Lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn là thế hệ lò hơi mới được cải tiến từ lò hơi tầng sôi. Trong công nghiệp sản xuất hơi, lò hơi tầng sôi tuần hoàn được sử dụng nhiều với nhiều ưu điểm nổi bật. Hãy tìm hiểu cụ thể ở bài viết dưới đây!

Giới thiệu lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (lò CFB) là thiết bị tạo hơi nhiệt. Là loại lò hơi tầng sôi kiểu mới được phát triển cải tiến từ lò hơi tầng sôi FB. Với công nghệ buồng đốt tầng sôi, kết hợp với công nghệ thu hồi, tái tuần hoàn hạt rắn. Lò hơi có sử dụng một số thiết bị phụ trợ khác, tạo thành một hệ thống hoàn thiện. Hoạt động hiệu quả, có khả năng chuyển hóa năng lượng hóa học thành năng lượng hơi nhiệt.

Công nghệ lò hơi tầng sôi

Đặc điểm lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Cấu tạo lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Gồm hai hệ thống cơ bản

-Hệ thống các thiết bị thuộc chu trình tuần hoàn các hạt rắn gồm có:

+ Buồng đốt lò hơi tầng sôi tuần hoàn.  

+ Thiết bị phân tách và thu hồi hạt rắn (separator).

+ Thiết bị tuần hoàn hạt rắn (loopseal).

+ Thiết bị trao đổi nhiệt bổ sung

-Hệ thống các bề mặt trao đổi nhiệt đối lưu gồm có:

+ Bộ quá nhiệt (superheater),

+ Bộ quá nhiệt trung gian (reheater),

+ Bộ gia nhiệt nước cấp (economizer),

+ Bộ sấy không khí (air preheater).

Ở những lò Hot cyclone - CFBC, bộ trao đổi nhiệt này thường được bố trí trên cùng một pass khói riêng ở phía sau cyclone. Đối với những lò CFBC dạng cold cyclone, bộ trao đổi nhiệt như bộ hâm nước, ống sinh hơi, ống sinh hơi quá nhiệt thường được đặt chung vào pass 1 của lò.

Buồng đốt lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Nguyên lý hoạt động

Sau đây xin giới thiệu về hoạt động của các bộ phận đặc trưng của lò hơi tầng sôi tuần hoàn.

Hoạt động của bộ phận phân phối cấp gió

Mục đích cung cấp gió cấp 1 vào buồng lửa tạo nên quá trình cháy sôi với các thiết bị, mặt sàn gió, mũ gió và buồng gió.

• Mặt sàn gió: Có dạng phẳng nằm ngang và có các lỗ để lắp mũ gió các lỗ này được bố trí so le khoảng cách tâm lỗ bằng 1,3 đến 1,7 lần đường kính mũ gió gia khí đi qua mặt sàn gió được phân phối sơ bộ đều đặn vào các mũ gió. Để giảm nhiệt độ người ta còn bố trí các ống nước làm mát. Trên mặt sàn gió còn có lỗ thải tro xỉ. Mặt sàn gió được chế tạo đủ bền để chịu được trọng lực của mũ gió, lớp bêtông chịu nhiệt và vật liệu lò.

• Mũ gió: có hình dạng đầu đạn tròn, phần đỉnh nhẵn đều, phần dưới dạng trụ tròn, có ren lắp theo thẳng đứng với mặt sàn gió. Ở phần giữa mũ gió có các lỗ gió 4÷8mm với tỷ lệ lỗ đảm bảo cấp đủ lượng gió và tốc độ gió tạo sôi. Trở lực gió khá lớn, thường từ 1500÷2000Pa. Tốc độ gió quá các lỗ ở mũ gió là một thông số quan trọng. Tốc độ gió lớn sẽ có lực tác dụng mạnh lên các hạt liệu lò ở đáy tầng sôi, tạo được một lớp đệm khí ổn định, các hạt liệu lớn không thể lắng đọng trên sàn được, quá trình sôi sẽ đồng đều. Nhưng tốc độ gió cũng không nên quá lớn, làm tăng tổn hao điện năng, tốc độ gió thường 35÷45m/s. Mũ gió được chế tạo bằng vật liệu gang chịu nhiệt.

• Buồng gió: còn gọi là hộp gió có tác dụng biến áp suất động ở đầu ra đường cấp thành áp suất tĩnh đồng đều trên bộ mặt phân phối gió để nâng cao chất lượng sôi.

Băng tải cấp nhiên liệu

Quá trình đốt cháy nhiên liệu trong buồng lửa

Quá trình đốt cháy nhiên liệu của lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB được chia làm 2 loại:

• Sàn tạo sôi bồng với tốc độ dòng khí tạo sôi thấp.
• Sàn tạo sôi cuộn với tốc độ dòng khí tạo sôi cao.

Trong lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB quá trình cháy của nhiên liệu theo từng cấp. Các hạt nhiên liệu lớn cháy kiệt ở vùng pha đặc của tầng sôi. Các hạt nhiên liệu nhỏ chủ yếu cháy kiệt ở vùng pha loãng trên đoạn lơ lửng. Tỷ lệ đốt cháy nhiên liệu, phân bố lượng không khí của lò khác với các lò hơi khác. Yêu cầu về kết cấu, kích thước buồng lửa cũng có đặc thù riêng.

Bộ phân ly lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB

Nhiệm vụ phân ly các hạt rắn ra khỏi dòng khí khói và thu gom lại để cấp cho buồng lửa tiến hành đốt cháy tiếp. Bộ phân ly, bộ hồi liệu và buồng lửa tạo thành đường vòng kín cháy tuần hoàn.

Bộ phân ly, bộ hồi liệu và buồng lửa tổ hợp tạo thành hệ thống đốt cháy nhiên liệu tuần hoàn. Quyết định chế độ làm việc ổn định của lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB. Nếu thiết kế không hợp lý, sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt và khả năng sinh hơi của lò hơi.

Bộ phân ly được sử dụng trong lò CFB thường chia làm 2 loại: Bộ phân ly quán tính và bộ phân ly xyclon. Bộ phân ly quán tính có dạng cánh phẳng hay cong và lòng máy dị hình. Bộ phân ly quán tính có hiệu quả phân ly thấp, thường là 60÷80% nhưng có kết cấu đơn giản, tổn thất trở lực khí động nhỏ hơn, chỉ là 250÷500Pa.

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB phần lớn sử dụng bộ phân ly loại xyclon chịu nhiệt. Có hiệu suất phân ly cao hơn, có thể đạt tới trên 99%, nhưng trở lực cũng lớn hơn, thường là 500÷800MPa. Các hạt rắn trong khí khói dưới tác dụng của lực ly tâm văng ra đập lên vỏ thân trụ và rơi xuống phễu tro ở phía dưới. Dòng khí chuyển động quay tròn và được thải ra từ ống thải phía trên hay phía dưới.

Thân lò

Bộ hồi liệu của lò CFB

Bộ hồi liệu cùng với bộ phân ly, buồng lửa tạo thành một đường vòng kín đốt cháy nhiên liệu tuần hoàn.

Bộ hồi liệu có dạng van, chia làm 2 loại lớn: van cơ khí và van khí động. Khi sử dụng van cơ khí điều chỉnh lượng hồi liệu, rất dễ bị biến dạng hỏng, nên ít được sử dụng. Nguyên nhân là do tác dụng va đập cọ xát của hạt liệu và dòng khí nóng. Chỉ dùng cho các lò CFB có bố trí thiết bị trao đổi nhiệt ở bên ngoài. Loại van khí động được sử dụng nhiều hơn. Van khí động lợi dụng dòng khí đẩy vật liệu chuyển động và tự cân bằng chênh lệch áp suất của vật liệu, do đó có kết cấu đơn giản. Hoạt động không cần người thao tác, nên được ứng dụng rộng rãi. Van có nhiều dạng như dạng L, dạng V, dạng J, trong đó dạng U được dùng nhiều hơn.

Ưu điểm của bộ phân ly xyclon chịu nhiệt

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB cỡ vừa và nhỏ thường sử dụng bộ phân ly xyclon chịu nhiệt. Nhiệt độ làm việc rất cao, thường lên tới khoảng 900⁰C, nên gọi là bộ phân ly xyclon chịu nhiệt. Lỗ vào của bộ phân ly xyclon nối liền với lỗ ra của buồng lửa. Lỗ đáy ra tro xỉ của bộ phân ly được nối với bộ hồi liệu bằng ống hồi liệu. Lỗ thải khí nối liền với mương khói đuôi lò. Bộ phân ly xyclon có kết cấu thân trụ tròn, phễu tro xỉ, lỗ khí khói vào và ống khí khói ra. Vỏ thân trụ làm bằng thép tấm, mặt tiếp xúc với khí khói có lót gạch và bêtông chịu nhiệt, chịu mài mòn, giữa vỏ thép và gạch có lớp vật liệu cách nhiệt. Ống khí khói ra được chế tạo bằng thép tấm hợp kim chịu nhiệt chịu mài mòn cuốn hàn lại. Yêu cầu chịu được nhiệt độ trên 1000⁰C. Tốc độ khí khói ra là 15m/s. Vỏ ngoài ống nối lỗ khí khói vào chế tạo hàn bằng thép tấm hợp kim chịu nhiệt chịu mài mòn, bên trong ống có xây gạch chịu nhiệt nối liền với phần thân trụ tròn lớn. Đường dẫn khói từ lỗ ra của buồng lửa đến khí khói vào của xyclon được xây bằng vật liệu chịu lửa. Tốc độ vào xyclon của khí khói thường là 20÷25m/s.

• Hiệu suất phân ly của bộ phân ly xyclon chịu nhiệt chủ yếu quyết định bởi tốc độ khí khói vào, chiều sâu ống thải khí ngập vào trong thân trụ tròn, độ nhám bề mặt tiếp xúc với khí khói và độ kín của xyclon.
• Tốc độ khí khói vào quá thấp, tốc độ quay tròn của khí khói trong phần thân trụ sẽ giảm lực ly tâm giảm, rất khó phân ly các hạt nhỏ. Nếu tốc độ khí khói vào quá lớn, tổn thất trở lực sẽ rất lớn, điện tiêu hao nhiều, vì phải cân nhắc chọn. Tốc độ và tổn thất trở lực sao cho tối ưu.
• Khi ống thải khí đưa vào nông (chiều dài phần ống nằm trong vỏ thân trụ), khí khói sẽ đi trực tiếp vào ống thải, các hạt ở giữa vùng tâm xoáy sẽ không bị phân ly. Khi ống thải khí đưa sâu vào chiều dài nhất định, làm cho dòng khí chuyển động quay tròn theo các lớp mỏng và đổi hướng, các hạt ở giữa vùng tâm xoáy sẽ được phân ly. Nhưng không được đưa ống thải khí vào quá sâu gần phễu đựng tro, sẽ rất dễ hút các hạt tro xỉ lắng đọng bay trở lại, đồng thời làm tăng trở lực.Thường ống thải khí đưa vào bằng ½ chiều dài thân trụ là vừa.
• Bề mặt mặt phía trong nhẵn, không phần vỏ nên ghồ ghề. Càng nhẵn các hạt đã phân ly dễ rơi xuống đáy, không bị bật lại cuốn theo dòng khí. Đồng thời cũng do bề mặt nhẵn, trở lực nhỏ thuận lợi cho khí khói chuyển động quay tròn, làm tăng hiệu quả phân ly. Cho nên một khi xảy ra hiện tượng đóng xỉ trong bộ phân ly, nên làm sạch các hạt xỉ bám trên bề mặt.
• Trong vận hành, bộ phân ly cần phải kín, đặc biệt là tại chỗ tối nối giữa lỗ ra tro xỉ ở đáy phễu xỉ với bộ hồi liệu. Nếu có không khí lọt vào sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất làm việc của bộ phân ly. Khi lượng gió lọt vào quá 5% lượng khí khói, bộ phân ly mất khả năng phân ly. Tránh tình trạng mài mòn ở bộ phân ly khá trầm trọng phần thân trụ và ống thải khí bị mài mòn, rò khí thường xảy ra. Do làm việc ở nhiệt độ rất cao,hiện tượng co giãn vì nhiệt rất dễ làm hỏng bộ phận thân trụ, gây nứt rò khí, trầm trọng làm mất khả năng làm việc của bộ phân ly, nên khi phát hiện cần phải xử lý kịp thời, không gắng gượng vận hành được
• Bộ phân ly xyclon chịu nhiệt có ưu điểm là hiệu suất phân ly cao, nên được sử dụng rộng rãi. Do nhiệt độ vận hành cao, lò hơi vận hành biến động liên tục gây hiện tượng co dãn nhiệt nhiều dẫn đến mỏi về nhiệt, làm cho các vị trí ghép nối (ở tập trung ứng suất) rất dễ bị hỏng và khó xử lý. Nên người ta đưa ra giải pháp làm mát bằng nước.Vỏ ngoài của bộ phân ly tạo bởi các ống dẫn nước tổ hợp ghép lại, trên ống hàn các gai giữ, vật liệu bêtông chịu nhiệt chịu mài mòn. ống nước làm mát có tác dụng hạ nhiệt bảo vệ bộ phân ly và cũng là một bộ phận nhận nhiệt của lò hơi, làm hạ nhiệt độ vật liệu lò, tránh được hiện tượng đóng xỉ ở nhiệt độ quá cao của vật liệu lò, nâng cao độ an toàn tin cậy của bộ phân ly.

 Lò hơi tầng sôi tuần hoàn có nhiều ưu điểm

Ưu điểm của lò hơi tầng sôi tuần hoàn

• Tính linh hoạt của nhiên liệu đốt: Đốt được các nhiên liệu đa dạng, có nhiệt trị thay đổi trong một khoảng rộng. Đặc biệt, khi thiết kế kèm với bộ trao đổi nhiệt bổ sung (FBHE-fluid bed heat exchanger, gồm dạng internal HE hoặc External HE), tính năng này càng thể hiện rõ nét.

• Hấp thụ SO2 hiệu quả bằng cách dùng đá vôi: Giảm 99,6% lượng SO2 sinh ra. Điều này làm tăng hiệu suất lò (giảm sâu nhiệt độ khói thải) và tăng độ bền của lò (giảm mạnh thậm chí loại bỏ nguy cơ ăn mòn do SO2) và không tốn chi phí thiết kế tháp khử SO2.

• Giảm phát thải NOx: Nhiệt độ cháy phân bố đều trong lò và được duy trì ổn định trong suốt quá trình hoạt động (800-900 0C ở một số lò có thể lên tới 950 0C), phản ứng cháy của Ni-tơ sẽ ít diễn ra ở điều kiện nhiệt độ này.

• Giảm phát thải CO: Phản ứng cháy diễn ra ở nhiệt độ 800-900⁰C. Đồng thời, thời gian lưu lớn kết hợp với sự xáo trộn mãnh liệt giữa cá hạt rắn và dòng khí tạo ra điều kiện lý tưởng để các phản ứng cháy diễn ra triệt để. Do đó, hàm lượng CO trong sản phẩm cháy thường rất thấp. Điều này vừa giúp tăng cao hiệu suất lò, vừa giúp bảo vệ môi trường.

• Hiệu suất cao: Lò CFBC có hiệu suất vượt trội so với các loại lò đốt nhiên liệu rắn khác. Ngay cả đối với lò đốt than phun, hiệu suất đạt được cũng chỉ tương đương với lò CFBC khi đốt các loại than có chất lượng cao, hàm lượng lưu huỳnh thấp. Tuy nhiên, khi đốt các loại than có hàm lượng lưu huỳnh cao, lò CFBC vẫn đạt được hiệu suất gần như không đổi, nhờ việc khử SO2 như đã nói bên trên (giúp tăng khả năng hạ nhiệt độ khói thải mà không sợ ăn mòn do tác động của hiện tượng đọng sương) trong khi đó, lò đốt than phun phải chấp nhận thiết kế nhiệt độ khói thải cao hơn để tránh nhiệt độ đọng sương, và do đó hiệu suất lò giảm.

• Nhiệt thế diện tích và nhiệt thế thể tích lớn (kích thước lò nhỏ so với một số dạng lò đốt chất rắn khác có cùng công suất). Có được điều này là do phản ứng cháy diễn ra trong toàn bộ thể tích lò, sự trao đổi nhiệt diễn ra mãnh liệt nhờ sự tương tác của cá hạt rắn với bề mặt trao đổi nhiệt của lò.

• Cần ít điểm nạp liệu: nhiệt thế diện tích lớn và sự khuếch tán cùng xáo trộn mãnh liệt của các dòng vật chất trong lò cho phép lò CFBC thiết kế ít điểm cấp liệu nhưng vẫn đạt được sự phân phối đều nhiên liệu trong lò. Đối với những lò CFBC lớn, người ta có thể thiết kế >10 m2 diện tích mặt cắt lò / 1 điểm cấp liệu.

• Tốc độ thay đổi tải nhanh và có khả năng chạy tải nhỏ.

Trong hầu hết các thiết kế, lò CFBC có thể đạt được tốc độ thay đổi tải 5%MCR /phút. Tuy nhiên, để đảm bảo độ bền kim loại, người ta phải hạn chế sự thay đổi này.

Không giống lò than phun, lò CFBC có thể giảm tải thấp mà không cần đốt thêm nhiên liệu bổ trợ như dầu gas. Dữ liệu thống kê nhiều lò CFBC thương mại cho thấy loại lò này có thể đốt được tải nhỏ (turndown ratio) ở mức (3-4):1 tức là có thể chạy ở 1/ 4 đến 1/ 3 tải max của lò (tải MCR).

• Phù hợp với ứng dụng sinh hơi siêu tới hạn.

• Đốt được các loại nhiên liệu khó đốt.

Vận hành lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Trên đây là những thông tin về lò hơi tầng sôi tuần hoàn. Lò hơi Bách Khoa là đơn vị chế tạo và lắp đặt lò hơi trên toàn quốc. Quý vị có nhu cầu hãy liên hệ để được tư vấn. Số 268B, Quốc Lộ 2, Khu 2, Xã Phù Lỗ, Huyện Sóc Sơn, Tp Hà Nội. Hotline: 0917 754 059. Email: info@hexboiler.com