Bài giảng Động lực hơi nước tầu thuỷ

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HỒ CHÍ MINH ĐỘNG LỰC HƠI NƯỚC TẦU THUỶ TS. MTr LÊ HỮU SƠN TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2005 2 Mục lục: CHƯƠNG MỤC Trang PHẦN I. CHU TRÌNH THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC HƠI NƯỚC I. CHU TRÌNH THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC HƠI NƯỚC CƠ BẢN – CHU TRÌNH RANKIN………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1. Sơ đồ nguyên lý của chu trình Rankin …………………………………………………………………………………………………… 2. Nguyên lý làm việc của chu trình Rankin …………………………………………………………………………………………… 3. Các thông số cơ bản của chu trình …………………………………………………………………………………………………………. 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt của chu trình thiết bị động lực hơi nước………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. II. CHU TRÌNH CÓ QUÁ NHIỆT LẦN 2 ……………………………………………………………………………………… 1. Sơ đồ nguyên ly ù…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Nguyên lý làm việc ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 3. Tính hiệu suất nhiệt của chu trình ………………………………………………………………………………………………………….. 4. Tính suất tiêu hao hơi ………………………………………………………………………………………………………………………………….. III. CHU TRÌNH THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC HƠI NƯỚC CÓ HỒI NHIỆT 1. Sơ đồ nguyên ly ù…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Nguyên lý làm việc ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 3. Tính hiệu suất nhiệt của chu trình ………………………………………………………………………………………………………….. 4. Ưu điểm của chu trình hồi nhiệt ………………………………………………………………………………………………………………. IV. CHU TRÌNH CẤP NHIỆT, CẤP ĐIỆN 1. Sơ đồ nguyên lý …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2. Tính hiệu suất nhiệt của chu trình ………………………………………………………………………………………………………… 10 10 10 11 11 12 13 13 13 15 15 15 15 16 17 18 18 18 18 PHẦN II: NỒI HƠI TẦU THUỶ CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NỒI HƠI TẦU THUỶ I. QUÁ TRÌNH SINH HƠI TRONG NỒI HƠI TẦU THUỶ …………………………………………………………….. II. CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA NỒI HƠI TẦU THUỶ ……………………………………………………………… 1. ÁP SUẤT HƠI ……………………………………………………………………………………………………………….……………………………… 2. NHIỆT ĐỘ HƠI …………………………………………………………………………………………………………….……………………………… 3. Sản lượng hơi ………………………………………………………………………………………………………………….……………………………… 4. NHIỆT LƯỢNG CÓ ÍCH …………………………………………………………………………………………….….………………………… 5. Hiệu suất của nồi hơi ……………………………………………………………………………………………………….….……………………… 6. Diện tích bề mặt hấp nhiệt …………………………………………………………………………………………………..…………………… 7. Nhiệt tải dung tích buống đốt ………………………………………………………………………………………………..………………… 8. Suất bốc hơi ………………………………………………………………………………………………………………………………….………………… 9. Suất tiêu dùng chất đốt …………………………………………………………………………………………………………….………………… 10. Năng lượng tiềm tàng của nồi hơi ……………………………………………………………………………………………………….. III. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI NỒI HƠI TẦU THUỶ ………………………………………………………………………. 20 20 20 21 21 21 21 21 22 22 22 22 22 22 23 3 CHƯƠNG 2. CHẤT ĐỐT DÙNG CHO NỒI HƠI TẦU THUỶ I. YÊU CẦU ĐỐI VỚI CHẤT ĐỐT DÙNG CHO NỒI HƠI TẦU THUỶ ………….……………………… 1. Các yêu cầu đối với chất đốt dùng cho nồi hơi tầu thuỷ ……………………………………………………………….. 2. Thành phần của chất đốt dùng cho nồi hơi tầu thuỷ ……………………………………………………………………….. 3. Chất làm việc, chất khô, chất cháy ………………………………………………………………………………………………………… 4. Nhiệt trị của nhiên liệu ……………………………………………………………………………………………………….…………………….. II. TÍNH CHẤT CỦA DẦU ĐỐT NỒI HƠI …………………………………………………………………………………….. 1. Ưu nhược điểm của dầu đốt nồi hơi ………………………………………………………………………………..……………………… 2. Các tính chất của dầu đốt nồi hơi ……………………………………………………………………………………….………………….. CHƯƠNG 3. QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG BUỒNG ĐỐT NỒI HƠI I. XÁC ĐỊNH LƯỢNG KHÔNG KHÍ CẤP LÒ ……………………………………………………………………………………. 1. Xác định thể tích không khí lý thuyết cấp lò ……………………………………………………………………………………… 2. Xác định thể tích không khí thực tế cấp lò …………………………………………………………………………………………… II. XÁC ĐỊNH LƯỢNG KHÍ LÒ (KHÓI LÒ) ………………………………………………………………….……………………. 1. Xác định Vk theo phương trình phản ứng cháy ………………………………………………………………………………….. 2. Xác định lượng khí lò dựa vào kết quả phân tích khói lò ………………………………………….…………………… 3. Xác định trọng lượng của khí lò ………………………………………………………………………………………….…………………… 4. Xác định phân áp suất của các chất khí thành phần của khí lò …………………………………………………… 5. Nhiệt dung riêng của khí lò ………………………………………………………………………………………………….…………………… 6. Entalpi của khí lò …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 24 24 24 24 24 25 25 25 25 28 28 28 29 29 29 31 31 31 32 32 III. LẬP TOÁN ĐỒ I-θ …………………………………………………………………………………………………………………………….……… IV. LẬP TOÁN ĐỒ Vkk-α, Vk-α VÀ Pi-α ……………………………………………………………………….………………………. V. THIẾT BỊ PHÂN TÍCH KHÓI OOC-XA ……………………………………………………………………….………………….. 1. Nguyên lý làm việc của thiết bị phân tích khói Ooc-xa ………………………………………………………………… 2. Xác định hệ số không khí thừa dựa vào kết quả đo của thiết bị Ooc-xa ………………………………… VI. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG BUỒNG ĐỐT NỒI HƠI ………………………………………………………………………………….………………………………………………………………….…………………. 1. Điều kiện để quá trình cháy xảy ra hoàn toàn …………………………………………………………………………………… 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn chuẩn bị cháy …………………………………………………….…………………. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn cháy ……………………………………………………………………….…………………. 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trính cháy ổn định …………………………………………………………………………… 32 34 35 35 36 37 37 37 38 38 CHƯƠNG 4. THIẾT BỊ BUỒNG ĐỐT I. SÚNG PHUN KIỂU HƠI NƯỚC ………………………………………………………………………………………………………….... II. SÚNG PHUN KIỂU KHÔNG KHÍ NÉN …………………………………………………………………..…….………………… III. SÚNG PHUN KIỂU ÁP LỰC …………………………………………………………………………………..…………………………… 1. Nguyên lý làm việc của súng phun kiểu áp lực ……………………………………………………………….……………….. 2. Các phương pháp điều chỉnh sản lượng dầu phun vào buồng đốt ……………………………….……………… 3. Ưu nhược điểm của súng phun cơ học (ly tâm không quay) ………………………………………….……………… IV. SÚNG PHUN KIỂU ÁP LỰC - HƠI NƯỚC …………………………………………………………………………………… V. SÚNG PHUN KIỂU QUAY ……………………………………………..……………………………………..……………………………… 39 39 39 39 39 42 44 44 45 4 1. Sơ đồ nguyên lý …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2. Nguyên lý làm việc ……………………………………………………………………………………………………………………….……………… 3. Ưu nhược điểm ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. VI. BỘ THỔI MUỘI …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 45 45 46 47 CHƯƠNG 5. CÂN BẰNG NHIỆT NỒI HƠI I. TỔN THẤT NHIỆT TRONG NỒI HƠI ………………………………………………………………………………….……………. II. TÍNH CÁC TỔN THẤT ……………………………………………………………………………………………………………….…………… 1. Tổn thất nhiệt do khói lò nang ra q2 ………………………………………………………………………………………….…………… 2. Tổn thất hoá học q3 ………………………………………………………………………………………………………………………….…………… 3. Tổn thất cơ học q4 …………………………………………………………………………………………………………………………….…………… 4. Tổn thất do tản nhiệt ra ngoài trời q5 ……………………………………………………………………………………………………… 5. Tổn thất do tro xỉ nóng mang ra q6 …………………………………………………………………………………………….…………… III. TÍNH HIỆU XUẤT NHIỆT CỦA NỒI HƠI ………………………………….…………………………………….…………. IV. CÂN BẰNG NHIỆT NỒI HƠI ……………………………………………………………..…………………………………………….. 48 48 48 48 49 49 49 50 50 50 CHƯƠNG 6. KẾT CẤU NỒI HƠI TẦU THUỶ I. PHÂN LOẠI NỒI HƠI TẦU THUỶ ………………………………………………………………………………..…………………… 1. Phân loại nồi hơi theo mục đích sử dụng hơi ………………………………………………………………………………………. 2. Phân loại theo kết cấu ........................................................................................................ 3. Phân loại theo loại nhiên liệu dùng cho nồi hơi ………………………………………………………………………………… 4. Phân loại theo thông số hơi ……………………………..……………………………………………………………………………………….. 5. Phân loại theo tuần hoàn của nước trong nồi hơi ……………………………………………………………………………… II. NỒI HƠI ỐNG LỬA .......................................................................................................... 1. Sơ đồ nguyên lý ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Đặc điểm kết cấu ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3. Ưu nhược điểm ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. III. NỒI HƠI ỐNG LỬA-ỐNG NƯỚCù ……………………………………………………………………..……………………………… IV. NỒI HƠI ỐNG NƯỚC TUẦN HOÀN TỰ NHIÊN …………………………………………………………….……….. 1. Ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước nói chung ……………………………………………………………………………….. 2. Nồi hơi ống nước nằm khí lò đi chữ Z …………………………………………………………………………………………………… 3. Nồi hơi ống nước nằm khí lò đi thẳng …………………………………………………………………………………..……………… 4. Nồi hơi ống nước đứng 3 bầu đối xứng …………………………………………………………………………………..…………… 5. Nồi hơi ống nước đứng 3 bầu không đối xứng KBΓ ……………………………………………………………………….. 6. Nồi hơi ống nước đứng kiểu chữ D nghiêng ………………………………………………………………………………………… 7. Nồi hơi chữ D đứng ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 8. Nồi hơi hai vòng tuần hoàn (nồi hơi Schmidt-Hartmanna) ……………………………………..…………………… V. NỒI HƠI ỐNG NƯỚC TUẦU HOÀN CƯỠNG BỨC KIỂU LAMÔNG ………….…………………… 1. Nguyên lý làm việc ............................................................................................................. 2. Ưu nhược điểm .................................................................................................................... VI. NỒI HƠI ĐẶC BIÊT ........................................................................................................ 1. Nồi hơi lưu động thẳng ....................................................................................................... 2. Nồi hơi tăng áp ................................................................................................................... VII. NỒI HƠI KHÍ XẢ .......................................................................................................... 52 52 52 52 52 53 53 53 53 53 57 58 58 58 59 61 61 62 63 65 66 68 68 69 70 70 71 71 5 VIII. CÁC BỀ MẶT HẤP NHIỆT HOÀN THIỆN CỦA NỒI HƠI ....................................... 1. Bộ sấy hơi ........................................................................................................................... 2. Bộ hâm nước tiết kiệm ....................................................................................................... 3. Bộ sưởi không khí .............................................................................................................. 72 72 74 74 CHƯƠNG 7. KHÍ ĐỘNG HỌC NỒI HƠI I. NGUYÊN LÝ THÔNG GIÓ CỦA NỒI HƠI ...................................................................... 1. Sức thông gió của nồi hơi .................................................................................................... 2. Sức tự hút của nồi hơi ......................................................................................................... 3. Aùp suất dư và độ chân không trong buồng đốt .................................................................... 4. Cột áp của quạt gió và quạt hút khói .................................................................................. II. Tính chọn quạt gió và quạt hút .......................................................................................... 76 76 76 77 78 78 78 CHƯƠNG 8. THUỶ ĐỘNG HỌC NỒI HƠI I. TUẦN HOÀN TỰ NHIÊN TRONG NỒI HƠI .................................................................... 1. Nguyên lý tuần hoàn tự nhiên ............................................................................................. 2. Đường đặc tính tuần hoàn ………………………………………………………………………………………………………………………….. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuần hoàn của nồi hơi ……………………………………………………………………………… II. CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁ HUỶ TUẦN HOÀN 1. Hiện tượng dừng chảy, hiện tượng chảy ngược trong ống lên ……………………………………………………… 2. Hiện tượng nước hơi phân lớp ………………………………………………………………………………………………………………….. 3. Hiện tượng có hơi trong ống xuống ………………………………………………………………………………………………………… 4. Hiện tượng tuần hoàn yếu ớt ở nồi hơi ống lửa ………………………………………………………………………………… 80 80 80 81 83 85 85 85 86 86 CHƯƠNG 9. VẬT LIỆU VÀ ĐỘ BỀN CỦA NỒI HƠI I. YÊU CẦU ĐỐI VỚI VẬT LIỆU NỒI HƠI ……………………………………………………………………………..…………. 1. Yêu cầu đối với vật liệu nồi hơi ……………………………………………………………………………………………………………… 2. Các hiện tượng biến dạng của thép nồi hơi ………………………………………………………………………………………… II. VẬT LIỆU NỒI HƠI ........................................................................................................ 1. Thép cacbon ........................................................................................................................ 2. Thép ít hợp kim .................................................................................................................. 3. Thép nhiều hợp kim ............................................................................................................ 87 87 87 87 88 88 89 89 6 CHƯƠNG 10. CÁC THIẾT BỊ PHỤ PHỤC VỤ NỒI HƠI I. THIẾT BỊ AN TOÀN CỦA NỒI HƠI ................................................................................ 1. Van an toàn …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2. Đinh chì ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… II. THIẾT BỊ CHỈ BÁO MỰC NƯỚC ………………………………………………………………………………………………………. 1. Ống thuỷ ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2. Các rôbinê dò mực nước ……………………………………………………………………………………………………………………………. III. THIẾT BỊ KHÔ HƠI …………………………………………………………………..…………………………………………………………… 1. Nguyên lý làm khô hơi trong nồi hơi ……………………………………………………………………………………………………. 2. Ống góp khô hơi …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Thiết bị khô hơi kiểu hỗn hợp (thiết bị khô hơi của nồi hơi tầu Lamông) ……………………………… 4. Bộ xoáy lốc khô hơi ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 90 90 90 94 94 94 97 97 97 97 98 99 IV. THIẾT BỊ GẠN MẶT, XẢ ĐÁY NỒI HƠI ……………………..……………………………………………………………… 1. Thiết bị gạn mặt ………………………………………………..…………………………………………………………………………………………… 2. Thiết bị xả đáy nồi hơi ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 3. Thiết bị xả cặn tuần hoàn …………………………………………………………………………………………………………………………… 99 99 100 101 7 CHƯƠNG 11. KHAI THÁC VÀ BẢO DƯỠNG NỒI HƠI I. SỬ LÝ NƯỚC NÔÌ HƠI ……………………………………………………………………………….……………………………………………. 1. Vì sao phải xử lý nước nồi hơi ………………………………………………………………….…………………………………………….. 2. Các tiêu chuẩn của nước nồi hơi ……………………………………………………………………………………………………………. 3. Các phương pháp sử lý nước nồi hơi …………………………………………………………………………………………………….. II. SỬ DỤNG VÀ BẢO DƯỠNG NỒI HƠI TẦU THUỶ …………………………………………………………………. 1. Khởi động nồi hơi ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Chăm sóc nồi hơi khi hoạt động …………………………………………………………………………………………………………….. 3. Ủ nồi hơi và dừng nồi hơi …………………………………………………………………………………………………………………………… 4. Bảo quản nồi hơi ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5. Vệ sinh nồi hơi ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. III.NHỮNG TRỤC TRẶC, HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP CỦA NỒI HƠI. BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC …………………………………………………………………………………………………………………………………….……………. 1. Cạn nước nồi …………………………………..……………………………………………………………………………………………………………… 2. Nước nồi hơi quá cao ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3. Cháy hỏng bề mặt hấp nhiệt …………………………………………………………………………………………………………………….. 4. Ống bị vỡ …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 5. Vách buồng đốt bị hư hỏng ………………………………………………………………………………………………………………………. 6. Áp suất hơi quá cao ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 7. Áp suất hơi quá thấp …………………………………………………………………………………………………………………………………… 8. Súng phun bị tắc …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 9. Súng phun bị phun lửa ra ngoài ……………………………………………………………………………………………………………… IV. THỬ NGHIỆM NỒI HƠI ………………………………………………………………………………………..…………………………….. 1. Thử thuỷ lực nồi hơi ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Thử nóng nồi hơi ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 102 102 102 104 105 107 107 112 113 114 114 118 118 118 118 119 119 119 119 120 120 120 120 121 PHẦN III. TUỐC BIN HƠI TẦU THUỶ CHƯƠNG 1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TUỐC BIN HƠI TẦU THUỶ I. MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1. Lịch sử phát triển của tuốc bin hơi tầu thuỷ ……………………………………………………………………………………….. 2. Phân loại tuốc bin hơi tầu thuỷ ………………………………………………………………………………………………………………… II. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ ĐỘNG LỰC TUỐC BIN HƠI TẦU THUỶ …………………………. 1. Ưu điểm ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2. Nhược điểm …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. III. Nguyên lý làm việc của tuốc bin ………………………………………………………………………………………………………….. 1. Nguyên lý làm việc của tuốc bin xung kích 1 tầng ………………………………………………………………………….. 2. Nguyên lý làm việc của tuốc bin phản kích 1 tầng ………………………………………………………………………….. 3. Nguyên lý làm việc của tuốc bin nhiều tầng ………………………………………………………………………………………. CHƯƠNG 2. QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CỦA DÒNG HƠI TRONG ỐNG PHUN I. Quá trình lưu động của dòng hơi trong tuốc bin ……………………………………………………………………………... 122 122 122 122 122 124 124 125 125 125 126 127 134 134 134 8 1. Các giả thiết và phương trình cơ bản của dòng hơi lưu động trong ống phun ………………………. 2. Các phương trình cơ bản để nghiên cứu quá trình lưu động của dòng hơi qua ống phun ….. II. Quan hệ giữa tốc độ và hình dáng Ống ………………………………………………………………………………………………. CHƯƠNG 3. QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CỦA DÒNG HƠI TRÊN CÁNH ĐỘNG I. Quá trình biến đổi năng lượng của dòng hơi trên cánh động trong tuốc bin xung kích ……… 1. Biến đổi năng lượng của dòng hơi trên cánh động của tuốc bin xung kích ……………………………. 2. Tính công suất, hiệu suất vòng của tầng tuốc bin xung kích ……………………………………………………….. II. Quá trình biến đổi năng lượng trên cánh động trong tuốc bin phản kích ……………………………… 1. Tam giác tốc độ trong tầng tuốc bin phản kích …………………………………………………………………………………. 2. Tính hiệu suất vòng của tầng tuốc bin phản kích ……………………………………………………………………………… III. So sánh tầng tuốc bin xung kích và phản kích ………………………………………………………………………………… 1. So sánh tầng tuốc bin xung kích và phản kích khi có cùng tốc độ vòng.............................. 2. So sánh tầng tuốc bin xung kích và phản kích khi có cùng nhiệt giáng .............................. CHƯƠNG 4. CÁC TỔN THẤT TRONG TUỐC BIN I. Tổn thất cánh …………………………………………………………………………………………………………………………………………………