- 22/12/2022
- By Huy Nguyen
- Lò hơi
Cấu tạo lò hơi tầng sôi là buồng đốt kiểu tầng sôi ,được thiết kế để có thể đốt đa dạng các loại nhiên liệu khác nhau từ than đá, rác thải cho đến biomass (sinh khối) một cách linh hoạt. Hệ thống buồng đốt của lò hơi tầng sôi chứa các lớp nhiên liệu đốt như than, tro cát, xỉ, đá vôi, ,… Khi áp lực không khí tăng lên, lớp nhiên liệu bắt đầu giãn nở và trở nên lơ lửng, trong buồng đốt chúng chuyển động tự do và sôi giống như chất lỏng được gọi là tầng sôi hay lớp sôi để đốt cháy nhiên liệu.
Vậy cấu tạo lò hơi tầng sôi bao gồm những gì và nguyên lý hoạt động của lò hơi tầng sôi như thế nào hãy cùng KS-BOILER tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé.
Lò hơi tầng sôi là loại nồi hơi sử dụng công nghệ tầng sôi hiện đại đốt cháy nhiên liệu trong lớp sôi, được ứng dụng rất phổ biến trong các lĩnh vực công nghiệp, sản xuất, chế biến., Đồng thời lò hơi tầng sôicó vai trò rất quan trọng đối với các nhà máy công nghiệp có sử dụng nhiệt, nguồn năng lượng nhiệt sinh ra từ hệ thống lò hơi tầng sôi được sử dụng để phục vụ cho nhu cầu về nhiệt ở nhiều lĩnh vực khác nhau.
Nhờ công nghệ hiện đại cấu tạo lò hơi tầng sôi có thể đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu và tận dụng nguồn năng lượng tạo thành một cách triệt để, đồng thời lượng phát thải độc hại ra môi trường giảm đáng kể, đảm bảo sự cháy diễn ra hoàn toàn triệt để. Phương pháp này giúp tối ưu hiệu quả kinh tế và thân thiện với môi trường.
Cấu tạo lò hơi tầng sôi bao gồm 5 bộ phận như sau:
- Hệ thống cấp liệu
- Buồng đốt
- Hệ thống gió và khói
- Hệ thống thải xỉ và xử lý khí thải
- Bộ phận cụm sinh hơi
Hệ thống cấp nhiên liệu
Hệ thống cấp liệu của cấu tạo lò hơi tầng sôi là bộ phận làm nhiệm vụ cung cấp nguyên liệu đốt vào buồng đốt ( thân lò ), hệ thống cấp liệu gồm có băng tải,gàu tải, vít, …để giúp vận chuyển đưa các lớp nhiên liệu vào trong buồng đốt.
Không giống như lò hơi kiểu cũ ghi xích, ghi tĩnh, cấu tạo lò hơi tầng sôi phần nhiên liệu cấp cho lò hơi tầng sôi yêu cầu phải có kích thước đồng đều , độ lớn theo một tiêu chuẩn nhất định nhằm giúp quá trình đốt cháy đạt điều kiện cháy tối ưu.
Kch thước chuẩn thông thường của các nhiên liệu: Đối với than đá giới hạn kích thước là từ 0 đến 10 mm, riêng biomass giới hạn kích thước là từ 0 đến 50mm.
Các bộ phận băng tải , vít , gàu tải có thể sẽ vận chuyển nhiên liệu đến các silo chứa để dự trữ hoặc cấp trực tiếp đến lò hơi. Hệ thống cấp liệu sẽ được thiết kế để tối ưu nhất tùy theo loại nhiên liệu hoặc bố trí mặt bằng .
Ngoài ra, trong cấu tạo lò hơi tầng sôi bộ phận hệ thống cấp liệu sẽ được trang bị thêm các thiết bị cảm biến đo khối lượng (loadcell) lắp trên các phễu chứa nhiên liệu hay lắp trên băng tải nhiên liệu, giúp đo lường khối lượng nhiên liệu được cấp vào lò. Phục vụ cho việc theo dõi cũng như kiểm soát,tính toán mức độ tiêu hao nhiên liệu cũng như hiệu suất của lò hơi.
Đối với cấu tạo lò tầng sôi, nhiên liệu khi cấp vào lò có thể được phun bên trên mặt lớp sôi hoặc cấp từ bên dưới lớp sôi. Kiểu cấp nhiên liệu bên dưới lớp sôi chỉ được sử dụng đối với than đá đã được nghiền qua sơ bộ với kích thước nhỏ và trên thực tế hiếm gặp .
Một số lò hơi khi đốt các loại nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao nhằm giảm phát thải khí SOx sẽ cần cấp thêm đá vôi để xử lý . Các chất hấp thụ xử lý này sẽ được nghiền xuống kích thước cỡ hạt khoảng 0 – 6mm và phun vào buồng đốt.
Buồng đốt tầng sôi
Trong cấu tạo lò hơi tầng sôi bộ phận buồng đốt đóng vai trò chính của một lò hơi, nơi áp dụng công nghệ hiện đại vào quá trình đốt cháy nhiên liệu, tạo ra nguồn năng lượng nhiệt đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Hệ thống buồng đốt chứa các lớp nhiên liệu đốt như cát, xỉ, đá vôi, than, tro,…,theo định luật Archimedes. khi có một lượng khí áp suất cao được đưa vào từ mặt dưới của lớp hạt rắn và làm cho lớp hạt rắn giãn nở ứng xử như chất lỏng và sẽ trở thành một lớp tầng sôi. Các vật thể có khối lượng riêng nhỏ hơn sẽ nổi còn các vật thể có khối lượng riêng lớn hơn lớp hạt rắn sẽ chìm xuống.
Tùy vào kích thước hạt và vận tốc sôi sẽ chi phối trực tiếp độ sôi của lớp hạt rắn, tốc độ của dòng khí đi trong buồng đốt tăng nhanh hơn vận tốc sôi của lớp hạt rắn. Sự chênh lệch tốc độ này được gọi là vận tốc trượt. Khả năng hòa trộn nhiên liệu càng tốt và hiệu quả cháy sẽ càng cao khi vận tốc trượt càng lớn.
Đối với cấu tạo lò hơi tầng sôi thì buồng đốt bao gồm dưới thấp là một lớp nền sôi và một khu vực trống bên trên . từ quá trình đốt cháy nhiên liệu Năng lượng giải phóng ra được phân chia t theo tỷ lệ 88:12. giữa khu vực bên dưới và khu vực bên trên của buồng đ. Nghĩa là nguồn năng lượng tập trung chủ yếu ở khu vực lớp sôi .
Đối với cấu tạo lò hơi tầng sôi đốt than nhiệt độ lớp sôi được duy trì trong khoảng 800 – 900oC bằng cách trích xuất lượng nhiệt phù hợp.nhiệt độ lớp sôi phải được giữ ở dưới 750oC đối với lò đốt biomass, để tránh đóng keo lớp nền trong buồng đốt, trong biomass có hàm lượng hợp chất Natri và Kali cao sẽ làm giảm nhiệt độ nóng chảy của lớp nền.
Đối với buồng đốt than nhiệt lượng cao, để giữ nhiệt độ lớp nền trong khoảng yêu cầu thì cần thêm chùm ống bức xạ ngâm trong lớp sôi đây là phương pháp phổ biến ,Chùm ống này có thể là ống quá nhiệt, hoặc ống sinh hơi. Tuổi thọ của các chùm ống này thường thấp vì tiếp xúc trực tiếp với các hạt rắn chuyển động cần phải kiểm tra ,thay thế thường xuyên. Ngoài ra có thể sử dụng tuần hoàn xỉ với bộ giải nhiệt nằm bên ngoài hay tuần hoàn khói…để kiểm soát nhiệt độ lớp nền.
Đối với buồng đốt than nhiệt lượng trung bình và thấp có thể cũng sử dụng chùm ống bức xạ ,hoặc có thể tăng chiều cao sôi của lớp nền. Buồng đốt này được bao quanh bởi ống sinh hơi, lợi dụng độ sôi cao để hấp thụ lượng nhiệt sinh ra từ đó nhiệt độ buồng đốt được kiểm soát. Lợi ích của phương pháp này là dễ dàng thao tác vận hành và bảo trì, tuổi thọ buồng đốt cao . Tuy nhiên chiều cao lò hơi tăng,khi yêu cầu hiệu suất cao. cần có hệ tuần hoàn tro.
Trong cấu tạo lò hơi tầng sôi đối với buồng đốt ,kể cả là buồng đốt vách ướt đều cần phải có vật liệu chịu lửa bao quanh (gạch hoặc bê tông), nhằm bảo vệ các ống vách ướt khỏi mài mòn và quá nhiệt, và đảm bảo tuổi thọ buồng đốt . đối với biomass lớp bê tông cách nhiệt có thể yêu cầu dày hơn như trấu rời để dễ kiểm soát nhiệt độ buồng đốt hơn.
Bên trong buồng đốt , vật liệu nền là lớp chất rắn (thường là cát, xỉ, đá vôi, than, đá dolomit,…) Chiều cao lớp nền thường cao từ 120 đến 400mm, kích cỡ phổ biến của hạt rắn lớn khoảng 0.8 đến 1.2mm và khối lượng trung bình từ 1500 đến 2400kg/m3.
Hơn nữa, hạt làm nền với nhiên liệu đốt người ta thường trộn với tỉ lệ từ 1 đến 5%. Nhờ tỷ lệ lớp chất nền trong lớp cháy rất lớn nên khả năng buồng đốt giữ nhiệt tốt. Vì vậy cấu tạo lò hơi tầng sôi sẽ đốt cháy hoàn toàn rất nhiều nhiên liệu và nguồn năng lượng tạo thành được tận thu triệt để , đồng thời làm giảm lượng phát thải vẫn nằm trong tiêu chuẩn cho phép.
Hệ thống gió và khói
Hệ thống cấp gió của cấu tạo lò hơi tầng sôi bao gồm gió cấp một , gió cấp hai. trong đó Gió cấp một tạo lớp sôi sẽ được gia nhiệt khi đi qua bộ sấy không khí và đi vào buồng phân phối gió dưới đáy lò.
Bên trong buồng phân phối gió có nhiều béc-phun mục đích phân phối đều lượng gió tản ra đều khắp buồng đốt đốt giúp quá trình sôi diễn ra đồng đều hơn. Đồng thời các béc phun sẽ ngăn các hạt rắn trong lớp sôi lọt vào buồng cấp gió. đối với cấu tạo lò hơi tầng sôi việc thiết kế hệ thống phân phối gió để buồng đốt sôi đều là cực kỳ quan trọng.
Gió cấp hai sẽ được cấp vào vùng trống bên trên buồng đốt giúp cấp thêm oxy cho buồng đốt nhằm hỗ trợ quá trÌnh đốt chất các chất bốc bị đẩy lên cao
Trong khu vực buồng đốt của cấu tạo lò hơi tầng sôi nhiệt lượng khói sẽ bị hấp thụ bởi các tường nước xung quanh buồng đốt, khi đi từ buồng đốt dưới đến buồng đốt trên. Nhiệt độ khói sẽ giảm xuống còn khoảng 600oC khi qua khỏi buồng đốt .
Sau đó trước khi ra khỏi lò, khói tiếp tục đi qua vùng đối lưu và truyền nhiệt lượng cho các ống nước trong khu vực này . Tiếp đến , khói nóng sẽ đi qua bộ hâm nước, bộ sấy không khí và rồi đến hệ thống xử lý khói. Khói được đẩy lên ống khói và thải ra ngoài không khí, sau khi đạt các tiêu chuẩn môi trường,
Hệ thống thải xỉ và xử lý khí thải
Thông thường cấu tạo lò hơi tầng sôi tạo ra hai loại chất thải: Khói và chất thải rắn. Chất thải rắn thường là xỉ từ nhiên liệu đốt và sản phẩm từ các chất hấp thụ. Trong đó khỏi thải sẽ được ưu tiên xử lý qua hệ thống vì khói chiếm tỉ trọng lớn và cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm không khí.
Khi xả xỉ dưới buồng đốt xỉ kích thước lớn thường được lấy ra trong khi tro bay . còn xỉ kích thước rất nhỏ thường bay theo khói và được lấy ra tại phễu dưới bộ hâm nước – gió và tại các thiết bị lọc bụi. Tro bay có thể được đưa đến hệ thống thổi tro hoặc phòng chứa bằng vít tải, băng tải.
Đối với cấu tạo lò hơi tầng sôi, hệ thống này gồm thiết bị lọc bụi như Cyclone, Ventury, lọc bụi túi, lọc bụi tĩnh điện… và thiết bị xử lý khí độc như tháp xử lý SOx…Tuy nhiên, cấu tạo lò hơi tầng sôi thường thì buồng đốt sẽ duy trì nhiệt dưới 900 độ C, tạo được môi trường tốt nhất để giảm thiểu lượng khí độc hại như SOx, NOx.
Vì vậy đối với cấu tạo lò hơi tầng sôi không yêu cầu phải có các thiết bị xử lý phức tạp nhưng vẫn đáp ứng được các tiêu chuẩn môi trường khắt khe.
Bộ phận cụm sinh hơi
Giống như các lò hơi thông thường khác, cầu tạo lò hơi tầng sôi cũng có các cụm sinh hơi như tường nước, ống đối lưu, ống bức xạ ở khu vực buồng đốt trên cũng như ở khu vực đối lưu. có thể được bố trí các ống quá nhiệt.
Quá trình cấp nước được tuần hoàn từ balong khi nước cấp được bơm vào sẽ đi qua bộ hâm nước, tiếp đến đi xuống ống góp dưới, sau đó đi lên qua các ống vách ướt, đối lưu rồi được gia nhiệt đến nhiệt độ bay hơi để trở về balong thông qua ống vách ướt.
Tại balong nước sẽ được tách ra rồi cung cấp đến khách hàng. Còn Đối với lò quá nhiệt, hơi nước tách ra tại balong sẽ tiếp tục đi qua các ống quá nhiệt để trở thành hơi quá nhiệt được sử dụng để cho chạy tua bin hơi.
Lò hơi tầng sôi có nguyên lý hoạt động như thế nào
Đẩu tiên từ cấu tạo lò hơi tầng sôi thông qua hệ thống cấp liệu nhiên liệu được cấp vào khu vực buồng đốt đặt ở tường nước phía đầu buồng đốt. Lượng nhiên liệu cấp vào lò được căng chỉnh bởi tốc độ chuyển động của hệ thống cấp nhiên liệu. Quá trình dao động hỗn hợp của những hạt nhiên liệu rắn (nhiên liệu than và tro, xỉ) diễn ra tại buồng đốt của lò hơi tầng sôi.
Hỗn hợp các hạt vật chất rắn được phân thành từng lớp theo tỉ trọng của hạt nhiên liệu và chiều cao buồng đốt.để giúp thực hiện quá trình dao động này một luồng gió cấp một với vận tốc đủ lớn được đưa vào lò từ sàn đáy của buồng đốt
Từ quá trình đốt cháy khối không khí nóng được tạo ra sẽ xuôi theo dòng hỗn hợp không khí cháy và đi ra ngoài buồng đốt. Quá trình đốt cháy còn khiến các hạt nhiên liệu giảm dần kích thước và được hòa trộn với với lớp xỉ, cát có sẵn để tạo ra một lớp đệm nhiên liệu.
Đối với cấu tạo lò hơi tầng sôi trong buồng đốt quá trình nhiên liệu cháy được phân thành từng tầng theo chiều cao của buồng đốt và tùy theo tốc độ của gió cấp một và cấp hai.
Nhiệt lượng sinh ra từ quá trình cháy được truyền tới các ống nước qua các tường nước được bố trí xung quanh buồng đốt, đỉnh buồng đốt. các hạt tro bay theo khói nóng bay ra rời khỏi buồng đốt đi qua các bộ quá nhiệt và cuối cùng là dàn ống trao đổi nhiệt đối lưu rồi thoát ra khỏi lò.
Qua các vòi phun gió được đặt ở phía trên buồng đốt, gió cấp 2 được đưa vào buồng đốt cung cấp không khí cho các lớp sôi phía trên để giảm NOx, điều chỉnh nhiệt độ cháy và điều chỉnh hệ số không khí thừa trong buồng đốt.
Ở phần đuôi lò sau khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt đối lưu, khói được đưa vào bộ thu hồi năng lượng. Nguồn nhiệt từ khói thả ra sẽ tận dụng lại được gia nhiệt cho nước lẫn không khí được cấp vào lò. ở trước quạt hút, được bố trí bộ lọc bụi , tách những hạt tro bay ra khỏi dòng khói, trước khi khói được quạt hút thải ra ngoài ống khói.
