Nồi hơi được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp. Việc nâng cao hiệu suất lò hơi rất quan trọng đối với bất kỳ doanh nghiệp sử dụng nào. Vì mỗi 1% hiệu suất được tăng lên gần như đồng nghĩa với việc tiết kiệm 1% chi phí về nhiên liệu.

Bây giờ hãy cùng chúng tôi tìm hiểu các nguyên nhân ảnh hưởng tới hiệu suất lò hơi và đưa gia các pháp để nâng cao hiệu suất lò hơi.

I. Các loại tổn thất của lò hơi

Hiện tại ở Việt Nam đang tồn tại hai cách tính hiệu suất lò hơi theo phương pháp ngược là tính hiệu suất lò hơi theo nhiệt trị cao (HHV) và theo nhiệt trị thấp (LHV) của nhiên liệu. Với các nhà máy cũ, hiệu suất lò hơi được tính theo phương pháp nhiệt trị thấp.

Với phương pháp tính này, các tổn thất nhiệt của lò hơi bao gồm:

– Tổn thất nhiệt do khói thải mang đi: q2;

– Tổn thất do cháy không hết về hoá học và cơ học: q3 và q4;

– Tổn thất do toả nhiệt ra môi trường qua bảo ôn và xỉ: q5 và q6.

1. Tổn thất nhiệt theo khói thải q2

Trước hết nó phụ thuộc vào hệ số không khí thừa và nhiệt độ khói thải.

Hệ số không khí thừa tại đuôi lò của các lò hơi hiện nay khoảng 1,4 – 1,45, lớn hơn nhiều hệ số không khí thiết kế (1,25 – 1,30), làm tổn thất q2 tăng. Nguyên nhân chính làm hệ số không khí thừa tăng là do lọt gió lạnh vào lò và vào hệ thống cấp liệu.

Buồng lửa, đuôi lò không kín, xì hở bộ sấy không khí, lọt gió lạnh khi ra xỉ (ở một số lò hơi) cũng làm cho hệ số không khí thừa tăng.

Yếu tố thứ hai ảnh hưởng tới tổn thất q2, nhưng ở mức độ thấp hơn, là nhiệt độ khói thải. Theo các số liệu hiệu chỉnh lò hơi của Trung tâm Thí nghiệm Điện thì nhiệt độ khói thải ở trước bộ lọc bụi của hầu hết các lò hơi là khoảng 135-145oC, trong khi nhiệt độ cho phép chỉ khoảng 125-130oC. Nguyên nhân của nhiệt độ khói thoát tăng là do tổ chức chế độ cháy trong buồng đốt không hợp lý, các đai cháy có diện tích không phù hợp, các bề mặt trao đổi nhiệt trong buồng lửa bị tro xỉ bám bên ngoài và bị cáu cặn trong đường ống làm cho khả năng truyền nhiệt giảm. Dễ dàng nhận thấy rằng nhiệt độ khói thoát tăng cao kết hợp với lưu lượng khói thải cũng tăng cao sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất lò.

Ngoài ra, vận hành lò với nhiệt độ nước cấp thấp (khi các bình gia nhiệt không làm việc hoặc làm việc kém hiệu quả) cũng dẫn đến làm tăng tổn thất q2, do phải cung cấp lượng nhiên liệu – gió nhiều hơn (so với chế độ định mức) để đảm bảo thông số hơi (lưu lượng và áp suất).

2. Tổn thất cho cháy không hết về hóa học và cơ học q3, q4

Các lò hơi hiện nay có các tổn thất trên là khá lớn, đây là yếu tố làm hiệu suất lò hơi suy giảm nhiều nhất, đặc biệt là q4,... Tổn thất nhiệt q3, q4 phụ thuộc nhiều vào hệ số không khí thừa và kết cấu của buồng đốt. Hệ số không khí thừa quá nhỏ hoặc quá lớn hoặc vận hành ở tải thấp (nhiệt độ buồng lửa thấp) làm cho các tổn thất q3, q4 tăng lên.

3. Tổn thất nhiệt q5 và q6

Tổn thất q5 chủ yếu là do các lớp bảo ôn bị hư hỏng, hoặc chất lượng, độ dày lớp bảo ôn không đạt yêu cầu. Tổn thất do toả nhiệt ra môi trường bên ngoài (q5), tổn thất do nhiệt của xỉ (q6), là không lớn và các lò hơi của chúng ta hiện nay nói chung là đảm bảo được các giá trị thiết kế của các tổn thất này.

Như vậy có thể kết luận rằng, đối với các lò hơi, trước hết cần tập trung nghiên cứu các biện pháp nhằm giảm các tổn thất q2, q3 và q4.

Trên cơ sở đánh giá hiện trạng công nghệ và thiết bị của các hệ thống lò hơi điện cũ, đồng thời qua phân tích các tổn thất năng lượng trong các hệ thống và thiết bị, có thể đề xuất các giải pháp tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả cho các nhà máy điện theo hai hướng chính:

– Các giải pháp kỹ thuật: nâng cấp, cải tạo, sửa chữa

– Các giải pháp quản lý: sản xuất, sửa chữa, tổ chức

II. Các giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lò hơi

Như đã trình bày ở trên, các tổn thất nhiệt của lò hơi bao gồm:

– Tổn thất nhiệt theo khói thải (q2)

– Tổn thất cháy không hết về hoá học và cơ học (q3 và q4)

– Tổn thất toả nhiệt ra môi trường (q5 và q6)

Để nâng cao hiệu suất lò hơi, cần giảm thiểu các tổn thất đó.

1. Giảm tổn thất nhiệt theo khói thải (q2)

Để giảm tổn thất nhiệt q2 chúng ta cần phải:

– Cung cấp không khí cho lò một cách hợp lý trong từng giai đoạn đốt cháy nhiên liệu (đảm bảo hệ số không khí thừa tối ưu) và giảm thiểu không khí lạnh lọt vào buồng lửa, đường khói.

– Đảm bảo chân không buồng đốt trong vận hành.

– Đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng nước cấp, nước lò để giảm thiểu đóng cáu cặn trong đường ống.

– Đảm bảo nhiệt độ nước cấp lò hơi.

Hiện nay tổn thất q2 ở các lò hơi đang vận hành dao động từ 5,7 – 7%. Nếu giữ được mức q2 < 5% thì sẽ tăng được hiệu suất lò lên được khoảng 1 – 2%. Điều này rất có ý nghĩa, mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể.

2. Giảm tổn thất nhiệt do cháy không hết về cơ học và hóa học (q3 và q4)

Để giảm được tổn thất nhiệt q3, q4 cần phải:

– Đảm bảo hệ số không khí thừa tối ưu (tỉ lệ giữa nhiên liệu và không khí nóng).

– Đảm bảo chất lượng nhiên liệu cung cấp (độ ẩm, độ tro, chất bốc, nhiệt trị, cỡ hạt).

– Đảm bảo tổ chức chế độ cháy hợp lý (nhiệt độ gió nóng, tỷ lệ, tốc độ gió).

3. Giảm tổn thất do tỏa nhiệt ra môi trường (q5 và q6)

Tổn thất nhiệt q5 phụ thuộc vào tình trạng bảo ôn bề mặt thiết bị và các đường ống. Nhiệt độ bề mặt bên ngoài lớp bảo ôn không được vượt quá 50oC và càng thấp thì càng tốt. Nếu nhiệt độ bề mặt ngoài lớp bảo ôn tăng lên 10oC thì tổn thất nhiệt sẽ tăng lên khoảng 0,25%. Để giảm tổn thất này, phải bọc bảo ôn tất cả các thiết bị và đường ống chịu nhiệt, đảm bảo đúng các yêu cầu kỹ thuật về vật liệu và độ dày. Hiện nay tổn thất q5 của các nhà máy trên vào khoảng 0,6–0,7%, nếu thực hiện tốt chế độ bảo ôn có thể giảm được q5 từ 0,1 – 0,2%.

Các tổn thất này bao gồm: xả định kỳ, xả liên tục lò hơi, xả đọng các thiết bị và đường ống, xả sự cố bao hơ, xả tràn khử khí, xả cạn lò, khử khí, bình ngưng, bình gia nhiệt để sửa chữa, xì hở van và đường ống, v.v.

Để hạn chế các tổn thất này cần phải:

– Đảm bảo chất lượng nước bổ sung tốt, giảm lượng nước xả bẩn lò hơi.

– Thực hiện chế độ xả định kỳ và xả liên tục một cách hợp lý.

– Khắc phục xì hở hệ thống đường ống và các van.

– Nghiên cứu, áp dụng giải pháp thu hồi và tái sử dụng nguồn nước xả từ các thiết bị (các bình, bể…).

Hiện nay các nhà máy có chỉ số tổn thất này tương đối lớn, từ 3 – 5% thậm chí đến 8%. Nếu thực hiện tốt các biện pháp trên, có thể giảm được tổn thất này từ 1 – 2%.

III. Một số biện pháp quản lý và kỹ thuật mới nhằm nâng cao hiệu suất lò hơi

1. Tiến hành chế độ pha trộn nhiên liệu tối ưu để giảm chi phí nhiên liệu 

Nhiên liệu cung cấp cho nhà máy từ các nguồn khác nhau và có chất lượng khác nhau, giá bán tại nhà máy cũng khác nhau. Với mỗi thiết bị lò hơi cần đảm bảo loại nhiên liệu có chất lượng ổn định (các thành phần hoá dao động không lớn), đáp ứng yêu cầu vận hành kinh tế (hiệu suất cao), đáp ứng yêu cầu về phát thải. Điều này dẫn tới yêu cầu giải bài toán tối ưu để tìm ra tỷ lệ pha trộn nhiên liệu với chi phí nhiên liệu tối thiểu và đáp ứng các chỉ tiêu về nhiên liệu cho lò hơi (S, A, O, N, W, V, Q). Để giải bài toán này cần phải lập phương trình phi tuyến với các giới hạn như khả năng cung cấp của từng nguồn nhiên liệu, các giới hạn về phát thải (SO2, NOx), các giới hạn về thành phần nhiên liệu,…

2. Giảm áp suất lò hơi

Đây là một cách hiệu quả giúp giảm tiêu thụ nhiện liệu, nếu có thể, xuống khoảng từ 1 đến 2%. Áp suất hơi thấp hơn sẽ giảm nhiệt độ hơi bão hoà và  không thu hồi nhiệt khói lò, nhiệt độ của khói lò cũng giảm xuống ở mức tương tự.
Hơi thường được tạo thành ở mức áp suất/nhiệt độ cao nhất của một quy trình nhất định. Trong một số trường hợp, quy trình không vận hành liên tục, và có những lúc có thể giảm áp suất lò. Nhưng cũng cần nhớ rằng, việc giảm áp suất lò hơi sẽ giảm thể tích riêng của hơi trong lò, và loại không khí ra khỏi đầu ra của lò hơi một cách hiệu quả, mang theo nước. Cán bộ phụ trách năng lượng của công ty cần xem xét những tác dụng của việc giảm áp suất một cách cẩn thận, trước khi đề xuất thực hiện. Nên giảm áp suất theo từng giai đoạn, và không nên giảm nhiều hơn 20%.

3. Thiết bị kiểm soát tốc độ vô cấp lắp cho quạt, quạt thổi và máy bơm

Thiết bị kiểm soát tốc độ vô cấp là một cách hiệu quả giúp tiết kiệm năng lượng. Nhìn chung, kiểm soát khí bị ảnh hưởng bởi các van điều tiết của quạt hút cưỡng bức. Mặc dù những van điều tiết là cách kiểm soát rất đơn giản, nhưng chúng thiếu chính xác, có các đặc tính kiểm soát kém chỉ tại điểm đầu và điểm cuối của khoảng vận hành. Nhìn chung, nếu lò hơi có mức tải thay đổi, nên xem xét khả năng thay van điều tiết bằng thiết bị kiểm soát tốc độ vô cấp.

4. Kiểm soát tải lò hơi

Hiệu suất tối đa của lò hơi không đạt được ở mức đầy tải, mà là ở mức 2/3 đầy tải. Nếu tải lò hơi giảm xuống nữa, hiệu suất cũng có xu hướng giảm. Ở sản lượng bằng không, hiệu suất của lò hơi bằng không, và nhiên liệu đốt sẽ chỉ tạo ra tổn thất. Những hệ số ảnh hưởng đến hiệu suất lò hơi bao gồm:

 - Khi giảm tải, giá trị lưu lượng khí lò qua các ống cũng giảm. Khi lưu lượng khí giảm với cùng một diện tích truyền nhiệt sẽ làm giảm một chút nhiệt độ khí lò, làm giảm tổn thất nhiệt.
- Ở dưới mức nửa tải, các thiết bị cháy cần thêm khí dư để đốt cháy hết nhiên liệu. Vì thế, tổn thất nhiệt tăng.

Nói chung, hiệu suất lò hơi có thể giảm đáng kể xuống dưới mức 25 % tải và nên tránh vận hành lò hơi dưới mức này càng ít càng tốt.

5. Thay thế lò hơi

Tiềm năng tiết kiệm nhờ thay thế lò hơi phụ thuộc vào thay đổi của hiệu suất toàn phần dự kiến. Về mặt tài chính, giải pháp thay lò hơi sẽ rất hấp dẫn nếu lò hơi đang sử dụng có những yếu tố sau:

- Cũ và không hiệu quả

- Không thể sử dụng nhiên liệu thay thế rẻ tiền hơn.

- Kích cỡ quá to hoặc quá nhỏ so với các yêu cầu hiện tại

- Được thiết kế không phù hợp với các điều kiện tải lý tưởng

Nghiên cứu tính khả thi cần xem xét tất cả các khả năng có sẵn nhiên liệu lâu dài và kế hoạch phát triển của công ty. Cần tính đến các yếu tố tài chính và kỹ thuật.

Hệ thống lò hơi tầng sôi

Hệ thống lò hơi tầng sôi ứng dụng nhiều giải pháp công nghệ nâng cao hiệu suất lò hơi

Trên đây là những chia sẻ của chúng tôi về kinh nghiệm chế tạo, vận hành lò hơi trong nhiều năm qua. Hy vọng qua bài viết này sẽ giúp lò hơi của các bạn luôn hoạt động an toàn, ổn định và mang lại hiệu quả cao nhất cho bạn.

Để phục vụ khách hàng ngày càng tốt hơn, chúng tôi rất mong muốn nhận được nhiều hơn nữa các ý kiến đóng góp quý giá từ phía khách hàng.

Trân trọng cảm ơn!

Thông tin liên hệ:

CÔNG TY TNHH GEETECH

Địa chỉ: Số 11A Ngách 28 Ngõ 207 Bùi Xương Trạch, P. Khương Đình, Q. Thanh Xuân, TP. Hà Nội, Việt Nam.

Xưởng sản xuất: Phố Thịnh Liệt, Q. Hoàng Mai, TP. Hà Nội.
Điện thoại: 088 65 99989 – 091 146 3383.
Email: geetechboiler@gmail.com
Website: www.geetech.com.vn
MST: 031 585 3072