Tin tức

Lò hơi tầng sôi là gì?

- Lò hơi tầng sôi là công nghệ đốt tầng sôi có khả năng tận dụng hơi - nhiệt triệt để cho quá trình sản xuất, được sử dụng như một hệ thống giảm phát thải, làm việc được ở điều kiện áp suất cao, đốt đa dạng các loại nhiên liệu, bao gồm than đá, rác thải và cả biomass (sinh khối).

- Dạng lò hơi này 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 nghiên cứu, 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.

Tìm hiểu thêm: Nồi hơi (lò hơi) là gì? Các loại lò hơi phổ biến

Phân loại lò hơi tầng sôi

–  AFBC (Atmospheric Fluidized Bed Combustion): lò hơi tầng sôi dạng bọt

–  CFBC (Circulating Fluidized Bed Combustion): lò hơi tầng sôi tuần hoàn, là biến thể tốc độ sôi cao của lò tầng sôi với vận tốc lên đến 4-6 m/s

–  PFBC (Pressurize Fluidized Bed Boiler): lò hơi tầng sôi có áp, là biến thể đặc biệt của lò hơi tầng sôi, trong đó toàn bộ lò được đặt trong khu vực áp suất cao khoảng 16kg/cm2

Cấu tạo lò hơi tầng sôi

- Hệ thống cấp liệu: gồm có băng tải, vít, gàu tải… vận chuyển nhiên liệu cho quá trình cháy vào buồng đốt. 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, theo dõi, kiểm soát mức độ tiêu hao nhiên liệu được sử dụng cũng như hiệu suất của lò hơi.

- Buồng đốt: Bên trong buồng đốt có chứa lớp chất rắn (thường là cát, xỉ, đá vôi, than, đá dolomit,…) cao từ 120 đến 400mm làm nền trên bề mặt buồng đốt, khi áp lực không khí tăng lên, lớp chất rắn bắt đầu giãn nở và ở trạng thái lơ lửng, điều này sẽ tạo ra một lớp sôi (tầng sôi) để đáp ứng quá trình đốt cháy vật liệu. 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. Nhờ lớp chất nền chiếm tỉ lệ lớn nên có thể giúp buồng đốt giữ nhiệt tốt, đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu và tận thu triệt để nguồn nhiệt lượng tạo thành, đồng thời giảm lượng phát thải độc hại ra môi trường.

- Hệ thống cấp gió: gồm quạt hút, quạt gió cấp 1 và gió cấp 2. Trong đó, quạt hút là bộ phận khởi động đầu tiên trong toàn bộ hệ thống cấp gió. Gió cấp một tạo lớp sôi 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. 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.

- Bộ sấy không khí: là 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 dễ cháy hơn. Thiết bị này giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm chi phí đầu tư cho việc vận hành lò hơi.

- Hệ thống thải xỉ: thông thường, một lò hơi sẽ thải rác ở dạng khí và rắn. 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 tro xỉ tự nhiên của nhiên liệu sau khi đốt cháy. Hệ thống lọc và thải xỉ gồm: bộ lọc Cyclone, túi lọc, lọc bụi tĩnh điện hoặc ventury tháp lọc ướt cùng thiết bị xử lý khí thải. Các loại xỉ thải với kích thước lớn thường có bụi mịn bay theo khói, khi ra khỏi buồng đốt được lọc bụi tại bộ hâm nước, đảm bảo cho khói thải của lò hơi thỏa mãn được tất cả các thông số về tiêu chuẩn môi trường. Toàn bộ lượng tro vừa lọc sẽ được đưa ra ở phần đuôi lò.

- 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 thống điều khiển an toàn: được chế tạo theo công nghệ vận hành tự động, 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 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.

Ưu điểm và hạn chế của lò hơi tầng sôi

- Ưu điểm:

• Lò hơi tầng sôi có thể đốt cháy nhiều loại nhiên liệu khác nhau: nhiên liệu hóa thạch, biomass, rác thải sinh hoạt, rác thải công nghiệp, giúp các nhà máy tiết kiệm chi phí.
• Tận dụng hết khả năng đốt cháy nhiên liệu để tối ưu hiệu suất vận hành lò hơi.
• Có thể sử dụng nhiều nhiên liệu trong một buồng đốt, nhiên liệu có thể thay đổi linh hoạt mà không làm thay đổi kết cấu của lò hơi.
• Lò hơi sử dụng bộ lọc công nghiệp tiêu chuẩn để giảm phát thải bụi khi có thể lọc đến 99% lượng bụi. Lượng bụi khi đẩy ra khỏi ống khói không đáng kể và dao động trong khoảng 100- 120mg/Nm3.
• Sở hữu buồng đốt được vận hành ở nhiệt độ dưới 900 độ C, giúp lò hơi được xem như một bộ xử lý khí thải hoạt động ở công suất cao, không cần phải lắp đặt các thiết bị đắt tiền mà vẫn đảm bảo đáp ứng các thông số về bảo vệ môi trường.
• Không có cặn xỉ trong ống sinh hơi đặt trong buồng đốt, bề mặt ống được nhúng chìm trong tầng sôi làm giảm mức độ bám của tro xỉ vào bề mặt truyền nhiệt ở phía sau lò.
• Lò hơi tầng sôi có tuổi thọ và độ bền cao, chi phí duy trì và sửa chữa thấp.

- Hạn chế:

• 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 không bị quá nhiệt. Nhưng bộ phận này thường không có độ bền cao do bị mài mòn liên tục.
• Lò hơi tầng sôi tiêu tốn một lượng lớn năng lượng để duy trì quạt gió áp suất cao
• Do thân lò thường truyền nhiệt ra ngoài môi trường qua bề mặt gây tổn thất lớn về nhiệt năng
• 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, dễ gây nên hiện tượng đóng xỉ đằng sau đuôi lò.

Ứng dụng của lò hơi tầng sôi

- Lò hơi tầng sôi đã và đang được vận hành rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực công nghiệp, do các nhà máy đều có nhu cầu sử dụng hơi – nhiệt – điện. Trong các nhà máy chế biến thực phẩm, lò hơi tầng sôi được sử dụng để cung cấp hơi – nhiệt cho quá trình đun, nấu, thanh trùng,…

- 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, làm quay tua bin máy phát điện tạo ra điện.