Lò hơi tầng sôi là loại lò hơi ứng dụng cho các loại nhiên liệu sẵn có ở địa phương

Buồng đốt lò hơi tầng sôi được thiết kế đốt trên ghi nấm, nhằm giúp gió được cấp dưới hầm gió lên một cánh liên tục ở áp lực cao để đẩy nhiên liệu lên phía trên. Buồng đốt tầng sôi được thiết kế dạng hình cột thẳng đứng, vì thế nhiên liệu có xu hướng di chuyển từ dưới lên trong quá trình cháy.

Giới thiệu sơ bộ về lò hơi tầng sôi

Lò hơi tầng sôi là loại lò hơi được các nhà chế tạo thiết kế để đốt các loại nhiên liệu xấu, nhiệt trị thấp và kích thước nhỏ như than cám, trấu rời, mùn cưa, dăm gỗ, vỏ cây băm nhỏ…

Buồng đốt lò hơi tầng sôi được thiết kế đốt trên ghi nấm, nhằm giúp gió được cấp dưới hầm gió lên một cánh liên tục ở áp lực cao để đẩy nhiên liệu lên phía trên. Buồng đốt tầng sôi được thiết kế dạng hình cột thẳng đứng, vì thế nhiên liệu có xu hướng di chuyển từ dưới lên trong quá trình cháy.

Một đặc điểm quan trọng nữa là nhiên liệu trong buồng đốt được thiết kế để cháy tuần hoàn qua hệ thống hồi tro. Sau khi cháy lần 1 trong buồng đốt, trên hành trình nhiên liệu bị hút ra phía sau lò, một lượng nhiên liệu chưa cháy kiệt sẽ được hệ thống hồi lại và đốt một lần nữa để đảm bảo nhiên liệu được chạy kiệt trong buồng đốt.

Ngoài đặc điểm đặc trưng nhất trong buồng đốt tạo nên sự khác biệt của lò hơi tầng sôi, thì các quá trình khác cũng có những đặc điểm riêng, được chúng tôi cải tiến liên tục để ngày càng hiệu quả và phù hợp với từng loại nhiên liệu sẵn có ở các địa phương khác nhau.

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của 1 hệ thống lò hơi tầng sôi cơ bản

Các quá trình làm việc cơ bản trong lò hơi tầng sôi

Quá trình cháy nhiên liệu

Quá trình cháy nhiên liệu là quá trình xảy ra trong buồng đốt, tại buồng đốt sự cháy nhiên liệu là quá trình sinh ra nhiệt lượng, là nguồn năng lượng phục vụ cho toàn bộ quá trình làm việc chuyển hóa nước thành hơi nước của lò hơi.

Buồng đốt lò hơi tầng sôi phù hợp với các loại nhiên liệu xấu và có kích thước nhỏ và tương đối đều nhau như than cám, trấu rời, mùn cưa, vỏ hạt điều, vỏ cà phê, dăm gỗ, vỏ cây băm…

Một đặc điểm cần lưu ý về quá trình cháy trong buồng đốt đó là nhiên liệu được cháy tuần hoàn. Tức là nhiên liệu sau khi cháy trong buồng chính của buồng đốt, một phần nhiên liệu chưa chạy kiệt sẽ được hồi lại và quay lại buồng đốt và tiếp tục quá trình cháy thông qua hệ thống hồi tro.

Quá trình cấp nhiên liệu

Nhiên liệu sử dụng cho lò hơi tầng sôi là loại nhiên liệu đã được xử lý trước, để đảm bảo kích thước và độ đồng đều về kích thước của nhiên liệu. Nhiên liệu được cấp vào phễu đầu vào băng tải, sau đó nhiên liệu được băng tải vận chuyển lên phễu liệu trung gian. Từ phễu chứa nhiên liệu trung gian, nhiên liệu được vít tải tiếp tục vận chuyển vào buồng đốt. Trước khi nhiên liệu đi vào buồng đốt thì cụm gió cấp liệu đã hoạt động bên dưới, nhằm mục đích phân phối đều nhiên liệu trong buồng đốt.

Quá trình cung cấp không khí vào buồng đốt

Các nhà chế tạo nôi hơi hiện nay đang bố trí 4 kênh cấp không khí vào buồng đốt. Tuy nhiên ngoài chức năng giống nhau là cung cấp một lượng không khí đủ để sự cháy nhiên liệu diễn ra hiệu quả thì mỗi kênh đều có chức năng riêng kèm theo của nó, cụ thể:

• Quạt thổi cấp 1 (hay còn gọi là quạt thổi tầng sôi) có thêm chức năng là tạo ra áp lực đẩy từ dưới lên của buồng đốt, giúp nhiên liệu được đẩy lên phía trên cùng của của buồng đốt lò hơi trong quá trình cháy. Và cuối cùng nhiên liệu sẽ được hút ra ngoài phía cuối lò hơi khi đã cháy kiệt.
• Quạt gió cấp 2: Là quạt có chức năng cấp thêm một lượng không khí phía trên buồng đốt. Vì trong quá trình cháy, trong buồng đốt sinh ra một lượng khí CO, loại khí này có xu hướng bay lên trên và được hút ra cùng khói ra ngoài. Chính vì lý do đó, chúng tôi cung cấp thêm một lượng gió để giúp lượng khí CO này cháy kiệt, giúp sinh ra nhiệt lượng và giảm nồng độ CO phát thải ra môi trường.
• Quạt thổi liệu: Là quạt có chức năng thổi tung lượng nhiên liệu được cấp vào buồng đốt thông qua vít tải cấp liệu.
• Quạt hôi tro: Là quạt có chức năng thổi trợ lực để một lượng nhiên liệu chưa cháy hoàn toàn quay về buồng đốt thông qua hệ thống hồi tro để tiếp tục cháy lần 2.

Hình 2: Hệ thống lò hơi tầng sôi đốt vỏ cây đã được lắp đặt hoàn thiện

Quá trình cấp nước cho lò hơi

Qúa trình của nước – hơi nước trong lò hơi là quá trình quan trọng nhất trong các hệ thống lò hơi.

Nước cấp cho lò hơi phải đảm bảo là nước sạch, phải xử lý qua bộ làm mềm nước để đảm bảo loại bỏ các thành phần có khả năng tại thành kết tủa cáu cặn trong lò hơi như các ion Mg, Ca… Ngoài ra nước cấp cho lò hơi cũng cần được châm hóa chất gây ức chế quá trình đóng cáu cặn. Mục đích là để hạn chế tối đa quá trình đóng cáu trong lò hơi. Việc đóng cáu rất tai hại đó là làm cho quá trình trao đổi nhiệt kém dần và lâu ngày gây tắc ống, nổ ống trong lò hơi.

Trong các hệ thống lò hơi tầng sôi thì nước được bố trí đi qua bộ hâm nước, tại đây nước nhận nhiệt từ khói thải lò hơi và nâng nhiệt độ lên khoảng 80 – 100 độ C. Quá trình trao đổi nhiệt trong bộ hâm nước mang lại 2 lợi ích:

Thứ nhất là nâng cao nhiệt độ nước cấp lò hơi, giúp sinh hơi nhanh hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Thứ hai, làm giảm nhiệt độ khói thải, giúp bảo vệ các thiết bị phía sau lò hơi như đường gió, quạt hút, cyclone lọc bụi, ống khói…

Nước cấp vào lò hơi, nhận nhiệt từ buồng đốt, từ đó sinh ra hơi nước và di chuyển vào khoang hơi một cách liên tục.

Tại khoang hơi, hơi nước sẽ được dẫn đi đến nơi tiêu thụ thông qua một hệ thống đường ống dẫn.

Quá trình của gió cấp 1

Gió cấp một là lượng gió chính để cấp không khí (oxy) cho quá trình cháy nhiên liệu trong buồng đốt thông qua quạt gió cấp 1.

Thông thường gió cấp 1 sẽ không được quạt thổi thẳng vào buồng đốt mà được cho đi qua bộ sấy không khí, tại đây không khí sẽ được nhận nhiệt gián tiếp từ dòng khói thải lò hơi. Nhiệt độ không khí sau khi đi qua bộ sấy không khí sẽ được nâng lên từ 100 đến 120 độ C. Quá trình gia nhiệt cho không khí ở bộ sấy không khí này có nhiều lợi ích, cụ thể như sau:

Thứ nhất, không khí được nâng lên nhiệt độ cao trước khi cấp vào buồng đốt, giúp cho việc sấy nhanh nhiên liệu và hiệu quả cháy trong buồng đốt cao hơn nhiều.

Việc không khí nóng và nhiên liệu tiếp xúc và phản ứng cháy nhanh giúp cho lượng khí thải CO sinh ra ít, giúp cho các thành phần khí phát thải ra môi trường thấp.

Cũng giống như bộ hâm nước, nhiệt lượng trong khói thải lò hơi được truyền bớt cho không khí khi đi qua bộ sấy giúp cho nhiệt độ khói thải giảm xuống, giúp bảo vệ các thiết bị ở phía sau từ cyclone lọc bụi đến ống khói.

Quá trình của sản phẩm cháy

Sản phẩm cháy bao gồm tro bụi, và các thành phần khí sinh ra trong quá trình cháy như nước (ở dạng hơi), NOx, Sox, Cox… Hỗn hợp này đi ra khỏi lò hơi ở nhiệt độ cao.

Để tận dụng nhiệt và xử lý khói thải thì hỗn hợp này sẽ được lần lượt đi qua các thiết bị để xử lý.

Hỗn hợp sản phảm cháy đi qua bộ hâm và bộ sấy không khí giúp giảm nhiệt độ khói.

Hỗn hợp sản phẩm cháy đi qua bộ cyclone lọc bụi chùm, tại đây 90% lượng tro bụi sẽ được thu lại ở thể rắn ở dưới đáy cyclone.

Một quạt hút đủ công suất đặt phía sau cyclone có chức năng hút hỗn hợp sản phẩm cháy ra khỏi buồng đốt và tạo lực xoáy mạnh để cylone tách được tro bụi ra khỏi hỗn hợp khói.

Khói từ quạt hút sẽ được đẩy thẳng ra cụm tích hợp tháp dập bụi và bể dập bụi, hỗn hợp sản phẩm cháy lại một lần nữa được dập bằng nước để đảm bảo toàn bộ tro bụi sẽ được giữ lại trong bể lắng. Đảm bảo khói thải ra môi trường là khói đạt tiêu chuẩn khói thải theo quy định của nhà nước.

Ưu điểm vượt trội của lò hơi tầng sôi

Như đã nói ở trên, ưu điểm lò hơi tầng sôi là hệ thống lò hơi có các ưu điểm vượt trội như sau:

Thứ nhất, lò hơi đốt được các loại nhiên liệu xấu, là phế phẩm của các ngành nông nghiệp, lâm nghiệp.  Đặc điểm này giúp tận dụng được các nguồn nhiên liệu tại các địa phương. Ví dụ như ở khu vực miền nam thì có thể sử dụng trấu rời, miền trung và Tây Nguyên thì có thể sử dụng vỏ cà phê hoặc vỏ hạt điều, Miền bắc thì có dăm gỗ và vỏ cây. Việc sử dụng nhiên liệu sinh khối có sẵn tại địa phương giúp tận dụng được nguồn phế phẩm ngành, giảm được chi phí vận chuyển nhiên liệu giúp tối ưu chi phí sản xuất.

Thứ hai, Các hệ thống trong lò hơi tầng sôi cơ bản đã được tự động hóa, nhân công vận hành lò hơi tầng sôi được tối ưu, chỉ cần 1 đến 2 nhân sự cho vận hành một hệ thống lò hơi tầng sôi.

Thứ 3, Hệ thống xử lý khói thải đã được cải tiến và tối ưu, khói thải ra môi trường đảm bảo theo quy định nhà nước.

Hình 3: Mô hình lò hơi tầng sôi 3D của Lò Hơi Bách Khoa

Tại Việt Nam, Lò hơi Bách Khoa là nhãn hiệu lò hơi đã được các nhà máy lớn ở phía bắc tin dùng. Trong 5 năm qua chúng tôi đã cung cấp ra thị trường hơn 50 hệ thống lò hơi sử dụng cho đủ loại nhiên liệu. Đặc biệt mẫu lò hơi tầng sôi được chúng tôi phát triển để đốt các loại nhiên liệu vỏ cây băm đã được ứng dụng rộng rãi tại các tỉnh miền trung và miền bắc.