Lò hơi, nồi hơi tầng sôi là gì?

Lò hơi, nồi hơi tầng sôi là loại lò hơi, nồi hơi công nghiệp được chế tạo kiểu buồng đốt tầng sôi để đốt cháy nhiên liệu. Buồng đốt của lò hơi, nồi hơi tầng sôi tạo ra điều kiện hòa trộn rất tốt trên toàn bộ diện tích của buồng đốt, vì vậy nhiên liệu sẽ được cháy kiệt trong khi nhiệt độ buồng đốt không quá cao, làm giảm lượng phát thải các loại khí có hại.

Phân loại các lò hơi, nồi hơi tầng sôi:

Lò hơi, nồi hơi tầng sôi được chia ra làm 03 loại:

Lò hơi, nồi hơi tầng sôi ở áp suất khí quyển hay còn gọi là nồi hơi, lò hơi tầng sôi bọt: Là loại nồi hơi, lò hơi phổ biến nhất.

Lò hơi, nồi hơi tầng sôi tuần hoàn có tốc độ sôi cao với vận tốc khói trong buồng đốt lên tới 4-6m/s, các hạt rắn trong khói sẽ được giữ lại nhờ cyclone và tuần hoàn trở lại buồng đốt, làm hiệu suất của lò hơi rất cao.

Lò hơi, nồi hơi tầng sôi có áp, toàn bộ lò được đặt trong một khu vực áp suất cao (khoảng 16kg/cm2). Khí nóng sinh ra sau khi qua các bộ trao đổi nhiệt được sử dụng để chạy tua bin khí, hơi nước sinh ra từ các bộ trao đổi nhiệt được sử dụng để chạy tua bin hơi. Lò hơi kiểu này có hiệu suất rất cao, tuy nhiên cấu tạo hệ thống phức tạp.

Cấu tạo của lò hơi, nồi hơi tầng sôi:

Nồi hơi, lò hơi tầng sôi gồm 05 bộ phận chính:

Hệ thống cấp liệu của lò hơi, nồi hơi tầng sôi:

Nhiên liệu cấp cho nồi hơi, lò hơi tầng sôi đòi hỏi phải có kích thước đồng đều và độ lớn theo quy định nhằm đạt được điều kiện cháy tối ưu. Đối với than giới hạn kích thước là 0-10mm.  Đối với nhiên liệu sinh khối nói chung, giới hạn kích thước từ 0-50mm. Nhiên liệu đốt của lò hơi, nồi hơi tầng sôi có thể được vận chuyển bằng băng tải, gàu tải, vít, …  tới các si lô chứa để dự trữ hoặc cấp trực tiếp vào lò hơi. Tùy theo loại nhiên liệu cấp hoặc mặt bằng nhà lò hơi mà hệ thống cấp liệu sẽ được thiết kế tối ưu nhất. Hệ thống cấp liệu có thể có thêm các thiết bị cảm biến đo khối lượng 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.

Các loại nhiên liệu của lò hơi nồi hơi tầng sôi chế tạo tại Việt Nam thường sử dụng như: Than indo, mùn cưa, viên nén gỗ, củi đầu mẩu…

Buồng đốt lò hơi, nồi hơi tầng sôi bọt (áp suất khí quyển)

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

Buồng đốt của lò hơi, nồi hơi tầng sôi bao gồm một lớp nền sôi thấp và một khu vực trống bên trên, năng lượng giải phóng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu được phân chia giữa khu vực bên dưới và khu vực bên trên của buồng đốt theo tỷ lệ 88:12 (năng lượng được tập trung chủ yếu ở lớp sôi). Nhiệt độ lớp sôi nếu đốt than được duy trì trong khoảng 800 – 900 độ C, nếu đốt bằng nhiêu liệu sinh khối thì nhiệt độ lớp sôi khoảng 750 độ C.

Buồng đốt lò hơi, nồi hơi tầng sôi yêu cầu phải có vật liệu chịu lửa bao quanh  (gạch hoặc bê tông). Chiều cao vật liệu nền thường từ 120 – 400mm.

Với chế độ cháy đặc biệt, lượng oxy cấp vào lò liên tục và xuyên sâu vào lớp nhiên liệu, tạo điều kiện cho quá trình cháy được diễn ra mãnh liệt, nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn, tăng hiệu suất của lò hơi.

Thiết kế kiểu lò buồng đốt cao, cùng với dàn ống bức xạ nhiệt xung quanh buồng đốt hấp thụ nhiệt hiệu, lò hơi sinh nhiệt nhanh, tận dụng được lượng nhiệt bức xạ hiệu quả, hiệu suất và tốc độ sinh hơi tốt, cùng với kết cấu cụm trao đổi nhiệt đối lưu kiểu ống lửa, có thể tích chứa nước lớn, đảm bảo cho việc cấp hơi ổn định.

Hệ thống gió và khói của lò hơi, nồi hơi tầng sôi:

Gió cấp một của lò hơi, nồi hơi tầng sôi tạo lớp sôi 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.

Gió cấp hai của lò hơi, nồi hơi tầng sôi 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 cảu lò hơi, nồi hơi tầng sôi có thể chiếm tỷ trọng cao hay thấp hoặc có thể bị loại bỏ.

Nhiệt lượng do khói nóng đi từ buồng đốt dưới đến buồng đốt trên của lò hơi, nồi hơi tầng sôi sẽ bị hấp thụ bởi các tường nước xung quanh buồng đốt, sau khi qua khỏi khu vực buồng đốt, nhiệt độ khói giảm xuống khoảng 600 độ C, 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 và xử lý khí thải của lò hơi, nồi hơi tầng sôi:

Lò hơi, nồi hơi tầng sôi tạo ra hai loại chất thải chính là 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 nhiểm không khí, vì vậy hệ thống xử lý khói luôn được thiết kế ưu tiên cao nhất.

Xỉ kích thước lớn 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 các thiết bị lọc bụi. Tro bay có thể được đưa tới phòng chứa bằng vít tải, băng tải hoặc hệ thống thổi tro.

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

Với kiểu ghi đặc biệt cùng hệ thống cấp gió tiêu chuẩn, toàn bộ lượng tro bụi sẽ được đưa ra phía sau lò hơi, giảm thiểu việc đánh lò, hay thải tro xỉ ra phía trước lò.

Với đặc tính nhiệt độ buồng đốt dưới 900 độ C, tạo được môi trường tốt nhất để không sinh ra các khí thải có hại như SOx, NOx. Lò hơi, nồi 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.

Bộ phận sinh hơi của lò hơi, nồi hơi tầng sôi:

Nước cấp được bơm vào ba lông của lò hơi, nồi hơi tầng sôi sau khi đi qua bộ hâm nước, Tại ba lông, nước tiếp tục theo các ống nước xuống đến các ống góp  phía 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 ba lông. Ở ba lông hơi được tách ra và cấp đến các thiết bị sử dụng hơi.

Hệ thống điều khiển và an toàn của lò hơi, nồi hơi tầng sôi:

Lò hơi, nồi hơi tầng sôi được trang bị hệ thống vận hành hoàn toàn tự động, có chế độ vận hành thủ công dự phòng. Chế độ vận hành tự động cài đặt theo mức áp suất hơi, tín hiệu áp suất hơi sẽ tác động đến tốc độ quạt hút, quạt đẩy, tốc độ cấp nhiên liệu vào lò.

Hệ thống cấp nước tự động, cảnh báo cạn nước bằng chuông báo và đèn

Các thiế bị như: quạt hút, quạt đẩy, vít cấp liệu, được điều khiển bằng biến tần, tiết kiệm điện, bảo vệ động cơ, điều chỉnh và vận hành vô cấp, rất thuận tiện cho công nhân khi vận hành lò hơi.

Ưu điểm của lò hơi, nồi hơi tầng sôi:

Lò hơi, nồi hơi tầng sôi được thiết kế có thể đố đa dạng nhiên liệu: Than cám, trấu rời, trấu viên, củi viên, củi băm, giấy, nguyên liệu sinh khối (biomass), …

Các chi tiết chuyển động trong lò hơi, nồi hơi tầng sôi ít hơn nhiều so với lò hơi ghi xích.

Nồi hơi, lò hơi tầng sôi có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt mà không cần dùng đến các thiết bị xử lý đắt tiền.

Nhược điểm của lò hơi, nồi hơi tầng sôi:

Lò hơi, nồi hơi tầng sôi yêu cầu diện tích buồng đốt lớn

Lò hơi, nồi hơi tầng sôi bọt yêu cầu nhiều điểm cấp liệu do khả năng phân tán nhiên liệu trong buồng đốt không tốt.

Mặc dù lò hơi, nồi hơi tầng sôi bọt có thể đốt được nhiều loại nhiên liệu, tuy nhiên vẫn bắt buộc phải sửa lại thiết kế của lò nếu thay đổi  loại nhiên liệu đã thiết kế đốt bằng nhiên liệu khác đã đốt.

Phạm vi ứng dụng của lò hơi, nồi hơi tầng sôi:

Nhà máy dược phẩm

Chế biến thực phẩm

Dệt, nhuộm, may

Sản xuất nhựa

Luyện kim

Sản xuất  thức ăn chăn nuôi

Sản xuất giấy, bao bì.