Lò Hơi Tầng Sôi - Lò Hơi Bách Khoa - Hex-boilers

Lò hơi tầng sôi (Fluidized Bed Boiler) là một trong những công nghệ sinh hơi tiên tiến nhất hiện nay, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp có nhu cầu tiêu thụ nhiệt và hơi lớn như thực phẩm – đồ uống, dệt nhuộm, sản xuất giấy, chế biến gỗ, năng lượng, hóa chất…

Đặc trưng nổi bật của công nghệ tầng sôi nằm ở khả năng đốt được các nhiên liệu nhiệt trị thấp, vốn là phế phẩm nông – lâm nghiệp như trấu, vỏ cây, mùn cưa, dăm gỗ, vỏ hạt điều, vỏ cà phê… Đây đều là những loại nguyên liệu sẵn có theo vùng miền, giá rẻ, giúp doanh nghiệp giảm đáng kể chi phí vận hành.

Xem thêm sản phẩm nổi bật tại đây: Lò hơi tầng sôi đốt biomass

Giới thiệu chung về công nghệ lò hơi tầng sôi

Công nghệ tầng sôi được xem là lựa chọn ưu việt so với các công nghệ lò ghi truyền thống nhờ:

• Hiệu suất năng lượng cao hơn.
• Khả năng đốt đa nhiên liệu mà vẫn đảm bảo công suất.
• Kiểm soát khí thải tốt hơn, đặc biệt các hợp chất NOx, SOx.
• Mức độ tự động hóa cao, vận hành ít nhân công.

Với hàng loạt ưu điểm vượt trội, lò hơi tầng sôi đang trở thành xu hướng tất yếu trong các nhà máy chuyển đổi từ than sang biomass, phù hợp với định hướng giảm phát thải CO₂ toàn cầu.

Lò hơi tầng sôi là gì? – Khái niệm & nguyên lý tạo tầng sôi

Lò hơi tầng sôi là công nghệ đốt mà trong đó nhiên liệu được cấp vào buồng đốt dạng cột thẳng đứng. Tại đây, gió cấp 1 (primary air) được thổi từ đáy buồng đốt với vận tốc đủ lớn để làm cho hỗn hợp nhiên liệu – cát – vật liệu nền chuyển động lơ lửng, tạo thành một lớp tầng sôi có tính chất giống chất lỏng.

Trong môi trường này:

• Nhiên liệu được đảo trộn mạnh và cháy đều.
• Trao đổi nhiệt diễn ra hiệu quả.
• Các hạt nhiên liệu chưa cháy được cuốn lên phần trên, sau đó rơi xuống và tiếp tục chu trình cháy, hoặc được hồi lưu qua hệ thống hồi tro (return ash system) để cháy lại lần nữa.

Đây chính là cơ chế giúp nhiên liệu cháy kiệt, đảm bảo hiệu suất cao và hạn chế tro xỉ.

Đặc điểm cơ bản & khả năng đốt của lò hơi tầng sôi

Lò hơi tầng sôi được thiết kế nhằm đốt hiệu quả các nguyên liệu có:

• Kích thước nhỏ,
• Nhiệt trị thấp,
• Chất lượng không đồng đều,
• Độ ẩm tương đối cao.

Các loại nhiên liệu phù hợp bao gồm:

• Than cám 0–10 mm,
• Trấu rời,
• Mùn cưa, dăm bào,
• Vỏ cây băm, vỏ cà phê, vỏ điều,
• Rác thải công nghiệp đã qua xử lý,
• Biomass dạng viên/nén hoặc xay nhỏ.

Nhờ cơ chế sôi hóa và tuần hoàn nhiên liệu, lò hơi tầng sôi cho phép sử dụng nhiều loại nguyên liệu bản địa, giúp doanh nghiệp giảm phụ thuộc vào một nguồn nhiên liệu duy nhất – điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh giá nhiên liệu biến động mạnh.

Ưu điểm của lò hơi tầng sôi

Đốt đa nhiên liệu – Chi phí nhiên liệu tối ưu

Lò hơi tầng sôi có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu rẻ và sẵn tại địa phương, đặc biệt là biomass – phế phẩm từ nông nghiệp, lâm nghiệp. Ví dụ:

• Miền Nam: trấu
• Miền Trung – Tây Nguyên: vỏ cà phê, vỏ điều
• Miền Bắc: dăm gỗ, vỏ cây băm

Điều này giúp giảm chi phí vận chuyển, giảm phụ thuộc vào một loại nhiên liệu và đảm bảo tính ổn định khi giá nhiên liệu thị trường biến động mạnh.

Tự động hóa cao

Hầu hết các hệ thống tầng sôi hiện đại chỉ cần 1–2 nhân sự để vận hành toàn bộ hệ thống nhờ:

• Các thiết bị điều khiển tự động,
• Cảm biến đo lưu lượng nhiên liệu,
• Hệ thống gió được điều chỉnh theo tải,
• Cơ chế đốt tuần hoàn tự cân bằng theo trạng thái nhiên liệu.

Khả năng kiểm soát khí thải

Lò hơi tầng sôi có nhiệt độ buồng đốt dưới 900°C – mức tối ưu giúp hạn chế phát sinh NOx, đồng thời hệ thống bổ sung đá vôi giúp hấp thụ SOx nếu nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao.

Kết hợp cyclone chùm, lọc bụi túi vải và bể dập bụi, hệ thống đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn khí thải tại Việt Nam.

Hiệu suất cháy cao – Cháy kiệt nhiên liệu

Nhờ lớp tầng sôi đảo trộn liên tục, nhiên liệu tiếp xúc đồng đều với không khí, các hạt chưa cháy sẽ được hồi lưu để tiếp tục cháy, đảm bảo:

• Cháy kiệt,
• Giảm tro xỉ,
• Gâng cao hiệu suất,
• Hạn chế bám cặn nhiệt trên các dàn ống.

Nhược điểm của lò hơi tầng sôi

Dù có nhiều ưu điểm, lò hơi tầng sôi vẫn tồn tại một số hạn chế cần được xem xét trong thiết kế:

• Cần diện tích lắp đặt lớn hơn lò ghi truyền thống.
• Kho nhiên liệu phải rộng vì lượng tiêu hao lớn và nhiên liệu rời không nén chặt được.
• Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn do hệ thống xử lý khí thải, hồi tro và phân phối gió phức tạp.

Nguyên lý làm việc của lò hơi tầng sôi

Quá trình đưa nhiên liệu vào buồng đốt

• Nhiên liệu (vỏ cây băm, trấu, than cám, ...) được xe chở liệu chuyển đến hố cấp liệu sau đó được băng tải vận chuyển đến phễu cấp liệu. Tại đây, nhiên liệu được lưu trữ và đưa vào buồng lửa thông qua trục vít.

Quá trình cháy trong buồng đốt

• Sau khi nhiên liệu được đưa vào buồng lửa sẽ diễn ra quá trình cháy nhờ nhiệt bức xạ trong buồng lửa. Gió cấp 1 có nhiệt độ cao từ dưới nấm gió cấp lên với tốc độ cao làm nhiên liệu cháy trong trạng thái lơ lửng, bồng bềnh như sôi đồng thời làm không khí và nhiên liệu tiếp xúc tốt hơn giúp nhiên liệu cháy kiệt hơn. Đồng thời trong quá trình cháy cũng hình thành các khí như CxHy,CO, H2,... . Để cháy hoàn toàn các khí đó, trong buồng lửa có bố trí các vòi phun gió cấp 2 được bố trí ngay phía trên lớp sôi.

Hệ thống thu hồi năng lượng

• Sau khi quá trình cháy xảy ra ở buồng lửa, khói thải với nhiệt độ cao khoảng 800-900oC được đưa đến buồng đốt gồm các dàn ống chứa nước bên trong. Tại đây diễn ra quá trình trao đổi nhiệt giữa khói thải và nước, làm nước trong các dàn ống sôi lên và được tập trung lại ở thân nồi,
• Sau khi qua buồng đốt, khói thải tiếp tục được cho đi trong các dàn ống của thân nồi để tiếp tục tận dụng nhiệt để làm sôi nước. Đồng thời tại thân nồi cũng chia thành hai vùng là vùng chứa nước và vùng chứa hơi bão hòa.
• Tại vùng hơi bão hòa, trước khi được đưa đến thiết bị sử dụng hơi của khách hàng, hơi nước sẽ được đi qua bộ phân ly hơi được tích hợp sẵn ở thân nồi để làm giảm lượng nước cuốn theo, từ đó làm tăng chất lượng hơi nước. Đặc biệt, không gian và diện tích các dàn ống trong buồng đốt được thiết kế tối ưu, đồng thời các dàn ống cũng được bố trí để định hướng làm tăng quãng đường đi của khói thải trong buồng đốt, từ đó làm tăng thời gian lưu của khói thải để quá trình trao đổi nhiệt diễn ra tốt hơn.
• Về phần khói thải sau khi đi qua thân nồi sẽ được tiếp tục dẫn đến bộ hâm nước và bộ sấy không khí. Tại bộ hâm nước khói thải được đi ở ngoài dàn ống, nước được đi bên trong các dàn ống. Nhiệt từ khói thải được truyền nhiệt thông qua vách ống cho nước cấp làm nhiệt độ nước cấp tăng lên khoảng 100oC trước khi được cấp vào thân nồi. Khói thải tiếp tục được cho đi qua bộ sấy. Tại đây, khói thải được dẫn trong các dàn ống truyền nhiệt cho gió cấp 1 ở bên ngoài trước khi được cấp vào buồng lửa.

Mô hình lò hơi tầng sôi dạng ống nước (Nguồn Enthalpy)

Hệ thống xử lý khí thải

Sau khi đi qua bộ sấy không khí khói thải được cho đi qua cyclon chùm gồm nhiều phần tử cyclon với nguyên lý hoạt động như sau:

• Khói thải lẫn tro bay được dẫn vào thiết bị xử lý cyclon theo phương tiếp tuyến với ống trụ và được cho chuyển động xoáy tròn hướng xuống dưới. Khi dòng khí gặp phễu sẽ bị đẩy ngược lên và chuyển động xoáy trong ống trụ của mỗi phần tử cyclon. Trong quá trình này, dòng khí trong cyclon sẽ chuyển động liên tục và tro bay dưới tác dụng của lực li tâm sẽ va vào thành thiết bị, mất quán tính và rơi xuống dưới đáy của hệ thống và được thải ra ngoài nhờ van xoay. Do thiết kế gồm nhiều phần tử cyclon lên thiết bị có khả năng lọc bụi tốt hơn, đảm bảo vẫn có khả năng lọc tro bay tốt khi có phần tử bị hỏng và có khả năng dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng hơn.

Các quá trình làm việc trong lò hơi tầng sôi

Quá trình cháy nhiên liệu

Quá trình cháy nhiên liệu là quá trình xảy ra trong buồng đốt, tại buồng đốt sự cháy nhiên liệu là quá trình sinh ra nhiệt lượng, là nguồn năng lượng phục vụ cho toàn bộ quá trình làm việc chuyển hóa nước thành hơi nước của lò hơi.

Buồng đốt lò hơi tầng sôi phù hợp với các loại nhiên liệu xấu và có kích thước nhỏ và tương đối đều nhau như than cám, trấu rời, mùn cưa, vỏ hạt điều, vỏ cà phê, dăm gỗ, vỏ cây băm…

Một đặc điểm cần lưu ý về quá trình cháy trong buồng đốt đó là nhiên liệu được cháy tuần hoàn. Tức là nhiên liệu sau khi cháy trong buồng chính của buồng đốt, một phần nhiên liệu chưa chạy kiệt sẽ được hồi lại và quay lại buồng đốt và tiếp tục quá trình cháy thông qua hệ thống hồi tro.

Quá trình cấp nhiên liệu

Nhiên liệu sử dụng cho lò hơi tầng sôi là loại nhiên liệu đã được xử lý trước, để đảm bảo kích thước và độ đồng đều về kích thước của nhiên liệu. Nhiên liệu được cấp vào phễu đầu vào băng tải, sau đó nhiên liệu được băng tải vận chuyển lên phễu liệu trung gian. Từ phễu chứa nhiên liệu trung gian, nhiên liệu được vít tải tiếp tục vận chuyển vào buồng đốt. Trước khi nhiên liệu đi vào buồng đốt thì cụm gió cấp liệu đã hoạt động bên dưới, nhằm mục đích phân phối đều nhiên liệu trong buồng đốt.

Quá trình cung cấp không khí vào buồng đốt

Các nhà chế tạo nôi hơi hiện nay đang bố trí 4 kênh cấp không khí vào buồng đốt. Tuy nhiên ngoài chức năng giống nhau là cung cấp một lượng không khí đủ để sự cháy nhiên liệu diễn ra hiệu quả thì mỗi kênh đều có chức năng riêng kèm theo của nó, cụ thể:

• Quạt thổi cấp 1 (hay còn gọi là quạt thổi tầng sôi) có thêm chức năng là tạo ra áp lực đẩy từ dưới lên của buồng đốt, giúp nhiên liệu được đẩy lên phía trên cùng của của buồng đốt lò hơi trong quá trình cháy. Và cuối cùng nhiên liệu sẽ được hút ra ngoài phía cuối lò hơi khi đã cháy kiệt.
• Quạt gió cấp 2: Là quạt có chức năng cấp thêm một lượng không khí phía trên buồng đốt. Vì trong quá trình cháy, trong buồng đốt sinh ra một lượng khí CO, loại khí này có xu hướng bay lên trên và được hút ra cùng khói ra ngoài. Chính vì lý do đó, chúng tôi cung cấp thêm một lượng gió để giúp lượng khí CO này cháy kiệt, giúp sinh ra nhiệt lượng và giảm nồng độ CO phát thải ra môi trường.
• Quạt thổi liệu: Là quạt có chức năng thổi tung lượng nhiên liệu được cấp vào buồng đốt thông qua vít tải cấp liệu.
• Quạt hôi tro: Là quạt có chức năng thổi trợ lực để một lượng nhiên liệu chưa cháy hoàn toàn quay về buồng đốt thông qua hệ thống hồi tro để tiếp tục cháy lần 2.

Quá trình cấp nước cho lò hơi

Qúa trình của nước – hơi nước trong lò hơi là quá trình quan trọng nhất trong các hệ thống lò hơi.

Nước cấp cho lò hơi phải đảm bảo là nước sạch, phải xử lý qua bộ làm mềm nước để đảm bảo loại bỏ các thành phần có khả năng tại thành kết tủa cáu cặn trong lò hơi như các ion Mg, Ca… Ngoài ra nước cấp cho lò hơi cũng cần được châm hóa chất gây ức chế quá trình đóng cáu cặn. Mục đích là để hạn chế tối đa quá trình đóng cáu trong lò hơi. Việc đóng cáu rất tai hại đó là làm cho quá trình trao đổi nhiệt kém dần và lâu ngày gây tắc ống, nổ ống trong lò hơi.

Trong các hệ thống lò hơi tầng sôi thì nước được bố trí đi qua bộ hâm nước, tại đây nước nhận nhiệt từ khói thải lò hơi và nâng nhiệt độ lên khoảng 80 – 100 độ C. Quá trình trao đổi nhiệt trong bộ hâm nước mang lại 2 lợi ích:

• Thứ nhất là nâng cao nhiệt độ nước cấp lò hơi, giúp sinh hơi nhanh hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn.
• Thứ hai, làm giảm nhiệt độ khói thải, giúp bảo vệ các thiết bị phía sau lò hơi như đường gió, quạt hút, cyclone lọc bụi, ống khói… Nước cấp vào lò hơi, nhận nhiệt từ buồng đốt, từ đó sinh ra hơi nước và di chuyển vào khoang hơi một cách liên tục. Tại khoang hơi, hơi nước sẽ được dẫn đi đến nơi tiêu thụ thông qua một hệ thống đường ống dẫn.

Quá trình của gió cấp 1

Gió cấp một là lượng gió chính để cấp không khí (oxy) cho quá trình cháy nhiên liệu trong buồng đốt thông qua quạt gió cấp 1.

Thông thường gió cấp 1 sẽ không được quạt thổi thẳng vào buồng đốt mà được cho đi qua bộ sấy không khí, tại đây không khí sẽ được nhận nhiệt gián tiếp từ dòng khói thải lò hơi. Nhiệt độ không khí sau khi đi qua bộ sấy không khí sẽ được nâng lên từ 100 đến 120 độ C. Quá trình gia nhiệt cho không khí ở bộ sấy không khí này có nhiều lợi ích, cụ thể như sau:

Thứ nhất, không khí được nâng lên nhiệt độ cao trước khi cấp vào buồng đốt, giúp cho việc sấy nhanh nhiên liệu và hiệu quả cháy trong buồng đốt cao hơn nhiều.

Việc không khí nóng và nhiên liệu tiếp xúc và phản ứng cháy nhanh giúp cho lượng khí thải CO sinh ra ít, giúp cho các thành phần khí phát thải ra môi trường thấp.

Cũng giống như bộ hâm nước, nhiệt lượng trong khói thải lò hơi được truyền bớt cho không khí khi đi qua bộ sấy giúp cho nhiệt độ khói thải giảm xuống, giúp bảo vệ các thiết bị ở phía sau từ cyclone lọc bụi đến ống khói.

Quá trình của sản phẩm cháy

Sản phẩm cháy bao gồm tro bụi, và các thành phần khí sinh ra trong quá trình cháy như nước (ở dạng hơi), NOx, Sox, Cox… Hỗn hợp này đi ra khỏi lò hơi ở nhiệt độ cao.

Để tận dụng nhiệt và xử lý khói thải thì hỗn hợp này sẽ được lần lượt đi qua các thiết bị để xử lý.

Hỗn hợp sản phảm cháy đi qua bộ hâm và bộ sấy không khí giúp giảm nhiệt độ khói.

Hỗn hợp sản phẩm cháy đi qua bộ cyclone lọc bụi chùm, tại đây 90% lượng tro bụi sẽ được thu lại ở thể rắn ở dưới đáy cyclone.

Một quạt hút đủ công suất đặt phía sau cyclone có chức năng hút hỗn hợp sản phẩm cháy ra khỏi buồng đốt và tạo lực xoáy mạnh để cylone tách được tro bụi ra khỏi hỗn hợp khói.

Khói từ quạt hút sẽ được đẩy thẳng ra cụm tích hợp tháp dập bụi và bể dập bụi, hỗn hợp sản phẩm cháy lại một lần nữa được dập bằng nước để đảm bảo toàn bộ tro bụi sẽ được giữ lại trong bể lắng. Đảm bảo khói thải ra môi trường là khói đạt tiêu chuẩn khói thải theo quy định của nhà nước.

Đánh giá chung về lò hơi tầng sôi

Hệ thống lò hơi được thiết kế tự động hóa và tối ưu các quá trình hoạt động thông qua thời gian dài đưa vào sử dụng và cải tiến liên tục. Cho nên Lò Hơi Bách Khoa cam kết sẽ cung cấp tới quý khách hàng các hệ thống lò hơi chất lượng, đảm bảo hoạt động hiệu quả về mặt kinh tế, ổn định và an toàn nhất tại Việt Nam. Ngoài ra lò hơi tầng sôi của chúng tôi còn bao gồm các đặc điểm nổi bật như sau:

• Đặc điểm nổi trội đầu tiên là công nghệ lò hơi tầng sôi giúp lò hơi có thể đốt cháy hoàn toàn nhiều nhiên liệu thứ cấp, phế phẩm mà các lò hơi khác không thể đáp ứng được.
• Thứ 2 là công nghệ nồi hơi tầng sôi thiết kế bề mặt truyền nhiệt nhỏ và gọn hơn so với công nghệ cũ do vậy nhiệt sử dụng được tối đa, nhờ đó các nhiên liệu có thể cháy được hết.
• Nhiệt tạo ra mạnh và ổn định trong ngưỡng từ 800 – 900 độ C, các hạt cháy và nhiên liệu thường xuyên luân chuyển trong môi trường buồng đốt lò hơi cho nên nhiên liệu được đảm bảo cháy cùng, cháy kiệt.
• Khí NOx thải ra trong quá trình đốt lò cũng nhỏ hơn nhiều so với các công nghệ lò hơi truyền thống khác.
• Công nghệ lò hơi tầng sôi giúp giảm hiện tượng đóng xỉ trên bề mặt dàn ống sinh hơi và ống trao đổi nhiệt đối lưu của lò hơi. Đồng thời giảm hiện tượng bám tro trên bề mặt các thiết bị phía đuôi lò hơi.
• Một ưu điểm nữa đó chính là quá trình chuẩn bị nhiên liệu đơn giản hơn các phương pháp khác. Quá trình cấp nhiên liệu vào lò hơi được dễ dạng cơ giới hóa và tự động hóa như sử dụng các thiết bị như băng tải, vít tải.
• Giúp nhà máy tiết kiệm chi phí nhờ khả năng đốt cháy hoàn toàn nhiều loại nhiên liệu khác nhau.
• Có khả năng hoạt động tự động và liên tục.
• Tiết kiệm nhiên liệu tối đa trong quá trình vận hành, không bị tiêu hao nhiên liệu khi dừng sử dụng.
• Thân thiện môi trường, giảm ô nhiễm và các chất thải độc hại.
• Giúp tiết kiệm được thời gian, công suất cho việc vệ sinh lò.
• Dễ sử dụng, dễ vận hành và khởi động một cách nhanh chóng.
• Chi phí duy trì và sửa chữa thấp.
• Tuổi thọ và độ bền cao.

Công nghệ lò hơi tầng sôi đã chứng minh được vai trò then chốt trong các hệ thống sinh hơi hiện đại nhờ tính linh hoạt cao về nhiên liệu, hiệu suất đốt vượt trội và khả năng kiểm soát khí thải hiệu quả. Với cơ chế cháy tuần hoàn, phân phối gió tối ưu và khả năng đốt hoàn toàn các loại phế phẩm nông – lâm nghiệp, lò hơi tầng sôi không chỉ giúp doanh nghiệp giảm đáng kể chi phí vận hành mà còn đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về môi trường. Bên cạnh đó, sự chủ động trong nguồn nhiên liệu và tiềm năng giảm phát thải CO₂ lớn khiến công nghệ tầng sôi trở thành lựa chọn phù hợp cho xu hướng chuyển đổi năng lượng hiện nay.

Trong bối cảnh chi phí năng lượng tăng và yêu cầu kiểm soát phát thải ngày càng khắt khe, việc đầu tư hoặc chuyển đổi sang lò hơi tầng sôi là một giải pháp chiến lược giúp doanh nghiệp nâng cao tính bền vững, ổn định nguồn năng lượng và tối ưu hiệu quả sản xuất dài hạn. Công nghệ này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn đóng góp tích cực vào mục tiêu phát triển xanh và tiết kiệm năng lượng trong ngành công nghiệp Việt Nam.

Hi vọng với bài viết trên, Lò Hơi Bách Khoa cung cấp đến quý anh/chị các thông tin hữu ích về hệ thống lò hơi tầng sôi công nghiệp đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay./.