Tìm Hiểu Về Lò Hơi - Cấu Tạo, Nguyên Lý Và Phân Loại Lò Hơi

Trong quá trình sản xuất và sử dụng năng lượng dưới dạng nhiệt năng thì việc sinh hơi và đưa đến hộ tiêu dùng có một vai quan trọng. Việc sản xuất và sử dụng hơi đã có từ rất lâu. Đến nay đã có hàng triệu chiếc lò hơi ra đời với hàng trăm kiểu dáng và quy mô khác nhau. Có những chiếc lò hơi nhỏ, mỗi giờ chỉ sản xuất được mấy chục lít nước nóng hoặc bão hòa ở áp suất bình thường nhưng cũng đã có những lò hơi đồ sộ, mỗi giờ sản xuất đến ba bốn ngàn tấn hơi áp suất đến trên dưới 300 bar, nhiệt độ trên 600 o C cấp hơi cho tổ máy phát điện đến 1200 ~ 1300MW.

Rõ ràng việc sản xuất và sử dụng nhiệt của hơi nước đã góp phần quan trọng trong công cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật, phát triển của xã hội và nâng cao đời sống nhưng cũng cần lưu ý là hơi nước ở áp suất và nhiệt độ cao cũng rất nguy hại, không chỉ tài sản mà còn đến tính mạng con người.

Nhiệm vụ của thiết bị sinh hơi

Thiết bị sinh hơi (TBSH) có hai nhiệm vụ chính đó là:

1/ Chuyển hóa các dạng năng lượng khác thành nhiệt năng; trong các buồng đốt nhiên liệu hữu cơ. chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu hưu cơ như than đá, dầu mỏ, khí đốt…v.v..thành nhiệt năng của sản phẩm cháy; trong các lò phản ứng nguyên tử ra tiến hành các phản ứng phân hủy hoặc tổng hợp hạt nhân nguyên tử phát hiện ra nhiệt; trong lò hơi mặt trời, các bộ thu hấp thụ năng lượng bức xạ của mặt trời rồi chuyển hóa thành nhiệt năng; trong lò hơi địa nhiệt chất tải nhiệt hoặc môi chất hấp thụ nhiệt năng trong lòng quả đất; trong lò điện chuyển điện năng thành nhiệt năng…v.v.

2/ Truyền nhiệt năng sinh ra cho các chất tải nhiệt hoặc môi chất để đưa chúng từ thể lỏng có nhiệt độ thông thường lên nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ sôi môi chất để đưa chúng từ thể lỏng có nhiệt độ thông thường lên nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ sôi, biến thành hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại Lò Hơi dùng nhiên liệu hữu cơ

Ở đây giới thiệu ba loại TBSH (Lò Hơi) điển hình: lò hơi đốt thủ công, lò hơi ghi xích và lò hơi đốt phun.

A/ Cấu tạo.

a. Lò hơi đốt thủ công (hình 1-1a) – Đây là loại lò hơi đơn giản nhất, lâu đời nhất, đốt nhiên liệu rắn. Thông thường loại lò hơi này gồm các bộ phận chính như sau: ba lông (bao hơi) (1) chứa nước, hơi và cũng là bề mặt truyền nhiệt. Van hơi chính (2) để đóng mở và điều chỉnh lượng hơi cung cấp ra. Van nước cấp (3) để đóng mở và điều chỉnh lượng nước đưa vào lò hơi. Ghi lò (4) được lắp cố định, có nhiệm vụ đỡ nhiên liệu không cho rơi lọt, cho gió cấp một đi qua để đốt cháy nhiên liệu và thải tro xỉ. Buồng lửa (5) là không gian để đốt cháy các chất khí và các hạt nhiên liệu nhỏ bay theo khói. Hộp tro xỉ (6) cũng là buồng cấp gió. Cửa gió (7) cũng là của lấy tro xỉ. Cửa cấp nhiên liệu (8) có thể đóng mở cấp nhiên liệu và ống khói (9) tạo thành sức hút để thải ra ngoài sản phẩm cháy cùng một ít tro xỉ bay theo

Hình 1.1a. Lò hơi đốt thủ công

b. Lò hơi ghi xích (hình 1- 1b) đây là loại lò hơi thường có công suất nhỏ hoặc trung bình, gồm có các bộ phận chủ yếu sau: balông (1) chưa hơi, một phần nước và không còn làm nhiệm vụ bề mặt sinh hơi chính nữa. Van hơi chính (2); đường nước cấp (3); ghi lò (4) có dạng một cái xích làm nhiệm vụ cấp nhiên liệu rắn, cho gió cấp một đi qua để đốt cháy nhiên liệu và thải tro xỉ ra ngoài; buồng lửa (5); hộp tro xỉ (6) để chứa nhiên liệu và tro xỉ lọt rồi thải ra ngoài; hộp gió (7) để cung cấp gió cấp một qua ghi cho lớp nhiên liệu trên ghi; phểu than (8) để đụng và rót nhiên liệu xuống một đầu ghi xích; ống khói (9) để thải sản phẩm chảy ra ngoài; bộ sấy không khí (10) để đốt nóng không khí trước khi vào buồng lửa; quạt gió (11) để đẩy gió vào; quạt khói (12) tạo thành sức hút để thải sản phẩm cháy ra; bộ hàm nước (13) để đốt nóng nước trước khi được bơm nước (13a) đưa vào lò; dàn ống nước xuống (14), ống góp dưới (15), dàn ống nước lên (16), dãy pheston (17) cùng với balông tạo thành vòng tuần hoàn tự nhiên của nước và hơi; và bộ quá nhiệt (18) để đưa hơi bão hòa chuyển thành hơi quá nhiệt cung cấp cho hộ tiêu dùng.

Hình 1-1b Lò hơi ghi xích

c/ Lò hơi đốt phun (hình 1-1c). Đây là loại lò hơi được sử dụng với công suất trung bình và lớn, có thể đốt nhiên liệu rắn thành nghiền bột, nhiên liệu lỏng phun thành hạt hoặc nhiên liệu khí. Lò hơi đốt phun thường gồm các bộ phận chính sau:

balông (1); van hơi chính (2); đường nước cấp (3); vòi phun nhiên liệu (4); buồng lửa (5) là không gian để đốt cháy tất cả nhiên liệu phun vào lò; phễu tro lạnh (6) để làm nguôi các hạt tro xỉ trước khi thải ra ngoài trong trường hợp thải xỉ khô; giếng xỉ (7) để hứng tất cả xỉ ra ngoài; bơm nước cấp (8); ống khói (9); bộ sấy không khí (10); quạt gió (11); quạt khói (12); bộ hàm nước (13); dàn ống nước xuống (14); dàn ống nước lên (15); dãy pheston (17) và bộ quá nhiệt (18)

Hình 1 -1c. Lò đốt than phun

Tóm lại, cấu tạo của lò hơi nhằm thực hiện hai nhiệm vụ chính: một là chuyển hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của sản phẩm cháy, nghĩa là đốt nhiên liệu thành sản phẩm đốt cháy có nhiệt độ cao; hai là đưa nước cấp vào lò, tiếp nhận nhiệt từ sản phẩm cháy, biến thành nước nóng, nước sôi, hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ thỏa mãn yêu cầu của hộ sử dụng; do vậy cấu tạo lò hơi gồm các hệ thống sau:

1/ Hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu: trong lò hơi thủ công, gồm có cửa cấp nhiên liệu (8), ghi lò (4), buồng lửa (5); trong lò ghi xích gồm có phểu than (8), ghi xích (4), buồng lửa (5), trong lò hơi đốt than phun gồm có vòi phun nhiên liệu và buồng lửa (5), nếu đốt than, trước đó phải có hệ thống nghiền than thành bột.

2/ Hệ thống cấp không khí và thải sản phẩm cháy, bao gồm cửa gió, quạt gió (11), ống khói (9), quạt khói (12), nhiều trường hợp còn có bộ sấy không khí (10), hộp tro xỉ, đôi khi còn có bộ khử bụi để giảm mài mòn cánh quạt khói.

3/ Hệ thống cấp nước gồm bơm nước cấp để cấp đủ lưu lượng và áp suất nước cho lò hơi, nhiều khi còn có bộ hâm nước (13) để gia nhiệt nước trước khi đưa vào.

4/ Hệ thống sản xuất nước nóng, nước sôi, hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt đủ áp suất và nhiệt độ, thỏa mãn yêu cầu của hộ sử dụng, thường bao gồm các loại bề mặt truyền nhiệt như dàn ống nước lên (16), dàn pheston (17), dàn ống nước xuống (14), ống góp dưới (15), balông (1) và nhiều khi còn có cả bộ quá nhiệt (18)

Trên đây là những bộ phận chủ yếu, ngoài ra còn nhiều trang bị phụ như hệ thống đo lượng, điều khiển, hệ thống an toàn, khung lò, cách nhiệt, tường lò.v.v…

B/ Sơ lược quá trình vận hành lò hơi:

a/ Quá trình vận hành lò hơi thủ công:

Loại lò hơi này chỉ đốt được nhiên liệu rắn. Nhiên liệu được đưa vào qua cửa cấp, xếp thành lớp lên ghi lò, nhận nhiệt từ lớp nhiên liệu đang cháy bằng dẫn nhiệt, từ tường buồng lửa và ngọn lửa bằng bức xạ và từ không khí nóng và sản phẩm cháy từ lớp nhiên liệu đi lên bằng đối lưu.

Sau khi nhận nhiệt, nhiên liệu được sấy nóng, sấy khô, tách chất bốc và tạo thành cốc. Mặt khác, không khí được ống khói, quạt gió, quạt khói đưa vào, có khi còn được đưa qua bộ sấy không khí để sấy nóng nước, đi qua ghi, tiếp xúc với lớp nhiên liệu và cháy những thành phần được, tạo thành sản phẩm cháy và tro xỉ.

Tro xỉ được thải ra ngoài qua ghi xuống hộp tro xỉ hoặc qua cửa cấp nhiên liệu; còn sản phẩm cháy ở thể khí thì hấp thụ nhiệt của phản ứng cháy, được đốt nóng đến nhiệt độ khá cao, có thể đạt đến khoảng 800 – 1500 o C, đi qua bề mặt truyền nhiệt, truyền nhiệt cho môi chất, nhiệt độ của sản phẩm cháy giảm dần, cuối cùng có thể giảm đến khoảng 120 – 350 o C trước khi thải ra ngoài. Còn môi chất là nước, được bơm nước bơm vào, có trường hợp còn đi qua bộ hâm nước, qua các bề mặt truyền nhiệt, nhận nhiệt từ sản phẩm cháy có nhiệt độ cao, nhiệt độ tăng dần thành nước nóng, nước sôi hoặc hơi bão hòa khô cung cấp cho hộ sử dụng. Loại lò hơi thủ công thường sản xuất nước nóng, nước sôi hoặc hơi bão hòa khô ở áp suất thấp, không quá 15 bar và công suất cũng nhỏ, thường không quá 2 tấn/h.

b/ Quá trình vận hành lò hơi ghi xích.

Nhiên liệu được đưa đến tập trung ở phễu rồi rót lên  phần đầu của ghi xích, ghi xích quay với tốc độ khá chậm, khoảng từ 2 đến 30m/h, từ từ đưa nhiên liệu vào trong buồng lửa. Nhiên liệu nhận nhiệt từ buồng lửa và sản  phẩm cháy được sấy nóng, sấy khô, thoát chất bốc, tạo cốc và khi gặp không khí cấp một đưa từ ghi lên thì cháy, tạo thành sản phẩm cháy và tro xỉ. Tro xỉ còn lại được cái gạt xỉ gạt xuống phểu tro rồi thải ra ngoài.

Sản phẩm cháy đi vào buồng lửa mang theo một ít chất khí và hạt nhiên liệu nhỏ chưa cháy hết sẽ gặp gió cấp hai đưa từ phía trên lớp nhiên liệu và cháy kiệt. Nhờ hấp thụ nhiệt của phản ứng cháy, nhiệt độ của sản phẩm cháy có thể lên đến khoảng 1000 o C đến 1500 o C, khi đi qua các bề mặt truyền nhiệt, truyền bớt nhiệt cho môi chất, nhiệt độ giảm xuống đến 120 o đến 250 oC trước khi thải ra ngoài.

Mặt khác nước được bơm qua bộ hãm nước, đưa vào balông, trong khi chuyển động tuần hoàn qua dàn ống xuống, ống góp dưới, dàn ống lên trở về balông đã nhận nhiệt biến dần thành nước nóng, nước sôi, hơi bão hòa rồi có thể đi qua bộ quá nhiệt trở thành hơi quá nhiệt.

Lò hơi ghi xích thường dùng trong phạm vi thông số và công suất thấp hoặc trung bình, khoảng từ 4 đến 35 tấn/h.

c/ Quá trình vận hành của lò hơi đốt phun:

Đây là loại lò hơi dùng phổ biến hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện ở nước ta, có thể đốt nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng phun thành hạt hoặc nhiên liệu rắn nghiền thành bột mịn có đường kinh khoảng 40 µm. Bột nhiên liệu được gió cấp một thổi qua vòi phun đưa vào buồng lửa, tạo cốc và bắt đầu cháy. Mặt khác dưới tác dụng của quạt gió, quạt khói, không khí được đưa vào đầy đủ, cháy kiệt các chất bốc và cốc, tạo thành sản phẩm cháy và tro xỉ ở nhiệt độ cao.

Trong xỉ bị cháy lỏng, một bộ phận kết lại với nhau thành hạt lớn rơi xuống đẩy buồng lửa, có thể thải ra ngoài dưới dạng xỉ lỏng nếu như không làm nguội, cũng có thể làm nguội trong phểu tro lạnh, đông đặc lại rồi thải ra ngoài dưới dạng xỉ khô. Những hạt tro xỉ nhỏ bị dòng sản phẩm cháy cuốn theo, nguội dần do truyền nhiệt cho môi chất qua các dàn ống, đông đặc lại trước khi ra khỏi buồng lửa, rồi theo sản phẩm cháy đi qua bộ khử bụi bị tách ra hoặc thải ra ngoài qua ống khói. Tuy nhiên cũng có một số bộ phân bám lại trên các bề mặt truyền nhiệt hoặc trên các đường ống dẫn khói. Sản phẩm cháy khi ở trong buồng lửa cũng có nhiệt độ khá cao, khoảng 1200 o C đến 1600 o C, qua bề mặt truyền nhiệt cho môi chất, nhiệt độ giảm xuống khoảng đến 120 o C đến 180 o C trước khi thải ra ngoài. Nước được bơm qua bộ hâm nước, được đốt nóng đến xấp xỉ nhiệt độ bão hòa rồi đưa vào ba lông, sẽ đi xuống theo dàn ống xuống, tức là những dàn ống nhận nhiệt ít hoặc không nhận nhiệt, qua ống góp dưới rồi đi lên theo dàn ống lên, tức là những dàn ống được nhận nhiệt nhiều, vì trong các dàn ống này nước bốc hơi nhiều tạo thành hỗn hợp nước và hơi có khối lượng riêng nhỏ, rồi lại trở về ba lông. Ở đây, hơi được tách ra, được đưa ra ngoài sử dụng hoặc đưa qua bộ quá nhiệt để tiếp tục đốt nóng, còn phần nước còn lại tiếp tục trở về ống xuống cùng với nước cấp, tạo thành vòng tuần hoàn tự nhiên. Lò hơi đốt than phun thường cung cấp hơi nước chạy các tuabin có thông số trung hoặc cao. Có thể lên đến áp suất hai ba trăm bar, nhiệt độ xấp xỉ 600 o C, công suất trung bình hoặc lớn có thể lên đến trên dưới 3000T/h.

Trên đây là những chia sẽ về kiến thức lò hơi. Trong bài viết là cập nhật kiến thức tổng hợp, bạn có hỏi đáp gì đừng ngần ngại để lại comment chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn sớm nhất. Nếu bạn cần tìm hiểu các loại van công nghiệp dùng cho lò hơi thì bài viết sau sẽ là gợi ý dành cho bạn