Lò hơi tầng sôi

Trong ngành công nghiệp hơi, các hệ tống lò được trang bị tương đối đa dạng. Giữ mục đích riêng phục vụ cho công việc sản xuất và hoạt động của toàn nhà máy. Để mọi người có thể hiểu chi tiết hơn, trong bài viết lò hơi tầng sôi dưới đây sẽ cung cấp cho các bạn khái niệm chi tiết cùng với cấu tạo và ứng dụng. Chúng ta cùng đi tìm hiểu ngay nhé.

Lò hơi tầng sôi là gì?

Lò hơi tầng sôi (hay còn gọi là lò hơi nước sôi trên áp suất) là một loại lò hơi công nghiệp sử dụng áp suất cao để đun nước thành hơi nước trong các tầng riêng biệt của lò hơi. Sự khác biệt chính giữa lò hơi tầng sôi và lò hơi thông thường là áp suất cao được tạo ra trong lò hơi tầng sôi, cho phép nước đun sôi ở nhiệt độ cao hơn so với nước đun sôi ở áp suất không khí.

Thông thường lò hơi tầng sôi được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp có nhu cầu sử dụng hơi nước ở áp suất cao, chẳng hạn như trong sản xuất điện, sản xuất bột giấy, sản xuất hóa chất và sản xuất thực phẩm. Lò hơi tầng sôi cũng được sử dụng trong các ứng dụng y tế để khử trùng thiết bị y tế hoặc trong các ứng dụng nấu ăn lớn như bệnh viện hay trường học.

Một trong những ưu điểm của thiết bị này là cho phép đạt được nhiệt độ sôi của nước ở áp suất cao hơn so với nhiệt độ sôi của nước ở áp suất không khí. Điều này cho phép tăng khả năng tiết kiệm năng lượng trong quá trình sản xuất của hệ thống lò hơi. Tuy nhiên, cũng có những hạn chế như: tốc độ tăng nhiệt độ nhanh và khó kiểm soát, nên cần đảm bảo các biện pháp an toàn khi sử dụng.

Lịch sử hình thành và phát triển lò hơi tầng sôi

Được phát triển vào giữa thế kỷ 20 nhằm tăng hiệu suất năng lượng của lò hơi truyền thống. Trước đó, lò hơi truyền thống sử dụng nguyên lý đốt cháy nhiên liệu để tạo hơi nước, nhưng hiệu suất không cao vì nhiệt độ cháy không đủ để đốt hết nhiên liệu.

Năm 1922, người Đức Johann Philipp Schmidt đã đăng ký bằng sáng chế cho một loại lò hơi mới, được gọi là lò hơi tầng sôi. Lò hơi này sử dụng nguyên lý làm sôi nước bằng cách đưa nước vào một tầng sôi nước và hơi nước tạo ra được sẽ được đưa đến đường ống để sử dụng.

Sau đó, vào những năm 1930, một số công ty sản xuất lò hơi lớn như: Foster Wheeler, Babcock & Wilcox và Combustion Engineering đã bắt đầu phát triển các loại lò hơi tầng sôi khác nhau và nâng cao hiệu suất của chúng.

Từ đó đến nay, lò hơi tầng sôi đã trở thành một công nghệ phổ biến trong ngành công nghiệp và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như: lò hơi điện, lò hơi công nghiệp, lò hơi cơ khí, lò hơi nồi hơi.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò hơi tầng sôi

Cấu tạo

Về kết cấu, lò hơi tầng sôi được thiết kế tương tự như: lò hơi truyền thống, nhưng có thêm một số bộ phận mới để tạo ra tầng sôi nước. Cụ thể dưới đây:

• Bình chứa nước: đây là nơi chứa nước cần được sử dụng để tạo hơi, được thiết kế dưới dạng bồn chứa hay nồi hơi.
• Hệ thống đưa nước vào lò hơi: chức năng chính đưa nước từ bình chứa vào lò hơi.
• Bộ đốt: được sử dụng để đốt nhiên liệu để tạo ra nhiệt làm sôi nước.
• Tầng sôi: là bộ phận quan trọng của lò hơi tầng sôi, nơi nước được tạo thành hơi. Tầng sôi có thể được thiết kế dưới nhiều hình dạng và kích thước khác nhau.
• Hệ thống thoát hơi: nhiệm vụ chính đưa hơi nước từ tầng sôi ra khỏi lò hơi để sử dụng.
• Hệ thống kiểm soát và an toàn: bao gồm các thiết bị kiểm soát và an toàn (như: van, đồng hồ, bảo vệ quá áp, bảo vệ quá nhiệt, bảo vệ chống tràn và hệ thống báo động).

Ngoài các bộ phận trên, còn có một số thiết bị bổ sung để tăng hiệu suất, bảo trì và an toàn như hệ thống xử lý nước, hệ thống khử trùng, hệ thống làm mát và hệ thống bảo trì.

Nguyên lý hoạt động

Về cơ bản, lò hơi tầng sôi hoạt động dựa trên nguyên lý của quá trình trao đổi nhiệt giữa nước và hơi nước. Nguyên lý này dựa trên việc nước được đưa vào lò hơi và được đun sôi, tạo ra hơi nước. Hơi nước sẽ được tách ra khỏi nước và dẫn đến các bộ phận của lò hơi để sản xuất năng lượng.

Cụ thể, lò hơi tầng sôi có một thùng chứa nước được đặt ở đáy, được kết nối với một bộ đốt ở trên. Khi đốt nhiên liệu, nhiệt được tạo ra sẽ truyền qua thành lò và đun sôi nước trong thùng chứa. Khi nước đun sôi, hơi nước được tạo ra và dẫn đến tầng trên cùng của lò hơi.

Ở đây, hơi nước sẽ tiếp xúc với các bộ phận của lò hơi, bao gồm: bộ lọc và bộ phân tách để loại bỏ các chất bẩn và các tạp chất khác. Sau đó, hơi nước sẽ tiếp tục dẫn đến bộ phận xử lý để tăng áp suất và tăng nhiệt độ của hơi nước.

Cuối cùng, hơi nước được dẫn đến các bộ phận sử dụng để sản xuất năng lượng như: động cơ và máy phát điện. Sau khi truyền năng lượng, hơi nước sẽ được chuyển đổi lại thành nước và trở về thùng chứa nước để lặp lại quá trình đun sôi và sản xuất năng lượng.

Ưu, nhược điểm của lò hơi tầng sôi

Ưu điểm:

• Tốc độ tạo hơi nhanh do cấu tạo đặc biệt, giúp đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong công nghiệp lớn.
• Hiệu suất năng lượng cao, giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu và thời gian sản xuất.
• Khả năng đốt được nhiều loại nhiên liệu khác nhau như: than, củi, dầu, khí, rác thải.
• Lò hơi tầng sôi có thể được vận hành ổn định trong một thời gian dài mà không cần tắt hoặc dừng lại để bảo trì, sửa chữa.

Nhược điểm:

• Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với một số loại lò hơi khác.
• Yêu cầu nước cấp đầu vào có chất lượng tốt và ổn định để tránh tắc đường ống và gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động.
• Để đảm bảo an toàn, cần có hệ thống giám sát và kiểm tra định kỳ để phát hiện và khắc phục sự cố nhanh chóng.
• Khó khăn trong việc quản lý và vận hành do có nhiều thiết bị phức tạp và hệ thống phải được điều chỉnh chính xác để đạt được hiệu suất hoạt động tối đa.

Phân loại lò hơi tầng sôi

Dựa vào cấu tạo, phương pháp đốt cháy có thể phân loại lò hơi thành 3 loại chính như sau:

• AFBC Boiler

AFBC Boiler là viết tắt của Atmospheric Fluidized Bed Combustion Boiler, được hiểu là lò hơi đốt cháy nhiên liệu bằng phương pháp đốt cháy trong không khí ở áp suất không. Đây là một loại lò hơi công nghiệp được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất điện, nhà máy hóa chất, nhà máy xi măng và các ngành công nghiệp khác.

Cơ chế hoạt động cơ bản là đưa nhiên liệu (thường là than hoặc củi) và chất chảy trong không khí. Chất chảy có chứa các hạt vật liệu được thổi lên bởi một luồng khí, tạo ra một môi trường đốt cháy hiệu quả. Khí nóng và tro được hút qua các bộ lọc và thiết bị làm mát để sản xuất hơi nước. Hơi nước này sau đó được sử dụng để sản xuất điện hoặc sử dụng cho các quá trình công nghiệp khác.

Lò hơi AFBC được ưa chuộng bởi tính năng linh hoạt, độ tin cậy cao và khả năng đốt cháy nhiều loại nhiên liệu khác nhau. Ngoài ra, lò hơi này cũng có khả năng giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu.

• CFBC Boiler

CFBC Boiler (Circulating Fluidized Bed Combustion Boiler) là một loại lò hơi tầng sôi dùng để sản xuất hơi nước và điện. Loại lò hơi này sử dụng phương pháp đốt cháy vật liệu rắn bằng khí quyển được thổi qua lớp chất liệu tạo thành một tầng sôi. Tại đây, các tế bào nhiệt được hình thành và chuyển nhiệt cho chất lỏng, tạo ra hơi nước.

Trong CFBC Boiler, vật liệu rắn bao gồm: than, củi, than bùn và nhiều loại chất thải khác, được đưa vào lò hơi bởi băng tải. Sau đó, khí thổi từ quạt tạo ra một luồng khí quyển được đưa vào lò hơi để thổi qua tầng chất liệu, tạo ra tầng sôi. Trong quá trình này, chất lỏng tạo thành trong tầng sôi được chuyển nhiệt, tạo ra hơi nước và hơi nước này được dẫn đến đường ống để sản xuất hơi nước và điện.

Một trong những ưu điểm của CFBC Boiler là nó có thể đốt được nhiều loại vật liệu rắn khác nhau, bao gồm cả chất thải, và có thể điều chỉnh quá trình đốt để tối ưu hoá hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Ngoài ra, CFBC Boiler cũng cho phép giảm khí thải và phát thải CO2, giúp bảo vệ môi trường.

• PFBC Boiler

PFBC Boiler là viết tắt của từ Pressurized Fluidized Bed Combustion Boiler, nghĩa là lò hơi đốt cháy trong chất lỏng áp suất. Đây là một loại lò hơi tầng sôi nâng cao sử dụng chất lỏng để đốt cháy nhiên liệu thay vì khí.

PFBC Boiler hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như AFBC và CFBC Boiler, nhưng sử dụng chất lỏng làm chất mang nhiệt để truyền nhiệt đến nước trong lò hơi. Quá trình đốt cháy trong chất lỏng tạo ra nhiệt và chất mang nhiệt được sử dụng để tạo hơi nước.

So với các loại lò hơi tầng sôi khác, PFBC Boiler có hiệu suất nhiệt cao hơn, khả năng xử lý khí thải tốt hơn và cũng có thể đốt cháy nhiều loại nhiên liệu khác nhau, bao gồm: than, dầu và khí đốt. Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cho PFBC Boiler cao hơn các loại lò hơi khác và yêu cầu quá trình bảo trì và vận hành phức tạp hơn.

Có rất nhiều thiết bị liên quan đến lò hơi tầng sôi, trong đó: van bướm điều khiển khí nén, van bi điều khiển khí nén, đồng hồ đo hơi, thiết bị đo áp suất. Tất cả thiết bị điều khiển và kiểm soát đo lường không thể thiếu khi vận hành. Bạn có thể liên hệ Hotline để nhận tư vấn thêm về các thiết bị này.

Ứng dụng lò hơi tầng sôi

Được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đòi hỏi năng lượng nhiều như: sản xuất điện, sản xuất hóa chất, sản xuất giấy và sản xuất chế phẩm dược. Dưới đây là một số ứng dụng điển hình:

• Sản xuất điện hơi nước để vận hành các máy phát điện.
• Sản xuất hóa chất bao gồm: sản xuất nhựa, sơn và chất tẩy rửa.
• Trong quá trình sản xuất giấy để sản xuất hơi nước và cung cấp nhiên liệu đốt cho quá trình sản xuất.
• Sản xuất chế phẩm dược để sản xuất hơi nước và cung cấp nhiên liệu đốt cho quá trình sản xuất.
• Trong quá trình chế biến thực phẩm như: sấy khô, hấp nấu.
• Được sử dụng để sản xuất bia và rượu thông qua quá trình hấp nấu và sấy khô các nguyên liệu.
• Sử dụng để nấu ăn trong các nhà hàng, khách sạn và để làm sạch trong các khu công nghiệp và các cơ sở sản xuất.

Nguồn: vandien.vn