CHƯƠNG 7: KHÍ ĐỘNG HỌC, THỦY ĐỘNG HỌC NỒI HƠI
7.6. Đánh giá mức độ an toàn về tuần hoàn của nồi hơi
Các hiện tượng phá hoại sự tuần hoàn, gây nên cháy hỏng ống nồi hơi là: ngừng chảy, chảy ngược, phân lớp, bốc hơi trong ống xuống, xoáy cuốn hơi vào ống xuống.
Nhiệm vụ của ta là cần tìm ra nguyên nhân gây lên mỗi hiện tượng ấy, biện pháp đề phòng.
7.6.1. Hiện tượng ngừng chảy, hiện tượng chảy ngược trong ống lên 1.Nguyên nhân
Do các ống (thậm chí cùng một lớp ống) hấp nhiệtlượng không như nhau, những ống hấp ít nhiệt có cột áp có ích Pi bé, không đủ khắc phục sức cản lưu động sinh ra hiện tượng ngừng chảy hoặc chảy ngược.
2.Tác hại
Hiện tượng ngừng chảy và chảy ngược khiến cho thành ống quá nóng mà cháy hỏng. Hai hiện tượng này phát sinh ra ở trạng thái rất nhẹ tải.
Hiện tượng ngừng chảy và chảy ngược đặc biệt nguy hiểm khi, trong ống có mặt nước tự do như trường hợp ống lên thông với không gian hơi của bầu trên, hoặc trường hợp được bốc hơi quá mãnh liệt khiến cho nước từ bầu trên khó xuống.
Khi ngừng chảy, nước ở bầu dưới không đi lên bầu trên, hơi nước sinh ra trong ống lên lơ lửng không lưu động trong nước, hoặc lưu động rất chậm, nước bổ sung vào ống lên là từ không gian nước của bầu trên chảy xuống, khi ấy bội số tuần hoàn k = 1. Hiện tượng ngừng chảy thường xảy ra nhất tại các lớp ống sau được hấp ít nhiệt so với các ống cùng lớp.
Khi chảy ngược, dòng lưu động trong ống lên theo hướng từ trên xuống dưới (ngược với lưu động bình thường). Hiện tượng chảy ngược chỉ phát sinh ra đối với các nồi hơi có ống lên thông với không gian nước của bầu trên).
3.Biện pháp ngăn ngừa
- Loại trừ các nhân tố gây nên tình trạng hấp nhiệt không đều như: đóng gỉ cục bộ trên mặt ống, đối với trường hợp lượng hấp nhiệt của các ống, đối với trường hợp lượng hấp nhiệt của các ống trong vách ống không như nhau nên ngăn hộp ống thành nhiều bộ phận riêng nhau, mỗi phần có ống xuống riêng tạo thành những mạch tuần hoàn độc lập.
- Giảm sức cản ống xuống ∆Px để đảm bảo lưu tốc tuần hoàn không quá chậm khi nồi hơi nhẹ tải. Cũng vì thế lưu tốc nước vào các lớp ống sau ở 100% tải không được dưới 0,25 m/s (Nồi hơi nhiệt tải vừa) và 3,05 m/s (Nồi hơi nhiệt tải cao).
- Nếu có thể nên bố trí miệng ra của ống lên ở không gian nước của bầu trên.
- Bố trí bộ sấy hơi ở giữa hai cụm ống nước sôi I và II.
- Bố trí các ống xuống không hấp nhiệt
- Đặc biệt lưu ý khi nhẹ tải. Tuy vậy nếu khi nhẹ tải mà nhiệt độ khí lò vào lớp ống không tới 400 ÷ 420oC thì dù có ngừng chảy hay chảy ngược cũng không nguy hại gì.
7.6.2. Hiện tượng phân lớp
Nguyên nhân và tác hại của hiện tượng phân lớp nước hơi trong ống đã xét ở phần "ảnh hưởng về độ dốc của ống". Nó đặc biệt nguy hiểm khi lưu tốc tuần hoàn chậm trong các ống nằm hoặc độ dốc nghiêng bé, khi ấy màng nước trên mặt ống bị phá hoại.
Các biện pháp ngăn không xảy ra phân lớp là:
- Góc nghiêng của ống α không nhỏ hơn 150 (đối với nồi hơi áp suất thường), và không nhỏ hơn 300 (đối với nồi hơi áp suất cao).
- Vách ống của nồi hơi ống nước nằm nên ghép thành mạch tuần hoàn riêng với tỷ số giữa diện tích mặt cắt ngang các ống xuống fX với diện tích mặt cắt ngang các ống lên f1 và với diện tích mặt cắt ngang các ống góp hơi fgh như sau:
fx : fl : fgh = 0,25 : 1,0 : 0,3
- Ngược lại, nếu nối ống xuống của vách ống với hộp ống trước của nồi hơi sẽ có thể phát sinh phân lớp ở các lớp đầu, ngừng chảy và chảy ngược ở các lớp phía sau.
- Lớp ống nước sôi thứ nhất của nồi hơi ống nước nằm nên có đường kính d < 102 mm.
7.6.3. Hiện tượng có hơi trong ống xuống 1. Tác hại
- Khi trong ống xuống có hơi nước, cột áp động Pđ bịgiảm, sức cản ống xuống ∆Px tăng, có thể gây ra hiện tượng ngừng chảy hoặc chảy ngược trong các ống lên hấp ít nhiệt.
- Hơi nước trong ống xuống khi đi vào ống lên có thể biến thành hơi sấy, làm cho ống lên bị quá nóng và rỉ.
2. Nguyên nhân
- Do ống xuống hấp quá nhiều nhiệt làm nước bốc thành hơi trong ống xuống.
- Do hơi nước trong bầu trên bị xoáy vào miệng ống xuống.
- Do cột áp tĩnh của độ cao cột nước h (kể từ miệng vào ống lên đến mực nước trong bầu trên) không đủ để khắc phục sức cản ở đoạn mút vào của ống xuống.
- Hiện tượng bốc hơi trong ống xuống thường phát sinh tại chỗ gần miệng vào của ống xuống hấp nhiều nhiệt nhất, vì ở đây cột áp tĩnh tương đối bé. Khi tàu nghiêng lắc và làm việc ở mức nước thấp nhất dễ xảy ra hiện tượng cuốn hơi vào miệng ống xuống, song không nguy hiểm gì.
2. Biện pháp bảo đảm không có hơi trong ống xuống
- Trị số bé nhất của độ cao cột nước h kể từ miệng vào ống lên đến mực nước trong bầu trên phải thỏa mãn điều kiện sau:
g 2 5W , 1 h
2 x
min> với WC - lưu tốc nước trong ống xuống
- Đặt tấm chắn trong bầu trên để ngăn hơi không cho ra ống lên bị cuốn vào ống xuống.
- Đặt khung hình chữ thập tại miệng ống xuống.
- Cho 3 ÷ 8% nước cấp đi vòng qua bộ hâm nước tiết kiệm.
- Tăng dung tích không gian hơi của bầu trên, tức là tăng đường kính bầu trên.
73
- Bố trí bộ sấy hơi ở giữa cụm ống nước sôi I và II (đối với trường hợp cụm II là các ống xuống hấp nhiệt).
- Ống nồi hơi áp suất cao chỉ nên dùng ống xuống không hấp nhiệt với fx: fl = 0,5 ÷ 0,55.
Ghi chú: Riêng đối với các nồi hơi áp suất thấp, không có bộ hâm nước tiết kiệm nên dùng ống xuống hấp nhiệt với fx: f1 = 0,5 ÷ 0,8 vì nhiệt độ khí lò thấp (500 ÷ 6000C) và tốn nhiều nhiệt lượng cho giai đoạn sôi nước nên ít có nguy cơ bốc hơi trong ống xuống, hơn nữa còn làm tăng đoạn chiều cao đoạn bốc hơi của ống lên và do đó làm tăng cột áp động. Đối với ống xuống hấp nheịet lưu tốc nước trong ống xuống Wx
không lớn hơn 0,6 ÷ 0,8 m/s.
Đặc biệt chú ý nồi hơi từ nhẹ tải đột ngột đổi sang quá tải, khi ấy các thông số tuần hoàn và đường đặc tính tuần hoàn đều biến đổi lớn, khi đột ngột mở to van điều chỉnh hơi vào máy, áp suất nồi hơi giảm nhanh có thể làm cho điểm bắt đầu sôi và bốc hơi từ phía ống lên chuyển sang phía ống xuống, làm tăng sức cản ống xuống ∆Px, làm giảm lưu lượng tuần hoàn, phát sinh ngừng chảy và chảy ngược trong những ống lên ít hấp nhiệt, ngoài ra còn làm cho nước cấp vào bầu trên lập tức bốc hơi ngay trong ống xuống. Sở dĩ như vậy là vì nếu đột ngột giảm PN của nước sôi có trị số bé nên nước trong nồi hơi gần nhiệt độ sôi hơn.
Do đó cần hạn chế tốc độ sụt áp nồi hơi, nhất là đối với những nồi hơi thông số cao, năng lực dự trữ bé.
Đối với hơi ống nước nhiệt tải thấp, tốc độ tụt áp suất thấp ∂∂Pt >0,06 kG/cm2 đối với nồi hơi ống nước nhiệt tải cao với áp suất trên 60 kG/cm2 thì:
3 , 0 2 , t 0
P = ÷
∂
∂ ,
s
cm /
kG 2
Ngược lại nếu tốc độ tăng áp suất nồi hơi quá lớn (như khi đột ngột giảm công suất của động cơ chính), chiều cao đoạn bốc hơi của ống lên giảm, cột áp giảm nên cũng có thể gây tình trạng quá nóng và cháy hỏng ống như khi tốc độ sụt áp quá lớn. Song hiện tượng tăng áp suất
∂
∂ t
P cho phép cao hơn tốc độ giảm áp khoảng 20 ÷ 30%.
7.6.4. Hiện tượng tuần hoàn yếu trong nồi hơi ống lửa
Nồi hơi ống lửa tuần hoàn bảo đảm ở mọi tải trọng, song tuần hoàn ở đáy nồi rất yếu, gây nên độ chênh lệch nhiệt độ giữa phần trên với phần dưới thân nồi (5 ÷ 150C) khi 100% tải; 50 ÷ 700C khi nhẹ tải; khi nhóm lò, làm tăng ứng suất nhiệt trong các bộ phận của nồi hơi, và phải kéo dài thời gian nhóm lò, thời gian tắt lò.
Các biện pháp để giảm độ chênh lệch nhiệt độ giữa phần trên với phần dưới nồi hơi ống lửa là:
- Trước khi nhóm lò, bơm nước cấp vào nồi đến vạch cao nhất trên mặt kính ống thủy. Sau đó xả bớt nước đến 31÷21 mực nước trong ống thủy. Đó là phương pháp đơn giản nhất.
- Khi nhóm lò, đầu tiên nên đốt một buồng đốt bên cạnh, sau đó lần lượt đốt tiếp các buồng đốt khác.
- Khi giảm tải nên tắt các buồng đốt bên cạnh, chỉ đốt buồng đốt giữa.
- Dùng bộ gia tốc tuần hoàn hoặc ống tuần hoàn, hoặc bơm tiến hành cưỡng bách tuần hoàn ở đáy nồi.
Song như vậy sẽ làm cho việc sử dụng nồi hơi phức tạp, có thể còn phá hoại quá trình đóng cáu lên đáy nồi, là nơi không nguy hiểm, làm cho cáu đóng nhiều tại các nơi nguy hiểm như thành buồng đốt, thành hộp lửa.
Câu hỏi ôn tập
22. Trình bày nguyên lý thông gió. Các yếu tố ảnh hưởng tới sức tự hút ?
23. Trình bày nguyên lý tuần hoàn tự nhiên . Các yếu tố ảnh hưởng đến tuần hoàn nồi hơi ?