Trong lịch sử hình thành và phát triển lò hơi, có rất nhiều dạng lò ra đời nhưng dần bị lãng quên vì một số nhược điểm đặc biệt nào đó. Trong số những dạng lò hơi này, có không ít dạng lò có đặc tính ưu việt riêng nhưng đi kèm với đó là những nhược điểm không phù hợp với những yêu cầu khắt khe của thực tiễn sản xuất.
Do đó, bài viết hướng đến những dạng lò hơi đang được nhiều doanh nghiệp sản xuất sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay với mong muốn mang tới cho người đọc cái nhìn khách quan về những lò hơi mang lại hiệu quả cao, giảm thiểu được những vấn đề không mong đợi trong quá trình vận hành. Hy vọng điều này sẽ giúp mọi người có thêm kiến thức và sự tự tin khi chọn mua, lắp đặt hệ thống lò hơi cho doanh nghiệp của mình.
1. Lò đốt nhiên liệu rắn
1.1. Lò than phun (pulverized coal boiler- PC boiler)
Hình 1: Một hệ thống lò than phun do công ty B&W thiết kế.
Có thể nói, trong những dạng lò hơi đốt nhiên liệu rắn đang được sử dụng hiện nay, lò hơi đốt than phun là lò có hiệu suất cao nhất. Tuy nhiên, cấu tạo của hệ thống lò này rất phức tạp, chi phí đầu tư rất lớn và yêu cầu đội ngũ kỹ sư vận hành có trình độ chuyên môn cao. Do đó, trong thực tế, dạng lò này chỉ được sử dụng trong các công trình nhiệt điện cỡ lớn.
Nguyên lý hoạt động: Than được máy nghiền nghiền thành bột mịn, có kích thước rất nhỏ và được phun trực tiếp vào buồng đốt bằng khí nén áp suất cao. Tại đây than được mồi lửa và bốc cháy tương tự như các vòi đốt khí gas hoặc dầu.
1.2. Lò tầng sôi tuần hoàn (circulating fluidized bed cumbustion- CFBC)
Hình 2: Lò tầng sôi tuần hoàn: thân lò và hệ thống cyclone tuần hoàn (hình bên trái) và tổng thể hệ thống lfo (hình bên phải)
Công nghệ đốt tầng sôi tuần hoàn là một công nghệ tiên tiến nhưng lại không yêu cầu quá nhiều hệ thống phức tạp như ở lò than phun. Công nghệ này có nhiều biến thể khác nhau (xem thêm bài viết về lò tầng sôi tuần hoàn) nhưng đều có chung nguyên lý:
Sử dụng một chế độ hòa trộn đặc biệt giữa gió (khói) và các hạt rắn tào thành một chế độ động học có tên là tầng sôi nhanh (fast fluidized bed). Trong chế độ này, các hạt nhiên liệu và hạt trợ sôi ( thông thường là cát hoặc tro xỉ) trôi nổi trong thể tích buồng đốt nhờ lực nâng của gió, khói thổi vào từ dưới đáy lò, tạo điều kiện cho phản ứng cháy diễn ra hiệu quả. Sau khi hỗn hợp nhiên liệu, tro xỉ và khói ra khỏi buồng đốt, một phần nhiên liệu chưa cháy hết sẽ được tách khỏi dòng khói và tuần hoàn trở lại buồng đốt để cháy tiếp (và do đó dạng lò này được gọi là tầng sôi tuần hoàn).
Lò hơi tầng sôi tuần hoàn có rất nhiều ưu điểm vượt trội như:
– Hệ thống vận hành không quá phức tạp như lò than phun nhưng lại đạt hiệu suất xấp xỉ.
– Chi phí đầu tư thường thấp hơn, sử dụng đa nhiên liệu và đốt được nhiên liệu có nhiệt trị thấp, kiểm soát khí thải tốt,…
Có thể nói, đây là một công nghệ tuyệt vời, đang được sử dụng ngày càng phổ biến và có khuynh hướng thay thế công nghệ lò hơi đốt than phun trong những năm gần đây. Điều đáng nói là, công nghệ này có dải công suất rất rộng, phù hợp với cả những doanh nghiệp có quy mô vừa phải lẫn những hệ thống nhà máy phát điện cỡ lớn. Thậm chí, có một số biến thể của dạng lò này được giản lược và tinh gọn để sử dụng cho các lò hơi có công suất chỉ 25 t/h, phù hợp lắp đặt tại các doanh nghiệp vừa và nhỏ.
1.3. Lò tầng sôi bọt ( bubling fluidized bed- BFB)
Hình 3: Một lò tầng sôi bọt do công ty Martech thiết kế và sản xuất
Cùng sử dụng công nghệ tầng sôi nhưng lò tầng sôi bọt được phát minh sớm hơn và được sử dụng phổ biến hơn lò tầng sôi tuần hoàn. Công nghệ này có hầu hết đặc điểm tương đồng với công nghệ tầng sôi tuần hoàn. Tuy nhiên, đi kèm với một thiết kế đơn giản, hiệu suất của lò hơi tầng sôi bọt sẽ thấp hơn tầng sôi tuần hoàn một chút (thông thường rơi vào khoảng 4-6%).
Công nghệ tầng sôi bọt rất được ưa chuộng và sử dụng phổ biến do có thể đốt được gần như mọi loại nhiên liệu rắn đồng thời có giải công suất trải rộng từ khoảng 4 t/h đến 120 t/h; Cá biệt, đã từng có lò hơi tầng sôi bọt được thiết kế với công suất hơn 300 t/h. Tuy nhiên, hiện nay, do yêu cầu về việc tối ưu năng lượng ngày càng cao, các lò hơi có công suất >120 t/h thường được cân nhắc chuyển sang công nghệ tầng sôi tuần hoàn.
Nhược điểm của công nghệ này là cần công suất quạt cấp lớn và phải xử lý nhiên liệu ra các kích thước đồng đều để dễ dàng cấp vào lò đồng thời một số vị trí đắp bê tông trong buồng đốt có thể bị mài mòn sau một thời gian dài hoạt động. Ngoại trừ các nhược điểm này, lò tầng sôi bọt gần như không có nhược điểm nào đáng kể.
1.4. Lò tầng sôi rối (Turbulent/expanded bed – TFB).
Là một dạng lò trung gian của lò tầng sôi tuần hoàn và tầng sôi bọt, lò tầng sôi rối sở hữu ưu và nhược điểm của cả hai dạng lò tầng sôi bọt và tầng sôi tuần hoàn. Điểm đáng nói là dù có hiệu suất tương đương nhưng lò tầng sôi rối thường có chi phí đầu tư thấp hơn lò tầng sôi bọt. Bù lại, mức độ mài mòn trong buồng đốt và công suất quạt thường lớn hơn một chút.
Về hình thức, rất khó phân biệt lò hơi bọt và lò sôi rối nếu chỉ nhìn vào kiểu dáng bên ngoài. Và trong thực tế vận hành, khi chạy tải non đối với thiết kế của lò tầng sôi rối, chế độ sôi có thể chuyển thành chế độ sôi bọt. Lúc này, có thể xem lò tầng sôi rối là một lò tầng sôi bọt ( có tải nhỏ hơn so với tải định mức của lò tầng sôi rối đang xét).
1.5. Lò Ghi Đẩy.
Hình 5: Hệ thống lò ghi đẩy
Khi cần đốt những nhiên liệu có nhiều kích thước to nhỏ khác nhau nhưng lại không muốn lắp đặt thêm các thiết bị xử lý nhiên liệu phức tạp, người sử dụng có thể nghĩ đến lò ghi đẩy. Đây là một dạng lò có khả năng đốt cháy rất tốt ngay cả đối với những nhiên liệu khó cháy như biomass ẩm, rác thải sinh hoạt chưa phân loại, rác thải công nghiệp chưa phân loại,…
Hiệu suất loại lò này bé hơn lò tầng sôi một chút nhưng có ưu thế về khả năng đốt những nhiên liệu khó cháy.
1.6. Lò Ghi Xích
So với những lò ghi tĩnh truyền thống, lò ghi xích có thể hoạt động với hiệu suất cao hơn từ 5-10%. Đây là một công nghệ đốt lâu đời, được kiểm chứng qua thời gian và được sử dụng rất phổ biến.
Lò hơi ghi xích cho phép hệ thống hoạt động tự động, không cần công nhân trực tiếp cấp liệu hoặc lấy tro xỉ do đó, công suất lớn hơn các lò ghi tĩnh.
Tuy nhiên, những năm gần đây, công nghệ này đã dần được thay thế bằng công nghệ lò tầng sôi bọt hoặc tầng sôi rối, có chi phí đầu tư nhỏ hơn và hiệu suất cao hơn.
2. Lò đốt nhiên liệu lỏng, nhiên liệu khí.
2.1. Lò ống lò ống lửa có bộ hâm nước
Lò ống lò ống lửa là một trong những dạng lò phổ biến nhất hiện nay. Công nghệ này cực kỳ phù hợp khi sử dụng nhiên liệu đốt ở dạng khí ( CNG, LNG, LPG,…) hoặc dạng lỏng ( DO, KO, FO, R-FO,…).
Đặc biệt, đối với những lò hơi có công suất nhỏ hoặc rất nhỏ (khoảng 100 kg/h-15000 kg/h) lò hơi ống lò ống lửa có thể sẽ là một lựa chọn hợp lý nhất. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng, các dạng lò ống lò ống lửa thường không được thiết kế để hoạt động ở áp suất cao (do đặc điểm cấu tạo lò nên nếu thiết kế ở áp suất cao sẽ rất tốn kém chi phí và gặp nhiều khó khăn).
Lò hơi dạng này phù hợp với các doanh nghiệp ở quy mô nhỏ hoặc các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất cần cung cấp sản lượng hơi nhỏ, riêng lẻ cho từng dây chuyền.
Cũng cần nói thêm rằng, lò hơi ống lò ống lửa nói riêng lò lò hơi đốt dầu đốt gas nói chung đều có hiệu suất lò rất cao. Tuy nhiên, chỉ khi lắp thêm bộ hâm nước tận dụng nhiệt từ khói thải, hiệu suất lò mới đạt giá trị lớn nhất, có thể lên tới ~96%. Điều này thường thấy ở các lò có sản lượng hơi từ 2t/h -15t/h còn ở các lò có sản lượng hơi nhỏ hơn, việc lắp bộ hâm nước sẽ không phù hợp và do đó, người ta thường chấp nhận một mức hiệu suất thấp hơn, thường là khoảng 88-90%.
Hình 7: Một hệ thống lò hơi ống lò ống lửa
2.2. Lò hơi chữ D có bộ hâm nước.
Hình 9: Cấu tạo lò đốt gas chữ D
Tương tự lò ống lò ống lửa, lò hơi chữ D sử dụng nhiên liệu là dầu hoặc gas và có hiệu suất tương đương.
Lò hơi chữ D được sử dụng trong các trường hợp cần công suất cao hơn hoặc áp suất cao hơn lò hơi ống lò ống lửa. Hơn nữa, kết cấu lò này phù hợp hơn để lắp bộ sinh hơi quá nhiệt, sử dụng cho các hệ thống phát điện.
Thông thường, các lò hơi chữ D có công suất sinh hơi >15 t/h và thường được lắp bộ hâm nước để tăng hiệu suất lò.
3. Lò hơi điện trở.
Đứng đầu danh sách những dạng lò hơi có hiệu suất cao nhất là lò hơi điện trở. Đây là dạng lò hơi cực kỳ nhỏ gọn, phù hợp với những ứng dụng cần một lượng hơi nhỏ ( từ khoảng 50 kg/h tới 2000 kg/h) và không muốn bị ô nhiễm bởi khói thải. HIệu suất lò hơi có thể đạt từ 98-99%.
Khác với tất cả các dạng lò hơi đã kể trên, lò hơi điện trở không trực tiếp chuyển năng lượng hóa học thu được từ phản ứng cháy thành năng lượng hơi nhưng là thông qua các điện trở, chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt năng làm nóng nước và sinh hơi. Đây cũng là nguyên nhân chính dẫn đến kích thước lò hơi điện trở cực kỳ nhỏ gọn. Cũng vì đặc tính không cần sử dụng nhiên liệu đốt, lò hơi điện trở vận hành rất yên tĩnh, không gây ra tiếng ồn và không phát thải khói. Hơn nữa, vì nguyên lý hoạt động rất đơn giản, lò hơi điện trở có thể hoạt động bền bỉ trong một thời gian rất dài mà không cần các hoạt động bảo trì, bảo dưỡng. Với những đặc điểm này, lò hơi điện trở cực kỳ phù hợp để lắp đặt tại các khách sạn, hoặc các cơ sở sử dụng hơi để chăm sóc sức khỏe như các phòng tắm hơi, …
Nhược điểm lớn nhất của dạng lò hơi này là chi phí sử dụng năng lượng. Vì năng lượng điện là loại năng lượng đắt nhất trong các loại năng lượng được sử dụng phổ biến hiện nay nên nếu có nhu cầu sử dụng một lượng hơi lớn, lò hơi điện sẽ yêu cầu chi phí rất lớn khi vận hành. Do đó, đối với những ứng dụng tương tự nhưng ở quy mô lớn, lò hơi ống lò ống lửa có thể là một lựa chọn hợp lý hơn.
Hình 10: Lò hơi điện trở (sử dụng năng lượng điện để sinh hơi).
Ngoài những dạng lò trên, còn có rất nhiều dạng lò hơi khác được sử dụng trong những trường hợp đặc thù về nhiên liệu hoặc điều kiện hoạt động. Những dạng lò này thường không được sử dụng phổ biến nhưng bù lại, chúng có những ưu điểm riêng khó lòng thay thế. Do đó, đối với những trường hợp cụ thể, quý độc giả có thể liên hệ trực tiếp với công ty Martech để được tư vấn nhằm có được lựa chọn tốt nhất, phù hợp nhất.
Đối với thông tin chi tiết về những dạng lò đặc biệt này, sẽ được đề cập đến trong những bài viết chuyên sâu ở những chuyên đề sau.
