CHƯƠNG 4: KẾT CẤU NỒI HƠI TÀU THỦY
4.4. Nồi hơi liên hợp phụ - khí xả
Nồi hơi liên hợp được sử dụng rộng rãi nhất trên các tàu thủy trang bị hệ động lực diesel. Nồi hơi liên hợp là sự kết hợp giữa nồi hơi phụ sử dụng năng lượng từ nhiên liệu được đốt cháy và nồi hơi khí xả tận dụng năng lượng khí xả từ động cơ diesel chính lai chân vịt. Khi tàu nằm trong cảng hoặc khi chưa phát huy hết công suất thì nồi hơi phụ được đưa vào hoạt động. Khi tàu chạy hành trình, khí xả từ động cơ diesel được dẫn qua nồi hơi khí xả để sinh hơi phục vụ cho các nhu cầu trên tàu.
Trước đây thường ứng dụng hệ thống nồi hơi với hai nồi hơi phụ và khí xả độc lập. Hệ thống này có ưu điểm là hai nồi hơi có thể hoạt động độc lập. Tuy nhiên hệ thống khá cồng kềnh, chi phí cao nên hiện không được ứng dụng. Trên các tàu thủy hiện nay thường ứng dụng kết hợp nồi hơi phụ và nồi hơi khí xả trong một thân. Một số nồi hơi được bố trí nồi hơi phụ và nồi hơi khí xả chung một cụm ống. Cách bố trí như vậy giảm được số lượng ống và kích thước nồi hơi, tuy nhiên không có lợi vì chế độ trao đổi nhiệt khi làm việc với nồi hơi phụ và nồi hơi khí xả rất khác nhau. Hiện nay hầu hết các nồi hơi liên hợp đều bố trí các cụm ống của nồi hơi phụ và nồi hơi khí xả riêng rẽ.
Nồi hơi liên hợp có thể là nồi hơi ống nước đứng, nồi hơi ống lửa đứng hoặc nằm. Tuy nhiên nồi hơi liên hợp ống lửa nằm được ứng dụng rộng rãi nhất do
dễ dàng bố trí theo kiểu nồi hơi thẳng đứng và chiều cao nồi hơi không quá lớn. Nồi hơi ống nước nằm thường ít được ứng dụng do không thuận lợi cho tuần hoàn tự nhiên. Dưới đây trình bày hai loại nồi hơi liên hợp là nồi hơi ống nước đứng, nồi hơi ống lửa nằ
4.4.1. Nồi hơi liên hợp phụ - khí xả ống lửa nằm 1. Sơ đồ cấu tạo (hình 4.8)
Thân nồi hơi có dạng hình trụ thẳng đứng chia làm hai phần: cụm ống lửa nằm của nồi hơi phụ và cụm ống lửa nằm của nồi hơi khí xả. Các cụm ống lửa được liên kết qua hai mặt sàng tạo nên sự ngăn cách giữa không gian nước và không gian khí lò. Buồng đốt được bố trí phía dưới cùng. Nửa dưới nồi hơi có bố trí
đường ống khói cho nồi hơi phụ. Nửa trên có bố trí đường khí xả từ động cơ diesel vào và đường ống khói của nồi hơi khí xả. Hình dưới mô tả nồi hơi liên hợp ống lửa nằm.
2. Nguyên lý hoạt động
- Nồi hơi phụ: Khi làm việc với nồi hơi phụ, nhiên liệu và không khí được đốt cháy trong buồng đốt 7 nồi hơi trao nhiệt cho nước bao bên ngoaì. Sau đó thoát lên hộp lửa và chia vào các ống lửa. Khí lò tiếp tục trao nhiệt cho nước bên ngoài ống thoát ra ngoài qua ống khói 4. Nước bên ngoài ống nhận nhiệt của khí lò sôi, bốc hơi. Hỗn hợp nước, hơi có tỷ trọng nhẹ thoát lên không gian hơi. phần hơi tách ra trên không gian hơi và được đưa đi sử dụng.
- Nồi hơi khí xả: Khi tàu chạy hành trình, khí xả từ động cơ diesel chính được dẫn vào nồi hơi, chia vào các ống lửa, trao nhiệt cho nước bên ngoài ống sau đó thoát ra ngoài qua ống khói. Nước bên ngoài ống nhận nhiệt của khí xả sôi, bốc hơi. Hỗn hợp nước, hơi có tỷ trọng nhẹ thoát lên không gian hơi. Phần hơi tách ra trên không gian hơi và được đưa đi sử dụng. Với loại nồi hơi thứ hai, khí lò sau khi cháy qua cụm ống lửa dưới cháy vào hộp khói rồi lại được chia vào cụm ống lửa trên trước khi thoát ra ngoài.
3. Đặc điểm, ứng dụng
- Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng;
- Không đòi hỏi chất lượng nước cao;
- Năng suất sinh hơi thấp do tỷ lệ bề mặt trao đổi nhiệt thấp;
- Thông số hơi thấp nhưng chất lượng hơi tốt do chiều cao không gian hơi lớn;
- Thời gian nhóm lò lấy hơi lâu do lượng nước trong bầu nồi lớn. Tuy nhiên năng lực tiềm tàng lớn.
4.4.2.Nồi hơi liên hợp phụ - khí xả ống lửa đứng:
1. Sơ đồ cấu tạo (hình 4.9), 2. Nguyên lý hoạt động:
Khi động cơ diesel chính chưa hoạt động hoặc làm việc ở chế độ không ổn định thì đưa nồi hơi phụ vào làm việc. Nhiên liệu và không khí đuựoc đưa vào buồng đốt 10, cháy tạo thành khí lò có nhiệt độ cao, đi vào các ống lửa 12, trao nhiệt cho nước ở ngoài ống, đi lên cửa thoát khói 2 và đi ra ngoài.
Nước trong nồi nhận nhiệt của khí lò, sôi và bay hơi, hỗn hợp nước hơi đi lên, hơi bão hoà được tách ra khỏi nước và được đưa ra qua van hơi chính 3 đi công tác.
Khi động cơ diesel chính làm việc ở chế độ toàn tải và ổn định thì tắt nồi hơi phụ, chuyển thiết bị buồng đốt ra, bịt kín cửa 9 và mở bớm cấp khí xả của động cơ diesel chính vào theo cửa 8, lúc này nồi hơi làm việc với khí xả của động cơ chính.
Ngựơc lại khi động cơ chính làm việc nhẹ tải, không ổn định thì chuyển về làm việc với nồi hơi phụ 3. Đặc điểm, ứng dụng:
* Ưu điểm:
Nồi hơi được bố trí trong một thân nên nhỏ gọn, đơn giản, rễ sử dụng, tận dụng được nhiệt lượng nên hiệu suất nhiệt cao
Nồi hơi là nồi hơi ống lửa nên có các ưu điểm của nồi hơi ống lửa nói chung
33 Hình 4.9: Kết cấu nồi hơi phụ - khí xả ống lửa đứng 1- Thân nồi; 2. Cửa thoát khói; 3. Bích lắp van hơi chính; 4.
Cửa chui; 5. Bích lắp van cấp nước; 6. Bích lăp van lấy nước thử; 7. Bích lắp van xả đáy; 8. Cửa khí xả vào; 9. Cửa lắp thiết bị buồng đốt nồi hơi phụ; 10. Buồng đốt; 12. Mặt sàng dướí; 13. Bích lắp ống thuỷ; 14. Mặt sàng trên;
* Nhược điểm:
Nồi hơi có các nhựơc điểm của nồi hơi ống lửa
Nồi hơi phụ phải lắp đặt cùng nồi hơi khí xả nên phải đặt trên cao, gây khó khăn cho công tác vận hành, chăm sóc, khai thác và bảo dưỡng
4.4.4 Hệ thống liên hợp nồi hơi phụ - khí xả (hình 4.10)
Khi tầu đậu, chỉ có nồi hơi phụ 12 (ống lửa ngược chiều) cung cấp hơi nước bằng dầu diesel. Súng phun 9 nhờ không khí của quạt gió tiến hành phun sương. Van 14, 15 đượckhóa lại để tách nồi hơi khí thải ra.
Bơm cấp nồi 11 hút nước từ bể nước nóng 10 vào không gian nước của nồi hơi.
Khi tàu chạy nồi hơi khí thải cung cấp hơi nước, còn nồi hơi phụ không đốt dầu và chỉ có tác dụng của một bầu phân ly hơi.
Nước từ không gian nước của nồi hơi phụ 12 qua van 15 hút vào bơm cưỡng bức tuần hoàn 6, qua các ống ruột gà của nồi hơi khí thải 4 hấp nhiệt của khí thải động cơ, hình thành hỗn hợp nước - hơi quan van 14 vào nồi hơi phụ 12 tiến hành phân ly thành nước và hơi, hơi nước được dẫn từ nồi hơi phụ vào 12 ra đến nơi tiêu dùng qua 13. Bơm cưỡng bức tuần hoàn có thể làm việc liên tục hoặc không liên tục. Để giúp cho nồi hơi khí thải cung cấp đủ hơi nước ngay được có thể phun dầu vào nồi hơi phụ trong thời gian tàu bắt đầu chạy.
Hình 4.10. Hệ thống liên hợp nồi hơi phụ-nồi hơi khí xả tuần hoàn cường bức.
1- Đường ống hỗn hợp nước hơi; 2- Hộp góp ra; 3- Hộp góp vào; 4- ống ruột gà của nồi hơi khí thải;
5- Đường ống nước; 6- Bơm cưỡng bức tuần hoàn; 7- ống dầu cung cấp cho buồng đốt; 8- Quạt gió;
9- Súng phun; 10- Két nước nóng; 11- Bơm nước cấp nồi; 12- Nồi hơi ống lửa;
13- Đường ống hơi đi tiêu dùng; 14,15- Van.
Có trường hợp ngoài nồi hơi khí thải và nồi hơi phụ ra còn có thêm bầu phân ly hơi. Khi tàu chạy, bầu phân ly hơi được ghép vào nồi hơi khí thải.
Câu hỏi ôn tập
8. Trình bày sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các bộ phận chính, ưu nhược điểm của nồi hơi ống lửa ngược chiều ?
9. Trình bày sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoật động, các bộ phận chính, ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước 2 bầu kiểu chữ d nghiêng?
10. Trình bày sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các bộ phận chính, ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước thẳng đứng?
11. Trình bày sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các bộ phận chính, ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước tuần hoàn cưỡng bức?
12. Trình bày sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các bộ phận chính, ưu nhược điểm của nồi hơi liên hợp phụ - khí xả ống lửa đặt nằm?
13. Trình bày sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các bộ phận chính, ưu nhược điểm của nồi hơi liên hợp phụ khí - xả ống lửa đặt đứng?
14. Trình bày sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các bộ phận chính, ưu nhược điểm của liên hợp nồi hơi phụ - khí xả ?
35