- 2 -
Nguyễn Văn Năm
THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TÀU THUỶ
ĐẠI HỌC GTVT TP HỒ CHÍ MINH- NĂM 2011
- 3 -
Chương 1: NỒI HƠI TÀU THỦY
1.1. HƠI NƯỚC
 Trong công nghiệp hiện đại và giao thông vận tải, các động cơ hơi nước chiếm một vai trò quan
trọng. Làm công chất trong nhà máy nhiệt điện, trong vận tải đường sắt và đường thuỷ, trong sinh
hoạt, dùng trong các nhu cầu hâm sấy, điều hoà khí hậu Hơi nước còn là chất công tác duy nhất
được áp dụng trong nhà máy điện nguyên tử. Hơi nước được ứng dụng rộng rãi là vì nó có những
tính ưu việt nổi bật so với những khí thực khác. Hơi nước có ở khắp mọi nơi, rẻ tiền không độc hại
và có đủ tính chất nhiệt động cần thiết với vai trò một chất môi giới trong các thiết bị nhiệt.
 Cũng như mọi tính chất khí thực khác mà trước đây trong việc thiết lập phương trình trạng thái
của chất khí chúng ta đã nghiên cứu, hơi nước có tính chất khác hẳn khí lý tưởng. Ngay ở điều kiện
nhiệt độ và áp suất bình thường hơi nước đã rất gần với trạng thái bão hoà. Trong các thiết bị nhiệt
hơi nước được sử dụng ở áp suất cao, nhiệt độ tương đối thấp nên càng gần với thể lỏng, vì vậy
không thể bỏ qua thể tích bản thân và lực tương tác giữa các phân tử, nghĩa là đối với hơi nước pv 
RT. Do tính chất nhiệt động rất phức tạp của nước người ta chưa thể nghiên cứu hơi nước bằng lý
thuyết mà kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Một trong những phương trình trạng thái đạt độ
chính xác cao là phương trình Vucalovic-Nôvikop lập năm 1939:
 



















m
vT
c
RTbv
v
a
p
2
32
1
(1.1)
 Trong đó: c, m là các hệ số được xác định bằng thực nghiệm.
 Các tác giả khi thiết lập phương trình này đã có xét đến hiện tượng kết hợp và phân ly của các
phân tử. Hiện tượng kết hợp là hiện tượng hai hoặc nhiều phân tử chất khí nối với nhau một cách cơ
học thành một chất điểm phức tạp. Còn ngược lại là sự phân ly của các phân tử tiến hành ở nhiệt độ
cao. Do hiện tượng kết hợp của các phân tử, số phân tử tự do trong chất khí giảm đi làm giảm áp
suất của chất khí. Phương trình này hiện nay được áp dụng rất rộng rãi và là cơ sở của việc tính toán
hơi nước.
1.1.1. Các khái niệm cơ bản và các định nghĩa
 Sự hoá hơi của nước: Hoá hơi là sự chuyển nước từ thể lỏng sang thể hơi, được tiến hành bằng
hai cách là bay hơi và sôi.

 Sự bay hơi: Là quá trình hoá hơi xảy ra trên bề mặt thoáng của chất lỏng.
Đó là quá trình các phân tử có động năng lớn thắng được sức căng của bề mặt bay ra không gian
ngoài bề mặt thoáng ở bất kỳ nhiệt độ nào. Bay hơi làm cho nhiệt độ của chất lỏng giảm xuống,
cường độ bay hơi phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng, nhiệt độ của chất lỏng, phân áp suất của hơi
trong không gian phía trên mặt thoáng. Khi nhiệt độ tăng thì cường độ bay hơi của chất lỏng tăng.
- 4 -
Nếu không gian phía trên bề mặt chất lỏng không bị hạn chế thì quá trình bay hơi diễn ra liên tục và
hoàn toàn. Ví dụ như hiện tượng bay hơi của nước trên bề mặt ao, hồ, sông, ngòi
 Sự sôi: Là quá trình hoá hơi xảy ra trong toàn bộ thể tích chất lỏng.
Nếu ta cấp nhiệt cho chất lỏng thì nhiệt độ và cường độ hoá bay hơi của chất lỏng tăng lên. Đến một
nhiệt độ hoàn toàn xác định nào đó (phụ thuộc vào bản chất và áp suất của chất lỏng) việc bay hơi
sẽ xảy ra trong toàn bộ thể tích chất lỏng do xuất hiện những bọt hơi lớn dần bị vỡ và đi lên bề mặt
thoáng. Thực nghiệm cho thấy với một chất lỏng xác định ở một áp suất đã cho sẽ có nhiệt độ sôi
xác định, trong quá trình sôi nếu áp suất không thay đổi thì nhiệt độ sôi cũng không thay đổi, khi
tăng áp suất thì nhiệt độ sôi cũng tăng. Do đó nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất và
bản chất của chất lỏng.
Nhiệt độ sôi ký hiệu t
s
hoặc T
s
= f(p).
 Sự ngưng tụ: Là quá trình ngược lại của quá trình sôi.
Nếu rút nhiệt từ hơi thì hơi quay về thể lỏng. Thực nghiệm cho thấy trong suốt quá trình ngưng tụ
áp nếu suất không đổi thì nhiệt độ ngưng tụ cũng không đổi. Nhiệt độ đó cũng là nhiệt độ sôi của
chất lỏng tại áp suất đó.
Nhiệt độ ngưng tụ ký hiệu t
s
hay T
s
= f(p).

 Hơi bão hoà: Nếu để nước bay hơi trong không gian hữu hạn (ví dụ quá trình đun sôi nước trong
nồi hơi) đồng thời với quá trình bay hơi có quá trình ngưng tụ, cả hai hệ thống pha nước và hơi ở
trong trạng thái cân bằng động. Đồng thời với việc các phân tử từ pha lỏng đi vào pha hơi thì còn có
các phân tử đi từ pha hơi vào pha lỏng, đến lúc nào đó số phân tử đi ra bằng số phân tử đi vào thì
hơi có mật độ lớn nhất. Hơi nhận được khi đó gọi là hơi bão hoà. Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ
hơi bão hoà cũng là hàm số của áp suất hơi bão hoà, nhiệt độ đó cũng là nhiệt độ sôi của nước. áp
suất tương ứng với t
s
cũng được gọi là áp suất hơi bão hoà p
s
. Hơi bão hoà được chia làm hai loại:
 Hơi bão hoà khô là hơi không còn lẫn những giọt nước nhỏ li ti chưa kịp bay hơi hết.
 Hơi bão hoà ẩm là hơi còn lẫn những giọt nước nhỏ li ti chưa kịp bay hơi hết.
 Hơi quá nhiệt: Khi nước đã hoá hơi hoàn toàn tách ra từng phân tử riêng biệt ở áp suất đã cho.
Nếu ta tiếp tục cấp nhiệt cho hơi thì nhiệt độ của hơi sẽ tăng lên. Hơi khi đó được gọi là hơi quá
nhiệt. Vậy hơi quá nhiệt là hơi có áp suất bằng áp suất hơi bão hoà nhưng có nhiệt độ lớn hơn nhiệt
độ sôi ở áp suất ấy. Hiệu số giữa nhiệt độ của hơi quá nhiệt và hơi bão hoà ở cùng áp suất gọi là độ
quá nhiệt.
t
qn
= t – t
s
Trong thực tế, hơi nước nhận được là hơi bóo hoà ẩm vỡ hơi tiếp xỳc với nước và quỏ trỡnh tỏch ly
bọt hơi khỏi bề mặt thoỏng luụn kộo theo một phần nước vào khụng gian của hơi. Hơi bóo hoà ẩm
cú tớnh năng kỹ thuật khụng cao thậm chớ cũn gõy hư hỏng cỏc chi tiết quan trọng trong động cơ
nhiệt. Trong thực tế kỹ thuật thiết bị động lực hơi nước người ta sử dụng hơi quỏ nhiệt. Với độ quỏ
- 5 -
nhiệt càng cao thì thể tích riêng của hơi quá nhiệt càng lớn, hơi quá nhiệt càng gần với trạng thái khí
lý tưởng. Để nhận được hơi quá nhiệt, trong thiết bị nồi hơi, ngoài bộ phận sinh hơi còn đặt thiết bị
làm khô và bộ quá nhiệt cho hơi.

1.1.2. Thí nghiệm quá trình hoá hơi đẳng áp của nước
 Giả sử trong xilanh có 1kg nước ở thể lỏng
áp suất p và nhiệt độ 0
0
C, thể tích riêng v
0
,
trạng thái ban đầu của nước được biểu thị bằng
điểm a
1
. Sự di chuyển của pistôn trong xilanh
có thể thực hiện dễ dàng để luôn luôn đảm bảo
cho áp suất trong xilanh không đổi p = const.
Nếu chúng ta cấp nhiệt cho nước mà vẫn giữ
nguyên áp suất trong xilanh không đổi thì nhiệt
độ của nước tăng lên, thể tích riêng tăng lên
(thực tế khi cấp nhiệt cho nước thể tích riêng
của nước ban đầu giảm đi, nhưng sau đó lại
tăng lên. Ở áp suất bình thường, nước có mật
độ lớn nhất không phải ở 0
0
C mà ở 4
0
C). Khi
nhiệt độ của nước đạt đến t
s
thì nước trong xilanh sẽ sôi. Trạng thái này được biểu thị bằng điểm b
1
.
Như vậy đoạn a

1
b
1
biểu thị quá trình gia nhiệt của nước từ 0
0
C đến t
s
. Nếu ta tiếp tục cấp nhiệt thì
nước đã sôi trong xilanh sẽ bắt đầu hoá hơi và quá trình hoá hơi sẽ kết thúc khi toàn bộ số nước
trong xilanh đã hoàn toàn biến thành hơi bão hoà khô. Trạng thái đó được đặc trưng bằng điểm c
1
.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng quá trình hoá hơi được thực hiện ở nhiệt độ không đổi t
s
còn thể tích
tăng lên với áp suất p = const đó. Như vậy trên đồ thị p-v đoạn b
1
c
1
đặc trưng cho quá trình hoá hơi
vừa là đẳng áp và vừa là đẳng nhiệt. Các điểm trạng thái nằm trên đoạn b
1
c
1
đặc trưng cho hơi bão
hoà ẩm (ví dụ điểm e
1
). Sau đó nếu vẫn tiếp tục cấp nhiệt thì nhiệt độ và thể tích riêng của hơi nước
tăng lên, hơi nước biến thành hơi quá nhiệt. Trạng thái của hơi quá nhiệt ở áp suất p = const được
đặc trưng bằng đường nằm bên phải điểm c

1
(điểm d
1
).
 Quá trình hoá hơi đẳng áp của nước được tiến hành qua 3 giai đoạn kế tiếp nhau:
 Gia nhiệt cho nước đến nhiệt độ bão hoà t
s
.
 Hoá hơi ở nhiệt độ t
s
= const.
 Quá nhiệt cho hơi t > t
s
.
 Trên đồ thị p-v các giai đoạn đó được biểu thị bằng các đoạn a
1
b
1
c
1
d
1
.
 Ngược lại, nếu vẫn giữ p = const nhưng rút nhiệt từ hơi trong xilanh ra ngoài, nghĩa là tiến hành
theo quá trình nghịch thì chúng ta nhận được lặp lại các trạng thái cũ đó là từ hơi quá nhiệt về hơi bão
hoà khô rồi về hơi bão hoà ẩm và cuối cùng trong xilanh chỉ toàn là nước.
Hình 1.1. Quá trình hoá hơi đẳng áp của
nước trên đồ thị p-v
v
x=1

K
p
x= 0
e
1
c
1
b
1
a
1
A
(III)
H
(I)
L
x= const
- 6 -
 Nếu thực hiện các quá trình hoá hơi đẳng áp của nước ở những áp suất khác nhau, tương tự như
trên và nối những điểm đặc trưng tương ứng của nước ở 0
0
C (a
1
, a
2
…a
n
), của nước sôi (b
1
, b

2
…b
n
),
của hơi bão hoà khô (c
1
, c
2…
c
n
) chúng ta có các đường cong đặc tính:
 Đường cong a
1
, a
2
…a
n
là đường đẳng nhiệt của nước ở 0
0
C. Đường này hầu như song song với
trục tung vì nước ở thể lỏng ít bị nén.
 Đường b
1
, b
2
…b
n
là đường đặc trưng cho những điểm trạng thái của nước ở nhiệt độ sôi với những
áp suất khác nhau gọi là đường giới hạn dưới. Các điểm trạng thái nằm trên đường này có x = 0.
 3. Đường c

1
, c
2…
c
n
là đường đặc trưng cho trạng thái hơi bão hoà khô ở những áp suất khác nhau
gọi la đường giới hạn trên. Các điểm trạng thái nằm trên đường này có x = 1.
 Các đường giới hạn trên và giới hạn dưới gặp nhau tại điểm K gọi là điểm tới hạn. Các thông số
ở điểm K gọi là các thông số tới hạn, chúng là những thông số nhiệt động quan trọng của vật chất.
Đối với nước:
P
th
= 221,29 bar, t
th
= 374,15
0
K, v
th
= 0,00326m
3
/kg
Ở tại điểm K chất lỏng và hơi chỉ đơn thuần về mặt định lượng. Ở nhiệt độ cao hơn t
th
và áp suất lớn
hơn p
th
thì vật chất không tồn tại ở những pha khác nhau nữa mà chúng là đồng nhất.
 Các đường giới hạn chia đồ thị thành 3 vùng:
Vùng I: các trạng thái nước chưa sôi ở pha lỏng.
Vùng II: các trạng thái cân bằng 2 pha lỏng và hơi (hơi bão hoà ẩm).

Vùng III: các trạng thái hơi quá nhiệt.
Đường giới hạn dưới gặp đường 0
0
C ở điểm A gọi là điểm ba thể tại đó ta có:
p
A
= 0,0061bar, t
A
= 0,001
0
C, v
A
= 0,001m
3
/kg
Điểm ba thể đặc trưng cho trạng thái cân bằng ba pha của vật chất (rắn, lỏng, hơi).
Khi tiến hành cung cấp nhiệt ở áp suất không thay đổi, tuỳ thuộc vào trị số của áp suất mà vật từ thể
rắn (tinh thể) có thể chuyển thành pha lỏng hoặc chuyển trực tiếp thành thể khí mà không qua thể
lỏng. Nếu áp suất tiến hành của quá trình bé hơn áp suất của điểm ba hoặc lớn hơn áp suất của điểm
tới hạn thì vật chất từ thể rắn sẽ chuyển trực tiếp sang thể khí mà không qua thể lỏng. Nếu áp suất
tiến hành của quá trình lớn hơn áp suất của điểm ba hoặc bé hơn áp suất của điểm tới hạn thì vật
chất từ thể rắn sẽ chuyển sang thể lỏng sau đó với sự tiếp tục cấp nhiệt từ thể lỏng sẽ chuyển sang
thể khí.
 Xác định các đại lượng vật lý của nước và hơi nước
Đối với nước cũng như nhiều loại khí thực khác có mật độ phân tử lớn, việc xác định các thông số
trạng thái và mối quan hệ giữa chúng không đơn giản. Giá trị của các đại lượng vật lý của nước và
hơi nước được xác định bằng thực nghiệm kết hợp với lý thuyết.
 Nước ở 0
0
C:

Quy ước ở mọi áp suất t = 0
0
C, i
0
= 0, s
0
= 0.
- 7 -
Nước chưa sôi được xác định bằng cặp (p, t), giá trị các đại lượng vật lý của nó được xác định bằng
thực nghiệm, lập bảng theo (p, t) để tra cứu.
 Nước sôi
Trạng thái của nó hoàn toàn được xác định bằng một thông số (p hoặc t).
Các đại lượng vật lý của nước sôi có ký hiệu thêm dấu (’): v’, i’, s’, u’. Tổng quát kýhiệu: ’ được
xác định bằng thực nghiệm, lập bảng theo p hoặc t.
 Hơi bão hoà khô
Trạng thái của nó hoàn toàn xác định bởi một thông số (p hoặc t).
Các đại lượng vật lý của hơi bão hoà khô có ký hiệu thêm dấu (”): v”, i”, s”, u”. Tổng quát kýhiệu:
” được xác định bằng thực nghiệm, lập bảng theo p hoặc t.
 Hơi quá nhiệt
Trạng thái của hơi quá nhiệt được xác định khi biết hai thông số thường theo p và t cũng được xác
định bằng thực nghiệm kết hợp với lý thuyết và lập bảng theo p và t.
 Hơi bão hoà ẩm
Để xác định trạng thái hơi bão hoà ẩm người ta đưa ra khái niệm độ khô x = G
h
/G với G
h
là khối
lượng hơi khô, G là khối lượng hơi ẩm. Độ khô là tỷ số giữa khối lượng hơi khô trong 1kg hơi bão
hoà ẩm.
Ngược với độ khô là độ ẩm y = G

n
/G = 1- x, G
n
là khối lượng hơi nước trong 1kg hơi bão hoà ẩm.
Người ta coi hơi bão hoà ẩm là hỗn hợp của nước sôi và hơi bão hoà khô vì vậy thể tích của một kg
hơi bão hoà ẩm sẽ là tổng thể tích của x kg hơi bão hoà khô và y kg nước sôi nên:
v
x
= y.v’ + xv” = (1-x)v’ + xv” = x(v” – v’) + v’














xx
x
vv
vv
x
(1.2)
x phụ thuộc tuyến tính vào 

x
vì vậy xây dựng được đường độ khô x = const trên các đồ thị.
 Các bảng và đồ thị của hơi nước
Do Vucalôvic lập năm 1940 có độ chính xác cao.
 Bảng nước sôi và hơi bão hoà khô
Các thông số của nước sôi và hơi bão hoà khô tức là các điểm trạng thái nằm trên các đường cong
giới hạn dưới và trên. Thực nghiệm và lý luận cho thấy các điểm trạng thái đó được xác định chỉ
bằng một thông số áp suất p và nhiệt độ t
s
nên để thuận tiện người ta lập bảng hơi bão hoà phụ
thuộc vào nhiệt độ và bảng hơi bão hoà phụ thuộc vào áp suất.
Trong bảng có r = i” – i’ là nhiệt ẩn hoá hơi đẳng áp đó là nhiệt lượng cần thiết cấp cho 1kg nước
sôi chuyển thành hơi bão hoà khô ở áp suất không đổi.
- 8 -
Bảng 1.1a. Nước và hơi nước bão hoà theo áp suất
p
bar
t
0
C
v’
m
3
/kg
v”
m
3
/kg
”
kg/m

3
i’
kJ/kg
i”
kJ/kg
r
kJ/kg
s’
kJ/kgK
s”
kJ/kgK
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Bảng 1.1b. Nước và hơi nước bão hoà theo nhiệt độ
p
bar
t
0
C
v’
m
3

/kg
v”
m
3
/kg
”
kg/m
3
i’
kJ/kg
i”
kJ/kg
r
kJ/kg
s’
kJ/kgK
s”
kJ/kgK
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
 Bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt
Trạng thái của chúng được xác định bằng hai thông số độc lập thường theo (p, t) vì vậy bảng này

được lập theo hai thông số áp suất và nhiệt độ. Ứng với một cặp (p, t) biểu thị một trạng thái trong
bảng ghi 3 thông số theo thứ tự v, i, s. Các ô phía phải đường gãy khúc đậm biểu thị trạng thái hơi
quá nhiệt, phía trái đường gãy khúc biểu thị trạng thái nước chưa sôi.
Bảng 1.2. Nước chưa sôi và hơi quá nhiệt
P(bar)
t (
0
)-
-
-
v
i
s
-
-
 Các đồ thị của hơi nước
Việc dùng các bảng hơi nước để tính toán các quá trình biến đổi trạng thái của hơi nước cũng gặp
nhiều khó khăn, phiền phức. Do đó trong kỹ thuật, phương pháp đồ thị được sử dụng phổ biến trên cơ
sở áp dụng các biểu đồ trạng thái của hơi nước. Phương pháp đồ thị có tính ưu việt hơn, cho phép xác
định nhanh chóng các thông số trạng thái đầu và cuối của quá trình, mà còn dễ dàng cho phép chúng
ta xác định tất cả các trạng thái trung gian. Bên cạnh đó phương pháp đồ thị rất thuận tiện trong việc
phân tích định tính các quá trình công tác của động cơ nhiệt. Hiện nay, các đồ thị được dùng phổ biến
là các đồ thị T-s và i-s của hơi nước.
 Đồ thị T-s
o Tại điểm tới hạn dT
K
/ds
K
= 0 nên điểm K là điểm cực đại của đường cong giới hạn.
- 9 -

Hình 1.2. Qúa trình hoá hơi của nước trên
đồ thị T-s
T
s
K
x=1
x=0
p = const
o Đồ thị cắt trục toạ độ T tại 273
0
K.
o Dạng của đường cong giới hạn ở vùng nhiệt độ
không cao lắm giống đường cong lôgarit bởi chúng
ta có công thức gần đúng:
273
ln19,4
s
T
s 

o Nhưng ở vùng nhiệt độ cao gần nhiệt độ tới hạn
thì đường giới hạn có dạng đường parabol đối xứng.
o Đường đẳng áp của nước ở nhiệt độ không cao
lắm có thể xem như trùng với đường giới hạn dưới
bởi chúng ta có s
a
 s’
ao
= 0, điểm a xem như trùng
với điểm a

0
và điểm b là điểm nước sôi nên nó nằm trên đường x = 0. trong vùng hơi ẩm đường
đẳng áp trùng với đường đẳng nhiệt. Trong vùng hơi quá nhiệt đường đẳng áp dạng lôgarit.
o Đồ thị i-s rất thuận lợi trong việc tính toán nhiệt động đối với hơi nước vì nhiệt lượng cung cấp
cho quá trình đẳng áp được xác định bằng độ dài đoạn thẳng, về trị số bằng hiệu entanpi của trạng
thái đầu và trạng thái cuối, lấy trục tung là i, trục hoành là s. Trên đồ thị i-s đường giới hạn dưới đi
qua gốc toạ độ vì i’
0
= 0, s’
0
= 0. Trên đồ thị các miền ở gốc đồ thị rất sát nhau tra cứu hay nhầm lẫn
nên không sử dụng đến vì vậy ta cắt nó đi. Ở điểm giới hạn đạo hàm di
K
/ds
K
= T
K
. Trị số T
K
luôn
dương do đó điểm tới hạn nằm trên phần đi lên của đường cong giới hạn.
o Các đường đẳng áp nằm trong vùng nước cũng tương tự như trên đồ thị T-s với những áp suất
không cao lắm chúng có thể xem như trùng với đường giới hạn dưới. Trong vùng hơi ẩm thì các
đường đẳng áp trùng với các đường đẳng nhiệt và là những đoạn thẳng nghiêng đi lên từ trái sang
phải tạo thành hình dải quạt. Trong vùng hơi quá nhiệt những đường đẳng áp vẫn tiếp tục đi lên và
là những đường cong có bề lồi hướng về phía trục hoành.
o Các đường đẳng nhiệt trong vùng hơi bão hoà ẩm trùng với đường đẳng áp, nhưng trong vùng
hơi quá nhiệt là những đường cong có bề lồi hướng lên phía trên ngược chiều với đường đẳng áp.
o Các đường đẳng tích là những đường cong trong vùng hơi quá nhiệt cũng như trong vùng hơi ẩm
chúng có độ dốc lớn hơn đường đẳng áp, cùng chiều với đường đẳng áp.

o Trong quá trình p = const thì dq = di –vdp = di suy ra q
p
= i
2
– i
1
và được biểu thị bằng đoạn
thẳng i trên trục i.
o Trong quá trình đoạn nhiệt (dãn nở hay nén) thì:
l
k
= -i
s = const.
o Việc xuất hiện đồ thị i-s của hơi nước là một sự kiện có ý nghĩa to lớn làm thay đổi căn bản
phương pháp tính toán và nghiên cứu các quá trình nhiệt động. Hiện nay trong kỹ thuật sử dụng và
- 10 -
nghiên cứu về hơi nước đều phổ biến dùng đồ thị i-s của hơi nước nhất là đồ thị của Vucalôvic xây
dựng với áp suất từ 0,1300 bar và nhiệt độ từ 20700
0
C.
 Các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi nước
o Việc tính toán các quá trình biến đổi trạng thái
của hơi nước bao gồm việc xác định các nhiệt lượng
tham gia vào quá trình, công, biến thiên nội năng.
o Việc xác định các thông số trạng thái của hơi
nước có thể bằng phương pháp giải tích. Tuy nhiên
phương pháp này gặp nhiều khó khăn vì phương
trình trạng thái của hơi nước có dạng phức tạp, hơn
nữa cần phải biết rõ sự thay đổi thể thái của hơi
nước trong quá trình vì các công thức xác định các

đại lượng vật lý của từng loại thể thái có dạng khác
nhau. Các quá trình nhiệt động của hơi nước trong
thức tế thường gặp 3 loại:
 Quá trình tiến hành hoàn toàn trong vùng hơi bão hoà.
 Quá trình tiến hành hoàn toàn trong vùng hơi quá nhiệt.
 Quá trình tiến hành một phần trong vùng hơi bão hoà và một phần trong vùng hơi quá nhiệt.
Trường hợp sau thường gặp hơn nhiều nên dùng phương pháp giải tích sẽ khó khăn nên trong thực
tế để xác định các thông số trạng thái của hơi nước, người ta thường áp dụng phương pháp đồ thị
mà phổ biến là đồ thị i-s của hơi nước. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, khá chính xác,
có thể dùng cho bất kỳ quá trình nào mà không cần biết rõ sự thay đổi thể thái của hơi nước trong
quá trính đó.
 Phương pháp tính quá trình nhiệt động của hơi nước nói chung được tiến hàh như sau:
Căn cứ vào số liệu đã cho vào bài toán mà biểu diễn quá trình trên đồ thị i-s, rồi từ đó xác định các
thông số đầu và cuối của hơi nước trong quá trình. Xác định biến thiên nội năng, nhiệt lượng, công
trong quá trình.
 Quá trình đẳng áp
Phương trình: p = const
Giả sử có quá tình đẳng áp 1-2 biểu diễn trên đồ thị p-v, T-s, i-s
Hình 1.3. Đồ thị i-s của hơi nước
s
i
T = const
p = const
v = const
K
x = 1
x = 0
x = const
- 11 -
Biến thiên nội năng: u = (i

2
– p
2
v
2
) - (i
1
– p
1
v
1
) =i
2
– i
1
– p(v
2
– v
1
)
Công trong quá trình: l = p(v
2
– v
1
)
Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình: q = u + l = i
2
– i
1
 Quá trình đẳng tích

Phương trình: v = const
Xét quá trình đẳng tích 1-2 biểu diễn trên đồ thị p-v, T-s, i-s
Biến thiên nội năng: u = (i
2
– p
2
v
2
) - (i
1
– p
1
v
1
) = i
2
– i
1
– v(p
2
– p
1
)
Công trong quá trình: l = p(v
2
– v
1
) = 0
Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình: q = u + l = u
Hình 1.5. Quá trình đẳng tích của hơi nước

x = 1
K
v
x = 0
p
2
1
x = 1
x = 0
K
T
s
2
1
i
2
x = 1
1
K
s
x = 0
Hình 1.4. Quá trình đẳng áp của hơi nước
s
x=0
T
K
2
1
x=1
x=1

v
K
2
1
x=0
i
x=1
x=0
1
2
s
q=i
1
-
i
2
p
- 12 -
 Quá trình đẳng nhiệt
o Phương trình: T = const
o Biến thiên nội năng: u = (i
2
– p
2
v
2
) - (i
1
– p
1

v
1
) =i
2
– i
1
– (v
2
p
2
– v
1
p
1
)
o Công trong quá trình: l = q - u
o Nhiệt lượng: q = T(s
2
– s
1
)
o Chú ý: Đối với khí khí thực, hơi nước biến thiên nội năng và biến thiên entanpi trong quá trình
đoạn nhiệt là khác 0. Trong vùng hơi bão hoà thì quá trình đẳng nhiệt cũng đồng thời là quá trình
đẳng áp nên trên hệ toạ độ p-v quá trình đẳng nhiệt đẳng áp đó được biểu thị bằng đoạn thẳng nằm
ngang. Trên toạ độ i-s quá trình đó được biểu thị bằng đoạn thẳng đi lên do
T
s
i
p










.
 Quá trình đọan nhiệt
o Phương trình: dq = 0, s = const
o Giả sử có quá tình đẳng tích 1-2 biểu diễn trên đồ thị p-v, T-s, i-s
o Biến thiên nội năng: u = (i
2
– p
2
v
2
) - (i
1
– p
1
v
1
) =i
2
– i
1
– (v
2

p
2
– v
1
p
1
)
o Công trong quá trình: l = q - u
o Nhiệt lượng: q = 0
Hình 1.7. Quá trình đoạn nhiệt của hơi nước
x = 1
i
x = 0
K
1
2
s
K
v
1
2
x = 0
x = 1
p
x = 0
x = 1
K
1
2
s

T
Hình 1.6. Quá trình đẳng nhiệt của hơi nước
K
2
1
s
i
x = 1
x = 0
p
v
K
2
1
x = 0
x = 1
K
2
1
T
x = 0
x = 1
s
- 13 -
1.2. HỆ THỐNG THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG HƠI NƯỚC TÀU THUỶ
 Khái niệm chung về hệ thống thiết bị năng lượng tàu thuỷ
Hệ thống thiết bị năng lượng tàu thuỷ (HTTBNL) trên các tàu thuỷ hiện đại là một tổ hợp phức tạp bao
gồm các thiết bị, các máy phát công chất, các động cơ nhiệt, các cơ cấu máy và các thiết bị nhằm mục
đích tạo ra một khối lượng cần thiết cơ năng, điện năng, và nhiệt năng Nguồn năng lượng đó dùng để
đẩy tàu chuyển động, duy trì sự hoạt động của các thiết bị phục vụ, thiết bị điều khiển, thiết bị liên lạc

cũng như cho sự hoạt động của thuyền viên và sinh hoạt của hành khách trên tàu.
 Thành phần của hệ thống thiết bị năng lượng tàu thuỷ
 Hệ động lực tàu thuỷ
 Hệ động lực tàu thuỷ (HTĐLTT) Là một tổ hợp các máy móc, thiết bị có tácdụng trực tiếp đẩy
tàu chuyển động, nó bao gồm: Các máy phát công chất chính, các động cơ chính như tua bin hơi,
tua bin khí, động cơ Diezel và hệ trục chân vịt.
 Các máy phát công chất chính có thể là nồi hơi chính, lò ga, lò phản ứng hạt nhân có nhiệm vụ
tạo ra công chất có nhiệt độ và áp suất cao phục vụ cho các động cơ chính.
 Các động cơ chính có thể là tua bin hơi, tua bin khí, máy hơi nước hay động cơ Diezel có tác
dụng biến nhiệt năng thành cơ năng để làm quay hệ trục chân vịt.
 Hệ trục chân vịt có nhiệm vụ truyền mô men xoắn từ động cơ chính đến chân vịt đồng thời
truyền lực đẩy từ chân vịt đến vỏ tàu làm tàu chuyển động. Hệ trục chân vịt bao gồm các đoạn trục:
trục chân vịt, trục trung gian, trục lực đẩy, các thiết bị truyền động của hệ trục chân vịt như: bộ ly
hợp, hộp số, thiết bị đảo chiều dùng để nối, ngắt các động cơ chính với trục trục chân vịt, làm thay
đổi vòng quay hoặc đảo chiều quay của chân vịt. Trên một số tàu người ta dùng phương thức truyền
động đặc biệt như truyền động điện,
 truyền động chân vịt biến bước, truyền động ống dạo lưu xoay.
 Các thiết bị và máy phụ
Các thiết bị này dùng để phục vụ cho hệ động lực, cho sự hoạt động của con tàu cũng như cho sinh
hoạt của thuyền viên, hành khách trên tàu nó bao gồm:
 Các nồi hơi phụ có nhiệm vụ tạo ra hơi nước để hâm dầu trong các khoang , các két, cấp hơi cho
sinh hoạt của thuyền viên và hơi cho các công việc khác trên tàu.
 Các tổ máy phát điện để tạo ra điện năng đáp ứng đủ nhu cầu điện năng trên tàu
 Các hệ thống phụ trên tàu bao gồm hệ thống phục vụ và hệ thống tàu bè
 Các hệ thống phục vụ hệ động lực:
Hệ thống làm mát, hệ thống không khí nén, hệ thống dầu đốt, hệ thống dầu bôi trơn, hệ thống khí xả
tiêu âm, hệ thống thông gió buồng máy.
 Hệ thống tàu bè:
- 14 -
Hệ thống cứu hoả cứu sinh, hệ thống lái, hệ thống neo cẩu, hệ thống hút khô dằn, hệ thống điều

khiển, hệ thống thông tin liên lạc
 Phân loại hệ thống thiết bị năng lượng tàu thuỷ
 Phân theo loại nhiên liệu được sử dụng cho hệ động lực của tàu:
 Hệ thống thiết bị năng lượng sử dụng than.
 Hệ thống thiết bị năng lượng sử dụng dầu.
 Hệ thống thiết bị năng lượng sử dụng năng lượng hạt nhân.
 Phân theo loại động cơ chính của hệ động lực tàu:
 Hệ thống thiết bị năng lượng máy hơi nước.
 Hệ thống thiết bị năng lượng tua bin hơi.
 Hệ thống thiết bị năng lượng tua bin khí.
 Hệ thống thiết bị năng lượng động cơ đốt trong.
 Phân theo dạng chu trình công tác của hệ động lực.
 Hệ thống thiết bị năng lượng chu trình kín (Máy hơi nước, tua bin hơi).
 Hệ thống thiết bị năng lượng chu trình hở (Tua bin khí, động cơ đốt trong).
 Phân loại theo theo phương thức truyền động của hệ trụ chân vit:
 Hệ thống thiết bị năng lượng truyền động trực tiếp.
 Hệ thống thiết bị năng lượng truyền động gián tiếp.
 Hệ thống thiết bị năng lượng truyền động điện.
 Hệ thống thiết bị năng lượng chân vịt biến nước.
 Phân loại theo số đường trụcchân vịt:
 Hệ thống thiết bị năng lượng 1 đường trục.
 Hệ thống thiết bị năng lượng 2 đường trục.
 Hệ thống thiết bị năng lượng 3 đường trục.
 Phân loại theo loại công chất sử dụng trong hệ động lực:
 Hệ thống thiết bị năng lượng hơi nước.
 Hệ thống thiết bị năng lượng khí cháy.
- 15 -
1.2.1. Sơ đồ hệ thống thiết bị động lực hơi nước tàu thuỷ
1.2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống
Khi nồi hơi 1 hoạt động, hơi nước ban đầu được tạo ra là hơi bão hoà ẩm. Hơi sau đó được đưa vào

bộ quá nhiệt 2 để biến thành hơi quá nhiệt. Ở hành trình tiến của tàu, van 3 mở, van 4 đóng. Hơi quá
nhiệt được đưa vào tua bin tiến cao áp 5 và làm quay tua bin, thông qua hộp giảm tốc 8 mà làm
quay hệ trục chân vịt 9, kết quả làm cho tàu chạy. Hơi sau khi qua tua bin 5 còn áp xuất và nhiệt độ
khá cao tiếp tục được đưa vào tua bin tiến thấp áp 6 và sau đó được đưa đến bầu ngưng 11, ở đây
nó nhả nhiệt cho nước làm mát, hoá lỏng rồi được bơm cấp trở về nồi hơi 1 kết thúc một chu trình
công tác.
 Ở hành trình lùi của tàu van 3 đóng van 4 mở, hơi nước đi vào tua bin lùi 7 làm quay hệ trục
chân vịt nhưng theo chiều ngược lại, sau đó hơi được đi qua bầu ngưng 11, hoá lỏng rồi được bơm
trở lại nồi hơi.
 Chu trình này là chu trình hồi nhiệt trích hơi, hơi được trích một phần từ thân tua bin cho đi qua
các thiết bị hâm 14, 15 và17, hâm nóng nước cấp trước khi cấp nước trở lại nồi hơi, mục đích để
tăng hiệu suất nhiệt đồng thời tránh ứng suất nhiệt cho nồi hơi. Để tăng hiệu quả của quá trình ngư-
ng tụ, cũng như hiệu suất nhiệt của chu trình người ta hút chân không bầu ngưng bằng bơm hút
chân không 10.
 Để tránh tác hại ăn mòn nồi hơi thì nước cấp trước khi cấp vào nồi hơi phải được khử khí thông
qua bộ khử khí 15.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
17
Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý hệ động lực hơi nước
- 16 -
 Trong quá trình làm việc có một lượng hơi nước mất đi, một phần do lắp ghép không kín, do sử
dụng không hoàn lại, do xả đi Do đó cần phải bổ sung một lượng nước cấp thường xuyên cho nồi
vào bằng cách bơm cấp vào bộ hâm nước 14 hay cấp trực tiếp vào nồi hơi nước đã được làm sạch
và được hâm nóng nhờ bộ hâm nước tiết kiệm.
1.3. HỆ THỐNG THIẾT BỊ NỒI HƠI
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý và công dụng của các thiết bị
Trên hình 1.19. Giới thiệu sơ đồ hệ thống nồi hơi tàu thuỷ nó bao gồm các bộ phận chính sau đây:
Nồi hơi, thiết bị buồng đốt, thiết bị điều khiển, thiết bị kiểm tra, thiết bị thông gió, thiết bị cấp nước
và lọc nước, thiết bị khử khí, thiết bị cung cấp chất đốt, thiết bị tự động điều chỉnh quá trình làm
việc của nồi hơi.
 Một số bộ phận chính của nồi hơi
 Bầu hơi (1) có dạng hình trụ tròn, là không gian chứa nước và hơi, có khoét các hàng lỗ để lắp
các cụm ống nước sôi.
 Bầu nước (7) có dạng hình trụ tròn, có chiều dài tương đương bầu hơi nhưng có đường kính nhỏ
hơn, là không gian chứa nước, có khoét các hàng lỗ để lắp các cụm ống nước sôi.
 Cụm ống góp (6) thường có dạng hình trụ tròn, góp nước từ cụm ống vách ống.
 Buồng đốt, các cụm ống nước sôi, các cụm vách ống, các bộ hâm nước tiết kiệm, bộ sưởi không
khí tiết kiệm, bộ quá nhiệt, bộ giảm nhiệt.
 Buồng đốt (4): Là một bộ phận của nồi hơi, là nơi diễn ra quá trình cháy của nhiên liệu với
không khí, có nhiệt độ từ 900  1350
0
C.
 Các cụm ống nước sôi (10,11) và các vách ống (3) là những bề mặt hấp nhiệt chính của nồi hơi,
thông qua đó khí lò sẽ trao nhiệt cho nước làm mát, biến nước thành hơi bão hoà Bộ quá
nhiệt (9) là thiết bị trao nhiệt, thông qua đó biến đổi hơi bão hoà thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao

hơn. Bộ giảm nhiệt (8) là thiết bị trao đổi nhiệt, làm giảm nhiệt độ của hơi quá nhiệt biến một phần
hơi quá nhiệt thành hơi giảm nhiệt.
 Bộ hâm nước tiết kiệm (12) là thiết bị tận dụng nhiệt năng của khói lò để hâm nóng nước cấp
trước khi cấp cho nồi hơi (thực nghiệm cho biết cứ tăng nhiệt độ nớc cấp lên 8
0
C, hiệu suất nồi hơi
sẽ tăng 1 ).
 Bộ sưởi không khí tiết kiệm (13) là một thiết bị tận dụng nhiệt năng của khói lò để sấy nóng
không khí trước khi cấp vào buồng đốt của nồi hơi nh vậy sẽ làm tăng hiệu quả của quá trình cháy,
làm tăng hiệu suất nồi hơi (thực tế cứ giảm nhiệt độ khí lò xuống 20
0
C thì giảm được 1 khối l-
ượng chất đốt).
 Thiết bị thông gió gồm có các quạt gió có nhiệm vụ cung cấp đủ không khí sạch phục vụ cho quá
trình cháy của nhiên liệu trong buồng đốt nồi hơi và hút được hết khí lò ra ngoài.
- 17 -
 Thiết bị cấp nước bao gồm các thiết bị lọc nước, các bơm nước cấp có áp suất cao, các bầu
ngưng, đảm bảo cung cấp đầy đủ nước sạch cho nồi hơi sau khi đã lọc sạch và hâm nóng đến nhiệt
độ qui định.
 Thiết bị buồng đốt, có nhiệm vụ cung cấp đầy đủ nhiên liệu sạch cho nồi hơi làm việc ở bất kỳ
điều kiện khai thác nào đồng thời đưa hết tro xỉ (nếu có) ra ngoài.
 Hệ thống này gồm có các két chứa nhiên liệu, các bầu hâm, bầu lọc, các bơm dầu, hệ thống ống,
van, các súng phun nhiên liệu (đối với nồi hơi đốt dầu), các băng tải, ghi xích đối với nồi hơi đốt
than.
 Thiết bị kiểm tra, thiết bị điều khiển.
Gồm các đồng hồ đo áp suất, các nhiệt kế, kính
thuỷ, van an toàn, van xả cặn, van xả khí, hệ thống
điện điều khiển phục vụ cho công tác theo dõi, kiểm
tra và điều khiển quá trình làm việc của nồi hơi.
Điều khiển quá trình cháy, điều chỉnh mức nước

nồi, điều chỉnh nhiệt độ hơi và điều chỉnh các quá
trình làm việc của nồi hơi.
1.3.2. Nguyên lý hoạt động và đặc điểm
Trên hình 1.2 giới thiệu sơ đồ nguyên lý nồi hơi
ống nước tuần hoàn tự nhiên: Nhiên liệu đốt cháy
trong buồng đốt tạo ra khí lò có nhiệt độ cao, khí lò
sẽ quét qua các bề mặt hấp nhiệt của cụm ống nước
sôi số 1 và số 2. Do cụm ống 1 bố trí gần buồng
đốt, tiếp xúc với khí lò có nhiệt độ cao hơn nên ở
cụm ống này cường độ bốc hơi mạnh hơn rất nhiều so với ở cụm ống số 2. Do đó tỷ trọng hỗn hợp
nước và hơi ở cụm ống số 1 nhỏ hơn nhiều so với ở cụm ống số 2, do sự chênh lệch tỷ trọng này mà
hình thành nên mạch tuần hoàn của nồi hơi.
1.4. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA NỒI HƠI
1.4.1. Sản lượng nồi hơi D
N
Là lượng hơi sinh ra trong một đơn vị thời gian, khi nồi hơi làm việc ổn định lâu dài ở 100% tải,
(kg/h, T/h)
D
N
= D
QN
+ D
GN
+ D
X
(1.3)
Trong đó:
D
X
: lượng hơi bão hoà đem đi sử dụng trực tiếp;

 Sản lượng hơi lớn nhất D
MAX
: là lượng hơi lớn nhất do nồi hơi sinh ra khi nồi hơi làm việc quá
tải trong một thời gian qui định cho từng loại nồi hơi.
2
1
3
4
5
6
13
12
11
10
9
8
7
Hình 1.9. Sơ đồ hệ thống nồi hơi
- 18 -
D
ma x
=(125  140) % D
N
1.4.2. Áp suất nồi hơi
 Áp suất thiết kế P
TK
: Là áp suất dựa trên đó thiết kế ra nồi hơi.
 Áp suất làm việc P
LV
: Là áp suất định mức khai thác nồi hơi.

 ÁP suất hơi bão hoà P
N
: Là áp suất của hỗn hợp nước và hơi tác dụng lên bầu nồi và thành ống.
Dựa vào P
N
ta sẽ tìm được nhiệt độ sôi t
N
 ÁP suất hơi quá nhiệt P
QN
: Là áp suất hơi đo tại cửa ra của bộ quá nhiệt, thường áp suất hơi quá
nhiệt thấp hơn áp suất hơi bão hoà, P
QN
= P
N
- (0,1 0, 4) Mpa.
 Áp suất hơi giảm nhiệt P
GN
: Là áp suất hơi đo tại cửa ra của bộ giảm nhiệt thường nhỏ hơn áp
suất hơi quá nhiệt.
 Áp suất nước cấp P
NC
: Là áp suất của nước cấp do bơm cấp nước tạo ra, áp suất này phải cao
hơn áp suất nồi, thường P
NC
= P
N
+ (0,3  0,6)Mpa.
 Áp suất mở van an toàn P
AT
: Thường P

AT
= 1,05.P
LV
.
1.4.3. Nhiệt độ hơi
 Nhiệt độ hơi bão hoà t
N
: Là nhiệt độ của nước sôi và hơi bão hoà trong bầu hơi của nồi.
 Nhiệt độ hơi quá nhiệt t
QN
: Là nhiệt độ của hơi đo tại cửa ra của bộ quá nhiệt.
 Nhiệt độ nước cấp t
NC
: Là nhiệt độ của nước cấp nồi, đo tại cửa ra của bộ hâm nước cấp,
0
C.
 Nhiệt độ khói lò 
KL
: Là nhiệt độ của khí lò ra khỏi nồi hơi.
 Nhiệt độ không khí cấp 
KK
: Là nhiệt độ của không khí cấp vào buồng đốt.
1.4.4. Nhiệt lượng có ích: Q
CI
(KJ/h)
Nhiệt lượng dùng để tạo ra các loại hơi mà nồi hơi sinh ra trong 1 giờ.
Q
CI
= D
QN

( i
QN
– i
NC
) + D
GN
( i
GN
– i
NC
) + D
X
( i
X
– i
NC
) (1.4)
Trong đó: i
QN
, i
GN
, i
X
và i
NC
là entanpi của hơi quá nhiệt, hơi giảm nhiệt, hơi bão hoà và của nước
cấp.
1.4.5. Nhiệt lượng cấp vào, Q
CV
(KJ/h)

Là nhiệt lượng tạo ra do đốt cháy hoàn toàn chất đốt trong buồng đốt nồi hơi trong thời gian 1 giờ.
Q
CV
= B.Q
H
P
(1.5)
Trong đó:
B: lượng chất đốt cấp vào nồi trong 1 giờ, (kg/h);
Q
H
P
: nhiệt trị thấp của nhiên liệu, (kJ/kg);
1.4.6. Hiệu suất nồi hơi : 
NH
()
Là tỷ số giữa nhiệt lượng có ích của nồi hơi trên nhiệt lượng cấp vào.

n
=
p
h
CI
QB
Q
.
=
p
h
NCXXNCGNGNNCQNQN

QB
IIDIIDIID
.
)()()( 
(1.6)
- 19 -
1.4.7. Nhiệt tải dung tích buồng đốt q
V
(kJ/m
3
h)
Là lượng nhiệt do nhiên liệu cháy trong buồng đốt tạo ra ứng với 1 m
3
thể tích buồng đốt trong một
giờ.
BD
P
H
V
V
QB
q
.

(1.7)
Đối với nồi hơi đốt than q
V
nhỏ, để nhiệt độ khí lò không quá cao có thể làm nóng chảy chất tro
bám vào thành ống, đối với nồi hơi đốt dầu thì q
V

lớn hơn nhưng vẫn đảm bảo gạch chịu lửa không
bị hỏng, q
V
= (2  3).10
6
(kJ/m
3
h).
1.5. PHÂN LOẠI NỒI HƠI TÀU THUỶ
1.5.1. Phân theo hình thức quét khí lò
 NHON là nồi hơi mà hỗn hợp nước và hơi đi trong
ống, khí lò quét bên ngoài ống.
 NHOL là nồi hơi mà khí lò đi trong ống, hỗn hợp
nước và hơi đi bên ngoài ống.
 NHOL phân thành 2 loại:
 NHOL lưu động cùng chiều.
 NHOL lưu động ngược chiều.(Hình 1.20)
 Nồi hơi liên hợp ống lửa- ống nước.
1.5.2. Phân theo công dụng của nồi hơi
 Nồi hơi chính là nồi hơi mà hơi do nó sinh ra
dùng để cung cấp cho các động cơ chính chạy bằng hơi nước (Máy hơi nước, tua bin hơi), dùng cho
các máy phụ và các nhu cầu hâm sấy và sinh hoạt trên tàu.
 Nồi hơi phụ là nồi hơi mà hơi do nó sinh ra dùng để cung cấp cho các máy phụ, phục vụ cho các nhu
cầu hâm sấy và cho một số nhu cầu khác trên tàu.
1.5.3. Phân theo áp suất của nồi hơi
 NH áp suất thấp. P
N
< 2,2 Mpa
 NH áp suất trung bình P
N

= 2,2 - 4 Mpa
 NH áp suất cao. P
N
= 4 - 6,4 Mpa
 NH áp suất rất cao P
N
> 6,4 MP
1.5.4. Phân theo sự tuần hoàn của hỗn hợp nước và hơi
 Nồi hơi tuần hoàn tự nhiên là nồi hơi mà sự tuần hoàn của hỗn hợp nước và hơi là do sự chênh
lệch về tỉ trọng của hỗn hợp nước và hơi ở các cụm ống gây nên.
 Nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức là nồi hơi mà sự tuần hoàn của hỗn hợp nước và hơi ở trong nồi
hơi nhờ tác dụng của ngoại lực, có 2 loại:
8
7
6
5
4
3
2
1
9
10
11
Hình 1. 10. Sơ đồ cấu tạo nồi hơi ống lửa
lưu động ngược chiều
- 20 -
 NH tuần hoàn cưỡng bức nhiều lần.
 NH tuần hoàn cưỡng bức lưu động thẳng.
1.5.5. Phân theo phương pháp thông gió của nồi hơi
 Nồi hơi thông gió tự nhiên, nếu việc thông gió của nồi hơi là do sự chênh lệch về tỷ trọng của

khí lò gây nên.
 Nồi hơi thông gió cưỡng bức, nếu việc thông gió của nồi hơi được thực hiện nhờ quạt hút và quạt đẩy.
1.5.6. Phân theo nhiên liệu dùng cho nồi hơi:
 Nồi hơi đốt than.
 Nồi hơi đốt dầu.
 Nồi hơi khí thải.
1.5.7. Phân loại theo kết cấu nồi hơi.
 NHON thẳng đứng.
 NHON nằm ngang.
 NHOL chữ D nghiêng.
 NHON 3 bầu đối xứng.
 NHON 3 bầu không đối xứng.
 NHOL ống nằm ngang.
 NHOL ống đứng.
 NH liên hợp ống lửa – ống nước.
1.5.8. Phân theo áp suất bên trong buồng đốt nồi hơi
 Nồi hơi không tăng áp, là nồi hơi mà áp suất bên trong buồng đốt và bên ngoài môi trường chênh
nhau ít.
 Nồi hơi tăng áp, là nồi hơi mà áp suất bên trong buồng đốt lớn hơn áp suất bên ngoài.
1.6. CHẤT ĐỐT SỬ DỤNG CHO NỒI HƠI
1.6.1. Khái niệm, yêu cầu đối với nhiên liệu nồi hơi tàu thuỷ
Nhiên liệu là những hợp chất hữu cơ tự nhiên hay nhân tạo, khi hoá hợp với oxi của không khí có
toả ra nhiệt lượng lớn.
 Yêu cầu đối với nhiên liệu:
 Lượng sinh nhiệt cao, để tăng tải trọng có ích và tầm hoạt động của tàu.
 Không tự bén cháy trong các hầm chứa trên tàu. Bền, khó vỡ vụn thành cám khi vận chuyển,
không bị biến chất.
 Ít tro bụi, ít lưu huỳnh và ít độc hại.
 Giá rẻ vì chi phí về chất đốt chiếm tới 30% chi phí khai thác tàu thuỷ.
- 21 -

1.6.2. Các thành phần nguyên tố, thành phần khối lượng của nhiên liệu
 Thành phần nguyên tố:
Là thành phần các nguyên tố có trong nhiên liệu, nếu coi nhiên liệu là hỗn hợp cơ học của các
nguyên tố. Trong nhiên liệu thể rắn và thể lỏng gồm có các nguyên tố cháy được như các bon (C),
hiđrô (H), lưu huỳnh dạng bốc (S
b
), các chất không cháy được như nitơ (N), lưu huỳnh ở dạng
không bốc, chất tro (A), chất ẩm (W), chất trợ cháy ô xy(O) Lưu huỳnh bốc được ở dạng sunfua và
không bốc được ở dạng sunfát. Thành phần chất cháy được càng cao thì nhiệt trị của nhiên liệu càng
lớn.
 1 kg các bon cháy hoàn toàn toả ra nhiệt lượng 33900 (kJ/kg)
 1 kg hiđrô cháy hoàn toàn toả ra nhiệt lượng 122500 (kJ/kg)
 1 kg lưu huỳnh S
b
cháy hoàn toàn toả ra nhiệt lượng 8900 (kJ/kg)
Tuy nhiên lưu huỳnh khi cháy sẽ tạo ra SO
2
và SO
3
bay lên cùng với khói lò có chứa hơi nước, khi
khói bay đến những nơi có nhiệt độ thấp hơn nhiệt điểm sương, hơi nước ngưng tụ sẽ kết hợp với
khí SO
2
và SO
3
tạo ra các axít gây ăn mòn các bề mặt kim loại đặc biệt đối với bề mặt các bộ hâm
nước tiết kiệm và bộ sưởi không khí, do đó hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu càng thấp càng
tốt.
 Thành phần khối lượng chất làm việc, chất khô, chất cháy:
 Thành phần chất làm việc: là thành phần khối lượng của các chất có trong nhiên liệu, lưu huỳnh

không bốc nằm trong chất tro A
C
L
+ H
L
+S
L
b
+O
L
+ N
L
+A
L
+W
L
= 100 % (1.8)
 Thành phần chất khô: là thành phần khối lượng các chất có trong nhiên liệu khô
C
K
+ H
K
+ S
K
b
+ O
K
+ N
K
+ A

K
= 100 % (1.9)
 Thành phần chất cháy: là thành phần khối lượng của các chất có trong nhiên liệu không có chất
tro và chất ẩm.
C
C
+ H
C
+ S
C
b
+ O
C
+ N
C
= 100% (1.10)
 Trong ba loại thành phần trên chỉ có thành phần chất cháy được là ổn định các thành phần còn lại
là không ổn định.
- 22 -
Bảng 1.3: Bảng qui đổi các thành phần khối lượng của nhiên liệu.
Chất đã biết
Hệ số cần nhân khi tính toán
Chất làm việc
Chất khô
Chất cháy được
Chất làm việc
1
L
W100
100

LL
WA 100
100
Chất khô
100
100
L
W
1
K
A100
100
Chất cháy được
100
100
LL
WA 
100
100
K
A
1
1.6.3. Các đại lượng đặc trưng của chất đốt
 Nhiệt trị thấp của nhiên liệu: là nhiệt lượng do 1 kg chất đốt cháy hoàn toàn tạo ra, không kể đến
lượng nhiệt toả ra do hơi nước ngưng tụ. Như vậy nhiệt trị thấp của nhiên liệu chính là nhiệt lượng
do 1 kg chất đốt cháy hoàn toàn toả ra trong buồng đốt nồi hơi. Kí hiệu: Q
H
P
, (kJ/kg)
 Nhiệt trị cao của nhiên liệu: là nhiệt lượng do 1 kg chất đốt cháy hoàn toàn tạo ra, có kể đến

lượng nhiệt toả ra do hơi nước ngưng tụ. Như vậy nhiệt trị cao của nhiên liệu chính là nhiệt lượng
do 1 kg chất đốt cháy hoàn toàn toả ra trong nhiệt lượng kế. Kí hiệu: Q
P
B
, (kJ/kg).
Biết rằng để làm bốc hơi 1 kg nước thành hơi hoàn toàn phải cấp nhiệt lượng là 2500 kJ, lượng hơi
nước do 1 kg chất đốt cháy tạo ra là (9 H
L
+ W
L
)/100. Vậy khi đốt cháy 1kg chất đốt trong lò mất đi
lượng nhiệt là 2500( 9H
L
+ W
L
)/100. Ta có thể tính nhiệt trị của nhiên liệu theo công thức Men đê
lê ép.
 Nhiệt trị cao Q
P
B
, (kJ/kg).
Q
P
B
= 339 C
L
+ 1225 H
L
+ 109 (S
B

L
– O
L
) (1.11)
 Nhiệt trị thấp Q
H
P
, (kJ/kg).
Q
P
H
= 339 C
L
+ 1225 H
L
+ 109 (S
B
L
– O
L
) - 25 (9 H
L
+ W
L
) (1.12)
 Chất đốt tiêu chuẩn
Để tiện cho việc định mức chất đốt nồi hơi người ta dùng một khái niệm chất đốt tiêu chuẩn, là chất
đốt qui ước có nhiệt trị thấp Q
P
H

= 7000 (kcal/kg)
7000
.
H
P
TC
QB
B 
Trong đó Q
P
H
(kcal/kg)
1.6.4. Các đại lượng đặc trưng của dầu đốt lò
Khái niệm về dầu đốt lò: dầu đốt lò của nồi hơi tàu thuỷ là dầu nặng loại tốt ít lưu huỳnh thường là
dầu ma dút và dầu nặng, (FO).
 Thành phần khối lượng của dầu:
Các bon, C = 85 %
- 23 -
Hi đrô, H = 13 %
Chất ẩm, W = 1- 2 %
Chất tro, A rất ít.
Q
P
H
= 38500  39700 (kJ/kg)
Q
P
B
= 39800  41000 (kJ/kg)
Nồi hơi đốt dầu có hiệu suất cao hơn nồi hơi đốt than từ 10  18 %, Hệ số không khí thừa  nhỏ,

tổn thất nhiệt do khói lò đem đi nhỏ hơn so với đốt than, không có tổn thất nhiệt do cháy không
hoàn toàn về mặt cơ họcvà tổn thất nhiệt do tro xỉ nóng đem ra ngoài. Kích thước của nồi hơi đốt
dầu nhỏ gọn hơn so với nồi hơi đốt than cùng thông số làm việc, vì nhiệt tải dung tích buồng đốt
lớn, ít muội, các ống của các mặt hấp nhiệt có kích thước nhỏ hơn và bước ống dày hơn.
 Dễ cơ giới hoá, tự động hoá hơn nồi hơi đốt than, giảm số thợ máy trực ca.
 Nồi hơi đốt dầu có tính cơ động cao hơn nồi hơi đốt than.
 Chi phí khai thác của nồi hơi đốt dầu cao hơn so với nồi hơi đốt than.
1.6.5. Các đại lượng đặc trưng của dầu đốt lò
Chất lượng của nhiên liệu được quyết định bởi nhiệt trị, độ nhớt, điểm bén cháy, điểm đông đặc,
hàm lượng tro, hàm lượng nước, hàm lượng lưu huỳnh, hàm lượng a xit, hàm lượng kiềm và tỷ
trọng của nhiên liệu.
 Độ nhớt: Là một đặc tính quan trọng của nhiên liệu, nó ảnh hưởng tới tính cháy và tính lưu động
của nhiên liệu. Loại dầu có độ nhớt cao thì rẻ tiền nhưng khó vận chuyển chất lượng phun sương
kém và cháy không được khoẻ, để khắc phục được điều này nhiên liệu nặng cần phải được hâm
nóng trước khi bơm chuyển và lọc cũng như trước khi phun vào buồng đốt nồi hơi.
 Độ nhớt Engole (
0
E) là tỷ số giữa thời gian chảy của 200 mml dầu ở 50
0
C, 75
0
C, 80
0
C, 100
0
C
qua ống nhỏ giọt kế Engole với thời gian chảy của 200 mml nước ở 20
0
C qua ống nhỏ giọt ấy, nó
là độ nhớt tương đối.

 Độ nhớt centitstoc (
0
Cst) là số giây chảy của 60 mml dầu ở 38
0
C , 66
0
C hoặc 100
0
C qua ống
nhỏ giọt kế, nó là độ nhớt tuyệt đối.
Bảng 1.4: Bảng qui đổi độ nhớt của dầu đốt.
0
CS
t
10
20
40
60
80
100
0
E
5 0
1,86
2,95
5,50
8,13
10,81
13,50
Điểm đông đặc: Dầu nhiều pha ra phin dễ đông đặc, điểm đông đặc trên +5

0
C, có loại tới 30
0
C cho nên chỉ dùng loại dầu ít pha ra phin.
 Điểm bén và điểm bén cháy:
 Điểm bén là nhiệt độ thấp nhất sinh ra hơi dầu trên bề mặt, nếu có tia lửa hở hơi nhiên sẽ bén
cháy khi mất tia lửa sẽ tắt ngay.
- 24 -
 Điểm bén cháy là nhiệt độ thấp nhất để khi bén lửa xong, cắt nguồn lửa đi có thể tiếp tục cháy
thêm 5 giây, thường điểm bén cháy cao hơn điểm bén 10  60
0
C. Để đề phòng hoả hoạn điểm bén
nên cao hơn 80
0
C.
 Lượng tạp chất rắn < 0,3 %.
Lượng lưu huỳnh nên < 2 %, valađi và nát ri càng ít càng tốt.
 Tỷ trọng của dầu 
t
4
, là tỷ số giữa trọng lượng của 1 đơn vị thể tích dầu ở nhiệt độ t
0
C, với trọng
lượng của cùng một thể tích nước ở 4
0
C.
)20(
4
20
4

 t
t

, (g/cm
3
). (1.13)
 = 0,000515  0,000594)

20
4
= 0,93  1.
 Hàm lượng nước, tại các nhà máy lọc dầu < 1 %, tuy nhiên sau vận chuyển hàm lượng nước có
thể tới 5 %.
1.7. QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU
1.7.1. Khái niệm cháy hoàn toàn và cháy không hoàn toàn

Cháy hoàn toàn là quá trình đốt cháy nhiên liệu với oxi của không khí, mà các sản phẩm của quá
trình cháy không thể oxi hoá được nữa như CO
2
, H
2
O, SO
2
…
 Cháy không hoàn toàn là quá trình đốt cháy nhiên liệu với oxi của không khí, mà các sản phẩm
của quá trình cháy vẫn có thể oxi hoá được nữa như CO, CH
4
, SO
 Điều kiện để cháy hoàn toàn
 Cung cấp đủ lượng không khí cho quá trình cháy, quá ít hay quá nhiều đều không có lợi, thiếu

không khí thì không đủ lượng ô xi cung cấp cho phản ứng cháy và thừa không khí thì sẽ làm giảm
nhiệt độ buồng đốt xuống.
 Phải tạo được sự hoà trộn tốt không khí với nhiên liệu, đối với nhiên liệu thể rắn thì tốt nhất là
nghiền nhỏ rồi phun vào, với nhiên liệu thể lỏng thì phải được phun vào buồng đốt dưới dạng
sương mù hoá, áp dụng biện pháp tạo dòng xoáy lốc trong buồng đốt và hệ thống cung cấp gió nên
có hai cấp (sơ cấp và thứ cấp).
 Nhiệt độ trong buồng đốt phải đủ cao 1000  1500
0
C và phân bố đều đặn để làm cho chất đốt
được nung nóng nhanh chóng đến nhiệt độ bén cháy (thường nhiệt lượng mà chất đốt hấp thụ trước
khi bén cháy để nung nóng, sấy khô là 5  10 % nhiệt lượng mà nó toả ra sau khi cháy). Nhiệt độ
buồng đốt quá thấp sẽ kéo dài thời gian phản ứng cháy và quá trình cháy sẽ không ổn định.
 Buồng đốt phải có đủ dung tích và phải có kết cấu phù hợp
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy:
Quá trình cháy bao gồm 2 giai đoạn đó là giai đoạn chuẩn bị cháy và giai đoạn cháy theo phản ứng
hoá học.
- 25 -
 Tốc độ cháy trong giai đoạn chuẩn bị
 Đây là giai đoạn sấy khô, nung nóng chất đốt đến nhiệt độ bén cháy, cũng là giai đoạn hoá khí
hoặc tách chất bốc ra khỏi chất cốc, chuyển hoá và xắp xếp lại các phân tử chất đốt với ô xi hình
thành các hợp chất trung gian của quá trình phản ứng, hoà trộn đều chất đốt với không khí, giai
đoạn này là giai đoạn cấp nhiệt, tốc độ cháy trong giai đoạn này rất chậm và phụ thuộc các yếu tố
sau đây:
 Loại chất đốt có nhiều chất bốc, nồng độ của thành phần cháy cao, kích thước của hạt nhiên liệu
nhỏ thì thời gian chuẩn bị cháy càng ngắn và ngược lại.
 Nhiệt độ buồng đốt.
 Kiểu buồng đốt.
 Vị trí tương đối giữa chất đốt đang cháy với chất đốt mới cấp vào.
 Nhiệt độ không khí cấp và lượng không khí cấp vào buồng đốt.
 Áp suất trong buồng đốt càng cao nhiệt độ bén cháy càng thấp, giai đoạn chuẩn bị cháy càng ngắn.

 Tốc độ chuyển động tương đối giữa phần tử nhiên liệu và không khí, tốc độ càng lớn thì sự hoà
trộn càng nhanh đặc biệt trong lưu động xoáy lốc.
 Tốc độ cháy trong giai đoạn cháy theo phản ứng hoá học phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:
 Loại nhiên liệu
 Nồng độ các chất tham gia phản ứng cháy.
 Nhiệt độ của phản ứng cháy.
 Tốc độ lưu động của không khí.
 Áp suất buồng đốt.
1.7.2. Tính thể tích không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg chất đốt

Các phương trình phản ứng cháy:
Mục đích của việc tính toán lượng không khí cấp lò để tính toán thiết bị cấp gió cho nồi hơi, điều
chỉnh quạt gió để đảm bảo cho nồi hơi làm việc ổn định, tính được lượng khói lò và Entanpi của
khói lò. Để tính được lượng không khí cấp lò cần phải dựa vào phương trình phản ứng cháy để tính
ra lượng ô xy, sau đó tính ra lượng không khí lý thuyết và cuối cùng tính ra lượng không khí cấp lò.
 Các phản ứng cháy:
C + O
2
= CO
2
o kg C cháy hoàn toàn cần 22,4 m
3
tc
O
2
và tạo ra 22,4 m
3
tc
khí CO
2

.
o 1 kg C cháy hoàn toàn cần 1,866 m
3
tc
O
2
và tạo ra 1,866 m
3
tc
khí CO
2
.
100
L
C
kg C cháy hoàn toàn cần
100
.866,1
L
C
m
3
tc
O
2
và tạo ra
100
.866,1
L
C

m
3
tc
khí CO
2
.
2H
2
+ O
2
= 2H
2
O
- 26 -
o 4 kg H
2
cháy hoàn toàn cần 22,4 m
3
tc
O
2
và tạo ra 44,8 m
3
tc
hơi nước.
o 1 kg H
2
cháy hoàn toàn cần 5,6 m
3
tc

O
2
và tạo ra 11,2 m
3
tc
hơi nước.
100
L
H
kg H
2
cháy hoàn toàn cần
100
.6,5
L
H
m
3
tc
O
2
và tạo ra
100
.2,11
L
H
m
3
tc
hơi nước.

S + O
2
= SO
2
o 32 kg S cháy hoàn toàn cần 22,4 m
3
tc
O
2
và tạo ra 22,4 m
3
tc
khí SO
2
.
o 1 kg S cháy hoàn toàn cần 0,7 m
3
tc
O
2
và tạo ra 0,7 m
3
tc
khí SO
2
.
100
L
S
kg S cháy hoàn toàn cần

100
.7,0
L
S
m
3
tc
O
2
và tạo ra
100
.7,0 S
m
3
tc
khí SO
2
.
 Tính thể tích không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg dầu
 Thể tích khí oxi qui về điều kiện tiêu chuẩn, O
LT
(m
3
tc
/kg)
100100
.7,0
100
.6,5
100

.866,1
LLLL
LT
OSHC
O 
429,1
1
(1.14)
 Trong không khí khô lượng ô xi chiếm 21% về thể tích và 23% về khối lượng, tỷ trọng của ô xi
là 1,429 kg/m
3
tc
.
 Thể tích không khí khô lý thuyết, (m
3
tc
/kg).
 
LLLL
LT
KLT
KK
OSHC
O
V 7,07,06,5866,1
21
1
21
100.


(1.15)
 
LLLL
KLT
KK
OHSCV 0333,0266,0375,00889,0 
(1.16)
 Trọng lượng không khí khô lí thuyết, G
KK
KLT
, (kg/kg)
G
KK
KLT
= 1,293.V
KK
KLT
(1.17)
 Trong đó tỷ trọng của không khí khô là 1,293 kg / m
3
tc
.
 Thể tích hơi nước trong không khí ẩm ứng với 1 kg nhiên liệu qui về điều kiện tiêu chuẩn,
(m
3
tc
/kg).
KLT
KKOH
VdV .293,1.10.

804,0
1
3
2


(1.18)
V
H2O
= 0,00161dV
kk
KLT
(1.19)
 Thể tích không khí ẩm lý thuyết, (m
3
tc
/kg).
V
KK
ALT
= V
KK
KLT
+ V
H2O
(1.20)
V
KK
ALT
= V

KK
KLT
(1 + 0,00161d) (1.21)
 Lượng không khí cấp lò tính theo công thức gần đúng Men đê lê ép
1000
1,1
H
P
ALT
KK
Q
V 