Lò hơi tầng sôi là gì mà được nhiều doanh nghiệp lựa chọn và ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như dệt may, chế biến thực phẩm,…? Nó có cấu tạo, ưu nhược điểm và hoạt động như thế nào? Trong bài viết này, mời bạn hãy cùng Alternō khám phá rõ hơn về cấu tạo, phân loại, hoạt động và ứng dụng của các loại thiết bị lò hơi tầng sôi ngay sau đây nhé!
1. Lò hơi tầng sôi là gì?
Lò hơi tầng sôi là thiết bị dùng buồng đốt kiểu tầng sôi để tạo ra hơi nước có nhiệt độ và áp suất cao. Trong lò hơi tầng sôi, nhiên liệu được đốt cháy dưới dạng lớp sôi, thường là cát, xỉ hoặc các việt liệu đặc biệt khác, để tạo ra môi trường nhiệt. Buồng đốt tầng sôi tạo ra điều kiện hoà trộn tốt nên nhiên liệu sẽ được đốt cháy hết mà nhiệt độ lại không quá cao, giúp hạn chế lượng khí thải có hại.
So với kiểu buồng đốt thông thường, khí thải được tạo ra từ đốt tầng sôi có lượng khí nito oxit và lưu huỳnh thấp hơn rất nhiều. Lò hơi tầng sôi có thể đốt được nhiều loại nhiên liệu khác nhau như năng lượng sinh khối, than đá, rác thải sinh hoạt,.. và được ứng dụng trong các ngành công nghiệp như hoá chất, thực phẩm, năng lượng, dược liệu và đồ uống. Vì vậy, lò hơi tầng sôi được coi là thiết bị vừa mang lại hiệu suất kinh tế cao vừa phát thải thấp, thân thiện với môi trường.
2. Phân loại lò hơi tầng sôi
Dựa vào nguồn nhiên liệu đốt và công nghệ đốt mà lò hơi tầng sôi được phân loại như sau:
2.1. Lò hơi tầng sôi dạng bọt
Lò hơi tầng sôi dạng bọt (AFBC) còn gọi là tầng sôi bong bóng hay buồng đốt tầng sôi bọt. Lớp sôi bong nóng của lò hơi này có độ dày thường từ khoảng 1000-1650mm với độ sụt áp trung bình 1cm nước/1 cm bề dày lớp sôi. Nguyên liệu đốt thường dùng là cát, tro, đá vôi với các nguyên liệu khác với lượng nhỏ nhiên liệu.
Lò hơi tầng sôi dạng bọt có thể được chia thành nhiều phần hoặc module để thay đổi hoặc giảm tải. Các vùng của lò hơi này được ngăn cách bởi các vách ngăn làm nguội bằng nước hoặc vách ngăn có thể chịu nhiệt. Khi muốn kiểm soát hoặc giảm tải thì cần ngưng nhiều vùng liên tục trong thời gian dài để duy trì nhiệt độ của lớp vật liệu.
Lò AFBC có hạn chế là hiệu suất cháy của lò thấp, tỉ lệ Calci và Sulfur cao. Nếu không phân vùng ở đáy buồng đốt thì mức độ thay đổi tải của lò hơi còn có nhiều hạn chế hơn.
2.2. Lò hơi tầng sôi tuần hoàn
Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFBC) được coi là cải tiến từ lò hơi tầng sôi dạng bọt. Nhờ sự chuyển động rốt, nhiên liệu trong lò sẽ được trộn đều với vật liệu của tầng sôi. Lò hơi này có biến thể tốc độ sôi cao với vận tốc khói lên đến 4 – 6 m/s. Các hạt rắn trong khói (chất nền và nhiên liệu) được giữ lại nhờ Cyclone tách và tuần hoàn trở lại buồng đốt. Lò hơi tầng sôi tuần hoàn có hiệu suất cao nhưng chi phí đầu tư cũng cao. Do đó, lò hơi này được thiết kế với dải công suất từ 100 tấn/giờ trở lên.
2.3. Lò hơi tầng sôi có áp
Lò hơi tầng sôi có áp (PFBC Boiler) là biến thể của lò tầng sôi và toàn bộ lò sẽ được lắp đặt trong khu vực có áp suất cao khoảng 16kg/cm2. Khí nóng được sinh ra từ các bộ trao đổi nhiệt, được dùng để chạy tuabin khí, còn bộ trao đổi nhiệt hơi nước tạo ra để chạy tuabin hơi. Dải công suất của lò hơi tầng sôi có áp là 70 – 350 MW. So với hai loại trên thì PFBC có hiệu suất hệ thống cao hơn và cấu tạo phức tạp, chi phí đầu tư cũng cao.
3. Cấu tạo của lò hơi tầng sôi là gì?
Lò hơi tầng sôi thường có các thành phần chính như sau:
3.1. Hệ thống cấp liệu
Nhiên liệu cấp cho lò hơi tầng sôi thường có độ lớn và kích thước theo quy định, khác với các loại lò hơi ghi xích hay ghi tĩnh nhằm tạo điều kiện đốt cháy tối ưu. Ví dụ như kích thước tiêu chuẩn của than từ 0-10mm, biomass thì kích thước giới hạn từ 0-50mm.
Hệ thống cấp liệu thường thiết kế vận chuyển nhiên liệu bằng gàu tải, băng tải, vít,… Tuỳ theo mặt bằng hoặc loại nhiên liệu mà hệ thống cấp liệu sẽ được thiết kế tối ưu nhất. Để đo lường lượng nhiên liệu cấp vào lò thì hệ thống cấp liệu còn được bố trí thêm thiết bị cảm biến lắp trên băng tải hoặc trên các phễu chứa nhiên liệu. Điều này giúp kiểm soát hiệu suất và mức độ tiêu hao nhiên liệu của lò hơi.
Nhiên liệu cấp vào lò hơi tầng sôi có thể được cấp từ bên dưới lớp sôi hoặc phun bên trên mặt lớp sôi. Kiểu cấp liệu bên dưới lớp sôi thường chỉ áp dụng với nhiên liệu than đã đã nghiền qua có kích thước nhỏ.
3.2. Buồng đốt
Buồng đốt lò hơi thường chứa được nhiều loại nhiên liệu như than, cát, đá vôi, biomass, rác thải,… Khi áp lực không khí lên cao, lớp chất rắn sẽ giãn nở và ở trạng thái lơ lửng. Lúc này nhiệt độ không khí và áp suất tăng, chúng sẽ chuyển động tự do trong buồng đốt, tạo ra lớp sôi để đáp ứng quá trình đốt cháy.
Buồng đốt lò tầng sôi yêu cầu phải có vật liệu chịu lửa bao quanh (như bê tông hoặc gạch) để bảo vệ các ống vách tránh bị bào mòn, quá nhiệt và đảm bảo tuổi thọ buồng đốt. Bên trong buồng đốt, chiều cao của vật liệu nền trên bề mặt buồng đốt thường từ 120 đến 400mm. Kích thước của hạt rắn được ước tính từ 0.8 – 1.2mm và khối lượng trung bình từ 1500 – 2400kg/m3.
Tỷ lệ nhiên liệu đốt trộn với vật liệu nền trong buồng đốt có tỉ lệ từ 1 đến 5%. Tỷ lệ lớp chất nền có tỉ lệ lớn nên có khả năng giữ nhiệt rất tốt, giúp lò sôi có thể đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu và triệt để nguồn nhiệt lượng tạo thành, nhưng lượng khí thải độc hại vẫn nằm trong mức cho phép.
3.3. Hệ thống cấp gió và khói
Hệ thống cấp gió thường gồm có quạt hút, gió cấp một và gió cấp hai. Quạt hút là bộ phận khởi động cho hệ thống cấp gió. Gió cấp một được gia nhiệt khi đi qua bộ sấy không khí và đưa vào buồng phân phối gió dưới đáy lò. Mặt trên buồng phân phối gió có nhiều béc phun, giúp phân tán đều gió khắp buồng đốt giúp quá trình sôi đều và ngăn được các hạt rắn của lớp sôi vào buồng cấp gió.
Ngoài gió cấp một thì gió cấp hai được cấp vào buồng đốt trống để cung cấp thêm oxy, giúp các chất đốt cháy bị đẩy lên cao hơn. Tuỳ vào loại nhiên liệu được đốt cháy mà gió cấp hai sẽ chiếm tỉ trọng cao hay thấp và điều chỉnh tốc độ gió phù hợp.
Nhiệt tạo ra từ khói nóng đi từ buồng đốt dưới lên buồng đốt trên bị hấp thu bởi các tường nước xung quanh buồng và đi qua khỏi vùng buồng đốt, lúc này nhiệt độ khói giảm xuống khoảng 600 độ C. Khói lại tiếp tục đi qua vùng truyền nhiệt lượng và đối lưu trước khi ra ngoài lò. Cuối cùng, khói nóng đi qua hệ thống sấy không khí, bộ hâm nước, đến hệ thống xử lý khói và được đẩy lên ống khói để thải ra ngoài môi trường.
3.4. Hệ thống thải xì
Lò hơi thường thải ra chất thải dạng khói và dạng rắn. Chất thải rắn thường gồm xỉ từ các sản phẩm, tro tự nhiên của nhiên liệu. Khói từ lò hơi tầng sôi thải ra môi trường rất nhiều, do đó hệ thống xử lý khói luôn được thiết kế và đầu tư lắp đặt.
Các loại xỉ có kích thước lớn thường được lấy ra từ khi xả xỉ dưới buồng đốt còn tro bay mịn theo khói. Khi nó được lấy ra tại phễu và được lọc bụi tại bộ hâm nước. Tro bay được vận chuyển tới phòng chứa bằng băng tải, vít tải hoặc hệ thống thổi trọ. Hệ xử lý khói bao gồm các thiết bị như lọc bụi túi, cyclone, lọc bụi tĩnh điện,… và các thiết bị xử lý khí độc như tháp xử lý SOx,…
3.5. Các cụm sinh hơi
Cụm sinh hơi có các bộ phận như ống đối lưu, ống sinh hơi, tường nước, ống bức xạ,… Các ống quá nhiệt thường được bố trí ở vùng buồng đốt và đối lưu. Nước cấp đi qua bộ hâm nước và tuần hoàn bơm vào balong. Sau đó, nước lại đi theo các ống nước xuống dưới rồi đi qua các ống vách ướt, đối lưu và gia nhiệt đến khi nhiệt độ bay hơi, sau đó trở về balong. Nước ở balong sẽ được tách ra và cấp đến khách hàng.
4. Nguyên lý hoạt động của lò hơi tầng sôi
Sau khi tìm hiểu chi tiết về cấu tạo của lò hơi tầng sôi là gì thì chúng ta hãy cùng khám phá cách hoạt động của nó. Đầu tiên, nhiên liệu sẽ được đưa vào buồng đốt thông qua hệ thống cấp liệu được đặt ở phía đầu buồng đốt. Nhiên liệu được cấp vào lò được điều chỉnh bởi tốc độ hoạt động của hệ thống cấp nhiên liệu.
Tại buồng đốt của lò hơi diễn ra quá trình cấp nước vào lò và lưu trữ tại bồn chứa. Thông qua hệ thống các chùm ống nước, nước trong bồn sẽ được bơm tràn vào tầng sôi. Quá trình dao động hỗn hợp của những các lớp hạt nhiên liệu rắn (than, tro, xỉ) được phân thành từng lớp theo chiều cao buồng đốt và tỉ trọng của hạt nhiên liệu. Quá trình này diễn ra là nhờ luồng gió cấp một với vận tốc lớn từ sàn đáy vào buồng đốt, từ đó tạo ra lượng hỗn hợp các hạt nhiên liệu rắn xuôi theo dòng hỗn hợp khí cháy đi qua buồng đốt.
Trong quá trình đốt cháy, kích thước của các hạt nhiên liệu giảm dần và hoà trộn với một phần xỉ có sẵn để tạo ra tầng lớp đệm nhiên liệu. Nhiên liệu cháy trong buồng đốt sẽ được phân thành từng tầng tuỳ theo tốc độ gió và chiều cao của buồng đốt. Nhiệt lượng từ lớp nhiên liệu cháy sẽ được truyền tới nước qua các tường nước ở đỉnh buồng đốt và xung quanh buồng đốt. Sau đó, các hạt tro bay lên rời khỏi buồng đốt và đi qua bộ phận quá nhiệt, dàn ống đổi nhiệt đối lưu rồi thải ra ngoài lò.
Thông qua các vòi phun gió đặt ở bên trên buồng đốt, gió cấp 2 đưa vào buồng đốt để cung cấp khí cho các lớp sôi phía trên để điều chỉnh nhệt độ cháy và điều chỉnh hệ số không khí trong buồng đốt. Sau quá trình trao đổi nhiệt đối lưu ở đuôi lò, khói đi qua bộ phận thu hồi năng lượng, tận dụng lại nhiệt từ khói thả gia nhiệt cho không khí và nước cấp vào lò. Tiếp theo, bộ phận lọc bụi sẽ tách những hạt tro bay ra khỏi khói nóng và quạt hút khói thải ra ngoài ống.
5. Ưu và nhược điểm của lò hơi tầng sôi
Lò hơi tầng sôi có những ưu và nhược điểm như sau:
5.1. Ưu điểm
Lò hơi tầng sôi có khả năng đốt cháy nhiều loại nhiên liệu như rác thải sinh hoạt, nhiên liệu hoá thạch, than đá với tỷ lệ tro 60-70%, nhiên liệu biomass. Nhiệt được sinh ra sẽ được ứng dụng vào các hoạt động sản xuất trong nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy nhiệt điện.
Ưu điểm khác là lò hơi tầng sôi có ít chi tiết chuyển động hơn so với các lò hơi cũ và có thể đáp ứng tiêu chuẩn về khí thải mà không cần đến các thiết bị đắt tiền. Hơn nữa, hệ thống lò hơi tầng sôi có khả năng cung cấp nhiều nhiệt lượng với ít nhiên liệu và kiểm soát nhiệt độ ổn định. Quá trình cấp nhiên liệu vào lò diễn ra nhanh chóng nhờ hệ thống băng tải tự động, do đó giúp tiết kiệm tối đa hoá nhiên liệu đầu vào. Cuối cùng, nhờ vào quá trình đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu nên lò hơi tầng sôi tạo ra ít lượng khí NOx, SOx,… thải ra môi trường, trở thành hệ thống thân thiện với môi trường.
5.2. Nhược điểm
Một trong những nhược điểm của lò hơi tầng sôi đốt than có tỷ lệ cốc cao nên cần có thêm chùm ống trao đổi nhiệt để hỗ trợ cho buồng đốt không bị quá nhiệt, tuy nhiên, nó thường bị mài mòn liên tục, độ bền không cao. Lò hơi tầng sôi có khả năng đốt nhiều loại nhiên liệu nhưng nó lại tiêu tốn khá nhiều năng lượng để duy trì quạt gió áp suất cao và thân lò bị thất thoát lượng nhiệt đáng kể.
Bên cạnh đó, chi phí đầu tư của lò hơi tầng sôi và yêu cầu diện tích buồng đốt lớn hơn so với các loại lò truyền thống. Lò tầng sôi bọt có thể đốt nhiều nhiên liệu nhưng vẫn phải điều chỉnh thiết kế nếu thay đổi loại nhiên khác. Một nhược điểm khác của lò hơi tầng sôi là tải tối thiểu bị hạn chế, chỉ chạy tải nhỏ từ 30-40% công suất thiết kế.
6. Sự khác biệt của lò hơi tầng sôi và lò hơi truyền thống
Lò hơi tầng sôi và lò hơi truyền thống có sự khác biệt rõ ràng, cụ thể như sau:
| Đặc điểm | Lò hơi tầng sôi | Lò hơi truyền thống |
| Tiết kiệm nhiên liệu | Rất tốt | Trung bình |
| Hiệu suất đốt cháy | Cao | Thấp hơn |
| Lượng khí thải ra | Thấp | Cao |
| Khả năng dùng nhiên liệu | Linh hoạt | Hạn chế |
| Chi phí vận hành | Về lâu dài là thấp | Cao |
7. Ứng dụng của lò hơi tầng sôi trong công nghiệp
Lò hơi tầng sôi có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như:
- Sản xuất nhiệt: Các nhà máy công nghiệp chế biến thực phẩm, nước uống,… đều có nhu cầu dùng nhiệt năng, hơi, điện để đun, nấu, thanh trùng.
- Sản xuất giấy: Lò hơi tầng sôi sử dụng trong nhà máy giấy để cung cấp nguồn nhiệt năng, tiết kiệm chi phí và nhiên liệu hiệu quả.
- Công nghiệp hoá chất: Ứng dụng lò tầng sôi để cung cấp nhiên liệu vào quá trình sản xuất hoá chất, giảm lượng khí thải ra môi trường cũng như tăng khả năng tiết kiệm năng lượng.
Bài viết trên đây là tất tần tật thông tin chi tiết về khái niệm lò hơi tầng sôi là gì, cấu tạo, phân loại và hoạt động của lò hơi tầng sôi. Nếu bạn còn có bất kỳ câu hỏi thắc mắc nào liên quan đến các loại máy sấy, lò hơi cần giải đáp thì hãy liên hệ ngay với Alternō qua hotline 0888 617 000 này nhé!
English
