Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu với chất lượng tốt, nhiệt độ phù hợp vào trong buồng đốt nồi hơi. Hệ thống nhiên liệu
bao gồm: các két nhiên liệu, phin lọc, bơm tuần hoàn nhiên liệu, bầu hâm nhiên liệu, súng phun nhiên liệu, van điện từ. Dưới đây trình bày hai hệ thống nhiên liệu tiêu biểu.
a) Hệ thống nhiên liệu một vòng tuần hoàn
Hệ thống nhiên liệu hoạt động theo chế độ CẤP/NGẮT (ON/OFF
Control). Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau: Nhiên liệu từ các
két DO hoặc FO được bơm nhiên liệu hút qua các van chặn (thường là các van đóng nhanh), van ba ngả, phin lọc rồi được đẩy qua bầu hâm. Bằng cách thay đổi vị trí của van ba ngả có thể sử dụng một trong hai phin lọc hoặc cả hai. Nếu sử dụng nhiên liệu nặng (HFO), nhiên liệu sẽ được hâm tới nhiệt độ cao tại bầu hâm (khoảng 95-120oC), sau đó được đưa tới súng phun.
Tuỳ từng điều kiện mà van điện từ bố trí trên đường dầu hồi có thể được điều khiển đóng hoặc mở theo các chương trình được đặt sẵn từ bộ điều khiển trung tâm. Nếu van điện từ đóng, áp suất nhiên liệu sau bơm cấp sẽ tăng lên và nhiên liệu sẽ được súng phun phun vào buồng đốt; nếu van điện từ mở, áp suất nhiên liệu thấp không đủ để mở van tuần hoàn trên súng phun nên không được cấp vào buồng đốt mà tuần hoàn ngược trở lại bơm. Tín hiệu lệnh được đưa tới bộ điều khiển trung tâm để đóng van điện từ khi có nhu cầu cấp nhiên liệu vào buồng đốt, nghĩa là khi 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 ở chế độ tự động mà áp suất hơi giảm đến giá trị đặt trước. Tuy nhiên, nhiên liệu chỉ có thể được cấp vào buồng đốt nồi hơi (van điện từ đóng lại) khi các điều kiện để đảm bảo cho quá trình cháy đủ như: quạt gió đã chạy; nhiệt độ hâm nhiên liệu đảm bảo, áp suất nhiên liệu đảm bảo; mức nước nồi hơi không thấp.
Hình 5.2. Hệ thống nhiên liệu một vòng tuần hoàn.
Khi đốt với nhiên liệu FO thì bầu hâm được đưa vào hoạt động. Thông thường người ta sử dụng các bầu hâm điện. Nhiệt độ hâm nhiên liệu được điều chỉnh tự động nhờ các rơ le nhiệt. Một rơle nhiệt đảm nhận nhiệm vụ đóng, ngắt nguồn hâm khi nhiệt độ nhiên liệu thấp hay cao (ví dụ: đóng khi nhiệt độ giảm tới 95oC, ngắt khi nhiệt độ tăng đến 120oC); ngoài ra còn có các rơle nhiệt điều khiển bơm tuần hoàn nhiên liệu, báo động nhiệt độ nhiên liệu cao (trên 145oC). Khi nhiệt độ nhiên liệu quá thấp (dưới 85oC) một rơle nhiệt đưa tín hiệu báo động nhiệt độ nhiên liệu thấp đồng thời van điện từ được 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 cháy cao (low/high flame). Khi ấy trình tự hoạt động của hệ thống nhiên liệu là: NGẮT - CHÁY THẤP - CHÁY CAO - CHÁY THẤP - NGẮT (OFF/LOW/HIGH/LOW/OFF). Việc chuyển từ cháy thấp sang cháy cao thực chất là tăng lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt nồi hơi. Thông thường có hai cách để thay đổi lượng nhiên liệu cấp: sử dụng hai súng phun; sử dụng hai chế độ áp suất phun nhiên liệu. Với trường hợp đầu tiên bơm cấp nhiên liệu đồng thời tới hai súng. Hai súng phun này được điều khiển độc lập: ở chế độ cháy thấp chỉ một súng phun được đưa vào làm việc; khi chuyển sang cháy cao, cả hai súng phun đều cấp nhiên liệu vào buồng đốt. Trường hợp thứ hai chỉ có một súng phun nhưng hệ thống được trang bị thiết bị phun nhiên liệu đặc biệt: ở chế độ cháy thấp hệ thống được điều chỉnh để làm việc với áp suất nhiên liệu thấp (ví dụ: 2MPa), khi ấy một lượng nhiên liệu được hồi trở lại; khi chuyển sang cháy cao hệ thống sẽ tăng áp suất phun nhiên liệu lên (ví dụ: 4MPa), khi ấy lượng nhiên liệu cấp vào cũng tăng theo.
b) Hệ thống nhiên liệu hai vòng tuần hoàn
Một số nồi hơi được trang bị hệ thống nhiên liệu hai vòng tuần hoàn (Hình 5.3). Hệ thống kiểu này có hai bơm nhiên liệu hình thành hai vòng tuần hoàn. Ở vòng 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 súng phun. Nhiên liệu được hút từ ống góp hoà trộn qua bầu hâm, tới bơm và được đưa tới súng phun rồi trở lại ống góp qua van điện từ. Hai vòng tuần hoàn được nối với nhau bởi một lưu lượng kế.
Khi hệ thống này hoạt động, áp suất ở vòng tuần hoàn ngoài được duy trì khoảng 0.25 MPa, còn áp suất nhiên liệu vòng trong phụ thuộc vào trạng thái của van điện từ. Nếu van điện từ mở, nhiên liệu chỉ tuần hoàn qua bầu hâm rồi trở lại, hai vòng tuần hoàn tách rời nhau. Khi
van điện từ đóng, áp suất nhiên liệu tăng, nhiên liệu được phun vào buồng đốt. Lượng nhiên liệu tiêu hao được bổ sung từ vòng ngoài qua lưu lượng kế. Việc điều chỉnh áp suất phun nhiên liệu được thực hiện nhờ điều chỉnh van điều chỉnh áp suất 18 trên bơm nhiên liệu. Khi làm việc với nhiên liệu nhẹ (DO) bơm tuần hoàn vòng ngoài dừng, nhiên
c) Súng phun
Súng phun là thiết bị đảm nhận nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu vào trong buồng đốt nồi hơi với chất lượng tốt. Do quá trình cháy trong buồng đốt nồi hơi là quá trình cháy liên tục, nên người ta sử dụng súng phun hở. Các nồi hơi trước đây thường sử dụng súng phun áp lực, súng phun kiểu quay, súng phun hơi nước hoặc súng phun không khí nén, hoặc súng phun áp lực. Súng phun hơi nước, súng phun không khí nén có cùng nguyên lý là sử dụng công chất có áp lực cao là hơi nước hoặc không khí nén để xé tan dòng nhiên liệu. Do đặc điểm như vậy nên chất lượng phun sương khá tốt và ổn định. Tuy nhiên, súng phun hơi nước và súng phun không khí nén hiện nay ít được sử dụng do tốn công chất phun. Chúng hiện được ứng dụng ở một số thiết bị đốt dầu
thải (incinerator) do ưu điểm là phun được cả dầu lẫn nước và tạp chất
rắn.
Dưới đây trình bày cấu tạo của một súng phun sử dụng hơi nước hoặc không khí nén làm công chất phun.
Nguyên lý hoạt động của súng phun như sau: Nhiên liệu được dẫn tới đầu phun qua các rãnh dầu, công chất phun (hơi nước hoặc khí nén) với áp suất cao (0.5 – 1.0 MPa) được đưa tới trước các lỗ phun hơi. Nhờ có kết cấu rãnh xoáy lốc ở phía đầu phun, mà dòng công chất phun chuyển động xoáy với tốc độ cao ra khỏi đầu phun. Dòng xoáy lốc này hoà trộn với dòng nhiên liệu chảy vào. Nhờ có động năng lớn và chuyển động xoáy lốc của dòng công chất phun mà nhiên liệu bị xé tan thành những hạt sương nhiên liệu, đảm bảo cho sự cháy có thể diễn ra.
Đối với các súng phun kiểu này, chất lượng phun sương phụ thuộc chủ yếu vào áp suất của công chất phun và động năng tạo ra khi chúng chuyển động xoáy lốc ra khỏi đầu phun mà không phụ thuộc vào áp suất của nhiên liệu cấp. Vì vậy đối với dạng súng phun này, hệ thống nhiên liệu chỉ cần cung cấp nhiên liệu áp suất thấp đến súng phun.
Hình 5.5. Súng phun áp lực
Các nồi hơi hiện nay hầu hết sử dụng súng phun áp lực. Với loại súng phun này, nhiên liệu được phun vào buồng đốt dưới dạng chùm sương
nhiên liệu nhờ áp lực cao. Một súng phun dạng này thường bao gồm ống dẫn dầu, van tuần hoàn và đầu phun. Hình 5.5 mô tả một cụm súng phun áp lực.
Nhiên liệu áp suất cao từ bơm được dẫn tới trước van tuấn
hoàn. Van tuần hoàn (nozzle circulating valve) đóng hay mở phụ thuộc
vào áp suất nhiên liệu đưa tới nấm van (xem phần sau). Nếu van tuần hoàn mở, dầu sẽ được đưa tới đầu phun và phun vào buồng đốt. Dầu sẽ chảy qua cụm cơ cấu vành xoáy lốc và hình thành nên dòng chảy xoáy tại buồng xoáy lốc. Dầu phun ra từ lỗ phun với chuyển động xoáy giúp cho khả năng hòa trộn với ôxy được tốt hơn, hỗn hợp cháy vẫn đảm bảo cháy tốt mà không cần công chất phun như đối với súng phun hơi nước.
Nếu van tuần hoàn đóng, nhiên liệu trở về qua ống dầu hồi rồi qua van điện từ trở về cửa hút của bơm. Với cách bố trí như vậy, nhiên liệu có nhiệt độ cao được tuần hoàn tới tận đầu phun. Điều này cho phép đốt trực tiếp nhiên liệu FO mà không cần chuyển sang đốt bằng DO khi khởi động nồi hơi.
d) Van tuần hoàn
Van tuần hoàn có nhiệm vụ chặn không cho nhiên liệu tới đầu phun khi áp suất nhiên liệu thấp dưới giá trị quy định. Hình 5.7 mô tả cấu tạo một van tuần hoàn.
Phía trước van được nối với ống cấp dầu, phía sau nối với đầu phun. Bình thường van kim luôn đóng kín nhờ sức căng lò so. Chỉ khi nào áp suất nhiên liệu trên đường cấp dầu đủ lớn sao cho áp lực tác dụng lên bề mặt van kim thắng được sức căng lò xo và lực ép của hộp xếp thì van kim được mở ra. Dầu áp suất cao được đưa tới đầu phun và phun vào buồng đốt. Thông thường áp suất mở van kim được đặt thấp hơn áp suất giá trị đặt ở role bảo vệ áp suất thấp. Ví dụ cho một hệ thống làm việc với áp suất phun là 2.0 MPa thì áp suất mở van kim vào khoảng 1.2-1.3 MPa. Để điều chỉnh áp suất mở van kim có thể thay đổi sức căng lò xo bằng cách thay đổi độ dày của vành đệm số 9.
1. Thân van; 2. Bệ đỡ đế van; 3. Đế van; 4. Vành chặn; 5. Van kim; 6. Hộp xếp; 7. Lò xo; 8. Vành giữ hộp xếp; 9. Vành đệm chỉnh áp lực;
10. Bulông hãm.
e) Đầu phun
1. Thân; 2. Mặt côn; 3. Đai ốc hãm; 4. Buồng xoáy lốc; 5. Rãnh tiếp tuyến.
Hình 5.3. Đầu phun nhiên liệu.
Đầu phun (burner nozzle) có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu vào buồng
đốt với chất lượng phun sương tốt. Để tạo ra chất lượng phun sương tốt, đầu phun thường được chế tạo có dạng rãnh tiếp tuyến và buồng xoáy lốc. Dòng nhiên liệu với áp suất cao đi tới súng phun được tăng tốc khi lưu động qua rãnh tiếp tuyến rồi chảy vào buồng xoáy lốc theo phương tiếp tuyến. Nhờ vậy nhiên liệu được phun dưới dạng chùm tia nhiên liệu hình nón (Hình 5.8). 1 2 3 4 5