Lò hơi là những cỗ máy tuyệt vời được thiết kế với mục đích chuyển đổi năng lượng hóa học trong nhiên liệu thành nhiệt năng phục vụ sản xuất.
Hiện nay, lò hơi được nghiên cứu và phát triển thành nhiều chủng loại để ứng dụng trong nhiều trường hợp khác nhau. Phân loại lò hơi có thể dựa trên đặc điểm về cấu tạo hoặc đặc điểm về nguồn nhiên liệu mà lò hơi sử dụng như lò hơi đốt nhiên liệu rắn, lò hơi đốt nhiên liệu lỏng-khí.
Bài viết hôm nay sẽ trả lời câu hỏi: Các lò hơi ống nước đốt nhiên liệu lỏng – khí này có gì đặc biệt?
Mô tả chung về hệ thống lò hơi ống nước
Lò hơi ống nước, hay còn gọi là lò hơi vách ướt, có dải công suất từ 5-550 t/h. Đây là một dải công suất rất rộng, bao phủ gần như tất cả các loại lò hơi hiện có trên thị trường. Hơn nữa, dải áp suất và nhiệt độ cũng rộng không kém, có thể đạt đến 165 barg và 540oC.
Do đó, về mặt lý thuyết, dạng lò hơi ống nước đốt nhiên liệu lỏng-khí có thể đáp ứng được đa dạng những nhu cầu sử dụng liên quan đến năng lượng nhiệt.
Về nhiên liệu, nguồn gốc và đặc tính của nhiên liệu dầu – khí tương đối đa dạng, ví dụ như: dầu DO, dầu FO, dầu R-FO, dầu KO; các loại khí như LPG, CNG, khí lò cao (BFG), khí lò than cốc (COG), Off-gas,…
Mỗi loại dầu, khí đều có những đặc điểm vật lý và hóa học khác nhau dẫn đến việc lựa chọn đầu đốt cho chúng cũng khác. Tuy nhiên, các loại nhiên liệu này vẫn có rất nhiều nét tương đồng. Do đó, cấu tạo của hệ thống lò này có thể dùng chung cho nhiều loại nhiên liệu lỏng – khí. Thậm chí trong nhiều trường hợp, hệ thống lò còn được thiết kế để đốt cùng lúc các nhiên liệu này.
Hình ảnh một số đầu đốt gas – dầu
Vậy lò hơi ống lửa và lò hơi ống nước có điểm gì khác?
Sự khác biệt chính giữa lò hơi ống lửa và lò hơi ống nước nằm ở chính tên gọi của nó. Lò hơi ống lửa chỉ ra rằng khí nóng đi qua các ống và nước ở bên ngoài ống. Trong khi lò hơi ống nước lại cho nước chảy bên trong các ống và được đốt nóng bởi khí nóng xung quanh.
Hình ảnh sự khác biệt giữa lò hơi ống lửa và lò hơi ống nước
Cụ thể:
Các thiết bị trong hệ thống lò hơi ống nước
Nhìn chung, thiết bị trong hệ thống lò đốt dầu-đốt gas đều có khuynh hướng đơn giản và nhỏ gọn hơn so với lò hơi đốt nhiên liệu rắn có cùng công suất.
Dưới đây là các thiết bị cần thiết để một hệ thống lò đốt dầu, khí có thể hoạt động tốt.
– Hệ cấp liệu: có sự khác biệt giữa hệ cấp liệu cho nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng. Thông thường, lò đốt nhiên liệu khí có thêm thiết bị kiểm soát và đo lường áp suất, nhiệt độ gọi là gastrain. Còn ở lò đốt nhiên liệu lỏng, người ta phải lắp hệ thống bơm tăng áp.
– Đầu đốt: Đầu đốt là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống lò. Tại đây, gió và nhiên liệu được hòa trộn, đốt cháy, tạo ra năng lượng nhiệt để cấp cho hệ thống.
– Hệ thống quạt cấp gió, quạt hút khói: Đối với những lò hơi có công suất nhỏ, quạt cấp gió thường được thiết kế đi kèm với đầu đốt, do đó hệ thống cấp gió rất gọn nhẹ. Ngược lại, ở những lò hơi có công suất lớn, quạt cấp gió thường được thiết kế tách rời khỏi đầu đốt và đôi khi, người ta còn thiết kế thêm hệ thống tuần hoàn khói nhằm tăng hiệu suất lò và kiểm soát NOx tốt hơn.
– Hệ thống tận dụng nhiệt thải: Một hệ thống tận dụng nhiệt thải thông thường bao gồm bộ hâm nước và bộ sấy không khí (ít gặp). Vì khói nóng sau khi ra khỏi lò hơi thường có nhiệt độ khá cao, nếu thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây lãng phí năng lượng. Do đó, để tiết kiệm năng lượng, các nhà sản xuất sẽ thiết kế thêm bộ hâm nước (lắp ngay ở vị trí khói thoát khỏi lò) để thu hồi nguồn năng lượng này, từ đó nâng cao hiệu suất cho hệ thống lò. Những bộ hâm nước này thường được cấu tạo từ các ống cánh vì khói thải từ lò hơi đốt dầu đốt gas thường rất sạch, không sợ bám bụi.
– Thân lò hơi: Lò hơi ống nước có buồng đốt được cấu tạo từ các vách ướt lò hơi, nước nằm phía trong ống, nhiên liệu cháy trong buồng đốt sẽ truyền nhiệt cho nước bên trong ống, sau khi cháy xong, khói nóng sẽ đi qua các chùm ống sinh hơi để tiếp tục trao đổi nhiệt và thoát ra phía ngoài lò hơi.
– Hệ thống xử lý khí thải: Đa phần dùng trong trường hợp đốt FO/ R-FO, người ta thường phải lắp đặt thêm một tháp hấp thụ SO2 để loại bỏ khí này trước khi xả khói ra khí quyển.
– Hệ thống bồn nước và bơm cấp nước cho lò hơi: Để đảm bảo nguồn nước cấp ổn định cho hệ thống lò hơi, người ta thường phải thiết kế một bồn nước có thể tích đủ lớn (thường thiết kế theo tiêu chuẩn HEI). Cũng dựa trên cân nhắc về sự hoạt động ổn định của hệ thống, các bơm nước ngày nay thường được trang bị biến tần để có thể thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò khi nhu cầu sử dụng hơi thay đổi.
– Hệ thống đo lường và điều khiển: Việc điều khiển quá trình cháy và cấp liệu được tích hợp hầu hết trong bộ điều khiển được lập trình sẵn bởi nhà sản xuất đầu đốt.
Hình ảnh thực tế lò hơi ống nước
Phân loại & Nguyên lý hoạt động
Có nhiều cách để phân loại lò hơi ống nước, ví dụ như dựa theo áp suất (cao, trung bình, thấp) hoặc theo đặc điểm của hơi (hơi quá nhiệt, hơi bão hòa), v.v… Nhưng cách phân biệt thường được dùng hiện nay là dựa trên hình dáng cấu tạo lò.
Theo đó, lò hơi vách ướt đốt nhiên liệu dầu-khí thường được phân làm ba loại là: lò chữ A, lò chữ D và lò chữ O.
Lò chữ A
Lò chữ A là dạng lò có một Ba-long hơi và hai Ba-long nước. Vị trí đầu đốt đặt ở trung tâm lò. Nối các Ba-long với nhau là hệ thống ống dẫn nằm xung quanh đầu đốt.
Càng ở gần đầu đốt, ống dẫn sẽ tiếp xúc với nguồn nhiệt cao, do đó sinh hơi nhiều. Vì thế các ống dẫn ở vị trí gần đầu đốt sẽ rút nước từ Ba-long nước và giải phóng hơi nước (và cả nước chưa bốc hơi hết) vào Ba-long hơi.
Ngược lại, các ống nằm sát vách ngoài của lò, xa đầu đốt, tiếp xúc với nguồn nhiệt thấp hơn sẽ dẫn nước từ Ba-long hơi về Ba-long nước.
Nước sau khi trở về Ba-long nước lại tiếp tục bắt đầu chu trình mới đến khi nó trở thành hơi nước ở Ba-long hơi. Tại đây, hơi nước được tách ra và được dẫn đến bộ quá nhiệt (nếu có) hoặc được dẫn đến nơi tiêu thụ.
Lò hơi ống nước chữ A
Về phần khói, sau khi tỏa nhiệt bức xạ tại buồng đốt và ra khỏi buồng đốt, nó sẽ được chia làm hai phần đều nhau và đi vào 2 pass đối lưu phân bổ ở hai bên lò. Sau khi đi hết pass đối lưu, chúng sẽ được gom lại trước khi đi đến bộ hâm nước hoặc đi thẳng ra ống khói.
Lò chữ D
Lò chữ D gồm có một Ba-long hơi nằm phía trên và một Ba-long nước phía dưới. Do bố cục khác lò chữ A, nên đường đi của ống dẫn cũng khác.
Thay vì đi từ 2 hướng như lò chữ A, thì ở lò chữ D khói sẽ đi hết vào 1 pass (pass đối lưu) rồi ra khỏi lò tại phần cuối pass đối diện.
Lò hơi ống nước chữ D
Lò chữ O
Nguyên lý hoạt động lò hơi chữ O sẽ hoàn toàn tương tự lò hơi chữ A. Khác ở chỗ lò chữ O chỉ có một Ba-long nước, nên đường ống dẫn sẽ xoay quanh đầu đốt và nối Ba-long nước đến Ba-long hơi.
Lò hơi ống nước chữ O
Ưu, nhược điểm của lò hơi ống nước đốt nhiên liệu lỏng-khí
Lò hơi vách ướt có rất nhiều ưu điểm:
– Kích thước cực kỳ nhỏ gọn giúp tiết kiệm không gian lắp đặt
– Chi phí đầu tư ban đầu thấp nhưng có thể đạt hiệu suất cao
– Quán tính nhiệt thấp, có khả năng thay đổi tải nhanh
– Không cần kết cấu đỡ phức tạp
– Ít gặp sự cố và các vấn đề về tuần hoàn nước
– Rất dễ vận hành và bảo trì, bảo dưỡng; chi phí bảo trì thấp
Đặc biệt là ưu điểm về nồng độ của CO và NOx gây hại trong khói thải cực thấp đủ đáp ứng tiêu chuẩn khí thải ra môi trường ở Việt Nam và quốc tế mà không cần hệ thống xử lý khí thải riêng.
Trường hợp đặc biệt là đối với nhiên liệu dầu FO, trong dầu FO có chứa hàm lượng lưu huỳnh cao, nên khi sau khi đốt trong khí thải có chứa hàm lượng SO2 cao nên đòi hỏi phải có một hệ thống xử lý khí thải trước khi thải ra môi trường.
Bên cạnh đó, lò hơi ống nước đốt nhiên liệu lỏng-khí không tránh khỏi việc tồn tại một số nhược điểm như: Chi phí mua nguyên liệu vận hành thường rất cao; Hệ thống đốt phụ thuộc vào nhà cung cấp đầu đốt nên nếu xảy ra trục trặc trong quá trình vận hành sẽ khó sửa chữa, cần có chuyên gia từ nhà cung cấp hỗ trợ; Hệ thống lưu trữ nhiên liệu thường yêu cầu tiêu chuẩn rất khắt khe vì nhiên liệu lỏng (dầu) – khí dễ cháy nổ hơn nhiên liệu rắn
Mặc dù những nhược điểm này có khá ít nhưng chúng lại có ảnh hưởng đến phạm vi ứng dụng của lò.
Phạm vi ứng dụng
Lò hơi ống nước đốt dầu-khí được sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất như đường, bánh kẹo, thức ăn chăn nuôi, cao su, giấy, thực phẩm, y tế, v.v…. Lò hơi đốt nhiên liệu lỏng – khí có quán tính nhiệt thấp, khả năng điều chỉnh tải tốt nên được ứng dụng cho các ngành sản xuất có yêu cầu thay đổi tải nhanh, khả năng điều chỉnh tải linh hoạt. Bên cạnh đó, với kết cấu nhỏ gọn và ít gây khói bụi ô nhiễm, ít gây tiếng ồn, nên lò hơi đốt dầu, đốt gas sử dụng được cho các cơ sở sản xuất gần khu dân cư.
Với các lò có công suất lớn, cần tiêu thụ một lượng lớn nhiên liệu, nên lựa chọn lắp ở các khu vực địa lý có sẵn nguồn nhiên liệu gas và dầu, đặc biệt do CNG thường rất khó tích trữ, phải cung cấp trực tiếp bằng đường ống nên các lò đốt CNG thường được lắp đặt ở các khu vực có hệ thống đường ống phân phối gas.
