CHƯƠNG 5: CÁC THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG PHỤC VỤ NỒI HƠI
5.1. Thiết bị buồng đốt
- Quạt gió: quạt gió ly tâm được lai trực tiếp bởi động cơ điện (không có điều chỉnh tốc độ quay)
- Bướm gió được bố trí trước hoặc sau quạt gió:
được đóng mở bằng tay hoặc đóng mở tự động theo chương trình. Bướm gió dùng để thay đổi độ đóng mở nhiều hay ít tùy theo chế độ làm việc của nồi hơi và liên động với việc cấp nhiên liệu để đảm bảo α tối ưu.
- Cánh hướng gió: Đặt ở ống cấp không khí thứ cấp tạo ra lường không khí cấp xoáy lốc hòa trộn nhiên liệu đều hơn.
- Thiết bị cấp gió có buớm gió cấp I cấp gió vào gốc ngọn lửa để xé nhỏ nhiên liệu và đẩy ngọn lửa vào tâm buồng đốt ; bướm gió cấp II cấp gió vào xung quang buồng đốt để hoà trộn không khí với nhiên liệu
5.1.2 Thiết bị cung cấp nhíên liệu
Dầu đốt được phun vào buồng đốt nhờ súng phun. Súng phun có các loại: súng phun hơi nước, súng phun không khí nén, súng phun kiểu áp lực, súng phun kiểu quay.
1. Súng phun hơi nước (hình 5.2)
Ngoài súng phun hơi nước kiểu ngọn lửa hình trụ còn có loại súng phun có ngọn lửa hình dẹt, với lượng phun dầu dưới 100 kg/h. (Súng phun có ngọn lửa dẹt đơn giản hơn, tốn ít hơi nước hơn).
Dầu từ két dầu trọng lực với cột áp 1,5 ÷ 4m H2O tự chảy vào súng phun, ra vòi phun với lưu tốc 0,5
÷0,6m/s. Hơi nước 2 ÷5 kG/cm2 vào súng phun, qua ống tăng tốc đạt lưu tốc 400 ÷500m/s. Dòng dầu bị động năng của hơi nước và sức cản của không khí phá vỡ thành sương mịn.
Ưu điểm của súng phun hơi nước là chất lượng phun sương rất tốt, không phụ thuộc vào tải, có thể chỉ cần bộ dẫn không khí đơn giản thông gió tự nhiên, chỉ cần hệ số không khí thừa bé (α = 1,07 ÷ 1,10 với tổn thất cháy không hết về hóa học q3 = 0 ÷ 0,2%), lượng phun dầu được điều chỉnh tuỳ ý, miệng sung phun được giữ sạch, ít bám cốc
Nhược điểm quan trọng của nó là rất tốn hơi nước (0,25 ÷ 0,75 kg/kg) tức là chiếm 2 ÷5% lượng sinh hơi nước của nồi hơi. Vì vậy nó được dùng cho các nồi hơi lớn tàu biển, một số tàu kéo ở cảng và tàu chạy ven biển. Lượng dầu phun 25 ÷ 2200 kg/h.
2. Súng phun không khí nén
Súng phun không khí nén có kết cấu và nguyên lý hoạt động gần giống súng phun hơi nước
Dầu đốt có cột áp 0,3 ÷ 5 kG/cm2 được không khí nén phun sương gọi là không khí cấp 1 có cột áp 200 ÷ 250 mmH2O chiếm 10 ÷15% lượng không khí cấp lò. Còn không khí cấp II được cấp vào phía trước ngọn lửa với cột áp 100 ÷150 mmH2O.
Hình 5.2. Súng phun hơi nước 1. Thân vòi phun; 2. Đường dẫn hơi nước;
3. Đường dẫn dầu
1 2
3
5 7
8
Hình 5.1. Sơ đồ thiết bị cấp gió 1. Quạt gió; 2. Bướm gió; 3. lưới lọc 5. Gió thứ cấp (cấp II); 6. Gió sơ cấp (cấp I) 7. Súng phun nhiên liệu; 8. Cánh hướng gió
6
Súng phun kiểu không khí nén được dùng cho 1 số nồi hơi phụ nhỏ của tàu diesel vì ở đây có sẵn không khí nén. Song nó rất tốn không khí nén (180 ÷280m3/t.h).
3. Súng phun kiểu áp lực(hình 5.3)
Súng phun kiểu áp lực còn được gọi là súng phun ly tâm cơ học hoặc súng phun ly tâm không quay
Lợi dụng hiệu ứng ly tâm tạo nên bởi thế năng của cột áp dầu (dầu đi qua rãnh tiếp tuyến của buồng xoáy lốc của vòi phun) mà phun dầu thành sương. Dầu cung cấp cho súng phun có cột áp 8 ÷10 kG/cm2 nhờ bơm dầu. Dầu được dẫn vào rãnh 1 của súng phun, khi qua (2 ÷ 6) rãnh hẹp b của vòi phun sẽ tăng lưu tốc lên rất nhanh. Chú ý rằng rãnh b có hướng tiếp tuyến với buồng xoáy lốc 2 hình côn của vòi phun cho nên khi dòng dầu đi qua vòi phun không những đạt lưu tốc nhanh, lại còn chuyển động xoáy mỗi lúc một nhanh, kết quả dòng dầu theo mặt côn của buồng xoáy lốc a vừa xoay vừa tiến nhanh dần lên phía trước. Khi ra lỗ dầu C, dòng dầu có hình nón với độ dày mỏng, lực căng bề mặt bé, lực quán tính của chuyển động xoáy lốc lớn hơn nội lực ma sát của dầu, nên dòng dầu bị phá vỡ ra thành các hạt sương dầu kết thành hình nón.
Động năng của dòng dầu (do thế năng của dầu tạo ra) không những phải khắc phục nội lực ma sát của dầu (độ nhớt) mà còn phải khắc phục lực ma sát giữa dòng dầu với bề mặt rãnh trên vòi phun. Vì vậy đó cũng là một lý do giải thích vì sao rãnh tiếp tuyến phải rất nhỏ, rất nhẵn.
Hình dạng ngọn lửa (độ dài và góc phun sương) chủ yếu phụ thuộc vào tỷ số tổng số diện tích mặt cắt các rãnh tiếp tuyến ft trên diện tích fo của lỗ phun.
Khi tỷ số ft /fo nhỏ lực quán tính tác dụng lên giọt dầu lớn làm tăng phần lưu tốc hướng kính của giọt sương dầu (còn phần lưu tốc hướng trục bị giảm tương đối) kết quả ngọn lửa ngắn và có góc phun lớn.
Chất lượng phun dầu chủ yếu quyết định bởi cột áp của dầu, trạng thái bề mặt rãnh tiếp tuyến buồng xoáy lốc và lỗ phun. áp suất dầu càng cao, chất lượng phun sương càng tốt, thậm chí dầu rò ra ở lỗ phun cũng hóa sương. Vòi phun cần chế tạo bằng thép hợp kim nhiều crôm và nhiều Niken (Cr ≈ 81%, Ni ≈18%) để 37 Hình 5.3 Súng phun kiểu áp lực.
1. Đầu súng phun 2. Lắp chụp 3. BÐp phun 4. Th©n sóng phun 5. Tay cÇm 6. §ưêng dÉn dÇu 7. Đường dầu vào a. Buồng xoáy lốc b. Rãnh tiếp tuyến c. Lỗ phun
Hình 5.4 Súng phun kiểu quay bằng điện.
1- Ống dẫn; 2- Lỗ dẫn dầu; 3- Cốc quay; 4- Đường gió cấp I;
5- Cách điều chỉnh lượng gió cấp 1; 6- Cánh quạt;
7- Đường gió cấp II; 8- Mô tơ điện; 9- Dây cu roa; 10- Tấm che.
chịu mòn tốt, các bề mặt rãnh dẫn dầu phải nhẵn bóng, mỗi ca đốt lò đều phải lau rửa súng phun, các vòi phun đã mòn nhiều phải thay mới.
Điều chỉnh lượng dầu phun của loại súng phun không được điều chỉnh có thể tiến hành theo những cách sau đây:
- Biến đổi áp suất dầu phun sẽ ảnh hưởng đến chất lượng phun sương, nên chỉ có thể dùng trong phạm vi tải trọng 70 ÷ 100%, ngoài ra còn có thể thay vòi phun, tắt bớt súng phun.
- Phương pháp thay vòi phun cỡ khác có thể dùng cho mọi phạm vi tải trọng. Phương pháp tắt bớt súng phun làm cho ngọn lửa cháy không đều khắp buồng đốt.
- Điều chỉnh lượng dầu phun của loại súng phun được điều chỉnh tiến hành bằng cách điều chỉnh áp suất dầu thừa (do đó điều chỉnh lượng dầu phun) từ súng phun trở về đường ống hút của bơm dầu (dầu thừa có thể lấy từ buồng xoáy lốc hoặc lấy tại sau lỗ phun trên hình 10.19. Ngoài ra có ba loại súng phun có cấu tạo cho phép điều chỉnh mặt cắt rãnh tiếp tuyến, bằng súng phun điều chỉnh như hình 10.20a, hoặc bằng xi lanh điều chỉnh hoặc bằng cách xoay vành ngoài 3 . Khi ấy không làm biến đổi áp suất dầu trước rãnh tiếp tuyến.
Ưu điểm của loại súng phun điều chỉnh áp lực dầu thừa là điều chỉnh trong phạm vi rộng của tải trọng nồi hơi, dễ thực hiện tự động hóa điều chỉnh, đảm bảo được tốc độ góc nhanh của dòng dầu ngay cả khi nhẹ tải, do đó có chất lượng phun sương tốt.
Khuyết điểm của nó là: Khi nhẹ tải có góc phun quá lớn làm cháy hỏng gạch buồng đốt quanh súng phun, lượng dầu nóng thừa trở về nhiều nên cần làm mát cho ống góp dầu thừa, cần tăng áp suất dầu lên 1,5
÷2 lần, hệ số không khí thừa tăng 10 ÷15%, phạm vi điều chỉnh hẹp (vì rằng muốn giảm lượng phun dầu xuống 4 lần thì cần giảm áp suất dầu xuống 16 lần).
Súng phun áp lực tuy chất lượng phun sương không bằng súng phun kiểu hơi nước hoặc không khí nén, song được dùng rộng nhất trên tàu vì tốn ít năng lượng cho việc phun sương, đơn giản, bền chắc.
4. Súng phun kiểu quay(hình5.4)
Dầu có áp suất 0,7 ÷5 kG/cm2 được dẫn theo ống dẫn dầu cố định 1 qua van lò xo, bị văng qua các lỗ trên mặt trong hình côn của cốc quay 3, dưới tác dụng của phản lực hướng kính và phân lực hướng trục tiến hành chuyển động xoáy lốc, khi văng ra khỏi cốc quay với lưu tốc rất nhanh nên bị xé thành sương dầu 100 ÷ 250 àm.
Trục quay rỗng và được quay bởi động cơ điện 8 với vòng quay 4000 ÷ 5000 vòng/phút. Cũng có thể dùng tua bin hơi 1 cấp với vòng quay 4000 ÷10000 vòng/phút áp suất hơi nước 10 ÷12 kG/cm2, hoặc dùng tua bin khí nén với vòng quay 4000 ÷ 5000 vòng/phút áp suất khí nén là 250 ÷ 300 mm H2O.
Ưu điểm súng phun kiểu quay là:
1) Chất lượng phun sương tốt ở mọi tải trọng của nồi hơi: α bé (α = 1,2 ÷1,25).
2) Phạm vi điều chỉnh rất rộng, dễ tự động điều chỉnh lượng dầu phun (chỉ cần điều chỉnh vẫn cấp dầu).
3)Dùng cho nồi hơi lớn cũng như nồi hơi nhỏ (có loại lượng phun dầu đạt 3000 kg/h, có loại 15 kg/h).
4) Dầu đốt không cần hâm tới nhiệt độ rất cao, không cần ống dầu cao áp.
5) Súng phun không bị tắc kể cả khi đốt dầu xấu vì không có các lỗ phun bé, do đó có thể đốt loại dầu rẻ tiền.
Khuyết điểm của nó là: Cấu tạo phức tạp, đắt tiền, ổ bi phía gần buồng đốt dễ bị hỏng.
Súng phun kiểu quay được dùng cho các nồi hơi chính, nối hơi phụ các cỡ song không phổ biến lắm.
5.1.3 Thiết bị đánh lửa: (hình 5.5)
Thiết bị đánh lửa có nhiệm vụ cung cấp tia lửa điện để đốt cháy nhiên liệu ở thời kỳ nồi hơi khởi động.
Thiết bị đánh lửa thường bao gồm 2 điện cực đánh lửa, biến áp đánh lửa và các dây dẫn, cọc đấu dây. Hai điện cực đánh lửa được nối với nguồn có điện áp cao (Khoảng 12000V) tạo ra từ biến áp đánh lửa. Để chất lượng tia lửa điện tốt cần giữ sạch sẽ các điện cực đánh lửa và điều chỉnh khoảng cách giữa các điện cực phù hợp.
Hình 5.5. Thiết bị đánh lửa và súng phun nhiên liệu
1.Đầu phun 2. Van tuần hoàn 3. Đai ốc hãm 4. Bệ đỡ 5. Ống dẫn dầu 6. Ống lồng bên trong 7. Cọc nối dây 8. Giắc cắm điện 9. Đường dầu tuần hoàn trở lại 10. Đường dầu cấp 11. Điện cực đánh lửa 12.Dây dẫn 13. Mặt bích lắp ráp
14. Cút nối chữ T 15. Cút nối với ống trong 16. Cút góc 5.1.4 Tế bào quang điện (hình 5.6)
Tế bào quang điện (Flame eye) là 1 thiết bị bảo vệ quá trình cháy được lấp ở cửa buồng đốt. Đó là 1 thiết bị cảm ứng ánh sáng của quá trình cháy trong buồng đốt. Vật liệu cảm ứng ánh sáng được sử dụng là là Cadmium Sulfide (CdS) có đặc tính thay đổi điện trở khi có sự thay đổi ánh sáng. Khi nồi hơi được đưa vào hoạt động tế bào quang điện tự động cảm ứng ánh sáng trong buồng đốt. Nếu nồi hơi bị tắt, tế bào quang điện lập tức đưa tín hiệu đến bộ điều khiển để dừng nồi hơi và đưa tín hiệu báo động nồi hơi không cháy (mis-fire). Cấu tạo 1 tế bào quang điện được mô tả ở hình dưới. Để tế bào quang điện cảm ứng chính xác cần giữ cho mặt trước luôn sạch bằng cách định kì lau bằng giẻ sạch.
5.1.5 Chương trình điều khiển buồng đốt
Các nồi hơi hiện đại khi làm việc ở chế độ tự động, mọi hoạt động của nồi hơi được điều khiển tự động nhờ bộ điều khiển trung tâm thông qua các thiết bị cảm ứng, giám sát các thông số
39 Hình 5.6. Tế bào quang điện
1. Dây điện (leads) 2. Mắt thần (flame eye) 3. Tấn đệm (packing)
4. Màng cảm ứng (Cds element) 5. Mắt kính (Flame eye lens)
làm việc của nồi hơi. Dưới đây trình bày 1 chương trình điều khiển tự động thiết bị buồng đốt tiêu biểu.(hình 5.7)
Khi làm việc bình thường, chương trình điều khiển như sau:
Tín hiệu khởi động - Thông gió trước - đánh lửa - tự động điều khiển quá trình cháy - kết thúc quá trình cháy - thông gió sau - nồi hơi dừng.
Tín hiệu khởi động nồi hơi được đưa tới bộ điều khiển trung tâmở 1 trong 2 trường hợp sau:
khi mới đốt nồi hơi; khi nồi hơi đang hoạt động ở chế độ tự động mà áp suất hơi thấp. Ở trường hợp thứ nhất, tín hiệu nồi hơi do người vận hành tạo ra bằng tác động vào nút điều khiển nồi hơi. Trong trường hợp thứ 2, khi nồi hơi đang hoạt động ở chế độ tự động, một rơ le cảm ứng áp suất hơi sẽ đưa tín hiệu tới bộ điều khiển trung tâm để điều khiển quá trình cháy. Ví dụ nồi hơi được tự động điều khiển ON/OFF theo áp suất trong khoảng 5.5/7.0 kg/cm2 thì rơ le áp suất hơi sẽ được đặt đóng/ngắt tiếp điểm ở 2 giá trị áp suất tương ứng là 5.5 và 7.0 kg/cm2
Khi có tín hiệu khởi động 1 nồi hơi, bộ điều khiển tự động đưa các thiết bị vào hoạt đôngtheo chương trình đã đặt sẵn. Trước tiên quạt gió và bơm nhiên liệu được đưa vào làm việc để thổi hết khí sót, hơi dầu trong buồng đốt và tuần hoàn nhiên liệu qua súng phun. Một số nồi hơi có quạt gió và bơm nhĩên liệu được lai bởi cùng 1 động cơ điện. Sau 30 giây, thiết bị đánh lửa được đưa vào hoạt động để chuẩn bị đốt cháy nhĩên liệu. Từ giây thứ 35 van điện từ được đưa tín hiệu điều khiển đóng đường dầu hồi. Áp suất nhiên liệu trong hệ thống tăng lên, mở thông van tuần hoàn và cấp nhiên liệu đến đầu phun. Nhiên liệu phun vào buồng đốt được đốt cháy nhờ tia lửa điện. Thiết bị đánh lửa được điều khiển để chỉ cấp tia lửa điện trong thời gian đầu (khoảng 15-25 giây). Khi đã cháy nồi hơi trở về trạng thái điều khiển tự động quá trình cháy nhờ rơ le áp suất hơi. Một số nồi hơi được thiết kế để hoạt động ở 2 chế độ cháy: Cháy thấp/cháy cao, khi ấy nồi hơi sẽ làm việc ở chế độ cháy thấp khi mới khởi động và tự động chuyển sang chế độ cháy cao sau một khoảng thời gian nhất định.
Khi áp suất nồi hơi tăng đến giá trị định mức được đặt trước, tiếp điểm của rơ le áp suất thay đổi trạng thái, đưa tín hiệu đến bộ điều khiển trung tâm để dừng nồi hơi. Khi ấy van điện từ được đưa tín hiệu mở thông đường dầu hồi, áp suất nhiên liệu giảm xuống, van tuần hoàn đóng lại, kết thúc phun nhiên liệu. Quạt gió được duy trì chạy thêm 30 giây để quét sạch lượng khí sót trong buồng đốt.
Trong suốt quá trình làm việc, tế bào quang điện được đưa vào hoạt động từ khi có tia lửa điện đến khi mở van điện từ để giám sát quá trình cháy. Nếu nồi hơi bị tắt, dây cảm ứng CdS sẽ thay đổi trạng thái đưa tín hiệu tới bộ điều khiển trung tâm mở van điện từ, ngắt nhiên liệu, đồng thời đưa tín hiệu báo động nồi hơi không cháy. Các nồi hơi hiện đại còn kết hợp điều khiển đóng mở bướm gió. Thông thường bướm gió được điều khiển tự động đóng bớt ở thời kì khởi động và khi dừng để thuận lợi cho quá trình cháy.
Hình 5.7. Chương trình tự động đốt nồi hơi
5.8. Ống thủy sáng
1. Mặt kính; 2.Mặt trước ống thủy ; 3. Bu lông 4. Đai ốc ; 5.Phần khúc xạ ánh sáng
6. Bích nối với không gian nước;
7. Bích nối với không gian hơi; 8. Mặt chia độ;
9. Ống thủy tinh;