Cấu tạo nồi hơi: Phân tích chi tiết từng bộ phận và nguyên lý hoạt động

Trong các ngành công nghiệp hiện đại như dệt may, thực phẩm, hóa chất, giấy hay năng lượng, nồi hơi (boiler) đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc tạo ra hơi nước phục vụ sản xuất. Để vận hành an toàn, hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu, việc hiểu rõ cấu tạo nồi hơi là điều không thể bỏ qua.

Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn nắm được cấu tạo tổng thể của nồi hơi, chức năng từng bộ phận cũng như mối liên hệ giữa chúng trong quá trình hoạt động thực tế.

Cấu tạo tổng thể của nồi hơi công nghiệp

Trước khi đi sâu vào từng chi tiết, chúng ta cần nhìn tổng quát để hiểu nồi hơi được hình thành từ những bộ phận nào và cách chúng phối hợp với nhau.

Nồi hơi là thiết bị trao đổi nhiệt, trong đó nước được đun nóng bằng nhiên liệu (than, dầu, gas, biomass, điện…) để tạo ra hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao. Về mặt cấu tạo, nồi hơi thường được chia thành các nhóm chính gồm:

• Thân nồi hơi
• Hệ thống sinh hơi
• Hệ thống cung cấp nhiên liệu và đốt cháy
• Hệ thống an toàn và điều khiển

Tùy theo loại nồi hơi (nồi hơi ống lửa, nồi hơi ống nước, nồi hơi tầng sôi…), cách bố trí các bộ phận có thể khác nhau, nhưng về cơ bản đều tuân theo cùng một nguyên lý chung: tối ưu truyền nhiệt và đảm bảo an toàn vận hành.

Việc hiểu rõ cấu tạo tổng thể sẽ giúp người vận hành dễ dàng tiếp cận các phần chuyên sâu hơn, đặc biệt là các bộ phận quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ thiết bị.

Tổng thể nồi hơi công nghiệp

Cấu tạo thân nồi hơi và hệ thống sinh hơi

Sau khi đã hình dung được bức tranh tổng thể, chúng ta sẽ bắt đầu với phần quan trọng nhất: thân nồi hơi và hệ thống sinh hơi.

Thân nồi hơi

Thân nồi hơi là kết cấu chịu áp lực chính, thường được chế tạo từ thép chịu nhiệt và chịu áp suất cao. Bộ phận này có nhiệm vụ chứa nước và hơi nước cũng như thực hiện quá trình trao đổi nhiệt trong quá trình vận hành.

Thân nồi hơi phải đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về cơ tính, độ bền và khả năng chịu ăn mòn, bởi chỉ một sai sót nhỏ cũng có thể gây mất an toàn nghiêm trọng.

Hệ thống sinh hơi

Hệ thống sinh hơi bao gồm các bộ phận trực tiếp tham gia vào quá trình biến nước thành hơi, tiêu biểu như:

• Ống sinh hơi: nơi nước hấp thụ nhiệt và chuyển pha thành hơi
• Bao hơi (drum): dùng để tách hơi và nước, đảm bảo hơi đầu ra có độ khô cao
• Ống xuống và ống lên: giúp tuần hoàn nước – hơi bên trong nồi

Trong quá trình hoạt động, nước được gia nhiệt liên tục, tạo thành hỗn hợp nước – hơi và được dẫn về bao hơi để tách. Phần hơi khô sẽ được đưa đi sử dụng, còn nước tiếp tục quay lại chu trình gia nhiệt.

Thân nồi hơi

Cấu tạo buồng đốt và hệ thống cung cấp nhiên liệu

Khi đã hiểu rõ nơi sinh ra hơi nước, câu hỏi tiếp theo là: nhiệt lượng để tạo hơi đến từ đâu? Câu trả lời nằm ở buồng đốt và hệ thống cung cấp nhiên liệu.

Buồng đốt nồi hơi

Buồng đốt là khu vực diễn ra quá trình đốt cháy nhiên liệu để tạo ra nhiệt. Tùy loại nhiên liệu sử dụng, buồng đốt có thể có cấu tạo khác nhau, nhưng đều được lót bằng vật liệu chịu nhiệt cao để hạn chế thất thoát nhiệt và bảo vệ kết cấu kim loại.

Nhiệt sinh ra trong buồng đốt sẽ truyền qua thành ống hoặc vách nồi hơi, từ đó làm nóng nước bên trong.

Tuỳ loại nhiên liệu va kiểu nồi hơi mà buồng đốt nồi hơi sẽ được trang bị thêm:

• Ghi xích, ghi tĩnh hoặc ghi rung (đối với than, biomass)
• Đầu đốt dầu/gas (đối với nhiên liệu lỏng hoặc khí)

Hệ thống này có nhiệm vụ phân bố nhiên liệu đều, đảm bảo quá trình cháy diễn ra liên tục và hiệu quả.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu

Hệ thống này có nhiệm vụ đưa nhiên liệu vào buồng đốt với lưu lượng và tỷ lệ phù hợp, bao gồm:

• Hệ thống cấp liệu như than, củi hoặc cấp biomass
• Đầu đốt dầu/gas
• Quạt gió cấp và quạt hút khói

Việc điều chỉnh chính xác lượng nhiên liệu và không khí là yếu tố then chốt để đảm bảo quá trình cháy hoàn toàn, giúp nâng cao hiệu suất nồi hơi và giảm phát thải ra môi trường.

Buồng đốt nồi hơi

Cấu tạo hệ thống an toàn, đo lường và điều khiển

Sau khi đã có nhiệt và hơi nước, vấn đề quan trọng nhất còn lại chính là an toàn vận hành, và đây là lý do hệ thống an toàn – điều khiển luôn được ưu tiên hàng đầu trong cấu tạo nồi hơi.

Hệ thống an toàn

Các thiết bị an toàn cơ bản của nồi hơi bao gồm:

• Van an toàn: xả hơi khi áp suất vượt ngưỡng cho phép
• Ống thủy và cảm biến mức nước: kiểm soát mực nước trong nồi
• Rơ-le áp suất và nhiệt độ: ngắt hệ thống khi có sự cố

Những bộ phận này giúp ngăn chặn các tình huống nguy hiểm như quá áp, cạn nước hay quá nhiệt – những nguyên nhân hàng đầu gây tai nạn nồi hơi.

Hệ thống đo lường và điều khiển

Hệ thống điều khiển hiện đại thường sử dụng PLC hoặc bộ điều khiển tự động để giám sát:

• Áp suất hơi
• Nhiệt độ nước và khí thải
• Mức nước trong nồi
• Lưu lượng nhiên liệu

Nhờ đó, nồi hơi có thể vận hành ổn định, tiết kiệm nhiên liệu và giảm sự phụ thuộc vào thao tác thủ công của con người.

Cấu tạo hệ thống phụ trợ và xử lý khí thải

Để hoàn thiện toàn bộ chu trình vận hành, nồi hơi không thể thiếu các hệ thống phụ trợ và xử lý môi trường đi kèm.

Hệ thống phụ trợ

Một số bộ phận phụ trợ quan trọng gồm:

• Bơm cấp nước nồi hơi
• Bình khử khí
• Bộ hâm nước (economizer)
• Bộ sấy không khí

Những thiết bị này giúp nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu và kéo dài tuổi thọ nồi hơi.

Hệ thống xử lý khí thải

Khí thải sau quá trình đốt thường chứa bụi, SOx, NOx… Do đó, nồi hơi công nghiệp hiện nay thường được trang bị:

• Cyclone tách bụi
• Lọc bụi túi vải
• Tháp hấp thụ khí độc

Việc xử lý khí thải không chỉ giúp đáp ứng quy định môi trường mà còn góp phần xây dựng hình ảnh doanh nghiệp sản xuất bền vững.

Chế tạo bộ hâm nước lò hơi

Kết luận

Qua bài viết trên, có thể thấy cấu tạo nồi hơi là một hệ thống phức tạp, bao gồm nhiều bộ phận liên kết chặt chẽ với nhau. Mỗi chi tiết đều có vai trò riêng và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, độ an toàn cũng như chi phí vận hành.

Việc nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nồi hơi không chỉ giúp người vận hành sử dụng thiết bị hiệu quả hơn mà còn là nền tảng quan trọng cho công tác bảo trì, sửa chữa và nâng cấp trong tương lai.