Lò Hơi Công Nghiệp là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cơ bản

Tổng quan về lò hơi công nghiệp

Khái niệm lò hơi

Lò hơi (hay còn gọi là nồi hơi) là một thiết bị sử dụng năng lượng nhiệt từ quá trình đốt nhiên liệu để đun sôi nước, biến nước thành hơi. Hơi nước sau đó sẽ được dẫn đến các thiết bị sử dụng như hệ thống gia nhiệt, hoặc phục vụ các quy trình chế biến công nghiệp. Đây là thiết bị không thể thiếu trong nhiều nhà máy sản xuất hiện đại.

Việc chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu (rắn, lỏng hoặc khí) sang dạng năng lượng hơi nước giúp tối ưu hiệu suất sản xuất, đồng thời đảm bảo tính liên tục và an toàn cho hệ thống vận hành.

Phân loại lò hơi theo cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Lò hơi có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí, trong đó phổ biến nhất gồm:

• Theo cấu tạo: Lò hơi ống nước, lò hơi ống lửa, lò hơi liên hợp.
• Theo nhiên liệu sử dụng: Lò hơi đốt củi, lò hơi đốt than, lò hơi đốt dầu DO, FO, lò hơi đốt khí, lò hơi đốt sinh khối.
• Theo áp suất vận hành: Lò hơi áp suất thấp, trung bình và cao.

Mỗi loại lò hơi đều có thiết kế và nguyên lý vận hành phù hợp với mục đích sử dụng và điều kiện vận hành riêng biệt.

Vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp

Lò hơi là nguồn cấp nhiệt chính trong các nhà máy chế biến thực phẩm, dệt nhuộm, giấy, hóa chất, sản xuất thức ăn chăn nuôi, xưởng gỗ,... Ngoài việc tạo nhiệt, lò hơi còn đóng vai trò:

• Tăng năng suất sản xuất do cung cấp nhiệt liên tục và ổn định.
• Giúp tiết kiệm chi phí năng lượng nếu sử dụng đúng loại nhiên liệu và thiết kế phù hợp.
• Đảm bảo quy trình sản xuất diễn ra an toàn nhờ các hệ thống điều khiển và bảo vệ tự động.

Cấu tạo chi tiết của lò hơi công nghiệp

Buồng đốt – Trung tâm phát sinh nhiệt lượng

Buồng đốt là nơi đốt cháy nhiên liệu để sinh nhiệt. Nó được chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt cao như thép chịu nhiệt hoặc gạch chịu lửa, có khả năng chịu được nhiệt độ lên đến 1000–1500°C.

Tùy thuộc vào loại nhiên liệu mà buồng đốt sẽ có thiết kế khác nhau:

• Buồng đốt ghi tĩnh, ghi xích đối với lò đốt than/củi.
• Buồng đốt dạng buồng kín đối với lò đốt dầu hoặc khí.
• Buồng đốt tầng sôi cho các loại sinh khối, rác thải công nghiệp.

Buồng đốt là khu vực quan trọng nhất, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của lò hơi.

Hệ thống sinh hơi – Trái tim vận hành

Hệ thống sinh hơi bao gồm các dàn ống dẫn nước hoặc dẫn khói nóng được bố trí quanh hoặc bên trong buồng đốt. Có hai kiểu cấu tạo chính:

• Lò hơi ống lửa: Khói nóng đi qua các ống, truyền nhiệt cho nước bao quanh thành nồi.
• Lò hơi ống nước: Nước chảy qua các ống được làm nóng bởi khói nóng hoặc ngọn lửa bên ngoài.

Dưới tác động của nhiệt, nước sẽ sôi và biến đổi thành hơi nước bão hòa hoặc hơi quá nhiệt, tùy vào nhu cầu sử dụng.

Các hệ thống phụ trợ

Để đảm bảo vận hành ổn định và an toàn, lò hơi cần các hệ thống phụ trợ bao gồm:

Hệ thống cấp nhiên liệu

Giúp đưa nhiên liệu vào buồng đốt đều đặn và đúng liều lượng. Đối với lò hơi đốt củi hoặc sinh khối, hệ thống có thể là băng tải, vít tải hoặc cấp tay.

Hệ thống cấp nước

Bao gồm bơm nước, bồn chứa, hệ thống xử lý nước nhằm cung cấp nước sạch, không lẫn tạp chất để tránh cáu cặn và ăn mòn.

Hệ thống xử lý khí thải

Gồm cyclon lọc bụi, tháp hấp thụ, bộ lọc túi vải nhằm giảm nồng độ bụi và khí độc như CO, SOx, NOx trước khi thải ra môi trường, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải công nghiệp.

Hệ thống điều khiển và an toàn

Trang bị các cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, van an toàn, rơ-le, PLC hoặc bộ điều khiển vi xử lý để giám sát và điều chỉnh tự động hoạt động của lò, ngăn ngừa cháy nổ, quá nhiệt, cạn nước...

Nguyên lý làm việc của lò hơi công nghiệp

Đốt cháy nhiên liệu tạo nhiệt

Quá trình khởi động bắt đầu từ việc cấp nhiên liệu vào buồng đốt. Nhiệt lượng sinh ra từ quá trình cháy sẽ được truyền đến hệ thống sinh hơi.

Để quá trình cháy diễn ra hoàn toàn, cần đảm bảo ba yếu tố: nhiên liệu – oxy – nhiệt độ mồi lửa. Tỷ lệ phối khí và nhiên liệu ảnh hưởng lớn đến hiệu suất cháy.

Truyền nhiệt và tạo hơi

Nhiệt sinh ra từ buồng đốt sẽ truyền đến nước thông qua bề mặt trao đổi nhiệt (ống lửa hoặc ống nước). Dưới áp suất cao, nước sôi và chuyển thành hơi.

Hơi sinh ra có thể ở dạng:

• Hơi bão hòa: Dùng trong các hệ thống gia nhiệt, sấy công nghiệp.
• Hơi quá nhiệt: Dùng cho tua-bin phát điện hoặc các quy trình cần nhiệt độ cao.

Quá trình truyền nhiệt trong lò hơi bao gồm ba giai đoạn chính: bức xạ nhiệt, dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt – tất cả đều đóng vai trò quan trọng trong tối ưu hóa hiệu suất lò.

Dẫn hơi và thu hồi nước ngưng

Hơi sau khi được sinh ra sẽ được dẫn đến nơi sử dụng thông qua hệ thống đường ống cách nhiệt. Sau khi truyền nhiệt, hơi ngưng tụ thành nước và được thu hồi về bồn chứa để cấp lại cho lò (quá trình hồi lưu nước ngưng), giúp tiết kiệm nước và năng lượng.

Quá trình vận hành lò hơi cần sự phối hợp nhịp nhàng giữa các hệ thống cấp nước, cấp nhiên liệu, xả đáy, xử lý khí thải, và điều khiển trung tâm để đảm bảo hoạt động hiệu quả, an toàn, tiết kiệm.

Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò hơi công nghiệp không chỉ giúp kỹ thuật viên và doanh nghiệp vận hành hiệu quả mà còn góp phần kéo dài tuổi thọ thiết bị, tiết kiệm nhiên liệu và đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất.

Lò hơi là “trái tim” của nhiều nhà máy, và việc đầu tư đúng vào hệ thống này sẽ mang lại lợi ích lâu dài, bền vững về cả chi phí và hiệu suất vận hành.