型和发展一、船舶动力装置的组成现在的船舶动力装置主要由推进装置、辅助装置、管路系统、甲板机械、防污染设备和自动化设备等六部分组成。1推进装置推进装置是指发出一定功率、经传动设备和轴系带动螺旋桨，推动船舶并保证一定航速航行的设备。它是船舶动力装置中最重要的组成部分，包括：（1）主机。主机是指提供推动船舶航行动力的机械。如柴油机、汽轮机、燃气轮机等。（2）传动设备。传动设备的功用是隔开或接通主机传递给传动轴和推进器的功率；同时还可使后者达到减速、反向或减振的目的。其设备包括离合器、减速齿轮箱和联轴器等。（3）轴系。轴系是用来将主机的功率传递给推进器。它包括传动轴、轴承
2、和密封件等。（4）推进器。推进器是能量转换设备，它是将主机发出的能量转换成船舶推力的设备。它包括螺旋桨、喷水推进器、电磁推进器等。2辅助装置辅助装置是指提供除推进船舶运动所需能量以外，用以保证船舶航行和生活需要的其他各种能量的设备。主要包括：（1）船舶电站。（2）辅锅炉装置。（3）压缩空气系统。3管路系统管路系统是用来连接各种机械设备，并输送相关流体的管系。由各种阀件、管路、泵、滤器、热交换器等组成，它包括：（1）动力系统。为推进装置和辅助装置服务的管路系统。主要包括燃油系统、滑油系统、海淡水冷却系统、蒸汽系统和压缩空气系统等。（2）辅助系统。为船舶平衡、稳性、人员生活和安全服务的管路系统。主
3、要包括压载系统、舱底水系统、消防系统、日用海/ 淡水系统、通风系统、空调系统和冷藏系统等。4甲板机械为保证船舶航向、停泊、装卸货物所设置的机械设备。它主要包括：舵机、锚机、绞缆机、起货机、开/管舱盖机械、吊艇机及舷梯升降机等。5防污染设备用来处理船上的含油污水、生活污水、油泥及各种垃圾的设备。它包括油水分离装置（附设有排油监控设备）、生活污水处理装置及焚烧炉等。6自动化设备为改善船员工作条件、减轻劳动强度和维护工作量、提高工作效率以及减少人为操作失误所设置的设备。主要包括：遥控、自动调节、监控、报警和参数自动打印等设备。二、船舶动力装置的类型1蒸汽动力装置根据运动方式的不同，蒸汽动力装置有往复
4、式蒸汽机和汽轮机两种。汽轮机推进装置的优点：（1）由于汽轮机工作过程的连续性有利于采用高速工质和高转速的工作轮，因此单机功率比活塞式发动机大。（2）汽轮机叶轮转速稳定，无周期性扰动力，因此机组振动小、噪声低。（3）磨损部件少，工作可靠性大。（4）可使用劣质燃油，滑油消耗率也很低。汽轮机推进装置的缺点：（1）装置的总重量、尺寸大。（2）燃油消耗大，装置效率较低，额定经济性仅为柴油机装置的 1/2-2/3；在相同的燃油储备的情况下续航力降低。（3）机动性差，备车时间长。2燃气动力装置在燃气动力装置中，根据发动机运动方式的不同，有柴油机动力装置和燃气轮机动力装置两种。1）柴油机动力装置柴油机动力装置
5、具有如下优点：（1） 具有较高的经济性。（2） 重量轻。（3） 具有良好的机动性，操作简单、启动方便、正倒车迅速。柴油机动力装置也存在如下缺点：（1）由于柴油机的尺寸和重量按功率比例增长快，因此单机组功率受到限制。（2）工作时噪声和振动较大。（3）中、高速柴油机的运转部件磨损较严重。（4）传统的柴油机在低速时稳定性差，因此不能有较低的最低稳定转速，影响船舶的低速航行性能。另外，柴油机的过载能力也较差。2）燃气轮机动力装置燃气轮机动力装置有如下优点：（1） 单位功率的重量尺寸较小，机组功率也较大。（2） 良好的机动性，从冷态起动至全负荷时间仅需几分钟的时间。燃气轮机动力装置也有如下缺点：（1）燃
6、气轮机自身不能反转，如果作为主机，倒车时必须设置专门的变向设备。（2）必须借助于电机或其他起动机械起动。（3）由于燃气的高温作用，使叶片工作可靠性较差，寿命短。（4）由于燃气轮机工作时空气流量大，因此进、排气管道尺寸较大，舱内布置困难，甲班上有较大的管道通过切口，影响船体强度。（5）燃油消耗率较高。3核动力装置核动力装置是以原子核的裂变反应所产生的巨大能量，通过工质（蒸汽或燃气）推动汽轮机或燃气轮机工作的一种装置。核动力装置有如下优点：（1）核动力装置以少量的核燃料能释放出巨大的能量，这就可以保证船舶以较高的航速航行很远的距离。（2）核动力装置在限定的舱室空间内所能供给的能量，比一般其他型式的
7、动力装置要大很多。（3）核动力装置的最大特点是不消耗空气而获得能量，这就不需要进、排气装置。核动力装置的缺点：（1）核动力装置的重量、尺寸较大。（2）核动力装置的操纵管理、检查系统比较复杂。（3）核动力装置的造价昂贵。三、柴油机动力装置发展趋势及管理重心的变化1船舶动力装置发展的趋势1）柴油机动力装置继续占主导地位，并在不断发展（1）大型低速机向两极发展，即开发多缸、大缸径和少缸、小缸径的机型，以适应大型、超大型船舶和小型船舶。（2）大功率中速柴油机仍然是大型客船、滚装客船、滚装船的推进动力装置的首选。（3）船舶柴油机的控制技术向电子化、智能化方向发展。（4）双燃料发动机用于特种船舶推进装置的
8、前景可观。LNG 船的动力装置基本上是蒸汽轮机，蒸汽轮机输出功率大、排出废气少、维护量少、可靠性高，但是蒸汽轮机的热效率低、燃油消耗率高。近年来，各种替代方案应运而生，例如天然气燃油的双燃料二冲程和四冲程发动机的诞生等。与常规动力装置相比，双燃料发动机最大限度地利用了气体燃料，大大降低了燃油消耗（节约燃料 2030 ），同时，双燃料发动机的 NOX排放量只相当于普通柴油机的 1/10，,CO 2的排放也相当低。双燃料发动机是 LNG船主机的首选。目前主要机型有瓦锡兰公司生产的 Wartsila 的 DF 系列双燃料发动机、MAN B Pe主机有效功率，kW3）船舶主机日耗油量 Ge船舶主机日耗
9、油量是指主机在 24h 内的燃油消耗量4）船舶日耗油量 GD船舶日耗油量是指每 24h 全船主机、辅机、辅助锅炉的所消耗的燃油总量。5）船舶每海里燃油消耗率 gn船舶每海里燃油消耗量指船舶航行每海里所消耗的燃油总量，即gn= GT / vs = GTe+ GTg + GTb + GTo / vs t/n mileGT船舶每小时燃油消耗量，t/h；v s航速；G Te、G Tg、G Tb、G To分别表示主机、发电柴油机、燃油辅助锅炉及焚烧炉等其他耗油设备每小时的耗油量，Kg/h一般情况下 GTg、G Tb、G To与航速无关。主机每海里燃油消耗 gTe = Pe. ge/ vs kg/n mi
10、le gTe既与 ge有关又与 vs有关。这项经济指标与船舶营运管理水平和轮机管理水平密切相关。图 1-2 为主机燃料消耗率和每海里航程船舶燃料消耗量随船速变化的关系图。当船舶处于慢速航行时，虽然主机燃油消耗率 ge较高，但船舶每海里燃油消耗率 gn较低；随着船速的增加，虽然 ge有所降低，但 gn却明显增加。图中 gn的最小值所对应的航速称为节能航速。轮 机 概 论Introduction to Marine Engineering 第 二 章 船 舶 柴 油 机 动 力 装 置四 、经 济 航 速1.最 低 油 耗 率(ge )航 速- 主 机2.最 低 燃 油 费 用(gn) 航 速-
11、主 机 、发 电 柴 油 机 、锅 炉3.最 高 盈 利 航 速- 利 润 、折 旧 、周 转 费 、运 输 成 本ge=f(v)gn=f(v)gn最 小 ge最 小v, Knge, gnThe end of chapter图 1-2 燃料消耗随航速变化关系图ge燃油消耗率（红线）；g n每海里燃油消耗率（蓝线）6）船舶经济航速经济航速是指船舶营运时取得某种经济效果的航速，常用的经济航速有以下几种：节能航速、最低营运费用航速和最大盈利航速。（1）节能航速节能航速是指每小时燃油消耗量最低时的静水航速，它常由主机按推进特性运行时能维持正常工作的最低稳定转速所决定。营运船舶在实现减速航行时，主机所输
12、出的功率大大减少，其每海里燃油消耗率大幅度降低。但航速降低后，营运时间被延长，运输的周转量也少了，故当船舶须实现减速航行时，尚应结合企业的货源、运力及完成运输周转量的情况综合考虑后再决策。（2）最低营运费用航速船舶航行 1 天的费用，主要由其固定费用（折旧费、修理费、船员工资、港口驶费、管理费、利息、税金以及船舶停泊期间燃、润油费等）和船舶航行时燃、润油费用构成。最低营运费用航速是指船舶每航行 1n mile 上述固定费用及航行费用最低时的航速，可供船舶及其动力装置的性能评价及选型用。在满足完成运输周转量的前提下，船舶按最低营运费用航行，其成本费最省，但它并未考虑停港时间及营运收入的影响，故不
13、够全面。（3）最大盈利航速最大盈利航速是指指每天（或船舶在营运期间）能获得最大利益的航速。此航速的大小，往往与每海里（或公里）运费收入、停港天数及船舶每天付出的固定费用有关。一般在运费收入低、停港时间长、运距短、油价高的情况下，其最大盈利航速相对较小。第三节 船舶动力装置的可靠性一船舶的特殊性船舶动力装置的可靠性与船舶的特殊性密切相关。船舶的特殊性主要表现在：（1）船舶大部分时间在海上航行。（2）设备发生故障时，往往处于复杂的航区和严酷的气象条件，局部故障可能影响全局，甚至导致严重后果。（3）船舶动力装置的使用环境苛刻多变、运行时工作参数变化范围较大，随时能要船员进行操纵，有时还要求采取应急措
14、施，因此对船员要求较高。（4）船用机械特别是主机制造台数少，而且母型机的试验难以在陆地上充分进行。（5）主机型式更新换代速度较快。（6）机器部件和元件以及它们的质量和功能各异，所需知识面较广。（7）现场数据主要由船员整理和提供。二、可靠性在船舶动力装置中的应用船舶的特殊性，不仅体现出动力装置可靠性的重要性，而且也说明动力装置的可靠性是个复杂的课题。它既与各组成设备的可靠性、维修性有关，也涉及到参与管理的人的因素，因此它和人机工程学、劳动管理学、心理学等领域交错在一起，使问题难以解决。三、船舶各种机械的故障统计1动力装置中各种机械发生故障的比例在世界四大柴油机制造公司近几年的统计资料表明，在柴油
15、机船上，主机故障占总故障数的比例达到四成，主机是动力装置中最重要的，但也是可靠性最薄弱的环节。在主机发生故障的原因中，约一半是由于材料质量不良和机件污损，前者是制造阶段的原因，后者是使用阶段的原因。所以从设计者到管理者，对主机可靠性都要给予足够的重视。2柴油机部件的故障统计根据劳氏船级社、中国远洋运输总公司、日本相关机构等相关机构对船舶主机故障统计表明，低速柴油机发生故障最多的部件是活塞、气缸盖和十字头轴承。中速柴油机（包括柴油发电机）中曲轴及其轴承故障比较突出。这些部件应作为可靠性技术中的重点问题给予研究，在运行管理中也应格外注意。第四节 提高船舶动力装置可靠性的措施要保证和提高船舶动力装置
16、的可靠性，首先在设计时就应满足可靠性要求，然后，在制造和工艺方面尽可能达到设计时规定的可靠度。只有这样在使用中才能体现出转子是否可靠。显然船舶动力装置的可靠性问题贯穿于整个设计、制造和工艺阶段以及全部运转期间。因此，我们可以把影响动力装置可靠性的因素分为设计、制造工艺和管理三个方面。下面我们将着重从管理与维修保养方面探讨如何提高动力装置的可靠性。一、提高管理水平一个产品工作是否可靠，除决定于出厂质量外，使用管理维护的好坏对其可靠性也有决定性影响。因此，管理人员的业务水平，对于保证船舶的可靠性具有头等重要的意义。统计表明，许多故障是由于船员采取了不正确的措施和违反技术操作规程所导致的。随着船舶的
17、设备日趋复杂，对船员业务水平、熟练程度、操作技能、发现和排除故障等的能力要求越来越高，其完成任务的职责也在加强。业务水平高的船员，可以保证船舶技术设备的使用和维护的质量始终处于较好状态；能正确执行操作规程，充分做好设备起动前的准备工作，正确判断设备的技术状态和正确地确定负荷高低；还可以迅速发现和排除故障，用较短的时间完成维修工作。在拆装机械、更换零部件时，如果船员水平不高，则可能使部件遭受异常负荷和额外应力，从而导致故障次数增加。国内外的故障统计资料表明，人为故障所占比例越来越大。在人为原因造成的故障中，属于责任心不强（工作不仔细、检查不及时和违章操作）与属于管理水平低（保养维护不良、指挥命令
18、不当、判断错误、操作错误等）所引发的几乎各占一半，而且低职船员的人为事故所占比例高于高职船员。这些事实说明了提高船员管理水平的重要性和迫切性，并应从职业道德教育和业务水平提高两方面去努力。二、提高维修质量维修是恢复和保证产品可靠性的一个重要措施。为了使产品发生故障后能很快修好，除了要求有先进的维修手段、熟练的维修人员之外，产品本身也应该有良好的可维修性。可维修性包括易拆卸性、可达性、可还原性、通用性、互换性、适检性等，因此维修时应着重考虑以下几个方面。1对设备的维修要及时2在有条件的情况下，鼓励船员对设备进行自修3在厂修时要做好监修工作4做好备件的管理工作5要有防错措施6维修前应将维修时的方法
19、、步聚及可能发生的问题考虑周全三、充分利用技术管理指导性文件1利用这些技术资料制定操作规程遵守操作过程可以避免或减少误操作，减少事故和有利于延长设备使用寿命。2根据文件资料判断设备的实际技术状态主机的推进特性曲线和柴油发电机的负荷特性曲线，都是发动机实际工作状态好坏的衡量标准，依据它们可尽早发现故障的隐患，及时采取有效措施。3制定维修计划与标准依据技术文件制定出设备维护、维修计划及标准。利用这些计划及标准，对设备进行维修保养，可以使设备保持在最佳的技术状态。对复杂、重要、技术维护所用平均年劳动量高的设备，若采用事后维修则会造成较大的经济损失、可靠性损失（质量损失）和安全事故。因此，应该依靠平时
20、的检查和维修，使系统和设备始终保持在最佳状态，防止事故的发生，这就是预防性维修。为了做好这项工作，必须对作业的内容、时间，判断缺陷的方法和缺陷特征，应达到的标准等，按指导性文件的要求，结合设备的具体状态，进行周密计划并实施。4指导对设备的维修保养在对设备进行维修保养时，可根据相应的技术文件提供的技术参数、拆卸与安装的步骤、安全注意事项和检修操作注意事项等，对设备进行正确地维修保养，确保设备恢复到最佳的技术性能。四、做好可靠性数据的收集与管理可靠性数据的收集与管理是开展提高可靠性活动的基础工作和主要内容。通过对可靠性数据的收集、整理、分类、统计和分析，可达到两个目的：了解整个动力装置、装置中各种
21、机械设备和各种零部件的可靠性状况，为新型船舶的开发设计、对有关设备和部件的改进提供可靠的依据，促进造船事业的发展。通过故障发生的时间、产生原因、维护和管理工作量的统计分析，正确制定使用和维修的标准及规范，改进管理维修工作，提高管理水平。第五节 船舶动力装置的余热利用一 船舶动力装置的余热利用方案1船舶动力装置热平衡方程式柴油机船舶动力装置的动力设备主要是主柴油机、柴油发电机组和辅助锅炉等。它们都以液态燃料为能源。船舶航行工况所需要的总热量为Q=Qm +Qg+ Qb式中，分别为主机、柴油发电机组和辅助锅炉所消耗的热量，KJ/h。船舶动力装置热平衡方程式为/x+y+z=1式中，x= Qm/Q，y=
22、 Qg/Q，z= Qb/Q 分别为主机、柴油发电机组和辅助锅炉消耗热量的百分比。动力装置的能量平衡各成分的值 x，y，z 与船舶用途和动力装置的类型有关。在进行船舶动力装置设计时，必须考虑整个船舶的能量平衡和各个耗能设备的热平衡，以便找出能量综合利用的途径，决定所采用能量综合利用的装置和方案，从而提高动力装置能量平衡中有效利用热量的比例，以达到节约燃料的目的。2船舶动力装置余热利用方案根据柴油机的热平衡，能量转换的数值范围如下：转变为机械功的热为 3540 。排气带走的热为 27 50。冷却介质（缸套冷却水、增压空气冷却水、润滑油等）带走的热1530 。其他热损失（辐射热、摩擦损失热）28。余
23、热利用是提高船舶动力装置经济性的措施之一。废热利用的方法是按废热特点进行的。主机排气废热温度高，可利用的单位热量大；而冷却水的温度较低、量大，可利用的热量也不少。不同类型船舶的余热利用形式是很多的，几种余热利用装置的原理图：（1）用废气锅炉全部或部分代替辅助锅炉。（2）用废气锅炉全部代替辅助锅炉，且还可用废气涡轮发电机部分代替柴油机发电。（3）用废气锅炉产生的蒸汽驱动的汽轮发电机，全部或部分代替柴油机发电。（4）用废气锅炉产生的蒸汽驱动的汽轮发电机全部代替柴油机发电，并且废气锅炉还可以部分代替辅助锅炉。（5）用废气锅炉产生的蒸汽驱动的汽轮发电机全部代替柴油机发电，并且用废气锅炉全部代替辅助锅炉
24、。（6）如冷却水温度较高，则冷却水的热量可用来产生蒸汽，以驱动汽轮发电机。也可用于其他需要加热的设备。（7）把冷却水直接或间接为冷却预热，作燃油加热、制淡、制冷和生活杂用等的热源。目前在船上较普遍地实现了余热利用（1）和（2 ），以及把冷却水的热量部分地用于海水淡化装置和加热空调系统中的空气。利用废热产生蒸汽和热水，可以减少辅柴油机和辅锅炉的耗油，提高装置经济性。然而，装置上是否被采用以及如何采用，必须结合船舶动力装置的具体情况加以综合平衡，尤其要对下列三个方面问题进行仔细分析研究后才能作出决定：（1）区别船舶类型和装置功率范围（2）要用专门措施保证废热供应和废热消耗两者的平衡（3）废热利用一
25、定要综合考虑经济性3最大限度利用余热的联合装置随着柴油机废气涡轮增压器效率的提高和废气动力涡轮的利用，使柴油机排出废气可利用能量减少，其可利用部分和以前相比约下降 50，所以仅靠废气锅炉所提供的热量，难以满足船舶动力装置及辅助系统的要求，这就要求对能量平衡必须进行研究。另一方面柴油机实现了超高增压，增压空气压力超过0.4MPa，温度超过 180 ，其能量、质量和数量增加，利用价值大大提高，这部分过去未加利用的能量和废气能量的联合利用就可满足新的能量平衡。废热回收装置的主要设备是多级蒸汽经济器、混压蒸汽涡轮、增压空气冷却器（即炉水预热器）。图 1-4 为三菱重工（Mitsubishi）的超级透平
26、发电系统（STG）示意图。该系统在双压废气经济器和混压蒸汽透平发电机的基础上补充了一个热水闪发能量发电系统。另外该系统还将增压空气的废热回收，用于对废气锅炉的给水加热。三菱的 MET-SC 涡流增压器由于效率提高，只需较少的废气，剩余的废气则提供给一个径流式废气透平。该废气透平的热水闪蒸蒸汽透平通过一个齿轮装置共同驱动发电机。STG 系统比带有热水闪蒸的蒸汽发电系统多获得 4060的电能，并且使整个装置的燃油消耗减少 23。当主机在低负荷运转时，所产生的辅助能量能够满足船上用电需要，而不必使用柴油发电机或轴带发电机装置和辅锅炉产生的蒸汽。最早的 STG 系统已安装在 VLCC 油船上，主机是装
27、有 MET-SC型涡轮增压器的 7RTA84M 低速柴油机；废气/蒸汽联合驱动的发电机功率为1350KW；轴带发电机 /马达为 500KW；两台 1000KW 的柴油发电机组；空气冷却器作为炉水预热器；废气锅炉产生的低压蒸汽供加热器使用。图 1-5 为瓦锡兰公司推出的典型的柴油机余热回收系统，简称 WHRS(Waste Heat Recovery System)。该系统除了有效地利用柴油机排出的废气能量，还将柴油机缸套冷却水和扫气空气的余热回收利用，有效地节约了燃油的消耗及废气的排放。二、船舶动力装置的效率为了评定和比较柴油机船舶动力装置的经济性，应计算整个动力装置的效率。目前较常用的计算方法
28、有下列几种。1柴油机船舶动力装置的总效率在评价不同形式船舶柴油机动力装置的余热利用效率时，先要明确热量有效利用的范围，不仅包括与螺旋桨功率等值的热量，还包括全船各种耗能装置和动力装置本身需要的热量。在这种情况下，评价船舶柴油机动力装置的经济性标准就是总效率。总效率为所有耗能设备的有效热之和与所消耗总热量之比。2船舶能量利用效率船舶动力装置的主要功用是保证额定航速，所以相对于螺旋桨功率的能量与船舶消耗的总能量之比，可以作为船舶热能利用效率的综合性标准。这个比值称为船舶能量利用效率，即推进轴上总有效功率与所有耗能设备总消耗热能之比。船舶能量利用效率不仅反应动力装置本身的热工完善程度，而且表征综合推
29、进装置的工作效率。3推进装置的推进效率现代大功率柴油机船舶动力装置本身（滑油泵、燃油泵、冷却水泵、分油机、热交换器、通风机等）需要消耗大量的能量，因此推进轴上总有效功率与推进装置消耗的热量之比可用来评定各类船舶动力装置的经济性。因为它仅考虑推进装置的燃料消耗，故可评定各类船舶动力装置的经济性，而不能评定利用废热的经济性。三、废气锅炉的管理1典型的废气锅炉系统目前 MC 机型在正常额定负荷下透平后的排气温度为 250270 ，降低负荷运转时将会更低些，因此可利用的排气余热减少，使废气锅炉产生的饱和蒸汽不能满足船舶加热系统的需要，此时燃油辅助锅炉可作为补充。MAN B&W 公司推出两种典型的废气锅
30、炉系统。其一为标准的废气锅炉系统，它用于产生饱和蒸汽供加热之需，废气锅炉有单一的蒸发器组成，是简单的单压蒸汽系统。给水直接泵送到燃油锅炉，废气锅炉与燃油锅炉之间有循环水泵并共用一个水鼓。该系统具有明显的简单性和低投资成本，又完全满足船舶加热蒸汽量的要求，因而得到广泛应用。其二为带涡轮发电机的废气锅炉系统，如图 1-7 所示，它是带有给水预热器、蒸发器和过热器的单压蒸汽系统，其蒸汽除用于加热之外还可以用于驱动涡轮发电机，系统中燃油辅助锅炉的汽鼓一般也作为共用汽鼓。该废气锅炉系统将更加先进些。2废气锅炉烟灰积垢与着火的原因分析在 NK 所统计的 82 艘船舶中，多数为二冲程柴油机和水管锅炉，其中
31、53 艘船舶的废气锅炉发生烟垢着火和损坏。废气锅炉着火分为小的烟垢着火和高温着火。（1）小的烟垢着火在有充分氧气存在时，烟垢的可燃成分在高温下（高于闪点）自由蒸发，被火花或火焰点燃，并保持小范围和有限的燃烧，称为小的烟垢着火。在柴油机机动操纵和低负荷运转期间容易发生。烟垢潜在着火温度一般为 300400 ，但存在未燃烧的燃油时着火温度约为150，极端情况下甚至低到 120。这意味着着火也可发生于主机紧急停车之后，因为灼热颗粒（火花）还残留在管路管上。（2）高温着火高温着火有氢着火和铸铁着火，可导致废气锅炉损坏。如温度在 1000以上氢着火可以发生。铸铁着火即高温下发生的铸铁氧化反应，在温度超过
32、 1100时，铸铁着火可以发生，使锅炉自身燃烧。废气锅炉烟垢着火的条件：只有在烟垢、火源和氧气同时存在时才可以发生着火现象。烟垢着火的原因往往是由于柴油机燃油燃烧后产生的含油的烟灰微粒所引起的。主机的型号及制造工艺对烟垢着火无明显影响，甚至和短行程和长行程也没有多大关系。另外，废气锅炉使用水管的形式对烟垢着火也没有明显影响，实际上锅炉安装的简单管件与带有扩展管表面的管件有几乎同样数目的着火问题。最新开发的柴油机排气温度又比较低，容易导致废气锅炉烟灰沉积。统计表明废气锅炉的进口和出口温度对烟垢着火的发生都没有任何明显影响。在现代柴油机较低排气温度下，为了仍能维持船舶蒸汽消耗的需求，促使与其匹配的
33、废气锅炉被设计得更加高效，这包括利用大受热面、锅炉设计为扩展管表面和低燃气流速。上述高效与超扩展锅炉的设计和劣质燃油的使用，使废气锅炉管上烟灰沉积有增加的趋势，并导致烟垢着火。此外，近年来船舶装载不足，也造成着火事故的上升。3废气锅炉与柴油机的匹配，锅炉窄点的影响，允许的废气压力损失图 1-9 是图 1-10 可以说明与高效率柴油机匹配的高效率废气锅炉的一些参数对烟垢着火的影响。1）锅炉的窄点废气锅炉窄点是废气与饱和蒸汽之间的最小温度差，即废气离开蒸发器时的温度和饱和蒸汽之间的温度差。窄点是可以用来表示废气锅炉利用效率的一个参数。温度/ 热传导图称为 T/Q 图，图 1-9 是图 1-7 所示
34、废气锅炉系统实例的T/Q 图。一般蒸汽压力为 0.7MPa（绝对）或以上，相应的最低蒸发温度为165，按 T/Q 图废气出口温度不能低于 180，则 15或以上用作窄点。（1）锅炉窄点对锅炉受热面和蒸汽量的影响。从图 1-10 的曲线可看出，废气锅炉窄点由 15改变为 10和 5时，蒸汽量增加 5和 10，而废气锅炉受热面增加 1.41 倍和 2.32 倍，当流经废气锅炉的压力损失太大时可降低废气流速。（2）锅炉窄点对锅炉压力损失和废气流速的影响。较低的窄点可提高废气锅炉的利用效率，但废气锅炉须有较大受热面，因此压力损失也较大。对最大允许废气压力损失有一定限制，设计废气锅炉的废气流速必须降低。
35、低废气流速对形成烟垢有特别明显的影响趋势，现今劣质渣油运转使这种趋势变得更糟。（3）低窄点和烟垢。当窄点及其废气流速低时，窄点是影响烟垢发生的一个参数，相反，高窄点锅炉不必设计成高废气流速的锅炉，原则上，这种锅炉也可以设计成低废气流速，即有低废气压力损失。2）废气锅炉允许的废气压力损失如前所述，通过锅炉的允许废气压力损失，对通过废气锅炉的废气流速有重大影响。高压力损失如能接受，那么要设计高废气流速的锅炉就是可能的，但是如果只允许小的压力损失，则废气流速必然是低的。通过锅炉的允许压力损失依赖于柴油机增压器后总的排气系统的压力损失。（1）MC 型柴油机排气系统的允许背压。在柴油机的约定 MCR 工
36、况下，增压器后排气系统总背压最大不超过 0.0035MPa，可用增压器后测量的静压力表示。为了系统尾部有背压储备，在约定 MCR 工况下推荐为 0.0030MPa。排气系统的背压与废气流速有关，即与废气流速的平方成比例，从而与管径4 次方成比例。在约定 MCR 工况下，建议废气管内流速不超过 50m/s,实际上为避免压力损失太大，废气流速约为 35m/s。（2）废气锅炉的允许压力损失，在约定 MCR 工况下，废气锅炉推荐的最大压力损失一般为 0.0015MPa。4废气锅炉烟灰沉积和着火的预防措施（1）废气流速不能太低 废气锅炉流速低是烟灰沉积着火的主要影响参数之一。设计废气流速低于 10 m/
37、s 者几乎都有着火故障，而高于 20 m/s 很少发生着火故障。考虑到柴油机在部分负荷运转流速高达 2530 m/s，烟灰很少沉积，也无需安装吹灰器。火管锅炉的设计废气平均流速高于 20 m/s 时，对烟管也具有自动清洗的作用。（2）烟灰黏性的预防含有灰分、残炭和硫分的劣质渣油的使用，使烟灰具有黏性，这是烟灰发生沉积的重要因素。使用含有氧化铁的燃油添加剂，可使烟灰失去黏性，导致烟灰沉积趋势的减少。这样对烟垢沉积的废气流速限制也可降低，即烟垢沉积将失去对低废气流速的敏感性。（3）锅炉受热面废气温度不能太低锅炉废气出口温度应不低于 155，锅炉进口给水循环温度，对有预热器的应高于 120130，否
38、则凝结的硫酸可使烟灰有黏性，增加烟垢形成的趋势。（4）锅炉循环水流速度和流量比不能太低应保持锅炉管表面边界层的废气低于烟灰着火温度，减少烟垢点燃的危险。温度高于 150可发生烟垢着火危险，极端情况下在 120时也有着火危险。（5）柴油机排气不允许恶化（6）水管锅炉应装自动吹灰器在船舶经常停航待命和降速航行时，应尽量使用最低燃油费用航速。若柴油机在航行时经常处于较高负荷下工作，应尽量使用最低耗油率航速。从节约燃料费用的角度出发，应尽量使用最低燃油费用航速。最佳经济航速即最大盈利航速。Sulzer RTA 柴油机布置区由 R1、R2、R3、R4 围成，由经济运转工况点 R2可知，平均有效压力降低
39、1%,燃油消耗可降低 0.2%0.25%。在常用航速范围内，桨转速降低 1%，在航速及载货量不变的条件下，一般可减少油耗 0.20.3%动力装置选型确定之后，一般应进行船舶经济性的总体论证以确定最佳航速。Sulzer RTA 柴油机布置区由 R1、R2、R3、R4 围成，R2 是经济运转工况点,其特点是 A+最高燃烧压力不变；平均有效压力降低；平均有效压力为标定；功率和转速降低；.转速不变。船速与航速的概念不同，船速是指船舶相对水的速度，航速是船舶相对陆地的速度；航速等于船速与流速矢量之和。关于续航力、油耗及航速三者的关系燃油储备一定时，续航力与航速的平方成反比；续航力相同时，油耗率与航速的平
40、方成正比。废气锅炉的产气量与蒸汽压力有关，蒸汽压力高，产汽量下降。为了达到节能的目的，应根据使用对象确定仅用于供热系统的，选用饱和蒸汽可产生更多的蒸汽量；需带动辅助机械的，可以将压力提高。废气锅炉出口排烟温度 t2不得低于 160170；目前，废气锅炉是按进气温度为 255，排出温度为 188标定工况设计的。废气锅炉出口排温 t2越低，能够回收的热量就越多。理论上可降至环境温度，但事实上这是不可能的。废气锅炉进口排气温度 t1越高，可回收的排气热量就越多。要想获得更多的余热和废气锅炉蒸发量，必须使蒸汽压力和饱和温度都降低对船舶余热利用方案中利用发动机冷却水的余热途径理解错误的是_。A冷却水的冷却器是制冷机的发生器B冷却水的冷却器作为汽轮机给水的加热器C冷却水的冷却器作为制淡系统的蒸发器D中央冷却水的冷却器作为制淡系统的蒸发器废气锅炉的窄点是用来表示废气锅炉利用率的一个参数。
