Giáo trình Nồi hơi tàu thủy

TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 80 1. Nắp nồi hơi; 2. Cửa thăm; 3. Ống lửa; 4. Cửa kiểm tra; 5. Đường khí xả Diesel vào; 6. Buồng đốt; 7. Ống khói; 8. Cửa kiểm tra ống khói; 9. Đất chịu lửa; 10. Vị trí lắp thiết bị buồng đốt. Hình 4.9. Nồi hơi liên hợp ống lửa nằm kiểu Cochran. NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 81 Nguyên lý hoạt động của nồi hơi này như sau: Phần nồi hơi phụ: Khi làm việc với nồi hơi phụ, nhiên liệu và không khí được đốt cháy trong buồng đốt nồi hơi trao nhiệt cho nước bao bên ngoài. Sau đó thoát lên hộp lửa và chia vào các ống lửa nằm. Khí lò tiếp tục trao nhiệt cho nước bên ngoài ống rồi thoát ra ngoài qua ống khói. 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. Phần 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. Ngoài dạng kết cấu như hình bên trái, là kết cấu mà cả hai phần của nồi hơi đều sử dụng chung cụm ống trao nhiệt, nồi hơi liên hợp phụ - khí xả Cochran còn có kết cấu dạng cụm ống tách riêng như hình bên phải. Với kết cấu dạng này, nồi hơi không tận dụng hết được toàn bộ diện tích bề mặt trao đổi nhiệt nếu chỉ sử dụng hoặc phần nồi hơi phụ, hoặc phần nồi hơi khí xả độc lập. Tuy nhiên, khi cần tăng cường lượng sinh hơi, ta có thể dùng song song cả nồi hơi phụ và nồi hơi khí xả mà không sợ hoạt động của phần nồi hơi phụ ảnh hưởng đến công tác của động cơ chính do chúng đã có các cụm ống trao nhiệt riêng. Đồng thời, nếu có sự cố xảy ra với một phần (nồi hơi phụ hoặc nồi hơi khí xả), ta vẫn có thể duy trì hoạt động của nồi hơi bằng phần còn lại. Thông thường các nồi hơi dạng này được trang bị hệ thống tự động điều khiển bộ đốt dầu theo áp suất hơi trong khoang hơi. Nhờ vậy, nồi hơi phụ được tự động đưa vào hoạt động khi áp suất trong khoang hơi TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 82 thấp. Như vậy, phần nồi hơi phụ có thể tự động làm việc để hỗ trợ phần nồi hơi khí xả khi động cơ Diesel chính chạy ở các chế độ tải thấp (khi manơ, điều động), hoặc thay thế khi động cơ chính dừng. Một số nồi hơi kiểu này có thể được thiết kế với hai cụm ống của nồi hơi khí xả, khi đó khí xả từ động cơ chính sẽ quét hai lượt, qua hai cụm ống, trước khi thoát ra ống khói. Đặc điểm kết cấu:  Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng.  Có kích thước gọn nhẹ, do bố trí hai nồi hơi trong một thân và theo chiều thẳng đứng.  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 lấy hơi lâu do lượng nước trong nồi khá lớn. Tuy nhiên năng lực tiềm tàng lớn. 4.2.2. Nồi hơi liên hợp ống nước đứng Trên Hình 4.10 mô tả một dạng nồi hơi liên hợp ống nước đứng của hãng Aalborg. Thân nồi hơi có dạng hình trụ thẳng đứng chia làm hai phần: cụm ống nước đứng của nồi hơi phụ và cụm ống nước đứng của nồi hơi khí xả. Các cụm ống nước 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. NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 83 1. Vỏ nồi hơi; 2. Đất chịu lửa; 3. Buồng đốt; 4. Ống nước của nồi hơi phụ; 5. Cửa kiểm tra; 6. Đường khí xả Diesel vào; 7. Ống nước của nồi hơi khí xả; 8. Thanh chằng dọc ; 9. Mặt sàng; 10. Ống khói của nồi hơi khí xả; 11. Ống thông không gian nước; 12. Ống khói của nồi hơi phụ; 13. Vị trí lắp thiết bị buồng đốt. Hình 4.10. Nồi hơi liên hợp ống nước đứng kiểu Aalborg. Nồi hơi phụ: Khi làm việc với nồi hơi phụ, nhiên liệu và không khí được đốt cháy trong buồng đốt nồi hơi, theo ống nối thoát lên khoang ống nước. Tại đây, khí lò quét ngang qua các ống nước thẳng đứng, trao nhiệt cho nước trong ống rồi thoát ra ngoài qua ống khói. Nước TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 84 trong các ống nước nhận nhiệt của khí lò sôi, bốc hơi. Hỗn hợp nước, hơi có tỷ trọng nhẹ thoát lên không gian hơi qua các ống nước của nồi hơi khí xả. Phần hơi tách ra trên không gian hơi và được đưa đi sử dụng. Phần nước bổ xung cho lượng nước đã sinh hơi theo ống nước to đi xuống. Nồi hơi khí xả: Khi tàu chạy hành trình, nồi hơi khí xả được đưa vào làm việc. Khí xả từ động cơ Diesel chính được dẫn vào nồi hơi, quét một lượng ngang các ống nước đứng, trao nhiệt cho nước trong ống, sau đó thoát ra ngoài qua ống khói. Nước trong các ống nước 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. Phần nước bổ xung theo ống nước to đi xuống phía dưới cụm ống nước nồi hơi phụ, bù cho lượng nước đã sinh hơi. Đặc điểm kết cấu:  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.  Nồi hơi khá cao do chiều cao của hai cụm ống nước đứng. 4.2.3. Hệ thống liên hợp nồi hơi phụ-bộ tận dụng nhiệt khí xả Một hệ thống liên hợp nồi hơi phụ-bộ tận dụng nhiệt khí xả bao gồm một nồi hơi phụ và một bộ tận dụng nhiệt khí xả. Khác với nồi hơi liên hợp, ở hệ thống này nồi hơi phụ được bố trí độc lập so với bộ tận dụng nhiệt khí xả. Điều này cho phép dễ dàng bố trí nồi hơi phụ ở vị trí NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 85 thuận lợi trong buồng máy. Nồi hơi phụ sử dụng trong hệ thống liên hợp có thể là dạng ống lửa hoặc ống nước. 1. Nồi hơi phụ ; 2. Ống nước; 3. Bơm tuần hoàn; 4. Đường nước cấp; 5. Đường hơi đi sử dụng; 6. Bầu phân ly hơi; 7. Bộ tận dụng nhiệt khí xả; 8. Ống góp vào; 9. Ống góp ra; 10. Khí xả từ động cơ Diesel vào; 11. Cụm ống sinh hơi của bộ tận dụng nhiệt khí xả; 12. Cánh tản nhiệt. Hình 4.11. Hệ thống liên hợp nồi hơi phụ-bộ tận dụng nhiệt khí xả. Các bộ tận dụng nhiệt khí xả thường có dạng cụm ống nước (Hình 4.11), được bố trí ngay trên đường ống xả của động cơ Diesel chính mà không có bướm hướng khí xả. Để tăng cường trao đổi nhiệt, các cụm ống của bộ tận dụng nhiệt khí xả có thể được bố trí cánh tản nhiệt. Với kết cấu như vậy hệ thống liên hợp nồi hơi khá gọn nhẹ, dễ bố trí trong buồng máy. Tuy nhiên, cần chú ý cấp nước tuần hoàn cho bộ tận dụng nhiệt, ngay cả khi máy chính hoạt động ở chế độ điều động, để tránh cháy hỏng cụm ống. Thông thường các bộ tận dụng nhiệt được chế tạo để có thể thay thế từng cụm ống hoặc thay toàn bộ khi các ống bị cháy hỏng. Một số bộ tận dụng nhiệt còn bố trí bộ sấy hơi để sản xuất hơi sấy dùng cho các tua bin phụ lai các máy phụ. Những hệ thống như vậy thường được bố trí để khoang hơi của nồi hơi phụ cũng đồng thời là bầu tách hơi của bộ tận dụng nhiệt khí xả. TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 86 Những hệ thống liên hợp sản xuất hơi bão hoà thường được ứng dụng trên các tàu sử dụng động cơ Diesel chính lai chân vịt. Hơi bão hoà sinh ra chỉ để phục vụ mục đích hâm sấy nhiên liệu nặng, hâm nước, sưởi ấm và các mục đích sinh hoạt khác. Hình 4.11 cũng mô tả nguyên lý chung của một hệ thống liên hợp nồi hơi phụ-bộ tận dụng nhiệt khí xả sản xuất hơi bão hoà. Hệ thống bao gồm nồi hơi phụ và bộ tận dụng nhiệt khí xả, lắp đặt trên đường khí xả của động cơ Diesel chính. Hệ thống thường được trang bị bơm tuần hoàn (hai bơm) để cung cấp nước cho các cụm ống của bộ tận dụng nhiệt khí xả. Nồi hơi phụ: Nồi hơi phụ được đưa vào hoạt động khi động cơ Diesel chính không hoạt động. Khi ấy không cần chạy bơm tuần hoàn cấp nước cho bộ tận dụng nhiệt khí xả. Hơi nước sinh ra từ nồi hơi phụ được đem đi sử dụng phục vụ các mục đích trên tàu. Nồi hơi phụ sử dụng trong hệ thống có thể là nồi hơi ống nước hoặc nồi hơi ống lửa. Bộ tận dụng nhiệt khí xả: Khi động cơ Diesel chính làm việc, khí xả quét qua cụm ống của bộ tận dụng nhiệt khí xả, trao nhiệt cho nước trong ống rồi thoát ra ống khói. Nước trong cụm ống được cấp qua ống góp nước nhờ bơm tuần hoàn hút nước từ khoang nước nồi hơi phụ. Nước trong cụm ống nhận nhiệt của khí lò ngoài ống, sôi, bốc hơi. Hỗn hợp nước, hơi qua ống góp ra trở về trống hơi. Tại đây hơi được tách ra và được đưa đi sử dụng. Phần nước chảy xuống trống nước và lại được bơm tuần hoàn cấp tới bộ tận dụng nhiệt khí xả. Như vậy ở chế độ làm việc với bộ tận dụng nhiệt khí xả, nồi hơi phụ đóng vai trò như một bầu phân ly nước-hơi. Hệ thống này có ưu điểm là bộ tận dụng nhiệt khí xả rất nhỏ gọn, dễ bố trí trên đường ống xả của động cơ Diesel. Tuy nhiên bộ tận dụng nhiệt khí xả có mật độ cụm ống khá dày đặc nên tăng sức cản trên đường xả của động cơ Diesel. Để tránh sức cản lớn và tăng cường độ trao đổi NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 87 nhiệt cần tuyệt đối tuân thủ chế độ thổi muội cho bộ tận dụng nhiệt khí xả. Hình 4.12. Một số kiểu nồi hơi khí xả. TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 88 Chương 5. Các thiết bị, hệ thống phục vụ nồi hơi Các thiết bị, hệ thống phục vụ nồi hơi đóng vai trò trung tâm trong việc đảm bảo sự hoạt động an toàn của nồi hơi. Chúng không những cung cấp các công chất phục vụ cho sự hoạt động của nồi hơi như nhiên liệu, nước mà còn điều khiển, giám sát, và bảo vệ nồi hơi, đảm bảo cho hệ thống nồi hơi hoạt động an toàn, tin cậy, tính kinh tế cao. Các thiết bị, hệ thống phục vụ nồi hơi có thể được chia ra: nhóm thiết bị buồng đốt; nhóm thiết bị chỉ báo mức nước, cấp nước; và các thiết bị phụ khác. Các hệ thống thiết bị phụ của các nồi hơi được điều khiển nhờ một bộ điều khiển trung tâm (Burner controller). Bộ điều khiển trung tâm này ở các nồi hơi hiện đại được thiết kế dạng một bộ vi xử lý đã được lập trình sẵn (Programmable Logic Controller – PLC). Bộ xử lý này có nhiệm vụ điều khiển các hoạt động của nồi hơi như: tự động điều chỉnh việc cấp nhiên liệu, không khí, tự động điều khiển quá trình cháy theo tải của nồi hơi (theo áp suất hơi); tự động điều chỉnh việc hâm nhiên liệu; tự động điều chỉnh mức nước nồi hơi; tự động giám sát các thông số của nồi hơi để đưa ra các tín hiệu báo động, bảo vệ nồi hơi. Dưới đây sẽ trình bày chi tiết các hệ thống thiết bị này. 5.1. Thiết bị buồng đốt Thiết bị buồng đốt là trung tâm của hệ thống nồi hơi. Nhóm thiết bị buồng đốt bao gồm hệ thống cung cấp nhiên liệu, không khí và các thiết bị lắp ráp xung quang buồng đốt. Chúng có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu với chất lượng tốt cho quá trình cháy và các điều kiện khác phục vụ cho quá trình cháy như không khí cấp, tia lửa điện. Chúng cũng giám sát các thông số của quá trình cháy để điều khiển tự động và bảo vệ quá trình cháy. Thiết bị buồng đốt bao gồm: NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 89  Hệ thống cung cấp không khí;  Hệ thống cung cấp nhiên liệu;  Thiết bị đánh lửa;  Các thiết bị giám sát, điều khiển quá trình cháy. 5.1.1. Hệ thống cung cấp không khí Hệ thống cung cấp không khí của các nồi hơi hiện nay thường bao gồm quạt gió và hệ thống các bướm gió, cánh hướng gió. Chúng có nhiệm vụ cung cấp đủ lượng không khí với lưu tốc đủ lớn và hướng thổi hợp lý phục vụ cho quá trình cháy. Nồi hơi tàu thủy thường ứng dụng quạt gió ly tâm lai trực tiếp bởi động cơ điện. Quạt gió hút không khí trực tiếp trong buồng máy qua một bướm gió và cấp không khí vào buồng đốt nồi hơi qua hệ thống ống hướng gió. Bướm gió thường là một tấm kim loại hình chữ nhật chặn ở cửa hút của quạt gió. Các nồi hơi cũ thường có bướm gió đóng mở bằng tay, khi cần có thể điều chỉnh độ mở để thay đổi lượng không khí cấp (ví dụ đóng bớt lại khi bắt đầu đốt nồi hơi). Các nồi hơi hiện đại thường được trang bị bướm gió tự động, được đóng mở nhờ một cuộn hút điện từ điều khiển tự động theo chương trình đã được đặt sẵn ở bộ điều khiển trung tâm. Ống hướng gió thường có cấu tạo dạng một ống hình trụ (Hình 5.1), phía trong cấp gió sơ cấp, phía ngoài có dạng cánh hướng cấp gió thứ cấp. Gió thứ cấp nhờ các cánh hướng nên thổi vào dưới dạng luồng xoáy lốc giúp xé tan chùm tia nhiên liệu phun vào từ súng phun. Nhờ vậy phân những hạt sương nhiên liệu được hoà trộn với không khí và phân bố đều, tạo nên quá trình cháy đều khắp buồng đốt. Trên hình 2 mô tả hình ảnh quá trình cháy xoáy lốc tạo ra do luồng gió sơ cấp và thứ cấp. TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 90 Hình 5.1: Thiết bị cấp không khí và sự phân bố ngọn lửa trong buồng đốt. 5.1.2. Hệ thống nhiên liệu 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 NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 91 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. TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 92 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. NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 93 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 TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 94 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 liệu được cấp tới qua van đi tắt (by-pass). NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 95 Hình 5.3. Hệ thống nhiên liệu hai vòng tuần hoàn. TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 96 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. Hình 5.4. Súng phun hơi nước hoặc không khí nén. NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 97 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 TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 98 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. Hình 5.6. Ngọn lửa phun từ súng phun áp lực. NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 99 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. Hình 5.2. Van tuần hoàn. TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 100 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 NỒI HƠI TÀU THỦY TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng 101 5.1.3. Thiết bị đánh lửa 1. Vành chắn; 2. Vành hướng gió; 3. Bép phun; 4. Đầu phun; 5. Sứ cách điện; 6. Điện cực đánh lửa; 7. Thân súng phun; 8. Đường dẫn dầu. Hình 5.9. Thiết bị hướng gió, súng phun và thiết bị đánh lửa. 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 hai 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 10000V) tạo ra từ biến áp đánh lửa. Để chất lượng tia lửa điện tốt, cần giữ sạch các điện cực đánh lửa và điều chỉnh khoảng cách giữa các điện cực phù hợp. Khác với các động cơ đốt trong cháy theo chu kỳ nhờ tia lửa điện (bugi), nồi hơi là thiết bị có quá trình cháy liên tục. Vì vậy, thiết bị đánh lửa của nồi hơi chỉ hoạt động để cung cấp tia lửa điện ở thời kỳ bắt đầu đốt nồi hơi - khoảng 6 TS. Lê Văn Điểm - KS. Hoàng Anh Dũng NỒI HƠI TÀU THỦY 102 15-25 giây khi bắt đầu cung cấp nhiên liệu (xem phần chương trình điều khiển thiết bị buồng đốt). Hình 5.9 mô tả dạng bố trí thiết bị buồng đốt và các thông số hiệu chỉnh thiết bị đánh lửa. 5.1.4. Tế bào quang điện (mắt thần) Tế bào quang điện (flame eye, photo cell) là thiết bị bảo vệ quá trìn