Nguyên lý thông gió của nồi hơi

CHƯƠNG 7: KHÍ ĐỘNG HỌC, THỦY ĐỘNG HỌC NỒI HƠI

7.1. Nguyên lý thông gió của nồi hơi

Để đảm bảo cho nồi hơi làm việc được, cần phải không ngừng cung cấp không khí vào buồng đốt và đưa khói lò ra ngoài trời, do đó cần phải có sức thông gió để khắc phục sức cản ma sát và sức cản cục bộ của không khí trên đường đi tới buồng đốt, để khắc phục sức cản ma sát và sức cản cục bộ của khí lò đi qua các mặt hấp nhiệt và ống khói, để bảo đảm cho khói lò ra ống khói với lưu tốc cần thiết.

Gọi h là sức thông gió của nồi hơi. Vậy h bằng tổng sức cản khí của nồi hơi.

g W g

h W h

h

h kk k kh kh kk kk

2 . 2

. 2

2 γ − γ

+

∆ +

∆

=

∆

=∑

= ∆hkki + ∆hk + ∆hw

= Σ∆hm + Σ∆hc , mmH2O (7.1) Trong đó:

- h- tổng sức cản khí của nồi hơi, mmH2O hoặc kG/m3; - ∆hkk - sức cản không khí, mmH2O

∆hkk = ∆hkksk + ∆ +∆hkkô hkkt = ∆ + ∆hkkc hkkms

sk hkk

∆ - sức cản không khí tại bộ sưởi không khí

ô

hkk

∆ - sức cản không khí tại ống dẫn không khí

t

hkk

∆ - sức cản không khí tại các thiết bị dẫn không khí cho súng phun (đối với nồi hơi đốt dầu).

ckk

Σ∆ - tổng sức cản cục bộ của không khí

ms

∆kk

∑ - tổng sức cản cụ bộ của không khí - ∆hk- sức cản khí lò, mmH2O

∆ = ∆ + ∆hk k( hkI hksh + ∆ + ∆hkII hkhn+ ∆hksk+ ∆hkm) =∑∆hkms+∑∆hkc (7.3)

∆hIk - sức cản khí lò tại cụm ống nước sôi I;

sh

hk

∆ - sức cản khí lò tại bộ sấy hơi;

II

hk

∆ - sức cản khí lò tại cụm ống nước sôi II;

hn

hk

∆ - sức cản khí lò tại bộ hâm nước tiết kiệm;

sk

hk

∆ - sức cản khí lò tại bộ sưởi không khí;

m

hk

∆ - tổng sức cản ma sát của khí lò đi qua phần đường khí lò còn lại và ống khói;

Σ∆hck - tổng sức cản cục bộ của khí lò;

ms

hk

∑∆ - tổng sức cản ma sát của khí lò

k = 1,2: hệ số xét đến muội bẩn bám ngoài ống - ∆hw- tổn thất cột áp để tạo nên lưu tốc, mmH2O

63 (7.2)

g 2

. W g

2 .

h W kh

2 kk kh 2 hk W

γ

∆ = γ − (7.4)

WKh - lưu tốc khói lò ra ống khói, m/s;

γkh- tỷ trọng khói lò, kg/m3;

Wkk - lưu tốc không khí vào buồng đốt, m/s;

γkk - tỷ trọng không khí cấp lò, kg/m3.

Sức thông gió nồi hơi có thể tạo ra bằng các cách sau đây:

- Cách thông gió tự nhiên

Nhờ sức tự hút của đường khí nồi hơi khắc phục sức cản của khí lò quét qua các mặt hấp nhiệt và đi ra ống khói, ngoài ra còn tạo nên độ chân không trong buồng đốt.

- Dùng quạt hút khói (hoặc ống hút khói) phối hợp sức tự hút

- Dùng thiết bị hút khói lò ra, để tạo nên độ chân không cần thiết trong đường khí lò và trong buồng đốt.

- Dùng quạt gió

Nén không khí vào buồng đốt và đuổi khí lò ra khỏi nồi hơi. Khi ấy tránh được hiện tượng lọt không khí lạnh vào buồng đốt, song buồng đốt sẽ làm việc với áp suát dư bằng sức cản của toàn đường khí lò ∆hk. Khi ấy khắc phục tổng sức cản khí và không khí (∆hkk + ∆hk).

- Phối hợp quạt gió với quạt hút khói

Quạt hút khói hút khí lò ra (tức là khắc phục sức cản của đường khí lò ∆hk), quạt gió khắc phục sức cản của khí và nén không khí vào buồng đốt.

Khi dùng cách này có thể xảy ra hai trường hợp: buồng đốt làm việc với độ chân không và buồng đốt làm việc với áp suất dư.

7.1.2 Sức tự hút hth

Sức tự hút hay gọi là sức thông gió tự nhiên được tạo nên bởi độ chênh lệch giữa áp suất khí trời với áp suất khí lò trong đường khí lò, hoặc nói cách khác là được tạo nên bởi độ cao của đường khí lò có nhiệt độ khí lò cao hơn nhiệt độ khí trời.

Vậy sức tự hút hthlà hiệu số giữa trọng lượng cột không khí trời có độ cao Hđk, tỷ trọng γkk với trọng lượng cột khí lò có cùng độ cao Hđk, tỷ trọng γk.

hth = Hđk (γkk - γk) , mm H2O (7.5) Trong công thức:

Hđk- chiều cao đường khí lò tính từ mặt phẳng đi qua đường tâm súng phun đến miệng ra ống khói.

Từ công thức 7.5 cho thấy rằng sức tự hút tuỳ thuộc vào độ cao đường khí lò, nhiệt độ khí lò θk và nhiệt độ khí trời tkk.

Khi đường khí lò đi lên có hth > 0, khi đường khí lò đi xuống có hth < 0.

Tăng chiều cao ống khói sẽ làm tăng sức tự hút. Cứ tăng 1m chiều cao sẽ làm cho sức tự hút tăng 0,3 ÷ 0,7 mmH2O (tuỳ theo nhiệt độ khí trời và nhiệt độ khói lò ra ống khói). Song chiều cao ống bị hạn chế bởi yêu cầu về chiều cao lớn nhất cho phép của tàu. Còn như biện pháp tăng sức tự hút bằng cách tăng cao nhiệt độ khói lò, dĩ nhiên là không cho phép vì sẽ làm giảm hiệu suất nồi hơi.

Do đó sức tự hút (sức thông gió tự nhiên của nồi hơi tàu thủy) chỉ vào khoảng 3 ÷ 12 mmH2O.

Hình 7.1. Sơ đồ tính sức tự hút và sức cản khí lò

Sức tự hút có trị số bé nên cần có quạt gió và có khi có cả quạt hút khói nữa khi ấy sức tự hút chỉ để khắc phục một phần hay toàn bộ sức cản khí lò mà thôi. Nồi hơi lớn hiện đại có hiệu suất cao, nhiệt độ khói lò thấp (θkh

= 135 ÷ 1700C) sức tự hút vào khoảng 7 ÷ 10 mmH2O không đủ để thắng sức cản không khí - khí lò, nên cần có quạt gió.

Khi tính sức hút chú ý rằng nhiệt độ khí lò θk hạ thấp dần từ nhiệt độ cháy trong buồng đốt đến nhiệt độ khói lò ra ống khói. Bởi vậy thường chia đường khí lò làm ba đoạn (cũng có trường hợp chia đường khí lò làm 4 đoạn).

- Đoạn thứ nhất từ tâm súng phun đến cuối cụm ống nước sôi II (hoặc ống lửa) với chiều cao H1(m).

- Đoạn thứ hai là đoạn đặt các bộ hấp nhiệt tiết kiệm với chiều cao H2(m).

- Đoạn thứ 3: ống khói với chiều cao H2(m).

Vậy:

( i)

i kk k

1 n

1 i

i 1

n 1 i

th

th h H

h =∑ = ∑= γ −γ

=

=

=

(7.6a) Áp dụng định luật Gay-lútsắc vào (7.6) được:





 





−+

=∑= +

= i

k 0

K kk 0

KK 3

n

1

i i

th 273

273 t

273 H 273

h γ γ θ

()

 





+

−+

= +

'' II b®

0 k kk

1 273 0,5

273 t

273 293 273 , 1

H γ θ θ ''

()+

 





+

−+

+ II'' kh

0 k kk

2 273 0,5

273 t

273 293 273 , 1

H γ θ θ





− + + +

kh 0

k kk

2 273

273 t

273 293 273 , 1

H γ θ (7.6b)

Trong đó:

γ0kk = 1,293- tỷ trọng không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, kG/m3tc;

γK0 - tỷ trọng khí lò ở điều kiện tiêu chuẩn tính theo kG/m3tc;

tkk- 30 ÷ 350C - nhiệt độ không khí trời (tính cho vùng nhiệt đới);

θbđ'', θ''II, θkh- nhiệt độ khí lò ra buồng đốt ra cụm ống nước sôi II, ra ống khói.

7.1.3 Áp suất dư d và độ chân không C trong buồng đốt

Trong buồng đốt sẽ có độ chân không nếu sức cản khí lò bé hơn sức tự hút. Độ chân không trong buồng đốt là:

c = hth - ∆hk, mmH2O (7.7)

Trong buồng đốt sẽ có áp suất dư nếu có sức cản khí lò lớn hơn sức tự hút. áp suất dư trong buồng đốt là:

d = ∆hk - hth; mH2O (7.8) 7.1.4 Cột áp cần thiết cho quạt gió và quạt hút khói

1. Trường hợp chỉ có quạt gió không có quạt hút khói có độ chân không trong buồng đốt

65

+

+

Đó là trường hợp mà sức tự hút đã thừa sức khắc phục sức cản khí lò, vậy cột áp của quạt gió chỉ để thắng sức cản không khí.

(h h h h )C

2 , 1 C h 2 , 1

hqg =∆kk −=∆kksk +∆kkô +∆kkt +Σ ∆kkc − (7.9a)

∆htkk- sức cản không khí tại thiết bị buồng đốt (thiết bị dẫn gió).

2. Trường hợp chỉ có quạt gió, không có quạt hút khói có áp suất dư trong buồng đốt

Đó là trường hợp mà sức tự hút chưa đủ để khắc phục sức cản khí lò vậy cột áp của quạt gió dùng để thắng sức cản không khí và phần dư của sức cản khí lò.

hqg = 1,2 ∆hkk + d = 1,2∆(hkksk +∆hkkô +∆hkkt +Σ∆hkkc )+d (7.9b) 3. Trường hợp chỉ có quạt hút khói

Đó là trường hợp mà cột áp của quạt hút khói cần khắc phục độ thiếu hụt về sức tự hút với sức cản khí lò và tạo ra độ chân không trong buồng đốt.

hqh = 1,2 ∆hk - hth + C (7.9c) 4.Trường hợp có quạt gió và quạt hút khói

Quạt hút khói khắc phục độ thiếu hụt về sức tự hút với sức cản khí lò, hqh tính theo (7.9c), quạt gió chỉ để thắng sức cản của không khí và tính theo (7.9a).