Cấu tạo nồi hơi

Một nồi hơi hoạt động tốt có thể giúp doanh nghiệp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành, và nâng cao độ an toàn trong sản xuất.

Nhưng “nồi hơi thực sự gồm những phần nào?”, “tại sao chúng lại có thể tạo ra lượng hơi lớn đến vậy?”, hay “cấu tạo nào giúp nồi hơi vận hành ổn định và bền bỉ?” – đó là những câu hỏi mà bất kỳ ai quan tâm đến lĩnh vực cơ khí – nhiệt kỹ thuật đều từng thắc mắc. Và đây chính là lúc ta cùng khám phá sâu hơn, để hiểu rõ cấu tạo nồi hơi không chỉ bằng các thuật ngữ khô khan mà bằng một góc nhìn thực tế, mạch lạc và dễ tiếp cận.

Nồi hơi là gì và cấu tạo của nồi hơi gồm những gì?

Để hiểu sâu hơn, trước tiên ta cần làm rõ khái niệm và cấu tạo tổng quát của nồi hơi

Nồi hơi là gì?

Nồi hơi (boiler) là thiết bị sử dụng năng lượng từ quá trình đốt nhiên liệu để biến nước từ trạng thái lỏng sang hơi. Hơi nước này sau đó được truyền đến các thiết bị trong nhà máy nhằm tạo động lực, gia nhiệt hoặc vận hành dây chuyền sản xuất.

Cấu tạo nồi hơi

Cấu tạo chung của nồi hơi:

Một nồi hơi công nghiệp tiêu chuẩn bao gồm các bộ phận chính:

Bộ phận	Chức năng
Buồng đốt (Furnace)	Nơi nhiên liệu cháy sinh nhiệt.
Thân nồi (Shell/Drum)	Chứa nước và hơi.
Ống lửa hoặc ống nước	Tăng diện tích truyền nhiệt.
Bộ quá nhiệt (Superheater)	Tăng nhiệt độ hơi bão hòa.
Bộ hâm nước (Economizer)	Tận dụng khí thải để làm nóng nước cấp.
Bộ sấy gió (Air Preheater)	Làm nóng không khí cấp vào buồng đốt.
Van an toàn	Xả áp khi vượt quá mức cho phép.
Đồng hồ áp suất, kính thủy	Theo dõi áp suất và mức nước.
Bơm cấp nước	Đưa nước bổ sung vào nồi hơi.
Ống khói	Thoát khí thải ra ngoài.

Cấu tạo nồi hơi

Vì sao nồi hơi có cấu tạo như vậy?

Sở dĩ nồi hơi được cấu tạo như thế là vì những lý do cơ bản sau:

Tối ưu hóa hiệu suất sinh hơi:

Các thành phần như ống lửa/ống nước, economizer hay bộ sấy gió giúp tăng diện tích trao đổi nhiệt, tận dụng tối đa nguồn nhiệt và tiết kiệm nhiên liệu.

Đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành:

Nồi hơi làm việc dưới áp suất cao nên cần có:

• Van an toàn
• Đồng hồ áp suất
• Kính thủy
• Buồng đốt kín
  Những chi tiết này giúp giảm rủi ro quá áp hoặc sự cố nhiệt khi vận hành lò hơi.

Tăng độ bền và tuổi thọ của thiết bị:

Hệ thống thép chịu nhiệt, lớp bảo ôn và cấu trúc tuần hoàn nước giúp nồi hơi hoạt động ổn định lâu dài.

Cấu tạo nồi hơi

Ai là người sử dụng và bảo trì nồi hơi?

• Người vận hành nồi hơi:

Là kỹ thuật viên được đào tạo chuyên môn, theo dõi và điều chỉnh các thông số: Áp suất, Nhiệt độ, Mức nước, Lượng nhiên liệu, vv.

• Đội bảo trì và sửa chữa:

Bao gồm kỹ sư và kỹ thuật viên cơ – điện có nhiệm vụ:

• Kiểm tra ăn mòn ống nước
• Đánh giá hoạt động van an toàn
• Vệ sinh bộ hâm nước, bộ quá nhiệt
• Kiểm tra hệ thống điều khiển

• Cơ quan kiểm định an toàn: Thiết bị áp lực như nồi hơi cần được kiểm định định kỳ theo quy định.

Cấu tạo nồi hơi

Nồi hơi được sử dụng vào thời điểm nào?

Để hiểu rõ ứng dụng, ta tiếp tục phân tích thời điểm sử dụng nồi hơi.

Khi nhà máy cần hơi nước cho sản xuất:

Ứng dụng trong các nhà máy như nhà máy dệt nhuộm; chế biến thực phẩm; hóa chất; giấy, gỗ; phát điện bằng tua-bin hơi; vv.

Khi cần nước nóng công nghiệp:

Một số hệ thống HVAC, nhà máy thực phẩm hoặc chế biến thủy sản dùng nồi hơi để cung cấp nước nóng dung lượng lớn.

Trong hoạt động sản xuất liên tục:

Nhiều dây chuyền chạy 24/7, yêu cầu nồi hơi vận hành ổn định và bền bỉ.

Cấu tạo nồi hơi

Nồi hơi được đặt ở đâu?

Sau thời điểm sử dụng, vị trí lắp đặt cũng là yếu tố quan trọng cần được chú ý trong việc lắp đặt lò hơi để giảm thiểu chi phí cho doanh nghiệp.

Tại các nhà máy công nghiệp: Nồi hơi thường xuất hiện ở những ngành như:

• Nhiệt điện
• Dệt nhuộm
• Thực phẩm
• Dược phẩm
• Giấy – bao bì

Gần khu vực nhiên liệu và hệ thống nước cấp: Giúp giảm tổn thất đường ống và tối ưu vận hành.

Nồi hơi hoạt động như thế nào?

Chu trình vận hành lò hơi là quá trình biến đổi năng lượng từ nhiên liệu thành hơi nước thông qua một hệ thống các bộ phận có chức năng liên kết chặt chẽ.

Cấp nhiên liệu và chuẩn bị cho quá trình cháy

Quá trình bắt đầu từ việc hệ thống đưa nhiên liệu vào buồng đốt. Nhiên liệu có thể là: Dầu, Khí gas, Than, Sinh khối (mùn cưa, vỏ hạt, củi viên…).

Tùy loại nhiên liệu, lò hơi sẽ có các thiết bị tương ứng như béc phun dầu, bộ điều áp gas, ghi than hoặc hệ thống cấp liệu tự động.

Mục tiêu giai đoạn này: Tạo điều kiện cho nhiên liệu tiếp xúc với không khí giàu oxy để cháy ổn định.

Cấp không khí vào buồng đốt và tạo môi trường cháy:

Không khí được quạt gió đưa vào buồng đốt qua các cửa gió. Trước khi đi vào buồng đốt, không khí có thể được làm nóng trước bằng bộ sấy gió (air preheater).

Lợi ích của việc sấy nóng không khí:

• Tăng hiệu suất cháy
• Giảm tiêu hao nhiên liệu
• Giảm lượng khí thải không hoàn toàn

Trong buồng đốt, nhiên liệu và không khí hòa trộn theo tỷ lệ thích hợp → phản ứng cháy diễn ra mạnh mẽ, tạo ra nhiệt lượng lớn.

Truyền nhiệt từ ngọn lửa sang nước trong lò:

Khi quá trình cháy diễn ra, nhiệt lượng sinh ra được truyền qua ba cơ chế:

1. Bức xạ nhiệt từ ngọn lửa
2. Đối lưu nhiệt từ dòng khí nóng
3. Dẫn nhiệt qua thành ống và thân lò

Tùy loại lò hơi:

• Lò ống lửa: khí nóng đi trong ống, nước bao quanh
• Lò ống nước: nước đi trong ống, khí nóng bao quanh

Nước hấp thụ nhiệt → tăng dần nhiệt độ → đạt điểm sôi.

Hơi nước hình thành trong bao hơi hoặc ống sinh hơi

Khi nước sôi, các bọt khí hơi hình thành và tách khỏi bề mặt ống hoặc thành thiết bị, tạo ra:

• Hơi bão hòa ẩm (có lẫn hạt nước nhỏ)

Trong lò hơi có bao hơi, hơi và nước được tách ra nhờ:

• Vách ngăn
• Thiết bị tách hơi
• Dòng chảy tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức

Mục tiêu: Tạo hơi có chất lượng cao nhất trước khi đưa ra ngoài.

Quá nhiệt hơi (nếu có bộ quá nhiệt):

Một số hệ thống yêu cầu hơi nhiệt độ cao hơn hơi bão hòa (như tua-bin, ngành sấy chuyên dụng). Khi đó, hơi được dẫn qua bộ quá nhiệt (superheater).

Tại đây:

• Hơi bão hòa tiếp tục hấp thụ nhiệt từ dòng khí nóng
• Nhiệt độ hơi được nâng lên
• Hơi trở thành hơi quá nhiệt

Đặc điểm của hơi quá nhiệt:

• Không chứa nước
• Không gây ăn mòn cánh tua-bin
• Hiệu suất cao hơn

Dẫn hơi đến các thiết bị sử dụng:

Hơi được đưa ra ngoài hệ thống qua đường ống chính để cung cấp cho hệ thống sử dụng hơi như:

• Máy sấy
• Thiết bị gia nhiệt
• Máy nhuộm
• Thiết bị hấp – tiệt trùng
• Turbine hơi
• Hệ thống điều hòa công nghiệp

Hệ thống thu hồi và xử lý khí thải:

Khí nóng sau khi truyền nhiệt sẽ tiếp tục đi qua:

• Bộ hâm nước (economizer):
  Tận dụng nhiệt khí thải để làm nóng nước cấp → tăng hiệu suất.
• Bộ sấy gió:
  Tận dụng nhiệt khí thải để làm nóng không khí vào buồng đốt.

Sau cùng, khí thải vào ống khói, được xử lý (nếu có thiết bị lọc bụi, lọc NOx, SOx) và thoát ra môi trường.

Chu trình cấp nước vào lò hơi:

Song song với việc sản xuất hơi, nước phải liên tục được bổ sung. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ lò hơi và giữ hiệu suất ổn định.

KẾT LUẬN

Hiểu rõ cấu tạo nồi hơi giúp tăng hiệu quả vận hành, đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Bài viết này đã trình bày chi tiết các bộ phận, nguyên lý hoạt động và chức năng của nồi hơi. Đây là kiến thức quan trọng cho kỹ thuật viên, doanh nghiệp vận hành hệ thống hơi và những ai đang nghiên cứu về kỹ thuật nhiệt.