Tổng quan về nồi hơi tàu thuỷ, đi sâu nghiên cứu đề xuất phương án chế tạo hệ thống điều khiển, rơle cảm biến ngọn lửa và giám sát hệ thống nhiên liệu

LỜI CAM ĐOANEm xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “ Tổng quan về nồi hơi tàu thuỷ, đi sâu nghiên cứu đề xuất phương án chế tạo hệ thống điều khiển, rơle cảm biến ngọn lửa và giám sát hệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

KHOA ĐIỆN - CƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Số hiệu sinh viên: 127510301046 Khóa: 2013 - 2015 Khoa: Điện - Cơ Ngành: Điện Công nghiệp và Dân dụng 1 Tên đề tài: Tổng quan về nồi hơi tàu thuỷ, đi sâu nghiên cứu đề xuất phương án chế tạo hệ thống điều khiển, rơle cảm biến ngọn lửa và giám sát hệ thống nhiên liệu 2 Các số liệu ban đầu:

3 Nội dung các phần cần thuyết minh và tính toán:

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

5 Họ tên cán bộ hướng dẫn:

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

7 Ngày hoàn thành đồ án:

Ngày tháng năm 2015

Trưởng bộ môn

( Ký, ghi rõ họ, tên) Cán bộ hướng dẫn( Ký, ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày… tháng … năm 2015

Người duyệt

( Ký, ghi rõ họ, tên) ( Ký, ghi rõ họ, tên)Sinh viên

PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1 Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp

………

………

………

………

2 Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lượng các bản vẽ )

………

………

………

………

………

………

………

………

………

3 Cho điểm của cán bộ hướng dẫn:

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày tháng năm 2015 Cán bộ hướng dẫn chính

(Họ tên và chữ kí)

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

1 Đánh giá chất lượng của đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích

số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

2 Cho điểm cán bộ chấm phản biện

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày tháng năm 2015

Người chấm phản biện

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “ Tổng quan về nồi hơi tàu thuỷ, đi sâu nghiên cứu đề xuất phương án chế tạo hệ thống điều khiển, rơle cảm biến ngọn lửa và giám sát hệ thống nhiên liệu" do em tự trình bày

dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tiến Ban, Trường Đại HọcHải Phòng với các số liệu, hình vẽ và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trongdanh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nàokhác Nếu phát hiện ra có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hải phòng, ngày tháng năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quốc Việt

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 9

Chương 1: KHÁI NIỆM, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG NỒI HƠI TÀU THUỶ 11

1.1 Khái niệm chung 11

1.2 Yêu cầu của hệ thống nồi hơi tàu thuỷ 11

1.3 Phân loại hệ thống nồi hơi tàu thuỷ 12

1.3.1 Phân loại theo áp suất hơi 12

1.3.2 Phân loại theo sự chuyển động của khói lò và của nước so với bề mặt đốt nóng 12

1.3.4 Phân loại theo nguồn nguyên liệu 12

1.3.5 Phân theo cách bố trí ống tạo thành bề mặt đốt nóng 12

1.3.6 Phân theo cách liên kết của ống hơi với bầu nồi 13

1.3.7 Phân loại theo dòng khói lò 13

1.3.8 Phân loại theo sự tuần hoàn của nước nồi 13

1.3.9 Phân loại theo vòng tuần hoàn 13

1.3.10 Phân loại theo phương pháp cung cấp không khí 13

1.3.11 Phân loại theo sự điều khiển nồi hơi 13

1.3.12 Phân loại theo công dụng 13

1.4 Cấu trúc tổng thể của một hệ thống nồi hơi tàu thuỷ 14

1.4.1 Hệ động lực hơi nước: 14

1.4.2 Cấu trúc hệ thống nồi hơi tàu thuỷ: 15

Chương 2 : CÁC CHỨC NĂNG CỦA NỒI HƠI TÀU THUỶ VÀ CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 22

2.1 Chức năng tự động cấp nước nồi hơi: 22

2.2 Tự động hâm dầu đốt 25

2.3 Chức năng tự động đốt lò: 29

2.4 Tự động duy trì áp suất hơi: 33

2.5 Tự động kiểm tra, báo động và bảo vệ nồi hơi: 37

Chương 3: CÁC HỆ THÔNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THUỶ ĐIỂN

HÌNH 39

3.1 Hệ thống điều khiển Nồi Hơi dùng contactor, relay và cam chương trình 39

3.1.1 Giới thiệu phần tử 39

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 42

3.2 Hệ thống điều khiển Nồi Hơi dùng vi mạch bán dẫn 52

3.2.1 Giới thiệu phần tử: 52

3.2.2 Nguyên lý hoạt động 55

3.3 Hệ thống điều khiển Nồi Hơi dùng thiết bị lập trình PLC 62

3.3.1 Gới thiệu phần tử: 62

3.3.2 Các chức năng của hệ thống: 66

Chương 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI 80

4.1 Lựa chọn thiết bị thực hiện chức năng tự động cấp nước nồi hơi 80

4.2 Lựa chọn thiết bị thực hiện chức năng tự động hâm dầu 84

4.3 Chọn thiết bị thực hiện chức năng tự động đốt lò 87

4.4 Chọn thiết bị thực hiện chức năng tự động điều chỉnh áp suất hơi 87

4.5 Chọn thiết bị thực hiện chức năng tự động kiểm tra, báo động và bảo vệ 88

Chương 5: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN LẮP RÁP RƠLE CẢM BIẾN NGỌN LỬA VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT NHIÊN LIỆU 89 5.1 Phương án lắp ráp rơle cảm biến ngọn lửa 89

5.1.1 Lựa chọn mạch nguyên lý 89

5.1.2 Phương án làm mạch in và lắp ráp 91

5.2 Phương án lắp ráp hệ thống điều khiển giám sát nhiên liệu 95

5.2.1 Lựa chọn sơ đồ điều khiển hâm nhiên liệu 95

5.2.2 Lựa chọn sơ đồ giám sát nhiên liệu 97

KẾT LUẬN 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, ngành công nghiệp tàu thủy trên thế gới nói chung cũng nhưngành công nghiệp tàu thủy ở Việt Nam ta nói riêng đang trên đà phát triển rấtmạnh mẽ Với địa thế thuận lợi là có bờ biển dài hơn hai ngàn cây số, nguồnnhân lực dồi dào có trình độ cao làm việc trong ngành công nghiệp tàu thủy, vàviệc áp dụng nhiều công nghệ mới tiên tiến để đóng mới và sửa chữa tàu biển ởcác nhà máy đóng tàu ở nước ta Qua đó đã góp phần không nhỏ trong quá trìnhcông nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành đóng tàu trong nước, mà còn đưa ngànhcông nghiệp đóng tàu của nước ta lên một tầm cao mới, dần ngang tầm với cácquốc gia có ngành công nghiêp đóng tàu phát triển nhất trên thế gới hiện nay.Chúng ta đã đóng được những con tàu cỡ lớn với chất lượng cao, được sự tincậy và nhận được nhiều đơn đặt hàng từ nhiều bạn hàng trên thế giới

Là một sinh viên học tập chuyên môn tại khoa Điện - Cơ của trường đại họcHải Phòng Sau hơn hai năm học tập và rèn luyện, em đã được trang bị tươngđối đầy đủ các kiến thức cơ bản về ngành Điện Công nghiệp và Dân dụng Sau 2tháng thực tập tốt nghiệp tại nhà máy đóng tàu trên địa bàn Hải Phòng để bổ

sung về kinh nghiệm thực tế, em đã được giao cho đề tài: “ Tổng quan về nồi hơi tàu thuỷ, đi sâu nghiên cứu đề xuất phương án chế tạo hệ thống điều khiển, rơle cảm biến ngọn lửa và giám sát hệ thống nhiên liệu’’ Mục đích của

đề tài là tìm hiểu, nghiên cứu tổng quan về Nồi Hơi tàu thủy, nghiên cứu về các

hệ thống Nồi Hơi trên một số tàu hiện nay, và đi sâu nghiên cứu phần tử cảmbiến ngọn lửa bán dẫn

Sau thời gian mười tuần nhận đề tài, với sự nỗ lực nghiên cứu của bản thân,

được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Tiến Ban cùng các thầy cô giáo trong khoa Điện – Cơ Trường Đại học Hải Phòng đã

giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Trong quá trình hoàn thành đồ án do trình độ bản thân còn nhiều hạn chế,cho nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Để giúp cho

đồ án tốt nghiệp của mình được hoàn chỉnh hơn nữa, em kính mong các thầy côtrong khoa góp ý, bổ sung để đồ án của em được hoàn thiện hơn

EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN !

Hải phòng, ngày … tháng…….năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quốc Việt

Chương 1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG

NỒI HƠI TÀU THUỶ 1.1 Khái niệm chung

Ngày nay, nhân loại cần năng lượng chủ yếu ở dạng điện năng, cơ năng.Nhưng cơ năng, điện năng không tự nhiên sinh ra mà cần phải biến đổi từ cácnguồn nguyên liệu khác như: than, dầu lửa, khí tự nhiên,…Để có cơ năng, điệnnăng cần sử dụng các thiết bị biến đổi năng lượng như: Động cơ Điesel, động cơ

tu bin khí, động cơ tu bin hơi,… Trong đó hơi nước là môi chất quan trọng,được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để biến đổi năng lượng từ các dạngkhác nhau thành cơ năng, điện năng

Nồi hơi tàu thuỷ là thiết bị sử dụng năng lượng của chất đốt (hoá năngcủa dầu đốt, than, củi) biến nước thành hơi có áp suất và nhiệt độ cao Trên tàuthuỷ người ta đã sử dụng nồi hơi như một nguồn năng lượng chính (chạy tuốcbin hơi nước) để quay chân vịt tàu, cũng như phục vụ các thiết bị máy móc phụkhác như tời neo, bơm, Ngày nay cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật,máy hơi nước dần dần được thay thế bởi các thiết bị máy móc khác, tuy nhiênnồi hơi còn chiếm giữ một vai trò nhất định trên tàu đặc biệt là tàu vận tải hoặcnhững tàu có chứa dầu thô, để hâm nóng dầu thô, dầu nặng, ngoài ra nồi hơi còntạo ra hơi nước để sấy máy, hâm nước, sưởi ấm, phục vụ cho nhu cầu sinh hoạtcủa thuyền viên trên tàu…

1.2 Yêu cầu của hệ thống nồi hơi tàu thuỷ

- Sử dụng an toàn: Là hệ thống có thể gây tai nạn cho tàu do vậy nồi hơi củatàu phải có kết cấu bền chắc và qua thử nghiệm lâu dài

- Gọn nhẹ dễ bố trí trên tàu và để tăng tải trọng của tàu cũng như tầm xa hoạtđộng của tàu thì nồi hơi dùng có dung tích lớn và quá trình bốc hơi cao

- Cấu tạo đơn giản, bố trí thiết bị tiện cho việc bảo dưỡng sửa chữa và khaithác

- Có tính cơ động cao, thời gian nhóm lò, sấy hơi nhanh Có khả năng tănggiảm tải để thích ứng với tải của động cơ, khi cần thiết nồi hơi có thể quá tải25% - 45% Có thể chịu được sự lắc ngang ±30º, lắc dọc ±12° thì không thò cácphần ống đốt lên khỏi mặt nước.

- Khi được cung cấp nhiều loại chốt đốt ở nhiều cảng khác nhau thì nồi hơivẫn hoạt động tốt

- Hệ thống làm việc chắc chắn, tin cậy cho việc sữa chữa và vận hành

- Đảm bảo tính kinh tế cao

1.3 Phân loại hệ thống nồi hơi tàu thuỷ

1.3.1 Phân loại theo áp suất hơi

- Nồi hơi thấp áp: Áp suất đến 20 kg/cm2

- Nồi hơi trung áp: Áp suất từ 20 đến 45 kg/cm2

- Nồi hơi cao áp: Áp suất đến 80 kg/cm2

- Nồi hơi áp suất rất cao:

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

- Nồi hơi ống lửa: là nồi hơi mà lửa và khí lò đi trong ống, còn hỗn hợp nước

và hơi bao ngoài ống

- Nồi hơi ống nước: Là nồi hơi mà hỗn hợp hơi và nước đi trong ống, còn lửa

và khí lò quết bên ngoài ống

- Nồi hơi liên hợp: là nồi hơi ống lửa mà có bố trí thêm một số ống nước

1.3.4 Phân loại theo nguồn nguyên liệu

- Nồi hơi đốt dầu(than)

- Nồi hơi khí xả

- Nồi hơi liên hợp đốt dầu và kết hợp cả khí xả

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

- Nồi hơi nằm

- Nồi hơi đứng

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

- Nồi hơi chia nhiều phần

- Nồi hơi 2 bầu

- Nồi hơi 3 bầu

1.3.7 Phân loại theo dòng khói lò

- Nồi hơi 1 và 3 hành trình

- Nồi hơi 1 và 3 dòng chảy

1.3.8 Phân loại theo sự tuần hoàn của nước nồi

- Nồi hơi tuần hoàn tự nhiên: Sự tuần hoàn của hơi và nước trong nồi hơi là do

sự chênh lệch nhiệt độ và mật độ gây nên

- Nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức: Việc tuần hoàn của hỗn hợp nước và hơi trongnồi hơi là nhờ tác động của ngoại lực bên ngoài(bơm tuần hoàn)

1.3.9 Phân loại theo vòng tuần hoàn

- Nồi hơi một vòng tuần hoàn

- Nồi hơi 2 vòng tuần hoàn

1.3.10 Phân loại theo phương pháp cung cấp không khí

- Nồi hơi với thông gió tự nhiên

- Nồi hơi dùng quạt hút

- Nồi hơi dùng quạt gió tăng áp

1.3.11 Phân loại theo sự điều khiển nồi hơi

- Nồi hơi với sự điều khiển bằng tay

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

1.3.12 Phân loại theo công dụng

- Nồi hơi chính: Là nồi hơi cung cấp hơi nước cho thiết bị đẩy tàu trong

các máy hơi nước chính, hoặc tu bin hơi chính lai chân vịt và dùng cho các máyphụ, thiết bị phụ và nhu cầu sinh hoạt

- Nồi hơi phụ: là nồi hơi mà hơi tạo ra được cung cấp cho các máy phụ, thiết

bị phụ và nhu cầu sinh hoạt

- Nồi hơi kinh tế (nồi hơi khí xả): Là nồi hơi tận dụng nhiệt độ còn cao của khí

xả của động cơ điesel chính để sản xuất hơi Hơi của nó dùng để hâm nóng dầuđốt, dầu nhờn và phục vụ sinh hoạt

1.4 Cấu trúc tổng thể của một hệ thống nồi hơi tàu thuỷ

1.4.1 Hệ động lực hơi nước:

Hình1.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ động lực hơi nước

- Trên sơ đồ nguyên lý của một hệ động lực hơi nước bao gồm các thiết bị sau:

- Nồi hơi: là thiết bị sinh hơi, hơi ra khỏi nồi hơi là hơi bão hoà ẩm

- Bộ sấy hơi: Hơi đi ra khỏi nồi hơi là hơi bão hoà ẩm nên được

đưa qua bộ sấy hơi hay bộ quá nhiệt để sấy khô thành hơi quá nhiệt

- Tuabin hơi: Sau khi thành hơi qúa nhiệt, hơi được đua vào tuabin

hơi để giãn nở sinh công Quá trình giãn nở đoạn nhiệt làm cho áp suất hơi giảmxuống

- Bầu ngưng: Bầu ngưng được làm mát bằng nước biển Khi hơi đi

ra khỏi tuabin hơi thì được đưa tới bầu ngưng Ở đây hơi được làm lạnh vàngưng tụ thành nước

- Bơm cấp nước: Nước ra khỏi bầu ngưng được đưa trở lại nồi hơi

nhờ bơm cấp nước Bơm cấp nước vào nồi cần phải tạo ra một áp lực thắngđược lực đẩy do áp lực của nước trong nồi hơi và lực cản của đường ống cấpnước.

1.4.2 Cấu trúc hệ thống nồi hơi tàu thuỷ:

Hình1.2: Cấu trúc hệ thống nồi hơi tàu thuỷ

Hệ thống nồi hơi tàu thuỷ gồm có:

a Nồi hơi:

Nồi hơi có một hoặc nhiều cái, là nơi chứa buồng đốt, các cụm ống nướcsôi, các vách ống (hoặc các ống lửa), bộ sấy hơi, bộ sưởi không khí Trên thànhnồi hơi còn gắn ống thuỷ hoạt động theo nguyên lý bình thông nhau, vì thế mứcnước trong nồi và ống thuỷ là tương đương nhau để theo dõi mức nước trongnồi

b Buồng đốt

Buồng đốt là không gian để cho chất đốt biến thành khí cháy

(khí lò) có nhiệt độ từ 9000C – 15300C Chất đốt thường là dầu nặng hoặc

dầu nhẹ và được phun vào buồng đốt bằng các súng phun áp lực cao

c Các ống nước sôi và các cách ống:

Các ống nước sôi và các vách ống dùng để biến nước thành hơi bão hoà.Các ống của bộ sấy hơi hấp thụ nhiệt của khí lò và biến hơi bão hào thành hơi

sấy Phần lớn hơi sấy được cấp cho máy chính, và một phần được đưa qua bộgiảm sấy Số hơi sấy đi qua các ống của bộ giảm sấy nhả bớt nhiệt cho hơi nướctrong bầu nồi biến thành hơi giảm sấy cấp cho thiết bị phụ và phục vụ cho sinhhoạt của thuyền viên.

d Thiết bị thông gió:

Thiết bị thông gió gồm có: Quạt gió, quạt hút khói dùng để cung cấp đầy

đủ không khí cho sự cháy của chất đốt, khắc phục sự cản không khí để đưakhông khí vào buồng đốt, thổi sạch các khí CO, CO2 và các khí dễ nổ… đã lưutrữ trong lò lúc trước, sau, và trong quá trình đốt, khắc phục sức cản của khí lò

để đảm bảo cho khói lò thoát lên trời Quạt gió có thể được lại bởi một động cơriêng hoặc trong một số hệ thống thì quạt gió được lai luôn bằng bơm tuần hoàndầu Việc điều chỉnh lượng gió thường được điều chỉnh qua độ mở của của gió

e Hệ thống cấp nước:

Hệ thống cung cấp nước cho nồi hơi có nhiệm vụ duy trì mức nước nồitrong phạm vi cho phép Hệ thống bao gồm các bơm cấp nước nồi, hệ thống vanống, thiết bị cảm biến mức nước để điều khiển bơm Sơ đồ một hệ thống cấpnước điển hình:

Hình1.3: Hệ thống cấp nước không liên tục

1 Bảng điều khiển nồi hơi

2 Két nước nồi hơi

11.Thiết bị cảm ứng mứcnước

Nước cấp cho nồi được bổ sung tới két vách 5 từ hai nguồn: Nước

tù két chứa nước nồi hơi được dẫn qua thiết bị trao đổi ion làm mềm nước vànước ngưng tụ từ bình ngưng Tại két vách cạn thì váng dầu được giữ lại Nướcsạch được bơm cấp nước hút qua phin lọc rồi cấp vào bầu nồi qua van một chiều

và van cấp nước Van một chiều có nhiệm vụ không cho nước trong nồi hơichảy trở lại hệ thống Động cơ điện lai bơm cấp nước được điều khiển tự độngnhờ bộ điều khiển đặt trong bảng điêù khiển thông qua tín hiệu điều khiển đượcgửi về từ bộ cảm biến mức nước nồi hơi

Một số nồi hơi có thông số cao có thể được trang bị hệ thống cấp nướcliên tục nhờ van điện từ như hình vẽ sau:

Hình1.4: Hệ thống cấp nước liên tục

Trong hệ thống cấp nước liên tục thì bơm cấp nước được thiết kế hoạtđộng liên tục trong thời gian nồi hơi hoạt động Việc tự động cấp nước đượcthực hiện nhờ việc đống mở van điện từ Van điện từ được điều khiển đóng mởnhờ bộ điều khiển trung tâm, lấy tín hiệu từ thiết bị cảm ứng mức nước nồi hơi.Lượng nước thừa chảy trở lại két vách qua lỗ tiết lưu.

f Hệ thống nhiên liệu:

Có chức năng cung cấp nhiên liệu cho buồng đốt để duy trì sự cháy Hệthống cung cấp nhiên liệu có thể là hệ thống nhiên liệu một vòng tuần hoàn hoặc

là hệ thống nhiên liệu hai vòng tuần hoàn

*Hệ thống nhiên liệu một vòng tuần hoàn:

Hình1.5: Hệ thống nhiên liệu một vòng tuần hoàn

1 Két dầu DO

2 Két dầu FO

7 Nhiệt kế

8 Các rơle nhiệt

có nhu cầu cấp nhiên liệu vào buồng đốt, nghĩa là áp suất hơi trong nồi hơi thấp.Điều này xảy ra khi mới bắt đầu đốt nồi hơi hoặc khi nồi hơi đang hoạt động ởchế độ tự động mà áp suất hơi giảm xuống giá trị đặt trước Tuy nhiên nhiên liệuchỉ có thể được cấp vào buồng đốt nồi hơi khi các điều kiện để đảm bảo cho quátrình cháy đủ như: quạt gió đã chạy, nhiệt độ hâm nhiên liệu đảm bảo, áp suấtnhiên liệu đảm bảo, mức nước nồi hơi đảm bảo Khi đốt với nhiên liệu FO thìbầu hâm 9 được đưa vào hoạt động Thông thường người ta sủ dụng các bầuhâm điện Nhiệt độ hâm nhiên liệu được điều chỉnh tự động nhờ các rơle nhiệt.Một rơle nhiệt dùng để đóng, ngắt nguồn hâm khi nhiệt độ nhiên liệu thấp haycao, ngoài ra còn có các rơle nhiệt điều khiển bơm tuần hoàn nhiên liệu, báođộng nhiệt độ nhiên liệu cao Khi nhiệt độ nhiên liệu quá thấp ( < 850C ) mộtrơle nhiệt đưa tín hiệu báo động nhiệt độ nhiên liệu thấp đồng thời van điện từđược mở để nhiên liệu tuần hoàn qua bầu hâm, dừng quá trình cháy.

Một số nồi hơi có thể được thiết kế cháy ở hai chế độ: cháy thấp và cháycao Khi ấy trình tự hoạt động của hệ thống nhiên liệu là: NGẮT - CHÁYTHẤP - CHÁY CAO – CHÁY THẤP – NGẮT Việc chuyển từ cháy thấpsang cháy cao thực chất là tăng lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt nồi hơi Có

hai cách để thay đổi lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt: sử dụng hai súng phunhoặc sử dụng hai chế độ áp suất phun.

*Hệ thống nhiên liệu hai vòng tuần hoàn:

Hình1.6: Hệ thống nhiên liệu hai vòng tuần hoàn

16 Bầu hâm điện

17 Bơm nhiên liệu

18 Van điều chỉnh áp suất

Một số hệ thống nồi hơi được trang bị hệ thống nhiên liệu hai vòng tuầnhoàn Hệ thống kiểu này có hai bơm nhiên liệu hình thành hai vòng tuần hoàn Ởvòng ngoài nhiên liệu được hút từ két FO qua bơm, qua van tràn rồi trở lại két.Bơm tuần hoàn nhiên liệu ở vòng trong chính là bơm cấp nhiên liệu cho súngphun Nhiên liệu được hút từ ống góp hoà trộn qua bầu hâm, tới bơm và đượcđưa tới súng phun rồi trở lại ống góp qua van điện từ Hai vòng tuần hoàn đượcnối với nhau bởi một lưu lượng kế Áp suất ở vòng tuần hoàn ngoài được duy trì

ở khoảng 2.5kg/cm2, áp suất nhiên liệu ở vòng trong phụ thuộc vào trạng tháicủa van điện từ Nếu van điện từ mở thì nhiên liệu chỉ tuần hoàn qua bầu hâmrồi trở lại ống góp Nếu van điện từ đóng nhiên liệu được phun vào buồng đốt.Lượng nhiên liệu tiêu hao được bổ sung từ vòng tuần hoàn ngoài qua lưu lượng

kế Khi làm việc với nhiên liệu DO bơm tuần hoàn vòng ngoài dừng, nhiên liệuđược cấp tới qua van by – pass

Chương 2 CÁC CHỨC NĂNG CỦA NỒI HƠI TÀU THUỶ

VÀ CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 2.1 Chức năng tự động cấp nước nồi hơi:

- Mục đích: Nhờ có chức năng tự động cấp nước mà mức nước trong nồihơi luôn được gĩư ở một mức độ nhất định, và không xảy ra các sự cố như cháynồi do mức nước trong nồi hơi quá thấp hoặc bị tràn nước ra ngoài do mứcnước trong nồi hơi quá cao Để thực hiện chức năng này người ta thường dùng

2 bơm cấp nước (một bơm làm việc còn một bơm dự trữ) Ngoài ra trong một

số hệ thông nồi hơi còn được trang bị thêm cả bơm tăng cường và bơm tuầnhoàn nước Bơm tăng cường nhăm mục đích tăng áp lực của nước bơm vào nồi

để thắng được áp lực hơi nước trong nồi Còn bơm tuầm hoàn có mục đích làbơm nước vào nồi tuần hoàn theo một chu trình thơi gian đặt trước

- Mức nước trong nồi hơi luôn được giữ ở mức hmin< h < hmax

hmin: Mức nước vẫn duy trì đốt nồi

hmin1: Báo động mức nước thấp

hmin2 : Báo động mức nước quá thấp

và dừng đốt lò

hmax: Mức nước dừng bơm cấp nước

hmax1: Báo động mức nước cao

h

h h h h

max1

max min min1 min2

Hình 2.1: Mức nước nồi hơi

Phương trình thuật toán điều khiển:

B(t)=hmin + B(t-1).hmax

hmin: Tín hiệu cần bơm

hmax : Tín hiệu dừng bơm

B(t) : Lệnh bơm

B(t-1): Trạng thái trước đó của lệnh bơm

B(t)=1 Động cơ lai bơm có điện

B(t)=0 Động cơ lai bơm không có điện

Tuỳ theo mức nước trong nồi hơi mà các tiếp điểm cảm biến có điện để điềukhiển động cơ lai bơm

h <= hmin : Chạy bơm

h > hmin  : Bơm vẫn tiếp tục chạy

Hình 2.3: Lưu đồ thuật toán tự động cấp nước nồi hơi

Bật nguồn điều khiển

Chọn bơm 1 hoặc bơm 2

Hình 2.4: Lưu đồ thuật toán giám sát mức nước nồi hơi

2.2 Tự động hâm dầu đốt.

Nồi hơi thường dùng dầu nhẹ để đốt mồi sau đó lò cháy thành công mớichuyển sang dầu đốt Để kinh tế thì dầu đốt sử dụng trong nồi hơi thường là dầunặng, mà dầu nặng thường là có độ nhớt cao, quá trình phun sương khó khăn,bắt lửa kém Chính vì vậy trước khi phun vào nồi hơi dầu phải được hâm nóng,nhiệt độ hâm thường từ 80°C - 130°C Để hâm dầu ban đầu người ta thườngdùng năng lượng điện sau đó thì dùng chính hơi của nồi để sấy Để đảm bảo thìnhiệt độ cần thoả mãn nằm trong khoảng:

t°min <= t° <= t°max

t°min Tín hiệu đưa bộ sấy vào hoạt động

t°max Tín hiệu dừng bộ sấy

Phương trình thuật toán

H(t) = t°min +H(t-1) t°max

H(t)  : Lệnh hâm dầu

Bật nguồn giám sát

Hmin2

Hmin1

Hmax1

Báo động mức

nước nồi hơi

cao

Báo động mức nước nồi hơi thấp

Báo động mức nước nồi hơi quá cao và cắt đốt

Cao

ThấpThấp

Thấp

H(t-1) : Lệnh hâm dầu trước đó được nhớ lại.

Tuỳ thuộc vào nhiệt độ của dầu trong két mà các cảm biến có điện

t°<= t°min Điện trở sấy được đưa vào hoạt động

t°min < t° < t°max Điện trở sấy vẫn tiếp tục hoạt động

t°= t°max Dừng quá trình sấy

Để khống chế quá trình hâm nóng dầu ở trên người ta thường dùng haicảm biến nhiệt đơn hoặc dùng một cảm biến nhiệt kiểu vi sai Qúa trình hâmsấy dầu đốt được tự động và cũng có thể điều khiển bằng tay khi mạch điềukhiển tự động có sự cố Ngoài ra trong quá trình hâm sấy dầu đốt sẽ có bộphận kiểm tra áp lực dầu, áp lực dầu đốt phải đảm bảo thì điều kiện đốt lò tiếptheo mới đảm bảo

Sơ đồ logíc:

max

min

(t) t

Hình 2.6: Lưu đồ thuật toán tự động hâm dầu đốt nồi hơi

Kết thúc

Bắt đầu

Có nguồn

Đ

Dừng hâm

T>=TmaxS

Đ

Hình 2.7: Lưu đồ thuật toán tự động báo động và bảo vệ dầu đốt nồi hơi

Bật nguồn giám sát và bảo vệ

T>=

Tmax1

S

Đ

Báo động nhiệt độ dầu cao

Cắt đốt nồi

S

ĐS

2.3 Chức năng tự động đốt lò:

Ngày nay các nồi hơi được tự động hoá quá trình đốt, các phần tử đảmnhiệm chức năng đó gọi là thiết bị chương trình Chương trình đốt này phảiđược thực hiện một cách tuần tự mà không thể đảo thứ tự được và các thiết bị

đó có thể thuộc các loại sau:

- Cam chương trình: Là trục cam trên đó có các ti, vấu có đường kính và hình

dáng nhất định, tuỳ thuộc vào thời gian nhất định mà vấu đó đóng hoặc mở Qua

đó sẽ điều khiển các thiết bị trung gian để thực hiện một nhiệm vụ nhất định.Với hệ thống Cam chương trình thì khó có thể thay đổi được chương trình Nếumuốn thay đổi chỉ có thể là thay cam

- Rơle chương trình dạng bán dẫn, vi mạch: Thông thường dùng rơle thời gian,

mỗi rơle tương ứng với nhiệm vụ cụ thể và có thể thay đổi được, nhưng phảithay đổi bằng phần cứng bên ngoài

- Dùng PLC: Là thiết bị lập trình được và chương trình lập trình có thể thay đổi

được một cách linh hoạt Chương trình điều khiển nồi hơi sẽ được lập trìnhtrong đó theo một tuần tự nhất định và được thực hiện một cách tự động Ngàynay thì phần lớn các hệ thống nồi hơi trên tàu thuỷ đều sử dụng PLC để điềukhiển và giám sát tự động

Thuật toán cho quá trình tự động đốt, dù đốt bằng tay hoặc đốt tự động thìcác quá trình đốt lò cũng xảy ra theo các bước sau:

* Giai đoạn chuẩn bị đốt:

Khi các điều kiện sau phải đảm bảo thì mới tiến hành công việc đốt:

- Mức nước trong nồi hơi phải đảm bảo(đủ) do mạch tự động hoặc bằng tay cấpnước thực hiện

- Nhiệt độ dầu đốt phải đảm bảo, được thực hiện bởi mạch hâm sấy dầu đốt

- Áp suất dầu đốt phải đảm bảo do bơm dầu đốt thực hiện

- Quạt gió không có sự cố

- Toàn bộ các phần tử trong hệ thống không có sự cố

- Mở cửa gió, mở le gió, bật quạt gió, để thổi sạch khí ra khỏi lò đồng

thời cấp ôxi cho lò đảm bảo dễ cháy và an toàn cho lò

- Biến áp đánh lửa hoạt động, dầu mồi hoặc dầu đốt dã được hâm nóng đếnnhiệt độ cần thiết sẽ được phun vào lò

- Đến đây sẽ xảy ra khả năng là cháy và không cháy:

+ Nếu cháy thành công:

Kết quả quá trình đốt lò là ngọn lửa xuất hiện, qua phần tử cảm biến ngọnlửa (phần tử quang) và qua rơle cảm biến ngọn lửa sẽ phản hồi về để ngắt biến

áp đánh lửa, rồi chuyển sang dầu đốt và ngắt phun dầu mồi Báo cháy thànhcông bằng đèn trên bảng đồng thời mở thêm le gió để đưa thêm gió vào lò Khi

đó thiết bị chương trình dừng lại ở vị trí nhất định sau khi đã thực hiện xong cácbước ở trên

+ Nếu cháy không thành công:

Tự động dừng đốt lò, tắt phun dầu để cắt dầu vào buồng đốt, tắt biến ápđánh lửa và duy trì quạt gió hoạt động thêm một thời gian nữa để tiếp tục thổikhí CO, CO2 ra khỏi lò để chuẩn bị cho lần đốt sau và thiết bị chương trình cóđiện để quay về trạng thái ban đầu để thực hiện cho lần đốt sau Sau khoảng bađến bốn lần đốt không thành công thì nồi hơi có sự cố Nồi hơi sẽ tự động ngưngđốt và báo động bằng chuông còi, đèn để cho người vận hành biết Khi đó ngườivận hành sẽ phải khắc phục sự cố và ấn nút hoàn nguyên để chuẩn bị đốt lại

Hình 2.8: Lưu đồ thuật toán tự động đốt nồi hơi

2.4 Tự động duy trì áp suất hơi:

Trong quá trình vận hành nồi hơi, áp suất hơi là một thông số rất quantrọng cần được điều khiển Yêu cầu đặt ra là phải duy trì áp suất hơi nằmtrong trạng thái cho phép là:

Pmin <=P <= Pmax

Pmin= 3-4 Kg/cm²

Pmax =5-7,5 Kg/cm²

Qúa trình điều khiển áp suất hơi trong nồi hơi được thực hiện bằng cáchkhi áp suất hơi trong nồi đạt giá trị xác định thì dừng đốt, còn khi áp suất hơitrong nồi giảm đến giá trị đặt thì nồi hơi tự hoạt động lại

§ K cöa giã

2

§ K PdÇuc¶m biÕn P

Phương trình thuật toán cho quá trình hai cấp:

V1(t) = P1 min + V(t-1).P1max

V2(t) = P1* min + P2 min.V1(t) +V2(t-1)P2 max

Dùng hai cảm biến áp suất hơi dạng vi sai, mỗi cảm biến đặt theo haingưỡng :

P1 min ; P1max

P2 min ; P2 max

Giới hạn thông số đặt phải thoả mãn sau

P1 min< P2 min < P2 max < P1max

P1* min : Áp suất hơi ở giới hạn P1 min nhưng có trễ thời gian

P <= P1min : V1(t), V2(t) hoạt động nên đốt cao

P1min< P < P2 max : V1(t), V2(t) hoạt động vẫn đốt cao

P2 max< P < P1max : V1(t)=1, V2(t)=0 đốt thấp

P= P1max : V1(t), V2(t) không hoạt động dừng đốt

P= P1min : Đốt lại

p

max 1

p

min 1

p

min 2

p

TrÔ

max 2

Hình 2.11: lưu đồ thuật toán tự động điều chỉnh áp suất hơi

2.5 Tự động kiểm tra, báo động và bảo vệ nồi hơi:

* Các thông số báo động,bảo vệ nồi hơi:

- Mức nước trong nồi hơi giảm quá thấp nhỏ hơn bằng mức nước hmin2 thì hệthống sẽ thực hiện báo động và dừng đốt lò

- Áp suất dầu đốt không đảm bảo cũng dẫn đến báo động và dừng đốt lò

- Nhiệt độ dầu đốt thấp, dẫn đến báo động và dừng đốt lò.

- Quạt gió có sự cố cũng dẫn đến báo động và dừng đốt lò

- Mất lửa, dẫn đến báo động và dừng đốt lò

- Nhiệt độ khí xả lò quá cao, dẫn đến báo động và dừng đốt lò

- Lò đốt không thành công, dẫn đến báo động và dừng đốt lò Qúa trình điềukhiển tắt lò là tắt nhiên liệu cấp vào lò và quạt gió tiếp tục hoạt động saumột thời gian nữa rồi mới dừng

- Mất nguồn điều khiển cũng ngừng đốt lò

* Các thông số báo động:

- Mức nước giảm thấp h < hmin1

- Mức nước trong nồi hơi quá cao h > = hmax1

- Nhiệt độ dầu đốt cao

- Báo chế độ điều khiển

- Áp suất hơi quá cao van an toàn tự xả

Chương 3 CÁC HỆ THÔNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI TÀU THUỶ ĐIỂN HÌNH 3.1 Hệ thống điều khiển Nồi Hơi dùng contactor, relay và cam chương trình

Khi công nghệ bán dẫn và các thiết bị lập trình được chưa phát triển, thìviệc điều khiển những hệ thống trên tàu thuỷ thường được thực hiện bằng cáchkết hợp các khí cụ điện rời rạc với thiết bị điều khiển đó là cam chương trình

3.1.1 Giới thiệu phần tử

52 : Aptomat nguồn cho hệ thống

BM : Quạt thông gió

H : Điện trở sấy 3 pha dùng để sấy dầu FO

WP1 : Động cơ lai bơm nước số 1

WP2 : Động cơ lai bơm nước số 2

51WP1 : Rơle nhiệt bảo vệ quá tải cho bơm nước số 1

52WP1(51) : Công tắc tơ điều khiển cấp nguồn cho bơm nước số 1

51WP2 : Rơle nhiệt bảo vệ quá tải cho bơm nước số 2

52WP2(53) : Công tắc tơ điều khiển cấp nguồn cho bơm nước số 2

51B : Rơle nhiệt bảo vệ quá tải cho quạt gió

52B : Công tắc tơ điều khiển cấp nguồn cho quạt gió

88H : Công tắc tơ điều khiển cấp nguồn cho điện trở sấy dầu

F3 : Cầu chì bảo vệ ngắn mạch cấp nguồn cho điện trở sấy

TR : Biến áp hạ áp cấp nguồn cho mạch điều khiển

F6(1) : Cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho mạch điều khiển

F7(2) : Cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho mạch đèn tín hiệu

WL(2) : Đèn báo nguồn

GL1(3) : Đèn báo cháy thành công

GL2(4) : Đèn báo đốt hai vòi

GLH(5) : Đèn báo điện trở sấy đang hoạt động

RLL1(6) : Đèn báo mức nước trong nồi thấp

RLH(7) : Đèn báo mức nước trong nồi cao

RLF(8) : Đèn báo cháy không thành công

RLD(9) : Đèn báo nhiệt độ dầu đốt thấp

RLL2(11) : Đèn báo mức nước trong nồi quá thấp

GLWP1 : Đèn báo bơm nước số 1 đang chạy

GLWP2(13) : Đèn báo bơm nước số 2 đang chạy

Z(15) : Còi báo động tại chỗ

5ZX(16) : Rơle trung gian để đưa đi báo động chung

5Z : Nút ấn để reset báo động

3S-23QZ : Công tắc điều khiển quá trình sấy dầu

23Q1 : Cảm biến nhiệt độ dầu đốt dùng để điều khiển trong tự động hâm dầu

23Q3 : Cảm biến nhiệt độ dầu đốt dùng để điều khiển trong tự động hâm dầu

23Q2 : Cảm biến nhiệt độ dầu đốt dùng để báo động nhiệt độ dầu thấp23QZX : Rơle trung gian dùng để báo động và bảo vệ khi nhiệt độ dầu đốt thấp

33WL2(18) : Tiếp điểm của cảm biến mức nước quá thấp

33WL1(19) : Tiếp điểm của cảm biến mức nước trong nồi thấp

33WH(19) : Tiếp điểm cảm biến mức nước trong nồi cao

62WL2(18) : Rơle thời gian để chống nhiễu do hiện tượng rung lắc của nồi hơi

ở mức nước quá thấp5WL2(18) : Rơle trung gian dùng để báo động và bảo vệ khi mức nước nồi hơi

quá thấp62WH(19) : Rơle thời gian để chống nhiễu do hiện tượng rung lắc của nồi hơi

ở mức nước cao5WH(19) : Rơle trung gian dùng để báo động khi mức nước trong nồi hơi cao62WL1(19) : Rơle thời gian dung để chống nhiễu do hiện tượng rung lắc của nồi

hơi khi mức nước thấp5WL1(20) : Rơle trung gian dùng trong báo động mức nước nồi hơi thấp

62WP1(25) : Tiếp điểm cảm biến mức nước dùng để điều khiển khởi động bơm

nước