Hướng dẫn ôn tập môn Nồi hơi - Tua bin hơi tàu thủy

118 trang ngocly 170

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Hướng dẫn ôn tập môn Nồi hơi - Tua bin hơi tàu thủy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

huong_dan_on_tap_mon_noi_hoi_tua_bin_hoi_tau_thuy.pdf

Nội dung text: Hướng dẫn ôn tập môn Nồi hơi - Tua bin hơi tàu thủy

Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Hoàng Anh Dũng HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Môn học: Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam HẢI PHÒNG 2008
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, hơi nước là một trong những công chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và dịch vụ. Ta có thể nhận thấy sự có mặt của hơi nước trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội từ những ứng dụng công nghiệp nặng như sản xuất năng lượng, gia công chế tạo đến những nhu cầu hàng ngày của con người như hâm nóng, sấy sưởi Một số liệu thống kê về năng lượng cho thấy tính trên toàn thế giới, 80 – 90% điện năng sản xuất được là từ việc sử dụng hơi nước. Sở dĩ hơi nước phổ biến như vậy là do nó có rất nhiều ưu điểm như: tính kinh tế, sẵn có, không độc hại, có khả năng giãn nở lớn, sinh công lớn Nói riêng về lĩnh vực kỹ thuật tàu thủy, từ thế kỷ 17 – 18, hơi nước đã được ứng dụng rất phổ biến trên các con tàu để phục vụ cho hệ động chính lai chân vịt. Ngày nay, tuy hệ động lực Diesel gần như đã được trang bị cho toàn bộ đội tàu thế giới, hơi nước vẫn được sử dụng cho nhiều mục đích cần thiết dưới tàu như: sinh công trong các máy phụ, phục vụ sinh hoạt của thuyền viên, là chất công tác trong các thiết bị trao đổi nhiệt Nồi hơi và tua bin hơi là hai thiết bị chính trong hệ động lực hơi nước. Nếu nồi hơi là thiết bị sinh hơi thì tua bin hơi là thiết bị tiêu thụ hơi để sinh công. Với hệ động lực hơi nước ở trên bờ, tua bin hơi được sử dụng để lai máy phát điện. Với hệ động lực hơi nước dưới tàu biển, tua bin hơi được sử dụng để lai chân vịt tàu thủy. Hiện nay, ở những tàu sử dụng hệ động lực Diesel, khi mà động cơ Diesel là thiết bị động lực chính lai chân vịt tàu thủy thì nồi hơi được sử dụng như một thiết bị phụ, còn tua bin hơi thường được sử dụng để lai các máy phụ khác như bơm, máy phát điện Nói chung, nồi hơi và tua bin hơi là hai thiết bị quan trọng dưới tàu thủy. Một kỹ sư khai thác máy tàu biển để có thể hoàn thành tốt công việc thì cần phải hiểu và nắm vững nguyên lý hoạt động cũng như cách thức khai thác vận hành hai thiết bị này. “Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy” là một môn học chuyên ngành quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư khai thác máy tàu biển của Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam. Do đó, để giúp sinh viên ôn tập và nắm bắt kiến thức chuyên môn được tốt, tác giả KS. Hoàng Anh Dũng đã biên soạn và xuất bản cuốn “Hướng dẫn ôn tập môn học Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy”. Sách được trình bày một cách lô-gíc, dễ hiểu với nội dung được chia thành các câu hỏi và gợi ý trả lời. Để học tốt môn học này, sinh viên cần nắm vững kiến thức cơ sở chuyên ngành về nhiệt động học kỹ thuật và cần rèn luyện kỹ năng đọc bản vẽ kỹ thuật. Tôi tin rằng cuốn sách sẽ là tài liệu bổ ích và đem lại hiệu quả cho việc học tập của sinh viên. Tuy nhiên, do lần đầu tiên xuất bản và do bản thân tác giả còn hạn chế về kinh nghiệm thực tế nên thiếu sót là điều không thể tránh khỏi. Trong quá trình sử dụng, chúng tôi mong nhận được và xin chân thành cảm ơn mọi ý kiến đóng góp của độc giả để sách ngày một hoàn thiện hơn. Tác giả Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 1
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP MỤC LỤC Câu 1. Biểu diễn chu trình Carnot của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị p-v và T-s, giải thích các quá trình và viết công thức tính nhiệt cấp, nhiệt thải, công và hiệu suất của chu trình. 6 Câu 2. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình Rankine của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị p-v và T-s, giải thích các quá trình và viết công thức tính nhiệt cấp, nhiệt thải, công và hiệu suất của chu trình. 7 Câu 3. Trình bày ảnh hưởng của áp suất ban đầu, nhiệt độ ban đầu và áp suất cuối đến hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine. 8 Câu 4. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình hồi nhiệt của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị T-s và so sánh đặc điểm làm việc của chu trình này với chu trình Rankine 10 Câu 5. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình có quá nhiệt trung gian của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị T-s và so sánh đặc điểm làm việc của chu trình này với chu trình Rankine. 10 Câu 6. Định nghĩa nồi hơi, nêu chức năng của nồi hơi tàu thủy và các các yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy. 11 Câu 7. Trình bày các thông số cơ bản của nồi hơi tàu thủy, bao gồm: áp suất, nhiệt độ, sản lượng hơi, suất tiêu hao nhiên liệu, diện tích mặt hấp nhiệt và hiệu suất nồi hơi. 13 Câu 8. Trình bày các cách phân loại nồi hơi tàu thủy. 15 Câu 9. Biểu diễn quá trình sinh hơi của nồi hơi trên đồ thị i-t, giải thích và so sánh quá trình sinh hơi của nồi hơi thông số cao với nồi hơi thông số thấp. 18 Câu 10. Kể tên các thiết bị, hệ thống phục vụ nồi hơi và trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống nồi hơi hoàn chỉnh. 19 Câu 11. Nêu khái niệm nhiệt trị của nhiên liệu. Dầu đốt dùng cho nồi hơi gồm những thành phần nào? Nêu các yêu cầu đối với dầu đốt dùng cho nồi hơi tàu thủy. 20 Câu 12. Trình bày các giai đoạn cháy nhiên liệu trong nồi hơi và nêu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy trong nồi hơi. 22 Câu 13. Thế nào là cháy hoàn toàn, cháy không hoàn toàn, hệ số không khí thừa a, hiện tượng ăn mòn điểm sương và hiện tượng mục rỉ vanađi? 23 Câu 14. Trình bày các tổn thất nhiệt trong nồi hơi và biện pháp hạn chế các tổn thất nhiệt đó. 25 Câu 15. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi hình trụ ống lửa nằm (nồi hơi Scotch) 27 Câu 16. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống lửa nằm (nồi hơi Cochran). 29 2 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Câu 17. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống lửa đứng. 30 Câu 18. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng của hãng Aalborg. 32 1.1.2. Nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng Error! Bookmark not defined. Câu 19. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng của hãng Miura. 33 Câu 20. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức. 35 Câu 21. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi liên hợp phụ - khí xả ống lửa nằm kiểu Cochran. 36 Câu 22. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi liên hợp phụ - khí xả ống lửa nằm kiểu Aalborg. 38 Câu 23. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống liên hợp nồi hơi phụ - bộ tận dụng nhiệt khí xả. 39 Câu 24. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước hai bầu. 41 Câu 25. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động của bộ sấy hơi và bộ giảm sấy sử dụng cho nồi hơi chính tàu thủy. 43 Câu 26. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động của các thiết bị tận dụng nhiệt trang bị cho nồi hơi chính tàu thủy. 45 Câu 27. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước hai bầu có hai đường khí lò. 46 Câu 28. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước nằm một trống hơi. 47 Câu 29. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị cấp không khí. 49 Câu 30. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu một vòng tuần hoàn và hai vòng tuần hoàn. 50 Câu 31. Trình bày chức năng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của súng phun hơi nước và súng phun áp lực. 52 Câu 32. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van tuần hoàn nhiên liệu. 54 Câu 33. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị đánh lửa và mắt thần cảm biến ngọn lửa 54 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 3
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 34. Trình bày chương trình tự động điều khiển thiết bị buồng đốt. 56 Câu 35. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống thủy sáng. 57 Câu 36. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống thủy tối. 58 Câu 37. Trình bày chức năng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị cảm ứng mức nước nồi hơi kiểu que cảm ứng và hệ thống cấp nước nồi hơi. 59 Câu 38. Trình bày sơ đồ thuật toán chương trình điều khiển tự động quá trình cháy của nồi hơi. 61 Câu 39. Trình bày sơ đồ thuật toán chương trình điều khiển tự động hâm nhiên liệu. 63 Câu 40. Trình bày sơ đồ thuật toán chương trình điều khiển tự động giám sát và cấp nước nồi. 64 Câu 41. Trình bày chức năng, đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những chú ý đối với van an toàn kiểu đẩy thẳng dùng cho nồi hơi tàu thủy. 65 Câu 42. Trình bày nguyên nhân, tác hại của hiện tượng tạp chất cuốn theo vào hơi và biện pháp khắc phục. 66 Câu 43. Trình bày các phương pháp xử lý nước nồi hơi ở bên ngoài nồi. 67 Câu 44. Trình bày các phương pháp xử lý nước nồi hơi ở bên trong nồi. 70 Câu 45. Trình bày quy trình tiến hành hóa nghiệm nước nồi hơi. 72 Câu 46. Trình bày quy trình khai thác vận hành nồi hơi 74 Câu 47. Trình bày một số sự cố hay gặp khí khai thác nồi hơi, nguyên nhân và biện pháp khắc phục. 78 Câu 48. Trình bày quy trình vệ sinh bên trong nồi hơi sau khi ngừng hoạt động. 80 Câu 49. Trình bày phương pháp tẩy rửa cáu cặn cho nồi hơi bằng axit, bằng kiềm và bằng tay.81 Câu 50. Trình bày quy trình thử thủy lực cho nồi hơi 81 Câu 51. Nêu định nghĩa tua bin hơi, công dụng và đặc điểm làm việc của tua bin hơi tàu thủy. 82 Câu 52. Trình bày các cách phân loại tua bin hơi tàu thủy. 84 Câu 53. Trình bày nguyên lý tác dụng xung kích và phản kích của dòng hơi, giải thích đặc tính tầng xung kích, tầng phản kích. 86 Câu 54. Tại sao tua bin nhiều tầng được sử dụng? Trình bày nguyên lý hoạt động của các kiểu tua bin nhiều tầng. 88 Câu 55. Trình bày đặc điểm kết cấu thân tua bin cao áp 90 Câu 56. Trình bày đặc điểm kết cấu ống phun tầng đầu tiên. 92 4 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Câu 57. Trình bày đặc điểm kết cấu bánh tĩnh của tua bin hơi. 94 Câu 58. Trình bày đặc điểm kết cấu các kiểu rôto của tua bin hơi. 95 Câu 59. Trình bày đặc điểm kết cấu bánh động và cánh động của tua bin hơi. 97 Câu 60. Trình bày đặc điểm kết cấu các dạng làm kín trong tua bin hơi. 100 Câu 61. Trình bày đặc điểm kết cấu thiết bị nối trục của tua bin hơi. 102 Câu 62. Trình bày chức năng, sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và yêu cầu đối với hệ thống bôi trơn tua bin hơi. 104 Câu 63. Trình bày chức năng, sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống sấy tua bin hơi. 105 Câu 64. Trình bày nguyên lý điều chỉnh công suất tua bin hơi và các phương pháp điều chỉnh công suất tua bin hơi. 107 Câu 65. Trình bày thao tác chuẩn bị và vận hành đưa tua bin hơi vào hoạt động. 109 Câu 66. Trình bày quy trình đảo chiều tua bin hơi. 111 Câu 67. Trình bày quy trình dừng tua bin hơi tàu thủy, giải thích đồ thị đường cong đà quay của tua bin hơi 112 Câu 68. Trình bày một số sự cố hay gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục đối với tua bin hơi tàu thủy. 114 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 5
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 1. Biểu diễn chu trình Carnot của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị p-v và T-s, giải thích các quá trình và viết công thức tính nhiệt cấp, nhiệt thải, công và hiệu suất của chu trình. Chu trình Carnot của thiết bị động lực hơi nước là chu trình lý tưởng gồm có hai quá trình đẳng nhiệt và hai quá trình đoạn nhiệt xen kẽ nhau. Đồ thị nhiệt động của chu trình được thể hiện như sau: x =1 x= 0 1 x= Chu trình Carnot của thiết bị động lực hơi nước. Các quá trình nhiệt động trong chu trình gồm có: 1. Quá trình 1-2: Dãn nở đoạn nhiệt, hơi từ nồi hơi sinh ra được cấp vào tua bin và giãn nở sinh công trong tua bin. 2. Quá trình 2-3: Ngưng tụ đẳng áp, hơi nước sau khi giãn nở sinh công trong tua bin sẽ đi về bầu ngưng để ngưng tụ thành nước, nhiệt lượng q2 thải của hơi được trao cho công chất làm mát. 3. Quá trình 3-4: Nén đoạn nhiệt, nước ngưng tụ được bơm nén đoạn nhiệt để cấp trở lại nồi hơi. 4. Quá trình 4-1: Hóa hơi đẳng áp, nước được đun sôi, nhận nhiệt lượng q1 từ quá trình cháy trong nồi hơi để hóa thành hơi tiếp tục một chu trình sinh công mới. Trên đồ thị, thực chất trạng thái của hơi nước ở điểm 3 là trạng thái hơi bão hòa ẩm, hay nói cách khác, một phần hơi vẫn chưa ngưng tụ thành nước. Chu trình 123’4’ là chu trình ứng với trường hợp ngưng tụ hoàn toàn (toàn bộ hơi ngưng tụ thành nước). Nhiệt lượng cấp, nhiệt lượng thải và hiệu suất nhiệt của chu trình được xác định như sau: v Nhiệt cấp : = ( ) ; là nhiệt ẩn hóa hơi (kJ/kg). v Nhiệt thải : =− ( −); = là nhi ệt ẩn ngưng tụ (kJ/kg). v Công có ích : =− = =(− ) ( ) ( ) v Hiệu suất nhiệt : ==1 =(− )=1− − − (%) / Hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot là− lớn nhấ−t trong tấ−t cả các chu trình thiết bị động lực hơi nước. Tuy nhiên, chu trình Carnot chỉ là chu trình lý thuyết lý tưởng, không được dùng trong thực tế. 6 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Câu 2. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình Rankine của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị p-v và T-s, giải thích các quá trình và viết công thức tính nhiệt cấp, nhiệt thải, công và hiệu suất của chu trình. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị nhiệt động của chu trình Rankine được thể hiện như sau: 1 p Bộ quá nhiệt T 6 K K 1 Tuabin hơi 5 6 5 4 5 6 1 2 4 Nồi hơi 3 2 2 3 x=1 x=0 x=1 4 Bầu ngưng v x=0 s Bơm nước cấp 3 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị nhiệt động của chu trình Rankine. Các quá trình nhiệt động trong chu trình gồm có: 1. Quá trình 1-2: Dãn nở đoạn nhiệt, hơi quá nhiệt được cấp vào tua bin và giãn nở sinh công trong tua bin. 2. Quá trình 2-3: Ngưng tụ đẳng áp, hơi nước sau khi giãn nở sinh công trong tua bin sẽ về bầu ngưng để ngưng tụ thành nước, nhiệt lượng q2 thải của hơi được trao cho công chất làm mát. 3. Quá trình 3-4: Nén đoạn nhiệt, nước ngưng tụ được bơm nén đoạn nhiệt để cấp trở lại nồi hơi. 4. Quá trình 4-5: Cấp nhiệt đẳng áp, nước được đun nóng đến nhiệt độ sôi trong nồi hơi bằng nguồn nhiệt từ phản ứng cháy nhiên liệu diễn ra trong nồi hơi. 5. Quá trình 5-6: Hóa hơi đẳng áp, quá trình cấp nhiệt vẫn tiếp diễn, nước sôi và bay hơi trong nồi hơi. 6. Quá trình 6-1: Quá nhiệt đẳng áp, hơi nước được đưa vào bộ quá nhiệt, hay còn gọi là bộ sấy hơi, nhận thêm nhiệt lượng để biến thành hơi quá nhiệt. Các thông số cơ bản của chu trình được xác định như sau: v Nhiệt cấp: bao gồm nhiệt đun nóng qn, nhiệt hóa hơi r và nhiệt quá nhiệt qh. ( ) v Nhiệt thải: ( =) ++ =− / v Công có ích: =− =/( ) ) ( ) Ở đây, công =có ích là− hiệu số −giữa công− ( −sinh ra từ/ tua bin ltb và công tiêu tốn cho bơm lb. Tuy nhiên, công bơm thường rất nhỏ, có thể bỏ qua. ( ) ) v Hiệu suất nhiệt: = = = = (%) ( h gọi là nhiệt giáng lý thuyết đoạn nhiệt. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 7
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 3. Trình bày ảnh hưởng của áp suất ban đầu, nhiệt độ ban đầu và áp suất cuối đến hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine. 1. Ảnh hưởng của áp suất ban đầu (áp suất hơi vào tua bin) Ảnh hưởng của áp suất ban đầu. Tăng áp suất ban đầu p1 mà nhiệt độ đầu T1 và áp suất sau p2 không đổi thì có những ưu điểm sau: v Nhiệt độ sôi ts và nhiệt độ trung bình của quá trình cấp nhiệt tăng làm cho hiệu suất nhiệt của chu trình tăng. tăng nhanh ở vùng p1 90bar vì ở vùng này nhiệt độ trung bình tăng chậm. Áp suất đầu p1 có thể lên đến 300bar. v Thể tích riêng của hơi giảm. Điều này có ý nghĩa trong việc chế tạo thiết bị vì khi đó thiết bị có kích cỡ nhỏ gọn hơn, chi phí giá thành vật tư chế tạo cũng giảm theo. Tuy nhiên, áp suất đầu tăng lại dẫn tới nhược điểm là: v Độ khô của hơi ở cuối quá trình giãn nở giảm làm cho độ ẩm tăng lên, có nhiều hạt nước chuyển động lớn ở tầng cánh cuối của tua bin, gây ra mài mòn, ăn mòn các tầng cánh cuối của tua bin hơi. v Áp suất hơi cao đòi hỏi phải chế tạo các bộ phận sinh hơi, bộ sấy hơi bằng các vật liệu có độ bền cao, chịu áp lực tốt, đắt tiền. 2. Nhiệt độ ban đầu (nhiệt độ hơi vào tua bin) Khi nhiệt độ ban đầu T1 tăng, áp suất đầu p1 và áp suất cuối p2 không đổi thì hiệu suất nhiệt tăng (do nhiệt độ trung bình của quá trình cấp nhiệt tăng). Nhiệt độ đầu có thể được tăng bằng cách tăng nhiệt độ hơi quá nhiệt, đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật. Nhiệt độ hơi quá nhiệt có thể tăng lên đến 550÷600oC. 8 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu. Tuy nhiên, nhiệt độ hơi quá nhiệt quá cao sẽ ảnh hưởng đến khả năng làm việc lâu dài của tua bin hơi. Muốn đảm bảo tuổi thọ của thiết bị thì vật liệu chế tạo cũng phải có độ bền cao, đắt tiền. 3. Áp suất cuối (áp suất hơi ra khỏi tua bin) Khi áp suất cuối p2 giảm, áp suất đầu p1.và nhiệt độ đầu T1 không đổi thì nhiệt độ cuối T2 giảm làm cho nhiệt độ trung bình của quá trình thải nhiệt giảm, do đó hiệu suất nhiệt của chu trình tăng (nhiệt cấp tăng ít và nhiệt thải giảm nhiều). Nếu áp suất cuối p2 giảm 0,01÷0,03bar thì hiệu suất nhiệt h tăng 0,396÷0,427%. Ảnh hưởng của áp suất cuối. Việc giảm áp suất cuối bị hạn chế bởi nhiệt độ bão hoà tương ứng do phải duy trì nhiệt độ này không nhỏ hơn nhiệt độ môi trường thì hơi nước mới có thể ngưng tụ được trong bầu ngưng. Nếu áp suất cuối p2 quá thấp, độ khô của hơi giảm thì tốc độ hơi ở phần sau của tua bin lớn gây ra ăn mòn, xói mòn các tầng cánh cuối. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 9
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 4. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình hồi nhiệt của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị T-s và so sánh đặc điểm làm việc của chu trình này với chu trình Rankine. Để tăng cường hiệu quả làm việc của hệ động lực, giảm kích cỡ các thiết bị và tăng hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine, người ta sử dụng chu trình hồi nhiệt như sau: Chu trình hồi nhiệt một lần. So với chu trình Rankine cơ bản, chu trình hồi nhiệt có những bổ sung sau đây: v Tua bin được chia làm nhiều cấp (ví dụ 2 cấp). v Hệ thống được bố trí bình hòa trộn có chức năng tương tự như một thiết bị trao đổi nhiệt, trong đó nước cấp là chất nhận nhiệt, hơi nước là chất trao nhiệt. v Hơi ra khỏi tua bin cấp 1 một phần được đưa vào bình hòa trộn để gia nhiệt cho nước cấp nồi, phần còn lại được cấp vào tua bin cấp 2 để tiếp tục sinh công. Như vậy, nếu như ở chu trình Rankine cơ bản, toàn bộ nhiệt của hơi ra khỏi tua bin được nhả ra ngoài tại bầu ngưng thì ở chu trình hồi nhiệt, một phần nhiệt lượng đó được tận dụng để hâm nóng sơ bộ nước cấp nồi. Nghĩa là một phần nhiệt thải q2 được bổ sung vào nhiệt cấp q1. Do đó, hiệu suất nhiệt của toàn bộ hệ động lực được cải thiện. Chu trình hồi nhiệt có thể có một lần hồi nhiệt hoặc nhiều lần hồi nhiệt (kích cỡ hệ động lực và số lượng trang thiết bị tương ứng sẽ tăng lên). Với chu trình hồi nhiệt, bình hòa trộn đóng vai trò như một bầu ngưng trung gian. Trên đồ thị T-s, quá trình ab được gọi là quá trình hồi nhiệt. Thực chất quá trình này chính là quá trình ngưng tụ đẳng áp diễn ra trong bình hòa trộn nhưng nhiệt lượng nhả ra được tận dụng để cấp cho nước. Câu 5. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình có quá nhiệt trung gian của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị T-s và so sánh đặc điểm làm việc của chu trình này với chu trình Rankine. Muốn tăng hiệu suất nhiệt của chu trình thì cần tăng áp suất đầu p1, nhiệt độ đầu T1 và giảm áp suất cuối p2. Tuy nhiên, những biện pháp đó đều làm cho độ khô của hơi ở trạng thái 2 giảm, độ ẩm tăng 10 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy dẫn đến những ảnh hưởng có hại đối với thiết bị. Để đảm bảo độ khô của hơi cuối tua bin không giảm, người ta sử dụng chu trình có quá nhiệt trung gian. Chu trình có quá nhiệt hai lần. Chu trình này sử dụng tua bin nhiều cấp giống như chu trình hồi nhiệt. Ở đây, ta giả sử tua bin hơi là tua bin 2 cấp. Hơi sau khi ra khỏi tua bin cấp 1 sẽ được đưa trở lại bộ quá nhiệt trước khi đi vào tua bin cấp 2 để tiếp tục sinh công. Trên đồ thị T-s, quá trình 1a là quá trình dãn nở sinh công trong tua bin cấp 1, quá trình ab là quá trình quá nhiệt trung gian trong bộ quá nhiệt, quá trình b2 là quá trình dãn nở sinh công của hơi đã được quá nhiệt lần thứ hai trong tua bin cấp 2. Như vậy, nếu như ở chu trình Rankine cơ bản, trạng thái hơi sau khi công tác là điểm 2’ thì ở chu trình có quá nhiệt trung gian, trạng thái hơi sau khi công tác là điểm 2 có độ khô lớn hơn. Do đó, sử dụng chu trình có quá nhiệt trung gian sẽ khắc phục được vấn đề độ khô của hơi ở cuối tua bin, qua đó cải thiện hiệu quả làm việc của thiết bị, nâng cao hiệu suất nhiệt của toàn bộ hệ động lực. Với những hệ động lực hơi nước cỡ lớn, hơi nước có thể được quá nhiệt trung gian nhiều lần. Trên thực tế, với hệ động lực hơi nước trên bờ dùng cho các nhà máy điện nguyên tử thì người ta thường áp dụng chu trình kết hợp, nghĩa là có cả quá trình hồi nhiệt và quá nhiệt trung gian. Câu 6. Định nghĩa nồi hơi, nêu chức năng của nồi hơi tàu thủy và các các yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy. 1. Định nghĩa nồi hơi Nồi hơi là một thiết bị chịu áp lực có chức năng biến nước thành hơi nhờ nhiệt năng có được từ việc đốt cháy nhiên liệu hoặc biến đổi từ các nguồn năng lượng khác như điện năng, năng lượng nguyên tử. 2. Chức năng của nồi hơi sử dụng dưới tàu thủy Nồi hơi tàu thủy nói chung có thể được dùng để sinh hơi phục vụ các mục đích như lai máy phát điện, lai các máy phụ, dùng để hâm sấy nhiên liệu, phòng ở hoặc dùng cho động cơ tua bin hơi lai chân vịt. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 11
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Vào những năm giữa thế kỷ 20 rất nhiều tàu thủy được trang bị tua bin hơi làm động lực chính lai chân vịt, khi đó nồi hơi chính và tua bin hơi chính lai chân vịt là hai thiết bị trung tâm trong hệ động lực hơi nước tàu thủy. Tuy nhiên, các cuộc khủng hoảng dầu mỏ (từ năm 1973) đã đẩy giá dầu trên thế giới lên rất cao. Điều này khiến các nhà sản suất buộc phải cải tiến công nghệ và thay thế công nghệ cũ bằng các thiết bị công nghệ mới có hiệu suất cao hơn. Vì vậy hầu hết các tàu thủy gần đây đều được trang bị hệ động lực Diesel, có hiệu suất cao hơn. Trên các tàu thủy hiện nay hầu như chỉ còn sử dụng các nồi hơi phụ, dùng để cung cấp hơi cho mục đích hâm sấy nhiêu liệu và các mục đích sinh hoạt khác, một số cung cấp hơi cho tua bin hơi lai máy phát điện, bơm hoặc các máy phụ khác. Ngoại trừ một số loại tàu đặc thù như tàu chở khí tự nhiên hoá lỏng thì hệ động lực tua bin hơi vẫn được áp dụng. 3. Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy Nồi hơi đốt dầu sử dụng dưới tàu thủy cần thỏa mãn những yêu cầu sau đây: 1. An toàn khi sử dụng. Đây là yêu cầu quan trọng nhất vì nếu có sự cố xảy ra trong quá trình hoạt động của nồi hơi, sự làm việc bình thường của máy móc xung quanh sẽ bị ảnh hưởng, gây tai nạn cho thuyền viên, làm ảnh hưởng đến hoạt động của tàu, các hệ thống phục vụ. Với nồi hơi chính, sự cố nồi hơi có thể làm cho tàu dừng. Do đó, ở dưới tàu chỉ có các kiểu nồi hơi có cấu tạo bền, chắc, đã qua thử nghiệm kỹ lưỡng mới được sử dụng. 2. Kích thước nhỏ, gọn nhẹ, dễ bố trí trên tàu. Điều này nhằm tăng trọng tải, mở rộng tầm xa hoạt động của tàu. Do đó, nồi hơi tàu thủy thường là loại có nhiệt tải dung tích buồng đốt lớn, suất bốc hơi lớn, lưu tốc khí lò nhanh, số bầu nồi ít, đường kính bầu nồi và ống bé để giảm độ dày và trọng lượng. 3. Cấu tạo đơn giản, thuận tiện cho việc khai thác, sửa chữa. Yêu cầu này cần được đảm bảo do thuyền viên trên tàu thường thay đổi liên tục. Ngoài ra, nồi hơi tàu thủy phải là loại phù hợp với trình độ của kỹ sư máy trên tàu. 4. Tính kinh tế cao. Yêu cầu này thể hiện ở chỗ: đảm bảo hiệu suất ở toàn tải, hiệu suất giảm ít khi nhẹ tải; suất tiêu hao nhiên liệu thấp; tuổi thọ cao; chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa dài 5. Tính cơ động cao. Tính cơ động cao thể hiện ở chỗ: thời gian đốt nồi lấy hơi nhanh, có thể nhanh chóng tăng giảm tải để thích ứng với sự thay đổi chế độ làm việc của tuan bin hơi (với hệ động lực hơi nước); có năng lượng tiềm tàng lớn, buồng đốt ít quán tính; khi cần thiết có khả năng quá tải 25¸45%; các mặt hấp nhiệt không bị nhô lên khỏi mặt nước (với nồi hơi ống lửa) khi tàu lắc ngang ±30o hoặc chúi mũi ±12o; thích hợp với nhiều loại dầu đốt Chú ý rằng yêu cầu đối với nồi hơi của các loại tàu không giống nhau. Tàu khách, tàu hàng chạy định tuyến được cung cấp đều đặn một loại dầu đốt, có điều kiện kiểm tra sửa chữa ở cảng, thời gian điều động tàu ít, hầu hết thời gian làm việc đều ở chế độ toàn tải nên cần bảo đảm hiệu suất cao khi tàu chạy bình thường (tốc độ định mức). Tàu kéo, tàu cá, tàu công trình làm việc ở chế độ tải hay thay đổi, đôi khi lại cần lai dắt nên yêu cầu tính cơ động tốt và bảo đảm hiệu suất cao kể cả khi nhẹ tải. Tàu chiến yêu cầu thời gian đốt nồi lấy hơi thật ngắn và tính cơ động rất cao. 12 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy rất khác so với nồi hơi trên bờ: kích thước, trọng lượng, cấu tạo phải gọn nhẹ, đơn giản hơn, chất đốt tốt hơn. Song nồi hơi tàu thủy không phải lúc nào cũng hoạt động nên có điều kiện thường xuyên rửa nồi và sửa chữa. Nồi hơi trên bộ thông thường trên một năm mới dừng lò và tiến hành bảo dưỡng, sửa chữa. Câu 7. Trình bày các thông số cơ bản của nồi hơi tàu thủy, bao gồm: áp suất, nhiệt độ, sản lượng hơi, suất tiêu hao nhiên liệu, diện tích mặt hấp nhiệt và hiệu suất nồi hơi. 1. Áp suất Đối với nồi hơi tàu thủy, các thông số áp suất cần quan tâm gồm có: áp suất nồi hơi (áp suất làm việc), áp suất hơi sấy, áp suất hơi giảm sấy và áp suất nước cấp. Đơn vị đo thường được sử dụng đối với các loại áp suất này là kG/cm2 hoặc bar. v Áp suất nồi hơi pN là áp suất của nước và hơi bão hòa chứa trong thân (bầu) nồi hơi. v Áp suất hơi sấy phs là áp suất của hơi ra khỏi bộ sấy hơi (bộ quá nhiệt). Áp suất hơi sấy thấp 2 hơn áp suất pN trong nồi hơi khoảng 1¸4kG/cm . v Áp suất hơi giảm sấy pgs là áp suất của hơi sau khi ra khỏi bộ giảm sấy. Áp suất hơi giảm sấy thấp hơn áp suất hơi sấy. v Áp suất nước cấp pnc là áp suất của nước được bơm cấp vào nồi hơi. Để nước có thể được nén 2 vào nồi hơi, áp suất nước cấp phải cao hơn áp suất pN 3¸6kG/cm để thắng được sức cản trên đường ống cấp nước, tại bầu hâm nước cấp nồi, tại bầu hâm nước tiết kiệm 2. Nhiệt độ Các thông số nhiệt độ đối với nồi hơi tàu thủy gồm có: nhiệt độ hơi sấy, nhiệt độ hơi bão hòa, nhiệt độ nước cấp, nhiệt độ khói, nhiệt độ không khí cấp. v Nhiệt độ hơi sấy ths là nhiệt độ của hơi quá nhiệt ra khỏi bộ sấy hơi. v Nhiệt độ hơi bão hòa tS là nhiệt độ của hơi bão hòa trong thân (bầu) nồi. v Nhiệt độ nước cấp tnc là nhiệt độ của nước được bơm cấp vào nồi, đây là giá trị áp suất được đo trước bộ hâm nước tiết kiệm. v Nhiệt độ khói qkl là nhiệt độ của khí lò ra khỏi nồi hơi, đo tại vị trí khí lò đi vào ống khói. v Nhiệt độ không khí cấp qkk là nhiệt độ của không khí được cấp vào trong buồng đốt để thông gió cũng như duy trì quá trình cháy. 3. Sản lượng hơi Sản lượng hơi là lượng hơi lớn nhất sinh ra trong một đơn vị thời gian dưới điều kiện nồi hơi cung cấp hơi nước ổn định lâu dài. Sản lượng hơi ký hiệu là D, có thể được đo bằng kg/h hoặc t/h (tấn/giờ). Sản lượng hơi chung DN là tổng của sản lượng hơi sấy Dhs, sản lượng hơi giảm sấy Dgs và sản lượng hơi bão hòa Dx. DN = Dhs + Dgs + Dx (kg/h) Khi cần thiết, nồi hơi có thể quá tải đến sản lượng lớn nhất Dmax trong một số giờ qui định: Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 13
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Dmax = 125¸140%DN 4. Suất tiêu hao nhiên liệu Suất tiêu hao nhiên liệu là lượng nhiên liệu cần tiêu thụ để hệ động lực phát ra một mã lực có ích trong một giờ. Ký hiệu ge, đơn vị là kg/mlcih hoặc g/mlcih. 2 o Ví dụ: nồi hơi đốt dầu có pN = 100¸120kG/cm , ts = 550 C thì ge = 200¸210g/mlcih. 5. Diện tích mặt hấp nhiệt Diện tích mặt hấp nhiệt là tổng diện tích của các bề mặt kim loại (vách ống, ống nước sôi, ống hâm nước tiết kiệm, ống sấy hơi, ống sưởi không khí, ống lửa, hộp lửa, buồng đốt) tiếp xúc một phía với khí lò và phía còn lại với nước. Quá trình truyền nhiệt giữa khí lò và nước diễn ra thông qua các mặt hấp nhiệt. Diện tích mặt hấp nhiệt ký hiệu là H, đơn vị là m2. H được tính về phía tiếp xúc với khí lò. Riêng đối với bộ sưởi không khí và bộ giảm sấy thì tính theo đường kính trung bình của ống. Các mặt hấp nhiệt trong nồi hơi gồm có: v Mặt hấp nhiệt bức xạ Hb: là mặt hấp nhiệt cạnh buồng đốt, trực tiếp tiếp xúc với ngọn lửa. Ở đây hình thức trao nhiệt chủ yếu là bức xạ nhiệt. v Mặt hấp nhiệt đối lưu Hđl: là mặt hấp nhiệt ở xa buồng đốt và được khí lò quét qua. Hình thức trao nhiệt chính ở đây là tỏa nhiệt đối lưu. v Mặt hấp nhiệt bốc hơi Hbh: là bề mặt hấp nhiệt của khí lò làm cho nước sôi và bốc hơi, bao gồm mặt hấp nhiệt của vách ống và ống nước sôi. v Mặt hấp nhiệt tiết kiệm Htk: là bề mặt hấp nhiệt của các thiết bị tận dụng nhiệt như bộ hâm nước tiết kiệm và bộ sưởi không khí tiết kiệm. 6. Hiệu suất nồi hơi Hiệu suất nhiêt của nồi hơi (boiler thermal efficiency) là tỷ số giữa nhiệt lượng có ích cấp cho nồi hơi và nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra. h = 100 (%) Chú ý rằng hN tính như trên chưa xét tới lượng nhi ệt tiêu hao cho bản thân nồi hơi như việc cấp nhiên liệu, cấp nước, thông gió, thổi muội cho nồi hơi Ngoài ra, nồi hơi còn có rất nhiều thông số khác như: bội số tuần hoàn, chu kỳ không cấp nước, suất trọng lượng nồi hơi Các thông số này chủ yếu được sử dụng trong thiết kế, chế tạo hay tính nghiệm nhiệt nồi hơi. Với kỹ sư khai thác máy tàu biển, chúng ta chỉ cần nắm được những thông số chính nói trên để có thể khai thác nồi hơi một cách hiệu quả, an toàn và kinh tế. 14 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Câu 8. Trình bày các cách phân loại nồi hơi tàu thủy. 1. Phân loại theo áp suất công tác v Nồi hơi thấp áp: có áp suất làm việc đến 2MPa (1MPa = 10bar = 9.81kG/cm2). Hầu hết nồi hơi thấp áp là các nồi hơi phụ, cung cấp hơi cho việc hâm sấy nhiên liệu hay lai các thiết bị phụ dưới tàu. v Nồi hơi trung áp: có áp suất làm việc khoảng 2÷4,5MPa. v Nồi hơi cao áp (power boiler): có áp suất làm việc trên 4,5MPa. 2. Phân theo sự chuyển động của khí lò và nước v Nồi hơi ống nước: nước đi trong ống, khí lò quét ngoài ống. v Nồi hơi ống lửa: nước bao quanh bên ngoài ống, khí lò đi trong ống. v Nồi hơi hỗn hợp ống nước ống lửa: kết hợp giữa hai loại trên, có vùng là ống nước, vùng khác là ống lửa. Tuy nhiên loại nồi hơi này ít được ứng dụng do cấu tạo phức tạp. Nồi hơi ống nước và nồi hơi ống lửa. 3. Phân theo nguồn năng lượng sử dụng v Nồi hơi sử dụng năng lượng từ phản ứng cháy nhiên liệu: nhiên liệu dùng cho nồi hơi có thể là than, dầu và khí đốt. Có loại nồi hơi sử dụng đồng thời hai loại nhiên liệu để đốt, ví dụ như nồi hơi đốt dầu - khí. Dưới tàu thủy, chỉ có nồi hơi đốt dầu được sử dụng. v Nồi hơi sử dụng năng lượng điện: nhiệt cấp cho nồi hơi được biến đổi từ điện năng. Loại nồi hơi này có công suất nhỏ, chủ yếu phục vụ sinh hoạt của thuyền viên trên tàu. v Nồi hơi sử dụng năng lượng nguyên tử: nhiệt cấp cho nồi hơi sinh ra từ phản ứng hạt nhân. Loại nồi hơi này thường được sử dụng cho tàu quân sự, đặc biệt là tàu ngầm. v Nồi hơi sử dụng năng lượng từ khí xả của các máy nhiệt: nồi hơi loại này tận dụng năng lượng nhiệt từ khí xả của động cơ Diesel chính, của động cơ Diesel lai máy phát điện hoặc của tua bin khí để sinh hơi. 4. Phân theo hình dáng và cách bố trí nồi hơi v Nồi hơi nằm ngang: có chiều ngang lớn hơn chiều cao. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 15
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP v Nồi hơi thẳng đứng: có chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều ngang. Loại nồi hơi này ngày càng được ứng dụng rộng rãi dưới tàu thủy do thuận lợi khi bố trí dưới tàu thủy, nơi có không gian chật hẹp, đặc biệt các nồi hơi liên hợp phụ - khí xả thường là loại thẳng đứng, rất thuận tiện cho việc lắp đặt trên phần ống khói của thượng tầng tàu. Nồi hơi đặt nằm và nồi hơi đặt đứng. 5. Phân theo công dụng v Nồi hơi chính: cung cấp hơi cho các động cơ chính lai chân vịt. Nồi hơi chính chỉ có ở các tàu có động cơ chính lai chân vịt là động cơ tua bin hơi. Hơi sinh ra bởi nồi hơi chính để cung cấp cho tua bin hơi lai chân vịt là hơi quá nhiệt có nhiệt độ và áp suất cao (tới 450oC). Các nồi hơi chính cũng có thể đồng thời cung cấp hơi tua bin hơi lai máy phát điện hoặc các máy phụ khác. Thông thường các thiết bị phụ này sử dụng hơi có thông số thấp hơn (hơi giảm sấy) được cung cấp qua các bộ giảm sấy. v Nồi hơi phụ: cung cấp hơi cho các máy phụ như tua bin phụ, bơm phục vụ cho việc hâm sấy nhiên liệu và cho các nhu cầu khác trên tàu. Nồi hơi phụ thường sinh ra hơi bão hoà, một số nồi hơi phụ cung cấp hơi cho các tua bin phụ có thể được trang bị các bộ sấy hơi để cung cấp hơi sấy có thông số thấp cho các tua bin phụ. Nồi hơi chính của một tàu chở khách. 16 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy 6. Phân theo nguyên lý tuần hoàn v Nồi hơi tuần hoàn tự nhiên: nước và hơi nước trong nồi hơi tuần hoàn tự nhiên do chênh lệch tỷ trọng của nước và hơi giữa các vùng khác nhau. Hầu hết các nồi hơi tàu thủy đều sử dụng tuần hoàn tự nhiên vì lý do đơn giản, dễ chế tạo và giá thành rẻ. v Nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức: nước và hơi trong nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức nhờ bơm tuần hoàn. Loại nồi hơi này có cường độ trao đổi nhiệt cao hơn, nên kích thước thường nhỏ gọn hơn. Tuy nhiên cần phải trang bị các bơm tuần hoàn hoạt động liên tục trong môi trường nhiệt độ, áp suất cao. v Nồi hơi không tuần hoàn: loại nồi hơi này không có vòng tuần hoàn của nước, có kết cấu đơn giản nhất. Nồi hơi ống lửa cũng là nồi hơi không tuần hoàn do nước được chứa toàn bộ trong bầu nồi. Khí lò Khí lò Khí lò Nồi hơi tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức và nồi hơi không tuần hoàn. 7. Phân theo nguyên lý thông gió v Thông gió tự nhiên: khí lò chuyển động tự nhiên nhờ sức tự hút được tạo ra từ sự chênh lệch áp suất trong và ngoài nồi. v Thông gió cưỡng bức: sức tự hút trong buồng đốt được tao ra nhờ quạt gió. 8. Một số cách phân loại khác v Phân loại theo số trống (bầu): nồi hơi một trống, hai trống và ba trống. v Phân loại theo số vòng tuần hoàn: nồi hơi một vòng tuần hoàn và nhiều vòng tuần hoàn. v Phân loại theo mức độ tự động hóa: nồi hơi tự động (điều khiển bằng PLC), nồi hơi bán tự động và nồi hơi điều khiển bằng tay. v Phân loại theo hình dáng bên ngoài: nồi hơi chữ D, nồi hơi chữ A, nồi hơi chữ O Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 17
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 9. Biểu diễn quá trình sinh hơi của nồi hơi trên đồ thị i-t, giải thích và so sánh quá trình sinh hơi của nồi hơi thông số cao với nồi hơi thông số thấp. Quá trình sinh hơi trong nồi hơi gồm 3 giai đoạn được biểu diễn trên đồ thị i-t như sau: I (kcal/kg) 4 p=1at 4’ 1 20 sh 700 i 3 40 D 80 120 2 sh x = 1 i 180 D 600 0.9 0.8 3’ 0.7 K 500 2 bh i 1 D bh i D i D 400 2’ 0.3 2 300 s đ i D 0.2 2 200 1 s 0.1 đ i D 100 1 x = 0 t (oC) 100 200 300 400 Quá trình sinh hơi của nồi hơi trên đồ thị i-t. 1. Quá trình đun sôi nước (ở áp suất nồi hơi) tiến hành theo đường nước sôi x = 0 (đoạn 12 hoặc 12’). 2. Quá trình bốc hơi tiến hành theo đường đẳng nhiệt (đoạn 23 hoặc 2’3’). 3. Quá trình sấy hơi tiến hành theo đường đẳng áp (đoạn 34 hoặc 3’4’). Quá trình 1234 là quá trình sinh hơi của một nồi hơi có thông số 20kG/cm2, 212oC (nồi hơi thông số thấp); 12’3’4’ là quá trình sinh hơi của một nồi hơi có thông số 180kG/cm2, 356oC (nồi hơi thông số cao). Từ đồ thị ta thấy rằng: biến thiên enthalpy trong quá trình đun sôi Diđs2 > Diđs1, nghĩa là diện tích bề mặt hấp nhiệt đun sôi Fđs1 Dibh2 nên diện tích hấp nhiệt bốc hơi Fbh1 > Fbh2. Mặt khác, trên thực tế giá thành chế tạo một đơn vị diện tích bề mặt bốc hơi cao hơn giá thành chế tạo một đơn vị diện tích bề mặt đun sôi. Như vậy, dùng nồi hơi thông số cao sẽ tăng tính kinh tế do có diện tích bốc hơi nhỏ hơn. Chú ý rằng quá trình sinh hơi thực tế có phần khác quá trình biểu diễn trên đồ thị do nhiệt độ nước ra bộ hâm nước tiết kiệm chưa đạt tới độ sôi, nhiệt bốc hơi cũng thấp hơn trị số lý thuyết. 18 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Câu 10.Kể tên các thiết bị, hệ thống phục vụ nồi hơi và trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống nồi hơi hoàn chỉnh. Hệ thống nồi hơi tàu thủy có thể gồm có: v Nồi hơi (một hoặc nhiều chiếc): thiết bị chính trong hệ thống. v Hệ thống nhiên liệu: bao gồm bơm dầu đốt, bầu hâm dầu, thiết bị đốt dầu, két chứa dầu, phin lọc dầu v Hệ thống cấp nước: bao gồm bơm cấp nước nồi, bầu hâm nước cấp, két nước cấp, két nước ngưng, bầu ngưng v Hệ thống xử lý nước nồi: bao gồm bầu lọc nước, bộ làm mềm nước, két hóa chất v Hệ thống thông gió: bao gồm quạt gió, quạt hút khói. v Hệ thống phân phối hơi: bao gồm van hơi chính, ống dẫn hơi, van giảm áp v Các thiết bị cải thiện chất lượng hoạt động của nồi hơi: gồm có van gạn mặt, van xả đáy, bộ khử khí, thiết bị thổi muội, thiết bị khô hơi v Các thiết bị tận dụng nhiệt như: bộ sấy hơi, bộ hâm nước tiết kiệm, bộ sưởi không khí tiết kiệm, bộ giảm sấy v Các thiết bị điều khiển và kiểm tra: gồm có rơle áp suất, rơle nhiệt độ, mắt thần, van điện từ, van một chiều và các thiết bị tự động điều chỉnh quá trình làm việc của nồi hơi. v Các thiết bị chỉ báo, báo động và bảo vệ: bao gồm ống thủy, kính nhìn, áp kế, nhiệt kế, đèn báo động, chuông báo động, van an toàn, rơle áp lực Nguyên lý hoạt động của hệ thống nồi hơi điển hình dưới tàu hiện nay: Hệ thống nồi hơi phụ tàu thủy. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 19
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Đây là hệ thống nồi hơi phụ, nồi hơi ở đây là kiểu nồi hơi hình trụ đứng ống nước đứng. Dầu đốt sử dụng cho nồi hơi có thể là dầu nặng (FO) hoặc dầu nhẹ (DO). Khi cần chuyển đổi loại nhiên liệu, ta chỉ cần đóng mở các van tương ứng. Trên sơ đồ này, ta có thể nhận thấy và phân biệt các hệ thống phục vụ cho nồi hơi, đó là: hệ thống nhiên liệu (bao gồm phin lọc dầu, bơm dầu tuần hoàn, bầu hâm dầu, van điện từ, súng phun ), hệ thống nước cấp (bao gồm két nước cấp, két nước ngưng, hai bơm cấp nước nối song song, bầu ngưng, van một chiều ), hệ thống phối hơi (bao gồm van hơi chính, bình tích năng, van tắt ) và một số thiết bị phục vụ khác. Bơm dầu luôn chạy ngay cả khi nồi hơi đang tắt, dầu đốt được bơm cấp liên tục qua bầu hâm, vào súng phun. Giả sử lúc này nồi hơi đang dừng, van điện từ trên đường dầu về sẽ mở, do đó, dầu từ súng phun trở về luôn cửa hút của bơm, tạo thành một mạch dầu tuần hoàn. Điều này giúp cho dầu đốt luôn được hâm ở một nhiệt độ nhất định để có thể sẵn sàng cho việc đốt nồi bất kỳ lúc nào. Khi có tín hiệu đốt nồi hơi, van điện từ sẽ đóng, áp lực dầu vào súng phun tăng vọt và dầu được phun vào buồng đốt, hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp nhiên liệu dưới dạng sương mù. Cùng lúc đó, thiết bị đánh lửa hoạt động và quá trình cháy bắt đầu. Khi nồi hơi hoạt động, mức nước trong nồi sẽ liên tục thay đổi. Việc duy trì một mức nước phù hợp được thực hiện bởi các bơm cấp nước kết hợp với thiết bị cảm ứng mức nước nồi. Các bơm này được bật/tắt thông qua các rơle điều khiển. Tín hiệu mức nước được truyền tới rơle từ thiết bị cảm ứng mức nước đặt trong ống thủy. Khi mức nước nồi cạn dưới mức cho phép, rơle điều khiển sẽ đưa tín hiệu bật bơm để bổ sung. Các bơm có thể hoạt động độc lập hoặc song song. Thông thường, chỉ có một bơm hoạt động, bơm còn lại để dự phòng. Bơm có thể hút nước từ két nước cấp hoặc két nước ngưng. Nước trong két nước ngưng chính là nước ngưng tụ từ hơi về bầu ngưng. Trên đường cấp nước tới nồi hơi, một van một chiều được lắp để tránh hiện tượng trào ngược khi áp suất trong nồi hơi tăng cao. Khi mức nước nồi cao quá mức cho phép, rơle điều khiển sẽ đưa tín hiệu dừng bơm. Khi áp suất trong nồi đủ cao, hơi nước sinh ra có nhiệt độ đủ lớn, ta mở van hơi chính để đưa hơi đi sử dụng. Ngay trước van hơi chính là một bình tích năng, thiết bị này có nhiệm vụ duy trì áp lực hơi ở một giá trị không đổi. Một van tắt được bố trí giữa đường cấp hơi đi công tác và đường hơi về. Van tắt có chức năng điều chỉnh lượng hơi đi sử dụng, ví dụ như khi muốn giảm lượng hơi đi công tác, ta mở van tắt đến một độ mở nhất định để trích một phần hơi về thẳng bầu ngưng. Đây là một hệ thống nồi hơi cơ bản, khá đơn giản và nhỏ gọn. Với nồi hơi cỡ lớn, ở những hệ thống lớn, nhiều thiết bị, phụ kiện khác được trang bị. Câu 11.Nêu khái niệm nhiệt trị của nhiên liệu. Dầu đốt dùng cho nồi hơi gồm những thành phần nào? Nêu các yêu cầu đối với dầu đốt dùng cho nồi hơi tàu thủy. 1. Khái niệm nhiệt trị Nhiệt trị của nhiên liệu là nhiệt lượng mà 1kg nhiên liệu đó tỏa ra khi được đốt cháy hoàn toàn. Nhiệt trị gồm có nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp. 20 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy v Nhiệt trị cao là nhiệt lượng mà 1kg nhiên liệu đó tỏa ra khi được đốt cháy hoàn toàn, trong đó phần nước của bản thân nhiên liệu và nước do hyđrô sinh ra chưa biến thành hơi. Ký hiệu: QB (kJ/kg hoặc kCal/kg). v Nhiệt trị thấp là nhiệt lượng mà 1kg nhiên liệu đó tỏa ra khi được đốt cháy hoàn toàn, trong đó phần nước của bản thân nhiên liệu và nước do hyđrô sinh ra đã biến thành hơi. Ký hiệu: QH (kJ/kg hoặc kCal/kg). 2. Thành phần dầu đốt nồi hơi Dầu đốt dùng cho nồi hơi bao gồm hai nhóm thành phần sau: v Thành phần cháy được: gồm có cácbon (C), hyđrô (H2), lưu huỳnh bốc (Sb). v Thành phần không cháy được: gồm có nitơ (N2), lưu huỳnh không bốc - tức là ở dạng sunfat (Skb), chất tro (A), chất ẩm (W) và chất trợ cháy ôxy (O2). Lưu huỳnh bốc Sb là hợp chất sunfua của kim loại như FeS2. Nó có tính bốc cháy được và sinh ra khí SO2, SO3. Lưu huỳnh không bốc Skb ở thể sunfat không cháy được vì nó ở dạng ôxy hóa tới hạn (SO3). Thành phần cháy được càng nhiều thì lượng sinh nhiệt của dầu đốt càng cao. Ví dụ: 1kg cácbon cháy hoàn toàn sẽ tỏa ra 8100kCal, nhiệt lượng đó sẽ là 28700kCal với 1kg H2 và 2130kCal với 1kg Sb. Chất tro tồn tại là do quặng lẫn trong dầu đốt như ôxít silic, ôxít sắt, ôxít nhôm, sunfat lưu huỳnh, sunfat magiê. Chất tro nhiều sẽ làm giảm lượng sinh nhiệt của dầu đốt. Hạm lượng chất tro trong dầu đốt nồi hơi thường dưới 1%. Ôxy không thể sinh ra nhiệt, mà còn ôxy hóa các nguyên tố cháy được, hạ thấp lượng sinh nhiệt của dầu đốt. Nitơ là khí trơ, không tham gia vào phản ứng cháy, dễ bay lên cùng khí lò khi đốt dầu. Lượng N2 trong dầu đốt càng ít càng tốt, thường không đến 2%. Chất ẩm trong dầu đốt làm giảm lượng sinh nhiệt vì không những nó không cháy được mà còn hấp nhiệt để bốc thành hơi trong quá trình đốt dầu. 3. Yêu cầu đối với dầu đốt dùng cho nồi hơi tàu thủy Dầu đốt sử dụng cho nồi hơi tàu thủy phải đảm bảo những yêu cầu sau: 1. Nhiệt trị lớn: để tăng thêm trọng tải có ích và tăng thêm bán kính hoạt động của tàu. 2. Không tự bén cháy trong két chứa trên tàu: để đảm bảo an toàn cho con tàu và thuyền viên. 3. Không bị biến chất. 4. Ít tro bụi, ít lưu huỳnh và chất độc: để ít tổn hại đến sức khỏe thuyền viên trên tàu, ít làm mục rỉ ống khói, bộ hâm nước tiết kiệm, bộ sưởi không khí 5. Giá thành rẻ vì chi phí về dầu đốt có thể chiếm tới 30¸40% chi phí sử dụng tàu thủy. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 21
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 12.Trình bày các giai đoạn cháy nhiên liệu trong nồi hơi và nêu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy trong nồi hơi. 1. Các giai đoạn cháy nhiên liệu Dầu từ súng phun được phun vào buồng đốt với áp lực cao, hòa trộn với không khí và được xé nhỏ thành các hạt sương dầu. Quá trình đốt cháy hạt sương dầu diễn ra gồm 3 giai đoạn: a. Giai đoạn nung nóng, bốc hơi (giai đoạn chuẩn bị cháy) Nhiệt lượng xung quanh buồng đốt truyền tới hạt sương dầu, nung nóng nó, làm nó bốc hơi, tạo thành một tầng hơi dầu bao lấy hạt sương dầu. Lúc này, trên bề mặt của hạt sương dầu có các hợp chất cao phân tử, là phần còn lại của lớp dầu ngoài cùng bị nung nóng đã bốc thành hơi dầu. Các hợp chất cao phân tử này làm giảm năng lực khuyếch tán của ôxy tới hạt dầu, tạo điều kiện hóa cốc. Sở dĩ hiện tượng hóa cốc xảy ra là do tốc độ bốc hơi của hạt sương dầu chậm hơn tốc độ phân giải các hợp chất cao phân tử. Giai đoạn này diễn ra mãnh liệt ở nhiệt độ 200¸300oC. b. Giai đoạn phân giải Hạt sương dầu đã được sấy khô tiếp tục nhận nhiệt để chất bốc trong nó thoát ra dần và có thể bắt đầu cháy. Trong quá trình nung nóng hạt sương dầu, các cácbua hyđrô cao phân tử bị nhiệt phân thành những nguyên tố đơn giản cácbon và hyđrô. Dầu madút chứa nhiều mêtan và khi thiên nhiên nên phải ở nhiệt độ trên 600oC, các cácbua hyđrô mới phân huỷ. c. Giai đoạn cháy Khi các thành phần hơi dầu dễ bén lửa đạt đến nhiệt độ bén cháy, giai đoạn cháy bắt đầu diễn ra. Dầu đốt nồi hơi thường có 15¸20% thành phần nhẹ, nên ở nhiệt độ 150¸200oC (nhiệt độ bén cháy của thành phần nhẹ) đã xuất hiện ngọn lửa ổn đinh, tức là giai đoạn cháy đã bắt đầu. Tốc độ phản ứng cháy nhanh hơn nhiều so với tốc độ chuẩn bị cháy (nung nóng, bốc hơi, phân giải hợp chất cao phân tử), thời gian tiến hành phản ứng cháy hóa học chỉ chiếm khoảng 1% tổng thời gian cháy. Tổng thời gian cháy hạt sương dầu thường là 0,1¸0,15 giây. Trên thực tế, cả ba giai đoạn của quá trình cháy hầu như diễn ra đồng thời. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong nồi hơi Giai đoạn nung nóng, bốc hơi còn được gọi là giai đoạn chuẩn bị cháy. Thời gian chuẩn bị cháy chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau: 1. Loại dầu đốt. Dầu đốt có ít chất bốc, hàm lượng tro, ẩm cao, nồng độ của thành phần cháy được không cao sẽ kéo dài thời gian chuẩn bị cháy. Ngược lại, với dầu đốt có nhiều chất bốc, ít tro, ẩm, nồng độ của thành phần cháy được cao, thời gian chuẩn bị cháy sẽ ngắn hơn. Dầu DO có tốc độ cháy rất nhanh vì trong giai đoạn chuẩn bị cháy, dầu lỏng được biến hoàn toàn thành khí cháy. 2. Kiểu buồng đốt, kết cấu súng phun và tình trạng kỹ thuật của thiết bị đốt dầu. 22 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy 3. Kích thước hạt dầu được phun vào buồng đốt. Kích thước hạt dầu càng bé, khả năng tiếp xúc với khí nóng trong trong buồng đốt càng cao, do đó thời gian chuẩn bị cháy sẽ ngắn hơn. 4. Nhiệt độ và áp suất buồng đốt. Nhiệt độ và áp suất trong buồng đốt càng cao, nhiệt độ bén cháy của dầu càng thấp, thời gian chuẩn bị cháy càng ngắn. 5. Nhiệt độ, áp suất và mật độ của không khí cấp vào. Không khí cấp vào có nhiệt độ, áp suất và mật độ cao sẽ làm cho hạt dầu nhanh chóng được sấy khô và nung nóng, làm tăng nhiệt độ bình quân của buồng đốt. 6. Vị trí tương đối giữa dầu đang cháy với dầu mới cấp vào. 7. Tốc độ tương đối giữa dầu đốt với không khí. Khi tốc độ này nhanh và hỗn hợp lưu động kiểu xoáy lốc, không khí sẽ hòa trộn với dầu tốt hơn, giúp cho quá trình khuếch tán không khí tới các hạt dầu nhanh chóng và rút ngắn thời gian chuẩn bị cháy. 8. Hệ số không khí thừa α. Hệ số không khí thừa tốt nhất là vào khoảng 1,05÷1,25. Với nồi hơi cũ, có thể chọn α lên đến 1,5 để đảm bảo dầu đốt được hoà trộn hết với không khí. 9. Tốc độ phản ứng cháy hóa học. Tốc độ này phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ tuyệt đối. Áp suất hay nhiệt độ tuyệt đối càng cao thì nồng độ các chất tham gia phản ứng càng tăng, do đó tốc độ phản ứng cháy hoá học càng nhanh và quá trình cháy diễn ra nhanh hơn. Câu 13.Thế nào là cháy hoàn toàn, cháy không hoàn toàn, hệ số không khí thừa a, hiện tượng ăn mòn điểm sương và hiện tượng mục rỉ vanađi? 1. Cháy hoàn toàn và không hoàn toàn Cháy hoàn toàn nghĩa là các sản phẩm cháy (H2O, CO2, SO2, N2, O2) khi ra khỏi buồng đốt (nhiệt độ từ 800¸1200oC) không thể hòa hợp với ôxy mà tiếp tục cháy nữa, nói cách khác các thành phần cháy được đã cháy hết và tỏa nhiệt ra hết trong buồng đốt. Ngược lại, khi cung cấp không đủ không khí, không khí không được trộn đều với dầu đốt, cung cấp quá nhiều không khí làm cho nhiệt độ buồng đốt thấp, hoặc dung tích buồng đốt quá hẹp thì quá trình cháy sẽ diễn ra không hoàn toàn. Trong khói lò ngoài H2O, N2, O2 ra còn có các khí cháy chưa kịp cháy như CO, H2, CH4, CmHn, đồng thời trên bề mặt hấp nhiệt còn có muội (muội là cácbon thuần tuý và hyđrô, hyđrô cháy hết còn lại cácbon ở dạng muội). Do đó, mọi quá trình cháy thực tế trong nồi hơi đều là cháy không hoàn toàn. Ngọn lửa đốt dầu được cung cấp không khí vào với số lượng vừa phải sẽ có màu vàng nhạt, có thể lờ mờ nhìn thấy vách sau của buồng đốt. Nếu thiếu không khí ngọn lửa sẽ có màu vàng, thiếu nhiều không khi sẽ có màu da cam, rất thiếu không khí sẽ có màu đỏ. Nếu cung cấp quá nhiều không khí, có thể nhìn thấy rõ vách sau của buồng đốt qua ngọn lửa. Trong trường hợp khí cháy chưa cháy hết đã đi lên tiếp xúc với thành vách buồng đốt, các bề mặt trao nhiệt có nhiệt độ cao, nó sẽ tiếp tục cháy (hiện tượng cháy muộn, hay còn gọi là cháy rớt) và có thể tạo muội bẩn, gây hư hỏng buồng đốt cũng như các mặt hấp nhiệt. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 23
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP 2. Hệ số không khí thừa α Trên thực tế, không thể đảm bảo trộn đều không khí với dầu đốt và cung cấp lượng không khí thích hợp cho mỗi giai đoạn cháy cũng như mỗi vùng của buồng đốt. Vì vậy, để đảm bảo cháy hoàn toàn, so với phương trình phản ứng cháy cần cung cấp thừa không khí, tức là lượng không khí thực tế cấp vào buồng đốt phải lớn hơn lượng không khí lý thuyết tính theo các phương trình phản ứng cháy. Việc cung cấp thừa không khí được đặc trưng bởi hệ số không khí thừa, khí hiệu α, là tỷ số giữa lượng không khí thực tế cấp vào buồng đốt để đốt cháy hết 1kg nhiên liệu và lượng không khí lý thuyết tính theo phản ứng cháy để đốt cháy hết 1kg nhiên liệu đó. 3. Hiện tượng ăn mòn điểm sương và mục rỉ vanađi a. Ăn mòn điểm sương Lưu huỳnh khi cháy sẽ sinh ra SO3, SO3 sẽ kết hợp với H2O tạo thành axít H2SO4. Khi nhiệt độ khói lò nhỏ hơn nhiệt độ điểm sương thì hơi H2SO4 và hơi H2O sẽ ngưng đọng lên các mặt hấp nhiệt và làm mục rỉ các bề mặt ấy. Hiện tượng ăn mòn này xảy ra khi nhiệt độ giảm đến 120oC¸130oC. Cơ chế: S + O2 → SO2 2SO2 + O2 → 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 H2SO4 + Fe → FeSO4 + H2↑ 3H2SO4 + Fe2O3 → Fe2(SO4) 3 + 3H2O 3H2O + Fe2O3 → 2Fe(OH)3 Do đó, để hạn chế hiện tượng ăn mòn điểm sương, cần duy trì nhiệt độ khói lò cao hơn nhiệt độ điểm sương ở áp suất tương ứng. b. Mục gỉ vanađi o Vanađi cháy sinh ra penta ôxít vanađi (V2O5) có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp, khoảng 675 C o nhưng còn có thể giảm đến 550¸580 C nếu cũng có Na2SO4 và K2SO4 được tạo thành bởi sự kết hợp giữa K2O, Na2O với SO3 khi cháy lưu huỳnh. Ở nhiệt độ nóng chảy, V2O5 bám trên các bề mặt kim loại sẽ làm mục gỉ các bề mặt ấy. Cơ chế: V + O2 → V2O3 o Trên 450 C: V2O3 + O2 → V2O5 o 550¸675 C: 3V2O5 + 4Fe → 2Fe2O3 + 3V2O3↑ V2O3 lại hấp thụ khí lò để trở thành V2O5, quá trình mục rỉ cứ thế tiếp diễn. o Thí nghiệm cho thấy, V2O5 bám lên bề mặt có nhiệt độ trên 550 C trong 2000 giờ có thể ăn mòn bề mặt ấy sâu khoảng 1mm. 24 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Câu 14.Trình bày các tổn thất nhiệt trong nồi hơi và biện pháp hạn chế các tổn thất nhiệt đó. Nhiệt lượng QH (đối với 1kg chất đốt) do chất đốt cấp vào buồng đốt chỉ có một phần Q1 được sử dụng có ích (nhiệt lượng có ích), có nghĩa là nhiệt lượng để biến nước thành hơi; phần còn lại là nhiệt lượng tổn thất bao gồm: tổn thất nhiệt Q2 do khói lò mang đi, tổn thất nhiệt hóa học Q3 do cháy không hoàn toàn, tổn thất nhiệt cơ học Q4, tổn thất nhiệt ra môi trường Q5, tổn thất nhiệt Q6 do tro xỉ lò còn nóng, do xả nước nồi ra ngoài. Đối với nồi hơi đốt dầu thì Q4 = 0, Q6 = 0. QH = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (kJ/kg) Hay: 100% = + + + + + (%) 100% = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 = + + + + + 1. Tổn thất nhiệt do khói lò q2 Khi khói lò ra ống khói, nhiệt độ khói lò còn cao hơn nhiệt độ không khí lạnh cấp lò nên gây ra tổn thất nhiệt q2. 100 = ( ) (%) − 3 Trong đó: Vk – Lượng khí lò (kể cả hơi ẩm trong khí lò ) do đốt 1kg chất đốt sinh ra (m tc/kg). 3 Ckh – Nhiệt dung riêng của khói lò, Ckh = 0,323 + 0,000018qkh (kCal/m tcđộ) o tkkl – Nhiệt độ không khí lạnh ( C). o qkh – Nhiệt độ khói lò ( C). Đối với nồi hơi đốt dầu, khi có số liệu phân tích khói lò, ta có thể tính Q2 như sau: + 0,375 = 1,86 + ( ) ( ) 80,4 9 + − / Tổn thất nhiệt q2 là tổn thất nhiệt lớn+ nh ất, nó vào khoảng 5¸12% nhiều khi tới 20¸25%. Trị số của q2 phụ thuộc vào nhiệt độ khói lò, hệ số không khí thừa, tải trọng, thiết bị buồng đốt, các biện pháp làm giảm bớt q2 là: 1. Nếu có điều kiện nên tăng diện tích mặt hấp nhiệt tiết kiệm (bộ hâm nước tiết kiệm và bộ sưởi không khí). Đây là biện pháp chính. 2. Giữ cho bề mặt hấp nhiệt sạch cáu cặn và muội. 3. Đốt lò với hệ số không khí thừa thích hợp cho kiểu buồng đốt, loại chất đốt và tải trọng nồi hơi. 4. điều chỉnh thiết bị buồng đốt cho phù hợp, đốt nồi đúng cách. 5. Bố trí các tấm dẫn khí (với nồi hơi ống nước) sao cho khí lò quét qua khắp các mặt hấp nhiệt đối lưu và phải sửa chữa ngay khi bị cháy hỏng. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 25
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Giảm được nhiệt độ khói lò sẽ giảm được tổn thất nhiệt do khói lò q2. Song nếu hạ thấp qkh đến dưới điểm sương, sẽ làm cho hơi nước trong khói lò ngưng đọng trên mặt hấp nhiệt tiết kiệm, làm mục rỉ nhanh chóng các bộ phận này. Để đảm bảo cho khi nhẹ tải nhất tức là lúc nhiệt độ khói lò thấp nhất qkh vẫn không được nhỏ hơn o điểm sương, nói chung thường chọn qkh lớn hơn 155 C cho khi tải trọng bình thường. o Riêng một số nồi hơi cho phép qkh nhỏ hơn 155 C, khi ấy các bộ phận hấp nhiệt tiết kiệm được chế tạo bằng vật liệu khó mục rỉ hoặc được rắc hóa chất (ví dụ: hỗn hợp 34% CaO, 20,8% MgO, 38,6% CO2) vào chất đốt hoặc vào dòng khí lò trước bộ sưởi không khí ở chế độ nhẹ tải. 2. Tổn thất hóa học q3 Khi thiết bị buồng đốt không tốt, khi đốt lò với nhiệt độ buồng đốt quá thấp, hoặc đốt với hệ số không khí thừa a quá bé, sẽ làm cho các phản ứng cháy không hoàn toàn, trong khói lò bay lên trời có các chất khó còn cháy được như CO, H2, CH4 và cácbua hyđrô. Đối với buồng đốt có cấu tạo và thiết bị đốt, cách đốt khéo léo q3 = 0,5¸1% ngược lại có thể tới 9¸10%. q3 có thể được tính gần đúng như sau, theo số liệu phân tích khói lò: q3 = 3,2COa (%) Trong đó: CO – Nồng độ khí CO trong khói lò (%). Ta thấy rằng khi nồng độ khí CO trong khói lò tăng 1% thì q3 tăng 4¸5%. Chú ý rằng khi lấy mẫu khói lò để phân tích nồng độ CO, phải lấy mẫu tại các điểm cách đều nhau trên một mặt cắt của đường khói. Khi đường khói bị hỏng nặng, phải lấy mẫu khí lò tại các nơi gần buồng đốt. Với nồi hơi đốt dầu, khi thay đổi tải q3 biến đổi rất ít nên có thể lấy cùng một trị số q3 cho mọi tải trọng. 3. Tổn thất nhiệt ra ngoài trời q5 Do nhiệt độ bề mặt vỏ nồi hơi, bề mặt bầu nồi, đường ống cao hơn nhiệt độ khí trời, nên gây ra tổn thất q5. Tổn thất q5 sẽ được giảm bớt nếu vỏ nồi hơi, bầu nồi, đường khí lò được bọc cách nhiệt dầy và khô, hoặc sử dụng vỏ hai lớp (ở giữa hai lớp có không khí cấp lò đi qua) để tránh rò rỉ hơi và nước. Khi tính nghiệm nhiệt, q5 có thể tính gần đúng như sau: 100 = (400 + 30000) (%) Trong đó: F – diện tích bề mặt ngoài nồi hơi(m2). . 400 – nhiệt lượng tổn thất trên 1m2 bề mặt ngoài của nồi hơi (kCal/m2h). 30000 – nhiệt lượng tổn thất tại các bề mặt bầu nồi hộp ống (kCal/h). Khi thay đổi tải, ta sử dụng công thức quy đổi: 26 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy = 0,5 1+ (%) Trong đó: q5, Bt – tổn thất nhiệt ra ngoài và lượng chất đốt ở 100% tải. , – tổn thất tản nhiệt ra ngoài và lượng tiêu chất đốt ở nhẹ tải. Câu 15.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi hình trụ ống lửa nằm (nồi hơi Scotch). Trong nhiều năm trước đây, nồi hơi Scotch được sử dụng rộng rãi dưới tàu thủy do cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng. Hiện nay loại nồi hơi này thường được sử dụng trên bộ do kích thước cồng kềnh, không thuận lợi bố trí dưới tàu thủy và tính cơ động không cao (thời gian từ khi đốt lò đến khi sinh hơi đủ áp suất định mức dài). 1. Thân nồi hơi; 2. Đinh chằng dài; 3. Ống lửa chằng; 4. Ống lửa thường; 5. Buồng đốt; 6. Vị trí lắp thiết bị buồng đốt; 7. Cửa thăm; 8. Đinh chằng ngắn; 9. Thiết bị buồng đốt; 10. Hộp lửa; 11. Ống thủy; 12. Mã đỉnh hộp lửa; 13. Cửa lấy hơi ra; 14. Ống khói. Nồi hơi Scotch. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 27
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Các bộ phận chính của nồi hơi bao gồm vỏ hình trụ nằm ngang, bên trong có buồng đốt, hộp lửa và cụm ống lửa nằm. Buồng đốt dạng hình trụ có vách gợn sóng để bù giãn nở nhiệt khi đốt. Số lượng buồng đốt phụ thuộc vào kích thước nồi hơi. Nồi hơi có đường kính tới 4m có thể được trang bị hai buồng đốt, những nồi hơi lớn hơn có thể lắp ba buồng đốt. Hộp lửa vừa là nơi diễn ra quá trình cháy của nhiên liệu, vừa là nơi phân phối khí lò vào các ống lửa. Hộp lửa có dạng hình hộp bán nguyệt, hoặc hai nửa hình hộp bán nguyệt, phía dưới nối với cuối buồng đốt, phía trên là mặt sàng nối với các ống lửa. Trên đỉnh hộp lửa có mã đỉnh hộp lửa vừa làm kín hộp lửa vừa có tác dụng bảo vệ nồi hơi khi bị cạn nước nhờ nút bằng kim loại dễ nóng chảy. Hộp lửa được gia cố với vỏ nồi nhờ các đinh chằng ngắn. Các ống lửa nằm là nơi dẫn khói lò đi qua để trao nhiệt cho nước. Một đầu ống lửa nối với mặt sàng của hộp lửa, đầu kia nối với mặt sàng trước. Có hai loại ông lửa: ống lửa thường và ống lửa chằng. Các ống lửa thường có đường kính vào khoảng 65mm và độ dày 5mm. Chúng được nong chặt hai đầu vào hai mặt sàng, đầu phía hộp lửa sau khi nong được làm loe miệng, hoặc có thể được hàn từng điểm với vách hộp lửa. Đầu phía mặt sàng trước thường được nong để có đường kính lớn hơn, điều này cho phép dễ dàng rút ống về phía này khi sửa chữa, ngay cả khi có lớp cáu cặn bám ở bề mặt ngoài ống. Một số trường hợp đầu phía mặt sàng trước được làm dài ra một đoạn khoảng 12mm. Điều này cho phép nong lại ống khi đầu phía hộp lửa bị cháy làm mỏng mối ghép với hộp lửa. Khi đó người ta rút ống ra, vệ sinh sạch sẽ, cắt bỏ phần mối ghép bị cháy hỏng, đẩy ống sâu về phía hộp lửa và nong lại. Các ống lửa chằng có nhiệm vụ chằng giữ các mặt sàng với nhau. Hai đầu các ống lửa chằng có đường kính ngoài lớn hơn và có ren để bắt vào các lỗ ren trên các mặt sàng. Sau khi bắt ren đồng thời vào hai mặt sàng, hai đầu ống lửa chằng được nong chặt, đầu phía mặt sàng trước thường được lắp êcu. Mối lắp ráp ống lửa thường và ống lửa chằng. Thiết bị buồng đốt được lắp ở mặt trước buồng đốt. Nhiên liệu được phun sương vào trong buồng đốt, hoà trộn với không khí, cháy, sinh nhiệt. Một phần nhiệt được truyền cho nước bao bên ngoài buồng đốt. Hỗn hợp khí cháy sau đó đi vào hộp lửa, ở đây nhiên liệu tiếp tục cháy, một phần nhiệt được truyền cho nước bao xung quanh hộp lửa. Khí cháy sau đó được chia vào trong các hộp lửa, ở đây quá trình truyền nhiệt cho nước tiếp tục diễn ra, khí lò lưu động một lượt dọc theo các ống lửa rồi thoát ra ống khói. Nước trong nồi hơi bao xung quanh buồng đốt, hộp lửa và các ống lửa nhận nhiệt của khí cháy, sôi và sinh hơi, lượng hơi sinh ra nổi lên, tách ra ở không gian hơi phía trên và được đưa đi sử dụng. Nước được bổ xung định kỳ cho nồi hơi nhờ bơm cấp nước. Trên thân nồi hơi và mặt trước được bố trí các nắp cửa thăm để kiểm tra không gian nước. Nồi hơi Scotch có các ưu và nhược điểm sau: 28 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy v Các ống lửa thẳng nên thuận lợi cho việc vệ sinh muội bên trong ống. v Không cần chất lượng nước nồi hơi cao do tuần hoàn đơn giản. v Năng suất, thông số hơi thấp do tỷ lệ bề mặt trao đổi nhiệt thấp và hình dáng nồi hơi không thuận lợi cho tuần hoàn. v Thời gian nhóm lò lấy hơi lâu do lượng nước trong bầu nồi lớn. Tuy nhiên do lượng nước trong nồi hơi lớn nên năng lực tiềm tàng lớn. v Lượng nước trong nồi hơi lớn nên nếu xảy ra sự cố, mức độ nghiêm trọng sẽ rất cao. v Do chiều cao không gian hơi khá lớn nên chất lượng hơi bão hoà sinh ra khá tốt. v Do kích thước chiều ngang lớn nên cồng kềnh, không thuận lợi cho bố trí dưới tàu thủy. Nồi hơi Scotch thường được ứng dụng làm nồi hơi phụ phục vụ hâm sấy nhiên liệu và sinh hoạt cho một số tàu Diesel. Do có kích thước dạng hình trụ đặt nằm nên loại nồi hơi này không thuận tiện cho việc bố trí ở khu vực thượng tầng ống khói. Khi sử dụng trên tàu thủy, loại nồi hơi này thường được dùng làm làm nồi hơi phụ trong hệ thống liên hợp nồi hơi phụ - bộ tận dụng nhiệt khí xả (xem phần sau). Trong trường hợp này nồi hơi phụ có thể bố trí ở nơi thuận tiện, không phụ thuộc vào vị trí của bộ tận dụng nhiệt khí xả (đặt trên đường khí xả của động cơ Diesel chính). Câu 16.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống lửa nằm (nồi hơi Cochran). Nồi hơi Cochran có dạng hình trụ đặt đứng. Đây là loại nồi hơi phổ biến, rất phù hợp cho nhu cầu sinh hơi bão hoà thông số thấp, phục vụ các nhu cầu hâm sấy nhiên liệu và sinh hoạt trên tàu. 01 07 02 03 08 04 05 06 09 10 1. Vỏ nồi hơi; 2. Cửa thăm; 3. Mã nối; 4. Cửa kiểm tra; 5. Ống lửa; 6. Buồng đốt; 7. Ống khói; 8. Cửa hộp khói; 9. Đất chịu lửa; 10. Vị trí lắp thiết bị buồng đốt Nồi hơi Cochran. Buồng đốt nồi hơi được bố trí ở phía dưới. Mặt trước buống đốt lắp thiết bị đốt dầu. Vách phần dưới buồng đốt được cách nhiệt bởi lớp gạch chịu lửa. Lớp gạch chịu lửa có tác dụng bảo vệ lớp vỏ kim loại ở phần dưới buồng đốt khỏi bị quá nhiệt. Điều này rất quan trọng bởi phần vách phía dưới buồng đốt Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 29
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP tiếp xúc với phần không gian nước hẹp, lưu động kém và là nơi lắng đọng cáu cặn nên cường độ trao đổi nhiệt kém. Vách phần trên buồng đốt có dạng hình bán cầu tiếp xúc trực tiếp với nước nồi, tạo nên bề mặt trao đổi nhiệt, nên không cần bố trí lớp gạch cách nhiệt. Phía trên buồng đốt có cửa nối với hộp lửa. Các ống lửa được lắp ghép thành cụm nhờ hai mặt sàng và được đặt nằm ngang phía trên buồng đốt. Để gia cường cụm ống lửa và hai mặt sàng, người ta sử dụng các ống lửa chằng được lắp ren với hai mặt sàng. Thân nồi hình trụ, phần đỉnh có hình bán cầu, cùng với buồng đốt hình bán cầu tạo nên cấu trúc cứng vững, ổn định, không cần bố trí các thanh chằng. Các ống lửa thẳng và tương đối ngắn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vệ sinh ống. Phần đỉnh bán cầu là không gian hơi, có trang bị lắp cửa thăm để có thể kiểm tra bề mặt trao đổi nhiệt phía không gian nước, phần phía dưới có thăm để kiểm tra bề mặt trao đổi nhiệt phía dưới. Phần mặt trước hộp lửa có bố trí cửa thăm để vệ sinh các ống lửa. Cửa này có thể mở ra dễ dàng nhờ khớp bản lề. Nắp hộp khói cũng có thể tháo ra để vệ sinh và kiểm tra phần mặt sàng sau. Nhiên liệu là không khí được đưa vào buồng đốt nhờ bộ đốt dầu. Ban đầu hỗn hợp nhiên liệu cháy nhờ tia lửa điện do bộ đánh lửa tạo ra. Sau khi đã cháy, nhiên liệu và không khí tiếp tục được phun vào buồng đốt và cháy nhờ ngọn lửa duy trì trong buồng đốt. Khí lò tạo ra trao một phần nhiệt cho nước bao phía ngoài buồng đốt. Khí lò sau đó đi vào hộp lửa, chia vào các ống lửa nằm ngang, lưu động một lượt dọc theo các ống lửa rồi thoát ra ngoài hộp khói và theo ống khói xả ra ngoài. Nước bao phủ toàn bộ các bề mặt buồng đốt, hộp lửa, ống lửa và hộp khói. Phần nước tiếp xúc với các bề mặt trao nhiệt nhận nhiệt từ khí lò, sinh ra hơi, phần hơi sinh ra thoát lên không gian hơi và được đưa đi sử dụng. Lượng nước đã hoá thành hơi được bổ xung vào phần không gian nước nhờ bơm cấp nước nồi. Loại nồi hơi này có các ưu nhược điểm sau: v Cấu tạo các bề mặt trao đổi nhiệt đơn giản nên không yêu cầu chất lượng nước nồi hơi cao. v Các cụm ống lửa ngắn, bố trí thuận tiện cho việc vệ sinh, bảo dưỡng. v Lượng nước trong nồi hơi không lớn nên thời gian đốt lò sinh hơi tương đối ngắn, an toàn khi gặp sự cố. v Có cấu tạo thẳng đứng, thuận lợi cho việc bố trí trên tàu thủy. v Chiều cao không gian hơi cao nên chất lượng hơi bão hoà sinh ra tốt. Loại nồi hơi này không có bộ sấy hơi và các bộ hấp nhiệt tiết kiệm, nên chỉ phù hợp cho việc sử dụng làm nồi hơi phụ trên các tàu có động cơ Diesel chính lai chân vịt. Nồi hơi Cochran còn có thể được thiết kế thêm phần ống lửa sử dụng khí xả để trở thành nồi hơi liên hợp. Câu 17.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống lửa đứng. Nồi hơi thẳng đứng ống lửa đứng có cấu tạo tiêu biểu như hình vẽ. Thân nồi hơi có dạng hình trụ thẳng đứng. Phần chính của nồi hơi được tạo bởi buồng đốt, cụm ống lửa thẳng đứng và hộp khói. Buồng đốt có dạng hình trụ đặt ở phía dưới. Toàn bộ buồng đốt được tiếp xúc trực tiếp với nước, trừ mặt dưới, do không có nước tuần hoàn nên được cách nhiệt bởi lớp gạch chịu lửa. Cụm ống lửa thẳng đứng nối mặt trên của buồng đốt với mặt dưới của hộp khói. Các ống lửa thẳng đứng có thể có dạng xoắn ốc để tăng cường mức độ xoáy lốc của khí lò chuyển động trong ống, tăng cường độ trao đổi 30 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy nhiệt. Toàn bộ thân nồi, buồng đốt, cụm ống lửa và hộp khói tạo thành một kết cấu cứng vững, không cần các kết cấu gia cường. Hai mặt sàng của buồng đốt và hộp khói có dạng mặt phẳng nên thường được gia cường nhờ các ống lửa chằng. Các ống lửa chằng được loe miệng và hàn vào mặt sàng. Trên thân nồi, ở một vài vị trí được bố trí các nắp cửa thăm, cửa kiểm tra để thuận lợi cho việc kiểm tra, vệ sinh các bề mặt trao đổi nhiệt khi nồi hơi dừng. Bộ đốt dầu được bố trí ở mặt trước buồng đốt. Hỗn hợp nhiên liệu và không khí được phun vào buồng đốt và đốt cháy. Khí lò tạo ra trao nhiệt cho nước bao bên ngoài buồng đốt. Khí lò được chia vào các ống lửa thẳng đứng, tiếp tục trao nhiệt cho nước bao bên ngoài các ống lửa rồi thoát ra ống khói. Nước bao bên ngoài buồng đốt, các ống lửa, nhận nhiệt của khí lò, sinh hơi. Phần hơi tạo ra nổi lên không gian hơi và được đưa đi sử dụng. Phần nước đã sinh hơi được bổ xung vào phần không gian nước nhờ bơm cấp nước nồi hơi. Loại nồi hơi này có các ưu nhược điểm sau: v Có cấu tạo đơn giản nên không yêu cầu chất lượng nước nồi hơi cao. v Các cụm ống lửa thẳng, bố trí thuận tiện cho việc vệ sinh, bảo dưỡng, sức cản khí lò nhỏ. v Có cấu tạo thẳng đứng, thuận lợi cho việc bố trí trên tàu thủy. v Chiều cao không gian hơi cao nên chất lượng hơi bão hoà sinh ra tốt. 1. Đất chịu lửa; 2. Buồng đốt; 3. Màn vách ống; 4. Vỏ nồi hơi; 5. Ống nước xuống; 6. Ống lửa; 7. Ống thủy; 8. Miệng ống khói; 9. Đường hơi ra; 10. Van an toàn; 11. Cửa kiểm tra; 12. Thiết bị buồng đốt Nồi hơi thẳng đứng ống lửa đứng. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 31
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Ngoài phiên bản nồi hơi phụ đốt dầu như trên, loại nồi hơi này còn có thể được thiết kế làm nồi hơi khí xả hoặc nồi hơi liên hợp đốt dầu-khí xả để lắp đặt trên các tàu có động lực chính là Diesel (xem phần nồi hơi liên hợp). Khi dùng làm nồi hơi khí xả, khoang buồng đốt không được lắp bộ đốt dầu mà bố trí cửa nối với đường khí xả của động cơ Diesel chính. Trường hợp dùng làm nồi hơi liên hợp khoang buồng đốt được chia làm hai phần: một phần làm buồng đốt; một phần nối với đường khí xả của động cơ Diesel. Như vậy sẽ có hai cụm ống lửa đứng: một cụm cho nồi hơi phụ; một cụm cho nồi hơi khí xả, mỗi cụm có đường ống khói riêng. Cấu tạo như vậy cho phép nồi hơi phụ và nồi hơi khí xả có thể hoạt động đồng thời. Câu 18.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng của hãng Aalborg. Nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng của hãng Aalborg thường có cấu tạo dạng hình trụ thẳng đứng. Thân nồi hình trụ thẳng đứng, phía trong, từ dưới lên bố trí các khoang buồng đốt, trống nước, cụm ống nước đứng và trống hơi. Buồng đốt và bộ đốt dầu được bố trí ở phần thân dưới. Mặt đáy buồng đốt được cách nhiệt nhờ lớp gạch chịu lửa. Xung quang buồng đốt được bố trí một dàn ống nước, tạo thành màn vách ống. Màn vách ống vừa có tác dụng tạo ra bề mặt nhận nhiệt bức xạ, vừa bảo vệ vách buồng đốt khỏi bị quá nhiệt. Các ống nước này phía dưới được nối với ống góp, còn phía trên thì nối với mặt dưới của khoang nước. Mặt trên của buồng đốt cũng chính là mặt dưới của khoang nước. Khoang nước cấu tạo hình vành khăn có thiết diện chữ nhật, phần không gian hình trụ ở giữa là lối thoát của khí lò. Các cụm ống nước thẳng đứng được nối một đầu với mặt trên của khoang nước, đầu kia nối với mặt dưới của khoang hơi. Các mặt trên và dưới của khoang nước và khoang hơi là các mặt phẳng, nên được gia cường bằng các thanh chằng. Để bổ xung nước vào ống góp của màn vách ống người ta bố trí một vài ống xuống lớn, đặt ở bên ngoài nồi hơi. Nhiên liệu và không khí được phun vào và cháy trong buồng đốt. Khí lò sinh ra trao một phần nhiệt cho nước ở trong màn vách ống bao xung quanh buồng đốt. Khí lò sau đó qua ống thoát đi lên phía trên, quét ngang qua cụm ống nước đứng, tiếp tục trao nhiệt cho nước trong ống, rồi thoát ra ống khói. Các cụm ống nước thường được bố trí thành hàng hình xoắn ốc, để tạo ra quỹ đạo xoắn ốc cho dòng khí lò, tăng quãng đường và thời gian trao đổi nhiệt của khí lò cho các ống nước. Nước ở trong các ống của màn vách ống nhận nhiệt bức xạ từ khí lò trong buồng đốt, sinh hơi, lượng hơi sinh ra thoát lên khoang nước. Nước trong khoang nước cũng như trong các ống nước thẳng đứng tiếp tục nhận nhiệt của khí lò, sinh hơi. Lượng hơi sinh ra thoát lên khoang hơi và được đưa đi sử dụng. Nước ở phần dưới của khoang hơi theo các ống xuống, được bố trí ở bên ngoài nồi hơi, đi xuống ống góp để bổ xung cho lượng nước đã sinh hơi. Loại nồi hơi này có các đặc điểm sau: v Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng. v Tuần hoàn đơn giản, các ống nước thẳng đứng nên không đòi hỏi chất lượng nước cao. v Các ống nước thẳng đứng, nồi hơi cồn được bố trí các ống xuống bên ngoài nên thuận lợi cho tuần hoàn tự nhiên. 32 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy v Các ống nước tạo nên diện tích bề mặt trao đổi nhiệt lớn, nên kích thước nồi hơi tương đối gọn nhẹ. v Có cấu tạo thẳng đứng, thuận lợi cho việc bố trí trên tàu thủy. 07 08 06 05 04 09 03 02 10 01 1. Ống góp; 2. Màn vách ống; 3. Vỏ nồi hơi; 4. Thanh chằng dọc; 5. Ống dẫn khí; 6. Ống nước; 7. Ống khói; 8. Ống nước xuống; 9. Vị trí lắp thiết bị buồng đốt; 10. Đất chịu nhiệt Nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng của hãng Aalborg. Loại nồi hơi này được dùng làm nồi hơi phụ, sinh hơi phục vụ cho các nhu cầu trên các tàu động lực Diesel. Trong nhiều trường hợp nồi hơi này được sử dụng kết hợp với một bộ tận dụng nhiệt khí xả trong hệ thống liên hợp nồi hơi phụ-bộ tận dụng nhiệt khí xả (xem phần sau). Khi đó nồi hơi phụ (khoang hơi) sẽ đóng vai trò là khoang tách hơi cho bộ tận dụng nhiệt khí xả khi tàu chạy hành trình (bộ tận dụng nhiệt khí xả làm việc). Câu 19.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng của hãng Miura. Nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng của hãng Miura luôn có cấu tạo dạng hình trụ thẳng đứng. Loại nồi hơi này được sử dụng rất phổ biến làm nồi hơi phụ trong hệ thống liên hợp nồi hơi phụ - bộ tận dụng nhiệt khí xả trên các tàu do Nhật Bản thiết kế. Thân nồi hơi có dạng hình trụ đứng, phía dưới là trống nước, phía trên là trống hơi. Trống nước và trống hơi đều có dạng hình vành khăn tiết diện chữ nhật. Hai hàng ống nước thẳng đứng được bố trí nối thông trống nước và trống hơi. Hai hàng ống nước hình thành hai màn ống hình trụ có hai cung hở đối xứng nhau tạo ra đường đi của khói lò. Thiết bị buồng đốt được bố trí phía trên nồi hơi. ống khói được bố trí ở bên vách, phía có bố trí cung hở của hàng ống bên ngoài. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 33
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP 1 10 11 2 3 12 4 13 5 14 6 15 16 7 8 17 9 1. Quạt gió; 2. Bướm gió; 3. Nắp nồi hơi; 4. Trống hơi; 5. Mặt sàng trên; 6. Loa gió; 7. Đất chịu lửa; 8. Trống nước; 9. Bulông nối; 10. Biến áp đánh lửa; 11. Súng phun; 12. Hộp gió; 13. Vỏ ngoài; 14. Vỏ trong; 15. Ống nước; 16. Hộp ống khói; 17. Mặt sàng dưới Nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng của hãng Miura. Nguyên lý hoạt động của nồi hơi này như sau: Phía khí lò: Nhiên liệu và không khí được cấp vào buồng đốt từ phía trên, cháy và trao nhiệt bức xạ cho nước trong ống của hàng ống tiếp xúc với buồng đốt. Sau đó khí lò thoát qua cung khuyết của hàng ống phía trong, quét qua khe hở giữa hai hàng ống, trao nhiệt cho nước bên trong hai hàng ống rồi thoát ra ngoài qua ống khói. Phía nước: Nước trong các ống nước đứng nhận nhiệt của khí lò quét bên ngoài. Hàng ống phía trong do tiếp xúc với buồng đốt, nhận nhiệt bức xạ, sôi và sinh hơi. Hỗn hợp nước, hơi có tỷ trọng nhẹ đi lên trống hơi. Nước trong hàng ống phía ngoài nhận nhiệt ít hơn, chưa đủ sôi nên có tỷ trọng nặng hơn chảy xuống khoang nước, bù vào lượng nước đã sinh hơi tạo thành vòng tuần hoàn. Tại không gian 34 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy hơi, hơi nước được tách ra và được dẫn đi sử dụng. Nước bổ xung cho phần nước đã sinh hơi được bơm cấp nước nồi cấp vào trống nước. Đặc điểm kết cấu và ứng dụng: v Các ống nước thẳng đứng nên thuận lợi cho việc vệ sinh ống. v Không cần chất lượng nước nồi hơi cao do ống nước to, thẳng, tuần hoàn đơn giản. v Năng suất, thông số hơi thấp do tỷ lệ bề mặt trao đổi nhiệt thấp. v Lượng nước trong nồi hơi lớn lên nổ khi nổ vỡ nguy hiểm. v Do chiều cao không gian hơi khá lớn nên chất lượng hơi bão hoà sinh ra khá tốt. Loại nồi hơi này thường được sử dụng làm nồi hơi phụ trong hệ thống liên hợp nồi hơi phụ - bộ tận dụng nhiệt khí xả, phục vụ hâm sấy nhiên liệu và sinh hoạt cho một số tàu Diesel. Câu 20.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức. Việc sử dụng tuần hoàn cưỡng bức trong nồi hơi cho phép tăng tốc độ chuyển động của dòng nước, dẫn đến tăng cường độ trao đổi nhiệt. Điều này cho phép giảm trọng lượng, kích thước của nồi hơi. Mặc dù có rất nhiều loại nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức, nhưng chúng đều có chung đặc điểm kết cấu như hình vẽ. Hệ thống nồi hơi này bao gồm thân nồi hơi, buồng đốt, các cụm ống nước, bầu tách hơi, bơm tuần hoàn và bơm cấp nước. 1. Bướm gió; 2. Quạt gió; 3. Đất chịu nhiệt; 4. Buồng đốt; 5. Cuộn ống nước; 6. Vỏ nồi hơi; 7. Ống khói; 8. Két nước cấp; 9. Van hơi chính; 10. Van an toàn; 11. Ống thủy; 12. Bầu hơi; 13. Van xả đáy; 14. Súng phun; 15. Đường cấp nhiên liệu; 16. Van xả cặn; 17. Bơm tuần hoàn; 18. Bơm nước cấp Nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 35
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Thân nồi hơi thường có dạng hình trụ, là nơi đặt buồng đốt và các cụm ống nước. Các cụm ống nước thường được uốn thành từng cuộn, đặt bên trong thân nồi. Một số trường hợp sử dụng các cuộn ống đặt chồng lên nhau, nối chung vào các ống góp thẳng đứng. Nhiên liệu và không khí được cấp vào và đốt cháy trong buồng đốt. Khí lò tạo ra quét dọc qua các chồng ống nước, trao nhiệt cho nước ở trong ống, rồi thoát ra ống khói. Nước trong các ống lưu động cưỡng bức nhờ bơm tuần hoàn hút nước từ phía dưới của bầu tách hơi. Nước được cấp cho các cụm ống từ phía trên để đảm bảo nhiệt độ nước tăng dần. Dọc theo đường lưu động của nước trong ống, nhiệt độ nước tăng dần, sôi và sinh hơi. Hỗn hợp nước và hơi được đưa tới bầu tách hơi, ở đây phần hơi được tách ra, nổi lên phía trên và được đưa đi sử dụng. Lượng nước ở phía dưới tiếp tục được bơm tuần hoàn hút và đưa đến cụm ống nước. Bơm cấp nước có nhiệm vụ cấp nước vào bầu tách hơi (phần không gian nước) để bổ xung cho lượng nước đã sinh hơi. Loại nồi hơi này không cần trống nước, nên lượng nước trong nồi hơi tương đối nhỏ. Vì vậy chúng an toàn hơn nhiều so với các loại nồi hơi khác. Nhờ lượng nước nhỏ cộng với cường độ trao đổi nhiệt cao do tuần hoàn cưỡng bức, nên loại nồi hơi này thường có trọng lượng, kích thước nhỏ hơn nhiều so với các nồi hơi tuần hoàn tự nhiên có cùng công suất. Lượng nước nhỏ cũng giúp cho thời gian sinh hơi nhanh, điều này là đặc biệt hữu ích trong các trường hợp cần cung cấp hơi nhanh. Nhờ tuần hoàn cưỡng bức, loại nồi hơi này cho phép sử dụng các ống nước cong và có đường kính nhỏ hơn, nên tăng diện tích bề mặt trao nhiệt trên một đơn vị thể tích, tăng cường độ trao đổi nhiệt nhờ đối lưu cưỡng bức. Nhờ sử dụng tuần hoàn cưỡng bức, con cho phép sử dụng buồng đốt tăng áp, tăng nhiệt tải dung tích buồng đốt, giảm trọng lượng, kích thước của nồi hơi. Tuy nhiên, do các cụm ống nước cong, nhỏ, cường độ bay hơi trên một đơn vị diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cao, nên đòi hỏi chất lượng nước nồi hơi cao. Đồng thời cần đặc biệt chú ý cấp nước cho các cụm ống nước khi nồi hơi làm việc ở các chế độ quá độ hay khi khởi động. Để đảm bảo hoạt động an toàn, loại nồi hơi này thường được trang bị một hệ thống tự động điều khiển, giám sát và bảo vê. Hệ thống này tự động đưa bơm tuần hoàn vào hoạt động khi đốt nồi hơi và tự động dừng nồi hơi khi nhiệt độ các cụm ống nước quá cao. Câu 21.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi liên hợp phụ - khí xả ống lửa nằm kiểu Cochran. Hầu hết các tàu Diesel đều được lắp đặt hệ thống tận dụng nhiệt khí xả để sinh hơi. Sản lượng hơi sinh ra của các hệ thống này hoàn toàn phụ thuộc vào lượng nhiệt thải từ động cơ Diesel chính. Vì vậy cần phải trang bị thêm cho hệ thống một nồi hơi phụ, để cung cấp hơi trong thời gian tàu dừng (động cơ chính không hoạt động). Một trong hai phương pháp là tích hợp với nồi hơi khí xả một nồi hơi đốt dầu để được một nồi hơi liên hợp. Trong hầu hết các trường hợp hệ thống này có chung không gian nước nhưng không gian khí lò thì được tách biệt. Như vậy nồi hơi phụ có thể hoạt động độc lập, bổ xung nhiệt khi động cơ chính chạy ở các chế độ nhẹ tải, thay thế nồi hơi khí xả khi động cơ chính dừng hoạt động. Điều này cho phép duy trì năng suất sinh hơi, không phụ thuộc vào chế độ hoạt động của động cơ chính. Nồi hơi phụ kiểu Cochran như hình vẽ có thể được tích hợp cụm ống lửa cho nồi hơi khí xả để trở thành nồi hơi liên hợp. 36 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Nồi hơi bao gồm hai phần. Phần dưới bố trí buồng đốt và cụm ống lửa nằm của nồi hơi phụ. Phần trên bố trí cụm ống lửa nằm của nồi hơi khí xả. 1. Nắp nồ hơi; 2. Cửa thăm; 3. Ống lửa; 4. Cửa kiểm tra; 5. Đường khí xả Diesel vào; 6. Buồng đốt; 7. Ống khói; 8. Cửa kiểm tra ống khói ; 9. Đất chịu lửa; 10. Vị trí lắp thiết bị buồng đốt Nồi hơi liên hợp ống lửa nằm kiểu Cochran. Nguyên lý hoạt động của nồi hơi này như sau: Phần nồi hơi phụ: Khi làm việc với nồi hơi phụ, nhiên liệu và không khí được đốt cháy trong buồng đốt nồi hơi trao nhiệt cho nước bao bên ngoài. Sau đó thoát lên hộp lửa và chia vào các ống lửa nằm. Khí lò tiếp tục trao nhiệt cho nước bên ngoài ống rồi thoát ra ngoài qua ống khói. Nước bên ngoài ống nhận nhiệt của khí lò, sôi, bốc hơi. Hỗn hợp nước, hơi có tỷ trọng nhẹ thoát lên không gian hơi. Phần hơi tách ra trên không gian hơi và được đưa đi sử dụng. Phần nồi hơi khí xả: Khi tàu chạy hành trình, khí xả từ động cơ Diesel chính được dẫn vào nồi hơi, chia vào các ống lửa, trao nhiệt cho nước bên ngoài ống sau đó thoát ra ngoài qua ống khói. Nước bên ngoài ống nhận nhiệt của khí xả, sôi, bốc hơi. Hỗn hợp nước, hơi có tỷ trọng nhẹ thoát lên không gian hơi. Phần hơi tách ra trên không gian hơi và được đưa đi sử dụng. Ngoài dạng kết cấu như hình bên trái, là kết cấu mà cả hai phần của nồi hơi đều sử dụng chung cụm ống trao nhiệt, nồi hơi liên hợp phụ - khí xả Cochran còn có kết cấu dạng cụm ống tách riêng như hình bên phải. Với kết cấu dạng này, nồi hơi không tận dụng hết được toàn bộ diện tích bề mặt trao đổi nhiệt nếu chỉ sử dụng hoặc phần nồi hơi phụ, hoặc phần nồi hơi khí xả độc lập. Tuy nhiên, khi cần tăng cường lượng sinh hơi, ta có thể dùng song song cả nồi hơi phụ và nồi hơi khí xả mà không sợ hoạt động của phần nồi hơi phụ ảnh hưởng đến công tác của động cơ chính do chúng đã có các cụm ống trao nhiệt riêng. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 37
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Đồng thời, nếu có sự cố xảy ra với một phần (nồi hơi phụ hoặc nồi hơi khí xả), ta vẫn có thể duy trì hoạt động của nồi hơi bằng phần còn lại. Thông thường các nồi hơi dạng này được trang bị hệ thống tự động điều khiển bộ đốt dầu theo áp suất hơi trong khoang hơi. Nhờ vậy, nồi hơi phụ được tự động đưa vào hoạt động khi áp suất trong khoang hơi thấp. Như vậy, phần nồi hơi phụ có thể tự động làm việc để hỗ trợ phần nồi hơi khí xả khi động cơ Diesel chính chạy ở các chế độ tải thấp (khi manơ, điều động), hoặc thay thế khi động cơ chính dừng. Một số nồi hơi kiểu này có thể được thiết kế với hai cụm ống của nồi hơi khí xả, khi đó khí xả từ động cơ chính sẽ quét hai lượt, qua hai cụm ống, trước khi thoát ra ống khói. Đặc điểm kết cấu: v Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng. v Có kích thước gọn nhẹ, do bố trí hai nồi hơi trong một thân và theo chiều thẳng đứng. v Không đòi hỏi chất lượng nước cao. v Năng suất sinh hơi thấp do tỷ lệ bề mặt trao đổi nhiệt thấp. v Thông số hơi thấp nhưng chất lượng hơi tốt do chiều cao không gian hơi lớn. v Thời gian lấy hơi lâu do lượng nước trong nồi khá lớn. Tuy nhiên năng lực tiềm tàng lớn. Câu 22.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi liên hợp phụ - khí xả ống lửa nằm kiểu Aalborg. Hình vẽ dưới đây mô tả một dạng nồi hơi liên hợp ống nước đứng của hãng Aalborg. Thân nồi hơi có dạng hình trụ thẳng đứng chia làm hai phần: cụm ống nước đứng của nồi hơi phụ và cụm ống nước đứng của nồi hơi khí xả. Các cụm ống nước được liên kết qua hai mặt sàng tạo nên sự ngăn cách giữa không gian nước và không gian khí lò. Buồng đốt được bố trí phía dưới cùng. Nửa dưới nồi hơi có bố trí đường ống khói cho nồi hơi phụ. Nửa trên có bố trí đường khí xả từ động cơ Diesel vào và đường ống khói của nồi hơi khí xả. Nồi hơi liên hợp ống nước đứng kiểu Aalborg. 38 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Nồi hơi phụ: Khi làm việc với nồi hơi phụ, nhiên liệu và không khí được đốt cháy trong buồng đốt nồi hơi, theo ống nối thoát lên khoang ống nước. Tại đây, khí lò quét ngang qua các ống nước thẳng đứng, trao nhiệt cho nước trong ống rồi thoát ra ngoài qua ống khói. Nước trong các ống nước nhận nhiệt của khí lò sôi, bốc hơi. Hỗn hợp nước, hơi có tỷ trọng nhẹ thoát lên không gian hơi qua các ống nước của nồi hơi khí xả. Phần hơi tách ra trên không gian hơi và được đưa đi sử dụng. Phần nước bổ xung cho lượng nước đã sinh hơi theo ống nước to đi xuống. Nồi hơi khí xả: Khi tàu chạy hành trình, nồi hơi khí xả được đưa vào làm việc. Khí xả từ động cơ Diesel chính được dẫn vào nồi hơi, quét một lượng ngang các ống nước đứng, trao nhiệt cho nước trong ống, sau đó thoát ra ngoài qua ống khói. Nước trong các ống nước nhận nhiệt của khí xả sôi, bốc hơi. Hỗn hợp nước, hơi có tỷ trọng nhẹ thoát lên không gian hơi. Phần hơi tách ra trên không gian hơi và được đưa đi sử dụng. Phần nước bổ xung theo ống nước to đi xuống phía dưới cụm ống nước nồi hơi phụ, bù cho lượng nước đã sinh hơi. Đặc điểm kết cấu: v Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng. v Không đòi hỏi chất lượng nước cao. v Năng suất sinh hơi thấp do tỷ lệ bề mặt trao đổi nhiệt thấp. v Thông số hơi thấp nhưng chất lượng hơi tốt do chiều cao không gian hơi lớn. v Thời gian nhóm lò lấy hơi lâu do lượng nước trong bầu nồi lớn. Tuy nhiên năng lực tiềm tàng lớn. v Nồi hơi khá cao do chiều cao của hai cụm ống nước đứng. Câu 23.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống liên hợp nồi hơi phụ - bộ tận dụng nhiệt khí xả. Một hệ thống liên hợp nồi hơi phụ-bộ tận dụng nhiệt khí xả bao gồm một nồi hơi phụ và một bộ tận dụng nhiệt khí xả. Khác với nồi hơi liên hợp, ở hệ thống này nồi hơi phụ được bố trí độc lập so với bộ tận dụng nhiệt khí xả. Điều này cho phép dễ dàng bố trí nồi hơi phụ ở vị trí thuận lợi trong buồng máy. Nồi hơi phụ sử dụng trong hệ thống liên hợp có thể là dạng ống lửa hoặc ống nước. Các bộ tận dụng nhiệt khí xả thường có dạng cụm ống nước, được bố trí ngay trên đường ống xả của động cơ Diesel chính mà không có bướm hướng khí xả. Để tăng cường trao đổi nhiệt, các cụm ống của bộ tận dụng nhiệt khí xả có thể được bố trí cánh tản nhiệt. Với kết cấu như vậy hệ thống liên hợp nồi hơi khá gọn nhẹ, dễ bố trí trong buồng máy. Tuy nhiên, cần chú ý cấp nước tuần hoàn cho bộ tận dụng nhiệt, ngay cả khi máy chính hoạt động ở chế độ điều động, để tránh cháy hỏng cụm ống. Thông thường các bộ tận dụng nhiệt được chế tạo để có thể thay thế từng cụm ống hoặc thay toàn bộ khi các ống bị cháy hỏng. Một số bộ tận dụng nhiệt còn bố trí bộ sấy hơi để sản xuất hơi sấy dùng cho các tua bin phụ lai các máy phụ. Những hệ thống như vậy thường được bố trí để khoang hơi của nồi hơi phụ cũng đồng thời là bầu tách hơi của bộ tận dụng nhiệt khí xả. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 39
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Những hệ thống liên hợp sản xuất hơi bão hoà thường được ứng dụng trên các tàu sử dụng động cơ Diesel chính lai chân vịt. Hơi bão hoà sinh ra chỉ để phục vụ mục đích hâm sấy nhiên liệu nặng, hâm nước, sưởi ấm và các mục đích sinh hoạt khác. 1. Nồi hơi phụ ; 2. Ống nước; 3. Bơm tuần hoàn; 4. Đường nước cấp; 5. Đường hơi đi sử dụng; 6. Bầu phân ly hơi; 7. Bộ tận dụng nhiệt khí xả; 8. Ống góp vào; 9. Ống góp ra; 10. Khí xả từ động cơ Diesel vào; 11. Cụm ống sinh hơi của bộ tận dụng nhiệt khí xả; 12. Cánh tản nhiệt Hệ thống liên hợp nồi hơi phụ - bộ tận dụng nhiệt khí xả. Hệ thống bao gồm nồi hơi phụ và bộ tận dụng nhiệt khí xả, lắp đặt trên đường khí xả của động cơ Diesel chính. Hệ thống thường được trang bị bơm tuần hoàn để cung cấp nước cho các cụm ống của bộ tận dụng nhiệt khí xả. Nồi hơi phụ: Nồi hơi phụ được đưa vào hoạt động khi động cơ Diesel chính không hoạt động. Khi ấy không cần chạy bơm tuần hoàn cấp nước cho bộ tận dụng nhiệt khí xả. Hơi nước sinh ra từ nồi hơi phụ được đem đi sử dụng phục vụ các mục đích trên tàu. Nồi hơi phụ sử dụng trong hệ thống có thể là nồi hơi ống nước hoặc nồi hơi ống lửa. Bộ tận dụng nhiệt khí xả: Khi động cơ Diesel chính làm việc, khí xả quét qua cụm ống của bộ tận dụng nhiệt khí xả, trao nhiệt cho nước trong ống rồi thoát ra ống khói. Nước trong cụm ống được cấp qua ống góp nước nhờ bơm tuần hoàn hút nước từ khoang nước nồi hơi phụ. Nước trong cụm ống nhận nhiệt của khí lò ngoài ống, sôi, bốc hơi. Hỗn hợp nước, hơi qua ống góp ra trở về trống hơi. Tại đây hơi được tách ra và được đưa đi sử dụng. Phần nước chảy xuống trống nước và lại được bơm tuần hoàn cấp tới bộ tận dụng nhiệt khí xả. Như vậy ở chế độ làm việc với bộ tận dụng nhiệt khí xả, nồi hơi phụ đóng vai trò như một bầu phân ly nước-hơi. Hệ thống này có ưu điểm là bộ tận dụng nhiệt khí xả rất nhỏ gọn, dễ bố trí trên đường ống xả của động cơ Diesel. Tuy nhiên bộ tận dụng nhiệt khí xả có mật độ cụm ống khá dày đặc nên tăng sức cản 40 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy trên đường xả của động cơ Diesel. Để tránh sức cản lớn và tăng cường độ trao đổi nhiệt cần tuyệt đối tuân thủ chế độ thổi muội cho bộ tận dụng nhiệt khí xả. Trên một số tàu có trọng tải lớn, hệ thống liên hợp nồi hơi phụ, bộ tận dụng nhiệt khí xả còn cung cấp hơi để lai một số tua bin phụ (lai máy phát điện, bơm hàng lỏng, bơm ballast). Các hệ thống này được trang bị bộ sấy hơi, để sản xuất hơi sấy có thông số thấp, cung cấp cho các tua bin hơi phụ. Nguyên lý hoạt động của hệ thống này giống như nguyên lý của hệ thống liên hợp sản xuất hơi bão hoà. Chỉ khác là bộ tận dụng nhiệt khí xả được chia làm ba cụm ống: cụm ống hâm nước, cụm ống sinh hơi, và cụm ống sấy hơi. Ở chế độ làm việc với bộ tận dụng nhiệt khí xả (khi tàu chạy hành trình, động co Diesel chính hoạt động ở chế độ định mức), hơi sinh ra từ cụm ống sinh hơi được tách ra ở trống hơi nồi hơi phụ một phần được đưa đi sử dụng cho các hệ thống sử dụng hơi bão hoà như hâm sấy nhiên liệu, sinh hoạt. Một phần hơi được trích qua bộ sấy hơi, được bố trí ở phần đầu bộ tận dụng nhiệt khí xả. Tại đây hơi tiếp tục nhận nhiệt của khí xả trở thành hơi sấy dùng cho các thiết bị sử dụng hơi sấy như tua bin phụ lai máy phát điện. Câu 24.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước hai bầu. Trên các tàu trang bị hệ động lực tua bin hơi (tua bin hơi lai chân vịt), nồi hơi chính là một thành phần hết sức quan trọng. Nồi hơi chính cần phải cung cấp hơi có chất lượng tốt, thông số hơi cao (áp suất, nhiệt độ cao) cho động cơ tua bin hơi lai chân vịt. Trong các hệ thống như vậy, chất lượng và độ tin cậy hoạt động của nồi hơi ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của cả hệ động lực. Để đảm bảo sản lượng hơi lớn, chất lượng hơi tốt, hiệu suất cao, cần phải sử dụng các nồi hơi có mật độ diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cao, cường độ trao đổi nhiệt lớn. Hiện nay thường sử dụng nồi hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên kiểu hai bầu làm nồi hơi chính tàu thủy, vì chúng đảm bảo cung cấp hơi có chất lượng tốt, thông số cao, đồng thời có kích thước gọn nhẹ, hiệu suất cao, tính cơ động tốt, đảm bảo tính điều động của con tàu. Nồi hơi có thành phần chính là trống hơi và trống nước đặt song song với nhau: trống hơi phía trên, trống nước phía dưới. Hai trống được liên kết với nhau bởi cụm ống sinh hơi có đường kính 32mm. Buồng đốt được đặt về một phía. Ngay sát buồng đốt được bố trí hai hàng ống đường kính 50mm, tạo thành màn ống. Phía sau màn ống bố trí bộ sấy hơi. Vách và trần buồng đốt được bao phủ bởi lớp ống có đường kính 50mm tạo thành màn vách ống. Các ống nước của màn vách ống được nối với các ống góp nước và ống góp hơi. Sàn buồng đốt được cách nhiệt bởi lớp gạch chịu lửa. Phía dưới sàn buồng đốt bố trí ống góp cho màn vách ống ở hai mặt cạnh buồng đốt, ống góp này được bổ xung nước từ trống nước nhờ các ống đường kính 82mm. Để bổ xung cho lượng nước đã sinh hơi, người ta bố trí các ống xuống ở phía ngoài nồi hơi hoặc đặt trong các vách đôi, các ống này nối giữa khoang nước của trống hơi và trống nước (các ống xuống này không nhìn thấy trên hình vẽ). Nguyên lý hoạt động: Phía khí lò: Không khí và nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt, khí lò sinh ra có nhiệt độ cao quét qua màn ống, các cụm ống sinh hơi, trao nhiệt cho nước ở trong ống. Sau cùng quét qua các bề mặt Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 41
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP hấp nhiệt tiết kiệm (bộ hâm nước thứ cấp, sơ cấp) rồi thoát ra môi trường theo ống khói. Một phần nhiệt bức xạ của khói lò được trao cho nước trong các màn vách ống trước, sau và bên cạnh. Nhờ bố trí hợp lý nhiều mặt hấp nhiệt trên đường khí lò mà hiệu quả trao nhiệt của nồi hơi rất cao. 1. Súng phun 2. Đường ống góp 3. Vách ống 4. Ống góp trên 5. Ống dẫn hơi về 6. Bộ sấy không khí cấp 7. Thiết bị khô hơi kiểu xoáy lốc 8. Bầu hơi 9. Bộ tận dụng nhiệt sấy không khí 10. Bộ tận dụng nhiệt hâm nước 11. Lỗ quan sát 12. Điểm thổi muội 13. Bộ sấy hơi 14. Khoảng trống của bộ sấy hơi 15. Trống nước 16. Cụm ống chính 17. Cụm ống phụ 18. Ống góp dưới 19. Cửa kiểm tra 20. Van xả đáy 21. Chân bệ nồi hơi Nồi hơi ống nước hai bầu. Phía nước: Nguyên lý tuần hoàn của nước trong các ống là tuần hoàn tự nhiên. Nước trong các ống bố trí gần buồng đốt, nhận nhiệt, sôi, tạo thành hơi. Hỗn hợp nước, hơi có tỷ trọng nhẹ chảy lên trống hơi. Tại trống hơi phần hơi nhẹ hơn được tách ở phía trên, nước phía dưới lại theo các ống xuống bù vào phần nước đã sinh hơi. Nồi hơi có ba cụm ống sinh hơi tạo thành ba mạch tuần hoàn. v Mạch tuần hoàn theo màn ống: các hàng ống được bố trí ngay sát buồng đốt, nhận nhiệt bức xạ từ ngọn lửa trong buồng đốt, nước trong ống sôi, tạo thành hơi, hỗn hợp nước và hơi đi lên trống hơi. v Mạch tuần hoàn theo màn vách ống: xung quanh buồng đốt ở mặt trước, sau và mặt cạnh có bố trí các màn vách ống trước, sau và cạnh. Các vách ống này tiếp xúc với buồng đốt nên nhận nhiệt bức xạ, nước trong ống sôi, tạo thành hơi, hỗn hợp nước và hơi đi lên trống hơi. Nước bổ xung cho các màn vách ống này được cấp từ trống nước theo các ống xuống đặt phía dưới sàn buồng đốt. 42 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy v Mạch tuần hoàn theo các cụm ống sinh hơi: các cụm ống sinh hơi có đường kính 32 mm được bố trí phía sau bộ sấy hơi, chúng nhận nhiệt đối lưu của dòng khí lò quét qua. Mặc dù đặt ở xa buồng đốt, nhưng nhiệt độ khí lò vẫn đủ lớn để nước trong cụm ống sôi, sinh hơi, hỗn hợp nước và hơi đi lên trống hơi. Hơi nước sinh ra theo các mạch tuần hoàn kể trên là hơi bão hoà khô tập trung phía trên trống hơi. Hơi này được dẫn qua bộ sấy hơi, tại đây hơi nước tiếp tục nhận nhiệt, trở thành hơi quá nhiệt và được đưa đến tua bin hơi chính. Một phần hơi quá nhiệt có thể được trích qua bộ giảm sấy để sử dụng cho các tua bin phụ. Nước bổ xung cho nồi hơi được cấp qua các bộ hâm nước tiết kiệm, sau đó được các bơm cấp nước nồi cấp vào trống hơi. Đặc điểm, ứng dụng: Đây là loại nồi hơi được sử dụng chủ yếu làm nồi hơi chính cho các tàu thủy hiện nay do có các đặc điểm: v Có thông số hơi cao do bố trí nhiều bề mặt trao đổi nhiệt, có cường độ trao đổi nhiệt cao. v Năng suất hơi cao và hiệu suất nhiệt cao do bố trí hợp lý các mạch tuấn hoàn. v Thông số hơi ổn định do bố trí bộ tự động điều chỉnh nhiệt độ hơi và các bộ sấy hơi, bộ giảm sấy. v Kích thước gọn nhẹ do bố trí hợp lý các bề mặt trao đổi nhiệt, rất phù hợp khi trang bị cho các tàu thủy. v Các ống cong, bố trí dày nên đòi hỏi chất lượng nước cao. Tuy nhiên nồi hơi đòi hỏi người khai thác phải có trình độ, phải tuyệt đối tuân thủ quy trình khai thác. Đặc biệt là chương trình thổi muội và xử lý nước nồi hơi. Chất lượng nước đòi hỏi cao. Câu 25.Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động của bộ sấy hơi và bộ giảm sấy sử dụng cho nồi hơi chính tàu thủy. 1. Bộ sấy hơi Bộ sấy hơi là những cụm ống có đường kính nhỏ, lắp đặt trên đường đi của khí lò. Chúng có nhiệm vụ nhận nhiệt của khí lò để biến hơi nước từ hơi bão hoà thành hơi quá nhiệt, có nhiệt độ cao hơn, phù hợp để sử dụng cho các tua bin hơi chính. Vì hơi nước trong cụm ống của bộ sấy hơi có nhiệt dung riêng nhỏ hơn nhiều so với nước trong các cụm ống, nên các cụm ống của bộ sấy hơi phải được bố trí để tránh bức xạ nhiệt trực tiếp từ ngọn lửa, có thể gây cháy hỏng bộ sấy hơi. Hơi nước cấp cho bộ sấy hơi là hơi bão hoà, được lấy từ trống hơi. Bộ sấy hơi đơn giản nhất (xem hình vẽ) có cấu tạo là cụm ống hình chữ U, hai đầu các ống chữ U đều nối chung vào hai hộp góp, hộp góp hơi vào và hộp góp hơi ra. Bên trong các hộp góp này có bố trí các tấm chắn ở vị trí thích hợp để dẫn dòng hơi đi qua cụm ống tạo thành hình 3 chữ U chồng lên nhau. Mỗi hộp góp đều có lỗ xả cặn để xả cặn lắng bên trong sau một thời gian làm việc. Ngoài ra, để tăng cường sức bền và tránh biến dạng do dãn nở vì nhiệt, bộ sấy hơi được gia cường bằng một tấm Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 43
Tran DF sfo P rm Y e Y r B 2 B . 0 A Click here to buy w w m w co .A B BYY. Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP đỡ. Trên tấm đỡ có gia công lỗ đề luồn ống qua. Trên đường hơi quá nhiệt ra có bố trí đường trích hơi đến thiết bị thổi muội, bích lắp van an toàn và bích lắp nhiệt kế. Bộ sấy hơi. 2. Bộ giảm sấy Bộ giảm sấy có nhiệm vụ giảm nhiệt độ của hơi sấy đến giá trị phù hợp để sử dụng cho các mục đích khác nhau. Lý do phải sử dụng bộ giảm sấy là vì trong hệ động lực tua bin hơi có nhiều thiết bị sử dụng hơi có thông số khác nhau, ví dụ: các tua bin phụ lai máy phát điện, bơm, các máy phụ khác; tua bin lùi. Các tua bin phụ này hoạt động với hơi nước có độ quá nhiệt thấp hơn so với tua bin chính. Các bộ giảm sấy còn có tác dụng điều chỉnh nhiệt độ hơi sấy ra khỏi bộ sấy hơi và bảo vệ chúng khỏi bị quá nhiệt. Các bộ giảm sấy có thể có cấu tạo dạng cụm ống, chúng được đặt ở phần không gian nước của trống hơi, hoặc trong trống nước. Một phần hơi sấy sau bộ sấy hơi được đưa qua bộ giảm sấy để giảm nhiệt độ đến giá trị yêu cầu. Bộ giảm sấy đặt trong trống hơi. Để cung cấp hơi sấy có thông số thấp cho các tua bin phụ, có thể sử dụng bộ giảm sấy kiểu phun nước. Ưu điểm của loại này là chúng có thể được bố trí độc lập với nồi hơi và có thể cung cấp hơi giảm sấy với số lượng lớn cho các thiết bị phụ. 44 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam