Lò hơi là gì? Cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò hơi công nghiệp

Lò hơi được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp, tại các nhà máy hóa chất, chế biến thực phẩm, rượu, bia, nước giải khát,… Bài viết sẽ cung cấp tổng quan những thông tin hữu ích về thiết bị này: Lò hơi là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò hơi cũng như các biện pháp đảm bảo an toàn cháy nổ lò hơi. Cùng tìm hiểu xem nhé!

1. Lò hơi là gì?

Là thiết bị chuyên dụng được hoạt động bằng nguồn nhiên liệu phù hợp để cung cấp nhiệt hoặc hơi nước nóng cho dây chuyền sản xuất, đời sống hoặc để hoạt động thiết bị khác như chạy tuabin phát điện.

1.1. Lò tải nhiệt dầu

• Dầu được gia nhiệt có thể lên đến 400 độ C, sau đó được đi cung cấp nhiệt cho thiết bị sản xuất qua bộ trao đổi nhiệt gián tiếp, nhiệt độ dầu bị giảm xuống và được bơm đưa về gia nhiệt lại. Chu trình hoàn toàn tuần hoàn kín.
• Có đường tách khí tự động từ dòng tuần hoàn dầu.
• Có bơm châm dầu bổ sung để đảm bảo hệ thống tuần hoàn dầu luôn đầy.
• Hoạt động ở áp suất thấp (khoảng 1-3 bar) nên chi phí sản xuất lò cũng thấp.
• Do cung cấp được nhiệt độ cao hơn lò hơi nước nên ứng dụng nhiều để truyền nhiệt.
• Năng suất lò thường dùng là Kcal/giờ.
• Chi phí vận hành thấp, không tốn chi phí xử lý nước và hoá chất.
• Hiệu quả cao đến trên 90%.
• Tuy nhiên cần chọn đúng loại vật liệu tiếp xúc dầu do nhiệt độ cao, thường xuyên kiểm tra chất lượng dầu tải (khoảng 4- 6 tháng / 1 lần).

Trong bài viết này chủ yếu đề cập đến các lò hơi nước

1.2. Lò hơi nước

Lò hơi nước gọi tắt là lò hơi hay nồi hơi, là chuyển nước trạng thái nước dạng lỏng thành hơi bão hoà hoặc hơi quá nhiệt.

Hơi bão hoà là hơi mà loại hơi mà pha lỏng và pha khí của nước cùng tồn tại ở một môi trường có nhiệt độ và áp suất nhất định.

Nước được chuyển từ dạng lỏng sang hơi mang nhiệt được đi đến điểm sử dụng hoặc trao đổi gián tiếp qua bộ trao đổi nhiệt hoặc trực tiếp vào sản phẩm, 1 phần hơi còn lại sẽ ngưng tụ và tiếp tục sử dụng lại.

Năng suất lò: phổ biến tấn hơi / giờ, ngoài ra còn có theo năng lượng như BTU, KW

Tấn hơi/giờ nghĩa là khả năng lò chuyển nước dạng lỏng là Tấn hay m3 thành tấn hay m3 hơi tại áp suất nhất định nào đó, ví dụ 1 T/h là 1 m3 nước thành 1 m3 hơi…Tuy nhiên cần phải xác định nhiệt độ nước cấp bằng cách xác định tỉ lệ hồi là bao nhiêu % trước khi thiết kế lò.

Cũng cần lưu ý chất lượng nước cấp vào vì không phải 100% nước được chuyển thành hơi mà còn phải xả đáy lò để tránh ăn mòn, cặn bám. Độ dày của cặn bám của phần lửa (fireside) và phần nước (waterside) cũng làm giảm đáng hiệu suất lò.

Nhiệt độ thu hồi từ nước ngưng tụ sẽ giúp tiết kiệm nhiều nhiên liệu đốt.

Hơi nước bão hoà được tiếp tục gia nhiệt để có độ ẩm thấp hơn, nhiệt độ và áp suất cao hơn gọi là hơi quá nhiệt để sử dụng cho các tuabin phát điện.

Hơi nước quá nhiệt trên mức tới hạn (374 độ C, 22.06 MPa) gọi là siêu tới hạn, cũng để cho các tuabin phát điện ở áp cao (HP turbine).

Điểm tới hạn và siêu tới hạn của hơi nước của lò hơi phát điện

2. Cấu tạo lò hơi công nghiệp

Xét về tương quan giữa nhiên liệu đốt và nước thì được chia thành 2 loại, đó là lò ống lửa (lửa đi trong ống) và lò ống nước (nước đi trong ống).

Sau đây là 10 điểm chính khác biệt để tham khảo:

STT	Thông tin	Lò ống lửa	Lò ống nước
1	Tốc độ sinh hơi	Chậm	Nhanh
2	Hiệu quả	Thấp, đến 75%	Cao, đến 90%
3	Áp suất	< 24.5 bar	Có thể đến 200 bar
4	Mức độ an toàn	Cao	Thấp
5	Thiệt hại do mất an toàn	Nhiều hơn	Ít hơn
6	Phù hợp để phát điện	Không phù hợp	Phù hợp
7	Ngân sách đầu tư	Cao	Thấp
8	Vận chuyển	Khó khăn nếu thân lò lớn	Dễ hơn
9	Xử lý nước	Dễ hơn	Nghiêm ngặt hơn
10	Vận hành và chi phí vận hành	Bình thường, cơ bản là đầu đốt, chi phí thấp	Yêu cầu kỹ năng cao hơn, chi phí cao

Thành phần cơ bản chính của lò hơi gồm có:

2.1. Phần cấp nước và kiểm soát

1. Thiết bị xử lý nước: Tùy theo chất lượng nước và áp lò mà có hệ thống xử lý phù hợp, phổ biến là Làm mềm nước; nếu TDS và Silica cao thì lắp hệ thống RO hoặc DI; Nếu lò cao áp thì cần đến chất lượng nước EDI, Mixed Bed trên 10 MegOhm .
2. Bồn nước cấp trung gian: Để chuẩn bị đủ lượng cấp vào lò trong 1 thời gian nhất định.
3. Bồn nước khử khí: Dùng 1 phần hơn nước bão hoà từ lò và lượng nhiệt từ nước hồi để khử khí Oxi và các khí khác để giảm thiểu ăn mòn cho lò, giảm thiểu hoá chất sử dụng. Trong nhiều trường hợp kết hợp bồn khử khí và bồn nước cấp thành 1 bồn.
4. Hệ thống châm hóa chất: Để bảo vệ lò và ống hơi, gồm Chống ăn mòn, chống cặn trong lò và đường hơi – ngưng tụ
5. Bơm nước: Đây là thiết bị quan trọng của hệ thống lò, áp phải cao hơn áp lò, hoạt động hoàn toàn tự động với mực nước trong lò và trong bồn nước cấp. Có đủ điều kiện cảnh báo để người vận hành dễ giám sát và can thiệp kịp thời
6. Bộ hâm nước (economizer): Nước cấp vào sẽ được tận dụng nhiệt 1 lần để đưa nhiệt lên cao có thể, vừa tiết kiệm nhiên liệu, giảm nhiệt độ khí thải

2.2. Phần lò: để sinh hơi và tăng áp

7. Buồng đốt, đầu đốt + hệ thống cấp gió: Đốt cháy nhiên liệu thành khói + truyền nhiệt gián tiếp cho nước để chuyển thành hơi bão hoà
8. Bộ cung cấp nhiên liệu đốt: Có nhiều loại chất đốt khác nhau như lỏng, khí, rắn
9. Ba long: gồm Balong hơi nước và balong hơi. Có những lò có nhiều hơn 1 balong nước để tăng năng suất cho lò
10. Van an toàn: chỉ là thiết bị nhỏ nhưng cực kỳ quan trọng của lò.
11. Thiết bị xả đáy: Đây là 1 phần nhỏ của lò nhưng rất quan trọng để kiểm soát chất lượng nước lò. Cần trang bị thêm bồn giảm áp để đảm bảo an toàn và thiết bị trao đổi nhiệt để làm nguội mẫu nước. Nếu đầu tư thêm thiết bị đo TDS và xả đáy tự động; thiết bị đo TDS bề mặt và xả phần tạp chất, dầu mỡ sôi bồng càng tốt.
12. Bộ góp hơi: chia hơi theo các van đi đến từng điểm sử dụng
13. Bộ quá nhiệt, gia nhiệt lại: Là bộ trao đổi nhiệt để tiếp tục đưa nhiệt độ hơi cao hơn để áp dụng cho 1 số trường hợp như Tuabin…

2.3. Phần khí thải

14. Bộ lọc bụi của khói thải: có thể lọc thông thường, lọc tĩnh điện, bằng tháp hấp thụ bụi và khí theo dòng nước ngược chiều với khí thải trước khi khói thải ra môi trường. Một số loại nhiên liệu đốt từ khí như LPG, LNG, CNG thì khí thải đã đạt tiêu chuẩn môi trường; còn các khí khác thì phải xử lý theo chuẩn xả thải về môi trường
15. Cột khói thải: để đưa lượng khí nóng 100 – 180 độ C ra khỏi lò bằng quạt hút có kiểm soát lưu lượng. Dù chưa có quy định nhiệt độ đầu ra của khí thải nhưng không quá 180 độ C. Nếu nhiệt độ > 120 độ C thì cần thu hồi lại bằng cách gia nhiệt nước cấp cũng để giảm nhiệt độ khí. Kinh nghiệm kiểm soát lượng gió và nhiên liệu tốt cũng tăng hiệu quả buồng đốt và giảm nhiệt ở khói thải

2.4. Hơi nước, nước ngưng tụ và thu hồi

17. Bồn bơm nước hồi: Sau dây chuyền sản xuất thì hơi thừa sẽ được thu lại cao nhất, phần lớn đã giảm nhiệt độ dưới 100 độ C thành trạng thái lỏng, tuy nhiên 1 số trường hợp như Tuabin phải giải nhiệt gián tiếp để đưa hơi về trạng thái lỏng trước khi thu hồi lại. Việc thu hồi là cách tiết kiệm năng lượng nhất vì chứa nhiệt vừa có nguồn nước tốt
18. Bộ xử lý nước ngưng tụ: Trong trường hợp chất lượng nước thu hồi có tạp chất và sắt thì cần xử lý lại trước khi cấp vào bồn nước cấp nếu yêu cầu chất lượng cao, gọi là Polisher lại bằng hạt nhựa chịu nhiệt

3. Vận hành lò có hiệu quả cao nhất

Bài toán chi phí vận hành hay tiết kiệm năng lượng là hàng đầu cho lò hơi vì chi phí quá cao, trong khi việc này là hoàn toàn trong khả năng của mỗi công ty. Các hạng mục sau đây mang lại nhiều cũng như tiêu tốn nhiều năng lượng

1. Tận dụng nhiệt khói thải để gia nhiệt nước đầu vào.
2. Thu hồi nước ngưng tụ.
3. Tránh cặn bám cho lò bằng cách xử lý nước cấp bằng giải pháp phù hợp với từng nguồn nước nhằm để giảm lượng xả đáy, có thể chỉ còn 2 – 3% vì chi phí rất nhiều để gia nhiệt nước đã xử đến áp suất đang vận hành
4. Tránh cặn cho lò bằng cách dùng hoá chất phù hợp và vệ sinh lò định kỳ khi cần thiết cặn bám gây tổn thất nhiệt rất lớn cho lò hơi, như 0.8 mm cặn có thể làm tổn thất 3% – 7% năng lượng hay chi phí vận hành. Nếu cặn dày hơn thì sẽ tốn năng lượng hơn.

• Chỉnh tỉ lệ nhiên liệu và khí cho buồng đốt bằng tốc độ quạt, motor qua biến tần với các đầu dò áp lực hơi, nhiệt độ…Dùng các đầu dò để đo khí Oxi, CO, nhiệt độ để chỉnh cho phù hợp
  • Nếu oxi thấp thì nhiên liệu không cháy hết, chỉ mới tạo ra sản phẩm trung gian mà chưa phải cuối cùng sẽ thu năng lượng thấp
  • Nếu oxi quá nhiều sinh ra nhiệt cao hơn mức cần thiết, dư thừa sẽ làm tăng nhiệt ở khí thải
  • Gia nhiệt không khí nóng trước khi đốt
• Vệ sinh buồng đốt: Cặn bám do nhiên liệu đốt từ than, rác thải… có tốc độ bám rất nhanh, sẽ gây cản trở trao đổi nhiệt nên cần vệ sinh định kỳ. Các nhiên liệu đốt từ khí thiên nhiên sẽ ít bám hơn rất nhiều
• Bảo ôn tốt để tránh tổn thất nhiệt cho toàn hệ thống lò hơi, bao gồm cả nước ngưng tụ, thu hồi
• Thu hồi nhiệt từ xả đáy: Việc xả đáy để bỏ tạp chất nhưng cũng bỏ đi lượng nhiệt đáng kể, lắp bộ trao đổi nhiệt để gia nhiệt nước bổ sung sẽ tiết kiệm được cho những lò có tỉ lệ xả đáy nhiều.
• Kiểm soát xả đáy tốt: Việc xả đáy tự động hoặc bằng tay nếu nghiêm túc thực hiện để tránh TDS ở trong khoảng Mức thấp ( Lo ) < TDS < Mức cao (Hi) là điều tốt. Nếu TDS > Hi thì không chỉ cặn bám cho lò màng có nguy cơ mang theo tạp chất làm nghẹt các van trên đường hơi và các thiết bị trao đổi nhiệt, dẫn đến truyền nhiệt kém và chi phí bảo trì cao. Ngược lại, nếu TDS < Lo thì xả đáy quá nhiều, sẽ tốn rất nhiều năng lượng

5. Nguyên lý hoạt động của lò hơi

Nguyên lý hoạt động lò hơi rất là đơn giản, nhiệt có được từ nguồn nhiên liệu đốt làm tăng nhiệt độ của nước. Khi nước đến điểm sôi và sinh hơi, tuy nhiên hơi chỉ được kiểm soát trong balong hơi bằng van chặn theo áp mong muốn để đạt áp hơi cần thiết khi ra khỏi balong hơi

Nhiên liệu đốt khác nhau thì nhiệt độ trong buồng đốt cũng khác nhau và còn tùy thuộc vào tốc độ gió, nhìn chung khoảng 750 – 1500 độ C

Khi đủ hơi về lưu lượng thì hệ thống kiểm soát tốc độ quạt và nhập liệu

6. Các loại lò hơi thông dụng hiện nay

Phân chia đơn giản thì chia thành 2 loại

• Lò hơi ống lửa
• Lò hơi ống nước

Các phân theo nhiên liệu được mô tả sơ bộ như sau

• Lò hơi điện
• Lò hơi đốt dầu
• Lò hơi đốt than và vật liệu hạt rắn, trấu, sinh khối biomass ( FBC boiler )
• Lò hơi đốt nhiên liệu khí ga hóa lỏng, khí tự nhiên
• Lò hơi thu hồi nhiệt ( HGSG )
• Lò hơi đốt rác thải
• Lò hơi đốt chất thải
• Lò hơi dùng năng lượng hạt nhân
• Lò hơi đốt củi

7. Lò hơi công nghiệp hoạt động bằng nhiên liệu gì?

Nhiên liệu đốt lò hơi là yếu tố xem xét rất kỹ trước khi quyết định lắp đặt lò. Việc chọn lựa nhiên liệu phụ thuộc vào đặc tính vùng miền để tận dụng các nhiên liệu có sẵn, tuy nhiên còn dựa vào kỹ thuật đó là nhiệt trị để sinh hơi và tăng áp.

Các loại nhiên liệu đốt phổ biến như:

• Điện
• Ga
• Dầu FO
• Dầu DO
• Than cục
• Than cám
• Biomass ( Trấu, Vỏ hạt điều, Bã mía, Mùn cưa )
• Củi, Viên gỗ nén
• Rác thải
• …

Trong đó chi phí đốt điện là cao nhất khoảng 700 KW cho 1 tấn hơi nên chỉ dùng cho các lò có năng suất rất nhỏ và áp suất thấp nhưng đáp ứng được không gian và môi trường. Khí ga có chi phí thấp nhất 50kg cho 1 tấn hơn. Trấu được xem là rẻ nhất nhưng lại đốt nhiều nhất, khoảng 175kg cho 1 tấn hơn do nhiệt trị thấp.

Ngày nay các lò đốt rác phát điện là đang có xu hướng phát triển do vừa góp phần làm giảm rác thải vừa tạo ra điện cung cấp cho sinh hoạt và công nghiệp.

Các nhiên liệu khí ít gây ảnh hưởng đến môi trường nhưng hạn chế do việc vận chuyển từ nơi cấp xa.

Có 1 số cải tiến là thiết kế lò có thể dùng đa nhiên liệu như vừa có thể đốt dầu và rác thải với mục đích là tự chủ khi nhiên liệu thiếu hụt và tăng tốc sinh hơi, tạo áp nhanh khi khởi động lò.

8. Ứng dụng của lò hơi trong công nghiệp sản xuất

Ứng dụng của lò hơi công nghiệp trong sản xuất thì cung cấp nhiệt qua trao đổi gián tiếp hoặc cấp trực tiếp vào sản phẩm. Không có hơi nước thì không thể nào sản xuất được. Việc dùng lò hơi ứng dụng vô cùng rộng rải, sau đây là 1 số công nghiệp phổ biến

• Lò hơi cho kéo đầu tàu hoả ( ban đầu )
• Chế biến thực phẩm
• Sấy thực phẩm
• Tiệt trùng thực phẩm, bột cá
• Dùng hơi cho nhà máy nhuộm, cao su, thức ăn gia súc, gỗ…
• Lò hơi để chạy tàu
• Lò hơi cao áp tạo ra điện năng
• …

9. Vì sao lò hơi – nồi hơi bị mất an toàn gây ra tai nạn ?

Nguyên tắc là khi áp suất vượt quá khả năng chịu của lò thì sẽ mất an toàn và phát nổ. Tai nạn lò hơi gây ra thiệt hại rất lớn, từ sinh mạng đến vật chất, cho nên an toán lò hơi cần được đặt lên hàng đầu

Lý do dẫn đến mất an toàn cho lò có thể phổ biến như sau:

• Vận hành trên áp suất thiết kế
• Cạn nước trong lò do không theo dõi nước ống thuỷ, bơm cấp nước chạy nhưng không có hay không đủ nước. Van xả đáy hở
• Cặn đóng quá nhiều làm cho lượng hơi sinh ra không theo tỉ lệ áp suất hoặc quá nhiệt cho ống nước, ống lửa
• Ăn mòn lò từ phía nước hoặc phía nhiên liệu đốt
• Van an toàn bị kẹt, không đóng mở được khi vượt áp
• Nhiên liệu cháy quá mức trong khi phần cơ khí của lò không an toàn
• Các cảm biến báo mực nước, nhiệt độ, áp suất hư hỏng không có số liệu đúng dẫn đến hệ thống không còn tự động
• Nổ nhiên liệu trong buồng đốt
• …

10. Biện pháp đảm bảo an toàn cho lò hơi

Để lò hơi an toàn thì nên có đồng bộ các hạng mục vì chỉ cần 1 trong số không đảm bảo cũng sẽ gây ra sự cố an toàn cho lò.

• Thiết kế áp suất và áp suất vận hành trong khoảng an toàn cho phép.
• Chọn vật liệu thép đảm bảo chất lượng, an toàn.
• Tất cả người tham gia vận hành, quản lý đều phải được đào tạo và có chứng chỉ,  ngoài ra còn phải đào tạo định kỳ.
• Kiểm tra và kiểm định theo định kỳ theo tiêu chuẩn thiết bị áp lực.
• Có thiết bị an toàn để thay thế khi cần, không nên cố gắng dùng thêm thời gian
• Luôn có sổ ghi chép vận hành, thống kê các số liệu.
• Mở lò ra xem tình trạng bên trong và vệ sinh lò định kỳ tuy nhiên không nên lạm dụng quá nhiều lần vệ sinh bằng hoá chất vì có thể làm ăn mòn do quá trình vệ sinh lâu, nhiều lần hoặc không đúng quy trình.
• Quản lý xử lý nước tốt trước khi cấp vào và dùng hoá chất trong suốt quá trình vận hành, đồng thời phải kiểm tra thường xuyên các chỉ số nước và có biện pháp điều chỉnh kịp thời vì sự cố do nguyên nhân này tăng lên từ từ nên khó phát hiện.

11. Đơn vị cung cấp hóa chất lò hơi uy tín, chất lượng.

Như trên đã nói, việc xử lý nước và quản lý bên trong lò để tránh ăn mòn, cặn bám vừa nâng cao hiệu quả hoạt động, đảm bảo chất lượng hơi tốt và đảm bảo an toàn cho lò là rất cần thiết.

• Để gọi là đơn vị cung cấp hóa chất lò hơi uy tín, chất lượng thì cần phải có kiến thức rất sâu rộng về xử lý nước và hoá chất vì mỗi nguồn nước và mỗi lò có vài điểm khác biệt nên không thể nào áp dụng hoàn toàn giống nhau. Ngoài ra cũng cần có kiến thức cơ bản về lò hơi để khi thảo luận với người vận hành cũng dễ dàng hơn.
• Đơn vị cung cấp hóa chất có đầy đủ hoá chất với các tính năng khác nhau. Có đội ngũ kiểm tra, bảo trì, lấy mẫu kiểm tra thường xuyên. Có phòng thí nghiệm chuyên về nước và hoá chất để đảm bảo kịp thời.
• Đơn vị cần có đội ngũ bảo trì hệ thống nước để hỗ trợ kịp thời.
• Từ những yếu tố trên thì mới có cơ sở để cam kết thực hiện như lời hứa cũng như cung cấp thông tin kịp thời bất kỳ nội dung gì, bất kỳ khi nào để khi khách hàng cần thiết vì lúc đó là rất cần.
• Giá thành tốt cũng là yếu tố để đánh giá chất lượng

Công ty Hợp Nhất chúng tôi luôn cố gắng hết mình để đáp ứng mọi yêu cầu cần thiết cho Quý khách hàng trong thời gian qua và luôn phấn đấu để phục vụ tốt nhất là mục tiêu của chúng tôi!

Xin vui lòng liên lạc với chúng tôi về chủ đề về xử lý nước, hóa chất lò hơi, vệ sinh lò hơi tiết kiệm năng lượng!

Các bài viết có liên quan: >> Hóa chất xử lý nước lò hơi >> Tẩy cáu cặn lò hơi và các thiết bị công nghiệp >> Hệ thống làm mềm nước cứng >> Hệ thống lọc nước RO là gì? Các bảng tính trên web mà Quý khách hàng hoàn toàn tự tính được: >> Tính toán tái và tối ưu hóa sinh hạt nhựa cho tháp làm mềm >> Tính toán hóa chất tăng – giảm và cài đặt bơm định lượng >> Khảo sát và ước lượng để xử lý nước lò hơi hoặc các thông tin khác tại mục HỖ TRỢ tại trang web này