BÀI GIẢNG NỒI HƠI TUA BIN TÀU THỦY

Trường hợp sử dụng hóa năng: chất đốt được đốt cháy tạo thành khí lò, có nhiệt độ cao, tiến hành trao đổi nhiệt bức xạ cho các bề mặt hấp nhiệt bức xạ xung quanh buồng đốt, sau đó quét q

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI

KHOA: MÁY TÀU BIỂN

BỘ MÔN: MÁY PHỤ TÀU THỦY

BÀI GIẢNG NỒI HƠI – TUA BIN HƠI TÀU THỦY

TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

DÙNG CHO SV NGÀNH : KHAI THÁC VẬN HÀNH MÁY TÀU BIỂN

HẢI PHÒNG – 2010

MỤC LỤC

TRANG

PHẦN I: NỒI HƠI TÀU THỦY

Chương 1: Nguyên lý cơ bản của tua bin hơi 88

Chương 2: Quá trình biến đổi năng lượng của dòng hơi trên ống phun và cánh động 95

YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CHI TIẾT Tên học phần : Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Loại học phần : IV

Bộ môn phụ trách giảng dạy : Máy phụ tàu thủy Khoa phụ trách : MTB

TS tiết Lý thuyết Thực hành/Xêmina Tự học Bài tập lớn Đồ án môn học

Điều kiện tiên quyết:

Sinh viên phải học và thi đạt các học phần sau mới được đăng ký học học phần này:

Cơ sở kỹ thuật nhiệt

Mục tiêu của học phần:

Cung cấp kiến thức cơ bản về kết cấu, nguyên lý hoạt động và cách thức khai thác vận hành thiết bị nồi hơi, tua bin hơi sử dụng dưới tàu thủy

Nội dung chủ yếu:

- Cơ sở nhiệt động các chu trình thiết bị động lực hơi nước

- Quá trình cháy, quá trình sinh hơi trong nồi hơi tàu thủy

- Kết cấu, nguyên lý hoạt động của một số loại nồi hơi tàu thủy điển hình

- Các hệ thống, thiết bị phục vụ nồi hơi

- Tính nhiệt nồi hơi

- Khí động học và thủy động học nồi hơi

- Nước cấp nồi hơi và vấn đề xử lý nước cấp nồi hơi

- Khai thác vận hành, xử lý sự cố và bảo dưỡng nồi hơi

- Nguyên lý hoạt động của tua bin hơi, quá trình biến đổi năng lượng trong tua bin hơi

- Kết cấu các bộ phận của tua bin hơi

- Các hệ thống, thiết bị phục vụ tua bin hơi

- Khai thác vận hành, xử lý sự cố và bảo dưỡng tua bin hơi

Nội dung chi tiết:

1.1 Các chu trình thiết bị động lực hơi nước 1 1

1.1.1 Chu trình Rankin

1.1.2 Chu trình hồi nhiệt

1.1.3 Chu trình có quá nhiệt trung gian

1.2 Quá trình sinh hơi trên đồ thị i-t 0.5 0.5

1.3.1 Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy

1.3.2 Hệ thống nồi hơi tàu thủy hiện đại

1.3.3 Các thông số chính của nồi hơi tàu thủy

Chương 2: Nhiên liệu và quá trình cháy trong nồi

2.1.1 Yêu cầu với chất đốt nồi hơi tàu thủy

2.1.2 Thành phần chất đốt nồi hơi

2.1.3 Nhiệt trị nhiên liệu

2.2 Ăn mòn điểm sương và mục rỉ vanadi 0.5 0.5

2.3 Quá trình cháy trong buồng đốt nồi hơi 1 1

2.3.1 Cháy hoàn toàn và không hoàn toàn

2.3.2 Các giai đoạn cháy nhiên liệu

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy

2.4 Lượng không khí cấp và hệ số không khí thừa 1 1

3.1 Các tổn thất nhiệt nồi hơi và biện pháp cải thiện 1 1

3.2 Hiệu suất nhiệt nồi hơi, lượng tiêu hao chất đốt 0.5 0.5

4.2.1 Nồi hơi ống nước hai bầu (nồi hơi chính)

4.2.2 Nồi hơi lưu động thẳng

4.3 Nồi hơi ống lửa nằm (nồi hơi Scotch) 1 1

4.4.1 Nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng

4.4.2 Nồi hơi thẳng đứng ống lửa đứng

4.4.3 Nồi hơi thẳng đứng ống lửa nằm

4.5.1 Nồi hơi liên hợp ống lửa nằm

4.5.2 Nồi hơi liên hợp ống nước đứng

4.5.3 Hệ thống liên hợp nồi hơi phụ - khí xả

5.1.4 Nguyên lý làm việc của thiết bị buồng đốt

5.2 Thiết bị chỉ báo và điều khiển cấp nước nồi hơi 1.5 1.5

5.2.1 Ống thủy

5.2.2 Thiết bị điều khiển cấp nước nồi hơi và hệ thống

cung cấp nước

Thực hành bài 2: Tìm hiểu các thiết bị phục vụ nồi hơi 5 5

6.2 Tính nhiệt các mặt hấp nhiệt đối lưu 1 1

Chương 7: Khí động học và thủy động học nồi hơi 4 4

7.3 Bố trí thiết bị thông gió nồi hơi 0.5 0.5

7.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tuần hoàn nồi hơi 0.5 0.5

8.1.1 Yêu cầu đối với nước cấp nồi hơi

8.1.2 Tiêu chuẩn đối với nước cấp nồi hơi

8.2 Ảnh hưởng của nước cấp đến sự hoạt động của

8.3.1 Xử lý nước ngoài nồi hơi

8.3 2 Xử lý nước trong nồi hơi

8.3.3 Hoá nghiệm nước nồi hơi trên tàu thủy

9.1.1 Chuẩn bị đốt nồi hơi

9.1.2 Đưa nồi hơi vào hoạt động

9.1.3 Dừng nồi hơi

9.3.1 Thử thủy lực nồi hơi

9.3.2 Tẩy rửa cáu cặn nồi hơi

9.3.3 Niêm phong nồi hơi

Chương 1: Nguyên lý cơ bản của tua bin hơi 3 3

1.1.1 Nguyên lý tác dụng xung kích, đặc tính tầng xung

kích

1.1.2 Nguyên lý tác dụng phản kích, đặc tính tầng phản

kích

1.1.3 Tua bin nhiều tầng

1.2 Đặc điểm làm việc và phân loại tua bin tàu thủy 1 1

Chương 2: Quá trình biến đổi năng lượng của dòng

2.1 Quá trình biến đổi năng lượng của dòng hơi trên

2.1.1 Quá trình biến đổi năng lượng của dòng hơi trên

ống phun

2.1.2 Sự giãn nở của dòng hơi trong vùng cắt lệch

2.1.3 Các chế độ làm việc của ống phun

2.2 Quá trình biến đổi năng lượng của dòng hơi trên

2.2.1 Tam giác tốc độ trên cánh, độ phản kích

2.2.2 Lực của dòng hơi tác dụng lên cánh động, công

suất vòng trên cánh

2.2.3 Quá trình chảy của dòng hơi trên cánh động

Chương 4: Các hệ thống phục vụ tua bin hơi 3 3

5.1 Chuẩn bị và đưa tua bin hơi vào hoạt động 0.5 0.5

5.1.1 Các bước chuẩn bị

5.1.2 Khởi động tua bin

5.2 Vận hành tổ hợp tua bin khi tàu chạy 0.5 0.5

5.3 Duy trì tổ hợp tua bin ở trạng thái sẵn sàng 0.5 0.5

5.4.1 Quy tắc dừng tua bin

5.4.2 Đà quay và đồ thị đường cong đà quay

5.5 Các sự cố thường gặp khi khai thác tua bin hơi 0.5 0.5

Nhiệm vụ của sinh viên: Lên lớp đầy đủ và chấp hành mọi quy định của Nhà trường

Tham gia đầy đủ các bài thực hành

Làm bài tập lớn đầy đủ, đúng hạn

Tài liệu tham khảo:

1) PGS TS Nguyễn Hồng Phúc, TS Nguyễn Đại An Hệ động lực hơi nước Trường Đại học Hàng hải 2000

Hình thức và tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:

Thi viết, thời gian làm bài: 90 phút

Thang điểm: Thang điểm chữ A, B, C, D, F.

Điểm đánh giá học phần: Z=0,3X+0,7Y

Bài giảng này là tài liệu thống nhất và chính thức của Bộ môn Máy phụ tàu thủy, Khoa Máy tàu biển và

được dùng để giảng dạy cho sinh viên

Ngày phê duyệt: / /20 Trưởng Bộ môn: TS Phạm Hữu Tân

PHẦN I: NỒI HƠI TÀU THỦY

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Các chu trình thiết bị động lực hơi nước

1.1.1 Chu trình rankine

Hệ động lực hơi nước làm việc với chu trình rankine kín (hình 1.1b), chu trình làm việc gồm các quá trình sau:

0-1: Hơi giãn nở đoạn nhiệt sinh công trong tua bin hơi

1-2: Hơi ẩm được ngưng tụ đẳng áp trong bầu ngưng

2-3: Nước được bơm cấp vào nồi hơi

3-4: Nước được đung nóng, sôi và bay hơi đẳng áp, đẳng nhiệt trong bầu bay hơi

4-0: Hơi được quá nhiệt trong bộ sấy hơi

Trong Hệ động lực hơi nước với chu trình hở thì hơi ra khỏi tua bin đi vào khí quyển mà không về bầu ngưng (hình 1.1a)

1.1.2 Chu trình hồi nhiệt

Chu trình làm việc như sau: 1 kg nước cấp từ trạng thái 4 qua thiết bị sinh hơi 1 được cấp nhiệt đẳng áp theo quá trình 34561 tiếp đó vào tua bin 2, sau phần cao áp trích ra g1 kg hơi đưa vào bình gia nhiệt 5a để tiến hành quá trình thải nhiệt đẳng áp 2a 3a để cấp nhiệt đẳng áp cho (1-g1) kg nước cấp từ trạng thái 4a 3a

(1-g1) kg hơi nước đi tiếp qua tua bin trung áp 2b để tiếp tục giãn nở đoạn nhiệt 2a 2b sinh công, lại trích tiếp g2 đưa vào bình gia nhiệt 5b thải nhiệt cho nước cấp ngưng tụ thành nước bão hoà 3b và cấp nhiệt cho (1-g1-g2) kg nước cấp từ trạng thái 4b đến 3b

(1-g1-g2) kg hơi tiếp tục đi qua phần tua bin hạ áp 2c, giãn nở đoạn nhiệt đến áp suất p2 đi vào bình ngưng

3 thải nhiệt cho môi trường bên ngoài theo quá trình 23 rồi được đưa vào bơm 4 bơm đoạn nhiệt theo quá trình 34 đưa vào bình gia nhiệt 5b được cấp nhiệt đẳng áp đến 4b 3b rồi hỗn hợp với g2 kg nước ngưng trong bình gia nhiệt 5b tạo thành nước ở trạng thái 4b để cấp nhiệt theo quá trình 4a 3a tất cả qua bơm đến trạng thái 4 vào thiết bị sinh hơi để kết thúc 1 chu trình

Hình 1.1- Sơ đồ HĐLHN với chu trình hở và kín.

NH- Nồi hơi; T- Tua bin; B- Bơm; BN- Bầu ngưng.

BN 0

3 4 NH

Công sinh ra trong các quá trình giãn nở đoạn

nhiệt trong các cấp tua bin:

l = 1(i1- i2a) + (1-g1).(i2a- i2b) + (1-g1-g2).(i2b- i2)

Đặt g=1-g1-g2, ta được:

l = i1 – i2a.g1 – i2b.g2 – i2.g

Nhiệt lượng cấp vào trong thiết bị sinh hơi:

q1=i1 – i4

Hiệu suất nhiệt của chu trình:

4 1

2 2 2 1 2 1

1

i i

g i g i g i i

- Có thể nâng cao được được hiệu suất nhiệt

của chu trình, áp suất đầu vào càng cao, số

lần gia nhiệt càng nhiều thì hiệu quả càng

cao, nhưng thiết bị phức tạp hơn nhiều

- Giảm được kích thước của tua bin ở các tầng

cuối vì lượng hơi nước đi qua giảm

- Có thể giảm hoặc bỏ hẳn bộ hâm nước

1.1.3 Chu trình có quá nhiệt trung gian

Hình 1.4 là chu trình với quá nhiệt trung gian biểu thị trên đồ thị T-S

Nhiệt lượng biến thành công có ích của chu trình là: l = (i0 - i1) + (i2 - i3), Kcal/kg

Nhiệt lượng là 1 kg hơi nhận được: q1 = (i0 - i3') + (i2 - i1), Kcal/kg

( 0 3 ') ( 2 1)

3 2 1 0 1

i i i i q

l

−+

−

−+

−

=

=η

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý của chu trình

thiết bị động lực với quá nhiệt lần thứ hai.

Hình1.5 Chu trình với quá trình lần thứ hai trên đồ thị T-S

1- Nồi hơi; 2- Bộ quá nhiệt chính; 3- Bộ quá nhiệt lần thứ 2; 4- Phần cao áp của tua bin;

5- Phần thấp áp của tua bin; 6- Bầu ngưng; 7- Bơm nước cấp.

Nguyên lý của chu trình như sau: Hơi sau khi giãn nở ở các tầng đầu của tua bin lại được hâm nóng thêm

ở bộ quá nhiệt lần thứ hai rồi cho giãn nở tiếp ở các tầng sau của tua bin

5 1

1 kg

(1-g1) kg (1-g1-g2) kg 2

x =0 0

4 3b4b 3a 4a

Khi áp dụng chu trình quá nhiệt lần thứ hai không những hạn chế độ ẩm cho phép (y3 < y3") của chu trình

mà còn có khả năng nâng cao hiệu suất nhiệt

1.2 Quá trình sinh hơi trên đồ thị i-t

Quá trình sinh hơi trong nồi hơi gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Quá trình đun sôi nước (ở áp

suất nồi hơi) tiến hành theo đường nước sôi

x = 0 (đoạn 1'-2')

- Giai đoạn 2: Quá trình bốc hơi tiến hành

theo đường đẳng nhiệt (đoạn 2’-3’)

- Giai đoạn 3: Quá trình sấy hơi tiến hành

theo đường đẳng áp (đoạn 3'-4')

Trên hình 1.6 đường 1'2'3'4' biểu diễn quá trình

sinh hơi ở nồi hơi 20 kG/cm2, 2120C; Đường

1"2"3"4" bbiểu diễn quá trình sinh hơi ở nồi hơi

180 kG/cm2 3560C

Từ đồ thị trên thấy rằng biến thiên entanpi

trong quá trình đun sôi ∆iđs2> ∆iđs1, diện tích bề

mặt hấp nhiệt Fđs1<Fđs2 Trong quá trình bốc hơi

∆ibh1>∆ibh2 Fbh1> Fbh2 Vì giá thành chế tạo

1m2 mặt bốc hơi đắt hơn mặt đun sôi, nên dùng

nồi hơi thong số cao sẽ kinh tế hơn

Chú ý rằng quá trình sinh hơi thực tế có phần

khác trên: Nhiệt độ nước ra bộ hâm nước tiết kiệm chưa đạt tới độ sôi, nhiệt bốc hơi cũng thấp hơn trị số

lý thuyết

1.3 Hệ thống nồi hơi tàu thuỷ

1.3.1 Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy

1) Sử dụng an toàn là yêu cầu quan trọng nhất, vì rằng không những khi nồi hơi hỏng làm cho tàu không chạy được, thậm chí gây ra tai nạn cho tàu, do đó trên tàu chỉ được dùng các kiểu nồi hơi cấu tạo bền, chắc, đã qua thử thách lâu dài

2) Gọn, nhẹ, dễ bố trí lên tàu nhằm tăng trọng tải, mở rộng tầm xa hoạt động của tàu Do đó nồi hơi dùng loại có nhiệt tải dung tích lò lớn, suất bốc hơi lớn, lưu tốc khí lò nhanh, số bầu nồi ít, đường kính bầu nồi và ống bé để giảm độ dầy và trọng lượng

3) Cấu tạo: Cấu tạo đơn giản, cách bố trí tiện việc coi sóc sửa chữa, ít mục rỉ, sử dụng đơn giản vì người đốt lò trên tàu thường thay đổi luôn, bảo đảm điều kiện làm việc cho họ được thoáng mát

4) Tính kinh tế cao: Đảm bảo hiệu suất ở toàn tải, hiệu suất giảm ít khi nhẹ tải, loại nồi hơi lớn đốt dầu nên đạt hiệu suất 91-93% Nồi hơi của tàu dân dụng thường có hiệu suất cao vì nói chung yêu cầu về mặt trọng lượng và kích thước không cao lắm

5) Tính cơ động cao: Thời gian nhóm lò lấy hơi nhanh có thể nhanh chóng tăng giảm tải để thích ứng với

sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ Khi điều chỉnh vị trí tàu, áp suất và nhiệt độ hơi nước vẫn tương đối ổn định, mặc dù khi ấy nhiệt độ nước cấp nồi thường biến đổi Nồi hơi cần có năng lượng

dự trữ lớn Khi cần thiết có khả năng quá tải 25 ÷45% Khi tàu nghiêng lắc ngang ±300, nghiêng lắc dọc ± 120 bảo đảm các mặt hấp nhiệt không bị nhô lên khỏi mặt nước Khi được cung cấp nhiều loại chất đốt ở nhiều cảng, vẫn làm việc trong trạng thái tương đối tốt

Chú ý rằng yêu cầu của các loại tàu không giống nhau: Tàu khách, tàu hàng chạy định tuyến được cung cấp đều đặn một loại chất đốt, có điều kiện kiểm tra sửa chữa ở cảng, thời gian điều chỉnh vị trí tàu (manơ) ít, hầu hết thời gian làm việc đều ở toàn công suất nên cần bảo đảm hiệu suất cao khi tàu chạy bình thường (toàn tốc độ) Tàu kéo, tàu cá, tàu công trình…, nhiều lúc kéo nhẹ lại cần lai dắt nên yêu cầu

100 200 300 400

P=1at 20 40 80 120

x = 1

0.1 0.2 0.3

0.9 0.8 0.7

cơ động tốt và bảo đảm hiệu suất cao kể cả khi kéo nhẹ Tàu chiến yêu cầu thời gian nhóm lò lấy hơi thật ngắn, tính cơ động cao.

Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy khác xa so với nồi hơi trên bộ: Kích thước trọng lượng, cấu tạo phải gọn nhẹ, đơn giản hơn, chất đốt tốt hơn Song nồi hơi tàu thủy thường dừng lò luôn nên có điều kiện thường xuyên rửa nồi và sửa chữa (còn trên bộ thường trên một năm mới dừng lò tiến hành sửa chữa)

Các yêu cầu kể trên có thể không hoàn toàn thống nhất với nhau Ví dụ: Lượng nước nồi ít sẽ rút ngắn được thời gian nhóm lò, giảm trọng lượng nồi hơi, song mực nước nồi và áp suất hơi nước có thể kém ổn định

1.3.2 Hệ thống nồi hơi tàu thủy

Hệ thống nồi hơi tàu thủy dùng để cung cấp hơi nước cho máy chính, máy phụ, các hệ thống của tàu tua bin hơi, tàu máy hơi nước, cung cấp hơi cho một số máy phụ hơi nước, một số hệ thống hâm sấy và nhu cầu sinh hoạt của tàu diesel, của xà lan lớn Hệ thống nồi hơi và thiết bị trao đổi nhiệt lợi dụng năng lượng của chất đốt (hóa năng của dầu đốt, năng lượng hạt nhân, điện năng) biến nước thành hơi nước có

áp suất cao và nhiệt độ cao Trường hợp sử dụng hóa năng: chất đốt được đốt cháy tạo thành khí lò, có nhiệt độ cao, tiến hành trao đổi nhiệt bức xạ cho các bề mặt hấp nhiệt bức xạ xung quanh buồng đốt, sau

đó quét qua các bề mặt hấp nhiệt đối lưu của nồi hơi (các ống nước sôi, bộ sấy hơi, bộ hâm nước tiết kiệm, bộ sưởi không khí) tiến hành trao nhiệt đối lưu, rồi theo ống khói bay lên trời

Hệ thống nồi hơi tàu thủy có thể gồm có: Nồi hơi (một hoặc nhiều cái), thiết bị buồng đốt, các thiết bị điều khiển và kiểm tra, thiết bị thông gió (quạt gió, quạt hút khói) thiết bị cấp nước (bơm cấp nước nồi, bầu hâm nước nồi) Thiết bị lọc nước, thiết bị khử khí, thiết bị cấp chất đốt (bơm dầu đốt, thiết bị lọc dầu đốt, thiết bị hâm dầu đốt), thiết bị tự động điều chỉnh quá trình làm việc của nồi hơi

1.3.3 Các thông số chính của nồi hơi tàu thủy

1) Áp suất (kG/cm 2 )

- Áp suất nồi hơi PN là áp suất của nước và hơi bão hòa chứa trong thân (bầu) nồi hơi Dựa vào PN tra bảng hơi nước bão hòa, ta sẽ tìm được trị số của nhiệt độ bão hòa ts

- Áp suất hơi sấy Phs là áp suất của hơi sấy ra bộ sấy hơi(supperheater), áp suất hơi sấy thấp hơn áp suất

PN trong nồi hơi từ 1 ÷ 4 kG/cm2

- Áp suất hơi giảm sấy Pgs là áp suất của hơi giảm sấy sau khi ra bộ giảm sấy, áp suất hơi giảm sấy thấp hơn áp suất hơi sấy

- Áp suất nước cấp Pnc là áp suất do bơm cấp nước nồi(Boiler feed water pump) tạo ra, Pnc cao hơn áp suất PN từ 3÷6 kG/cm2 để thắng được sức cản trên đường ống cấp nước, tại bầu hâm nước cấp nồi và tại bầu hâm nước tiết kiệm

2) Nhiệt độ ( o C)

Nhiệt độ hơi sấy ths: là nhiệt độ của hơi sấy sau bộ sấy hơi

Nhiệt độ hơi bão hòa tS: là nhiệt độ của hơi bão hòa trong thân (bầu) nồi

Nhiệt độ nước cấp tnc: là nhiệt độ của nước cấp nồi, trước bộ hâm nước tiết kiệm

Nhiệt độ khói lò θkl: là nhiệt độ của khí lò ra khỏi nồi hơi.

Nhiệt độ không khí cấp θkk: là nhiệt độ của không khí cấp vào trong buồng đốt.

Chú ý rằng Dx là lượng hơi bão hòa cung cấp cho máy phụ và hệ thống (chứ không phải là lượng hơi bão hòa sinh ra tại bầu nồi) khi cần thiết, nồi hơi có thể quá tải đến sản lượng lớn nhất Dmax trong một thời gian qui định.

Dmax = 125 ÷140% DN

4) Nhiệt lượng có ích: Q i (kcal/h; kJ/h)

Là nhiệt lượng dùng để đun sôi, bốc hơi và sấy hơi mà nồi hơi sử dụng trong một giờ, tức là nhiệt lượng

đã dùng để biến nước cấp thành hơi nước mà nồi hơi cung cấp trong một giờ

Qi = Dhs (ihs - inc) + Dgs (igs - inc) + Dx (ix - inc) (2.2)

Qi = DN (ix- inc) + Dhs (ihs – ix ) + Dgs (igs - ix) (2.2a)Trong đó:

- i hs , i gs , i x - entanpi của hơi sấy, hơi giảm sấy, hơi bão hòa.

- i nc - entanpi của nước cấp nồi.

5) Hiệu suất nồi hơi: η N (%)

Là tỷ số giữa nhiệt lượng có ích cho nồi hơi trên nhiệt lượng do chất đốt tỏa ra

P H

nc x x nc íg gs nc íh hs P H

i N

Q B

i i D i i D i

i D Q B

Q

)(

)(

)(

−+

−+

Q - Lượng sinh nhiệt thấp của chất đốt, Kcal/kg

Chú ý rằng ηN tính như trên chưa xét tới lượng nhiệt tiêu hao cho bản thân nồi như việc cấp chất đốt cấp nước, thông gió, thổi muội cho nồi hơi

6) Suất tiêu dùng chất đốt g e (kg/ml ci h)

Là số lượng chất đốt cần dùng để hệ động lực phát ra một mã lực có ích trong một giờ

Nồi hơi đốt dầu (PN = 100 ÷120 kG/cm2, tS = 5500C) có ge = 200 ÷210 g/mlci.h

7) Mặt hấp nhiệt H (m 2 )

Là bề mặt kim loại (của vách ống, của ống nước sôi, ống hâm nước tiết kiệm, ống sấy hơi, ống sưởi không khí hoặc ống của ống lửa, hộp lửa, buồng đốt) hấp nhiệt, chất trao nhiệt (như khí lò, hơi sấy) truyền cho chất nhận nhiệt (nước, hơi nước, không khí) Riêng đối với bộ giảm sấy tính theo bề mặt hấp nhiệt của hơi truyền cho nước

Diện tích mặt hấp nhiệt tính về phía tiếp xúc với khí lò Riêng đối với bộ sưởi không khí và bộ giảm sấy, tính theo đường kính trung bình của ống

- Mặt hấp nhiệt bức xạ H b: 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 trao nhiệt

- Mặt hấp nhiệt đối lưu H đ: là mặt hấp nhiệt ở xa buồng đốt và được khí lò quét qua Hình thức trao nhiệt chính ở đây là trao nhiệt đối lưu

- Mặt hấp nhiệt bốc hơi H bh: là bề mặt hấp nhiệt của khí lò làm cho nước sôi và bốc hơi Nó bao gồm mặt hấp nhiệt của vách ống và ống nước sôi

- Mặt hấp nhiệt tiết kiệm H tk: là bề mặt hấp nhiệt của bộ hâm nước tiết kiệm và bộ sưởi không khí kiểu khí lò (nếu bộ sưởi không khí dùng hơi nước để sưởi nóng thì được tính vào Htk)

8) Suất hấp nhiệt bề mặt q H (Kcal/m 2 h; kJ/m 2 )

Là số nhiệt lượng bình quân do 1m2 mặt hấp nhiệt nhận được trong 1 giờ

D

- Nồi hơi ống lửa đốt dầu thông gió bằng quạt: 25-32

- Nồi hơi ống nước nhiệt tải cao: 80-120

- Nồi hơi ống nước tuần hoàn cưỡng bức: 50-100

Khi muội cáu đóng đầy, suất bốc hơi giảm

Suất bốc hơi lớn nhất dmax phụ thuộc vào cường độ làm mát ống tức là phụ thuộc vào lưu tốc tuần hoàn và

độ ổn định tuần hoàn

10) Dung tích buồng đốt V bđ (m 3 )

Để bảo đảm cho chất đốt cháy hoàn toàn, ngoài yêu cầu cung cấp đầy đủ ô xy ra còn cần bảo đảm nhiệt

độ trong không gian buồng đốt cao hơn nhiệt độ bén cháy của chất đốt, nhiệt độ khí lò trong buồng đốt cần đủ cao để truyền nhiệt xạ được mạnh mẽ, ngọn lửa của chất đốt không nên tiếp xúc đến các bề mặt không phải là bề mặt hấp nhiệt (nếu không thì số chất đốt chưa cháy hoàn toàn sẽ kết thành muội cốc trên các bề mặt ấy)

Vì vậy trị số của Vbd phải chọn vừa phải tuỳ theo kiểu buồng đốt, loại chất đốt, lượng chất đốt, nhiệt độ không khí lò Trị số bé nhất của dung tích buồng đốt quyết định bởi xuất nhiệt tải dung tích buồng đốt.Dung tích buồng đốt không tính đến dung tích đường khí lò của phần trao nhiệt đối lưu

11) Suất nhiệt tải dung tích buồng đốt q v (Kcal/m 3 h)

Là trị số giữa nhiệt lượng cung cấp vào buồng đốt trong một giờ trên dung tích buồng đốt

bđ

P H v

V

Q B

q = . [Kcal/m3.h] (2.6)Trong đó:

- B- Lượng tiêu dùng chất đốt trong mỗi giờ, kg/h

H

Q - Lượng sinh nhiệt thấp của chất đốt, Kcal/kg

Đối với buồng đốt dầu, trị số qv cần bảo đảm cho gạch chịu lửa của buồng đốt không bị đốt hỏng Trường hợp vách nồi hơi đốt dầu có diện tích lớn, trị số qv có thể lớn hơn qv = 0,6 ÷0,7.106 Kcal/m2h

Nồi hơi tàu chiến có qv = 3.106 Kcal/m3h

Trong đó trị số bé của qv dùng cho khi không sưởi không khí hoặc cho mặt hấp nhiệt bức xạ Hb bé

Chú ý rằng qv đặc trưng cho độ lâu dài của chất đốt lưu lại trong buồng đốt Nếu cần xét đến nhiệt độ khí

lò tại buồng đốt, thì ngoài nhiệt lượng P

H

Q của chất đốt, còn phải xét đến nhiệt lượng vật lý của chất đốt,

nhiệt lượng của không khí nóng mang vào buồng đốt

12) Dung tích hơi V h (m 3 ), dung tích nước V n (m 3 ) và lượng nước nồi G n (kG)

Vh, Vn, Gn tính khi mực nước nồi bình thường, mặt tách hơi là bề mặt ngăn cách giữa không gian nước với không gian hơi của bầu nồi

Lượng nước nồi Gn là lượng nước ở mặt tách hơi tính ở nhiệt độ bão hòa

Gn = Vn γ’ (kg) (2.7)Trong đó: γ’-tỷ trọng của nước ở nhiệt độ bão hòa

Chú ý rằng trong không gian nước (nhất là đối với nồi hơi ống nước) còn lẫn hơi nước, lượng hơi nước ấy thay đổi tuỳ theo tải trọng của nồi hơi

13) Bội số tuần hoàn (W)

Bội số tuần hoàn W là tỷ số giữa lượng nước nồi trên lượng sinh hơi trong mỗi giờ của nồi hơi.

- Nồi hơi ống lửa: W = 3 ÷ 8

- Nồi hơi ống nước: W = 0,2÷ 1

14) Suất chứa hơi nước của không gian hơi d h (m 3 /m .h) 3

Là tỷ số giữa lượng sinh hơi trong mỗi giờ trên dung tích không gian hơi của bầu nồi

h

N

V

v D

Trong đó: v" thể tích riêng của hơi bão hòa trong bầu trên.

15) Lượng nước dự trữ dưới mặt tách hơi G n (kg)

Là lượng nước trong bầu nồi giữa mực nước bình thường với mực nước thấp nhất

∆Gn = Ft.h ∆h γ' (2.10)Trong đó:

- F t.h - diện tích bề mặt tách hơi của bầu nồi, m 2 ;

- ∆h- khoảng chiều cao giữa mực nước bình thường với mực nước thấp nhất, m;

16) Chu kỳ không cấp cấp nước

Là khoảng thời gian không cần cấp nước vào nồi hơi nhờ số lượng nước dự trữ dưới mặt tách hơi

60

17) Năng lực tiềm tàng của nồi hơi

Là khả năng sinh thêm hơi nhờ nhiệt lượng chứa trong nước, trong kim loại và vách buồng đốt khi cần đột ngột tăng lượng sinh hơi Gọi D, D0 là lượng sinh hơi khi bình thường và khi cần đột ngột tăng lượng sinh hơi

z

p p

i n

d

d r d

d G r

r D

: độ biến thiên Entanpi của nước nồi khi áp suất nồi hơi biến đổi 1 kG/cm 2

- dp/dτ: tốc độ thay đổi áp suất hơi trong nồi hơi, kG/cm 2 /s;

Đối với nồi hơi ống nước dp/d τ≈ 3 kG/cm2/ph;

Đối với nồi hơi ống lửa cho phép dp/dz lớn hơn

18) Suất trọng lượng của nồi hơi trên lượng sinh hơi mỗi giờ hoặc diện tích mặt hấp nhiệt

N

N ND

- Nồi hơi ống lửa: GND = 15 ÷ 18; GNH = 250 ÷ 430

- Nồi hơi ống nước: GND 0,65 ÷ 8; GNH = 160 ÷ 220

Câu hỏi ôn tập

1 Trình bày khái niệm về nồi hơi, hệ thống nồi hơi và các hệ thống phục vụ, công dụng, các thông số co bản của nồi hơi?

CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG NỒI HƠI 2.1 Chất đốt dùng cho nồi hơi

2.1.1 Yêu cầu đối với chất đốt dùng cho nồi hơi tàu thuỷ

1) Lượng sinh nhiệt cao: Để tăng thêm trọng tải có ích và tăng thêm bán kính hoạt động của tàu

2) Không tự bén cháy trong hầm chứa trên tàu

Khi 1 kg Cacbon cháy hoàn toàn sẽ tỏa ra 8100 Kcal, 1 kg H2- 28700 Kcal, 1kg Sb- 2130 kcal

Chất tro là do quặng lẫn trong chất đốt như ô xít silic, ô xít sắt, ô xít nhôm, sunfat lưu huỳnh, sunfat magiê Chất tro nhiều sẽ làm giảm lượng sinh nhiệt của chất đốt Trong dầu đốt lò, chất tro không tới 1%

Ô xy không thể sinh ra nhiệt, mà còn ô xít hóa các nguyên tố cháy được, hạ thấp nhiệt lượng sinh nhiệt của chất đốt Nitơ là khí trơ, không tham gia vào phản ứng cháy, dễ bay lên cùng khí lò khi đốt chất đốt Lượng N2 càng ít càng tốt, trong chất đốt chỉ có không đến 2%

Chất ẩm trong chất đốt làm giảm lượng sinh nhiệt vì không những nó không làm cháy được mà còn hấp nhiệt để bốc thành hơi khi đốt chất đốt

2.1.3 Nhiệt trị nhiên liệu

- Nhiệt trị thấp QHP (lượng sinh nhiệt thấp): là nhiệt lượng mà 1 kg chất đốt làm việc cháy hoàn toàn tỏa

Song vì các thành phần trong chất đốt có liên hệ với nhau, phản ứng cháy tiến hành phức tạp hơn nhiều nên không thể dùng công thức trên được, và khác số đo ở nhiệt lượng kể quá nhiều

Tốt nhất vẫn dùng nhiệt lượng kế để đo lượng sinh nhiệt

2.2 Dầu đốt nồi hơi

2.2.1Tính chất của dầu đốt nồi hơi:

Có hai loại dầu đốt thường dùng cho nồi hơi tàu thủy là DO và FO Chất lượng của dầu được quyết định bởi: Lượng sinh nhiệt; độ nhớt; điểm bén lửa; điểm đông đặc; tỷ trọng; hàm lượng nước; hàm lượng tro; hàm lượng axít; hàm lượng lưu huỳnh; hàm lượng kiềm

1) Độ nhớt: Là tính chất quan trọng của dầu đốt, nó quyết định đến kết cấu buồng đốt, tính chất phun

sương của nhiên liệu, chế độ hâm sấy nhiên liệu Nhiệt độ càng cao thì độ nhớt giảm Loại dầu có độ nhớt cao thì giá thành rẻ nhưng chất lượng phun sương kém, do đó phải hâm nóng đến nhiệt độ thích hợp và lọc kỹ trước khi cấp cho nồi hơi

a) Độ nhớt Engole (0E): Là tỷ số giữa thơid gian chảy của 200mml dầu ở 500C (75, 80 hoặc 1000C) qua ống nhỏ giọt của nhớt kế Engole trên thời gian chảy của 200mml nước cũng qua ống nhỏ giọt ấy Độ nhớt 0E là độ nhớt tương đối

b) Độ nhớt Centistoc (0Cst): Là thời gian chảy của 60mml dầu ở 380C (660C hoặc 1000C) qua ống nhỏ giọt của nhớt kế Nó là độ nhớt tuyệt đối

c) Độ nhớt Saybol (0sUS) (Mỹ): Là thời gian chảy của 60cm3 dầu ở 200C qua nhớt kế Saybol

2) Điểm đông đặc: Là nhiệt độ cao nhất mà tại đó dầu bị đông đặc Loại dầu nhiều chất sáp (paraphin) thì

nhiệt độ đông đặc cao (điểm đông đặc trên 50C)

3) Điểmbén và điểm bén cháy: Nó quyết định tính chất an toàn của dầu đốt

*Điểm bén: Điểm bén là nhiệt độ thấp nhất sinh ra hơi dầu trên bề mặt dầu, nếu chạm phải tia lửa nó sẽ

bén cháy, khi tách tia lửa ra thì nó sẽ tắt

*Điểm bén cháy: Là nhiệt độ để khi dầu đốt bén lửa xong cắt nguồn lửa đi nó vẫn tiếp tục cháy thêm 5giây nữa Điểm bén cháy không cao hơn điểm bén nhiều (thường khoảng 10÷600C) Để an toàn dầu đốt

nê có điểm bén cháy trên 800C

4) Lượng tạp chất: Lượng tạp chất (cát, bụi, chất tro) nhiều dễ làm tắc, làm mài mòn lỗ vòi phun của

súng phun, làm bẩn các bề mặt hấp nhiệt Do đó đối với dầu đốt nồi hơi yêu cầu lượng tạp chất < 0,3% và trước khi đưa vào sung phun cần phải lọc thô sau đó lọc tinh

5) Lượngchứa ẩm (W): Khi dầu có lẫn nước thì lượng chứa ẩm lớn làm cho ngọn lửa cháy không ổn

định, làm tăng nhiệt độ điểm sương, làm mục gỉ các bề mặt hấp nhiệt và làm cho lượng sinh nhiệt giảm

6) Hàm lượng lưu huỳnh, Vanadi và Nitơ: Gây ăn mòn các bề mặt kim loại, gây độc hại cho người thợ

đốt lò Nitơ cháy sinh ra NO2 do đó tạo nên NOx

2.2.2 Ăn mòn điểm sương và mục rỉ vanađi

Lưu huỳnh khi cháy sẽ sinh ra SO, SO3 sẽ kết hợp với H2O tạo thành a xít 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 Sự ăn mòn này phụ thuộc vào thành phần lưu huỳnh, ôxi, hiđrô Các chất hỗn hợp chuyển đổi từ khí sang lỏng ở điều kiện áp suất riêng phần PH2O=0.05-0.13 at, nhiệt độ bão hoà của nước

là 31oC – 51oC SO3 hoá lỏng ở nhiệt độ 120oC – 130oC Như vậy hiện tượng ăn mòn này xảy ra khi nhiệt

độ giảm đến 120oC – 130oC

Vanađi cháy sinh ra vanađi ô xít (V2O5) có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp, khoảng 6750 nhưng còn có thể giảm đến 550 ÷ 5800C nếu cũng có Na2SO4 và K2SO4 được tạo thành bởi sự kết hợp giữa K2O, Na2O với SO3 khi cháy lưu huỳnh Thí nghiệm cho thấy, khi V2O5 bám lên bề mặt có nhiệt độ trên 5500C trong

2000 giờ có thể ăn mòn bề mặt sâu khoảng 1mm

Nguyên lí ăn mòn của Vanađi như sau:

V + O2 > V2O5 V2O3 + O2 > V2O5

Ở nhiệt độ nóng chảy V2O5 bám lên bề mặt kim loại

Fe + V2O5 > Fe2O3 + V2O3

Và V2O3 lại hấp thụ ô xy trong khói lò trở lại thành V2O5

Lượng Vanadi trong dầu đốt là không được quá 10-4 %

2.3 Qúa trình cháy trong buồng đốt nồi hơi

2.3.1 Cháy hoàn toàn và không hoàn toàn

Để giảm bớt tổn thất về cháy trong buồng đốt cần tạo ra các điều kiện tạo cho chất đốt cháy 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 ÷12000C) không thể hòa hợp với ô xy 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, hoặc không khí không trộn đều với chất đốt, cung cấp quá nhiều không khí làm cho nhiệt độ buồng nhiệt thấp Khi dung tích buồng đốt quá hẹp cũng xảy ra quá trình cháy không hoàn toàn Trong khói lò ngoài H2O, N2, O2 ra còn có các khí cháy chưa kịp cháy như CO, H2, CH4, CmHm, trên bề mặt hấp nhiệt còn có muội (muội là cacbon thuần tuý Nó sinh

ra là do cácbuahydro cháy không hết còn lại phân giải ra thành cacbon và hydro, hydro cháy hết còn lại cacbon ở dạng muội) Thực ra trong nồi hơi quá trình cháy là không hoàn toàn

Ngọn lửa đốt dầu được cung cấp không khí vào với số lượng vừa phải sẽ không màu, có thể lờ mờ nhìn thấy tường 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 quá thừa không khí, sẽ nhìn thấy rõ tường sau của buồng đốt Lúc quá tải nhiệt độ trong buồng đốt khá cao, ngọn lửa tốt nhất nên có màu phớt hồng

Trường hợp khí cháy chưa cháy hết đã đi lên tiếp xúc với thành vách buồng đốt có nhiệt độ cao, khí cháy

sẽ tiếp tục cháy (hiện tượng cháy muộn) có thể làm buồng đốt bị hỏng nặng, làm bẩn mặt hấp nhiệt

Điều kiện đảm bảo cháy hoàn toàn là:

1) Cung cấp đầy đủ không khí Quá ít không khí hoặc quá nhiều không khí đều không có lợi Quá thừa không khí không những tốn thêm năng lượng cho việc thông gió của nồi hơi mà còn hạ thấp nhiệt độ trong buồng đốt, làm tăng tổn thất nhiệt do khói lò mang đi

2) Trộn đều không khí với chất đốt, nói cách khác là đảm bảo cho không khí khuyếch tán nhanh chóng đều đặn đến bề mặt chất được đốt Áp dụng các biện pháp hình thành dòng xoáy lốc trong buồng đốt

là rất có lợi

3) Nhiệt độ trong buồng đốt đủ cao (1000 ÷ 20000C) và phân bố đều đặn (nếu nhiệt độ buồng đốt quá cao lớn hơn 20000C sẽ phát sinh quá trình phân giải hấp thụ bớt một phần nhiệt lượng Để giúp cho chất đốt được bốc hơi một cách nhanh chóng đến nhiệt độ bén cháy (trước khi chất đốt bén cháy cần cung cấp cho nó khoảng 5 ÷15% nhiệt lượng mà nó sẽ tỏa ra được về sau để nung nóng nó đến nhiệt

độ bắt đầu phản ứng hóa học) Nếu nhiệt độ buồng đốt quá thấp sẽ kéo dài giai đoạn chuẩn bị cháy, thậm chị bị tắt lò

4) Buồng đốt đủ dung tích để cháy hết nhiên liệu

2.3.2 Các giai đoạn cháy nhiên liệu

Hạt sương dầu phun vào buồng đốt trải qua 3 giai đoạn sau đây:

1 Giai đoạn nung nóng bốc hơi

Nhiệt ở xung quanh (trong buồng đốt) truyền cho hạt sương dầu, nung nóng, làm nó bốc hơi, tạo thành 1 tầng hơi dầu bao lấy giọt sương dầu Bây giờ trên bề mặt của giọt sương dầu có các hợp chất cao phân tử (các hợp chất cao phân tử là phần còn lại của bộ phận dầu đốt bị nung nóng bốc thành hơi dầu) Chúng làm giảm năng lực khuyếch tán của ô xy tới giọt dầu, tạo điều kiện hóa cốc Nguyên nhân hóa cốc là do tốc độ bốc hơi dầu của giọt sương dầu chậm hơn tốc độ phân giải các hợp chất cao phân tử trong dầu ma dút) Dầu ma dút bốc hơi mãnh liệt ở 200 ÷ 3000C

2 Giai đoạn phân giải của các hợp chất cao phân tử

Các bua hyđrô cao phân tử tiến hành phân giải ở nhiệt độ từ 6000C trở lên

3 Giai đoạn cháy

Khi các thành phần hơi dầu dễ bén lửa đạt đến nhiệt độ bén, sẽ bắt đầu bước vào giai đoạn cháy Trong dầu đốt lò thường có 15 ÷20% thành phần nhẹ, nên đến 150 ÷2000C (nhiệt độ bén 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 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 giọt sương dầu thường là 0,1 ÷0,15 giây

Trên thực tế, các giai đoạn cháy hầu như cùng đồng thời tiến hành

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong buồng đốt nồi hơi

Quá trình cháy gồm có 2 giai đoạn: giai đoạn chuẩn bị cháy (giai đoạn tiếp xúc lí hóa giữa chất đốt với ôxi) và giai đoạn cháy theo phản ứng hóa học giữa chúng.Tốc độ cháy càng nhanh buồng cháy càng nhỏ gọn.

a

Tốc độ cháy trong giai đoạn chuẩn bị

Giai đoạn chuẩn bị là giai đoạn sưởi khô nung đến nhiệt độ bén cháy Tốc độ cháy trong giai đoạn chuẩn bị rất chậm và chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau:

1) Loại chất đốt: Nếu chất đốt giàu chất bốc và giàu nguyên tố cháy được thì thời gian chuẩn bị cháy ít hơn và giai đoạn cháy diễn ra tốt.

2) Nhiệt độ buồng đốt.

3) Kiểu buồng đốt.

4) Vị trí tương đối giữa chất đốt đang cháy với chất đốt mới cấp vào.

5) Nhiệt độ không khí và khối lượng không khí cấp vào: Không khí cấp vào càng nóng càng làm cho chất đốt chóng được sưởi khô và nung nóng làm tăng nhiệt độ bình quân của buồng đốt.

6) Áp suất trong buồng đốt càng cao, nhiệt độ bén cháy càng thấp, giai đoạn chuẩn bị cháy càng ngắn.

7) Tốc độ tương đối giữa chất đốt với không khí: khi tốc độ này nhanh và lưu động kiểu xoáy lốc giúp cho khônh khí hòa trộn đều với chất đốt, giúp cho quá trình khuếch tán không khí với chất đốt thêm nhanh chóng, rút ngắn thời gian chuẩn bị cháy và giảm bớt tổn thất về cháy trong buồng đốt.

b Tốc độ cháy trong giai đoạn theo phản ứng hóa học

Sau khi hoàn thành giai đoạn chuẩn bị cháy, chất đốt và ôxi hòa trộn mãnh liệt với tốc độ cháy nhanh, tỏa ra nhiệt lượng Tốc độ cháy trong giai đoạn này nhanh chóng hơn nhiều so với giai đoạn chuẩn bị cháy, giai đoạn này chỉ chiếm 1/20 đến 1/40 thời gian chuẩn bị cháy.

Các yếu tố ảnh hưởng là:

1) Loại chất đốt: 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) Tốc độ phản ứng hóa học tỉ lệ thuậnvới tích nồng độ các chất tham gia phản ứng cháy.

3) Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên nhanh theo đà tăng của nhiệt độ tuyệt đối.

KT E

o e K

K = −Trong đó: K o là hằng số tương đương với tổng số lần va chạm của các phân tử

E là năng lượng hoạt động,KJ/kg

c Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cháy ổn định

Cần đảm bảo quá trình cháy trong buồng đốt được ổn định để cho chất đốt tự bén cháy được kể cả khi nhẹ tải, giữ ngọn lửa ở vị trí thích hợp không làm hỏng tường buồng đốt hoặc đầu súng phun.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cháy ổn định là:

1) Chất đốt tự bén cháy được.

2) Cung cấp không khí đầy đủ và liên tục.

3) Liên tục đưa khí lò ra xa để cho không khí khuếch tán đến bề mặt của chất đốt.

2.4 Lượng khí cấp và hệ số không khí thừa

l kk

kk V

V =α m3tc/kg chất đốt (2.4)Trong đó:

α: hệ số không khí thừa Nó là tỷ số giữa lượng không khí thực tế cấp vào trên lượng không khí lí thuyết cấp vào buồng đốt.

Để tính lượng không khí lí thuyết cấp lò cho mỗi kg chất đốt, ta phải dựa vào các phản ứng cháy để tính

ra lượng ô xy lí thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg chất đốt ấy, từ đó tính ra lượng không khí lí thuyết, ngoài ra còn tính thêm lượng hơi ẩm trong không khí cấp lò

100866,

Như vậy cứ 32kg lưu huỳnh cần 22,41m3tc Oxy và sinh ra 22,41m3tc SO2

Vậy S% lưu huỳnh trong 1 kg chất đốt cần 0,7

,

1

l l

b l

kg tc S

O H C

O

b

l l

8 2646

, 0 0889 , 0 21 , 0

, 0 21 , 0

kh

G oli =1,293 , kg/kg (2.10b)

Trong đó: 1,293- tỷ trọng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m 3 tc.

Không khí cấp vào lò có lẫn hơi ẩm Lượng hơi nước trong 1 kg khí trời gọi là độ chứa hơi kí hiệu là d Thường thường d = 8 ÷18 g/kg (ở nước ta có khí hậu nhiệt đới ẩm, d nên chọn lớn ở các nước ôn đối d =

8 ÷10 g/kg)

Lượng hơi ẩm theo không khí vào buồng đốt khi đốt 1 kg chất đốt là:

00161,0v

293,1804,0

1001,

0,001- hệ số chuyển độ ẩm từ g/kg sang kg/kg; 0,804.Tỷ trọng hơi nước ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m 3

Vậy lượng không khí cấp lò lí thuyết để đốt cháy 1 kg chất đốt là:

kholi kk

l O H

kholi kk

Khi đốt cháy 1 kg chất đốt trong nồi hơi thường trong khí lò gồm có lượng khí các bon níc V CO2 lượng khí

ô xít Cacbon V CO lượng khí sunfurơ

2

SO

V lượng Oxy Vo2, lượng nitơ VN2, lượng hơi nước V H2O, lượng

Hydro V , lượng mê tan H2 V CH4 Lượng V H2và lượng VCH4quá ít nên thường bỏ qua không tính.

1 Tính V K dựa theo các phương trình phản ứng cháy từ định luật Đantôn.

Vk = VCO2 + V + CO V SO2+ Vo2 + VN2 + VH2O , m3 tc/kg chất đốt (2.13)

Từ phản ứng cháy của Cacbon với Oxy và chú ý rằng 1 kmol các bon hòa hợp với 1 kmol Oxy sẽ được 1 kmol khí CO2 hoặc 1 kmol khí CO (tức là dù cháy hoàn toàn sinh ra CO2 hoặc cháy không hoàn toàn sinh

ra khí CO đều được sản phẩm cháy của Cacbon với thể tích như nhau) vậy khi đốt cháy 1 kg chất đốt có

Cl % Cacbon ta có:

l CO

CO

C V

Từ phương trình cháy:

100700,02

l b SO

S

V = , m3 tc/kg (2.15)Lượng Oxy trong khí lò là do cung cấp thừa không khí:

VO2 = α Ol - Ol = (α - 1) Ol = 0,21 (α - 1) Vkkkholi , m3 tc/kg (2.16)

Lượng Nitơ trong khí lò là do không khí cấp lò mang vào và do trong chất đốt có chứa N% Ni tơ:

kg tc m

N V

kk

251,1.10079

,

Trong đó:

1,251- tỷ trọng Nitơ ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m 3 tc.

Lượng hơi nước trong khí lò là do hơi nước trong không khí cấp lò; do hơi nước sinh ra bởi H1% hydro trong chất đốt, do hơi nước sinh ra bởi trong chất đốt có chứa W l%chất nước, ngoài ra có khi hơi nước phun vào buồng đốt để thông gió hoặc để phun dầu Vậy:

,0

12

l ph l kk O

H

W W H W

Trong đó:

0,804 - tỷ trọng của hơi nước ở điều kiện tiêu chuẩn , kg/m 3 tc.

Thực ra ở điều kiện tiêu chuẩn (00C và 760 mmHg), hơi nước không tồn tại được cho nên 0,804 chỉ là tỷ trọng qui ước để tính toán tỷ trọng hơi nước ở áp suất và nhiệt độ khác điều kiện tiêu chuẩn

W KK : trọng lượng hơi nước trong không khí cấp lò, kg/kg.

Wkk = 0,001 d α Vkkkholi ρkk 1,243 (2.19)

9H l /100- trọng lượng hơi nước sinh ra khi đốt 1 kg chất đốt th?a H% Hydrô; kg/kg.

W l /100- trọng lượng nước trong chất đốt, kg/kg.

Wph: trọng lượng hơi nước cần phun vào để đốt 1kg chất đốt, trường hợp súng phun hơi nước: Wph = 0,3 ÷0,7, kg/kg.

Trường hợp súng phun hơi nước - áp lực Wph = 0,05 ÷ 0,1, kg/kg

2 Tính V k dựa vào các số liệu phân tích khói lò

Vì thể tích khí 3 nguyên tử V RO2và thể tích khí ô xít các bon VCO trong khí lò chiếm tỷ lệ là:

% 100

kho

K

RO V

V

% 100

kho

K

CO V V

V V CO

K

CO RO

, 0 007 , 0 01866 , 0

2

l b l

l b l

Thay (4.20) vào (4.19):

CO RO

S 375 , 0 C 866 , 1 V

2

l b

l kh«

W 100

H 9 V

293 , 1 001 , 0 804

,

0

1

CO RO

S 375 , 0 C 866

,

1

V

3 ph

l l 1

Kh KK 2

l b l

+

=

(2.26)

Trong đó: C l Sb l RO 2 CO- phần trăm trọng lượng của 1kg chất đốt;

W ph - lượng hơi nước được phun vào để đốt 1 kg chất đốt, kg/kg.

3 Tính trọng lượng của khói lò (G K ) và tỷ trọng khói lò ở điều kiện tiêu chuẩn (γ 0 K )

Trị số của GK khi đốt 1 kg chất đốt có thể dựa vào các phương trình phản ứng cháy lần lượt tính ra trọng lượng của 1 sản phẩm cháy rồi cộng lại, hoặc bằng trọng lượng của chất đốt (đã loại bỏ tro xỉ đi) cộng với trọng lượng không khí cấp lò

kg/kg ) d 001 , 0 1 ( V 293 , 1 100

A 1

G

=

4 Phân áp suất các chất khí trong khí lò

Trong nồi hơi không tăng áp, có thể coi áp suất khí lò PK ≈ 1 ata

Vậy phân áp suất p và phân thể tích r có trị số như nhau Do đó:

O H O

2 2 2

2 SO CO N O RO CO N O CO

Nhiệt dung bình quân của khí lò là nhiệt lượng cần thiết để đưa khí lò do 1 kg chất đốt cháy sinh ra tăng thêm 10C Nó là tổng số nhiệt dung của các chất khí hợp thành khí lò.

ΣVC = V CO 2 C CO 2 +V SO 2 C RO 2 +V O 2 C O 2 +V N 2 C N 2 +V H 2 O C H 2 O, kcal/(0C kg) (2.32)Trong đó:

C- tỉ nhiệt thể tích đẳng áp bình quân của các chất khí trong khí lò trong khoảng từ 0 0 C đến θ0 C, kcal/m 3 tc 0 C, xem bảng 4.1.

Ở đây tính theo tỷ lệ đẳng áp, vì có thể coi áp suất khí lò không đổi trong quá trình trao nhiệt trong nồi hơi

Vì rằng tỷ nhiệt của khí 2 nguyên tử CR2 đều xấp xỉ bằng tỷ nhiệt của không khí khô (C N 2 =C O 2 =C KK).

Tỷ nhiệt của khí 3 nguyên tử C RO2xấp xỉ như nhau (C CO 2 =C SO 2) cho nên nhiệt dung khí lò thường được tính theo công thức sau:

ΣVC = V RO 2 C RO 2 +V R 2 C KK +V H 2 O C H 2 O , kcal/ 0 C kg chất đốt (2.32)

Chú ý rằng tỷ nhiệt C có trị số khác nhau ở các nhiệt độ, cho nên nhiệt dung ΣVC cũng có giá trị khác khi biến đổi sang nhiệt độ khác

6 Entanpi của khí lò I K và Entanpi của không khí cấp lò I KK

Trị số Entanpi của khí lò IK (kcal/kg chất đốt) là nhiệt lượng cần thiết để nâng cao nhiệt độ của số không khí cần cho việc đốt cháy 1 kg chất đốt từ 00C lên t0C trong điều kiện p = const

Vậy Entanpi của khí lò ở nhiệt độ θ0C là:

C V

O H N

1 N RO

1 RO

V thể tích Nitơ và hơi nước sinh ra khi đốt 1 kg chất đốt với hệ số không khí thừa α = 1.

I KK 1 - entanpi của không khí cấp lò cần cho việc đốt 1 kg chất đốt với α = 1.

kg

kcal , .C am kk

C : tỉ nhiệt bình quân của không khí ẩm cấp vào buồng đốt.

C KK - tỉ nhiệt bình quân của không khí khô ở nhiệt độ θ0 C, tra ở bảng (4.1).

Cung cấp không đủ không khí chất đốt không thể cháy hoàn toàn Song cung cấp quá thừa không khí không những làm tăng khói lò do đó làm tăng tổn thất nhiệt do khói lò mà còn làm tăng lượng SO2 (vì SO2 dưới xúc tác của Fe2O3 sẽ sinh ra SO3) do đó nâng cao điểm sương của khói lò Vì vậy cần cung cấp không khí với hệ số không khí thừa thích hợp nhất với kiểu buồng đốt, loại chất đốt và tải trọng của nồi hơi Do đó ngoài cách thường xuyên xem màu ngọn lửa và màu khói lò ra, cần định kỳ phân tích khói lò để biết hệ số không khí thừa α có được thích hợp không.

Xác định hệ số không khí thừa:

tÕ thùc kh«

khÝ kh«ng îng

­

l lµ V

; V V

thùc

« kh thõa

kho lý

«

kh

« kh thõa

kh thõa

kh thõa

kh thùc

kh thùc kh

lý

khô thuc

V

V V

V

V V

(2.39)

Lại biết lượng ô xy và lượng Nitơ trong khói lò là:

K

2 N

K

2 O

V 100

N V

V 100

O V

V K - lượng khí lò do 1 kg chất đốt cháy sinh ra.

Trong 100 m3tc không khí có 21m3tc ô xi và 79 m3tc Nitơ

thuc O V O V V

2121

100.100

2

=

K K

kho

7979

100 100

2 2

2 2

2

1007921

2179

1

1212121

7911

O N

O N

O V

N

V O

(RO O CO)

CO O

++

2

100

5,079

21

21α

Khi nhẹ tải dưới 75%:

Entanpi của khí lò ở các nhiệt độ Do đó cần

các hệ số không khí thừa, hoặc tiện lợi nhất là

lập toán đồ I-θ của chất đốt ấy Chỉ cần tra toán đồ là được trị số của Ik (khi đã biết trị số của nhiệt độ khí

lò và hệ số dư lượng không khí ) hoặc được trị số nhiệt độ khí lò (khi biết trị số entanpi và hệ số dư lượng không khí) mà không cần 1 phép tính nội suy nào

Toán đồ I-θ gồm các đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa Entanpi của 1 kg chất đốt với nhiệt độ khí

lò, mỗi đường cong tương ứng với 1 trí số của α Tỷ lệ vễ thường chọn như sau: trên trục I lấy 10 mm cho

100 kcal, trên trục θ lấy 50 mm cho 100oC

Để vẽ toán đồ , nên tính theo bảng 2.1 dưới đây

Mỗi loại chất đốt đều phải có toán đồ I-θ Hình vẽ là toán đồ cho dầu ma dút có QPH =9370 Kcal/kg

Câu hỏi ôn tập

2 Trình bày các yêu cầu đối với chất đốt nồi hơi tàu thuỷ Trình bày hiện tượng ăn mòn điểm sương và mục rỉ vanađi.?

3 Thế nào là cháy hoàn toàn và không hoàn toàn Các cách nhận biết quá trình cháy nhiêu liệu trong buồng đốt nồi hơi ?

4 Thế nào là hệ số không khí thừa α Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy nhiên liệu trong buồng đốt nồi hơi ?

Bảng 4.1 Nhiệt dung của khí lò và không khí – Entanpi lý thuyết của khí lò và không khí

I K l I KK l I K l I KK l

I (Kcal/kg)

θ (oC)α=1.0

α=1.1

CHƯƠNG 3: TỔN THẤT NHIỆT NỒI HƠI

3.1 Các tổn thất nhiệt nồi hơi và biện pháp cải thiện

Trong khi tính nhiệt, phải tính các tổn thất nhiệt, từ đó tính ra hiệu suất nồi hơi, lượng tiêu dùng chất đốt.Nhiệt lượng Q (đối với 1 kg chất đốt) do chất đốt cấp vào buồng đốt chỉ được sử dụng một bộ phận Q H P 1 biến nước thành hơi, còn lại bị tổn thất như tổn thất nhiệt Q2 do khói lò mang đi, tổn thất nhiệt Q3 do cháy không hoàn toàn về hóa học, tổn thất về cơ học Q4, tổn thất tản nhiệt ra ngoài trời Q5, tổn thất nhiệt Q6 do tàn tro xỉ lò còn nóng, do xả nước nồi nóng ra ngoài Đối với nồi hơi đốt dầu thì Q4 = 0, Q6 = 0

P H

100

H

t C

V Q

trong đó:

- V k - lượng khí lò (kể cả hơi ẩm trong khí lò ) do đốt 1 kg chất đốt sinh ra m 3 tc/kg;

- C kl - tỷ nhiệt của khói lò = 0,323 + 0,000018 θkl , Kcal/m 3 tc.độ

- t kkl - nhiệt độ không khí lạnh, 0 C;

- θk - nhiệt độ khói lò, 0 C.

Chú ý: tổn thất nhiệt do khói lò q2 là một bộ phận của entanpi khói lò Ikl nên ta có:

(I Q Q Q ) Q

g h - lượng hơi nước tiêu dùng cho súng phun hơi nước, đối với 1 kg chất đối;

g h≈ 0,01 ÷ 0,1, kg/kg

i h - entanpi của hơi nước cấp vào súng phun, Kcal/kg;

600- entanpi của hơi nước bão hòa ở phân áp suất 0,1 kG/cm 2 trong khí lò, Kcal/kg;

Q cd - nhiệt lượng vật lí của chất đốt có nhiệt độ t cd , 0 C;

Qcd = Ccd tcd , Kcal/kg (3.6)

C cd - tỷ nhiệt của chất đốt ở nhiệt độ cấp vào buồng đốt t cd

Ccd = 0,415 + 0,0006 tcd , Kcal/kgđộThường lấy: Ccd = 0,5, Kcal/kgđộ

Đối với nồi hơi đốt dầu, khi có số liệu phân tích khói lò:

kl kh

kl

13 , 0 45

, 0 5 , 3 1 100

150 012

α

θ

(3.7)Khi tính nhiệt, nếu đã biết hiệu suất nồi hơi phải căn cứ vào ηN tính ra q2, Q2 và θkh.

q2 = 100 - 6 q %

3 i i

Q P 2

H , Kcal/kg (3.9)IKh = Q2 + Qcd + QKL + Qh , Kcal/kg (3.10)Biện pháp giảm tổn thất do khói lò q2:

Tổn thất nhiệt q2 là tổn thất nhiệt lớn nhất, 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 tải trọng nồi hơi

4) Thiết bị buồng đốt được điều chỉnh tốt, đốt lò đúng cách

5) Các tấm dẫn khí của nồi hơi ống nước phải bố trí sao cho khí lò quét khắp qua các mặt hấp nhiệt đối lưu và phải sửa chữa ngay khi bị cháy hỏng

Bảng 3.1 Nhiệt độ khói lò θkh của nồi hơi tàu thủy

Nồi hơi ống nước nhiệt tải cao 250 ÷ 350Nồi hơi ống nước nhiệt tải bình thường 150 ÷ 250

Nồi hơi ống lửa không có bộ sưởi không khí 250 ÷ 400Nồi hơi ống lửa có bộ sưởi không khí 200 ÷ 280Giảm được nhiệt độ khói lò sẽ giảm được tổn thất nhiệt do khói lò q2 Song nếu hạ thấp θkh 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.

Điểm sương quyết định bởi lượng hơi nước, lượng SO2, lượng SO3 trong khói lò

Khi trong khói lò có hơi nước, điểm sương quyết định bởi phân áp suất hơi nước P H2O Đối với loại chất

có thành phần bình thường được đốt với hệ số không khí bình thường PH2O = 0,05 ÷ 0,13 at khi ấy điểm sương là 33 ÷ 510C

Song trong khói lò ngoài H2O ra còn có SO2, SO3, nên điểm sương có thể tới 120 ÷1300C và cao hơn nữa

Do lưu huỳnh trong chất đốt cháy sinh ra khí SO2, khí SO2 với điều kiện Fe2O3 làm xúc tác sẽ ô xít hóa thành khí SO3 Khí SO3 kết hợp với H2O thành hơi H2SO4 sẽ ngưng đọng lên các mặt hấp nhiệt tiết kiệm làm mục rỉ các bề mặt ấy

Để đảm bảo cho khi nhẹ tải nhất tức là lúc nhiệt độ khói lò thấp nhất θkh vẫn không được nhỏ hơn điểm sương, nói chung thường chọn θkh lớn hơn 155 0C cho khi tải trọng bình thường Khi tính nhiệt cũng cần tính trị số thấp nhất của nhiệt độ bề mặt sưởi ấm không khí

Riêng đối với một số nồi hơi cho phép θkh nhỏ hơn 155 0C, khi ấy các bộ phận hấp nhiệt tiết kiệm được chế tạo bằng vật liệu khó mục rỉ hoặc được rắc thuốc khi nhẹ tải (ví dụ: 34% CaO, 20,8% MgO, 38,6% CO2) vào chất đốt hoặc vào dòng khí lò trước bộ sưởi không khí

Trị số của q2 ở các tải trọng:

- Khi quá tải, nhiệt độ khói lò tăng, q2 tăng

- Khi nhẹ tải, ngược lại

- Trị số của q2 và của θkh có liên hệ mật thiết với nhau.

3.1.2 Tổn thất hóa học q 3

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 α 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 các bua hydrô

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% Khi tính nhiệt ở 100% tải trọng q3 có thể chọn như sau:

q3 = 1,5 ÷ 2,3% với NHOL và qv = (0,3 ÷ 0,5).106q3 = 0,5 ÷ 1,5% với NHOL và qv = (0,5 ÷ 0,8) 106.q3 có thể tính gần đúng như sau, theo số liệu phân tích khói lò:

q3 = 3,2 CO α % (3.11)Trong đó:

CO- nồng độ khí CO trong khói lò %.

Từ 3.11 thấy rằng khi nồng độ khí CO trong khói lò tăng 1% thì q3 tăng 4 ÷ 5% (chú ý rằng khi lấy mẫu khó 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 hút mẫu khí lò tại các nơi gần buồng đốt)

Trị số q3 ở các tải trọng:

Nồi hơi đốt dầu, khi biến tải q3 biến đổi rất ít nên có thể lấy cùng một trị số q3 cho mọi tải trọng

3.1.3 Tổn thất cơ học q 4

3.1.4 Tổn thất nhiệt ra ngoài trời q 5

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 giảm bớt khi vỏ nồi hơi, bầu nồi, đường khí lò được bọc cách nhiệt dầy và khô, khi vỏ lò hai lớp (giữa có không khí cấp lò đi qua) khi nồi hơi ít bị rò hơi, rò nước, khi nồi hơi có lượng sinh hơi lớn vì rằng tỷ số diện tích bề mặt tiếp xúc với khí trời bé Khi tính nhiệt có thể chọn theo bảng sau:

Bảng 3.2 Tổn thất q 5

Nồi hơi ống lửa có bộ sưởi không khí 2 ÷ 5Khi tính nghiệm nhiệt, q5 có thể tính gần đúng như sau:

(400 F 30000)% Q

B

- F- diện tích bề mặt ngoài nồi hơi, m 2 ;

- 400- nhiệt lượng tổn thất trên 1m 2 bề mặt ngoài của nồi hơi, Kcal/m 2 h.

- 30000- nhiệt lượng tổn thất tại các bề mặt bầu nồi hộp ống, Kcal/h.

Đối với nồi hơi có DN nhỏ hơn 10000 kg/h

100

N P

H

Trị số q5 khi biến điển tải:

Khi nồi hơi quá tải, tổn thất q5 giảm (vì khi ấy tổng số nhiệt lượng tản ra ngoài không tăng, song nhiệt lượng do chất đốt cấp vào tăng nhiều)

Khi nồi hơi nhẹ, tổn thất tản nhiệt ra ngoài tăng Nói chung khi biến tải có:

B 1 q , 0 '

Trong đó:

- q 5 , B- tổn thất nhiệt ra ngoài và lượng chất đốt ở 100% tải.

- q' 5 , B'- tổn thất tản nhiệt ra ngoài và lượng tiêu chất đốt ở nhẹ tải.

3.1.5 Tổn thất xỉ lò nóng q 6

Với nồi hơi đốt dầu, q6 = 0% (3.15)

3.2 Hiệu suất nồi hơi (ηN ) - lượng tiêu dùng chất đốt mỗi giờ (B)

3.2.1 Hiệu suất nồi hơi ηN

Như đã biết, hiệu suất nồi hơi ηN là tỷ số giữa nhiệt lượng có ích Q1 giúp cho việc biến nước thành hơi nước trên nhiệt lượng mà chất đốt cấp vào lò

% , q Q

Q Q B

Q B

1 P H

1 P H

( )%

Q B

i i D

P H

nc td td N

tÝnh N

- D td - lượng hơi nước tự tiêu dùng cho bản thân nồi hơi kg/h;

- i td - entanpi của hơi nước tự dùng cho nồi hơi, kcal/kg.

Thường thường tÝnh N (4 10)%

N =η − ÷η

Hiệu suất nồi hơi phụ thuộc vào kiểu và kích thước nồi hơi, cấu tạo buồng đốt, số lượng và cách bố trí mặt hấp nhiệt, lại còn phụ thuộc vào cách sử dụng bảo dưỡng nồi hơi (phẩm chất chất đốt, độ dày lớp muội và lớp cáu nước trên mặt hấp nhiệt), nhiệt trong của nồi

Hiệu suất hơi thường ở trong phạm vi bảng 3.3

Bảng 3.3 Hiệu suất của một số loại nồi hơi

NHOL không có bộ sấy hơi và BSKKTK 0,65 ÷ 0,75

Khi quá tải, chất đốt không được cung cấp đầy đủ không khí và không được trộn đều với không khí làm tăng tổn thất q3, nhiệt độ khói lò tăng tổn thất khói lò q2 tăng, tuy tổn thất tản nhiệt q5 giảm song chỉ giảm

ít nên η'N giảm

Nồi hơi tàu thủy, thường có hiệu suất cao nhất ηNmax ở khoảng 45 ÷ 60% tải trọng (ở tải trọng 45 ÷ 50% đối với nồi hơi có ít mặt hấp nhiệt tiết kiệm, hiệu suất cao) Sở dĩ nồi hơi tàu thủy thường không có hiệu suất cao nhất ở 100% tải, vì rằng nhiều khi nó phải quá tải và nhẹ tải Khi tính nghiệm nhiệt ở trên 45% tải trọng có thể là: η'N = ηN.

Khi nồi hơi làm việc rất nhẹ tải tuy rằng nhiệt độ khói lò thấp, song hệ số không khí thừa tăng lên làm cho tổn thất khói lò q2 giảm ít hoặc không giảm, tổn thất hóa học q3 tăng (vì nhiệt độ trong buồng đốt thấp), tổn thất tản nhiệt q5 tăng (vì số nhiệt lượng tản nhiệt ra ngoài hầu như không đổi mà lượng nhiệt chất đốt cấp vào giảm) Kết quả η'N giảm, nhất là khi bộ sưởi không khí làm việc lấy η'N = (0,08 ÷ 0,85)*ηN (Trong đó ηN hiệu suất ở 100% tải).

Những nồi hơi có ít mặt hấp nhiệt tiết kiệm và hiệu suất thấp thì ηN giảm nhiều khi quá tải và khi rất nhẹ tải, còn những nồi hơi có bề mặt hấp nhiệt tiết kiệm lớn và hiệu suất cao thì ηN giảm ít.

3.2.2 Lượng tiêu dùng chất đốt mỗi giờ B, kg/h

P H N

xc x x nc gs gs nc hs hs P H 1

1

Q 100

) i i ( D ) i i ( D ) i i ( D Q

.

Q

B

η η

− +

− +

−

=

3.3 Cân bằng nhiệt của nồi hơi

Từ nguyên lý bảo toàn năng lượng thấy rằng nhiệt lượng mang vào buồng đốt Qmv nhất định phải bằng tổng của nhiệt độ có ích Q1 và nhiệt lượng tổn thất ra ngoài nồi hơi, hoặc bằng tổng các khoản chi về nhiệt

Nhiệt lượng mang vào buồng đốt Qmv ngoài nhiệt lượng Q do hóa năng chất đốt tỏa ra, còn có nhiệt H P

lượng vật lý Qcđ của chất đốt, nhiệt lượng do không khí lạnh (chưa sưởi) Qkl mang vào, nhiệt lượng sưởi khí Qsk để sưởi không khí lạnh thành không khí nóng cấp lò (trường hợp không có bộ sưởi không khí Qsk

= 0 Trường hợp bộ sưởi không khí kiểu hơi nước hay bộ sưởi không khí kiểu khí lò đều có số hạng Qsk trong nhiệt lượng mang vào Qmv) Nhiệt lượng Qh của hơi nước cấp cho thiết bị buồng đốt

B Qmv = B (QHP + Qcd + Qkl + Qsk + Qh), Kcal/h (3.18)Nhiệt lượng có ích cho nồi hơi gồm có nhiệt lượng hấp nhiệt bức xạ Q b nhận được tại buồng đốt, nhiệt lượng hấp nhiệt đối lưu Q đ nhận được tại các mặt hấp nhiệt đối lưu, nhiệt lượng sấy hơi Q sh để biến hơi bão hòa thành hơi sấy, nhiệt lượng hâm nước Q hn để hâm nước cấp nồi.

B Q1 = B(Qb + Qđ + Qsh + Qhn), Kcal/h (3.19)Nhiệt lượng chi ra gồm có: Nhiệt lượng do khói lò mang đi Ikl, tổn thất hóa học Q3, tổn thất cơ học Q4, tổn thất tản nhiệt Q5, tổn thất vật lý xỉ lò Q6 Đối với trường hợp có bộ sưởi không khí kiểu khí lò, còn phải tính thêm nhiệt lượng mà khí lò phải trao (phải chi) cho không khí tại bộ sưởi (số nhiệt lượng này có thể coi là bằng nhiệt lượng Qsk mà không khí hấp thụ được tại bộ sưởi không khí)

Qchi ra = B (Ikl + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Qsk) (3.20a)Trường hợp không có bộ sưởi không khí hoặc có bộ sưởi không khí kiểu hơi

Qchi ra = B (Ikl + Q3 + Q4 + Q5 + Q6) (3.20b)Vậy phương trình cân bằng nhiệt của nồi hơi đối với 1 kg chất đối là:

Trường hợp có bộ sưởi không khí bằng khí lò

QP H + Qcd + Qkl + Qsk + Qh = Qb + Qd + Qsh + Ikl + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Qsk (3.21a)

Trường hợp có bộ sưởi không khí bằng hơi nước:

QP H + Qcd + Qkl + Qsk + Qh = Qb + Qd + Qsh + Ikl + Q3 +

Q4 + Q5 + Q6 (3.21b)

Từ sơ đồ cân bằng nhiệt của nồi hơi (hình 3.1) càng

thấy rõ hơn nội dung và ý nghĩa của phương trình cân

bằng nhiệt của nồi hơi

Vai trò của bộ sưởi không khí kiểu khí lò trong cân

bằng nhiệt nồi hơi:

Trong phương trình cân bằng nhiệt (3.21a), lượng hấp

nhiệt Qsk của bộ sưởi không khí kiểu khí lò bị triệt tiêu

vì đều có ở hai vế của phương trình như vậy trị số Qsk

lớn hay bé không ảnh hưởng trực tiếp đến cân bằng

nhiệt của nồi hơi

Trong sơ đồ cân bằng nhiệt, nhánh sưởi không khí Qsk

là một đường vòng liền, như vậy trị số Qsk lớn, hay bé

không ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt lượng có ích Q1

để biến nước cấp nồi thành hơi nước Thật vậy Qsk

không phải là một bộ phận hợp thành của Q1

Nhưng không có nghĩa rằng bộ sưởi không khí kiểu

khí lò, không có tác dụng gì đến hiệu suất và lượng

sinh hơi của nồi hơi Nhờ có nó, nhiệt độ khí lò tại

buồng đốt và tại các mặt hấp nhiệt đều tăng lên, làm cho các lượng hấp nhiệt Qb, Qsh, Qhn tăng lên tức là gián tiếp làm tăng nhiệt lượng có ích Q1, nhờ có nó làm cho phản ứng cháy thêm nhanh, quá trình cháy thêm hoàn toàn, làm tăng nhiệt tải dung tích buồng đốt, có thể giảm bớt hệ số không khí thừa, giảm tổn thất hóa học q3, kết quả làm tăng hiệu suất nồi hơi

Nếu như toàn bộ nhiệt lượng mang vào buồng đốt Qmv sau khi đã khấu trừ các tổn thất Q3, Q4, Q6 đều chuyển hóa thành Entanpi của khí lò tại buồng đốt (tức là không trao đổi nhiệt bức xạ cho các mặt hấp nhiệt bức xạ, không tản nhiệt qua thành buồng đốt), thì khói lò tại buồng đốt có nhiệt độ lý thuyết T1 và Entanpi lý thuyết I1 Nhiệt độ lý thuyết và Entanpi lý thuyết của khói lò chỉ có thể đạt được trong quá trình cháy đoạn nhiệt, trong thực tế không thể nào đạt tới:

Il = Qp H + Qcd + QKL + QSK + Qh - Q3 - Q4 - Q6 = Qmv - Q3 - Q4 - Q6, Kcal/kg (3.22)Trị số của nhiệt độ cháy lý thuyết Tl thì căn cứ vào trị số của I1 tính theo công thức:

1

Hình 3.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt nồi hơi

1 Năng lượng mang vào buồng đốt 2.3.4.5.6 Năng lượng hấp nhiệt bức xạ, hấp nhiệt đối lưu tại các bề mặt hấp nhiệt

7 Năng lượng có ích

8 Nhiệt lượng hấp nhiệt tại BSKKTK 2a.3a.4a.5a.6a.8a Nhiệt lượng tỏa ra môi trường bên ngoài tại các bề mặt hấp nhiệt

9.Nhiệt lượng tỏa ra môi trường bên ngoài

10 Nhiệt lượng khói lò mang ra 1a Tổn thất nhiệt cơ học (hóa học, cơ học, tro xỉ)

Liên hệ giữa Ikl với Q2:

Phương trình cân bằng nhiệt nồi hơi (3.18) còn có thể viết:

QP H + Qcd + Qkl + Qsk + Qh = Qb + Qd + Qsh + Qhn + Qkl + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Qsk (3.24)

- Q b , Q I , Q sh , Q II , Q hn - lượng hấp nhiệt của mặt bức xạ, của cụm ống nước sôi I, của bộ sấy hơi, của cụm ống nước sôi II, của bộ hâm nước Kcal/h;

- Q mv - nhiệt lượng có ích mang vào buồng đốt (vào cụm I), ra cụm I (vào bộ sấy hơi) ra bộ sấy hơi (vào cụm II), ra cụm II (vào bộ hâm nước tiết kiệm, ra bộ hâm nước (vào bộ sưởi không khí hoặc ống khói), Kcal/h;

- B t - lượng tiêu dùng chất đốt tính toán, kg/h;

- ϕ- hệ số giữ nhiệt.

Gộp (3.26) đến (3.30) được lượng hấp nhiệt có ích

B Q1 = Qb + QI + Qsh + QII + Qhn = Bt (Qmv - I"hn), Kcal/h (3.31)

Sử dụng phương trình cân bằng nhiệt nhiệt nồi hơi có thể tính nghiệm lượng hấp nhiệt của mỗi mặt hấp nhiệt lượng sinh hơi của nồi hơi, hiệu suất nồi hơi.

Tính nghiệm lượng sinh hơi DN của nồi hơi:

nc x

gs hn II I b N

i i

Q Q Q Q Q D

−

++++

i"- entanpi của hơi bão hòa khô, Kcal/kg;

r- suất nhiệt bốc hoi, Kcal/kg.

Chú ý rằng trong phương trình trên không có lượng nhiệt sưởi không khí Qsk và lượng nhiệt sấy hơi Qsh

Tính nghiệm hiệu suất nồi hơi:

Q B

Q Q Q Q Q

(3.33)

Chú ý rằng trong phương trên không có lượng nhiệt sưởi không khí Qsk Nếu Qsk đã tính với toàn lượng sinh hơi DN thì không cần cộng thêm số hạng Qgs nữa, nếu Qsh chỉ tính với lượng hơi sấy Dhs thì phải cộng thêm Qgs

Tính nghiệm lượng hấp nhiệt QI, QII:

QI + QII = DN (ix - i"n) - Qb, Kcal/h (3.34)Trong đó:

i" n - entanpi của nước ra bộ hấm nước tiết kiệm, Kcal/kg.

Câu hỏi ôn tập

5 Trình bày các tổn thất nhiệt trong nồi hơi Các biện pháp hạn chế các tổn thất nhiệt đó ?

6 Trình bày khái niệm hiệu suất nhiệt nồi hơi Các biện pháp làm tăng hiệu suất nhiệt nồi hơi ?

CHƯƠNG 4: KẾT CẤU NỒI HƠI TÀU THỦY 4.1 Phân loại nồi hơi tàu thủy

4.1.1 Phân theo áp suất hơi

- Nồi hơi thấp áp: áp suất đến 20 kG/cm2;

- Nồi hơi trung áp: áp suất từ 20 ÷ 45 kG/cm2;

- Nồi hơi cao áp: áp suất trên 45 kG/cm2

4.1.2 Phân theo sự chuyển động của khói lò và của nước so với bề mặt đốt nóng

- Nồi hơi ống lửa: nước bao quanh ngoài ống, khí lò đi trong ống

- Nồi hơi ống nước: nước đi trong ống, khí lò quét ngoài ống

- Nồi hơi hỗn hợp ống nước ống lửa: kết hợp giữa hai loại, có vùng là ống nước, vùng khác là ống lửa

4.1.3 Phân theo nguồn năng lượng

- Nồi hơi đốt dầu (than);

- Nồi hơi khí xả;

- Nồi hơi liên hợp đốt dầu- khí xả

4.1.4 Phân theo cách bố trí ống tạo thành bề mặt đốt nóng

- Nồi hơi nằm;

- Nồi hơi đứng

4.1.5 Phân theo cách liên kết của ống hơi với bầu nồi

- Nồi hơi chia nhiều phần,

- Nồi hơi hai bầu, nồi hơi ba bầu

4.1.6 Phân theo dòng khói lò

- Nồi hơi 1 và 3 hành trình;

- Nồi hơi 1 và 3 dòng chảy

4.1.7 Phân theo sự tuần hoàn của nước nồi

- Nồi tuần toàn tự nhiên;

- Nồi hơi cưỡng bách (nhiều lần)

4.1.8 Phân theo vòng tuần hoàn

- Nồi hơi một vòng;

- Nồi hơi hai vòng tuần hoàn

4.1.9 Phân theo phương pháp cung cấp không khí

- Nồi hơi với thông gió tự nhiên;

- Nồi hơi với thông gió cưỡng bức

4.1.10 Phân theo sự điều khiển nồi hơi

- Nồi hơi với sự điều khiển bằng tay;

- Nồi hơi với sự điều khiển tự động 1 phần hay tự động hoàn toàn

4.1.11 Phân theo công dụng

- Nồi hơi chính;

- Nồi hơi phụ

4.2 Nồi hơi ống nước

4.2.1 Nồi hơi ống nước hai bầu

1 Đặc điểm

Kiểu nồi hơi này chỉ có hai bầu, ngoài ra còn có các bầu góp vào vách ống, chỉ có một đường khí lò, ống của các cụm ống nước sôi dốc nghiêng 35 ÷ 700 có vách ống ba phía hoặc bốn phía, bộ sấy hơi kiểu ống nằm (giữa hai cụm ống nước sôi), ống nước sôi cả hai đầu đều khá cong, có bộ hâm nước tiết kiệm hoặc

bộ sưởi không khí hoặc có cả hai bộ Có khi trong bầu dưới có đặt tấm dẫn để chia dòng nước cho vách ống và cho cụm ống nước sôi

Có nồi hơi 2 bầu kiểu nghiêng (Chữ D nghiêng), hay 2 bầu kiểu đứng (chữ D đứng)

2 Nguyên lý làm việc

Phía khí lò: không khí và nhiên liệu được đốt cháy

trong buồng đốt thành khí lò có nhiệt độ cao quét

qua màn ống, các ống lên, các ống xuống trao nhiệt

cho nước ở trong ống Sau cùng quét các bề mặt

hấp nhiệt tiết kiệm (bộ hâm nước, bộ sưởi không

khí) rồi thoát ra môi trường theo ống khói Một

phần nhiệt của khói lò được trao cho nước trong

các màn vách ống trước, sau và bên cạnh Nhờ bố

trí hợp lý nhiều bề mặt hấp nhiệt trên đường khí lò

mà hiệu quả trao đổi nhiệt của nồi hơi rất cao

Phía nước: nguyên lí tuần hoàn của nước trong các

ống là tuần hoàn tự nhiên Nước trong các ống bố

trí gần buồng đốt hơn nhận được nhiều nhiệt hơn

nên sôi, tạo thành hơi Hỗn hợp nước, hơi tỷ trọng

nhẹ hơn nươvs trong các ống xa buồng đốt tự chảy

lên trống hơi Tại trống hơi phần hơi nhẹ hơn được

tách ở phía trên, nước ở phía dưới lại theo các ống

xuống bù vào phần nước đã sinh hơi Nồi hơi có 3

mạch tuần hoàn chính:

1 Mạch tuần hoàn giữa trống nước và trống hơi:

giữa trống nước và trống hơi hình thành 2 cụm

ống Cụm ống gần buồng đốt là cụm ống lên,

cụm xa buồng đốt hơn là cụm ống xuống Giữa

hai cụm ống này được bố trí xen kẽ bộ sấy hơi

2 Mạch tuần hoàn theo theo màn ống: màn ống

được bố trí trước cụm ống lên và bộ sấy hơi

nhận được nhiều nhiệt hơn và là các ống lên

Nước bổ xung cho các ống này được cấp từ ống

nước qua ống nước cấp cho màn ống và ống

góp cho màn ống

3 Mạch tuần hoàn theo màn vách ống: Xung quanh buồng đốt ở mặt trước, mặt 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 nhiều nhiệt và là các ống lên Nước bổ xung cho các màn vách ống này được cấp từ trống hơi theo các ống xuốg đặt phía sau màn vách ống

Hơi nước được sinh ra theo các các mạch tuần hoàn kể trên là hơi bão hòa khô tập trung phía trên trống hơi Hơi này được dẫn qua bộ sấy hơi hơi quá nhiệt có thông số cao được đem đi sử dụng (tới tua bin hơi chính) Một phần hơi được trích qua bộ giảm sấy phụ đặt trong trống nước Tại đây thông số hơi giảm xuống và được dẫn đi sử dụng cho các tua bin phụ Van điều chỉnh nhiệt độ sẽ tự động điều chỉnh lượng hơi qua bộ giảm sấy điều chỉnh nhĩệt độ hoặc đi tắt qua lỗ tiết lưu nhờ đó điều chỉnh được nhiệt độ hơi tới tua bin chính Nước cấp cho nồi hơi được cấp qua bộ hâm nước tiết kiệm sau đó được các bơm cấp nước nồi cấp vào trống hơi

7 Cửa chui, kiểm tra

8 Bộ hâm nước tiết kiệm

Đây là loại nồi hơi sử dụng chủ yếu làm nồi hơi cho các tàu thủy hiện nay do có các đặc điểm sau:

1) Có thông số hơi cao do bố trí nhiếu nhizều bề mặt trao đổi nhiệt, có cường độ trao đổi nhiệt cao.2) Năng suất hơi cao và hiệu suất nhiệt cao do bố trí hợp lí các mạch tuần hoàn

3) Thông số hơi ổn địnhdo bố trí bộ tự động điều chỉnh nhiệt độ hơi và các bộ sấy hơi, bộ giảm sấy.4) Kích thước gọn nhẹ do bố trí hợp lí các bề mặt trao đổi nhiệt rất phù hợp trang bị cho các tàu thủy.5) 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 lí nước nồi hơi Chất lượng nước đòi hỏi cao

4.2.2 Nồi hơi lưu động thẳng

Những tồn tại của nồi hơi tuần hoàn tự nhiên:

- To nặng vì muốn đảm bảo tuần hoàn tự

nhiên, không bố trí tùy ý các cụm ống

- Không đảm bảo cho nồi hơi áp suất cao vì

sự chênh lệch tỷ trọng nước và hơi nước

nhỏ làm cộct áp lưu động nhỏ, không đủ

khắc phục được sức cảcn tuần hoàn

Đối với nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức và lưu

động thẳng sẽ khắc phục được những nhược

điểm này của nồi hơi tuần hoàn tự nhiên

Nguyên lý làm việc

Nước được bơm cấp đưa qua đoạn ống hâm

nước tiết kiệm nâng nhiệt độ lên, sau đó đưa

vào đoạn ống sôi bức xạ rồi đoạn ống sôi đối

lưu, tại đây toànbộ nước được bay hơi hoàn

toàn, sau đó qua bộ sấy hơi bức xạ, đối lưu rồi

được dẫn đi công tác

Đặc điểm, ứng dụng

1) Gọn nhẹ, không có bầu nồi,chế tạo nồi hơi

thông số cao

2) yêu cầu chất lượng nước cao

3) Năng lượng dự trữ bé nên làm việc kém

ổn định khi biến tải

4) Dùng cho nồi hơi trên bộ

4 Bộ sấy hơi đối lưu

5 Bộ sấy hơi bức xạ

6 Đoạn ống sôi bức xạ7.Bơm cấp nước