Lò hơi tầng sôi

LÒ HƠI TẦNG SÔI LÀ GÌ?

Lò hơi tầng sôi là công nghệ đốt tầng sôi có khả năng tận dụng nhiệt triệt để cho quá trình sản xuất và được sử dụng như một hệ thống giảm phát thải hiệu suất cao. Được phát triển và cởi tiến bởi George Babcock và Stephen Wilcox vào những năm 1860 với thiết kế an toàn, làm việc được ở điều kiện áp suất cao, để có thể đốt đa dạng các loại nhiên liệu, bao gồm than đá, rác thải và cả biomass (sinh khối). 

Chúng được gọi là tầng sôi bởi vì các lớp chất rắn và nhiên liệu sẽ đạt trạng thái lơ lửng trong buồng đốt, tính chất như sự sôi của chất lỏng. 

Theo đánh giá của các chuyên gia, tỉ lệ khí CO2, NOx, SO2,…từ nồi hơi tầng sôi thấp hơn đáng kể so với các loại lò hơi thông thường chỉ đốt được nhiên liệu hóa thạch.

Đây được xem là một phương pháp có thể đem lại hiệu quả về cả mặt kinh tế lẫn môi trường khi hệ thống lò hơi tầng sôi có tuổi thọ và độ bền cao, hiệu suất lò vượt trội cũng như chi phí duy trì và sửa chữa thấp và giảm phát thải ra môi trường.

Hiện nay, lò hơi tầng sôi được bố trí trong các nhà máy sản xuất và được sử dụng như một thiết bị chuyên dụng. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này đó là chuyển đổi trực tiếp năng lượng hóa học có trong nhiên liệu đốt biomass thành các dạng năng lượng sạch như nhiệt, điện và hơi bão hòa.

GIỚI THIỆU VỀ LÒ HƠI TẦNG SÔI

Lò hơi tầng sôi  là loại lò hơi công nghiệp sử dụng buồng đốt kiểu tầng sôi (được tạo thành từ hàng triệu hạt cát, xỉ hoặc một số loại vật liệu đặc biệt) để đốt cháy nhiên liệu. Là công nghệ đốt mới được các công ty tiên phong về lĩnh vực lò hơi công nghiệp như Lò hơi Bách Khoa Việt Nam phát triển và ứng dụng nhiều trong thời gian gần đây. Lò hơi tầng sôi mang lại hiệu quả cực kỳ to lớn trong việc sử dụng nguồn phụ phẩm, phế thải trong ngành nông nghiệp, lâm nghiệp như: trấu, mùn cưa, xơ dừa …

Đặc điểm nổi trội của lò hơi tầng sôi là hiệu suật lò hơi rất cao, lên đến 87%, dễ vận hành, có thể thiết kế phù hợp với nhu cầu công suất rất rộng từ 1 tấn hơi/giờ đến 30 tấn hơi/giờ.

Ngoài ra, lò hơi tầng sôi có lượng xỉ tro, lượng khói thải ra ngoài môi trường rất ít, đảm bảo các thông số kỹ thuật cho phép theo quy định của Bộ Tài nguyên & Môi trường.

Đây là một hệ thống lò hơi có thể sử dụng được đa dạng nhiên liệu biomass như trấu, củi băm, mùn cưa, viên nén … các nhiên liệu này sẽ được đưa vào buồng đốt một cách tự động nhờ hệ thống vít tải. Sau khi đưa vào buồng đốt nhiên liệu sẽ được hòa trộn với các chất rắn như cát, đá vôi... và sẽ được thổi bay lơ lửng trong buồng đốt nhờ hệ thống quạt gió. Nhiên liệu sẽ cháy trong buồng đốt ở trạng thái lơ lửng giống như một lớp sôi của chất lỏng vậy nên được gọi là hệ thống lò hơi tầng sôi.

Lò hơi tầng sôi là một thiết bị sản xuất hơi nước bằng cách đun sôi nước trong một buồng đốt để sản xuất hơi nước có áp suất và nhiệt độ rất cao, thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như năng lượng, hóa chất, dược phẩm, thực phẩm và đồ uống.

Lò hơi tầng sôi được thiết kế với một số tính năng quan trọng như độ bền, hiệu suất năng lượng cao, dễ sử dụng và bảo trì. Thiết bị này có thể hoạt động với các nguồn nhiên liệu khác nhau như: gas, dầu, than, điện, đặc biệt là sinh khối.

Cấu tạo lò hơi tầng sôi đốt than (Nguồn: Đình Hải)

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA LÒ HƠI TẦNG SÔI

• Nhiên liệu thông qua băng tải được đưa vào trong buồng đốt, theo số lượng căn chỉnh bởi tốc độ hoạt động của hệ thống cấp liệu.
• Nước được cấp vào lò hơi tầng sôi và lưu trữ trong một bồn chứa. Sau đó, nước trong bồn được bơm tràn vào tầng sôi nhờ hệ thống các chùm ống nước.
• Tiếp đến, quá trình dao động giữa các hạt của lớp chất rắn (nhiên liệu, tro, xỉ) diễn ra, chúng lơ lửng trong buồng đốt, đạt trạng thái sôi như chất lỏng. Trước khi diễn ra quá trình đốt cháy, một luồng gió cấp một với vận tốc đủ lớn đi qua lò từ sàn đáy của buồng đốt, giúp cho nhiệt độ buồng đốt tăng lên đáng kể.
• Việc khi cung cấp không khí cho buồng đốt, quá trình đốt cháy sẽ khiến các hạt nhiên liệu trở nên nhỏ dần và hòa trộn với lớp xỉ, cát có sẵn để tạo ra một tầng sôi hay lớp đệm nhiên liệu.
• Nhiệt lượng sinh ra từ quá trình trên sẽ đi vào dàn ống, truyền nhiệt đến bộ hâm nước làm cho nước trong đó chuyển động và sinh hơi, cung cấp cho các hoạt động sản xuất của nhà máy.
• Phần xỉ thải được thu gom tự động. Riêng phần nhiệt độ khói thải sẽ được tận dụng để gia nhiệt cho không khí lẫn nước cấp vào lò. Sau đó, quạt hút từ bộ lọc bụi sẽ hút khói thải ra ngoài theo đường ống khói.

Nguyên lý hoạt động của lò hơi tầng sôi (Nguồn: Thuận Hải)

PHÂN LOẠI LÒ HƠI TẦNG SÔI THEO CÔNG NGHỆ ĐỐT

1. AFBC Boiler: Lò hơi tầng sôi ở áp suất khí quyển, là loại lò tầng sôi phổ biến nhất. Nó còn được gọi với tên khác là lò hơi tầng sôi bọt (BFB Boiler). 
2. CFBC Boiler: Lò hơi tầng sôi tuần hoàn, đây là biến thể tốc độ sôi cao của lò tầng sôi với vận tốc khói trong buồng đốt lên tới 4 – 6 m/s, các hạt rắn trong khói (bao gồm chất nền và nhiên liệu) sẽ được giữ lại nhờ Cyclone tách (loại nóng hoặc lạnh) và tuần hoàn trở lại buồng đốt. Loại lò hơi tầng sôi này có hiệu quả đốt cháy nhiên liệu rất cao tuy nhiên giá thành đầu tư ban đầu cũng cao tương ứng. Vì vậy, lò tầng sôi tuần hoàn thường được thiết kế đối với dải công suất từ 100 tấn/giờ trở lên. 
3. PFBC Boiler: Lò hơi tầng sôi có áp, đây là biến thể đặc biệt của nồi tầng sôi trong đó toàn bộ lò được đặt trong một khu vực áp suất cao (khoảng 16kg/cm2). Khí nóng sinh ra sau khi qua các bộ trao đổi nhiệt được sử dụng để chạy tua bin khí. Hơi nước sinh ra từ các bộ trao đổi nhiệt được sử dụng để chạy tua bin hơi. Lò hơi PFBC nhìn chung có hiệu suất hệ thống cao hơn so với hai dạng còn lại tuy nhiên chi phí đầu tư cũng rất cao và cấu tạo hệ thống phức tạp là trở ngại lớn. Dải công suất thiết kế của PFBC là 70 – 350 MW

Hệ thống điều khiển và giám sát lò hơi tầng sôi (Nguồn: Lò hơi Bách Khoa)

LÒ HƠI TẦNG SÔI: CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN

• AFBC (Atmospheric Fluidized Bed Combustion): Lò hơi tầng sôi bọt
• BFB (Bubbling Fluidized Bed): Buồng đốt tầng sôi bọt
• CFBC (Circulating Fluidized Bed Combustion): Lò hơi tầng sôi tuần hoàn
• PFBC (Pressurize Fluidized Bed Boiler) Lò hơi tầng sôi có áp
• PA: Primary Air
• SA: Secondary Air

ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA LÒ HƠI TẦNG SÔI

• Hệ thống lò hơi tầng sôi nói riêng và tất cả các hệ thống lò hơi khác đều được Lò hơi Bách Khoa tính toán, thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành theo tiêu chuẩn Việt Nam.
• Công suất lắp đặt từ 3TPH đến 30 tấn/giờ
• Áp suất thiết kế từ 5 bar đến 50 bar
• Hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt
• Nhiên liệu sử dụng than indo, Biomass (trấu, vỏ cà phê, dăm gỗ, viên nén… )
• Hiệu suất lò > 85 %.
• Điều khiển tự động PLC, giám sát SCADA.

Mô hình lò hơi tầng sôi (Nguồn: Lò hơi Bách Khoa)

CẤU TẠO LÒ HƠI TẦNG SÔI

HỆ THỐNG CẤP LIỆU

Hệ thống cấp liệu của một lò hơi tầng sôi gồm có băng tải, vít, gàu tải…để giúp vận chuyển nhiên liệu cho quá trình cháy vào buồng đốt. 

Thông thường, các dạng vật liệu cấp trước khi cấp vào lò hơi tầng sôi phải đạt độ lớn đồng đều theo một tiêu chuẩn nhất định nhằm tạo giúp quá trình đốt cháy được tối ưu. Chẳng hạn, kích thước chuẩn của than đá hay than cám là từ 0 đến 10mm, riêng biomass có kích thước là từ 0 đến 50mm.

Toàn bộ nhiên liệu cháy được đưa vào buồng đốt của lò hơi tầng sôi một cách tự động bằng hệ thống băng tải, gàu tải, vít,…Từ đây, các hạt rắn nhiên liệu đi ra khỏi buồng cấp liệu, đi đến khu vực dự trữ để có thể đưa trực tiếp vào lò hơi tầng sôi.

Ngoài ra, hệ thống cấp liệu trong buồng đốt sẽ được bố trí thêm các bộ phận cảm biến giúp đo lường khối lượng nhiên liệu được cấp vào lò. Điều đó cho phép theo dõi cũng như kiểm soát mức độ tiêu hao nhiên liệu được sử dụng cũng như hiệu suất của lò hơi tầng sôi đốt đa nhiên liệu.

BUỒNG ĐỐT

Hiện nay có rất nhiều phương thức để đo lường chất lượng sản phẩm, dịch vụ của doanh nghiệp. TCVN 7704 - 2007 là tiêu chuẩn mà Lò hơi Bách Khoa lựa chọn làm thước đo chất lượng đối với các sản phẩm và dịch vụ của khách hàng trong lĩnh vực chuyên về gia công, thiết kế lò hơi công nghiệp, bồn bể áp lực và yêu cầu có đơn vị kiểm định độc lập.

Về cơ bản, hệ thống buồng đốt lò hơi chứa nhiều nhiên liệu sẽ đốt như cát, xỉ, đá vôi, nhiên liệu than, tro…Khi áp lực không khí tăng lên, lớp chất rắn bắt đầu giãn nở và ở trạng thái lơ lửng. 

Chúng chuyển động tự do trong buồng đốt do nhiệt độ không khí và áp suất tăng nhanh, điều này sẽ tạo ra một lớp sôi (hay tầng sôi) để đáp ứng được quá trình đốt cháy vật liệu. 

Bên trong buồng đốt, chiều cao lớp sôi gồm các chất rắn (thường là cát, xỉ, đá vôi, than, đá dolomit…) làm nền trên bề mặt buồng đốt có thể cao từ 120 đến 400mm. Độ dày của lớp sôi được ước tính cao khoảng 0.8 đến 1.2mm và khối lượng trung bình từ 1500 đến 2400kg/m3.

Hơn nữa, người ta thường trộn hạt làm nền với các chất liệu đốt với tỉ lệ từ 1 đến 5%. Nhờ lớp chất nền chiếm tỉ lệ lớn nên có thể giúp buồng đốt giữ nhiệt tốt, giúp đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu và tận thu triệt để nguồn nhiệt lượng tạo thành, đồng thời làm giảm lượng phát thải độc hại ra môi trường.

Lắp đặt lò hơi tầng sôi đốt biomass (Nguồn: Lò hơi Bách Khoa)

HỆ THỐNG CẤP GIÓ

Hệ thống cấp gió gồm quạt hút, quạt gió cấp một và gió cấp hai. Trong đó, quạt hút là bộ phận khởi động đầu tiên trong toàn bộ hệ thống cấp gió. Gió cấp một được gia nhiệt trong khi đi qua hệ thống sấy không khí, rồi từ đó được đưa vào buồng phân phối gió dưới đáy lò.

Bên trong buồng phân phối có nhiều béc-phun, chúng giúp gió được tản đều khắp buồng đốt giúp quá trình sôi diễn ra đồng đều hơn cũng như ngăn các hạt rắn của lớp nền lọt vào buồng cấp gió. Riêng gió cấp hai có nhiệm vụ cung cấp thêm khí cho quá trình cháy diễn ra hiệu quả hơn. 

Gió cấp một tạo lớp sôi (Primary Air) được gia nhiệt khi đi qua bộ sấy không khí và đi vào buồng phân phối gió dưới đáy lò. Mặt trên buồng phân phối gió có rất nhiều béc phun nhằm phân đều lượng gió cấp ra khắp bề mặt buồng đốt giúp buồng đốt sôi đều. 

Các béc phun cũng ngăn các hạt rắn trong lớp sôi lọt vào buồng cấp gió. Thiết kế hệ thống phân phối gió để buồng đốt sôi đều là cực kỳ quan trọng đối với lò tầng sôi.

Ngoài gió cấp 1, gió cấp hai của hệ thống nồi hơi tầng sôi có thể được cấp vào khu vực trống của buồng đốt để cung cấp thêm khí oxy để quá trình cháy đạt hiệu quả cao hơn. 

Bên cạnh đó, còn tùy vào loại nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt sẽ điều chỉnh tốc độ gió và tỉ trọng của cả hai loại gió.

BỘ SẤY KHÔNG KHÍ  

Bộ sấy không khí là một bộ phận quan trọng, được lắp đặt thêm vào bên trong các lò hơi tầng sôi để tận dụng triệt để nguồn nhiệt của khói thải và giúp nhiên liệu đốt dể cháy hơn. Thiết bị này giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm chi phí đầu tư cho việc vận hành lò hơi.

Lò hơi tầng sôi biomass công suất 10 tấn.giờ

HỆ THỐNG THẢI XỈ

Thông thường, một lò hơi sẽ thải rác ở dạng khói và chất rắn. Trong đó, khói hay khí thải bao gồm một số loại như SOx, NOx, COx,… là dạng xỉ thải có tỉ trọng to lớn trước khi ra ngoài môi trường.

Chính vì vậy mà hệ thống lò hơi tầng sôi thường ưu tiên lắp đặt các thiết bị xử lý khói thải. Còn chất rắn là tất cả các xỉ, tro tự nhiên của nhiên liệu sau khi bị đốt cháy. 

Ưu điểm của các lò hơi tầng sôi là sở hữu buồng đốt được vận hành ở nhiệt độ dưới 900 độ C. Chính điều này giúp lò hơi được phát triển giống như một bộ xử lý khí thải hoạt động ở công suất cao. 

Điều này đảm bảo cho hệ thống nồi hơi tầng sôi không cần phải lắp đặt các thiết bị đắt tiền mà vẫn đảm bảo đáp ứng các thông số về bảo vệ môi trường. 

Hệ thống lọc và thải xỉ gồm bộ lọc Cyclone, túi lọc, lọc bụi tĩnh điện cùng thiết bị xử lý khí thải như SOx, NOx … Các loại xỉ thải với kích thước lớn thường bao gồm các hạt bụi mịn bay theo khói. Khi nó đi ra khỏi buồng đốt được lọc bụi tại bộ hâm nước. Toàn bộ lượng tro vừa lọc sẽ được đưa ra ở phần đuôi lò.

CÁC CỤM SINH HƠI

Cụm sinh hơi gồm những bộ phận cơ bản như tường nước, ống sinh hơi, ống bức xạ, ống đối lưu, ống quá nhiệt,…Quá trình cấp nước được tuần hoàn từ balong, đi xuống ống góp dưới, rồi được gia nhiệt đến nhiệt độ bay hơi để trở về balong thông qua ống vách ướt.

Nước tại balong sẽ được tách ra rồi cung cấp đến khách hàng. Còn trong các lò hơi quá nhiệt, hơi nước được tiếp tục sử dụng để cho chạy tua bin hơi.

HỆ THUỐNG ĐIỀU KHIỂN AN TOÀN LÒ HƠI   

Hệ thống điều khiển an toàn được chế tạo theo công nghệ vận hành lò hơi một cách tự động, bảo vệ nồi hơi hoạt động an toàn và ổn định. 

Bên cạnh đó, phần mềm điều khiển thực hiện các chức năng kiểm tra và kiểm soát các hoạt động của lò hơi tầng sôi cũng như tích hợp thêm chế độ cảnh báo để đảm bảo nồi hơi tầng sôi hoạt động an toàn và hiệu quả. 

Nguyên lý hoạt động lò hơi tầng sôi đốt than

ƯU ĐIỂM CỦA LÒ HƠI TẦNG SÔI

Thứ nhất, ưu điểm của lò hơi tầng sôi có thể đốt cháy gần như hoàn toàn nhiều loại nhiên liệu như nhiên liệu hóa thạch, rác thải sinh hoạt, rác thải công nghiệp, nhiên liệu biomass. Sau đó tận dụng nhiệt được sinh ra một cách triệt để và sử dụng vào các hoạt động sản xuất của nhà máy nhiệt điện, nhà máy chế biến thực phẩm …

Trong đó, biomass là một loại nhiên liệu từ thực vật, có giá thành thấp mà vẫn đảm bảo cung cấp đủ năng lượng như than đá. Các chuyên gia đã chứng minh rằng lò hơi biomass đốt được đa nhiên liệu đã giúp nhà máy tiết kiệm chi phí nhờ khả năng đốt cháy ổn định.

Một ưu điểm của lò hơi tầng sôi có thể kể đến đó là bộ truyền nhiệt của hệ thống lò hơi được thiết kế nhỏ gọn hơn so với lò hơi cũ, hỗ trợ cho quá trình đốt cháy hoàn toàn nhiều loại nhiên liệu.

Trong quá trình khởi động, mọi việc cũng diễn ra nhanh chóng, thời gian công suất cho việc vệ sinh lò hơi cũng ngắn hơn các hệ thống khác.

Hệ thống lò hơi tầng sôi có thể cung cấp hơi ổn định, đặc biệt là độ ổn định áp suất làm việc và kiểm soát nhiệt độ ở mức tiêu chuẩn; tạo ra nguồn nhiệt năng lớn và luôn được duy trì ở mức 800 – 900 độ C. 

Quá trình trao đổi nhiệt đối lưu cũng diễn ra trơn tru. Được gọi là trao đổi nhiệt đối lưu là vì đây là một quá trình trao đổi nhiệt giữa các vùng chênh lệch nhiệt độ hoặc giữa các lớp vật liệu chất rắn và chất lỏng. 

Lượng khí thải NOx, SOx cũng ít hơn so với khi sử dụng lò hơi truyền thống. Nhờ đó mà trở thành một hệ thống thân thiện và đạt tiêu chuẩn môi trường.

Hạn chế được hiện tượng xỉ, tro bám trên bề mặt dàn ống cũng như bề mặt của thiết bị.

Quá trình nhiên liệu được cấp vào lò diễn ra dễ dàng và đơn giản, thời gian diễn ra lại nhanh nhờ hệ thống băng tải, vít tải tự động hóa. Do đó giúp tiết kiệm một cách tối đa hóa nguồn nhiên liệu đầu vào. Bên cạnh đó, lò hơi tầng sôi còn có tuổi thọ và độ bền cao.

Mô hình 3D lò hơi tầng sôi (Nguồn: Enthalpy)

NHƯỢC ĐIỂM LÒ HƠI TẦNG SÔI

Nhược điểm của lò hơi tầng sôi đốt than và nhiên liệu rắn khác có có tỷ lệ cốc cao cần thêm một bộ phận gọi là chùm ống trao đổi nhiệt để hỗ trợ buồng đốt lò hơi tầng sôi không bị quá nhiệt. Nhưng bộ phận này thường không có độ bền cao do bị mài mòn liên tục. 

Hơn nữa, lò hơi tầng sôi tiêu tốn một lượng lớn năng lượng để duy trì quạt gió áp suất cao và do tỏa nhiệt qua bề mặt gây tổn thất lớn về nhiệt năng. 

Bên cạnh đó, một nhược điểm khác của các loại lò hơi đốt than và cả các nhiên liệu khác là thân lò thường truyền nhiệt ra ngoài môi trường, gây thất thoát một lượng nhiệt đáng kể. 

Dù có hệ thống lọc bụi túi, tuy nhiên, lò hơi tầng sôi đốt nhiên liệu rắn không hoàn toàn có thể dọn phát thải, điều này dễ gây nên hiện tượng đóng xỉ đằng sau đuôi lò.

Ngoài các công dụng của nồi hơi trong đời sống hằng ngày, lò hơi tầng sôi đã và đang được vận hành rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực công nghiệp. Đặc biệt là đối với các nhà máy, cụm công nghiệp nào cũng đều có nhu cầu sử dụng nhiệt, hơi, điện. 

Chẳng hạn như cung cấp năng lượng để đun, nấu, thanh trùng,…vốn là các hoạt động phổ biến trong các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất nước ngọt, gia vị,…

Ngoài ra, còn được ứng dụng trong các nhà máy giấy, dệt nhuộm, dược phẩm,…vì có thể giúp doanh nghiệp tiết kiệm nhiên liệu đến 80%.

Lò hơi tầng sôi còn được ứng dụng trong ngành nhiệt điện. Bằng cách tạo ra dòng hơi nước có động năng cao và làm quay tua bin của máy phát điện là có thể để tạo ra điện.

Mô hình lò hơi tầng sôi

LÒ HƠI BÁCH KHOA - HƯỚNG ĐẾN CÁC GIÁ TRỊ BỀN VỮNG

Với mong muốn góp phần xây dựng một ngành năng lượng xanh, sạch và bền vững cho Việt Nam, Lò hơi Bách Khoa đang ngày càng hoàn thiện và phát triển các giải pháp cho các nhà máy nhằm giải quyết cơ bản các vấn đề về môi trường và mang lại thêm một sự lựa chọn về dịch vụ chuyên nghiệp, hiệu quả cho khách hàng. 

Công nghệ lò hơi tầng sôi với các chức năng kể trên là một giải pháp sử dụng năng lượng hữu hiệu đối với quý khách hàng đang quan tâm tới việc chuyển đổi xanh chuỗi sản xuất, hướng đến phát triển bền vững.

Trên đây là những thông tin về lò hơi tầng sôi đã được công ty TNHH Năng Lượng Nhiệt Bách Khoa tổng hợp để giúp quý khách hàng có nhiều hiểu biết hơn về công nghệ hiện đại này. Nếu có bất kỳ nhu cầu nào về thiết kế, lắp đặt cũng như vận hành lò hơi tầng sôi hãy liên hệ đến Lò hơi Bách Khoa để được tư vấn và hỗ trợ nhanh chóng, kịp thời và đầy đủ nhất thông qua thông tin liên hệ: 

Mr. Ngọc: 0973. 840. 468   -   Hotline: 0917. 754. 059

Email: info@hexboiler.com