Giới thiệu lò hơi tầng sôi

Đối với các nhà máy công nghiệp có sử dụng nhiệt, lò hơi tầng sôi có vai trò rất quan trọng. Năng lượng nhiệt sinh ra từ hệ thống lò hơi tầng sôi được sử dụng để phục vụ cho nhu cầu về nhiệt ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Là loại lò hơi được xem là phương án tối ưu nhất về chi phí đầu tư ban đầu, chi phí tiêu hao nhiên liệu, chi phí nhân công vận hành và đặc biệt là kiểm soát tốt các thành phần trong khói thải.

Được ứng dụng phổ biến strong các nhà máy sản xuất như bánh kẹo, đồ uống, bia rượu, dệt nhuộm, chế biến gỗ, sản xuất giấy… Với những chia sẻ dưới đây, Lò Hơi Bách Khoa hi vọng sẽ có thể giúp được quý vị hiểu rõ hơn về lò hơi tầng sôi.

GIỚI THIỆU LÒ HƠI TẦNG SÔI

• Lò hơi tầng sôi là một thiết bị sản xuất hơi nước bằng cách đun sôi nước trong một buồng đốt để sản xuất hơi nước có áp suất và nhiệt độ rất cao, thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như năng lượng, hóa chất, dược phẩm, thực phẩm và đồ uống.

  Lò hơi tầng sôi được thiết kế với một số tính năng quan trọng như độ bền, hiệu suất năng lượng cao, dễ sử dụng và bảo trì. Thiết bị này có thể hoạt động với các nguồn nhiên liệu khác nhau như gas, dầu, than, điện, đặc biệt là sinh khối.

• Lò hơi tầng sôi tuần hoàn là một loại thiết bị sinh hơi (steam generator) sử dụng công nghệ buồng đốt tầng sôi (fluidized bed combustion) kết hợp với công nghệ thu hồi và tái tuần hoàn hạt rắn cùng với một số thiết bị phụ trợ khác, tạo thành một thiết bị hoàn thiện có khả năng chuyển hóa một cách hiệu quả năng lượng hóa học có trong nhiên liệu rắn thành năng lượng hơi nước

LÒ HƠI TẦNG SÔI LÀ GÌ?

Lò hơi tầng sôi là loại lò hơi được các nhà chế tạo thiết kế để đốt các loại nhiên liệu xấu, nhiệt trị thấp và kích thước nhỏ như than cám, trấu rời, mùn cưa, dăm gỗ, vỏ cây băm nhỏ…

Buồng đốt lò hơi được thiết kế đốt trên ghi nấm, nhằm giúp gió được cấp dưới hầm gió lên một cánh liên tục ở áp lực cao để đẩy nhiên liệu lên phía trên. Buồng đốt tầng sôi được thiết kế dạng hình cột thẳng đứng, vì thế nhiên liệu có xu hướng di chuyển từ dưới lên trong quá trình cháy.

Một đặc điểm quan trọng nữa là nhiên liệu trong buồng đốt được thiết kế để cháy tuần hoàn qua hệ thống hồi tro. Sau khi cháy lần 1 trong buồng đốt, trên hành trình nhiên liệu bị hút ra phía sau lò, một lượng nhiên liệu chưa cháy kiệt sẽ được hệ thống hồi lại và đốt một lần nữa để đảm bảo nhiên liệu được chạy kiệt trong buồng đốt.

PHÂN LOẠI LÒ HƠI TẦNG SÔI

Tùy theo nhu cầu sử dụng lò hơi tầng sôi được chế tạo có nhiều mức công suất khác nhau từ 1 đến 50 tấn/giờ. Tùy theo nguồn nhiên liệu đốt và công nghệ đốt có các loại lò hơi tầng sôi như:

• Lò hơi tầng sôi dạng bọt (AFBC: Atmospheric Fluidized Bed Combustion)
•  Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFBC: Circulating Fluidized Bed Combustion)
• Lò hơi tầng sôi có áp (PFBC: Pressurized Fluidized Bed Boiler)

Lò hơi tầng sôi dạng bọt (AFBC: Atmospheric Fluidized Bed Combustion)

Lò hơi tầng sôi dạng bọt hay còn gọi là  buồng đốt tầng sôi bọt (BFB Boiler) hoặc tầng sôi bong bóng. Loại lò hơi này có  đặc điểm bề dày của lớp sôi bong bóng thường nằm trong khoảng từ 1000 mm đến 1650 mm,  độ sụt áp trung bình vào khoảng 1cm nước/1cm bề dày lớp sôi. Nguyên liệu đốt gồm có: tro, cát, đá vôi cùng các vật liệu khác với một lượng nhỏ nhiên liệu.

Lò hơi tầng sôi dạng bọt có thể được phân chia thành module hay thành nhiều phần để giảm tải hay thay đổi tải một cách dễ dàng. Với thiết kế như vậy khi cần thiết ta có thể sử dụng hay ngưng sử dụng một vùng .

Các vùng của lò hơi tầng sôi thông thường được phân chia bới các vách ngăn vách được làm nguội bằng nước hay các vách ngăn có khả năng chịu nhiệt.  Khi muốn giảm tải và kiểm soát tải cho lò cần  ngưng  nhiều vùng một cách liên tục trong thời gian dài để có thể đảm bảo duy trì nhiệt độ của lớp vật liệu. chúng ta sẽ phải cần  sử dụng thêm khá nhiều nhiên liệu phụ

Một hạn chế của  lò hơi tầng sôi dạng bọt  đó là hiệu suất cháy của lò  thấp, tỉ lệ Sulfur và  Calci  cao, nếu không có phân vùng đáy buồng đốt  thì mức độ thay đổi tải lò hơi còn nhiều hạn chế. Phải dùng hệ thống nạp liệu từ bên dưới tầng sôi để hạn chế việc bị sót than có cỡ hạt nhỏ, cháy không hết khiến cho kết cấu lò  rất phức tạp.

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFBC: Circulating Fluidized Bed Combustion)

Lò hơi này được xem là bước cải tiến từ loại  lò hơi tầng sôi dạng bọt, bởi vì trong quá trình vận hành lò có thêm quy trình cháy tầng sôi  một bộ phận phân ly có nhiệm vụ tách rời các hạt đã cháy hoàn toàn với các hạt chưa cháy triệt để với nhau trong buồng đốt đến khi các hạt này thoát ra khỏi lớp sôi .  Với dạng lò hơi tầng sôi tuần hoàn nhờ sự chuyển động rối.  phần nhiên liệu sẽ được trộn đều với vật liệu của tầng sôi một cách nhanh chóng .

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn có biến thể tốc độ sôi cao  với vận tốc khói trong buồng đốt lên tới 4 – 6 m/s, các hạt rắn trong khói ( gồm nhiên liệu và chất nền) sẽ được giữ lại nhờ Cyclone tách 2 loại (loại nóng hoặc lạnh) và tuần hoàn trở lại buồng đốt. Hiệu quả đốt cháy nhiên liệu của loại lò tầng sôi này có  rất cao, tuy nhiên mức giá thành đầu tư ban đầu cũng cao tương ứng. Vì vậy thông thường Lò hơi tầng sôi tuần hoàn được thiết kế đối với dải công suất từ 100 tấn/giờ trở lên.

Lò hơi tầng sôi có áp (PFBC Boiler)

Loại lò hơi này có đặc điểm toàn bộ lò được đặt trong một khu vực áp suất cao (khoảng 16kg/cm2) và đây là biến thể đặc biệt của lò tầng sôi. Sau khi qua các bộ trao đổi nhiệt k hí nóng sinh ra được sử dụng để chạy tua bin khí. từ các bộ trao đổi nhiệt hơi nước sinh ra  được sử dụng để chạy tua bin hơi.  Dải công suất thiết kế của của lò hơi tầng sôi có áp là 70 – 350 MW.  Lò hơi tầng sôi có áp có ưu điểm là  hiệu suất hệ thống cao hơn so với hai dạng còn lại  tuy nhiên trở ngại lớn là cấu tạo hệ thống phức tạp và chi phí đầu tư cũng rất cao.

CẤU TẠO CHÍNH LÒ HƠI TẦNG SÔI

Hệ thống cấp liệu

Không như các lò hơi kiểu cũ (lò ghi xích và ghi tĩnh), nhiên liệu cấp cho lò hơi tầng sôi đòi hỏi phải có kích thước đồng đều và độ lớn theo quy định nhằm đạt được điều kiện đốt cháy tối ưu. Đối với than, giới hạn kích thước là 0-10mm. Đối với biomass nói chung, giới hạn kích thước là 0-50mm. Nhiên liệu có thể được vận chuyển bằng băng tải, vít, gàu tải… tới các si lô chứa để dự trữ hoặc cấp trực tiếp đến lò hơi. Tùy theo loại nhiên liệu hoặc bố trí mặt bằng mà hệ thống cấp liệu sẽ được thiết kế để tối ưu nhất. Hệ thống cấp liệu có thể có thêm các thiết bị cảm biến đo khối lượng (loadcell) lắp trên các phễu chứa nhiên liệu hay lắp trên băng tải nhiên liệu để đo lường lượng nhiên liệu cấp vào lò, phục vụ cho việc tính tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất của lò hơi.

Đối với lò tầng sôi, nhiên liệu cấp vào lò có thể được phun bên trên mặt lớp sôi hoặc cấp từ bên dưới lớp sôi. Kiểu cấp liệu bên dưới lớp sôi chỉ được sử dụng đối với than đá đã qua nghiền sơ bộ với kích thước nhỏ và hiếm gặp trên thực tế. 

Một số lò hơi đốt các loại nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao sẽ cần cấp thêm đá vôi để xử lý nhằm giảm phát thải khí SOx. Các chất hấp thụ này sẽ được nghiền xuống cỡ hạt khoảng 0 - 6mm và phun vào buồng đốt.

Buồng đốt tầng sôi

Một tập hợp các hạt rắn sẽ trở thành tầng sôi khi có một lượng khí áp suất cao được đưa vào từ mặt dưới của lớp hạt rắn và làm cho lớp hạt rắn ứng xử như chất lỏng: Các vật thể có khối lượng riêng lớn hơn lớp hạt rắn sẽ chìm xuống còn vật thể có khối lượng riêng nhỏ hơn sẽ nổi (định luật Archimedes).

Độ sôi của lớp hạt rắn phụ thuộc rất lớn vào kích thước hạt và vận tốc sôi. Vận tốc sôi của lớp hạt rắn tăng chậm hơn so với tốc độ của dòng khí đi trong đó. Sự chênh lệch tốc độ này được gọi là vận tốc trượt. Vận tốc trượt càng lớn thì khả năng hòa trộn nhiên liệu càng tốt và hiệu quả cháy sẽ càng cao.

Buồng đốt lò tầng sôi yêu cầu phải có vật liệu chịu lửa bao quanh (gạch hoặc bê tông) kể cả đối với buồng đốt vách ướt để đảm bảo tuổi thọ buồng đốt và bảo vệ các ống vách ướt khỏi mài mòn và quá nhiệt. Lớp bê tông cách nhiệt có thể yêu cầu dày hơn đối với biomass như trấu rời để dễ kiểm soát nhiệt độ buồng đốt hơn.

Chiều cao lớp vật liệu nền thường từ 120 - 400mm, kích thước phổ biến của hạt rắn từ 0.8-1.2mm và khối lượng riêng từ 1500 - 2400kg/m3. Cát, xỉ hoặc đá dolomit, đá vôi đều có thể dùng làm vật liệu nền.

Tỷ lệ nhiên liệu và vật liệu nền trong buồng đốt tầng sôi thường từ 1-5%. Tỷ lệ vật liệu nền trong hỗn hợp cháy rất lớn nên khả năng giữ nhiệt của lò tầng sôi rất tốt. Vì vậy lò tầng sôi có thể đốt được rất nhiều loại nhiên liệu như than, biomass, bùn giấy, rác thải… với lượng phát thải khí độc vẫn nằm trong tiêu chuẩn cho phép.

Hệ thống cấp gió và xử lý khí thải:

Gió cấp một tạo lớp sôi (Primary Air) được gia nhiệt khi đi qua bộ sấy không khí và đi vào buồng phân phối gió dưới đáy lò. Mặt trên buồng phân phối gió có rất nhiều béc phun nhằm phân đều lượng gió cấp ra khắp bề mặt buồng đốt giúp buồng đốt sôi đều. Các béc phun cũng ngăn các hạt rắn trong lớp sôi lọt vào buồng cấp gió. Thiết kế hệ thống phân phối gió để buồng đốt sôi đều là cực kỳ quan trọng đối với lò tầng sôi.

Gió cấp hai (Secondary Air) sẽ được cấp vào bên trên vùng buồng đốt trống để cấp thêm oxy nhằm đốt cháy các chất bốc bị đẩy lên cao. Tùy theo loại nhiên liệu mà gió cấp hai có thể chiếm tỷ trọng cao hay thấp hoặc có thể bị loại bỏ.

Nhiệt lượng do khói nóng khi đi từ buồng đốt dưới đến buồng đốt trên sẽ bị hấp thu bởi các tường nước xung quanh buồng đốt, sau khi qua khỏi khu vực buồng đốt, nhiệt độ khói giảm xuống khoảng 600^oC. Khói tiếp tục đi qua vùng đối lưu và truyền nhiệt lượng cho các ống nước trong khu vực này trước khi ra khỏi lò. Sau đó, khói nóng đi qua bộ hâm nước, bộ sấy không khí rồi đến hệ thống xử lý khói. Sau khi đạt các tiêu chuẩn môi trường, khói được đẩy lên ống khói và thải ra ngoài không khí.

Hệ thống thải xỉ

Lò hơi tạo ra hai loại chất thải chính: Khói và chất thải rắn. Chất thải rắn bao gồm xỉ từ nhiên liệu và sản phẩm từ các chất hấp thụ. Khói thải đóng góp rất lớn vào ô nhiễm không khí, vì vậy hệ xử lý khói luôn được thiết kế với ưu tiên cao nhất.

Xỉ kích thước lớn thường được lấy ra khi xả xỉ dưới buồng đốt trong khi tro bay (xỉ kích thước rất nhỏ) thường bay theo khói và được lấy ra tại phễu dưới bộ hâm nước - gió và tại các thiết bị lọc bụi. Tro bay có thể được đưa đến phòng chứa bằng vít tải, băng tải hoặc hệ thống thổi tro.

Hệ xử lý khói có thể bao gồm các thiết bị lọc bụi như Cyclone, Ventury, Lọc bụi túi, Lọc bụi tĩnh điện… và thiết bị xử lý khí độc như tháp xử lý SOx…

Với đặc tính nhiệt độ buồng đốt dưới 900^oC, tạo được môi trường tốt nhất để không sinh ra các khí thải có hại như SOx, NOx. Lò hơi tầng sôi không yêu cầu phải có các thiết bị xử lý đắt tiền nhưng vẫn đáp ứng được các tiêu chuẩn môi trường khắt khe.

Các cụm sinh hơi:

Giống như các lò hơi thông thường khác, lò tầng sôi cũng có các phần sinh hơi như tường nước, ống đối lưu, ống bức xạ… Các ống quá nhiệt có thể được bố trí ở khu vực buồng đốt trên cũng như ở khu vực đối lưu.

Nước cấp được bơm vào balong sau khi đi qua bộ hâm nước. Tại balong, nước tiếp tục theo các ống nước xuống để đến các ống góp dưới, sau đó đi lên qua các ống vách ướt, đối lưu và được gia nhiệt đến nhiệt độ bay hơi sau đó về lại balong. Ở balong hơi được tách ra và cấp đến khách hàng. Đối với các lò quá nhiệt, hơi tách ra tại balong sẽ tiếp tục đi qua các ống quá nhiệt để trở thành hơi quá nhiệt nhằm chạy tua bin hơi.

LÒ HƠI TẦNG SÔI - NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Nguyên lý là buồng đốt kiểu tầng sôi, được thiết kế để có thể đốt đa dạng các loại nhiên liệu xấu, có nhiệt trị thấp như than indo, trấu rời, mùn cưa, dăm gỗ, vỏ cây băm…

Là một công nghệ được thế giới nghiên cứu từ lâu, nhưng chỉ phát triển mạnh mẽ ở những năm gần đây do nhu cầu sử dụng các nhiên liệu xấu và nhiên liệu tái sinh. Lò hơi tầng sôi sử dụng công nghệ đốt cháy nhiên liệu trong lớp sôi, được tạo bởi các nguyên liệu đốt. Nó được coi là công nghệ giảm phát thải độc hại và thân thiện với môi trường.

Khái niệm “tầng sôi”có thể hiểu một cách khái quát là một vùng không gian được tạo bởi các hạt ở thể rắn (nguyên liệu đốt) như cát, tro, than, đá vôi… Chúng sẽ được nâng lên ở trạng thái lơ lửng trong buồng đốt do áp lực của dòng không khí. Theo đó, lớp nguyên liệu trong buồng đốt sẽ ở trạng thái giãn nở, sự tiếp xúc giữa không khí và nhiên liệu cũng được tăng lên rất nhiều. Các hạt chuyển động tự do và sôi giống như chất lỏng ở trạng thái này và được gọi là tầng sôi hay lớp sôi.

Đây là loại nồi hơi sử dụng công nghệ tầng sôi hiện đại  đốt cháy nhiên liệu trong lớp sôi,  được ứng dụng rất phổ biến trong các lĩnh vực công nghiệp, sản xuất, chế biến. Đồng thời  lò hơi tầng sôi có vai trò rất quan trọng đối với các nhà máy công nghiệp có sử dụng nhiệt, nguồn  năng lượng nhiệt sinh ra từ hệ thống lò hơi được sử dụng để phục vụ cho nhu cầu về nhiệt ở nhiều lĩnh vực khác nhau.

Nhờ công nghệ hiện đại, cấu tạo lò hơi có thể đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu và tận dụng nguồn năng lượng tạo thành một cách triệt để, đồng thời  lượng phát thải độc hại ra môi trường giảm đáng kể,  đảm bảo sự cháy diễn ra hoàn toàn triệt để. Phương pháp này giúp tối ưu hiệu quả kinh tế và thân thiện với môi trường.

CÁC HOẠT ĐỘNG CHÍNH DIỄN RA TRONG LÒ HƠI TẦNG SÔI

Tường lò được kết cấu nhiều lớp cấu tạo bằng gạch chịu lửa và bông gốm, bông thuỷ tinh để ngăn chặn sự thất thoát nhiệt ra ngoài môi trường để đảm bảo nhiệt thế buồng đốt và hiệu suất của lò, cũng như điều kiện làm việc của công nhân vận hành quanh lò.

Nhiên liệu từ kho chứa, qua hệ thống cung cấp nhiên liệu, đưa lên phễu chứa trung gian. Từ đây, nhiên liệu do tự trọng, qua van cấp liệu vào lò. Tại đây, nhiên liệu được đốt cháy kiệt trong buồng đốt.

Không khí cần thiết cho sự cháy được quạt gió (quạt FD) thổi qua bộ sấy không khí, tận dụng nhiệt của khói thải để gia nhiệt cho không khí trước khi cấp vào buồng đốt của lò hơi.

Bộ phận chính của hệ thống phân phối gió của lò hơi là ghi phân phối gió (gồm cả các chụp thổi gió và hộp gió dưới ghi) và đường ống dẫn gió cấp 1. Các thông số thiết kế và vận hành các loại gió có ảnh hưởng rất lớn đến việc vận hành lò.

Công dụng chủ yếu của ghi phân phối gió là nhờ vào trở lực của bản thân ghi khiến cho việc phân phối gió đều ở hai phía trên và dưới ghi, không khí đưa vào phần dưới buồng đốt phân phối đều và tạo một trạng thái sôi đồng đều. Hơn nữa, ghi phân phối gió còn có tác dụng  nâng đỡ lớp vật liệu trơ của lớp sôi. Khi lò hơi đang làm việc bình thường, nếu quạt gió đột nhiên dừng thì toàn bộ trọng lượng lớp liệu sẽ tác dụng lên bề mặt tấm ghi, vì vậy tấm ghi phải có khả năng chịu đựng được tải trọng lớn.

Nhiệt lượng toả ra trong buồng đốt được truyền bằng bức xạ cho các dàn ống vách bên, vách trước và vách sau của buồng đốt. Tiếp đó dòng sản phẩm cháy đi qua cửa khói bố trí phía trên vách sau buồng đốt đi vào chùm ống đối lưu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt đối lưu cho chùm ống và thoát ra khỏi lò.

Khói thoát ra từ lò hơi được dẫn vào bộ sấy không khí và bộ hâm nước qua 1 kênh khói được bố trí ở phần trên của chùm ống đối lưu. Khói nóng chuyển động qua bộ sấy không khí, bộ hâm nước và tiếp tục truyền nhiệt để sấy nóng không khí và gia nhiệt cho nước cấp trước khi vào lò hơi.

Sau đó khói được dẫn qua bộ khử bụi cấu tạo dạng cyclon chùm, được quạt hút đưa qua bể dập bụi bằng nước đi qua ống khói và ra ngoài môi trường.

CÁC QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC TRONG LÒ HƠI TẦNG SÔI

Quá trình cháy nhiên liệu

Quá trình cháy nhiên liệu là quá trình xảy ra trong buồng đốt, tại buồng đốt sự cháy nhiên liệu là quá trình sinh ra nhiệt lượng, là nguồn năng lượng phục vụ cho toàn bộ quá trình làm việc chuyển hóa nước thành hơi nước của lò hơi.

Buồng đốt lò hơi tầng sôi phù hợp với các loại nhiên liệu xấu và có kích thước nhỏ và tương đối đều nhau như than cám, trấu rời, mùn cưa, vỏ hạt điều, vỏ cà phê, dăm gỗ, vỏ cây băm…

Một đặc điểm cần lưu ý về quá trình cháy trong buồng đốt đó là nhiên liệu được cháy tuần hoàn. Tức là nhiên liệu sau khi cháy trong buồng chính của buồng đốt, một phần nhiên liệu chưa chạy kiệt sẽ được hồi lại và quay lại buồng đốt và tiếp tục quá trình cháy thông qua hệ thống hồi tro.

Quá trình cấp nhiên liệu

Nhiên liệu sử dụng cho lò hơi tầng sôi là loại nhiên liệu đã được xử lý trước, để đảm bảo kích thước và độ đồng đều về kích thước của nhiên liệu. Nhiên liệu được cấp vào phễu đầu vào băng tải, sau đó nhiên liệu được băng tải vận chuyển lên phễu liệu trung gian. Từ phễu chứa nhiên liệu trung gian, nhiên liệu được vít tải tiếp tục vận chuyển vào buồng đốt. Trước khi nhiên liệu đi vào buồng đốt thì cụm gió cấp liệu đã hoạt động bên dưới, nhằm mục đích phân phối đều nhiên liệu trong buồng đốt.

Quá trình cung cấp không khí vào buồng đốt

Các nhà chế tạo nôi hơi hiện nay đang bố trí 4 kênh cấp không khí vào buồng đốt. Tuy nhiên ngoài chức năng giống nhau là cung cấp một lượng không khí đủ để sự cháy nhiên liệu diễn ra hiệu quả thì mỗi kênh đều có chức năng riêng kèm theo của nó, cụ thể:

• Quạt thổi cấp 1 (hay còn gọi là quạt thổi tầng sôi) có thêm chức năng là tạo ra áp lực đẩy từ dưới lên của buồng đốt, giúp nhiên liệu được đẩy lên phía trên cùng của của buồng đốt lò hơi trong quá trình cháy. Và cuối cùng nhiên liệu sẽ được hút ra ngoài phía cuối lò hơi khi đã cháy kiệt.
• Quạt gió cấp 2: Là quạt có chức năng cấp thêm một lượng không khí phía trên buồng đốt. Vì trong quá trình cháy, trong buồng đốt sinh ra một lượng khí CO, loại khí này có xu hướng bay lên trên và được hút ra cùng khói ra ngoài. Chính vì lý do đó, chúng tôi cung cấp thêm một lượng gió để giúp lượng khí CO này cháy kiệt, giúp sinh ra nhiệt lượng và giảm nồng độ CO phát thải ra môi trường.
• Quạt thổi liệu: Là quạt có chức năng thổi tung lượng nhiên liệu được cấp vào buồng đốt thông qua vít tải cấp liệu.
• Quạt hôi tro: Là quạt có chức năng thổi trợ lực để một lượng nhiên liệu chưa cháy hoàn toàn quay về buồng đốt thông qua hệ thống hồi tro để tiếp tục cháy lần 2.

Quá trình cấp nước cho lò hơi

Qúa trình của nước – hơi nước trong lò hơi là quá trình quan trọng nhất trong các hệ thống lò hơi.

Nước cấp cho lò hơi phải đảm bảo là nước sạch, phải xử lý qua bộ làm mềm nước để đảm bảo loại bỏ các thành phần có khả năng tại thành kết tủa cáu cặn trong lò hơi như các ion Mg, Ca… Ngoài ra nước cấp cho lò hơi cũng cần được châm hóa chất gây ức chế quá trình đóng cáu cặn. Mục đích là để hạn chế tối đa quá trình đóng cáu trong lò hơi. Việc đóng cáu rất tai hại đó là làm cho quá trình trao đổi nhiệt kém dần và lâu ngày gây tắc ống, nổ ống trong lò hơi.

Trong các hệ thống lò hơi tầng sôi thì nước được bố trí đi qua bộ hâm nước, tại đây nước nhận nhiệt từ khói thải lò hơi và nâng nhiệt độ lên khoảng 80 – 100 độ C. Quá trình trao đổi nhiệt trong bộ hâm nước mang lại 2 lợi ích:

Thứ nhất là nâng cao nhiệt độ nước cấp lò hơi, giúp sinh hơi nhanh hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Thứ hai, làm giảm nhiệt độ khói thải, giúp bảo vệ các thiết bị phía sau lò hơi như đường gió, quạt hút, cyclone lọc bụi, ống khói…

Nước cấp vào lò hơi, nhận nhiệt từ buồng đốt, từ đó sinh ra hơi nước và di chuyển vào khoang hơi một cách liên tục.

Tại khoang hơi, hơi nước sẽ được dẫn đi đến nơi tiêu thụ thông qua một hệ thống đường ống dẫn.

Quá trình của gió cấp 1

Gió cấp một là lượng gió chính để cấp không khí (oxy) cho quá trình cháy nhiên liệu trong buồng đốt thông qua quạt gió cấp 1.

Thông thường gió cấp 1 sẽ không được quạt thổi thẳng vào buồng đốt mà được cho đi qua bộ sấy không khí, tại đây không khí sẽ được nhận nhiệt gián tiếp từ dòng khói thải lò hơi. Nhiệt độ không khí sau khi đi qua bộ sấy không khí sẽ được nâng lên từ 100 đến 120 độ C. Quá trình gia nhiệt cho không khí ở bộ sấy không khí này có nhiều lợi ích, cụ thể như sau:

Thứ nhất, không khí được nâng lên nhiệt độ cao trước khi cấp vào buồng đốt, giúp cho việc sấy nhanh nhiên liệu và hiệu quả cháy trong buồng đốt cao hơn nhiều.

Việc không khí nóng và nhiên liệu tiếp xúc và phản ứng cháy nhanh giúp cho lượng khí thải CO sinh ra ít, giúp cho các thành phần khí phát thải ra môi trường thấp.

Cũng giống như bộ hâm nước, nhiệt lượng trong khói thải lò hơi được truyền bớt cho không khí khi đi qua bộ sấy giúp cho nhiệt độ khói thải giảm xuống, giúp bảo vệ các thiết bị ở phía sau từ cyclone lọc bụi đến ống khói.

Quá trình của sản phẩm cháy

Sản phẩm cháy bao gồm tro bụi, và các thành phần khí sinh ra trong quá trình cháy như nước (ở dạng hơi), NOx, Sox, Cox… Hỗn hợp này đi ra khỏi lò hơi ở nhiệt độ cao.

Để tận dụng nhiệt và xử lý khói thải thì hỗn hợp này sẽ được lần lượt đi qua các thiết bị để xử lý.

Hỗn hợp sản phảm cháy đi qua bộ hâm và bộ sấy không khí giúp giảm nhiệt độ khói.

Hỗn hợp sản phẩm cháy đi qua bộ cyclone lọc bụi chùm, tại đây 90% lượng tro bụi sẽ được thu lại ở thể rắn ở dưới đáy cyclone.

Một quạt hút đủ công suất đặt phía sau cyclone có chức năng hút hỗn hợp sản phẩm cháy ra khỏi buồng đốt và tạo lực xoáy mạnh để cylone tách được tro bụi ra khỏi hỗn hợp khói.

Khói từ quạt hút sẽ được đẩy thẳng ra cụm tích hợp tháp dập bụi và bể dập bụi, hỗn hợp sản phẩm cháy lại một lần nữa được dập bằng nước để đảm bảo toàn bộ tro bụi sẽ được giữ lại trong bể lắng. Đảm bảo khói thải ra môi trường là khói đạt tiêu chuẩn khói thải theo quy định của nhà nước.

ƯU ĐIỂM LÒ HƠI TẦNG SÔI

Như đã nói ở trên, ưu điểm lò hơi tầng sôi là hệ thống lò hơi có các ưu điểm vượt trội như sau:

Lò hơi tầng sôi đốt được các loại nhiên liệu xấu, là phế phẩm của các ngành nông nghiệp, lâm nghiệp.  Đặc điểm này giúp tận dụng được các nguồn nhiên liệu tại các địa phương. Ví dụ như ở khu vực miền nam thì có thể sử dụng trấu rời, miền trung và Tây Nguyên thì có thể sử dụng vỏ cà phê hoặc vỏ hạt điều, Miền bắc thì có dăm gỗ và vỏ cây. Việc sử dụng nhiên liệu sinh khối có sẵn tại địa phương giúp tận dụng được nguồn phế phẩm ngành, giảm được chi phí vận chuyển nhiên liệu giúp tối ưu chi phí sản xuất.

Các hệ thống trong lò hơi tầng sôi cơ bản đã được tự động hóa, nhân công vận hành lò hơi tầng sôi được tối ưu, chỉ cần 1 đến 2 nhân sự cho vận hành một hệ thống lò hơi tầng sôi.

Hệ thống xử lý khói thải đã được cải tiến và tối ưu, khói thải ra môi trường đảm bảo theo quy định nhà nước.

Tại Việt Nam, Lò hơi Bách Khoa là nhãn hiệu lò hơi đã được các nhà máy lớn ở phía bắc tin dùng. Trong 5 năm qua chúng tôi đã cung cấp ra thị trường hơn 50 hệ thống lò hơi sử dụng cho đủ loại nhiên liệu. Đặc biệt mẫu lò hơi tầng sôi được chúng tôi phát triển để đốt các loại nhiên liệu vỏ cây băm đã được ứng dụng rộng rãi tại các tỉnh miền trung và miền bắc.

Do sử dụng được các loại nhiên liệu có đặc điểm trên nên thông thường khi đốt các loại nhiên liệu này chi phí tiêu hao nhiên liệu lò hơi thấp, chi phí vận chuyển thấp vì tận dụng được các nguồn nhiên liệu sẵn có tại địa phương.

Hệ thống lò hơi được thiết kế tự động hóa và tối ưu các quá trình hoạt động thông qua thời gian dài đưa vào sử dụng và cải tiến liên tục. Cho nên Lò Hơi Bách Khoa cam kết sẽ cung cấp tới quý khách hàng các hệ thống lò hơi chất lượng, đảm bảo hoạt động hiệu quả về mặt kinh tế, ổn định và an toàn nhất tại Việt Nam. Ngoài ra lò hơi tầng sôi của chúng tôi còn bao gồm các đặc điểm nổi bật như sau:

• Đặc điểm nổi trội đầu tiên là công nghệ lò hơi tầng sôi giúp lò hơi có thể đốt cháy hoàn toàn nhiều nhiên liệu thứ cấp, phế phẩm mà các lò hơi khác không thể đáp ứng được.
• Thứ 2 là công nghệ nồi hơi tầng sôi thiết kế bề mặt truyền nhiệt nhỏ và gọn hơn so với công nghệ cũ do vậy nhiệt sử dụng được tối đa, nhờ đó các nhiên liệu có thể cháy được hết.
• Nhiệt tạo ra mạnh và ổn định trong ngưỡng từ 800 – 900 độ C, các hạt cháy và nhiên liệu thường xuyên luân chuyển trong môi trường buồng đốt lò hơi cho nên nhiên liệu được đảm bảo cháy cùng, cháy kiệt.
• Khí NOx thải ra trong quá trình đốt lò cũng nhỏ hơn nhiều so với các công nghệ lò hơi truyền thống khác.
• Công nghệ lò hơi tầng sôi giúp giảm hiện tượng đóng xỉ trên bề mặt dàn ống sinh hơi và ống trao đổi nhiệt đối lưu của lò hơi. Đồng thời giảm hiện tượng bám tro trên bề mặt các thiết bị phía đuôi lò hơi.
• Một ưu điểm nữa đó chính là quá trình chuẩn bị nhiên liệu đơn giản hơn các phương pháp khác. Quá trình cấp nhiên liệu vào lò hơi được dễ dạng cơ giới hóa và tự động hóa như sử dụng các thiết bị như băng tải, vít tải.
• Giúp nhà máy tiết kiệm chi phí nhờ khả năng đốt cháy hoàn toàn nhiều loại nhiên liệu khác nhau.
• Có khả năng hoạt động tự động và liên tục.
• Tiết kiệm nhiên liệu tối đa trong quá trình vận hành, không bị tiêu hao nhiên liệu khi dừng sử dụng.
• Thân thiện môi trường, giảm ô nhiễm và các chất thải độc hại.
• Giúp tiết kiệm được thời gian, công suất cho việc vệ sinh lò.
• Dễ sử dụng, dễ vận hành và khởi động một cách nhanh chóng.
• Chi phí duy trì và sửa chữa thấp.
• Tuổi thọ và độ bền cao.

Mẫu lò hơi đốt viên nén mùn cưa

THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ LÒ HƠI TẦNG SÔI

Quá trình đưa nhiên liệu vào buồng đốt

• Nhiên liệu (vỏ cây băm, trấu, than cám, ...) được xe chở liệu chuyển đến hố cấp liệu sau đó được băng tải vận chuyển đến phễu cấp liệu. Tại đây, nhiên liệu được lưu trữ và đưa vào buồng lửa thông qua trục vít.

Quá trình cháy trong buồng đốt

• Sau khi nhiên liệu được đưa vào buồng lửa sẽ diễn ra quá trình cháy nhờ nhiệt bức xạ trong buồng lửa. Gió cấp 1 có nhiệt độ cao từ dưới nấm gió cấp lên với tốc độ cao làm nhiên liệu cháy trong trạng thái lơ lửng, bồng bềnh như sôi đồng thời làm không khí và nhiên liệu tiếp xúc tốt hơn giúp nhiên liệu cháy kiệt hơn. Đồng thời trong quá trình cháy cũng hình thành các khí như CxHy,CO, H2,... . Để cháy hoàn toàn các khí đó, trong buồng lửa có bố trí các vòi phun gió cấp 2 được bố trí ngay phía trên lớp sôi.

Hệ thống thu hồi năng lượng

• Sau khi quá trình cháy xảy ra ở buồng lửa, khói thải với nhiệt độ cao khoảng 800-900oC được đưa đến buồng đốt gồm các dàn ống chứa nước bên trong. Tại đây diễn ra quá trình trao đổi nhiệt giữa khói thải và nước, làm nước trong các dàn ống sôi lên và được tập trung lại ở thân nồi,
• Sau khi qua buồng đốt, khói thải tiếp tục được cho đi trong các dàn ống của thân nồi để tiếp tục tận dụng nhiệt để làm sôi nước. Đồng thời tại thân nồi cũng chia thành hai vùng là vùng chứa nước và vùng chứa hơi bão hòa.
• Tại vùng hơi bão hòa, trước khi được đưa đến thiết bị sử dụng hơi của khách hàng, hơi nước sẽ được đi qua bộ phân ly hơi được tích hợp sẵn ở thân nồi để làm giảm lượng nước cuốn theo, từ đó làm tăng chất lượng hơi nước. Đặc biệt, không gian và diện tích các dàn ống trong buồng đốt được thiết kế tối ưu, đồng thời các dàn ống cũng được bố trí để định hướng làm tăng quãng đường đi của khói thải trong buồng đốt, từ đó làm tăng thời gian lưu của khói thải để quá trình trao đổi nhiệt diễn ra tốt hơn.
• Về phần khói thải sau khi đi qua thân nồi sẽ được tiếp tục dẫn đến bộ hâm nước và bộ sấy không khí. Tại bộ hâm nước khói thải được đi ở ngoài dàn ống, nước được đi bên trong các dàn ống. Nhiệt từ khói thải được truyền nhiệt thông qua vách ống cho nước cấp làm nhiệt độ nước cấp tăng lên khoảng 100oC trước khi được cấp vào thân nồi. Khói thải tiếp tục được cho đi qua bộ sấy. Tại đây, khói thải được dẫn trong các dàn ống truyền nhiệt cho gió cấp 1 ở bên ngoài trước khi được cấp vào buồng lửa.

Quy trình xử lý khí thải

Sau khi đi qua bộ sấy không khí khói thải được cho đi qua cyclon chùm gồm nhiều phần tử cyclon với nguyên lý hoạt động như sau:

• Khói thải lẫn tro bay được dẫn vào thiết bị xử lý cyclon theo phương tiếp tuyến với ống trụ và được cho chuyển động xoáy tròn hướng xuống dưới. Khi dòng khí gặp phễu sẽ bị đẩy ngược lên và chuyển động xoáy trong ống trụ của mỗi phần tử cyclon. Trong quá trình này, dòng khí trong cyclon sẽ chuyển động liên tục và tro bay dưới tác dụng của lực li tâm sẽ va vào thành thiết bị, mất quán tính và rơi xuống dưới đáy của hệ thống và được thải ra ngoài nhờ van xoay. Do thiết kế gồm nhiều phần tử cyclon lên thiết bị có khả năng lọc bụi tốt hơn, đảm bảo vẫn có khả năng lọc tro bay tốt khi có phần tử bị hỏng và có khả năng dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng hơn.

Thiết bị xử lý khí thải Cyclon chùm

Sau khi đi qua bộ cyclon chùm, khói thải được dẫn đến lọc bụi túi vải có nguyên lý hoạt động như sau:

• Khói thải lẫn tro bay đi qua một tấm vải lọc. Ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các sợi vải sẽ bị giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây. Các hạt nhỏ hơn bám dính trên bề mặt sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện. Dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ.
• Sau một khoảng thời gian, lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng lọc quá lớn. Cần ngưng cho khí thải đi qua và tiến hành loại bỏ lớp tro bay bám trên mặt vải. Thao tác này được gọi giũ bụi.
• Tro bay được gỡ bỏ từ túi lọc bởi lực nén của khí nén vào trong lòng túi lọc (thông qua hệ thống van điện từ và bình tích khí nén), áp suất thông thường khoảng 4 bar.
• Trong suốt quá trình làm sạch, bụi rơi vào phễu và được vận chuyển đi thông qua hệ thống van xoay và được vận chuyển dưới đáy lọc bụi thông qua vít tải.
• Trong quá trh lọc, tro bay tích lại ở bên ngoài túi vải và làm tăng trở kháng vận hành dần dần. Khi trở kháng đạt đến một giá trị cài đặt trước, theo chu kỳ cài trước bộ điều khiển làm sạch gửi ra ngoài một tín hiệu.
• Trước hết van poppet (poppet valve) đóng để dừng quá trình lọc. Sau đó van khí nén được mở làm khí nén được nén vào túi lọc thông qua đường ống định vị ở bên trên mỗi hàng của túi lọc. Túi lọc bị phồng ra và rung mạnh làm bụi rơi ra khỏi bề mặt bên ngoài của túi, bụi rơi vào phễu gom.
• Đó được gọi là bước hoàn nguyên túi lọc, bước này các ngăn lọc sẽ được luân phiên đóng lại để hoàn nguyên theo chu kỳ được cài đặt trước.
• Khi nồng độ bụi (tro bay) khoảng 30 - 80 mg/m3 thì hiệu quả lọc bụi khá cao đạt từ 96¸99%.
• Nếu nồng độ bụi trong không khí cao trên 5000 mg/m3 thì cần lọc sơ bộ bằng thiết bị lọc khác trước khi đưa sang bộ lọc túi vải. Hiệu quả lọc đạt tới 99,5%.
• Sau khi được lại bỏ tro bay nhờ cyclon và lọc bụi túi vải, khói thải sạch được quạt hút đẩy qua bể dập bụi và ống khói để thải ra môi trường.

LÒ HƠI TẤNG SÔI VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

Sử dụng được các loại nhiên liệu xấu như trấu rời, vỏ cây hoặc than cám indo

• Lò hơi HEX - BOILER là loại lò hơi được thiết kế tối ưu cho mục đích đốt được đa nhiên liệu như vở cây, trấu, gỗ băm, rác băm, than..vv đặc biệt có thể đốt được nhiên liệu nhiệt trị thấp và trọng lượng riêng nhỏ như vỏ cây băm. Ưu điểm lớn là không phụ thuộc vào 1 loại nhiên liệu nào nên ít bị ảnh hưởng khi nhiên liệu tăng giá. để làm được việc đó phần buồng đốt, quạt và nhiều bộ phận được cải tiến, kích thước và công suất lớn hơn, làm tăng chi phí chế tạo nhưng có lợi ích về nhiên liệu.
• Phân tích về lợi ích của việc sử dụng đa nhiên liệu: Theo tính toán, nếu lò đốt than chẳng hạn, chi phí nhiên liệu 1 năm thường bằng 2 lần chi phí đầu tư lò hơi, nên tiêu chí tiết kiệm nhiên liệu là vô cùng quan trọng. Việc lệ thuộc vào 1 loại nhiên liệu sẽ rất rủi ro về kinh tế trong quá trình vận hành. Theo thiết kế tiêu chuẩn, lò đốt than sẽ không đốt được biomass và ngược lại. Kể cả có cải tiến nhưng không đúng cách thì kể cả đốt được Biomass cũng chỉ đốt được loại có tính chất gần giống than như trấu, mùn cưa chứ khó đốt được loại nhiệt trị thấp và trọng lượng riêng thấp như vỏ cây, đặc biệt vỏ cây trong mùa mưa. Và kể cả trong trường hợp đốt được thì công suất sẽ bị suy giảm do tính chất nhiên liệu khác nhau. Lò hơi HEX - BOILER qua nhiều năm nghiên cứu, cải tiến, thực nghiệm đã tính đến tổ hợp bất lợi nhất về nhiên liệu và thiết kế phù hợp nên luôn đảm bảo công suất. Khi đốt nhiên liệu tốt hơn công suất sẽ tăng lên. Việc này cũng có làm tăng 1 chút chi phí đầu tư nhưng không đáng kể với lợi ích đem lại.

Cải tiến balong để vệ sinh triệt để cáu cặn trong lò hơi

• Qua thực tế vận hành lò hơi tại VN, mặc dù thiết kế không sai nhưng nguồn nước nhiều nơi kiểm soát không tốt dẫn đến lò bị cáu cặn cứng (ngoài nguyên nhân do nước cứng, bùn đất khi tiếp xúc với nhiệt độ cao cũng có thể gây ra hiện tượng này). Khi sử dụng hóa chất tẩy rửa, ngoài chi phí tốn kém còn có tác dụng phụ là gây ăn mòn ống. Tuy nhiên quan trọng hơn cả là hóa chất chỉ làm bong các mảng cứng chứ không hóa lỏng được. Trong thiết kế ba lông truyền thống, các khe hở giữa các ống lửa thường nhỏ hơn kích thước cáu cặn nên khi cáu cặn bong ra cũng rất khó rơi được ra ngoài, hậu quả là ba lông có thể ngày càng tắc nghẽn, gây suy giảm công suất, hiệu suất, cháy ống, giảm chất lượng hơi và cuối cùng là phải dừng lo cắt bỏ, thay mới hoàn toàn hệ thống này.
• Hệ thống lò hơi HEX - BOILER hiện nay là đơn vị đầu tiên và duy nhất đã có những cải tiến quan trọng chống bám cáu cặn, tăng hiệu suất lò hơi, tăng độ bền lò hơi, giảm chi phí vận hành lò hơi, phá cáu cạn lò hơi mà không cần sử dụng hóa chất từ đó giúp dễ dàng tẩy cáu, giảm chi phí, thời gian tẩy cáu, giảm ăn mòn ống lò hơi do không sử dụng hóa chất tẩy cáu từ đó giúp tăng độ ổn định của hệ thống lò hơi hạn chế việc phải dừng lò hơi ảnh hướng đến quá trình sản xuất, mặc dù có làm tăng chi phí chế tạo nhưng không đáng kể với lợi ích lâu dài mà những giải pháp đó mang lại.

Bẫy cáu cặn

• Khi vận hành với các lò hơi phổ biến trên thị trường hiện nay cáu cặn sẽ di chuyển trong các dàn ống ở buồng đốt và bên ngoài các dàn ống ở thân lò nếu không có biện pháp giữ lại nó sẽ bám vào các dàn và đóng két ở đó làm giảm hiệu suất, tuổi thọ lò hơi từ vấn đề thực tế đó HEX - BOILER đã đưa ra giải pháp bẫy cáu cặn để toàn bộ cáu cặn ở thân lò và buồng đốt được giữ lại ở 1 điểm cố định và được vệ sinh 1-2 tháng/lần bằng cơ học kể cả trường hợp nước xấu nhất lò hơi vẫn có thể vận hành trong thời gian nhất định mà không gây sự cố lò hơi dẫn đến việc phải cắt ống, thay ống.

TẠI SAO NÊN CHỌN LÒ HƠI BÁCH KHOA

Lò hơi Bách Khoa thực sự là một đơn vị uy tín, có bề dày về thời gian và cung cấp các hệ thống lò hơi tầng sôi đốt biomass cho các nhà máy khó tính bậc nhất khu vực miền bắc như Nhà máy Bia Sài Gòn, Nhà máy dệt nhuộm Tai Ryong, Tập Đoàn Nông Sản Thanh Hóa, nhà máy Giấy Trường Xuân Phổ Yên…

Các hệ thống lò hơi tầng sôi được đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật tính toán thiết kế kỹ lượng, cải tiến liên tục nhằm giúp khách hàng đạt hiệu quả tối đa về mặt tiêu hao nhiên liệu, thuận lợi nhất trong quá  trình vận hành, đảm bảo thành phần phát thải…

Quý khách có nhu cầu về tư vấn sản phẩm lò hơi tầng sôi hoặc các vấn đề khác liên quan đến lò hơi (nồi hơi) thì có thể liên hệ đến:

CÔNG TY TNHH NĂNG LƯỢNG NHIỆT BÁCH KHOA

Lò Hơi Bách Khoa:

- Hotline: 0917. 754. 059 

- Email: info@hexboiler.com