船用油載熱體輔助鍋爐的應(yīng)用研究

摘要：在現(xiàn)代船舶中主要以柴油機(jī)作為船舶推進(jìn)的主要?jiǎng)恿敵鲅b置，輔鍋爐所輸出的蒸汽量和蒸汽壓力要比主鍋爐減少很多，蒸汽主要用于管路加熱，海水凈化除鹽等用途，一般應(yīng)用還用月船員艙室取暖、廚房和主機(jī)設(shè)備等。蒸汽是船用動(dòng)力設(shè)備的良好傳熱工質(zhì)，在蒸汽作為推進(jìn)動(dòng)力的船舶上，裝備同類型的原動(dòng)機(jī)提供推進(jìn)和輔助設(shè)備的動(dòng)力是非常合理的。但是就內(nèi)燃機(jī)船而言仍以蒸汽鍋爐作為船用設(shè)備的主要熱源的設(shè)計(jì)就有些不太合理了。對(duì)比蒸汽鍋爐與油載熱體鍋爐的優(yōu)缺點(diǎn)，得出油載鍋爐更優(yōu)越的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：油載熱體 船舶應(yīng)用 輔助鍋爐

在現(xiàn)代船舶中主要以柴油機(jī)作為船舶推進(jìn)的主要?jiǎng)恿敵鲅b置，輔鍋爐所輸出的蒸汽量和蒸汽壓力要比主鍋爐減少很多，蒸汽主要用于管路加熱，海水凈化除鹽等用途，一般應(yīng)用還用月船員艙室取暖、廚房和主機(jī)設(shè)備等。蒸汽是船用動(dòng)力設(shè)備的良好傳熱工質(zhì)，在蒸汽作為推進(jìn)動(dòng)力的船舶上，裝備同類型的原動(dòng)機(jī)提供推進(jìn)和輔助設(shè)備的動(dòng)力是非常合理的。但是就內(nèi)燃機(jī)船而言仍以蒸汽鍋爐作為船用設(shè)備的主要熱源的設(shè)計(jì)就有些不太合理了。但是就內(nèi)燃機(jī)船而言仍以蒸汽鍋爐作為船用設(shè)備的主要熱源的設(shè)計(jì)就有些不太合理了。為了更好的利用能源，提高效率和經(jīng)濟(jì)性能，船用油載熱體輔助鍋爐在船舶上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

蒸汽輔助鍋爐設(shè)備的主要缺點(diǎn)是其必需備有循環(huán)水處理裝置。這就使鍋爐設(shè)備復(fù)雜化，需要增加化學(xué)藥劑投放系統(tǒng)、凝結(jié)水回收系統(tǒng)、回路系統(tǒng)及排污設(shè)備等。即便循環(huán)水處理裝置全部自動(dòng)化也還需要一定的人工管理，此外蒸汽鍋爐還需要安裝循環(huán)水儲(chǔ)藏設(shè)備。另外所有熱交換器、管路和附件都需要承受一定的工作壓力，鍋爐停止運(yùn)行時(shí)，由于壓力變化會(huì)引起部分管路處于負(fù)壓狀態(tài)，這可能導(dǎo)致給水污染事故發(fā)生，造成耗費(fèi)性損失。在冗長(zhǎng)的循環(huán)水管路中容易引發(fā)的凝結(jié)水阻塞事故也是蒸汽輔助鍋爐的一個(gè)缺點(diǎn)。為了提高蒸汽系統(tǒng)的熱效率，必須安裝附加設(shè)備，這就導(dǎo)致投資增加，鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜和失去有價(jià)值的機(jī)艙容積。

近年來，船舶上用蒸汽來加熱燃油，提供機(jī)艙輔助設(shè)備動(dòng)力和膳宿取暖的傳統(tǒng)方式越來越多的被油載熱體加熱方式所取代。研究任何一種加熱系統(tǒng)優(yōu)劣時(shí)，均應(yīng)考慮到可靠性、熱效率和成本等重要因素。實(shí)踐證明，油載熱體加熱器和有關(guān)輔助設(shè)備比蒸汽鍋爐具有以下優(yōu)勢(shì)。在與熱交換器和輸送熱量回路的連接方式上，油載熱體系統(tǒng)基本上類似蒸汽系統(tǒng)。但是因?yàn)橛洼d熱體系統(tǒng)是由單流程回路管道組成，且沒有凝結(jié)水回收系統(tǒng)，它就比蒸汽系統(tǒng)簡(jiǎn)單很多。油載熱體在通過鍋爐的加熱系統(tǒng)時(shí)保持液態(tài)，且溫度給定在320℃以上，循環(huán)所需壓頭只用于克服工質(zhì)流動(dòng)中的產(chǎn)生的摩擦阻力，工作壓力（一般1巴—3巴之間）比蒸汽系統(tǒng)低很多。所以油載熱體鍋爐采用單級(jí)離心泵提供工作循環(huán)壓頭就以足夠。在整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的最高處設(shè)置冷卻膨脹箱，油載熱體在其內(nèi)進(jìn)行膨脹，這就不會(huì)在停機(jī)時(shí)在管路中引起負(fù)壓。即使盤管處發(fā)生故障，由高度產(chǎn)生壓頭也可防止雜質(zhì)滲入。油載熱體由于其自身性質(zhì)原因一般不會(huì)在鍋爐和管路中引起水垢和發(fā)生腐蝕、凍結(jié)，這意味著油載熱體系統(tǒng)維修少，可利用率高。如果在清艙或防凍等用途需要新蒸汽時(shí)，可在油—水熱交換器里間接產(chǎn)生蒸汽（油載熱體加熱循環(huán)水），由于水不經(jīng)過鍋爐管路，這時(shí)水質(zhì)只要考慮適應(yīng)用途要求即可，無(wú)需考慮鍋爐要求的水質(zhì)。雖然油載熱體的初步投資成本比水貴，但可持續(xù)使用幾年，從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，平均成本要比需要儲(chǔ)藏和化學(xué)水處理的蒸汽系統(tǒng)便宜很多。實(shí)際應(yīng)用中，如果需要多種工作溫度的流體，可以用安裝輔助泵泵入低溫油來稀釋環(huán)形總管的高溫流體的方法來調(diào)節(jié)流體的工作溫度。

油載熱體輔鍋爐具有結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)單，耐用等優(yōu)點(diǎn)，還比大多數(shù)現(xiàn)代總裝式蒸汽鍋爐具有更高的燃燒效率和更低的散熱損失。維護(hù)費(fèi)用低，維修操作簡(jiǎn)便，通常只有燃燒器和循環(huán)泵需要定期維修。油載熱體系統(tǒng)的熱量損失一般只有官道和加熱器的煙氣損失和散熱損失，而蒸汽系統(tǒng)還要有排污、閃發(fā)蒸汽和凝結(jié)水損失，所以油載熱體系統(tǒng)總效率遠(yuǎn)比蒸汽系統(tǒng)高。理論上來說，蒸汽系統(tǒng)的熱量傳遞是在恒溫狀態(tài)下進(jìn)行的，且內(nèi)部傳熱系數(shù)較高，但在加熱粘性流體時(shí)傳熱總系數(shù)卻由外部傳熱系數(shù)主導(dǎo)。因此，在同種情況下，采用油載熱體可以有效減少鍋爐受熱面的面積，大量的節(jié)約投資費(fèi)用。設(shè)計(jì)優(yōu)秀的油載熱體輔鍋爐安裝有配套精良的燃燒器，其燃燒效率按燃料的低發(fā)熱值計(jì)算約為86%（按高發(fā)熱值計(jì)算約為78%）。加熱器的散熱損失大約為0.5%，管道和輔助設(shè)備散熱損失大約為3%，系統(tǒng)總效率平均高達(dá)75%，在相應(yīng)的蒸汽系統(tǒng)中，總效率一般為55~65%。可見油載熱體系統(tǒng)熱效率比蒸汽系統(tǒng)高很多。

早期的油載熱體鍋爐主要用于需要高溫加熱的化學(xué)工業(yè)和加工業(yè)，有時(shí)也用于油庫(kù)加熱重燃油、瀝青和類似粘性材料的以利于其輸送和儲(chǔ)藏。后來，河駁和港口油船上安裝了該系統(tǒng)，用于加熱粘性材料使其溫度保持在可用泵抽的狀態(tài)。在船舶行業(yè)中，油載熱體鍋爐最早應(yīng)用于駁船、港口油船及載重約為300至1000噸的小型燃油運(yùn)輸船。現(xiàn)在，油載熱體鍋爐已經(jīng)在化學(xué)制品運(yùn)輸船、集裝箱船、冷凍拖網(wǎng)漁船、勘測(cè)船等各種類型的船舶上得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)船主，制造者和操作員開始認(rèn)識(shí)到油載熱體加熱系統(tǒng)所具有的設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)時(shí)，其它問題也就迎刃而解了。各船級(jí)社如英國(guó)勞氏船級(jí)社，挪威船級(jí)社，法國(guó)船級(jí)社，美國(guó)船舶局都批準(zhǔn)了油載熱體輔鍋爐在大型沿海油船及遠(yuǎn)洋船舶上的應(yīng)用。加工工業(yè)上使用的油載熱體有好幾種，但船上一般是使用以礦物油為基本成分的油載熱體。大多數(shù)石油制品公司都能提供很多種類的油熱載體產(chǎn)品以便于用戶根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行選擇。實(shí)際應(yīng)用時(shí)要定期對(duì)油載熱體進(jìn)行品性分析以保證其不在使用過程中發(fā)生變質(zhì)影響其性能。

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