Giáo trình Động lực hơi nước tầu thủy - TS. Lê Hữu Sơn

Nội dung text: Giáo trình Động lực hơi nước tầu thủy - TS. Lê Hữu Sơn

1. TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC GIAO THOÂNG VAÄN TAÛI TP.HOÀ CHÍ MINH ÑOÄNG LÖÏC HÔI NÖÔÙC TAÀU THUYÛ TS. MTr LEÂ HÖÕU SÔN TP. HOÀ CHÍ MINH, NAÊM 2005 1
2. Muïc luïc: CHÖÔNG MUÏC Trang PHAÀN I. CHU TRÌNH THIEÁT BÒ ÑOÄNG LÖÏC HÔI NÖÔÙC 10 10 I. CHU TRÌNH THIEÁT BÒ ÑOÄNG LÖÏC HÔI NÖÔÙC CÔ BAÛN – CHU TRÌNH 10 RANKIN 11 1. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa chu trình Rankin 11 2. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa chu trình Rankin 3. Caùc thoâng soá cô baûn cuûa chu trình . 12 4. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu suaát nhieät cuûa chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi 13 nöôùc 13 II. CHU TRÌNH COÙ QUAÙ NHIEÄT LAÀN 2 13 1. Sô ñoà nguyeân ly uø 15 2. Nguyeân lyù laøm vieäc . 15 3. Tính hieäu suaát nhieät cuûa chu trình 15 4. Tính suaát tieâu hao hôi 15 III. CHU TRÌNH THIEÁT BÒ ÑOÄNG LÖÏC HÔI NÖÔÙC COÙ HOÀI NHIEÄT 16 1. Sô ñoà nguyeân ly uø 17 2. Nguyeân lyù laøm vieäc . 18 3. Tính hieäu suaát nhieät cuûa chu trình 18 4. Öu ñieåm cuûa chu trình hoài nhieät . 18 IV. CHU TRÌNH CAÁP NHIEÄT, CAÁP ÑIEÄN 18 1. Sô ñoà nguyeân lyù 2. Tính hieäu suaát nhieät cuûa chu trình PHAÀN II: NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ 20 CHÖÔNG 1. GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ 20 I. QUAÙ TRÌNH SINH HÔI TRONG NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ 20 II. CAÙC THOÂNG SOÁ CHÍNH CUÛA NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ 21 1. AÙP SUAÁT HÔI . 21 2. NHIEÄT ÑOÄ HÔI . 21 3. Saûn löôïng hôi . 21 4. NHIEÄT LÖÔÏNG COÙ ÍCH . . 21 5. Hieäu suaát cuûa noài hôi . . 22 6. Dieän tích beà maët haáp nhieät 22 7. Nhieät taûi dung tích buoáng ñoát 22 8. Suaát boác hôi . 22 9. Suaát tieâu duøng chaát ñoát . 22 10. Naêng löôïng tieàm taøng cuûa noài hôi 22 III. CAÙC YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ . 23 2
3. CHÖÔNG 2. CHAÁT ÑOÁT DUØNG CHO NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ 24 I. YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI CHAÁT ÑOÁT DUØNG CHO NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ . 24 1. Caùc yeâu caàu ñoái vôùi chaát ñoát duøng cho noài hôi taàu thuyû 24 2. Thaønh phaàn cuûa chaát ñoát duøng cho noài hôi taàu thuyû 24 3. Chaát laøm vieäc, chaát khoâ, chaát chaùy 24 4. Nhieät trò cuûa nhieân lieäu . 25 II. TÍNH CHAÁT CUÛA DAÀU ÑOÁT NOÀI HÔI 25 1. Öu nhöôïc ñieåm cuûa daàu ñoát noài hôi 25 2. Caùc tính chaát cuûa daàu ñoát noài hôi . 25 CHÖÔNG 3. QUAÙ TRÌNH CHAÙY TRONG BUOÀNG ÑOÁT NOÀI HÔI 28 I. XAÙC ÑÒNH LÖÔÏNG KHOÂNG KHÍ CAÁP LOØ . 28 1. Xaùc ñònh theå tích khoâng khí lyù thuyeát caáp loø 28 2. Xaùc ñònh theå tích khoâng khí thöïc teá caáp loø 29 II. XAÙC ÑÒNH LÖÔÏNG KHÍ LOØ (KHOÙI LOØ) . . 29 1. Xaùc ñònh V k theo phöông trình phaûn öùng chaùy 29 2. Xaùc ñònh löôïng khí loø döïa vaøo keát quaû phaân tích khoùi loø . 31 3. Xaùc ñònh troïng löôïng cuûa khí loø . 31 4. Xaùc ñònh phaân aùp suaát cuûa caùc chaát khí thaønh phaàn cuûa khí loø 31 5. Nhieät dung rieâng cuûa khí loø . 32 6. Entalpi cuûa khí loø 32 III. LAÄP TOAÙN ÑOÀ I-θ . 32 IV. LAÄP TOAÙN ÑOÀ V kk-α, V k-α VAØ P i-α . . 34 V. THIEÁT BÒ PHAÂN TÍCH KHOÙI OOC-XA . 35 1. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa thieát bò phaân tích khoùi Ooc-xa 35 2. Xaùc ñònh heä soá khoâng khí thöøa döïa vaøo keát quaû ño cuûa thieát bò Ooc-xa 36 VI. CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN QUAÙ TRÌNH CHAÙY TRONG BUOÀNG ÑOÁT NOÀI HÔI . . . 37 1. Ñieàu kieän ñeå quaù trình chaùy xaûy ra hoaøn toaøn 37 2. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán giai ñoaïn chuaån bò chaùy . . 37 3. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán giai ñoaïn chaùy . . 38 4. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trính chaùy oån ñònh 38 CHÖÔNG 4. THIEÁT BÒ BUOÀNG ÑOÁT 39 I. SUÙNG PHUN KIEÅU HÔI NÖÔÙC 39 II. SUÙNG PHUN KIEÅU KHOÂNG KHÍ NEÙN . 39 III. SUÙNG PHUN KIEÅU AÙP LÖÏC 39 1. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa suùng phun kieåu aùp löïc . 39 2. Caùc phöông phaùp ñieàu chænh saûn löôïng daàu phun vaøo buoàng ñoát . 42 3. Öu nhöôïc ñieåm cuûa suùng phun cô hoïc (ly taâm khoâng quay) . 44 IV. SUÙNG PHUN KIEÅU AÙP LÖÏC - HÔI NÖÔÙC 44 V. SUÙNG PHUN KIEÅU QUAY 45 3
4. 1. Sô ñoà nguyeân lyù 45 2. Nguyeân lyù laøm vieäc . 45 3. Öu nhöôïc ñieåm . 46 VI. BOÄ THOÅI MUOÄI . 47 CHÖÔNG 5. CAÂN BAÈNG NHIEÄT NOÀI HÔI 48 I. TOÅN THAÁT NHIEÄT TRONG NOÀI HÔI . . 48 II. TÍNH CAÙC TOÅN THAÁT . 48 1. Toån thaát nhieät do khoùi loø nang ra q 2 . 48 2. Toån thaát hoaù hoïc q 3 . 49 3. Toån thaát cô hoïc q 4 . 49 4. Toån thaát do taûn nhieät ra ngoaøi trôøi q 5 49 5. Toån thaát do tro xæ noùng mang ra q 6 . 50 III. TÍNH HIEÄU XUAÁT NHIEÄT CUÛA NOÀI HÔI . . . 50 IV. CAÂN BAÈNG NHIEÄT NOÀI HÔI 50 CHÖÔNG 6. KEÁT CAÁU NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ 52 I. PHAÂN LOAÏI NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ 52 1. Phaân loaïi noài hôi theo muïc ñích söû duïng hôi . 52 2. Phaân loaïi theo keát caáu 52 3. Phaân loaïi theo loaïi nhieân lieäu duøng cho noài hôi 52 4. Phaân loaïi theo thoâng soá hôi 53 5. Phaân loaïi theo tuaàn hoaøn cuûa nöôùc trong noài hôi 53 II. NOÀI HÔI OÁNG LÖÛA 53 1. Sô ñoà nguyeân lyù 53 2. Ñaëc ñieåm keát caáu 53 3. Öu nhöôïc ñieåm . 57 III. NOÀI HÔI OÁNG LÖÛA-OÁNG NÖÔÙCù 58 IV. NOÀI HÔI OÁNG NÖÔÙC TUAÀN HOAØN TÖÏ NHIEÂN . 58 1. Öu nhöôïc ñieåm cuûa noài hôi oáng nöôùc noùi chung 58 2. Noài hôi oáng nöôùc naèm khí loø ñi chöõ Z 59 3. Noài hôi oáng nöôùc naèm khí loø ñi thaúng 61 4. Noài hôi oáng nöôùc ñöùng 3 baàu ñoái xöùng 61 5. Noài hôi oáng nöôùc ñöùng 3 baàu khoâng ñoái xöùng KB Γ 62 6. Noài hôi oáng nöôùc ñöùng kieåu chöõ D nghieâng 63 7. Noài hôi chöõ D ñöùng . 65 8. Noài hôi hai voøng tuaàn hoaøn (noài hôi Schmidt-Hartmanna) 66 V. NOÀI HÔI OÁNG NÖÔÙC TUAÀU HOAØN CÖÔÕNG BÖÙC KIEÅU LAMOÂNG . 68 1. Nguyeân lyù laøm vieäc 68 2. Öu nhöôïc ñieåm 69 VI. NOÀI HÔI ÑAËC BIEÂT 70 1. Noài hôi löu ñoäng thaúng 70 2. Noài hôi taêng aùp 71 VII. NOÀI HÔI KHÍ XAÛ 71 4
5. VIII. CAÙC BEÀ MAËT HAÁP NHIEÄT HOAØN THIEÄN CUÛA NOÀI HÔI 72 1. Boä saáy hôi 72 2. Boä haâm nöôùc tieát kieäm 74 3. Boä söôûi khoâng khí 74 CHÖÔNG 7. KHÍ ÑOÄNG HOÏC NOÀI HÔI 76 I. NGUYEÂN LYÙ THOÂNG GIOÙ CUÛA NOÀI HÔI 76 1. Söùc thoâng gioù cuûa noài hôi 76 2. Söùc töï huùt cuûa noài hôi 77 3. Aùp suaát dö vaø ñoä chaân khoâng trong buoàng ñoát 78 4. Coät aùp cuûa quaït gioù vaø quaït huùt khoùi 78 II. Tính choïn quaït gioù vaø quaït huùt 78 CHÖÔNG 8. THUYÛ ÑOÄNG HOÏC NOÀI HÔI 80 I. TUAÀN HOAØN TÖÏ NHIEÂN TRONG NOÀI HÔI 80 1. Nguyeân lyù tuaàn hoaøn töï nhieân 80 2. Ñöôøng ñaëc tính tuaàn hoaøn 81 3. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán tuaàn hoaøn cuûa noài hôi 83 II. CAÙC HIEÄN TÖÔÏNG PHAÙ HUYÛ TUAÀN HOAØN 85 1. Hieän töôïng döøng chaûy, hieän töôïng chaûy ngöôïc trong oáng leân 85 2. Hieän töôïng nöôùc hôi phaân lôùp 85 3. Hieän töôïng coù hôi trong oáng xuoáng 86 4. Hieän töôïng tuaàn hoaøn yeáu ôùt ôû noài hôi oáng löûa 86 CHÖÔNG 9. VAÄT LIEÄU VAØ ÑOÄ BEÀN CUÛA NOÀI HÔI 87 I. YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI VAÄT LIEÄU NOÀI HÔI . 87 1. Yeâu caàu ñoái vôùi vaät lieäu noài hôi 87 2. Caùc hieän töôïng bieán daïng cuûa theùp noài hôi 87 II. VAÄT LIEÄU NOÀI HÔI 88 1. Theùp cacbon 88 2. Theùp ít hôïp kim 89 3. Theùp nhieàu hôïp kim 89 5
6. CHÖÔNG 10. CAÙC THIEÁT BÒ PHUÏ PHUÏC VUÏ NOÀI HÔI 90 I. THIEÁT BÒ AN TOAØN CUÛA NOÀI HÔI 90 1. Van an toaøn 90 2. Ñinh chì 94 II. THIEÁT BÒ CHÆ BAÙO MÖÏC NÖÔÙC . 94 1. OÁng thuyû 94 2. Caùc roâbineâ doø möïc nöôùc . 97 III. THIEÁT BÒ KHOÂ HÔI 97 1. Nguyeân lyù laøm khoâ hôi trong noài hôi . 97 2. OÁng goùp khoâ hôi 97 3. Thieát bò khoâ hôi kieåu hoãn hôïp (thieát bò khoâ hôi cuûa noài hôi taàu Lamoâng) 98 4. Boä xoaùy loác khoâ hôi . 99 IV. THIEÁT BÒ GAÏN MAËT, XAÛ ÑAÙY NOÀI HÔI 99 1. Thieát bò gaïn maët 99 2. Thieát bò xaû ñaùy noài hôi 100 3. Thieát bò xaû caën tuaàn hoaøn 101 6
7. CHÖÔNG 11. KHAI THAÙC VAØ BAÛO DÖÔÕNG NOÀI HÔI 102 I. SÖÛ LYÙ NÖÔÙC NOÂÌ HÔI . . 102 1. Vì sao phaûi xöû lyù nöôùc noài hôi . 102 2. Caùc tieâu chuaån cuûa nöôùc noài hôi . 104 3. Caùc phöông phaùp söû lyù nöôùc noài hôi 105 II. SÖÛ DUÏNG VAØ BAÛO DÖÔÕNG NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ . 107 1. Khôûi ñoäng noài hôi 107 2. Chaêm soùc noài hôi khi hoaït ñoäng 112 3. UÛ noài hôi vaø döøng noài hôi 113 4. Baûo quaûn noài hôi 114 5. Veä sinh noài hôi . 114 III.NHÖÕNG TRUÏC TRAËC, HÖ HOÛNG THÖÔØNG GAËP CUÛA NOÀI HÔI. BIEÄN PHAÙP KHAÉC PHUÏC . . 118 1. Caïn nöôùc noài 118 2. Nöôùc noài hôi quaù cao 118 3. Chaùy hoûng beà maët haáp nhieät 118 4. OÁng bò vôõ . 119 5. Vaùch buoàng ñoát bò hö hoûng . 119 6. AÙp suaát hôi quaù cao . 119 7. AÙp suaát hôi quaù thaáp 119 8. Suùng phun bò taéc 120 9. Suùng phun bò phun löûa ra ngoaøi 120 IV. THÖÛ NGHIEÄM NOÀI HÔI 120 1. Thöû thuyû löïc noài hôi 120 2. Thöû noùng noài hôi 121 PHAÀN III. TUOÁC BIN HÔI TAÀU THUYÛ 122 122 CHÖÔNG 1. NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA TUOÁC BIN HÔI TAÀU THUYÛ 122 I. MÔÛ ÑAÀU 122 1. Lòch söû phaùt trieån cuûa tuoác bin hôi taàu thuyû 122 2. Phaân loaïi tuoác bin hôi taàu thuyû 124 II. ÖU NHÖÔÏC ÑIEÅM CUÛA HEÄ ÑOÄNG LÖÏC TUOÁC BIN HÔI TAÀU THUYÛ . 124 1. Öu ñieåm . 125 2. Nhöôïc ñieåm 125 III. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa tuoác bin 125 1. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa tuoác bin xung kích 1 taàng 126 2. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa tuoác bin phaûn kích 1 taàng 127 3. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa tuoác bin nhieàu taàng . CHÖÔNG 2. QUAÙ TRÌNH BIEÁN ÑOÅI NAÊNG LÖÔÏNG CUÛA DOØNG HÔI TRONG 134 OÁNG PHUN 134 I. Quaù trình löu ñoäng cuûa doøng hôi trong tuoác bin 134 7
8. 1. Caùc giaû thieát vaø phöông trình cô baûn cuûa doøng hôi löu ñoäng trong oáng phun . 134 2. Caùc phöông trình cô baûn ñeå nghieân cöùu quaù trình löu ñoäng cuûa doøng hôi qua oáng phun 135 II. Quan heä giöõa toác ñoä vaø hình daùng OÁng . CHÖÔNG 3. QUAÙ TRÌNH BIEÁN ÑOÅI NAÊNG LÖÔÏNG CUÛA DOØNG HÔI TREÂN 137 CAÙNH ÑOÄNG 137 I. Quaù trình bieán ñoåi naêng löôïng cuûa doøng hôi treân caùnh ñoäng trong tuoác bin xung kích 137 1. Bieán ñoåi naêng löôïng cuûa doøng hôi treân caùnh ñoäng cuûa tuoác bin xung kích . 140 2. Tính coâng suaát, hieäu suaát voøng cuûa taàng tuoác bin xung kích 144 II. Quaù trình bieán ñoåi naêng löôïng treân caùnh ñoäng trong tuoác bin phaûn kích 144 1. Tam giaùc toác ñoä trong taàng tuoác bin phaûn kích . 146 2. Tính hieäu suaát voøng cuûa taàng tuoác bin phaûn kích 147 III. So saùnh taàng tuoác bin xung kích vaø phaûn kích 147 1. So saùnh taàng tuoác bin xung kích vaø phaûn kích khi coù cuøng toác ñoä voøng 147 2. So saùnh taàng tuoác bin xung kích vaø phaûn kích khi coù cuøng nhieät giaùng 149 CHÖÔNG 4. CAÙC TOÅN THAÁT TRONG TUOÁC BIN 149 I. Toån thaát caùnh 149 1. Toån thaát profin caùnh h1 149 2. Toån thaát meùp caùnh h2 149 3. Toån thaát do taïo thaønh xoaùy h3 150 4. Toån thaát do leäch höôùng doøng hôi ñeán h4 . 150 5. Toån thaát hôi thaûi hth 151 II. Caùc toån thaát khaùc 151 1. Toån thaát do doø loït hdl . 152 2. Toån thaát do söùc caûn gaây neân hsc . 152 3. Toån thaát do caáp hôi cuïc boä gaây neân hsc 152 4. Toån thaát do hôi aåm gaây neân hha 153 III. Hieäu suaát cuûa tuoác bin . 154 1. Hieäu suaát lyù thuyeát ηt 154 2. Hieäu suaát voøng ηu . 154 3. Hieäu suaát chæ thò ηi 154 4. Hieäu suaát coù ích ηe 154 5. Hieäu suaát chung ηo 155 CHÖÔNG 5. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH COÂNG SUAÁT CUÛA TUOÁC BIN I. Ñieàu chænh coâng suaát baèng caùch tieát löu coâng chaát vaøo tuoác bin (ñieàu chænh veà chaát 155 löôïng) II. Ñieàu chænh coâng suaát baèng caùch tieát löu coâng chaát vaøo tuoác bin ñieàu chænh löôïng coâng 157 chaát vaøo tuoác bin (ñieàu chænh veà khoái löôïng) III. Ñieàu chænh coâng suaát baèng caùch ñieàu chænh keát hôïp caû ñieàu chænh veà khoái löôïng vaø ñieàu 158 chænh veà chaát löôïng 159 IV. Ñieàu chænh coâng suaát tuoác bin baèng caùch trích moät phaàn hôi vaøo caùc taàng thöù caáp 160 V. Ñieàu chænh coâng suaát tuoác bin baèng phöông phaùp hoãn hôïp 161 161 8
9. CHÖÔNG 6. ÑAÛO CHIEÀU HEÄ ÑOÄNG LÖÏC TUOÁC BIN TAÀU THUYÛ 162 I. Ñaûo chieàu heä ñoäng löïc tuoác bin hôi nöôùc taàu thuyû baèng tuoác bin luøi 162 II. Ñaûo chieàu heä ñoäng löïc tuoác bin hôi nöôùc taàu thuyû baèng caùc phöông phaùp khaùc 164 III. Quaù trình manô töø tieán sang luøi cuûa heä ñoäng löïc tuoác bin hôi nöôùc taàu thuyû 164 CHÖÔNG 7. PHOÁI HÔÏP COÂNG TAÙC CUÛA TUOÁC BIN VAØ CHAÂN VÒT 164 I. Ñaëc tính cuûa chaân vòt 166 II. Ñaëc tính ngoaøi cuûa tuoác bin 166 III. Phoái hôïp coâng taùc giöõa chaân vòt vaø ñoäng cô tuoác bin 167 1. Phoái hôïp coâng taùc giöõa chaân vòt ñònh böôùc vaø ñoäng cô tuoác bin 168 2. Phoái hôïp coâng taùc giöõa chaân vòt bieán böôùc vaø ñoäng cô tuoác bin 169 3. Quaù trình thay ñoåi cheá ñoä laøm vieäc cuûa heä ñoäng löïc tuoác bin hôi nöôùc taàu thuyû IV. Vuøng laøm vieäc cuûa tuoác bin hôi taàu thuyû 170 V. So saùnh ñaëc tính coâng taùc cuûa heä ñoäng löïc tuoác bin hôi nöôùc vaø heä ñoäng löïc diesel taàu 171 thuyû 171 CHÖÔNG 8. KEÁT CAÁU TUOÁC BIN HÔI TAÀU THUYÛ 171 I. Caùnh tónh vaø oáng phun 173 1. OÁng phun 174 2. Caùnh tónh 177 II. Caùnh ñoäng 178 III. Truïc tuoác bin (roâto) 179 1. Truïc daïng ñóa . 180 2. Truïc daïng troáng 183 IV. Thaân tuoác bin 183 V. Thieát bò laøm kín trong tuoác bin 183 1. Boä laøm kín kieåu khuùc khuyûu 184 2. Boä laøm kín kieåu than chì 185 3. Boä laøm kín kieåu voøng nöôùc 186 4. Heä thoáng bao hôi, huùt hôi laøm kín tuoác bin 186 VI. KHÔÙP NOÁI, OÅ ÑÔÕ, OÅ CHAËN TRUÏC TUOÁC BIN 186 1. Khôùp noái 187 2. OÅ ñôõ truïc 188 3. OÅ ñôõ chaën truïc 188 VII. KEÁT CAÁU MOÄT SOÁ TUOÁC BIN HÔI TAÀU THUYÛ ÑIEÅN HÌNH 189 1. Tuoác bin hôi cao aùp treân taàu haøng coù coâng suaát 9560 kW 190 2. Tuoác bin hôi thaáp aùp treân taàu haøng coù coâng suaát 9560 kW 192 3. Tuoác bin hôi taàu thuyû coù coâng suaát 6250 kW cuûa haõng General Electric 195 4. TUOÁC BIN H ƠI TAÁU THUYÛ COÙ COÂNG SUAÁT 14.700 kW ðEÁN 16.175 kW 195 CHÖÔNG 9. CAÙC HEÄ THOÁNG PHUÏC VUÏ TUOÁC BIN 195 I. Heä thoáng an toaøn, baûo veä tuoác bin 195 II. Heä thoáng boâi trôn tuoác bin 195 1. Yeâu caàu ñoái vôùi daàu boâi trôn tuoác bin 198 199 9
10. 2. Heä thoáng daàu nhôøn boâi trôn 200 III. Heä thoáng haâm saáy tuoác bin 200 IV. Heä thoáng xaû nöôùc ñoïng cuûa tuoác bin 200 CHÖÔNG 10. KHAI THAÙC HEÄ ÑOÄNG LÖÏC TUOÁC BIN HÔI NÖÔÙC TAÀU THUYÛ 200 I. Chuaån bò ñöa tuoác bin vaøo laøm vieäc 200 1. Kieåm tra beân ngoaøi tuoác bin 201 2. Ñöa heä thoáng daàu boâi trôn vaøo laøm vieäc 201 3. Ñöa baàu ngöng vaøo hoaït ñoäng 203 4. Haâm noùng tuoác bin 203 II. Vaän haønh tuoác bin trong quaù trình laøm vieäc III. Duy trì tuoác bin ôû traïng thaùi saün saøng laøm vieäc ”stanby” IV. Döøng tuoác bin. CHÖÔNG 11. CAÙC SÖÏ COÁ THÖÔØNG GAËP vAØ BIEÄN PHAÙP KHAÉC PHUÏC, KIEÅM TRA TUOÁC BIN 205 I. CAÙC SÖÏ COÁ THÖÔØNG GAËP 205 1. Tuoác bin coù tieáng goõ laï 205 2. Va ñaäp thuyû löïc . 205 3. Dao ñoäng phaàn coâng taùc cuûa tuoác bin 206 II. KIEÅM TRA TUOÁC BIN 207 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 208 10
11. THIEÁT BÒ ÑOÄNG LÖÏC HÔI NÖÔÙC TAÀU THUYÛ PHAÀN I. CHU TRÌNH THIEÁT BÒ ÑOÄNG LÖÏC HÔI NÖÔÙC I. CHU TRÌNH THIEÁT BÒ ÑOÄNG LÖÏC HÔI NÖÔÙC CÔ BAÛN – CHU TRÌNH RANKIN Chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc ñang ngaøy caøng ñuôïc söû duïng roäng raõi treân taàu thuyû, nhaát laø caùc taàu lôùn chôû daàu, vì chu trình coù khaû naêng sinh coâng lôùn vaø caùc thieát bò phuï treân taàu ñöôïc lai bôûi caùc ñoäng cô hôi nöôùc neân an toaøn trong khai thaùc. Ngoaøi ra chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc cho pheùp söû duïng ñöôïc naêng löôïng nguyeân töû-nguoàn naêng löôïng doài daøo cuûa töông lai. Chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc cô baûn laø chu trình Rankin. Chu trình Rankin coù 2 quaù trình nhaän nhieät vaø nhaû nhieät laø 2 quaù trình ñaúng nhieät neân gaàn gioáng vôùi chu trình Caùcnoâ, Chu trình Rankin coøn coù quaù trình ngöng hôi hoaøn toaøn, neân khaéc phuïc ñöôïc nhöôïc ñieån cuûa chu trình Caùcnoâ laø ngöng hôi khoâng hoaøn toaøn do ñoù thieát bò caáp nöôùc vaøo noài hôi to, naëng, tieâu toán nhieàu naêng löôïng cho vieäc caáp nöôùc vaøo noài hôi. 1. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa chu trình Rankin Hình 1.1. Chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc cô baûn – chu trình Rankin 11
12. NH – noài hôi, BSH – boä saáy hôi (boä quaù nhieät) TBH – tuoác bin hôi, BN – bìmh ngöng, B - bôm Hình 1.2. Chu trình ñoäng löïc hôi nöôùc cô baûn treân ñoà thò P-V, T-S 2. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa chu trình Rankin Chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc cô baûn bao goàm caùc quaù trình sau: Quaù trình 4-4’-5-1 laø quaù trình xaûy ra trong noài hôi vaø boä saáy hôi. Quaù trình naøy bao goàm caùc giai ñoaïn: - Giai ñoaïn 4-4’, nöôùc trong noài hôi töø ñieåm 4 nhaän nhieät, nhieät ñoä cuûa nöôùc taêng töø t4 ñeán nhieät ñoä soâi t 4’ = t s, aùp suaát cuûa nöôùc khoâng thay ñoåi p 4 = p 4’ = p N. - Giai ñoaïn 4’-5, nöôùc trong noài hôi tieáp tuïc nhaän nhieät ñeå hoaù thaønh hôi, ôû giai ñoaïn naøy aùp suaát vaø nhieät ñoä cuûa nöôùc khoâng thay ñoåi p 4’ = p 5 = p N; t 4’= t 5 = t s. Nhieät löôïng nöôùc nhaän ñöôïc chæ ñeå laøm bieán ñoåi nöôùc töø pha loûng sang pha hôi. - Giai ñoaïn 5-1, hôi nöôùc baõo hoaø khoâ tieáp tuïc nhaän nhieät ôû boä saáy hôi (BSH) laøm nhieät ñoä cuûa nöôùc taêng leân töø t 5 ñeán t 1, aùp suaát cuûa hôi nöôùc khoâng thay ñoåi p 5 = p N. Boä saáy hôi ñöôïc ñaët ngay beân trong noài hôi. Quaù trình 1-2 laø quaù trình giaõn nôû sinh coâng cuûa hôi nöôùc trong tuoác bin (TBH). Quaù trình naøy ñöôïc coi laø ñoaïn nhieät dq = 0, s = const. Nhieät ñoä cuûa hôi giaûm töø t 1 xuoáng t 2, aùp suaát cuûa hôi giaûm töø p 1 xuoáng p 2. Quaù trình 2-3 laø quaù trình ngöng töï hôi nöôùc ôû bình ngöng (BN). Hôi nöôùc nhaû nhieät ngöng tuï trong ñieàu kieän aùp suaát vaø nhieät ñoä khoâng ñoåi: p 2 = p 3 = p K (p K = aùp suaát bình ngöng); t 2 = t 3. Quaù trình 3-4 laø quaù trình bôn nöôùc vaøo noài hôi ôû bôm (B). Trong quaù trình 3-4 aùp suaát cuûa nöôùc taêng leân töø p 3 ñeán p 4, coi quaù trình bôm khoâng coù toån thaát nhieät dq = 0; s = const. Trong thöïc teá nhieät ñoä cuûa nöôùc tröôùc vaø sau khi bôm thay ñoåi raát ít, t 3 ≅ t 4, vì vaäy treân ñoà thò T-S coù theå coi ñieåm 3 truøng vôùi ñieåm 4. ÔÛ nhieàu ñoà thò thöôøng veõ ñieåm 3 = 4 treân T-S. 3. Caùc thoâng soá cô baûn cuûa chu trình Caùc thoâng soá cô baûn cuûa chu trình bao goàm: - Coâng ñôn vò sinh ra: l = i 1 - i 2 [kJ/kg] 12
13. - Coâng caáp vaøo cho bôm nöôùc noài hôi: l B = i 4 - i 3 [kJ/kg] - Nhieät löôïng caáp vaøo chu trình taïi noài hôi vaø boä saáy hôi q1 = i 1 - i 4 [kJ/kg] - Hieäu suaát cuûa chu trình Hieäu suaát cuûa chu trình ñöôïc tính baèng tyû soá giöõa coâng sinh ra trong chu trình (l) vaø naêng löôïng caáp vaøo ñeå thöùc hieän chu trình (q1 + l B ) l i1 − i2 i1 − i2 ηt = = = q1 + lB i1 − i4 + i4 − i3 i1 − i3 i1 − i2 ηt = i1 − i3 - Suaát tieâu hao hôi d Suaát tieâu hao hôi d laø löôïng hôi nöôùc caàn thieát löu ñoäng trong chu trình ñeå sinh ra 1 ñôn vò coâng: 1 1 d = = [kg/kJ]; [kg/kW.s] l i1 − i2 3600 3600 d = = [kg/kW.h] l i1 − i2 4. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu suaát nhieät cuûa chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc Töø bieåu thöùc tính hieäu suaát cuûa chu trình i1 − i2 ηt = i1 − i3 Ta thaáy: ηt phuï thuoäc vaøo i 1, i 2 vaø i 3; nhö vaäy hieäu suaát cuûa chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc phuï thuoäc vaøo caùc thoâng soá traïng thaùi cuûa hôi nöôùc ôû caùc ñieåm 1 vaø 2. Hình 1.3. theå hieän aûnh höôûng cuûa p1, t 1, p2 ñeán coâng sinh ra l vaø hieäu suaát ηt Hình 1.3. Aûnh höôûng cuûa p1, t 1, p 2 ñeán hieäu suaát nhieät ηt cuûa thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc 13
14. Töø hình treân ta coù: Khi giöõ nguyeân t 1, p2 taêng p1 ñeán p1’ ; coâng chaát giaõn nôû sinh coâng theo ñöôøng 1’-2’. Do ñöôøng ñaúng aùp ôû ngoaøi vuøng hôi baõo hoaø doác hôn ñöôøng ñaúng aùp ôû vuøng hôi baõo hoaø neân ñoaïn giaõn nôû sinh coâng l’ = i 1’ - i 2’ > l = i 1 - i 2 vaø do ñoù hieäu suaát nhieät ca chu trình taêng leân. Khi giöõ nguyeân p1, p2 taêng t 1 ñeán t 1’ ; coâng chaát giaõn nôû sinh coâng theo ñöôøng 1’’-2’’. Do ñöôøng ñaúng aùp ôû ngoaøi vuøng hôi baõo hoaø doác hôn ñöôøng ñaúng aùp ôû vuøng hôi baõo hoaø neân ñoaïn giaõn nôû sinh coâng l’’ = i 1’’ - i 2’’ > l = i 1 - i 2 vaø do ñoù hieäu suaát nhieät ca chu trình taêng leân. Khi giöõ nguyeân p1, t 1 giaûm p2 ñeán p2’ ; coâng chaát giaõn nôû sinh coâng theo ñöôøng 1-2’’’. Ta thaáy ngay raèng: coâng l’’’ = i 1 - i 2’’’ > l = i 1 - i 2 vaø do ñoù hieäu suaát nhieät ca chu trình taêng leân. Keát luaän: khi aùp suaát, nhieät ñoä hôi vaøo tuoác bin taêng leân vaø khi aùp suaát hôi ra khoûi tuoác bin giaûm ñi thì hieäu suaát cuûa chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc seõ taêng leân, vì vaäy ôû heä ñoäng löïc hôi nöôùc hieän ñaïi thöôøng söû duïng hôi coù aùp suaát cao p1 > 200 at vaø nhieät ñoä cao t 1 0 = 600 ÷ 650 C, aùp suaát bình ngöng raát thaáp vaø laø aùp suaát chaân khoâng p2 = 0.03 ÷0,04 at. Ngoaøi vieäc taêng thoâng soá ñaàu vaøo cuûa tuoác bin p1, t 1 giaûm thoâng soá ñaàu ra cuûa tuoác bin p2, trong thöïc teá ñeå taêng hieäu quaû laøm vieäc cuûa chu trinh ngöôøi ta con söû duïng caùc chu trình hoaøn thieän nhö: chu trình coù quaù nhieät laàn 2, chu trình hoài nhieät, chu trình caáp nhieät, caáp ñieän v.v II. CHU TRÌNH COÙ QUAÙ NHIEÄT LAÀN 2 1. Sô ñoà nguyeân lyù Sô ñoà nguyeân lyù cuûa chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc coù quaù nhieät laàn 2 ñöôïc theå hieän treân hình 1.4 vaø 1.5. 2. Nguyeân lyù laøm vieäc Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc coù quaù nhieät laàn 2 cuõng gioáng nhö cuûa chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc cô baûn, ôû ñaây coù theâm boä quaù nhieät laàn 2 vaø hai tuoác bin: tuoác bin thaáp aùp vaø tuoác bin cao aùp. Hôi sau khi giaõn nôû ñoaïn nhieät töø 1 ñeán a taïi tuoác bin cao aùp (TCA); ñöôïc ñöa veà boä quaù nhieät laàn 2 (BSH2), nhieät ñoä cuûa hôi taêng töø t a ñeán t b. Quaù trình a-b trong boä quaù nhieät laàn 2 coù 2 giai ñoaïn: - hôi nöôùc baõo hoaø aåm sau khi giaõn nôû ôû tuoác bin cao aùp nhaän nhieät ñeå hoaù hôi heát thaønh hôi baõo hoaø khoâ, trong giai ñoaïn naøy aùp suaát vaø nhieät ñoä hôi khoâng thay ñoåi, - sau ñoù hôi baõo hoaø khoâ tieáp tuïc nhaän nhieät ñeå taêng nhieät ñoä töø t a ñeán t b trôû thaønh hôi quaù nhieät trong ñieàu kieän ñaúng aùp. Quaù trình ôû BSH2 laø quaù trình ñaúng aùp. Hôi quaù nhieät sau khi ra khoûi boä quaù nhieät laàn 2, ñöôïc ñöa vaøo Tuoác bin thaáp aùp (TTA) tieáp tuïc giaõn nôû sinh coâng. Chu trình tieáp tuïc thöïc hieän gioáng nhö ôû chu trình cô baûn. 14
15. Hình 1.4. Chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc coù quaù nhieät laàn 2 Treân hình 1.4 ta coù: BSH2 laø boä quaù nhieät laàn 2, hay coøn goïi laø boä saáy hôi laàn 2. TCA – tuoác bin cao aùp TTA – tuoác bin thaáp aùp. Hình 1.5. Bieåu dieãn chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc coù quaù nhieät laàn 2 treân ñoà thò P-V vaø ñoà thò T-S 15
16. 3. Hieäu suaát nhieät cuûa chu trình Hieäu suaát nhieät cuûa chu trình ñöôïc tính baèng tyû soá giöõa coâng sinh ra trong chu trình (l 1+l 2) vaø naêng löôïng caáp vaøo ñeå thöùc hieän chu trình (q 1 + q 1’ +l B ). l1 - coâng sinh ra ôû tuoác bin cao aùp, l1 = i 1-ia, l2 - coâng sinh ra ôû tuoác bin thaáp aùp, l2 = i b-i2, q1 – nhieät löôïng caáp vaøo noài hôi vaø boä saáy hôi 1, q1 = i 1-i4, q1’ – nhieät löôïng caáp vaøo boä saáy hôi 2, q1’ = i b - i a, lB - coâng caáp vaøo cho bôm nöôùc noài hôi, lB = i 4 - i 3. Do ñoù: l1 + l2 i1 − ia + ib − i2 i1 − i2 + ib − ia ηt = = = q1 + q '1 + lB i1 − i4 + i4 − i3 + ib − ia i1 − i3 + ib − ia i1 − i2 + ib − ia ηt = i1 − i3 + ib − ia Vaäy so vôùi hieäu suaát nhieät cuûa chu trình Rankin, chu trình coù quaù nhieät laàn 2 ñaït hieäu suaát lôùn hôn. Ngoaøi ra chu trình coøn cho pheùp khoâng phaûi quaù nhieät cho hôi quaù cao ôû BSH1, khoâng laøm aûnh höôûng quaù nhieàu ñeán ñoä beàn cuûa theùp noài hôi, chu trình cuõng ñaûm baûo ñoä aåm cuûa hôi sau khi giaõn nôû trong tuoác bin khoâng quaù lôùn, traùnh cho caùc taàng cuoái cuûa tuoác bin khoâng bò thuyû kích: y2 x 2’ vaø x 2 > 86 ÷88%. 4. Suaát tieâu hao hôi 1 1 d = = [kg/kJ]; [kg/kW.s] l1 + l2 i1 − i2 + ib − ia 3600 3600 d = = [kg/kW.h] l1 + l2 i1 − i2 + ib − ia III. CHU TRÌNH THIEÁT BÒ ÑOÄNG LÖÏC HÔI NÖÔÙC COÙ HOÀI NHIEÄT Chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc coù hoài nhieät coù öu ñieåm laø laøm taêng hieäu suaát nhieät cuûa chu trình cô baûn. Nöôùc ngöng trong chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc coù hoài nhieät tröôùc khi bôm veà noài hôi ñöôïc haâm noùng baèng hôi trích töø caùc taàng giöõa cuûa tuoác bin. 1. Sô ñoà nguyeân lyù Sô ñoà nguyeân lyù cuûa chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc coù hoài nhieät ñöôïc theå hieän treân hình 1.6. vaø 1.7. 16
17. Hình 1.6. Chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc coù quaù nhieät laàn 2 Treân hình 1.6. ta coù: - I; II – Caùc baàu hoài nhieät. - B1; B2; B3 – Caùc bôm nöôùc noài hôi. Hình 1.7. Bieåu dieån chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc coù quaù nhieät laàn 2 treân ñoà thò P-V, T-S 2. Nguyeân lyù laøm vieäc 17
18. Hôi nöôùc töø ñieåm 1, giaõn nôû ñoaïn nhieät trong tuoác bin ñeán ñieåm 2. Trong quaù trình giaõn nôû cuûa hôi nöôùc töø 1-2, taïi ñieåm a trích moät phaàn hôi G a ñöa ñeán baàu hoài nhieät II, taïi ñieåm d trích moät phaàn hôi G d ñöa ñeán baàu hoài nhieät I. Nöôùc töø baàu ngöng ñöôïc bôm B1 bôm vaøo baàu hoài nhieät I (ñoaïn 3-f). Nöôùc töø baàu hoài nhieät I ñöôïc bôm B2 bôm vaøo baàu hoài nhieät II (ñoaïn e-c). Nöôùc töø baàu hoài nhieät II ñöôïc bôm B3 bôm vaøo noài hôi (ñoaïn b-4). Taïi caùc baàu hoài nhieät I, II nöôùc caáp vaøo noài hôi ñöôïc haâm noùng bôûi hôi trích töø caùc taàng giöõa cuûa tuoác bin. 3. Hieäu suaát nhieät cuûa chu trình Hieäu suaát cuûa chu trình ñöôïc tính baèng tyû soá giöõa coâng sinh ra trong chu trình vaø naêng löôïng caáp vaøo ñeå thöùc hieän chu trình (q 1 +l B1 +l B2 +L B3 ). Coâng sinh ra cuûa chu trình baèng: l = l 1-a + l a-d + l d-2 l= i 1 - i a + (1-Ga)(i a -id) + (1-Ga -Gd)(i d - i 2). Ga – löôïng hôi trích ra cho baàu hoài nhieät II. Gd – löôïng hôi trích ra cho baàu hoài nhieät I. Vaäy: l = i 1 – G aia - G d i d – (1-Ga – G d)i 2. (1-Ga - G d) = G ng – löu löôïng cuûa nöôùc ngöng tuï taïi baàu ngöng (hôi nöôùc ra khoûi tuoác bin). l = i 1 – (G aia + G d i d + G ng i 2). q1 = i 1 - i 4, lB1 = if - i3, lB2 = i c - i e, lB3 = i 4 - i b. i1 − (Gaia + Gd id + Gng i2 ) ηt = i1 − ib + ic − ie + i f − i3 Ga, G d ñöôïc tính theo phöông trình caân baèng nhieät cuûa baàu hoài nhieät I vaø II Taïi baàu hoài nhieät II ta coù: G a (i a - i b) = (1-Ga).(i b - i c) ib − ic ib − ic Ga = = ia − ib + ib − ic ia − ic Taïi baàu hoài nhieät I ta coù: (1-Ga - G d)(i e-if) = G d(id-ie) Töø G a vaø phöông trình treân ta coù theå tính ñöôïc G d. 1( − Ga )(ie − i f ) 1( − Ga )(ie − i f ) Gd = = id − ie + ie − i f id − i f Aùp duïng chu trình coù hoài nhieät hieäu suaát nhieät cuûa chu trình taêng leân 7 ÷12%. Chu trình thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc hieän ñaïi hieän nay coù 8 ÷9 caáp hoài nhieät. 18
19. 4. Öu ñieåm cuûa chu trình hoài nhieät - Taêng ñöôïc hieäu suaát cuûa chu trình ñoäng löïc hôi nöôùc. - Löôïng hôi nöôùc ôû caùc taàng cuoái tuoác bin giaûm ñi, do ñoù kích thöôùc ôû phaàn sau cuûa tuoác bin (phaàn thaáp aùp) giaûm ñi, tuoác bin ñôõ koàng keành hôn. - Giaûm ñöôïc kích thöôùc cuûa boä haâm möôùc tieát kieäm trong noài hôi. IV. CHU TRÌNH CAÁP NHIEÄT, CAÁP ÑIEÄN 1. Sô ñoà nguyeân lyù Hình 1.8. Chu trình caáp nhieät, caáp ñieän BDN – Baàu duøng nhieät. Trong chu trình caáp nhieät, caáp ñieän khoâng coù baàu ngöng, hôi nöôùc sau khi giaõn nôû ôû tuoác bin ñöôïc ñöa vaøo baàu duøng nhieät, nhaû nhieät ngöng tuï. Moät phaàn nhieät thaûi cuûa hôi nöôùc q 2 ñöôïc söû duïng cho caùc muïc ñích haâm saáy. 2. Hieäu suaát nhieät cuûa chu trình ' ' l1 + q2 i1 − i2 + q2 ηt = = q1 + lB i1 − i3 ' q2 laø phaàn nhieät thaûi cuûa hôi nöôùc taän duïng ñöôïc trong baàu duøng nhieät. 19
20. Nhö vaäy do taän duïng ñöôïc moät phaàn nhieät thaûi cuûa hôi nöôùc ôû trong baàu duøng nhieät neân chu trình caáp nhieät, caáp ñieän coù hieäu suaát nhieät cao hôn chu trình cô baûn, trong thöïc teá ηt = 70 ÷ 75% . Hình 1.9. Bieåu dieãn chu trình caáp nhieät, caáp ñieän treân ñoà thò T-S Chu trình caáp nhieät caáp ñieän chæ duøng ñöôïc cho heä ñoäng löïc hôi nöôùc coù coâng suaát nhoû vaø vöøa, vì aùp suaát cuoái quaù trình giaõn nôû sinh coâng cao (thöôøng cao hôn aùp suaát khí quyeån). 20
21. PHAÀN II. NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ CHÖÔNG 1. GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ Noài hôi taàu thuyû coù nhieäm vuï cung caáp hôi nöôùc cho maùy chính, maùy phuï vaø cho caùc nhu caàu haâm saáy, sinh hoaït treân taàu. Heä thoáng noài hôi taàu thuyû bao goàm: Noài hôi, thieát bò buoàng ñoát, thieát bò thoâng gioù, thieát bò caáp nöôùc, thieát bò caáp chaát ñoát, thieát bò töï ñoäng ñieàu chænh quaù trình laøm vieäc cuûa noài hôi, caùc thieát bò ño löôøng vaø kieåm tra cuûa noài hôi. Quaù trình sinh hôi trong noài hôi ñöôïc theå hieän treân ñoà thò i–t (hình 2.1). I. QUAÙ TRÌNH SINH HÔI TRONG NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ Hình 2.1. Quaù trình sinh hôi trong noài hôi taàu thuyû bieåu dieãn treân ñoà thò i-t Treân ñoà thò i-t bieåu dieãn 2 quaù trình sinh hôi trong noài hôi ôû caùc aùp suaát khaùc nhau pN vaø pN’ , ta coù: pN 4’’-5’) vaø beà maët quaù nhieät nhoû hôn (5-1 < 5’-1’). 21
22. Giaù thaønh cheá taïo 1m 2 cuûa beà maët ñun soâi nhoû hôn nhieàu giaù thaønh cheá taïo 1m 2 cuûa beà maët hoaù hôi, neân duøng noài hôi thoâng soá cao seõ kinh teá hôn. Maët khaùc khi cuøng nhieät löôïng caáp vaøo q 1, thì nhieät ñoä hôi saáy ôû noài hôi aùp suaát cao hôn seõ cao hôn (t 1’ > t 1). II. CAÙC THOÂNG SOÁ CHÍNH CUÛA NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ 2 1. AÙp suaát hôi: pN [at; kG/cm ] AÙp suaát hôi pN laø aùp suaát cuûa nöôùc vaø hôi trong noài hôi. Vì caùc muïc ñích khaùc nhau noài hôi sinh ra caùc loaïi hôi khaùc nhau nhö: - Hôi quaù nhieät, duøng ñeå cung caáp cho heä ñoäng löïc chính. - Hôi giaûm saáy, duøng ñeå cung caáp cho caùc maùy phuï. - Hôi baõo hoaø, duøng ñeå cung caáp cho caùc maùy phuï vaø nhu caàu sinh hoaït. Do ñoù ta coù theå phaân ra caùc loaïi aùp suaát khaùc nhau: - Aùp suaát hôi baõo hoaø pN . - Aùp suaát hôi giaûm saáy pgs . - Aùp suaát hôi saáy phs . Boû qua caùc toån thaát trong noài hôi, ta coù theå coi pN = pgs = phs . Trong thöïc teá, do coù toån thaát neân aùp suaát hôi saáy bao giôø cuõng nhoû hôn aùp suaát hôi baõo hoaø moät ít (khoaûng 1 ÷4 at). 2. Nhieät ñoä hôi: t [ oc] Ta coù 3 loaïi nhieät ñoä hôi nhieät ñoä hôi baõo hoaø t s laø nhieät ñoä hôi trong baàu noài, nhieät ñoä hôi quaù nhieät t qn (t hs ) laø nhieät ñoä hôi ra khoûi boä saáy hôi, nhieät ñoä hôi giaûm saáy t gs laø nhieät ñoä hôi ra khoûi boä giaûm saáy. 3. Saûn löôïng hôi: D N [T/h; kg/h] Saûn löôïng hôi D N laø löôïng hôi sinh ra trong moät ñôn vò thôøi gian. Ta coù caùc loaïi saûn löôïng hôi sau: Saûn löôïng hôi ñònh möùc D ñm , laø löôïng hôi lôùn nhaát sinh ra trong moät ñôn vò thôøi gian, trong ñieàu kieän noài hôi laøm vieäc oån ñònh, laâu daøi. Saûn löôïng hôi cöïc ñaïi D max , laø löôïng hôi lôùn nhaát cho pheùp noài hôi coù theå sinh ra trong moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh. Dmax = 1,25 ÷1,4 D ñm Saûn löôïng hôi ñònh möùc coù theå tính baèng: D ñm = D x + D hs + D gs Dx – saûn löôïng hôi baõo hoaø [kg/h]. Dhs – saûn löôïng hôi saáy [kg/h]. Dgs – saûn löôïng hôi giaûm saáy [kg/h]. 4. Nhieät löôïng coù ích: Q 1 [kJ/h, kcal/h] Laø nhieät löôïng duøng ñeå ñun soâi, hoaù hôi nöôùc vaø quaù nhieät cho hôi trong noài hôi. Q1 = D x (i x - i nc )x + D gs ( i gs - i nc ) + D hs (i hs - inc ). 22
23. ix, i gs , i hs – Entalpi cuûa hôi baõo hoaø, hôi giaûm saáy, hôi saáy [kJ/kg; kcal/kg]. inc – Entalpi cuûa nöôùc caáp [kJ/kg; kcal/kg]. 5. Hieäu suaát cuûa noài hôi η N : Q1 η N = P = nhieät löôïng höõu ích/nhieät löôïng caáp vaøo. BQH Q1 = D x (i x-inc )+D hs (i hs -inc )+D gs (i gs -inc ) [kcal/h], B – löôïng chaát ñoát caáp vaøo trong noài hôi [kg/h], p QH - nhieät trò thaáp cuûa nhieân lieäu [kcal/kg]. 6. Dieän tích beà maët haáp nhieät: H [m 2] Laø dieän tích beà maët kim loaïi tính veà phía khí loø cuûa vaùch oáng, cuûa oáng nöôùc soâi, oáng haâm nöôùc tieát kieäm, oáng saáy hôi, oáng söôûi khoâng khí hoaëc cuûa oáng löûa, hoäp löûa, buoàng ñoát haáp nhieät cuûa khí loø trao cho nöôùc ñeå hoaù thaønh hôi. Ta coù caùc loaïi beà maët haáp nhieät sau: Beà maët haáp nhieät böùc xaï H b laø beà maët haáp nhieät quanh buoàng ñoát tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi ngoïn löûa coù nhieät ñoä cao, hình thöùc trao ñoåi nhieät chuû yeáu laø böùc xaï nhieät. Beà maët haáp nhieät ñoái löu H ñ laø beà maët haáp nhieät ôû xa buoàng ñoát, hình thöùc trao ñoåi nhieät ôû ñaây chuû yeáu laø toaû nhieät ñoái löu. 3 7. Nhieät taûi dung tích buoáng ñoát : q v [kcal/m h] Nhieät taûi dung tích buoáng ñoát q v laø nhieät löôïng caáp vaøo moät ñôn vò theå tích buoàng ñoát, trong moät ñôn vò thôøi gian: P B ⋅QH qv = Vbd 3 Vbd – theå tích buoàng ñoát [m ] 8. Suaát boác hôi: d [kg/m 2.h] Suaát boác hôi laø löôïng hôi nöôùc sinh ra trong moät ñôn vò thôøi gian treân moät ñôn vò beà maët haáp nhieät cuûa noài hôi. D d = N H 9. Suaát tieâu duøng chaát ñoát: ge [kg/mlci.h] Suaát tieâu duøng chaát ñoát laø löôïng chaát ñoát caàn cung caáp cho heä ñoäng löïc ñeå sinh ra moät maõ löïc coù ích, trong thôøi gian moät giôø. B g e = N e 10. Naêng löôïng tieàm taøng cuûa noài hôi 23
24. Naêng löôïng tieàm taøng cuûa noài hôi laø khaû naêng sinh theâm hôi nhôø nhieät löôïng chöùa trong nöôùc, trong kim koaïi, trong vaùch buoàng ñoát khi caàn taêng taûi ñoät ngoät. di Gn r d dp D = D N − p ⋅ N r r dz r, r 0 – [kcal/kg] nhieät hoaù hôi khi bình thöôøng vaø khi taêng taûi ñoät ngoät. d i −[kcal / kg.at] ñoä bieán thieân entalpi cuûa nöôùc noài hôi khi aùp suaát noài hôi bieán ñoåi 1 ñôn d p vò (1 at, 1 kG/cm 2). dp −[at / s] = toác ñoä thay ñoåi aùp suaát trong noài hôi. dz III. CAÙC YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ Noài hôi taàu thuyû coù caùc yeâu caàu nhö sau: An toaøn trong söû duïng. Goïn nheï, deã boá trí treân taàu. Keát caáu ñôn giaûn. Coi soùc, söûa chöõa, söû duïng ñôn giaûn. Tính kinh teá cao (hieäu suaát cao). Tính cô ñoäng cao. Thôøi gian nhoùm loø laáy hôi nhanh, thay ñoåi taûi nhanh, naêng löïc tieàm taøng lôùn, khaû naêng quaù taûi lôùn tôùi 125% ñeán 140% (ñieàu naøy khoâng theå coù ñöôïc ôû heä ñoäng löïc diesel taàu thuyû). 24
25. CHÖÔNG 2. CHAÁT ÑOÁT DUØNG CHO NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ I. YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI CHAÁT ÑOÁT DUØNG CHO NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ 1. Caùc yeâu caàu ñoái vôùi chaát ñoát duøng cho noài hôi taàu thuyû Chaát ñoát duøng cho noài hôi taàu thuyû phaûi ñaùp öùng ñöôïc caùc yeâu caàu nhö sau: Löôïng sinh nhieät cao. Khoâng töï beùn chaùy. Ít tro buïi, ít löu huyønh. Giaù thaønh reû. 2. Thaønh phaàn cuûa chaát ñoát duøng cho noài hôi taàu thuyû Trong chaát ñoát coù thaønh phaàn chaùy ñöôïc vaø thaønh phaàn khoâng chaùy ñöôïc. Thaønh phaàn chaùy ñöôïc bao goàm: cacbon C, hydroâ H vaø löu huyønh S. Thaønh phaàn khoâng chaùy ñöôïc bao goàm nitô N, chaát tro A, chaát aåm W. Oâxy laø chaát duy trì söï chaùy, tham gia tröïc tieáp vaøo caùc phaûn öùng chaùy. Nhöng oâxy trong nhieân lieäu laø thaønh phaàn coù haïi, vì oâxy tham gia trong caùc phaûn öùng chaùy coù theå laáy tröïc tieáp töø khoâng khí caáp vaøo noài hôi. OÂxy trong nhieân lieäu laøm giaûm thaønh phaàn caùc chaát chaùy ñöôïc, vì vaäy laøm giaûm nhieät trò cuûa nhieân lieäu. Thaønh phaàn caùc chaát chaùy ñöôïc caøng cao chaát ñoát caøng sinh ra ñöôïc nhieàu nhieät. Khi 1 kg cacbon chaùy toaû ra 8100 kCal/kg nhieät löôïng. Khi 1 kg hydroâ chaùy toaû ra 28700 kCal/kg nhieät löôïng. Khi 1 kg löu huyønh chaùy toaû ra 2130 kCal/kg nhieät löôïng. Khi löu huyønh chaùy seõ taïo ra SO 2, keát hôïp vôùi hôi nöôùc H 2O taïo thaønh hôi axit H 2SO 4, 0 Hoãn hôïp H 2SO 4 vaø H 2O coù nhieät ñoä ñoïng söông nhoû, khoaûng 120 ÷150 C. Khi nhieät ñoä khoùi loø giaûm xuoáng döôùi nhieät ñoä ñieåm söông, hoãn hôïp H 2SO 4 vaø H 2O seõ ngöng tuï, taïo thaønh dung dòch axít sunphuric, baùm leân beà maët haáp nhieät gaây neân aên moøn maõnh lieät theùp noài hôi, goïi laø aên moøn ñieåm söông. Trong noài hôi aên moøn ñieåm söông thöôøng xaåy ra ôû phía cuoái cuûa ñöôøng khoùi loø, taïi boä haâm nöôùc tieát kieäm hoaëc boä söôûi khoâng khí. Söï coù maët cuûa chaát tro laøm giaûm thaønh phaàn caùc chaát chaùy ñöôïc, laøm giaûm nhieät trò cuûa nhieân lieäu. Trong daàu ñoát loø chaát tro A < 1,0%. Nitô laø khí trô, khoâng tham gia vaøo phaûn öùng hoaù hoïc, nitô coù trong nhieân lieäu laøm giaûm thaønh phaàn caùc chaát chaùy ñöôïc, laøm giaûm nhieät trò cuûa nhieân lieäu. Chaát aåm coù trong chaát ñoát laøm giaûm löôïng sinh nhieät cuûa nhieân lieäu, giaûm nhieät trò cuûa nhieân lieäu, vì chaát aåm khoâng chaùy ñöôïc maø coøn haáp thuï nhieät ñeå hoaù thaønh hôi. 3. Chaát laøm vieäc, chaát khoâ, chaát chaùy Chaát ñoát coù ñuû caùc thaønh phaàn laø chaát laøm vieäc, thaønh phaàn cuûa chaát laøm vieäc bao goàm: Clv + H lv + S lv + O lv + N lv + A lv + W lv = 100% Chaát khoâ laø chaát laøm vieäc sau khi ñaõ loaïi boû thaønh phaàn aåm, thaønh phaàn cuûa chaát ñoát khoâ bao goàm: Ck + H k + S k + O k + N k + A k = 100% 25
26. Chaát chaùy laø chaát laøm vieäc sau khi ñaõ loaïi boû thaønh phaàn aåm vaø thaønh phaàn tro, thaønh phaàn cuûa chaát ñoát chaùy bao goàm: Cc + H c + S c + O c + N c = 100% 4. Nhieät trò cuûa nhieân lieäu P a. Nhieät trò thaáp: QH [kCal/kg] Nhieät trò thaáp laø nhieät löôïng do 1 kg chaát ñoát laøm vieäc chaùy hoaøn toaøn toaû ra trong ñieàu kieän thöïc teá. Theo Mendeleef: P lv lv lv lv QH = 81C +300H + 26(O - S ) P b. Nhieät trò cao: QB [kCal/kg] Nhieät trò cao laø nhieät löôïng do 1 kg chaát ñoát laøm vieäc chaùy hoaøn toaøn toaû ra trong nhieät löôïng keá. Nhieät trò cao tính ñeán caû löôïng nhieät cuûa hôi nöôùc coù trong khí loø ngöng tuï laïi toaû ra. P P lv lv QB = QH + 6(9H + W ) P Nhieät löôïng cuûa chaát ñoát chaùy trong buoàng ñoát toaû ra laø nhieät trò thaáp QH , vì khoâng coù phaàn nhieät löôïng do hôi nöôùc ngöng tuï laïi toaû ra. II. TÍNH CHAÁT CUÛA DAÀU ÑOÁT NOÀI HÔI 1. Öu nhöôïc ñieåm cuûa noài hôi daàu ñoát Daàu ñoát cuûa noài hôi taàu thuyû chuû yeáu laø daàu naëng FO (Daàu mazuùt ít löu huyønh), thaønh phaàn bao goàm khoaûng: 85%C, 13%H, 1 ÷2% chaát aåm W, vaø chaát tro A; nhieät trò cuûa daàu: P P QH = 9200 ÷9700 kCal/kg, QB = 9500 ÷9800 kCal/kg. Ngoaøi ra coøn duøng daàu Diesel cho caùc noài hôi phuï vaø cho khi nhoùm loø (vôùi noài hôi ñoát daàu naëng). Noài hôi ñoát daàu coù caùc öu nhöôïc ñieåm sau: Tính kinh teá noài hôi ñoát daàu cao hôn noài hôi ñoát than, vì löôïng sinh muoäi ít hôn, cho pheùp boá trí beà maët haáp nhieät vôùi ñöôøng kính beù, böôùc oáng ngaén, dung tích keùt daàu nhoû hôn dung tích keùt than. Hieäu suaát cuûa noài hôi ñoát daàu cao hôn noài hôi ñoát than khoaûng 10 ÷18%. Deã cô giôùi hoaù, töï ñoäng hoaù quaù trình ñoát loø. Tính cô ñoäng cao hôn, thôøi gian nhoùm loø laáy hôi nhanh hôn. 2. Caùc tính chaát cuûa daàu ñoát noài hôi Caùc tính chaát quan troïng nhaát cuûa daàu ñoát noài hôi laø: Nhieät trò, ñoä nhôùt, ñieåm beùn chaùy, ñieåm ñoâng ñaëc, löôïng tro, löôïng nöôùc, haøm löôïng löu huyønh, haøm löôïng axít, löôïng kieàm vaø tyû troïng. Ta seõ nghieân cöùu caùc tính chaát treân cuûa daàu ñoát noài hôi: 26
27. a. Ñoä nhôùt Ñoä nhôùt ñaëc tröng cho söùc caûn moäi löïc khi 2 lôùp chaát loûng chuyeån dòch töông ñoái vôùi nhau. Ñoä nhôùt laø tính chaát quan troïng cuûa daàu ñoát, aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán khaû naêng hoaù hôi, khaû naêng bôm cuûa daàu ñoát, aûnh höôûng ñeán quaù trình loïc daàu trong keùt laéng, trong caùc baàu phaân ly, aûnh höôûng ñeán quaù trình phun söông nhieân lieäu vaøo buoàng ñoát. Ta coù theå phaân laøm 2 loaïi ñoä nhôùt: ñoä nhôùt töông ñoái vaø ñoä nhôùt tuyeät ñoái. + Ñoä nhôùt tuyeät ñoái laïi coù theå phaân ra thaønh ñoä nhôùt ñoäng hoïc vaø ñoä nhôùt ñoäng löïc. Ñoä nhôùt ñoäng hoïc laø söùc caûn noäi löïc cuûa chaát loûng khi caàn moät löïc baèng 1N ñeå chuyeån dòch 2 lôùp chaát loûng coù dieän tích baèng 1m 2, caùch xa nhau 1m. Ñôn vò ño cuûa ñoä nhôùt ñoäng hoïc laø: [N.s/m 2; Pa.s hoaëc kg/m.s] Ñoä nhôùt ñoäng löïc laø tích cuûa ñoä nhôùt ñoäng hoïc vaø theå tích rieâng cuûa daàu ñoát, ñôn vò ño cuûa ñoä nhôùt ñoäng löïc laø [m 2/s hoaëc Cst] Cst = centy stokes + Ñoä nhôùt töông ñoái ñöôïc xaùc ñònh baèng thôøi gian chaûy cuûa daàu qua khe heïp cuûa nhôùt keá. Tuyø thuoäc vaøo caùc loaïi nhôùt keá khaùc nhau ta coù caùc loaïi ñoä nhôùt khaùc nhau. ÔÛ Lieân Xoâ vaø caùc nöôùc Xaõ hoäi chuû nghóa cuõ thöôøng duøng ñoä nhôùt Engler [ 0E]. Ñoä nhôùt Engler laø tyû soá giöõa thôøi gian chaûy cuûa 200 mililit daàu ôû 50 0C qua oáng nhoû gioït cuûa nhôùt keá Engler treân thôøi gian chaûy cuûa 200 mililit nöôùc ôû 20 0C qua oáng nhoû gioït ñoù. ÔÛ Myõ, Anh vaø caùc nöôùc phöông taây thöôøng duøng ñoä nhôùt: giaây Reedwood I, giaây Reedwood II, giaây Saybolt. Ñoä nhôùt phuï thuoäc chuû yeáu vaøo nhieät ñoä. Nhieät ñoä caøng cao ñoä nhôùt caøng nhoû. b. Ñieåm beùn chaùy vaø ñieåm chaùy Ñieåm beùn chaùy laø nhieät ñoä nhoû nhaát khi ta ñöa ngoïn löûa vaøo hôi daàu thì hôi daàu seõ beùn chaùy, khi ta caát ngoïn löûa ñi thì hôi daàu seõ taét. Ñieåm chaùy laø nhieät ñoä nhoû nhaát khi ta ñöa ngoïn löûa vaøo hôi daàu thì hôi daàu seõ beùn chaùy, khi ta caát ngoïn löûa ñi thì hôi daàu vaãn tieát tuïc chaùy. Ñieåm chaùy thöôøng cao hôn ñieåm beùn chaùy 10 ÷60 0C. Ñieåm beùn chaùy cuûa daàu ñoát noài hôi phaûi lôùn hôn 80 0C, ñeå ñaûm baûo daàu khoâng töï beùn chaùy trong quaù trình khai thaùc, ñaûm baûo an toaøn cho taàu. c. Ñieåm ñoâng ñaëc Ñieåm ñoâng ñaëc laø nhieät ñoä cao nhaát maø khi ta nghieâng bình daàu 45 0 thì daàu khoâng thay ñoåi hình daùng cuûa mình trong moät khoaûng thôøi gian. Ñieåm ñoâng ñaëc cuûa daàu ñaët bieät quan troïng trong quaù trình bôm daàu. Ñieåm ñoâng ñaëc cuûa daàu khoâng ñöôïc lôùn quaù, ñeå khi nhieät ñoä cuûa daàu thaáp thì quaù trình bôm daàu vaãn ñaûm baûo. d. Tyû troïng cuûa daàu t 3 3 Kyù hieäu laø γ 4 [g/cm ; t/m ]. Tyû troïng cuûa daàu laø tyû soá giöõa troïng löôïng cuûa moät ñôn vò theå tích daàu ñoát ôû t 0C vaø tyû troïng cuûa cuøng moät ñôn vò theå tích nöôùc ôû 4 0C. Ta coù: t 15 γ 4 = γ 4 − α(t −15) 27
28. ÔÛ ñaây: 15 0 γ 4 - tyû troïng cuûa daàu ôû 15 C. 15 Heä soá ∝ laø heä soá phuï thuoäc vaøo trò soá cuûa γ 4 , xaùc ñònh baèng caùch tra baûng, tra ñoà thò. ÔÛ Myõ duøng ñôn vò API (American Petroleum Institute) ñeå ño tyû troïng cuûa daàu: 0 141 5, API = 15 −131 5, γ 4 Nhö vaäy nöôùc caát ôû 15 0C coù tyû troïng baèng 10 0API. Daàu coù tyû troïng > 10 0API nheï hôn nöôùc. Daàu coù tyû troïng < 10 0API naëng hôn nöôùc. e. Taïp chaát raén (chaát tro A) Taïp chaát raén laø thaønh phaàn coù haïi trong daàu ñoát, laøm moøn loã voøi phun cuûa suùng phun. Khi daàu ñoát chaùy taïp chaát raén noùng chaûy baùm leân beà maët haáp nhieät laøm baån beà maët haáp nhieät, laøm giaûm heä soá truyeàn nhieät K cuûa thieát bò. f. Haøm löôïng löu huyønh, haøm löôïng vanadi Haøm löôïng löu huyønh, haøm löôïng vanadi laø caùc taïp chaát trong daàu ñoát. Nhö chuùng ta ñaõ phaân tích ôû phaàn treân löu huyønh coù trong daàu ñoát gaây neân aên moøn ñieåm söông coøn goïi laø aên moøn ôû nhieät ñoä thaáp, vì chæ xaûy ra ôû phía cuoái ñöôøng khoùi cuûa noài hôi, nôi nhieät ñoä khí loø thaáp nhaát. Nhieät ñoä ñieåm söông cuûa khoùi loø phuï thuoäc chuû yeáu vaøo haøm löôïng löu huyønh trong daàu ñoát (hình 2.2). 180 0 Nhieät ñoä ñieån söông [ C] 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 Theo Rendla vaø Wi lsona Haøm löôïng löu huyønh [%] Theo ESSO Hình 2.2. M i quan h gi a nhi t ñoä ñieåm söông vaø haøm löôïng löu huyønh 28
29. Vanadi laø thaønh phaàn coù haïi trong daàu ñoát, khi vanadi chaùy seõ taïo V 2O5, V2O5 ôû nhieät ñoä cao t ≥650 0C bò noùng chaûy baùm leân beà maët haáp nhieät cuûa noài hôi, trôû thaønh chaát xuùc taùc laøm taêng phaûn öùng aên moøn theùp noài hôi, goïi laø aên moøn nhieät ñoä cao, vì chæ saûy ra ra ôû vuøng coù nhieät ñoä cao t ≥650 0C. 29
30. CHÖÔNG 3. QUAÙ TRÌNH CHAÙY TRONG BUOÀNG ÑOÁT NOÀI HÔI Quaù trình chaùy trong buoàng ñoát noài hôi laø quaù trình oâxy hoaù caùc chaát chaùy ñöôïc cuûa chaát ñoát, toaû ra nhieät löôïng. Quaù trình chaùy xaûy ra voâ cuøng nhanh vaø maõnh lieät. Quaù trình chaùy coù theå hoaøn toaøn, coù theå khoâng hoaøn toaøn. Xaùc ñònh quaù trình chaùy trong buoàng ñoát noài hôi ta phaûi xaùc ñònh ñöôïc löôïng khoâng khí caáp loø, löôïng khí loø sinh ra trong noài hôi vaø caùc thaønh phaàn coù trong khí loø cuûa noài hôi. I. LÖÔÏNG KHOÂNG KHÍ CAÁP LOØ 3 lt  m tc  1. Theå tích khoâng khí lyù thuyeát caáp loø Vkk   k gcd Cô sôû ñeå xaùc ñònh löôïng khoâng khí lyù thuyeát caáp loø laø caùc phöông trình phaûn öùng chaùy. Töø phöông trình phaûn öùng chaùy cacbon ta coù: C + O 2 = CO 2 + Q 3 3 Nhö vaäy cöù 12 kg cacbon caàn 22,4 m tc oâxy vaø sinh ra 22,4 m tc khí CO 2 3 3 12kg C + 22,4 m tc O 2 → 22,4 m tc CO 2 3 3 1kg C + 1,866 m tc O 2 → 1,866 m tc CO 2 Töø phaûn öùng chaùy hydroâ ta coù: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q 3 3 Nhö vaäy cöù 4 kg hydroâ caàn 22,4 m tc oâxy vaø sinh ra 44,8 m tc khí H2O 3 3 4kg H 2 + 22,4 m tc O 2 → 44,8 m tc H2O 3 3 1kg H 2 + 5,6 m tc O 2 → 11,2 m tc H2O Töø phaûn öùng chaùy löu huyønh ta coù: S + O 2 = SO 2 + Q 3 3 Nhö vaäy cöù 32 kg löu huyønh chaùy caàn 22,4 m tc oâxy vaø sinh ra 22,4 m tc khí SO 2 3 3 32kg S + 22,4 m tc O 2 → 22,4 m tc SO 2 3 3 1kg S + 0,7 m tc O 2 → 0,7 m tc SO 2 Trong 1kg chaát ñoát laøm vieäc coù C lv % cacbon, H lv % Hydroâ, S lv % löu huyønh, Olv % OÂxy; C lv H lv S lv O lv töùc laø coù kg cacbon, kg hydroâ, kg löu huyønh vaø kg oâxy trong 1kg chaát 100 100 100 100 ñoát. Vaäy löôïng oâxy lyù thuyeát caáp loø laø toång löôïng oâxy caàn thieát cho caùc phaûn öùng chaùy C, H2, S tröø ñi löôïng oâxy ñaõ coù trong chaát ñoát: lv lv lv lv 3 lt C H S O 1  m tc  O = ,1. 866 + 11 2, + 7,0 −   100 100 100 100 ,1 429 k gcd ÔÛ ñaây 1,429 [kg/m 3tc] – tyû troïng cuûa oâxy ôû ñieàu kieän tieâu chuaån. Trong khoâng khí oâxy chieám 21% veà theå tích vaø 23% veà troïng löôïng; neân löôïng khoâng khí caáp loø laø: O lt  O lv   m3tc  lt lv  lv  lv Vkkkho = = ,0 0889 ⋅ C + ,0 3646 H −  + ,0 03345S   ,0 21  8  k gcd 30
31. Hoaëc: 3 lt lv lv lv lv  m tc  Vkkkho = ,0 0889 ⋅ ()C + ,0 375S + ,0 265H − ,0 0333O   k gcd Troïng löôïng cuûa khoâng khí khoâ lyù thuyeát caàn thieát ñeå ñoát chaùy 1 kg chaát ñoát laø: lt lt  kg  Gkkkho = ,1 293Vkkkho   k gcd  1,293 [kg/m 3tc] – tyû troïng cuûa khoâng khí ôû ñieàu kieän tieâu chuaån. Khoâng khí caáp loø coù laãn hôi aåm, ñoä chöùa aåm cuûa khoâng khí laø d [g/kgkkkho], löôïng hôi aåm naøy coù theå tính baèng: 1  m3tc  V lt = ,0 001⋅ ⋅ ,1 293dV lt = ,0 00161dV lt H 2O kkkho kkkho   ,0 804 k gcd 0,804 – tyû troïng cuûa hôi nöôùc ôû ñieàu kieän tieâu chuaån [kg/m 3tc] 0,001 – heä soá chuyeån ñoåi töø gram sang kilogram. Vaäy löôïng khoâng khí khoâ lyù thuyeát caáp vaøo noài hôi laø:  m3tc  V lt = V lt + V lt = ()1+ ,0 00161d V lt kk kkkho H 2O kkkho   k gcd  m3tc  2. Theå tích khoâng khí thöïc teá caáp loø Vkk   k gcd Khoâng khí thöïc teá caáp loø bao giôø cuõng coù dö löôïng, theå hieän qua heä soá khoâng khí thöøa α, do ñoù: 3 lt  m tc  Vkk = α ⋅Vkk   k gcd Heä soá khoâng khí thöøa α phuï thuoäc vaøo kieåu loaïi, keát caáu cuûa buoàng ñoát, cuûa voøi phun. Heä soá khoâng khí thöøa α cuûa noài hôi baèng α = 1,10 ÷1,25. Heä soá khoâng khí thöøa α cuûa noài hôi nhoû hôn cuûa ñoäng cô diesel taàu thuyû, vì buoàng ñoát noài hôi roäng hôn, quaù trình hoaø troän chaát ñoát vaø khoâng khí toát hôn, quaù trình chaùy trong buoàng ñoát noài hôi laïi xaûy ra lieân tuïc. II. LÖÔÏNG KHÍ LOØ (KHOÙI LOØ) V k 1. Xaùc ñònh Vk theo phöông trình phaûn öùng chaùy Trong khoùi loø coù caùc thaønh phaàn khí CO 2, CO, SO 2, H 2O, O2, N 2. Theo ñònh luaät Danton ta coù:  m3tc  V = V +V +V +V +V +V k CO2 CO SO2 O2 N2 H 2O   k gcd Töø phöông trình phaûn öùng chaùy ta coù: 2C + O 2 = 2CO Nhö vaäy cöù 12 kg cacbon khi chaùy sinh ra 22,4 m 3tc khí CO 3 3 12kg C + 22,4/2 m tc O 2 → 22,4 m tc CO 31
32. 3 3 1kg C + 1,866/2 m tc O 2 → 1,866 m tc CO 3 3 1kg C + 1,866 m tc O 2 → 1,866 m tc CO 2 (theo phaûn öùng chaùy taïo thaønh CO 2). Töø ñaây ta thaáy khi 12kg cacbon chaùy hoaøn toaøn hoaëc khoâng hoaøn toaøn ñeàu sinh ra moät khoái löôïng khí nhö nhau laø 22,4 m3tc. lv lv C C 3 Vaäy kg cacbon trong 1kg nhieân lieäu khi chaùy sinh ra 1,866 m tc (CO 2+ CO) 100 100 Do ñoù khi ñoát 1kg chaát ñoát trong khoùi loø ta coù: C lv  m3tc  V +V = ,1 866 CO2 CO   100 k gcd S lv  m3tc  V = 7,0 SO2   100 k gcd Löôïng oâxy coù trong khoùi loø laø do caáp thöøa khoâng khí:  m3tc  V = αO lt − O lt = ()()α −1 O lt = ,0 21 α −1 V lt O2 kkkho   k gcd Löôïng Nitô coù trong khoùi loø laø do khoâng khí caáp loø mang vaøo vaø do trong chaát ñoát coù chöùa N% nitô, vaäy: N lv  m3tc  V = ,0 79αV lt + N 2 kkkho   100 ,1. 25 k gcd 1,25 kg/m 3tc – tyû troïng cuûa Nitô ôû ñieàu kieän tieâu chuaån. Löôïng hôi nöôùc trong khoùi loø laø do hôi nöôùc coù trong khoâng khí mang vaøo, do chaùy hydroâ sinh ra, do chaát ñoát coù chöùa chaát aåm vaø do löôïng hôi nöôùc caáp vaøo ñeå phun söông: 1  H lv W lv  m3tc  V = W + 9 + +W  , ÔÛ ñaây: H 2O  kk ph   ,0 804  100 100 k gcd lt  kg  Wkk = ,0 001⋅ ,1 293⋅ d ⋅α ⋅Vkkkho   - löôïng hôi nöôùc do khoâng khí caáp loø mang vaøo, k gcd  9.H lv /100 – löôïng hôi nöôùc do chaùy hydroâ sinh ra [kg/kgcd], wlv /100 - löôïng hôi nöôùc do chaát ñoát mang vaøo [kg/kgcd], Wph – löôïng hôi nöôùc caáp vaøo buoàng ñoát ñeå phun söông [kg/kgcd]. 0,804 – tyû troïng cuûa hôi nöôùc ôû ñieàu kieän tieâu chuaån [kg/m 3tc]. 9 – suy ra töø phaûn öùng chaùy Hydroâ: 2H 2 + O 2 = 2H 2O 4 kg Hydroâ chaùy sinh ra 36 kg H 2O 1 kg Hydroâ chaùy sinh ra 9 kg H 2O Vaäy löôïng hôi nöôùc coù trong khoùi loø laø: 1  H lv W lv  m3tc  V = W + 9 + +W  H 2O  kk ph   ,0 804  100 100 k gcd 1  H lv W lv  m3tc  V =  ,0 001⋅ ,1 293⋅ d ⋅α ⋅V lt + 9 + + W  H 2O  kkkho ph   ,0 804  100 100 k gcd 32
33. 2. Xaùc ñònh löôïng khí loø döïa vaøo keát quaû phaân tích khoùi loø Töø keát quaû phaân tích khoùi loø ta coù caùc giaù trò sau: V V + V RO2 CO2 SO2 X – haøm löôïng cuûa khí 3 nguyeân töû: X = kho ⋅100% = kho ⋅100% VK Vk VCO Y – haøm löôïng cuûa khí CO: Y = kho ⋅100% VK kho Vk - löôïng khí loø khoâ sinh ra khi ñoát chaùy 1 kg chaát ñoát. V +V lv lv RO2 CO ,0 01866C + ,0 007S X + Y = kho ⋅100% = kho ⋅100% VK Vk C lv + ,0 375S lv V kho = ,1866 ⋅ k X + Y Theå tích khoùi loø sinh ra khi ñoát chaùy 1 kg chaát ñoát: lv lv lv lv kho C + ,0 375S 1  lt H W  Vk = Vk +VH O = ,1866 + ⋅ ,0 001⋅ ,1 293⋅ d ⋅Vkkkho + 9 + +Wph  2   X + Y ,0 804  100 100  3. Khoái löôïng cuûa khí loø Khoái löôïng cuûa khí loø sinh ra khi ñoát 1kg chaát ñoát baèng: 1kg chaát ñoát + khoái löôïng cuûa khoâng khí caáp vaøo noài hôi. lv A lt  kg  Gk = 1− + ,1 293⋅α ⋅Vkkkho 1( + ,0 001d)   100 k gcd Tröø ñi haøm löôïng chaát tro, vì chaát tro khoâng chaùy, maø noùng chaûy baùm leân beà maët haáp nhieät cuûa noài hôi, neân khoâng coù maët trong khí loø. Tyû troïng cuûa khí loø: G  kg  γ = k k  3  Vk m tc  4. Phaân aùp suaát cuûa caùc chaát khí thaønh phaàn cuûa khí loø Vôùi noài hôi khoâng taêng aùp, coi aùp suaát cuûa khí loø P k = 1 at. Ta coù phaân aùp suaát cuûa caùc chaát khí thaønh phaàn coù trong khí loø laø: V CO2 P = = r []ata CO2 CO2 Vk V H 2O P = = r []ata H 2O H 2O Vk V O2 P = = r []ata O2 O2 Vk 33
34. 5. Nhieät dung rieâng cuûa khí loø ∑V ⋅ C [kCal/kgcd 0C] Nhieät dung rieâng cuûa khí loø laø nhieät löôïng caàn thieát ñeå ñöa löôïng khí loø do 1 kg chaát ñoát chaùy sinh ra taêng theâm 1 0C, ñöôïc tính baèng ∑V ⋅ C :  kCal  ∑V ⋅ C = V C +V C +V C +V C +V C CO2 CO2 SO2 SO2 O2 O2 N2 N2 H 2O H 2O  0  k gcd C  6. Entalpi cuûa khí loø I k [kCal/kgcd] Entalpi cuûa khí loø laø nhieät löôïng caàn thieát ñeå ñöa nhieät ñoä cuûa löôïng khí loø sinh ra khi ñoát 1 kg chaát ñoát töø 0 0C ñeán θ0C trong ñieàu kieän ñaúng aùp.  kCal  I = ∑V ⋅C ⋅θ = (V C +V C +V C +V C +V C )⋅θ k CO2 CO2 SO2 SO2 O2 O2 N2 N2 H 2O H 2O   k gcd  Ñeå deã laäp toaùn ñoà I-θ cuûa chaát ñoát ôû caùc heä soá khoâng khí thöøa khaùc nhau, phuïc vuï cho vieäc tính nghieäm nhieät noài hôi; thöôøng tính entalpi cuûa khí loø theo coâng thöùc sau: α 1 1  kCal  I k = I k + ()α −1 I kk   k gcd  ÔÛ ñaây: 1 I k - Entalpi cuûa khí loø khi ñoát 1kg chaát ñoát vôùi heä soá khoâng khí thöøa α=1,0.  kCal  I 1 = ∑V 1 ⋅ C ⋅θ = (V 1 C +V 1 C +V 1 C +V 1 C )⋅θ k CO2 CO2 SO2 SO2 N2 N2 H 2O H 2O   k gcd  1  kCal  I kk   - Entalpi cuûa khoâng khí caáp loø ñeå ñoát 1 kg chaát ñoát vôùi heä soá khoâng khí thöøa k gcd  α=1,0. 1 lt am  kCal  I kk = Vkkkho .Ckk ⋅θ   k gcd  am Ckk - nhieät dung rieâng cuûa khoâng khí aåm. am  kCal  Ckk = Ckk + ,0 00161d ⋅CH O 2 m3tc ⋅0 C  III. LAÄP TOAÙN ÑOÀ I-θθθ Baûng 2.1. Xaùc ñònh entalpi cuûa khí loø ôû caùc heä soá khoâng khí thöøa α khaùc nhau 1 ∝ RO 2=CO 2+SO 2 N2 H2O IK Ikk -Khoâng khí aåm Ik am am am θ θ.C RO2 VRO2 θCRO2 θ.C N2 VN2 θCN2 θ.C H2o VH2O θCH2O 3+5+7 θ.C kk Vkk θCkk α=1,1 0C kJ/m 3tc kJ/kgcd kJ/m 3tc kJ/kgcd kJ/m 3tc kJ/kgcd kJ/m 3tc kJ/kgcd kJ/kgcd 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8+(α-1)10 100 169 130 151 132 200 357 260 304 266 34
35. 300 559 392 463 403 400 772 527 626 542 500 996 664 794 684 600 1222 804 967 830 700 1461 946 1147 979 800 1704 1093 1335 1130 900 1951 1243 1524 1281 1000 2202 1394 1725 1436 1100 2457 1545 1926 1595 1200 2717 1695 2132 1754 1300 2976 1850 2344 1913 1400 3240 2009 2558 2076 1500 3504 2164 2779 2239 1600 3767 2323 3001 2403 1700 4035 2482 3227 2566 1800 4303 2642 3458 2729 1900 4571 2805 3688 2897 2000 4843 2964 3926 3064 2100 5115 3127 4161 3232 2200 5387 3290 4399 3399 Töø keát quaû tính ôû baûng 2-1. ta coù theå laäp ñöôïc toaùn ñoà I-θ ôû caùc giaù trò ∝ khaùc nhau (hình 2.3) Hình 2.3. Quan h gi a I vaø θ vôùi caùc giaù trò heä soá khoâng khí thöøa α khaùc nhau . 35
36. IV. LAÄP TOAÙN ÑOÀ V kk -ααα, V k-ααα VAØ P i-ααα Baûng 2.2. Xaùc ñònh löôïng khoâng khí caáp loø, löôïng khí loø vaø caùc phaân aùp suaát Kyù Coâng thöùc tính Ñôn vò Trò soá hieäu 1 2 3 4 5 6 7 α - 1,0 1,1 1,2 1,3 lt 3 Vkk (1+ ,0 00161d )Vkkkho ⋅α m tc/kgcd lv lv 3 VRO2 ,0 001866 ⋅ (C + ,0 375S ) m tc/kgcd V lv N2 lt N V = ,0 79αV + 3 N2 kkkho m tc/kgcd 100 ,1. 25 lt lt VO (α −1)O = ,0 21(α −1)V 2 kkkho m3tc/kgcd lv lv VH O 1  H W  2  lt   ,0 001⋅ d ⋅ ,1 293⋅α ⋅Vkkkho + 9 + +W ph  ,0 804  100 100  m3tc/kgcd ∑(V + V +V +V ) 3 Vk RO2 N2 O2 H 2O m tc/kgcd PRO2 VRO2 /V k ata PH2O VH2O/V k ata PO2 VO2 /V k ata Hình 2.4. Quan heä cuûa V k, V kk , P i theo α lt Ñeå laäp toaùn ñoà Vk-α ; Vkk -α vaø P i-α, tröôùc tieân phaûi tính Vkkkho 3 lt lv lv lv lv  m tc  Vkkkho = ,0 0889 ⋅ ()C + ,0 375S + ,0 265H − ,0 0333O   k gcd Sau ñoù laäp baûng tính nhö treân. 36
37. V. THIEÁT BÒ PHAÂN TÍCH KHOÙI OOC-XA Thieát bò phaân tích khoùi duøng ñeå xaùc ñònh thaønh phaàn cuûa khí loø. Moät trong caùc thieát bò phaân tích khoùi thoâng duïng laø thieát bò Ooc-xa. Thieát bò Ooc-xa xaùc ñònh ñöôïc caùc thaønh phaàn cuûa khí 3 nguyeân töû RO 2, khí CO vaø khí O2 coù trong khí loø. 1. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa thieát bò phaân tích khoùi Ooc-xa Hình 2.5. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa thieát bò phaân tích khoùi Ooc-xa 1 – ñöôøng khoùi loø vaøo, 2 – baàu loïc aåm, loïc baån, 3, 14 – bôm cao su, 4, - van 3 ngaû, 5,6,7 – caùc van, 8, 9, 10 – caùc bình chöùa hoaù chaát, 11 – bình ño, 12 – bình caân baèng, 13 – ñöôøng daãn khí loø. Baàu ño 11 coù dung tích 100 cm 3, thoâng vôùi ñöôøng khí loø qua oáng 13 vaø thoâng vôùi bình caân baèng 12 ñöïng nöôùc coù pha maàu ñeå deã nhìn. Duøng bôm cao su 3 vaø bình caân baèng 12 huùt 100 cm 3 khí loø qua baàu loïc baån vaø loïc aåm 2. Khoùi vaøo baàu 11 laø khoùi khoâ, saïch. Duøng bôm caân baèng 12 ñeå caân baèng möùc nöôùc ôû baàu 11 vaø 12. Ñaùnh daáu vò trí caân baèng cuûa baàu caân baèng 12 vaø baàu 11. Sau ñoù naâng bình 12, môû van 7 ñaåy khoùi loø vaøo bình 8 chöùa dung dòch KOH, KOH seõ haáp thuï khí 3 nguyeân töû RO 2. Laïi duøng bôm 14 vaø bình 12 ñaåy khoùi loø vaøo bình 11, xaùc ñònh vò trí caân baèng môùi cuûa nöôùc trong bình 11 vaø bình 12. Phaàn theå tích khoùi loø giaûm ñi chính laø theå tích khí 3 nguyeân töû coù trong khoùi loø ñaõ bò haáp thuï ôû baàu 8. Töông töï nhö vaäy ta ñöa khoùi loø vaøo bình 9 chöùa dung dòch C 6H3(OH) 3 ñeå haáp thuï khí 3 oâxy trong khoùi loø. Sau ñoù laïi ñöa khoùi loø vaøo bình chöùa 10, chöùa dung dòch 250 cm NH 4Cl 3 + 200 cm CuCl2 ñeå haáp thuï khí CO. Xaùc ñònh caùc vò trí caân baèng môùi cuûa nöôùc trong bình 11 vaø bình 12. Phaàn theå tích khoùi loø giaûm ñi chính laø theå tích khí oâxy vaø khí CO coù trong khoùi loø ñaõ bò haáp thuï ôû baàu 9 vaø baàu 10. 37
38. 2. Xaùc ñònh heä soá khoâng khí thöøa döïa vaøo keát quaû ño cuûa thieát bò Ooc-xa Döïa vaøo keát quaû ño cuûa thieát bò phaân tích khoùi loø, ta coù theå: Ñaùnh giaù ñöôïc chaát löôïng quaù trình chaùy, thoâng qua vieäc so saùnh giaù trò RO 2 thöïc teá ño ñöôïc vôùi giaù trò RO 2 Max, tính ñöôïc trong ñieàu kieän chaùy hoaøn toaøn. Löôïng RO 2 ño ñöôïc caøng gaàn RO 2 Max thì quaù trình chaùy caøng gaàn hoaøn toaøn hôn. Coù theå ñieàu chænh ñöôïc quaù trình chaùy tôùi gaàn hoaøn toaøn nhaát, baèng caùch ñieàu chænh giaù trò RO 2 tôùi gaàn giaù trò RO 2 Max. Coù theå tính ñöôïc theå tích cuûa khí loø V k vaø heä soá khoâng khí thöøa α. Keát quaû thu ñöôïc töø thieát bò phaân tích khoùi Ooc-xa laø: V V V X = RO2 Y = CO Z = O2 Vk.kho Vk.kho Vk.kho Ta laïi coù: V V V 1 α = kk ≅ kkkho = kkkho = V lt V lt V −V thua V thua kk kkkho kkkho kkkho 1− kkkho Vkkkho VO V thua = 2 kkkho 21 3 VO2 = haøm löôïng oâxy trong khoùi loø [m tc/kgcd] VO2 = Z. V k.kho Z ⋅V V thua = kkkho kkkho 21 VN [100 − (X + Z )] V = 2 = ⋅V kkkho 79 79 k⋅kho 1 1 21 Vaäy α = = = V thua Z ⋅V Z 1− kkkho k.kho 21− 79 ⋅ 21 100 − ()X + Z Vkkkho 1− 100 − ()X + Z ⋅V 79 k.kho Trong thöïc teá löôïng oâxy lyù thuyeát thöøa ra coøn nhoû hôn so vôùi giaù trò Z ño ñöôïc, vì vaãn coøn 0,5.Y löôïng oâxy coù theå taùc duïng tieáp vôùi Y khí CO coøn laïi trong khoùi loø. 0,5 heä soá suy ra töø phaûn öùng chaùy: CO + 0,5.O2 = CO 2, vì vaäy: 21 α = Z − 5,0 Y 21− 79 ⋅ 100 − ()X + Z VI. CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN QUAÙ TRÌNH CHAÙY TRONG BUOÀNG ÑOÁT NOÀI HÔI 38
39. Quaù trình chaùy trong buoàng ñoát noài hôi dieãn ra voâ cuøng phöùc taïp. Ñoù laø söï tieán haønh ñoàng thôøi vaø aûnh höôûng laãn nhau cuûa caùc quaù trình: Phaûn öùng chaùy hoaù hoïc, quaù trình khuyeách taùn oâxy ñeán caùc chaát chaùy, quaù trình trao nhieät, quaù trình cung caáp khoâng khí vaøo buoàng ñoát, quaù trình ñöa khí loø ra khoûi noài hôi. Quaù trình chaùy xaûy ra coù theå hoaøn toaøn coù theå khoâng hoaøn toaøn. Quaù trình chaùy hoaøn toaøn laø quaù trình chaùy maø trong saûm phaåm chaùy bao goàm caùc chaát khoâng theå chaùy tieáp ñöôïc nhö: CO 2, SO 2, H 2O, N 2, O 2. Quaù trình chaùy khoâng hoaøn toaøn laø quaù trình chaùy maø trong saûm phaåm chaùy bao goàm caùc chaát khoâng theå chaùy ñöôïc nhö: CO 2, SO 2, H 2O, N 2, O 2, vaø caùc chaát coù theå chaùy tieáp nhö: CO, H 2, CH 4, C mHn, vaø muoäi baån v.v (muoäi laø cacbon baùm leân beà maët haáp nhieät noài hôi). Quaù trình chaùy thöïc teá trong noài hôi laø quaù trình chaùy khoâng hoaøn toaøn. 1. Ñieàu kieän ñeå quaù trình chaùy xaûy ra hoaøn toaøn Ñeå quaù trình chaùy xaûy ra hoaøn toaøn caàn phaûi: • Cung caáp ñaày ñuû khoâng khí cho quaù trình chaùy. Quaù ít khoâng khí seõ khoâng ñuû oâxy cho caùc phaûn öùng chaùy. Quaù nhieàu khoâng khí, laøm giaûm nhieät ñoä cuûa buoàng ñoát, laøm taêng toån thaát nhieät do khí loø mang ra, laøm taêng naêng löôïng duøng ñeå thoâng gioù noài hôi. • Troän ñeàu khoâng khí vôùi chaát ñoát. • Ñaûm baûo nhieät ñoä trong buoàng ñoát ñuû cao (1000 0C÷2000 0C), vaø phaân boá ñeàu ñaën, ñeå chaát ñoát ñöôïc nung noùng nhanh ñeán nhieät ñoä beùn chaùy. • Buoàng ñoát ñuû dung tích ñeå chaùy heát chaát boác, Quaù trình chaùy bao goàm hai giai ñoaïn: • giai ñoaïn chuaån bò chaùy, • giai ñoaïn chaùy. Giai ñoaïn chaùy laø giai ñoaïn xaûy ra phaûn öùng hoaù hoïc giöõa caùc chaát chaùy ñöôïc vaø oâxy. 2. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán giai ñoaïn chuaån bò chaùy Giai ñoaïn chuaån bò chaùy laø giai ñoaïn tieáp xuùc lyù hoaù giöõa chaát ñoát vaø oâxy. Giai ñoaïn chuaån bò chaùy bao goàm giai ñoaïn nung noùng, boác hôi chaát ñoát. Nhieät ñoä buoàng ñoát truyeàn cho caùc haït söông daàu, nung noùng vaø laøm caùc haït söông daàu boác hôi, taïo thaønh moät lôùp hôi daàu bao boïc xung quanh haït söông daàu. Phaàn daàu coøn laïi chöa boác hôi cuûa haït söông daàu laø caùc cacbua hydroâ cao phaân töû C mHn. Giai ñoaïn tieáp theo cuûa giai ñoaïn chuaån bò chaùy laø giai ñoaïn phaân giaûi caùc cacbua hydroâ cao phaân töû thaønh caùc cacbua hydroâ ñôn giaûn deã chaùy (t ≥ 600 0C). Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán giai ñoaïn chuaån bò chaùy: • Loaïi chaát ñoát. Chaát ñoát ít chaát boác, aåm, noàng ñoä caùc thaønh phaàn chaùy khoâng cao, thôøi gian chuaån bò chaùy laâu hôn. • Nhieät ñoä buoàng ñoát. Nhieät ñoä buoàng ñoát thaáp, thôøi gian chuaån bò chaùy taêng leân. • Kieåu buoàng ñoát. • Vò trí töông ñoái giöõa ngoïn löûa vaø chaát ñoát môùi caáp vaøo. 39
40. • Nhieät ñoä khoâng khí vaø soá löôïng khoâng khí caáp vaøo. Nhieät ñoä khoâng khí caøng lôùn, chaát ñoát caøng nhanh ñöôïc söôûi khoâ vaø nung noùng, laøm taêng nhieät ñoä bình quaân trong buoàng ñoát. • AÙp suaát trong buoàng ñoát. Aùp suaát trong buoàng ñoát caøng cao, nhieät ñoä beùn chaùy caøng thaáp, thôøi gian chuaån bò chaùy caøng ngaén. • Toác ñoä töông ñoái göõa chaát ñoát vaø khoâng khí. Toác ñoä töông ñoái giöõa chaát ñoát vaø khoâng khí nhanh, chuyeån ñoäng kieåu xoaùy loác seõ giuùp khoâng khí troän ñeàu vôùi chaát ñoát, laøm cho khoâng khí khuyeách taùn ñeán chaát ñoát nhanh hôn, thôøi gian chuaån bò chaùy nhanh, giaûm bôùt toån thaát cuûa quaù trình chaùy trong buoàng ñoát noài hôi. 3. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán giai ñoaïn chaùy. Giai ñoaïn chaùy laø giai ñoaïn xaûy ra phaûn öùng hoaù hoïc giöõa oâxy vaø caùc chaát chaùy vaø sinh ra nhieät löôïng Q. Giai ñoaïn chaùy xaûy ra raát nhanh vaø raát maõnh lieät. Thôøi gian cuûa giai ñoaïn chaùy phuï thuoäc vaøo caùc yeáu toá sau: • Loaïi chaát ñoát (than chaùy chaäm, daàu ñoát chaùy raát nhanh), • Toác ñoä phaûn öùng hoaù hoïc W C, toác ñoä phaûn öùng hoaù hoïc W C phuï thuoäc vaøo noàng ñoä cuûa caùc chaát tham gia phaûn öùng chaùy: a b WC = K ⋅ C A ⋅ C B a b CA; CB = noàng ñoä cuûa caùc chaát tham gia phaûn öùng chaùy. K – heä soá. • nhieät ñoä tuyeät ñoái khi xaûy ra phaûn öùng chaùy; −E RT K = K 0e K0 – haèng soá töông ñöông toång soá laàn va chaïm cuûa caùc phaàn töû, E – naêng löôïng hoaït tính [kJ/mol], T – nhieät ñoä phaûn öùng [0K], • chuyeån ñoäng cuûa khoâng khí caáp vaøo, khoâng khí caáp vaøo coù löu toác nhanh, chuyeån ñoäng xoaùy loác, thì quaù trình chaùy xaûy ra nhanh, • aùp suaát buoàng ñoát cao, toác ñoä chaùy nhanh, • heä soá khoâng khí thöøa thích hôïp, thì toác ñoä chaùy nhanh. 4. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình chaùy oån ñònh Quaù trình chaùy trong buoàng ñoát noài hôi caàn ñöôïc duy trì oån ñònh. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình chaùy oån ñònh: • Chaát ñoát töï beùn chaùy ñöôïc. • Cung caáp lieân tuïc vaø ñaày ñuû khoâng khí cho quaù trình chaùy. • Lieân tuïc ñöa khí loø ra xa ñeå cho khoâng khí khuyeách taùn toát ñeán beà maët cuûa chaát ñoát. CHÖÔNG 4. THIEÁT BÒ BUOÀNG ÑOÁT 40
41. Thieát bò buoàng ñoát bao goàm: suùng phun, quaït gioù vaø moài löûa, trong ñoù quan troïng nhaát laø suùng phun, vì chaát löôïng phun daàu vaøo buoàng ñoát aûnh höôûng raát lôùn ñeán chaát löôïng cuûa quaù trình chaùy. Coù nhieàu loaïi suùng phun cuûa noài hôi taàu thuyû nhö: suùng phun kieåu hôi nöôùc, suùng phun kieåu khoâng khí neùn, suùng phun kieåu aùp löïc vaø suùng phun kieåu quay. I. SUÙNG PHUN KIEÅU HÔI NÖÔÙC Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa suùng phun hôi nöôùc: Daàu ñoát töø keùt daàu coù coät aùp 1,5 ÷ 4 m coät nöôùc töï chaûy vaøo suùng phun, ra voøi phun vôùi toác ñoä 0,5 ÷ 0,6 m/s. Hôi nöôùc coù aùp suaát 2 ÷ 5 ati ñöôïc ñöa vaøo suùng phun qua oáng taêng toác, toác ñoä taêng leân ñeán 400 ÷800 m/s. Doøng daàu bò ñoäng naêng cuûa doøng hôi nöôùc vaø söùc caûn cuûa khoâng khí xeù nhoû thaønh caùc haït söông nhoû mòn. Öu nhöôïc ñieåm cuûa suùng phun kieåu hôi nöôùc: • chaát löôïng phun söông toát, • deã ñieàu chænh löôïng daàu phun, phaïm vi ñieàu chænh lôùn 25 ÷2200 kg/h, • chæ caàn heä soá khoâng khí thöøa ∝ nhoû, ∝ = 1,07 ÷1,10, • raát toán hôi nöôùc: 0,25 ÷0,75 kg hôi nöôùc/kg daàu ñoát, töùc laø chieám 2 ÷5% saûn löông cuûa noài hôi, vì vaäy suùng phun kieåu hôi nöôùc khoâng ñöôïc duøng cho taàu bieån, chæ ñöôïc duøng cho moät soá taàu keùo, taøu chaïy ven soâng. II. SUÙNG PHUN KIEÅU KHOÂNG KHÍ NEÙN Daàu ñoát coù aùp löïc 0,3 ÷5 at ñöôïc khoâng khí neùn caáp 1 cuûa quaït gioù coù aùp suaát 200 ÷250 mm coät nöôùc xeù nhoû thaønh caùc haït söông daàu vaø caáp vaøo buoàng ñoát. Suùng phun kieåu khoâng khí neùn cuõng coù caùc öu nhöôïc ñieåm nhö suùng phun kieåu hôi nöôùc. Suùng phun kieåu khoâng khí neùn chæ ñöôïc duøng cho moät soá noài hôi phuï nhoû, vì tieâu toán raát nhieàu khoâng khí, neân haàu nhö khoâng ñöôïc duøng cho noài hôi chính. III. SUÙNG PHUN KIEÅU AÙP LÖÏC 1. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa suùng phun kieåu aùp löïc Suùng phun kieåu aùp löïc coøn ñöôïc goïi laø suùng phun ly taâm khoâng quay hay suùng phun cô hoïc. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa Suùng phun kieåu aùp löïc: Daàu ñoát ñöôïc loïc saïch, haâm noùng ñeán nhieät ñoä thích hôïp ñeå ñoä nhôùt cuûa daàu tröùôc khi 0 2 vaøo suùng phun baèng 2 ÷3 E; coù aùp suaát thích hôïp P d = 6 ÷ 30kG/cm (coù theå leân tôùi 40 ÷60 kG/cm 2); ñöôïc caáp vaøo suùng phun qua raõnh 5, qua caùc raõnh tieáp tuyeán 2. Do caáu taïo cuûa raõnh tieáp tuyeán, theá naêng cuûa doøng daàu bieán thaønh ñoäng naêng, doøng daàu ra khoûi raõnh tieáp tuyeán coù toác ñoä cao, vaøo buoàng xoaùy loác 3, chuyeån ñoäng cuûa doøng daàu luùc naøy trôû thaønh xoaùy loác, qua loã phun 4, ñöôïc xeù nhoû ra thaønh caùc haït söông nhoû mòn vaø phun vaøo buoàng ñoát. 41
42. Hình 2.6. Sô ñoà nguyeân lyù laøm vieäc cuûa suùng phun cô hoïc. 1- ñaàu voøi phun, 2- raõnh tieáp tuyeán, 3- buoàng xoaùy loác, 4- loã phun, 5- raõnh daãn daàu. Ñoäng naêng cuûa doøng daàu khoâng nhöõng khaéc phuïc noäi löïc ma saùt cuûa daàu maø coøn phaûi khaéc phuïc löïc ma saùt giöõa doøng daàu vôùi beà maët raõnh trong voøi phun. Do ñoù raõnh daãn daàu, raõnh tieáp tuyeán, loã voøi phun phaûi nhoû nhaün. Ñaàu voøi phun ñöôïc cheá taïo baèng theùp hôïp kim nhieàn croâm vaø nikel chòu moøn toát. Ñaàu voøi phun cuûa suùng phun cô hoïc thöôøng coù kyù hieäu nhö: 45X38, 50W40 ôû ñaây: X- bieåu thò ñaàu voøi phun phaúng, W- bieåu thò ñaàu voøi phun loõm, 45, 50 (chöõ soá ñaàu ) - ñöôøng kính loã phun, 38, 40 (chöõ soá cuoái) - laø 10 laàn tyû soá giöõa toång dieän tích maët caét ngang cuûa caùc raõnh tieáp tuyeán treân dieän tích loã phun. Doøng daàu ra khoûi loã voøi phun coù daïng hình noùn, coù goùc phun laø ∝ = 60 ÷100 0. Hình daùng ngoïn löûa (ñoä daøi vaø goùc phun söông) phuï thuoäc vaøo tyû soá dieän tích maët caét caùc raõnh tieáp tuyeán f t treân dieän tích f 0 cuûa loã phun (f t /f 0). Khi f t /f 0 nhoû ngoïn löûa ngaén, goùc phun lôùn. Khi f t /f 0 lôùn ngoïn löûa daøi, goùc phun nhoû. Chaát löôïng phun söông chuû yeáu phuï thuoäc vaøo aùp suaát daàu, traïng thaùi beà maët raõnh daãn daàu, raõnh tieáp tuyeán vaø loã phun. Hình 2.6a. Theå hieän keát caáu cuûa suùng phun cô hoïc thoâng duïng treân taàu thuyû cuûa haõng Blohm Voss. 42
43. 1 – Caùnh daãn gioù. 5 – Taám chaén. 2 – Caàn ñieàu chænh. 6 – Tay ñieàu chænh. 3 – Vaønh ñieàu chænh caùnh gioù. 7 – Voøi phun. 4 – Xilanh baûo veä beân trong. 8 – Van chaën. 9 – Xilanh beân ngoaøi. Hình 2.6b. theå hieän ñaëêc tính ñieàu chænh cuûa suùng phun cô hoïc haõng Blohm Voss theo aùp suaát daàu vaø theo ñöôøng kính loã phun. 43
44. 2. Caùc phöông phaùp ñieàu chænh saûn löôïng daàu phun vaøo buoàng ñoát a. Ñieàu chænh saûn löôïng daàu phun vaøo buoàng ñoát ôû suùng phun khoâng coù thieát bò ñieàu chænh rieâng Ta coù caùc phöông phaùp ñieàu chænh löôïng daàu phun vaøo buoàng ñoát cuûa suùng phun cô hoïc, khi khoâng coù thieát bò ñieàu chænh rieâng nhö sau: • thay ñoåi aùp suaát daàu phun. Phöông phaùp naøy chæ aùp duïng ñöôïc trong phaïm vi taûi töø 70 ÷100% taûi, vì aùp suaát daàu phun thay ñoåi seõ aûnh höôûng ñeán chaát löôïng cuûa quaù trình phun söông, • thay ñoåi ñaàu voøi phun (1). Phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng cho moïi taûi troïng cuûa noài hôi, • taét bôùt suùng phun. b. Ñieàu chænh saûn löôïng daàu phun vaøo buoàng ñoát ôû suùng phun coù thieát bò ñieàu chænh rieâng • Ñieàu chænh saûn löôïng daàu phun vaøo buoàng ñoát ôû suùng phun baèng caùch ñieàu chænh löôïng daàu hoài (hình 2.7) Treân hình 2.7 ta thaáy chæ caàn ñieàu chænh löôïng daàu thöøa veà keùt 8 ta ñieàu chænh ñöôïc löôïng daàu caáp vaøo buoàng ñoát. Löôïng daàu thöøa (daàu hoài) ñöôïc ñieàu chænh thoâng qua ñieàu chænh ñoä môû cuûa van ñieàu chænh 7. 44
45. 1- ñaàu voøi phun, 2- raõnh tieáp tuyeán, 3- buoàng xoaùy loác, 4- loã phun, 5- raõnh daãn daàu, 6 – bôm daàu ñoát, 7 – van ñieàu chænh löôïng daàu thöøa, 8 – keùt daàu ñoát. Hình 2.7. Ñieàu chænh löôïng daàu phun baèng phöông phaùp ñieàu chænh löôïng daàu hoài • Ñieàu chænh saûn löôïng daàu phun vaøo buoàng ñoát baèng pittong ñieàu chænh hoaëc xilanh ñieàu chænh Hình 2.8. Ñieàu chænh löôïng daàu phun baèng pittong vaø xilanh ñieàu chænh a - Ñieàu chænh löôïng daàu phun baèng pittong chuyeån dòch, b - Ñieàu chænh löôïng daàu phun baèng xilanh chuyeån dòch, 1 - buoàng xoaùy loác, 2 – raõnh tieáp tuyeán, 3 – xilanh ñieàu chænh, 4 - pittong ñieàu chænh, 5 – raõnh daãn daàu. Ñieàu chænh vò trí cuûa pittong ñieàu chænh 4 ta ñieàu chænh ñöôïc soá löôïng caùc raõnh tieáp tuyeán daãn daàu vaøo buoàng xoaùy loác vaø do ñoù ñieàu chænh ñöôïc löôïng daàu phun. Cuõng töông töï nhö vaäy ta coù theå söû duïng xilanh ñieàu chænh 3 ñeå ñieàu chænh caùc raõnh tieáp tuyeán daãn daàu vaøo buoàng xoaùy loác vaø do ñoù ñieàu chænh ñöôïc löôïng daàu phun. 45
46. • Ñieàu chænh baèng vaønh ñieàu chænh (hình 2.9) Treân hình 2.9 ta thaáy, chæ caàn ñieàu chænh vaønh ñieàu chænh 3, ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc dieän tích raõnh tieáp tuyeán caáp daàu vaøo buoàng ñoát, do ñoù ñieàu chænh ñöôïc saûn löôïng daàu caáp vaøo buoàng ñoát. 1 – buoàng xoaùy loác 2 – raõnh tieáp tuyeán 3 – vaønh ñieàu chænh Hình 2.9. Ñieàu chænh löôïng daàu phun baèng vaønh ñieàu chænh 3. Öu nhöôïc ñieåm cuûa suùng phun cô hoïc (ly taâm khoâng quay) - Öu ñieåm: Toán ít naêng löôïng cho vieäc phun söông, khoâng tieâu toán hôi nöôùc hoaëc khoâng khí cho vieäc phun söông, keát caáu, vaän haønh ñôn giaûn, beàn chaéc, deã söû duïng neân ñöôïc duøng roäng raõi nhaát treân taøu thuyû. - Nhöôïc ñieåm: Suùng phun cô hoïc chaát löôïng phun söông khoâng baèng suùng phun kieåu hôi nöôùc, hoaëc khoâng khí neùn, nhaát laø khi nheï taûi chaát löôïng phun söông khoâng ñaûm baûo. Phaïm vi ñieàu chænh taûi heïp töø 70 ñeán 100% taûi. IV. SUÙNG PHUN KIEÅU AÙP LÖÏC - HÔI NÖÔÙC Daàu ñoát ôû suùng phun kieåu aùp löïc- hôi nöôùc ñöôïc phun söông vaøo buoàng ñoát nhôø aùp löïc daàu vaø aùp löïc hôi nöôùc. Khi nheï taûi daàu ñoát ñöôïc phun söông vaøo buoàng ñoát nhôø ñoäng naêng cuûa doøng hôi nöôùc, khaéc phuïc ñöôïc nhöôïc ñieåm cuûa suùng phun cô hoïc laø ôû nheï taûi chaát löôïng phun söông khoâng ñaûm baûo. Khi taûi cao daàu ñoát ñöôïc phun söông vaøo buoàng ñoát nhôø ñoäng naêng cuûa baûn thaân doøng daàu sau khi qua raõnh tieáp tuyeán, neân khoâng tieâu toán nhieàu hôi nöôùc nhö ôû suùng phun kieåu hôi nöôùc. Chaát löôïng phun söông cuûa suùng phun kieåu aùp löïc- hôi nöôùc raát ñaûm baûo, ngay caû khi nheï taûi, khi nheï taûi khoâng caàn aùp suaát daàu cao. Phaïm vi ñieàu chænh cuûa suùng phun kieåu aùp löïc- hôi nöôùc lôùn töø 10% ñeán 100% taûi. Khuyeát ñieåm cuûa suùng phun kieåu aùp löïc- hôi nöôùc laø vaãn coøn toán hôi nöôùc cho vieäc phun söông. Suùng phun kieåu aùp löïc- hôi nöôùc ñöôïc duøng cho nhöõng noài hôi nhieät taûi lôùn, nhieàu vaùch oáng, khoâng boá trí ñöôïc nhieàu suùng phun. 46
47. V. SUÙNG PHUN KIEÅU QUAY 1. Sô ñoà nguyeân lyù Hình 2.10. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa suùng phun ly taâm kieåu quay 1- raõnh daãn daàu, 2- coác quay, 3- raõnh daãn gioù caáp I, 4- raõnh daãn gioù caáp II, 5- ñoäng cô ñieän, 6- daây curoa. 2. Nguyeân lyù laøm vieäc Daàu coù aùp suaát nhoû khoaûng 0,7 ÷5 at ñöôïc daãn vaøo suùng phun theo raõnh 1, qua caùc loã nhoû ôû cuoái raõnh daàu ñöôïc vaêng vaøo coác quay 2. Coác quay 2, quay ñöôïc nhôø ñoäng cô ñieän 5 vaø daây curoa 6 lai, coác quay 2 quay vôùi vaän toác lôùn 4000 ÷5000 voøng/ph. Döôùi taùc duïng cuûa löïc höôùng kính vaø löïc höôùng truïc daàu ñöôïc chuyeån ñoäng xoaùy loác doïc theo coác quay, khi ra khoûi coác quay coù vaän toác raát lôùn neân bò xeù nhoû ra thaønh caùc haït söông nhoû mòn, coù ñöôøng kính 100 ÷250 m. Suùng phun kieåu quay coù 2 raõnh daãn gioù: Raõnh daãn gioù caáp I caáp gioù vaøo buoáng ñoát noài hôi theo höôùng truïc vaø ñi vaøo goác ngoïn löûa. Raõnh daãn gioù caáp II caáp gioù vaøo ñaàu ngoïn löûa, duøng ñeå taïo thaønh xoaùy loác laøm cho khoâng khí khuyeách taùn ñeàu ñeán caùc haït söông daàu, ngoaøi ra coøn taïo ra khoaûng chaân khoâng ôû taâm doøng xoaùy loác buoäc khí chaùy noùng ôû xung quanh ñi vaøo giöõa vuøng xoaùy loác, laøm cho daàu ñöôïc nung noùng boác hôi nhanh, quaù trình chaùy oån ñònh. Neáu chæ coù gioù caáp I, ngoïn löûa seõ daøi vaø nhoû. Neáu chæ coù gioù caáp II ngoïn löûa seõ ngaén, goùc phun söông lôùn, caùc haït söông daàu coù theå vaêng leân vaùch buoàng ñoát quanh suùng phun vaø ñoùng muoäi baån ôû ñoù. Moät trong nhöõng suùng phun ly taâm kieåu quay ñieån hình ñöôïc söû duïng nhieàu treân taøu thuyû laø suùng phun SKV cuûa haõng H. Saacke KG. Bremen [hình 2.11]. 47
48. 1 – Ñöôøng daãn daàu vaøo suùng phun. 2 – Ñaàu voøi phun. 3 – Coác quay. 4 – Cöûa daãn gioù caáp I. 5 – Raõnh daãn gioù caáp I. 6 – Quaït gioù. 7 – Cöûa daãn gioù caáp II. 8 – Raõnh daãn gioù caáp II. 9 – Ñoäng cô ñieän lai. 10 – daây curua. 11 – Taám chaén. 3. Öu nhöôïc ñieåm Öu ñieåm: • chaát löôïng phun söông toát ôû moïi taûi troïng cuûa noài hôi, • heä soá khoâng khí thöøa α nhoû, α=1,1 ÷1,25, • phaïm vi ñieàu chænh roäng, deã ñieàu chænh löôïng daàu phun (chæ caàn ñieàu chænh van caáp daàu), • coù theå söû duïng ñöôïc cho caùc loaïi noài hôi coù saûn löôïng lôùn nhoû khaùc nhau, • daàu ñoát khoâng caàn haâm tôùi nhieät ñoä raát cao, • khoâng caàn oáng daàu cao aùp, • suùng phun khoâng bò taéc, coù theå duøng ñöôïc daàu xaáu reû tieàn, vì khoâng coù caùc loã phun beù. Nhöôïc ñieåm: • caáu taïo phöùc taïp, ñaét tieàn, • OÅ ñôõ suùng phun ôû phía gaàn buoàng ñoát tieáp xuùc vôùi nhieät ñoä cao, do ñoù boâi trôn keùm, deã bò hö hoûng. 48
49. VI. BOÄ THOÅI MUOÄI Trong quaù trình khai thaùc noài hôi, treân beà maët haáp nhieät cuûa noài hôi thöôøng ñoùng caùc muoäi baån, laøm giaûm heä soá truyeàn nhieät cuûa caùc beà maët trao ñoåi nhieät, laøm giaûm tính kinh teá vaø tính an toaøn cuûa noài hôi. Thoâng thöôøng lôùp muoäi baån daøy 0,5 mm laøm taêng tieâu hao nhieân lieäu trong noài hôi khoaûng 2 ÷2,5% vaø lôùp muoäi baån cöù daøy theâm 0,5 mm thì tieâu hao nhieân lieäu laïi taêng theâm khoaûng 1,5%. Ñeå khöû muoäi baån trong noài hôi, trong quaù trình noài hôi laøm vieäc ngöôøi ta söû duïng boä thoåi muoäi. Boä thoåi muoäi cung caáp doøng hôi hoaëc doøng khoâng khí coù toác ñoä cao ñeán beà maët bò muoäi baån cuûa noài hôi. Doøng hôi hoaëc doøng khoâng khí toác ñoä cao coù taùc duïng thoåi saïch muoäi baån trong noài hôi. Hôi nöôùc caáp cho boä thoåi muoäi phaûi laø hôi khoâ hoaøn toaøn (coù theå ñöôïc quaù nhieät moät ít), ñeå traùnh hieän töôïng nöôùc ñoïng laïi treân beà maët haáp nhieät gaây neân aên moøn beà maët haáp nhieät cuûa noài hôi. 1 – Ñaàu phun. 2 – Ñaàu noái oáng. 3 – Caùch nhieät noài hôi. 4 – Voû noài hôi. 5 – Khoâng khí neùn vaøo. 6 – Hôi vaøo. 7 – Cöûa daãn hôi vaøo. 8 – Thaân boä thoåi muoäi. 9 – Vít ñieàu khieån. 10 – Vít an toaøn. 11 – OÅ ñôõ. 12 – Baùnh raêng . 13 – Ren cuûa vít ñieàu chænh. 14 – Vít haõm. 15 – Tay quay. 16 – gioaêng kín. Nguyeân lyù laøm vieäc: Khi caàn thoåi muoäi ta quay tay 15, thoâng qua cô caáu ñieàu khieån 9, 12 boä thoåi muoäi ñöôïc dòch chuyeån vaøo beân trong noài hôi, thoâng ñöôøng caáp hôi 6 vôùi cöûa caáp hôi 7, hôi ñöôïc ñöa vaøo ñeå thoåi muoäi noài hôi. Khi ñaõ thoåi muoäi xong ta quay tay 15 ñeå ñöa boä thoåi muoäi veà laïi vò trí ban ñaàu. 49
50. CHÖÔNG 5. CAÂN BAÈNG NHIEÄT NOÀI HÔI I. TOÅN THAÁT NHIEÄT TRONG NOÀI HÔI H Nhieät löôïng do 1 kg chaát ñoát mang vaøo trong noài hôi taàu thuyû QP moät phaàn ñöôïc trao cho nöôùc bieán thaønh hôi Q1, phaàn coøn laïi laø caùc toån thaát. Ta coù caùc toån thaát sau: Q2 – toån thaát do khoùi loø mang ra, Q3 – toån thaát do chaùy khoâng hoaøn toaøn veà hoaù hoïc, Q4 – toån thaát do doø loït chaát ñoát gaây neân (toån thaát cô hoïc), Q5 – toån thaát do toaû nhieät ra ngoaøi trôøi, Q6 – toån thaát do tro xæ noùng mang ra. Vôùi noài hôi ñoát daàu: Q 4 = 0 vaø Q 6 = 0. Ta coù: P QH = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 .  Q Q Q Q Q Q  100% =  1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6  ⋅100%  P P P P P P   QH QH QH QH QH QH  100% = (q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 )⋅100% ôû ñaây: Q1 Q21 Q3 Q4 Q5 Q6 q1 = P ; q2 = P ; q3 = P ; q4 = P ; q5 = P ; q6 = P QH QH QH QH QH QH II. XAÙC ÑÒNH CAÙC TOÅN THAÁT 1. Toån thaát nhieät do khoùi loø mang ra q 2 Khoùi loø ra khoûi noài hôi taàu thuyû coù nhieät ñoä cao hôn nhieät ñoä khoâng khí xung quanh, do ñoù gaây neân toån thaát nhieät löôïng Q 2 (q 2), goïi laø toån thaát nhieät do khoùi loø mang ra. Toån thaát nhieät do khoùi loø mang ra q 2 coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc: ∑V k⋅ckh ⋅ (θ kh − tkkl ) q2 = P QH 3 Vk – löôïng khoùi loø sinh ra khi ñoát 1 kg chaát ñoát [m tc/kgcñ], 3 0 Ckh – nhieät dung rieâng theå tích ñaúng aùp cuûa khoùi loø [kCal/m tc C], Ckh = 0,323+0,000018 θkh , 0 tkkl – nhieät ñoä khoâng khí laïnh [ C], Q2 cuõng coù theå tính theo Entalpi cuûa khoùi loø: Q2 = I kh – Q kkl – Q cd – Q h, Ikh – entalpi cuûa khoùi loø, Qkkl – nhieät löôïng do khoâng khí caáp loø mang vaøo khi ñoát 1 kg chaát ñoát, Qcd – nhieät löôïng v t lyù do 1 kg chaát ñoát mang vaøo, Qh – nhieät löôïng cuûa hôi nöôùc caáp vaøo ñeå phun söông. 50
51. lt 1 Qkkl = Vkk ⋅α ⋅ Ckk ⋅ tkk = α ⋅ I kk  kCal  Qcd = Ccd ⋅ tcd   k gcd Ccd = 0,415 + 0,0006t cd Thöôøng laáy gaàn ñuùng C cd = 0,5 [kCal/kgcd] Qh = g h (i h-600) [kCal/kg] Ih – entalpi cuûa hôi nöôùc caáp vaøo suùng phun 600 - entalpi cuûa hôi nöôùc baõo hoaø ôû phaân aùp suaát 0,1 kG/cm 2 trong khoùi loø. Toån thaát do khoùi loø mang ra laø toån thaát lôùn nhaát trong noài hôi. Toån thaát q 2 phuï thuoäc raát nhieàu vaøo taûi troïng B cuûa noài hôi vaø taûi troïng B cuûa noài hôi taêng, q 2 taêng. Toån thaát q 2 cuõng phuï thuoäc nhieàu vaøo heä soá khoâng khí thöøa α, heä soá khoâng khí thöøa α taêng toån thaát q 2 cuõng taêng (hình 2.13). Caùc bieän phaùp giaûm toån thaát q 2: muoán giaûm toån thaát q 2 , ta phaûi giaûm nhieät ñoä θkh cuûa khoùi loø vaø giaûm löôïng khoùi loø sinh ra V k. Ta coù caùc bieän phaùp cuï theå sau: • Taêng dieän tích beà maët haáp nhieät tieát kieäm cuûa boä haâm nöôùc tieát kieäm vaø boä söôûi khoâng khí. • Duy trì heä soá khoâng khí thöøa α thích hôïp. • Giöõ cho beà maët haáp nhieät khoâng bò ñoùng caùu caën, muoäi baån. • Ñieàu chænh toát thieát bò buoàng ñoát, ñoát loø ñuùng caùch. • Boá trí caùc taám daãn khí ñeå khoùi loø queùt khaép qua caùc beà maët haáp nhieät. Khaû naêng giaûm nhieät ñoä khoùi loø lôùn nhaát laø ñeán nhieät ñoä ñieåm söông, nhieät ñoä khoùi loø thaáp hôn nhieät ñoä ñieåm söông seõ gaây neân aên moøn ñieåm söông trong noài hôi. 2. Toån thaát hoaù hoïc q 3 Toån thaát hoaù hoïc q 3 laø toån thaát do chaùy khoâng hoaøn toaøn gaây neân. q3 coù theå tính gaàn ñuùng theo keát quaû phaân tích khoùi: q3 = 3,2.Y. α %. Trong ñoù Y = noàng ñoä khí CO trong khoùi loø. Toån thaát hoaù hoïc phuï thuoäc vaøo taûi troïng cuûa noài hôi. Khi taûi troïng noài hôi nhoû toån thaát do chaùy khoâng hoaøn toaøn lôùn vì khi ñoù thöøa khoâng khí cho quaù trình chaùy, khi taûi noài hôi taêng toån thaát q3 giaûm ñi, sau ñoù laïi taêng leân; vì khi taûi noài hôi quaù cao löôïng chaát ñoát caáp vaøo nhieàu, seõ thieáu khoâng khí cho quaù trình chaùy. Toån thaát hoaù hoïc q 3 coøn phuï thuoäc vaøo thieát bò buoàng ñoát, nhieät ñoä buoàng ñoát vaø heä soá khoâng khí thöøa α. Khi thieát bò buoàng ñoát khoâng toát, khi ñoát loø vôùi nhieät ñoä buoàng ñoát quaù thaáp, khi heä soá khoâng khí thöøa α quaù nhoû seõ laøm cho phaûn öùng chaùy khoâng hoaøn toaøn vaø q 3 taêng leân nhieàu. Khi heä soá khoâng khí thöøa α quaù lôùn, nhieät ñoä buoàng ñoát giaûm ñi neân toån thaát do chaùy khoâng hoaøn toaøn q 3 cuõng taêng leân (hình 2.13). Toån thaát q 2 vaø q 3 laø caùc toån thaát lôùn nhaát trong noài hôi. Hình 2.13 theå hieän moái quan heä cuûa toång caùc toån thaát q 2, q3 vôùi taûi troïng B cuûa noài hôi vaø heä soá khoâng khí thöøa α. Döïa vaøo hình 2.13 ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc taûi troïng toái öu vaø heä soá khoâng khí thöøa toái öu cuûa noài hôi. 51
52. Taûi troïng toái öu vaø heä soá khoâng khí thöøa toái öu cuûa noài hôi ñaït ñöôïc taïi toång caùc toån thaát q2+q 3 laø nhoû nhaát. Hình 2.13. Quan heä giöõa caùc toån thaát q 2, q 3 vôùi taûi troïng vaø heä soá khoâng khí thöøa α 3. Toån thaát cô hoïc q 4 Toån thaát cô hoïc q 4 laø toån thaát do doø loït chaát ñoát gaây neân. Noài hôi ñoát daàu q 4 = 0. 4. Toån thaát do taûn nhieät ra ngoaøi trôøi q 5 Toån thaát do taûn nhieät ra ngoaøi trôøi q 5 gaây neân laø do nhieät ñoä voû noài hôi, baàu noài hôi, ñöôøng oáng hôi cao hôn nhieät ñoä khoâng khí xung quanh. Toån thaát do taûn nhieät ra ngoaøi trôøi q 5 coù theå tính theo coâng thöùc gaàn ñuùng: 100 q5 = P ()400F + 30000 % B ⋅ QH F – dieän tích beà maët ngoaøi noài hôi [m 2] 400 – nhieät löôïng toån thaát treân 1m 2 beà maët ngoaøi noài hôi [kCal/m 2h]. 30000 – nhieät löôïng toån thaát taïi baàu noài, hoäp oáng [kCal/h]. Toån thaát do taûn nhieät ra ngoaøi trôøi q 5 phuï thuoäc vaøo taûi cuûa noài hôi. Khi taûi cuûa noài hôi lôùn q 5 giaûm vaø khi taûi cuûa noài hôi nhoû q 5 taêng '  B  q5 = q5 ⋅ 5,0 ⋅1+ 100%  B '  q5, B – toån thaát vaø löôïng chaát ñoát ôû 100% taûi. q5’, B’ - toån thaát vaø löôïng chaát ñoát ôû nheï taûi. Giaûm toån thaát nhieät do taûn nhieät ra ngoaøi trôøi baèng caùch boïc caùch nhieät cho noài hôi, duøng noài hôi coù voû ñoâi, khoâng khí caáp loø seõ ñöôïc daãn vaøo buoàng ñoát qua voû ñoâi cuûa noài hôi, ñeå ñöôïc saáy noùng. 52
53. 5. Toån thaát do tro xæ noùng mang ra q 6 Toån thaát naøy chæ coù ôû noài hôi ñoát than, noài hôi ñoát daàu q 6 = 0. III. HIEÄU XUAÁT NHIEÄT CUÛA NOÀI HÔI Hieäu suaát nhieät cuûa noài hôi ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: Q1 η = P ⋅100% = q1[%] QH Q1 – Nhieät löôïng nöôùc nhaän ñöôïc ñeå bieán thaønh hôi, khi ñoát 1kg nhieân lieäu. Vaäy : η N = 100 − ()q2 + q3 + q4 + q5 + q6 []% Hieäu suaát cuûa noài hôi phuï thuoäc raát nhieàu vaøo taûi troïng cuûa noài hôi. Khi quaù taûi, chaát ñoát khoâng ñöôïc cung caáp ñaày ñuû khoâng khí vaø khoâng ñöôïc troän ñeàu vôùi khoâng khí neân q 3 taêng, nhieät ñoä khoùi loø taêng, toån thaát do khoùi loø mang ra q 2 taêng leân, toån thaát do taûn nhieät q 5 coù giaûm ñi nhöng chæ giaûm ñi moät ít neân hieäu suaát cuûa noài hôi ηN giaûm. Khi nheï taûi tuy nhieät ñoä khoùi loø thaáp, nhöng heä soá khoâng khí thöøa α taêng leân laøm cho toån thaát q 2 giaûm ñi moät ít hoaëc khoâng giaûm, toån thaát hoaù hoïc q 3 taêng, vì vaäy hieäu suaát nhieät cuûa noài hôi giaûm. Noài hôi coù hieäu suaát cao nhaát ôû 45 ÷60% taûi. IV. CAÂN BAÈNG NHIEÄT NOÀI HÔI Cô sôû ñeå thaønh laäp caân baèng nhieät cuûa noài hôi laø ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng. Theo ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng, naêng löôïng mang vaøo trong buoàng ñoát noài hôi phaûi baèng naêng löôïng chi ra trong noài hôi. Hình 2.14. Sô ñoà caân baèng nhieät noài hôi 53
54. Naêng löôïng mang vaøo trong buoàng ñoát noài hôi khi ñoát 1kg chaát ñoát Q mv : P Qmv = QH + Qcd + Qkkl + Qh + Qsk Qkkl – naêng löôïng vaät lyù cuûa khoâng khí laïnh mang vaøo noài hôi khi ñoát 1kg chaát ñoát [kCal/kgcd]. Qcd – naêng löôïng vaät lyù cuûa 1kg chaát ñoát mang vaøo noài hôi [kCal/kgcd]. Qh – naêng löôïng vaät lyù cuûa hôi nöôùc duøng ñeå phun söông 1kg chaát ñoát mang vaøo noài hôi [kCal/kgcd]. Qsk – nhieät löôïng cuûa khoâng khí ñöôïc söôûi noùng mang vaøo noài hôi khi ñoát 1kg chaát ñoát [kCal/kgcd]. Nhieät löông chi ra trong noài hôi khi ñoát 1kg chaát ñoát: Qcr = Q 1+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Qsk +(Q 2+ Qcd + Qkkl + Qh) Vaäy: Qcr = Q 1+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Qsk + Ikh Nhieät löôïng nöôùc nhaän ñöôïc ñeå hoaù thaønh hôi laïi ñöôïc phaân ra thaønh caùc thaønh phaàn: Q1 = Q b+ Qñ+ Qsh + Qgs + Qhn Qb - nhieät löôïng haáp thuï baèng hình thöùc böùc xaï nhieät ôû caùc cuïm oáng nöôùc soâi vaø ôû beà maët haáp nhieät quanh buoàng ñoát [kCal/kgcd]. Qñ - nhieät löôïng haáp thuï baèng hình thöùc ñoái löu toaû nhieät ôû caùc cuïm oáng nöôùc soâi [kCal/kgcd]. Qhs - nhieät löôïng do hôi saáy haáp thuï taïi boä saáy hôi [kCal/kgcd]. Qgs - nhieät löôïng do hôi giaûm saáy haáp thuï ñöôïc taïi boä giaûm saáy [kCal/kgcd]. Qhn - nhieät löôïng nöôùc haáp thuï ôû boä haâm nöôùc tieát kieäm [kCal/kgcd]. 54
55. CHÖÔNG 6. KEÁT CAÁU NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ I. PHAÂN LOAÏI NOÀI HÔI TAÀU THUYÛ Noài hôi ñöôïc phaân loaïi theo nhieàu caùch nhö: Phaân loaïi noài hôi theo muïc ñích söû duïng hôi, phaân loaïi theo keát caáu noài hôi, phaân loaïi theo loaïi nhieân lieäu duøng cho noài hôi, phaân loaïi theo thoâng soá hôi, phaân loaïi theo tuaàn hoaøn cuûa nöôùc trong noài hôi. 1. Phaân loaïi noài hôi theo muïc ñích söû duïng hôi chuùng ta coù: - noài hôi chính: noài hôi chính coù nhieäm vuï sinh ra hôi cung caáp cho maùy chính (tuoác bin hôi, hoaëc maùy hôi), cung caáp hôi cho caùc maùy phuï, cho muïc ñích haâm saáy vaø cho nhu caàu sinh hoaït, - noài hôi ph : noài hôi phuï coù nhieäm vuï cung caáp hôi cho caùc maùy phuï, cho muïc ñích haâm saáy vaø cho nhu caàu sinh hoaït. 2. Phaân loaïi theo keát caáu chuùng ta coù: noài hôi oáng löûa NHOL, laø noài hôi maø khoùi loø ñi trong oáng, coøn nöôùc bao boïc beân ngoaøi oáng, noài hôi oáng nöôùc NHON, laø noài hôi maø nöôùc ñi trong oáng, coøn khoùi loø ñi ngoaøi oáng, noài hôi lieân hieäp oáng löûa-oáng nöôùc. Hình 2.15. S ơ ñnguyênlýcamtsloinihơi a - Noài hôi oáng nöôùc ñöùng tuaàn hoaøn töï nhieân. b - Noài hôi oáng löûa ngöôïc chieàu. c - Noài hôi oáng nöôùc naêm khí loø ñi chöõ Z. 3. Phaân loaïi theo loaïi nhieân lieäu duøng cho noài hôi chuùng ta coù: noài hôi ñoát daàu, noài hôi ñoát than, noài hôi khí xaû, taän duïng naêng löôïng trong khí xaû cuûa ñoäng cô, 55
56. noài hôi duøng naêng löôïng nguyeân töû. 4. Phaân loaïi theo thoâng soá hôi, chuùng ta coù: 2 noài hôi cao aùp, aùp suaát cuûa noài hôi P n ≥ 45 kG/cm , 2 noài hôi trung aùp, aùp suaát cuûa noài hôi P n = 20 ÷ 45 kG/cm , 2 noài hôi thaáp aùp, aùp suaát cuûa noài hôi P n ≤ 20 kG/cm . 5. Phaân loaïi theo tuaàn hoaøn cuûa nöôùc trong noài hôi ta coù: noài hôi tuaàn hoaøn töï nhieân, noài hôi tuaàn hoaøn cöôõng böùc. II. NOÀI HÔI OÁNG LÖÛA 1. Sô ñoà nguyeân lyù: Hình 2.16. Sô doà nguyeân lyù noài hôi oáng löûa. Treân hình 2.16 ta coù: 1 – thaân noài hôi, 5 – ñinh chaèng ngaén, 2 –buoàng ñoát, 6 – ñinh chaèng daøi, 3 – hoäp löûa, 7 – baàu khoâ hôi, 4 – oáng löûa, 8 – maõ ñænh hoäp löûa. 56
57. Nguyeân lyù laøm vieäc: Daàu ñoát vaø khoâng khí ñöôïc caáp vaøo buoàng ñoát (2) chaùy, sinh ra khí loø, khí loø ñi vaøo hoäp löûa 3, sau ñoù ñi vaøo caùc oáng löûa 4, trao nhieät cho nöôùc bao boïc chung quanh buoàng ñoát, hoäp löûa, oáng löûa hoaù thaønh hôi. Khoùi loø ñi tieáp qua hoäp khoùi, boä haâm nöôùc tieát kieäm, boä söôûi khoâng khí. 2. Ñaëc ñieåm keát caáu a. Thaân noài hôi Thaân noài hôi hình truï troøn, do 1, 2, 3 taám theùp noài hôi haøn hoaëc taùn laïi, moái haøn hoaëc taùn doïc thaân noài hôi khoâng neân ôû cuøng moät ñöôøng sinh ñeå choáng xeù doïc noài hôi, khoâng neân ôû cuøng möùc nöôùc noài hôi ñeå ñeå traùnh gaây neân öùng xuaát nhieät vaø hieän töôïng moûi, khoâng neân tyø leân beä noài hôi vì khoù kieåm tra vaø moái noái choùng bò muïc ræ. δ d δ n Hình 2.17. ÖÙng suaát xeù doïc vaø öùng suaát xeù ngang cuûa baàu hình truï Cöûa chui khoeùt treân thaân noài hôi coù hình baàu duïc, truïc ngaén theo höôùng ñöôøng sinh cuûa thaân noài vì baàu hình truï coù öùng suaát xeù doïc δd lôùn gaáp ñoâi öùng suaát xeù ngang δn (hình 2.17), neân noài hôi deã bò xeù doïc hôn xeù ngang. b. Naép noài hôi Noài hôi coù naép tröôùc vaø naép sau. Naép tröôùc coøn goïi laø maët saøng tröôùc, vì coù caùc loã khoeùt ñeå laép buoàng ñoát, oáng löûa, ñinh chaèng daøi. c. Buoàng ñoát Buoàng ñoát bò taùc duïng cuûa nhieät ñoä cao, cuûa löïc neùn khí chaùy, phía ngoaøi bò taùc duïng cuûa aùp löïc nöôùc vaø bò voõng xuoáng bôûi chính troïng löôïng baûn thaân. Do ñoù buoàng ñoát coù keát caáu hình truï, ñeå ñaûm baûo ñoä beàn toát (chòu löïc toát). Buoàng ñoát coù theå laø hình truï troøn, coù theå laø hình truï gôïn soùng [hình 2.18]. Buoàng ñoát hình truï gôïn soùng coù caùc öu ñieåm: laøm taêng beà maët haáp nhieät cuûa buoàng ñoát leân 8 ÷12%, khöû ñöôïc giaõn nôû nhieät khi nhieät ñoä thay ñoåi, buoàng ñoát hình truï troøn phaûi coù 57
58. keát caáu khöû giaõn nôû nhieät rieâng (nhö moät ñaàu buoàng ñoát di ñoäng). Buoàng ñoát hình truï gôïn soùng taêng ñöôïc ñoä deûo theo höôùng doïc truïc, vaø taêng ñoä cöùng theo höôùng kính, ñaûm baûo chòu ñöôïc aùp suaát cao. Soá löôïng buoàng ñoát tuyø thuoäc vaøo dieän tích beà maët haáp nhieät, thoâng thöôøng noài hôi coù 1, 2, 3 buoàng ñoát. Buoàng ñoát coù theå laø hình truï ñuùc lieàn, coù theå laø do 2, 3 taám theùp noài hôi gheùp laïi. Hình 2.18. Keát caáu caùc loaïi buoàng ñoát hình gôïn soùng a – buoàng ñoát haõng Foxa, b - buoàng ñoát haõng Morrisona, c - buoàng ñoát haõng Deightona. d. Hoäp löûa Hoäp löûa duøng ñeå tieáp tuïc ñoát soá chaát ñoát chöa kòp chaùy heát trong buoàng ñoát, dung tích cuûa hoäp löûa khoâng nhoû hôn dung tích cuûa buoàng ñoát ñeå ñaûm baûo chaùy heát chaát ñoát, dieän tích maët caét ngang cuûa hoäp löûa neân baèng dieän tích maët caét ngang cuûa taát caû caùc oáng löûa thuoäc hoäp löûa ñoù. Thaønh tröôùc cuûa hoäp löûa ñöôïc goïi laø maët saøng sau. Vaùch sau vaø vaùch beân cuûa hoäp löûa ñöôïc coá ñònh vôùi thaân noài hôi vaø vôùi hoäp löûa khaùc baèng caùc ñinh chaèng ngaén. e. Maõ ñænh hoäp löûa 58
59. Hoäp löûa tieáp xuùc vôùi ngoïn löûa coù nhieät ñoä cao, laïi coù keát caáu hình hoäp, neân khoâng coù lôïi cho vieäc chòu löïc vì vaäy ñænh hoäp löûa coù gaén maõ gia cöôøng, coøn goïi laø maõ ñænh hoäp löûa. f. OÁng löûa OÁng löûa daãn khoùi loø ñi töø hoäp löûa vaøo hoäp khoùi vaø trao nhieät cho nöôùc bao boïc beân ngoaøi ñeå hoaù thaønh hôi. OÁng löûa laø beà maët haáp nhieät chuû yeáu cuûa noài hôi (chieám 80 ÷90%). Coù 2 loaïi oáng löûa: oáng löûa thöôøng vaø oáng löûa chaèng. OÁng löûa chaèng ngoaøi nhieäm vuï daãn khoùi loø, coøn coù nhieäm vuï chaèng giöõ naép tröôùc cuûa noài hôi vôùi thaønh tröôùc cuûa hoäp löûa (chaèng giöõ 2 maët saøng). OÁng löûa thöôøng coù ñoä daøy 2,5 ÷4,5 mm vaø tuyø thuoäc vaøo aùp suaát cuûa noài hôi. 2 ñaàu muùt cuûa oáng löûa thöôøng ñöôïc nong leân hoaëc haøn leân caùc maët saøng. Ñaàu muùt phía hoäp löûa phaûi ñuôïc beû meùp. OÁng löûa chaèng daøy 5 ÷9,5 mm, 2 ñaàu muùt cuûa oáng löûa chaèng ñöôïc haøn hoaëc baét ren oác vaøo caùc maët saøng. OÁng löûa chaèng chieám khoaûng 30% toång soá caùc oáng löûa vaø ñöôïc boá trí xen keõ vôùi caùc oáng löûa thöôøng. g. Ñinh chaèng ngaén, ñinh chaèng daøi Ñinh chaèng ngaén duøng ñeå chaèng giöõ thaønh hoäp löûa vôùi nhau, chaèng giöõ thaønh hoäp löûa vôùi naép sau cuûa noài hôi. Ñinh chaèng ngaén coù theå ñöôïc coá ñình baèng caùch ren haøn hoaëc taùn ñinh. Ñinh chaèng daøi ñeå chaèng giöõ naép tröôùc vaø naép sau cuûa noài hôi (phaàn khoâng coù oáng löûa). Ñinh chaèng daøi ñöôïc coá ñònh baèng caùch haøn hoaëc baét ren oác . Ñinh chaèng daøi coù ñöôøng kính baèng 50 ÷90 mm. h. Baàu khoâ hôi Baàu khoâ hôi laøm taêng chieàu cao cuûa khoâng gian hôi, laøm cho caùc haït nöôùc coù troïng löôïng lôùn hôn phaûi rôi trôû laïi noài hôi, laøm taêng ñoä khoâ cuûa hôi. i. Naép cöûa ngöôøi vaø naép cöûa tay Hình 2.19 theå hieän caùc naép cöûa ngöôøi vaø cöûa tay khaùc nhau, duøng cho noài hôi. a – duøng cho n i h ơi coù aùp su t p ≤ 25 kG/cm 2, b - duøng cho n i h ơi coù aùp su t p > 25 kG/cm 2, c - duøng cho n i h ơi coù aùp su t p >> 25 kG/cm 2. 1 – ren baét naép noài hôi, 2 – buloâng, 3 – phaàn beân döôùi cuûa naép noài hôi, 4 – boä laøm kín naép noài hôi. Naép cöûa ngöôøi (coøn goïi laø naép cöûa chui) ñeå ngöôøi söû duïng coù theå chui vaøo beân trong noài hôi kieåm tra, veä sinh, söûa chöõa noài hôi. Naép cöûa ngöôøi coù vaønh gia cöôøng phía beân trong noài hôi. Naép cöûa tay duøng ñeå luoàn tay vaøo lau chuøi, veä sinh vaø söûa chöõa beân trong noài hôi. 59
60. Hình 2.19. Moät soá keát caáu naép cöûa ngöôøi, naép cöûa tay cuûa noài hôi Naép cöûa ngöôøi, naép cöûa tay ñeàu ñöôïc ñoùng töø phía trong ra [hình 2.19], ñeå lôïi duïng aùp suaát trong noài hôi laøm taêng ñoä kín cuûa cöûa. Naép cöûa ngöôøi vaø naép cöûa chui ñeàu coù hình baàu duïc vaø neáu naép ñöôïc khoan ôû phaàn hình truï cuûa thaân noài, thì truïc ngaén höôùng theo höôùng ñöôøng sinh cuûa thaân noài. 3. Öu, nhöôïc ñieåm Öu ñieåm: Nhôø oáng lôùn vaø thaúng neân coù theå duøng ñöôïc nöôùc xaáu, chöa loïc hoaëc nöôùc laãn daàu. Beàn, söû duïng ñôn giaûn. Thaân noài chöùa nhieàu nöôùc, naêng löïc tieàm taøng lôùn, aùp suaát noài hôi khaù oån ñònh, ngay caû khi thay ñoåi taûi ñoät ngoät. Chieàu cao cuûa khoâng gian hôi khaù lôùn neân ñoä khoâ cuûa hôi nöôùc kha cao x=0,95 ÷0,98, do ñoù khoâng caàn phaûi coù thieát bò khoâ hôi. Khuyeát ñieåm: To, naëng, chöùa nhieàu nöôùc. Cöôøng ñoä boác hôi yeáu. Nöôùc nhieàu, neân thôøi gian nhoùm loø laáy hôi laâu töø 6 ÷10h, noài hôi chính leân ñeán 24 ÷48h. Khi noå vôõ khaù nguy hieåm. III. NOÀI HÔI OÁNG LÖÛA-OÁNG NÖÔÙCù Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa noài hôi lieân hieäp oáng löûa-oáng nöôùc ñöôïc theå hieän treân hình 2.20. Treân hình 2.20 ta coù: 1 – thaân noài hôi, 6 – ñinh chaèng daøi, 60
61. 2 – buoàng ñoát, 7 – hoäp khoùi, 4 – oáng löûa, 9 – boä söôûi khoâng khí, 10 – boä haâm nöôùc tieát kieäm, 11 – baàu khoâ hôi, 12 – oáng daãn hôi ñi söû duïng, 13 – oáng goùp nöôùc, 14 – caùc oáng nöôùc, 15 – oáng goùp hôi. Hình 2.20. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa noài hôi oáng löûa. Noài hôi lieân hieäp oáng löûa, oáng nöôùc ñôn giaûn hôn noài hôi oáng löûa, tuaàn hoaøn toát hôn, troïng löôïng nheï hôn nhöng vaãn coøn nhieàu khuyeát ñieåm lôùn cuûa noài hôi oáng löûa. IV. NOÀI HÔI OÁNG NÖÔÙC TUAÀN HOAØN TÖÏ NHIEÂN Noài hôi oáng nöôùc tuaàn hoaøn töï nhieân coù nhieàu loaïi nhö: noài hôi oáng nöôùc naèm, khí loø ñi thaúng, noài hôi oáng nöôùc naèm khí loø ñi chöõ Z, noài hôi oáng nöôùc ñöùng 3 baàu ñoái xöùng, noài hôi oáng nöôùc ñöùng 3 baàu khoâng ñoái xöùng, noài hôi oáng nöôùc ñöùng kieåu chöõ D ñöùng, ch D nghieâng. 1. Öu nhöôïc ñieåm cuûa noài hôi oáng nöôùc noùi chung a. Öu ñieåm: goïn nheï hôn nhieàu so vôùi noài hôi oáng löûa, vì löôïng nöôùc trong noài hôi ít, caùc oáng nhoû neân deã boá trí ñöôïc beà maët haáp nhieät lôùn, cöôøng ñoä haáp nhieät cao, coù theå cheá taïo ñöôïc haøng loaït, töø loaïi nhoû ñeán loaïi lôùn, chæ caàn thay ñoåi soá löôïng oáng, coù theå boá trí hôïp lyù caùc beà maët haáp nhieät vaø boá trí ñöôïc caùc beà maët haáp nhieät tieát kieäm coù dieän tích lôùn, neân hieäu suaát cuûa noài hôi lôùn hôn noài hôi oáng löûa, thôøi gian nhoùm loø laáy hôi nhanh (0,5 ÷2h) ñaëc bieät (4 ÷6h), khi noå vôõ khoâng nguy hieåm laém, vì löôïng nöôùc ít vaø oáng nuôùc thöôøng bò nöùt vôõ tröôùc baàu noài. 61
62. b. Nhöôïc ñieåm: ñoøi hoûi chaát löôïng nöôùc caáp toát, ñöôïc loïc kyõ caøng vì caùc oáng nhoû cong, cöôøng ñoä trao nhieät lôùn, coi soùc, baûo döôõng noài hôi phöùc taïp hôn noài hôi oáng löûa, naêng löïc tieàm taøng beù, vì ít nöôùc trong noài hôi, neân khoù duy trì aùp suaát hôi oån ñònh, chieàu cao khoâng gian hôi beù, neân caàn phaûi coù thieát bò khoâ hôi. 2. Noài hôi oáng nöôùc naèm khí loø ñi chöõ Z a. Sô ñoà nguyeân lyù: Hìmh 2.21. Sô ñoà nguyeân lyù noài hôi oáng nöôùc naèm khí loø ñi chöõ Z 1 – buoàng ñoát, 2 – baàu noài, 3 – oáng goùp nöôùc, 4 – caùc oáng nöôùc leân, 5 – ng goùp hôi, 6 – oáng hôi leân, 7 – boä haâm nöôùc tieát kieäm, 8 – boä söôûi khoâng khí, 9 – hoäp caën, 10 – taám daãn khí, 11 – vaùch ñoâi. b. Nguyeân lyù laøm vieäc Daàu ñoát vaø khoâng khí ñöôïc caáp vaøo buoàng ñoát chaùy sinh ra khí loø, khí loø queùt qua caùc beà maët haáp nhieät, trao nhieät cho nöôùc ôû beân trong oáng. Nöôùc töø baàu 2, ñi xuoáng oáng goùp nöôùc 3 vaøo caùc oáng nöôùc leân 4, nhaän nhieät sinh ra hôi, hoãn hôïp nöôùc-hôi ñi vaøo oáng goùp hôi 5, ñi leân caùc oáng hôi leân 6 vaø veà laïi baàu 2. Khí loø nhôø coù caùc taám daãn khí 10, neân ñi theo hình chöõ Z, do ñoù noài hôi ñöôïc goïi laø noài hôi oáng nöôùc naèm khí loø ñi chöõ Z. Vaän toác cuûa khí loø chuyeån ñoäng trong noài hôi oáng nöôùc 62
63. naèm khí loø ñi chuõ Z lôùn gaáp 3 laàn khi chuyeån ñoäng trong noài hôi oáng nöôùc naèm khí loø ñi thaúng (khoâng coù taám daãn khí 10). Tuaàn hoaøn cuûa nöôùc trong noài hôi laø tuaàn hoaøn töï nhieân, do söï cheânh leäch tyû troïng cuûa nöôùc vaø cuûa hoãn hôïp nöôùc – hôi gaây neân. c. Ñaëc ñieåm keát caáu + Hoäp oáng: trong noài hôi oáng nöôùc naèm coù hoäp goùp oáng nöôùc (3), hoäp goùp oáng nöôùc vaø hôi(5). Maët caét ngang cuûa caùc hoäp oáng laø hình vuoâng. Hoäp oáng laø moät oáng theùp hình gôïn soùng, moät maët coù khoan caùc loã ñeå nong caùc oáng nöôùc vaøo. Moät maët coù khoeùt caùc cöûa hình vuoâng, moãi cöûa ñoái dieän vôùi moät oáng to hoaëc 4 oáng vöøa, 9 oáng nhoû, 16 oáng loaïi raát nhoû. Caùc cöûa naøy duøng ñeà thoâng röûa, veä sinh oáng, nong oáng vaøo thaønh hoäp oáng. Hoäp oáng vuoâng hình gôïn soùng raát khoù cheá taïo, neân trong moät soá tröôøng hôïp ñöôïc thay theá baèng hoäp oáng troøn. + OÁng nöôùc naèm laø caùc oáng maø ôû ñoù nöôùc nhaän nhieät hoaù thaønh hôi. Caùc oáng saùt buoàng ñoát do cöôøng ñoä trao ñoåi nhieät lôùn neân coù ñöôøng kính lôùn hôn ñeå ñaûm baûo laøm maùt toát hôn vaø tuaàn hoaøn toát hôn. Caùc oáng nöôùc naèm ñöôïc ñaët doác 15 ÷25 0, ñeå traùnh hieän töôïng nöôùc hôi phaân lôùp. Caùc oáng daãn nöôùc-hôi veà baàu noài (6) coù ñöôøng kính lôùn hôn caùc oáng daãn nöôùc ôû phía sau vaø baèng ñöôøng kính cuûa caùc oáng nöôùc soâi ôû saùt buoàng ñoát, vì theå tích cuûa hôi lôùn hôn nhieàu theå tích cuûa nöôùc. d. Öu, nhöôïc ñieåm Ngoaøi caùc öu nhöôïc ñieåm chung cho noãi hôi oáng nöôùc, noài hôi oáng nöôùc naèm coùn coù caùc öu nhöôïc ñieåm sau: Öu ñieåm: OÁng to thaúng, deã thoâng röûa, veä sinh neân coù theå duøng ñöôïc nöôùc xaáu coù laãn daàu. Coi soùc vaø baûo döôõng ñôn giaûm, naêng löïc tieàm taøng lôùn. Tieän cho vieäc cheá taïo haøng loaït noài hôi coù saûn löôïng, thoâng soá khaùc nhau, chæ vieäc thay ñoåi soá löôïng oáng nöôùc. Khí loø ñi chöõ Z laøm cho vaän toác khí loø taêng, taêng heä soá trao ñoåi nhieät, taêng cöôøng ñoä trao ñoåi nhieät trong noài hôi. Nhöôïc ñieåm: Hoäp goùp oáng hình gôïn soùng neân khoù cheá taïo, ñaét tieàn. Caùc taám daãn khí deã bò chaùy hoûng, cong veânh vaø raát khoù söûa chöõa. OÁng to thaúng neân khoù boá trí caùc beà maët haáp nhieät. Laøm taêng kích thöôùc vaø troïng löôïng cuûa noài hôi. Soá naép, cöûa quaù nhieàu gaây khoù khaên khi thay oáng. Thôøi gian nhoùm loø laáy hôi töông ñoái daøi (4 ÷6h). 3. Noài hôi oáng nöôùc naèm khí loø ñi thaúng 63