Lò hơi (nồi hơi) công nghiệp là gì?
1. Lò hơi công nghiệp (Industry boiler) là gì?
Còn gọi là nồi hơi công nghiệp, là một thiết bị sử dụng nhiệt năng để đun nước thành hơi (cũng có một số trường hợp chỉ cần để đun nước nóng) có áp suất và nhiệt độ cao phục vụ cho quá trình công nghệ.
2. Hệ thống lò hơi công nghiệp bao gồm:
- Hệ thống nước cấp: cấp nước cho lò hơi và tự động điều chỉnh nhằm đáp ứng nhu cầu hơi. Sử dụng nhiều van nên cần bảo trì và sửa chữa.
- Hệ thống hơi: thu gom và kiểm soát hơi do lò hơi sản xuất ra. Một hệ thống đường ống dẫn hơi tới vị trí cần sử dụng. Qua hệ thống này, áp suất hơi được điều chỉnh bằng các van và kiểm tra bằng máy đo áp suất hơi.
- Hệ thống nhiên liệu: bao gồm tất cả các thiết bị được sử dụng để tạo ra nhiệt cần thiết. Các thiết bị cần dùng trong hệ thống nhiên liệu phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng trong hệ thống nhiên liệu.
3. Nguyên lý hoạt động của lò hơi công nghiệp:
Lò hơi hoạt động chủ yếu dựa vào nhiệt lượng sinh ra của nhiên liệu, biến thành nhiệt năng của hơi nước. Bộ phận cung cấp nhiệt sử dụng nhiên liệu đốt để đốt cho tới khi nguồn nhiệt đạt tới ngưỡng 1600 – 2000 độ C. Khi đó nước bốc hơi tạo thành hơi nóng và được đưa đi sử dụng như cung cấp cho các thiết bị trao đổi nhiệt, sấy,… sau quá trình trao đổi nhiệt hoặc gia nhiệt thì hơi nóng sẽ mất năng lượng và sẽ bị ngưng tụ thành dạng lỏng, khi đó nước ngưng nóng sẽ được đưa quay trở lại bể cấp nước chứa nước cấp cho lò hơi.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lò hơi công nghiệp hiện nay
Các công nghệ lò hơi hiện nay
Phần này giới thiệu các loại lò hơi khác nhau:
- Lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí,
- Lò hơi buồng lửa tầng sôi điều áp,
- Lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn,
- Lò hơi sử dụng nhiên liệu phun,
- Lò hơi sử dụng nhiên liệu thải.
1. Lò hơi ống lửa (Fire TubBoiler):
Với loại lò hơi này, khí nóng đi qua các ống và nước cấp cho lò hơi ở phía trên sẽ được chuyển thành hơi. Lò hơi ống lửa thường được sử dụng với công suất hơi tương đối thấp cho đến áp suất hơi trung bình. Do đó, sử dụng lò hơi dạng này là ưu thế với công suất lệ hơi lên tới 12.000 kg/giờ và áp suất lên tới 18 kg/cm2. Các lò hơi này có thể sử dụng với dầu, gas hoặc các nhiên liệu lỏng.
Mặt cắt của lò hơi ống lửa
2. Lò hơi ống nước (Water Tube Boiler):
Ở lò hơi ống nước, nước cấp qua các ống đi vào balong lò hơi. Nước được đun nóng bằng khí cháy và chuyển thành hơi ở khu vực balong lò hơi. Lò hơi dạng này được lựa chọn khi nhu cầu hơi cao đối với nhà máy phát điện. Phần lớn các thiết kế lò hơi ống nước hiện đại có công suất nằm trong khoảng 4.500 – 120.000 kg hơi/giờ, ở áp suất rất cao. Hiện loại thiết kế lò hơi ống nước sử dụng nhiên liệu rắn, lỏng, khí.
Lò hơi ống nước có các đặc điểm sau:
- Sự thông gió cưỡng bức, cảm ứng, và cân bằng sẽ giúp nâng cao hiệu suất cháy.
- Yêu cầu chất lượng nước cao và cần phải có hệ thống xử lý nước.
- Phù hợp với công suất nhiệt cao.
Nguyên lý của lò hơi ống nước
3. Lò hơi buồng lửa tầng sôi (FBC):
Lò hơi buồng lửa tầng sôi (FBC) gần đây nổi lên như là một lựa chọn khả thi và có rất nhiều ưu điểm so với hệ thống đốt truyền thống, nó mang lại rất nhiều lợi ích: Thiết kế lò hơi gọn nhẹ, nhiên liệu linh hoạt, hiệu suất cháy cao hơn và giảm thải các chất gây ô nhiễm độc hại như SOx và NOx. Nhiên liệu đốt của những lò hơi loại này gồm: than, vỏ trấu, bã mía, và các chất thải nông nghiệp khác. Lò hơi buồng lửa tầng sôi có các mức công suất rất khác nhau từ 0,5 T/h cho tới hơn 100 T/h.
Khi không khí được phân bố đều, đi qua lớp hạt rắn minh, những hạt này sẽ không bị ảnh hưởng ở vận tốc thấp. Khi vận tốc không khí tăng dần, dẫn đến trạng thái các hạt đơn bị reo lơ lửng trong không khí này gọi là “tầng sôi”.
Khi vận tốc không khí tăng thêm sẽ tạo ra bong bóng chuyển động mạnh, pha trộn nhanh vào ra bề mặt nhiên liệu đặc. Lớp vật liệu với những hạt rắn này được xem như là dung dịch đun sôi sẽ tạo ra lớp chất lỏng-“tầng sôi”.
Nếu các hạt cát ở trạng thái sôi được đun tới nhiệt độ than có thể bốc cháy, và than được cấp liên tục vào, khi đến lớp nhiên liệu, than sẽ bốc cháy tức thì, lớp nhiên liệu đạt được nhiệt độ đồng đều. Quá trình đốt cháy tầng sôi (FBC) diễn ra ở mức nhiệt độ 840 oC đến 950 oC. Vì nhiệt độ này thấp hơn nhiệt độ tan chảy của xỉ rất nhiều, nên có thể tránh được vấn đề xỉ nóng chảy và các vấn đề khác có liên quan.
Nhiệt độ cháy thấp hơn đạt được là do hệ số truyền nhiệt cao nhờ sự pha trộn nhanh ở tầng sôi và sự thoát nhiệt hiệu quả từ lớp nhiên liệu qua những ống truyền nhiệt trong lớp nhiên liệu và thành của tầng nhiên liệu. Vận tốc khí được duy trì ở giữa khoảng vận tốc sôi tối thiểu và vận tốc các hạt nhiên liệu bị cuốn theo. Điều này giúp đảm bảo sự vận hành ổn định của lớp nhiên liệu và tránh việc các hạt bị cuốn theo vào dòng khí.
4. Lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí (AFBC):
Phần lớn các lò hơi vận hành dạng này là theo Quá trình Cháy tầng sôi không khí (AFBC). Quá trình này phức tạp hơn là bổ sung một buồng đốt tầng sôi vào lò hơi vỏ sò truyền thống. Những hệ thống như thế này được lắp đặt tương tự như lò hơi ống nước. Than được đập theo cỡ 1 – 10 mm phụ thuộc vào loại than, loại nhiên liệu cấp cho buồng đốt. Không khí khí quyển, đóng vai trò là cả khí đốt và khí tầng sôi, được cấp vào ở một mức áp suất, sau khi được đun nóng sơ bộ bằng khí thải. Những ống trong tầng nhiên liệu mang nước đóng vai trò là thiết bị bay hơi. Những sản phẩm khí của quá trình đốt đi qua bộ phận quá nhiệt của lò hơi, qua bộ phận tiết kiệm, thiết bị thu hồi bụi và thiết bị đun nóng khí sơ bộ trước khi ra không khí.
5. Lò hơi buồng lửa tầng sôi điều áp (PFBC):
Ở loại lò hơi này, một máy nén khí sẽ cung cấp khí sơ cấp cưỡng bức (FD) và buồng đốt là một nồi áp suất. Tốc độ thoát nhiệt trong tầng sôi tỷ lệ với áp suất của tầng sôi và do dó, tầng sâu sẽ giúp thoát nhiệt nhiều. Nhờ vậy, hiệu suất cháy và sự hấp thụ S2 trong tầng nhiên liệu Hơi được tạo ra trong hai ống, một nằm trong tầng sôi và một nằm trên. Khí lò nóng có thể chạy tua bin sử dụng gas phát điện. Hệ thống PFBC có thể được sử dụng trong đồng phát (hơi và điện) hoặc phát điện chu trình kết hợp. Việc vận hành chu trình kết hợp (tua bin dùng gas và tua bin chạy bằng hơi nước) sẽ cải tiện hiệu suất chuyển đổi toàn phần từ 5 đến 8%.
6. Lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn khí (CFBC):
Với hệ thống tuần hoàn, các thông số của tầng nhiên liệu được duy trì để thúc đẩy việc loại sạch những hạt rắn trong tầng nhiên liệu. Chúng nâng lên, pha trộn trong dàn ống lên và hạ xuống theo cyclone phân ly và quay trở lại. Trong tầng nhiên liệu, không có ống sinh hơi. Việc sinh hơi và làm quá nhiệt hơi diễn ra ở bộ phận đối lưu, thành ống nước và ở đầu ra của dàn ống nâng lên.
Các lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn khí thường kinh tế hơn so với lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí khi áp dụng trong các doanh nghiệp công nghiệp cần sử dụng lượng hơi lớn hơn 75 – 100T/h. Với các nhà máy có nhu cầu lớn hơn, nhờ đặc điểm lò đốt cao của hệ thống lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn khí sẽ cung cấp khoảng trống lớn hơn để sử dụng, các hạt nhiên liệu lớn hơn, thời gian lưu hấp thụ để đạt hiệu suất cháy và mức SO2 cao hơn, việc áp dụng các công nghệ để kiểm soát mức NOx cũng dễ dàng hơn so với lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí.
Lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn khí
7. Lò hơi đốt ghi:
Buồng lửa được chia tuỳ theo phương pháp cấp nhiên liệu cho lò và kiểu ghi lò. Các loại chính bao gồm: buồng lửa ghi cố định và buồng lửa ghi xích hoặc ghi di động.
7.1. Buồng lửa ghi cố định (ghi tĩnh)
Buồng lửa ghi cố định sử dụng kết hợp cháy trên ghi lò và cháy trong khi rơi. Than được đưa liên tục vào lò trên lớp than đang cháy. Than nhận được nhiệt và tiến hành các giai đoạn của quá trình cháy. Những hạt than to hơn (phần cốc) rơi trên ghi, cháy với một lớp than mỏng, cháy nhanh. Phương pháp đốt này rất linh hoạt với những dao động mức tải, vì việc đốt cháy tạo ra tức thời khi tốc độ cháy tăng. Vì vậy, buồng lửa ghi cố định được ưa chuộng hơn những loại buồng lửa khác trong các ứng dụng công nghiệp.
Sơ đồ nguyên lý của lò hơi ghi tĩnh
7.2. Buồng lửa ghi xích hoặc buồng lửa ghi di động
Than được cấp vào phần cuối của ghi lò đang chuyển động. Khi ghi chuyển động dọc theo chiều dài của buồng lửa, than cháy, còn xỉ rơi xuống phía dưới. Sử dụng loại lò này, cần phải có một số kỹ năng, nhất là khi thiết lập ghi, van điều tiết, và các vách ngăn để đảm bảo quá trình đốt sạch, không còn cacbon chưa cháy trong xỉ.
Phễu cấp than chuyển động dọc theo phần cấp than của lò. Thiết bị chắn than được sử dụng để điều chỉnh tỷ lệ than cấp vào lò thông qua kiểm soát độ dày của lớp than. Kích cỡ than phải đều vì những viên to sẽ không cháy hết tại thời điểm chúng đến cuối ghi.
Sơ đồ nguyên lý của lò hơi ghi xích
8. Lò hơi sử dụng nhiên liệu phun:
Hầu hết các nhà máy nhiệt điện (than) đều sử dụng lò hơi dùng nhiên liệu phun, và rất nhiều lò hơi ống nước công nghiệp cũng sử dụng loại nhiên liệu phun này. Công nghệ này được nhân rộng rất nhanh và hiện có hàng nghìn nhà máy áp dụng, chiếm hơn 90% công suất đốt than.
Than được nghiền (pulverized) thành bột mịn sao cho dưới 2% có đường kính +300 micrometer (μm) và 70-75% nhỏ hơn 75 microns, đối với than bitum. Cũng cần lưu ý rằng, bột quá mịn sẽ gây lãng phí điện sử dụng cho máy nghiền. Mặt khác, bột to quá sẽ không cháy hết trong buồng đốt và dẫn tới tổn thất do chưa cháy hết.
Than nghiền được phun cùng với một phần khí đốt vào dây chuyền lò hơi thông qua một số vòi đốt. Có thể bổ sung khí cấp 2 và 3. Quá trình cháy diễn ra ở nhiệt độ từ 1300-1700°C, phụ thuộc nhiều vào loại than. Thời gian lưu của các than trong lò điển hình từ khoảng 2 đến 5 giây, và kích thước hạt phải nhỏ vừa để hoàn tất quá trình đốt, diễn ra trong khoảng thời gian này.
Hệ thống kiểu này có rất nhiều ưu điểm: khả năng cháy với các loại than chất lượng khác nhau, phản ứng nhanh với các thay đổi mức tải, sử dụng nhiệt độ khí đun nóng sơ bộ cao, vv...
Một trong những hệ thống phổ biến nhất để đốt than nghiền là đốt theo phương tiếp tuyến sử dụng 4 góc để tạo ra quả bóng lửa ở giữa lò.
Đốt cháy theo phương tiếp tuyến của lò hơi sử dụng nhiên liệu phun
9. Lò hơi sử dụng nhiệt thải:
Bất cứ nơi nào có sẵn nhiệt thải ở nhiệt độ cao hoặc trung bình đều có thể lắp đặt lò hơi sử dụng nhiệt thải một cách kinh tế. Khi nhu cầu hơi cao hơn lượng hơi tạo ra từ nhiệt thải, có thể sử dụng lò đốt nhiên liệu phụ trợ. Nếu không cần sử dụng hơi trực tiếp có thể sử dụng hơi cho máy phát tua bin chạy bằng hơi để phát điện. Lò hơi loại này được sử dụng rộng rãi với nhiệt thu hồi từ khí thải của tua bin chạy bằng gas hoặc các động cơ diezen, các lò nung của các nhà máy thép, xi măng, gạch, ...
Nguyên lý của lò hơi sử dụng nhiệt thải
Hy vọng qua bài viết này sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về các loại lò hơi hiện được ứng dụng trong cả công nghiệp và nhà máy sản xuất điện.
Nếu có gì chưa rõ hoặc cần thêm thông tin gì, các bạn có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi theo thông tin dưới đây để được hỗ trợ tốt nhất.
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: Phường Đồng Nguyên, TP. Từ Sơn, Bắc Ninh.
Điện thoại: 088 65 99989 – 091 146 3383.
Email: geetechboiler@gmail.com
Website: www.geetech.com.vn
MST: 031 585 3072
