GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÒ HƠI TẦNG SÔI

LÒ HƠI TẦNG SÔI LÀ GÌ

KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Lò hơi tầng sôi hay còn gọi là lò hơi công nghiệp sử dụng buồng đốt kiểu tầng sôi, sử dung các nguyên liệu như: mùn cưa, củi trấu viên, than đá, than cám... để đốt. Buồng đốt tầng sôi tạo ra điều kiện hòa trộn rất tốt trên toàn bộ diện tích của buồng đốt nên nhiên liệu sẽ cháy kiệt trong khi nhiệt độ buồng đốt lại không quá cao, làm giảm lượng phát thải khí có hại.

HÌNH ẢNH 3D LÒ HƠI TẦNG SÔI

Khí thải được tạo ra trong quá trình đốt tầng sôi chứa tỉ lệ phần trăm lưu huỳnh và nito oxit nhỏ hơn đáng kể so với các kiểu buồng đốt thông thường

Lò hơi tầng sôi được thiết kế để đốt nhiều liên nhiệu khác nhau như: than đá, trấu, mùn cưa, rác thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt đã qua phân loại...Vì vật, lò hơi tầng sôi là kiểu lò hiệu quả nhất về kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường

Phân loại lò hơi tầng sôi 

Có 3 loại lò hơi tầng sôi

AFBC BOILER: Là lò hơi tầng sôi ở áp suất khí quyển, là loại lò tầng sôi phổ biến nhất. Nó còn được gọi với tên khác là lò hơi tầng sôi bọt (BFB BOILER)

CFBC: Là lò hơi tầng sôi tuần hoàn, đây là biến thể tốc độ sôi cao của lò tầng sôi với vận tốc khói trong buồng đốt lên tới 4-6 m/s, các hạt rắn trong khói (bao gồm chất nền và nhiên liệu) sẽ được giữ lại nhờ Cylone tách (loại nóng hoặc lạnh) và tuần hoàn trở lại buồng đốt. Loại lò tầng sôi này có hiệu quả đốt cháy nhiên liệu rất cao, vì thế nên giá thành lắp đặt chế tạo cũng rất cao. Cho nên lò CFBC thường được thiết kế với công suất 100tấn/giờ trở lên.

FPBC BOILER: Là lò hơi tầng sôi có áp, được đặt trong khu vực có áp suất cao. Khí nóng sinh ra sau khi qua bộ trao đổi nhiệt được sử dụng để chạy tua bin khí. Hơi nước sinh ra từ các bộ trao đổi nhiệt được sử dụng để chạy tua bin hơi. Lò hơi FPBC nhìn chung có hiệu suất hệ thông cao hơn 2 dạng còn lại. Tuy nhiên thì chi phí đầu tư cũng rất cao và cấu tạo hệ thống phức tạp

Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của lò hơi tầng sôi  

• Cấu tạo:

Cấu tạo lò hơi tầng sôi thông thường gồm 5 hệ thống

1. Hệ thống cấp liệu
2. Buồng đốt
3. Hệ thống gió và khói
4. Hệ thống xử lí khí thải
5. Bộ phận sinh hơi

1. Hệ thống cấp liệu:

Đối với các lò hơi như: lò ghi xích và lò ghi tĩnh, nhiên liệu cấp cho lò hơi phải có kích thước đồng đều và độ lớn theo quy định nhằm đạt được điều kiện đốt cháy nhiên liệu tối ưu. Cho nên tùy vào loại nhiên liệu hoặc bố trí mặt bằng chung của lò mà hệ thống cấp liệu sẽ được thiết kế tối ưu. Hệ thống cấp liệu sẽ được gắn them thiết bị cảm biến đo khối lượng được lắp trên các phễu chứa hoặc lắp trên băng tải để lo lường lượng nhiên liệu cấp vào lò.

Đối với lò tầng sôi, nhiên liệu cấp vào lò có thể được phun bên trên lớp sôi hoặc từ bên dưới lớp sôi, kiểu lắp bên dưới lớp sôi chỉ được sử dụng đối với than đá đã qua nghiền sơ bộ với kích thước nhỏ

2. Buồng đốt tầng sôi

Một tập hợp các hạt rắn sẽ trở thành tầng sôi khi có một lượng khí áp suất cao được đưa vào từ mặt dưới của lớp hạt rắn và làm cho lớp hạt rắn như chất lỏng: Các vật thể có khối lượng riêng lớn hơn lớp hạt rắn sẽ chìm xuống còn vật thể có khối lượng riêng nhỏ sẽ nổi.

Độ sôi của lớp hạt rắn phụ thuộc rất lớn vào kích thước hạt và vận tốc sôi. Vận tốc sôi của lớp hạt rắn tăng chậm so với tốc độ của dòng khí đi trong đó. Sự chệnh lệch tốc độ này được gọi là vận tốc trượt. Vận tốc trượt càng lớn thì khả năng hòa trộn nhiên liệu càng tốt và hiệu quả cháy sẽ càng cao .

Buồng đốt của lò BFB thường bao gồm một lớp nền sôi thấp và một khu vực trống bên trên. Năng lượng giải phóng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu được phân chia giữa khu vực bên dưới và bên trên khu vực của buồng theo tỉ lệ 88:12. Nghĩa là năng lượng tập chung chủ yếu ở khu vực lớp sôi. Nhiệt độ lớp sôi đối với lò BFB đốt than được duy trì trong khoảng 800-900oC bằng cách trích xuất lượng nhiệt phù hợp. Tuy nhiên đối với lò Bibomass, nhiệt độ lớp sôi phải để dưới 750oC để tránh đóng keo lớp nền trong buồng đốt do hàm lượng hợp chất natri và kali trong bibomass cao sẽ làm giảm nhiệt độ nóng chảy của lớp nền.

Buồng đốt của lò hơi tầng sôi

Đối với than nhiệt lượng cao, phương pháp phổ biến để giữ nhiệt độ nền trong khoảng yêu cầu là thêm chùm ống bức xạ ngâm trong lớp sôi. Chùm ống này có thể là ống sinh hơi hoặc ống quá nhiệt. Tuy nhiên vì tiếp xúc trực tiếp với các hạt rắn chuyển động nên tuổi thọ của các ống chùm này thường thấp và phải kiểm tra thay thế thường xuyên. Một cách khác để kiểm soát nhiệt độ lớp nền và tuần hoàn xỉ với bộ giải nhiệt nằm bên ngoài hay tuần hoàn khói.

Đối với than nhiệt lượng trung bình và thấp, chùm ống bức xạ cũng có thể được sử dụng, tuy nhiên, có một phương pháp là tăng chiều cao sôi của lớp nền. Buồng đốt dạng này được gọi là buồng đốt sôi rối, và tốc độ sôi nằm giữa sôi bọt và sôi tuần hoàn. Loại lò tầng sôi tubulen có buồng đốt được bao quanh bởi ống sinh hơi, lợi dụng độ sôi cao để hấp thu lượng nhiệt sinh ra, từ đó kiểm soát được nhiệt của buồng đốt.

Lợi ích của phương pháp này là tuổi thọ buồng đốt cao, dễ dàng thao tác và bảo trì. Tuy nhiên nhược điểm là chiều cao lò hơi tăng, cần có hệ tuần hoàn tro khi yêu cầu hiệu suất cao

Buồng đốt lò hơi tầng sôi yêu cầu phải có vật liệu chịu lửa bao quanh kể cả đối với buồng đốt vách ướt để đảm bảo tuổi thọ buồng đốt và bảo vệ các ống vách ướt khỏi mài mòn và quá nhiệt. Lớp bê tông cách nhiệt có thể yêu cầu dày hơn đối với Bibomass như trấu rời để dễ kiểm soát nhiệt độ trong buồng đốt.

Chiều cao lớp vật liệu nền thường 120 - 140mm, kích thước phổ biến của hạt rắn từ 0.8-1.2mm và khối lượng riêng 1500 - 2400kg/m³. Cát, xỉ hoặc đá vôi có thể sử dụng làm vật liệu nền .

Tỷ lệ nhiên liệu và vật liệu nền trong buồng đốt tầng sôi thường từ 1 - 5%. Tỷ lệ vật liệu nền trong hỗn hợp cháy rất lớn nên khả năng giữ nhiệt của lò tầng sôi rất tốt. Vì vật lò tầng sôi có thể đốt nhiều nguyên liệu khác nhau với lượng phát thải khí độc vẫn nằm trong tiêu chuẩn cho phép .

3. Hệ thống cấp gió

Gió cấp một tạo một lớp sôi được gia nhiệt khi đi qua bộ sấy không khí và đi vào buồng phân phối dưới đáy lò. Mặt trên buồng phân phối gió có rất nhiều béc phun nhằm phân đều lượng gió cấp ra bề mặt buồng đốt giúp buồng đốt sôi đều. Các béc phun cũng ngăn các hạt rắn trong lớp sôi lọt vào buồng cấp gió. Thiết kế hệ thống phân phối gió để buồng đốt sôi đều là cực kỳ quan trọng đối với lò hơi tầng sôi.

Gió cấp 2 sẽ được cấp vào bên trên vùng buồng đốt trống để cấp thêm oxy nhằm đốt cháy các chất bốc bị đẩy lên cao. Tùy theo loại nhiên liệu mà gió cấp 2 có thể chiếm tỷ trọng cao hay thấp hoặc có thể bị loại bỏ.

4. Hệ thống xử lí khí thải

Lò hơi tạo ra 2 loại chất thải chính: Khói và chất thải rắn. Chất thải rắn bao gồm xỉ từ nhiên liệu và sản phẩm từ các chất hấp thụ. Khói thải góp phần làm ô nhiễm môi trường rất lớn, vì vậy hệ thống xử lí khói phải luôn được thiết kế tối ưu nhất.

Nhiệt lượng do khói nóng khi đi từ buồng đốt dưới lên buồng đốt trên sẽ bị hấp thụ bởi các tường nước xung quanh buồng đốt, sau khi đi qua khu vực buồng đốt, nhiệt độ sẽ giảm xuống. Khói tiếp tục đi qua vùng đối lưu và truyền nhiệt lượng cho các ống nước trong khu vực này trước khi ra khỏi lò. Sau đó khói nóng đi qua bộ hâm nước, bộ sấy không khí rồi đến hệ thống xử lý khói. Sau khi đạt tiêu chuẩn môi trường. Khói được đẩy lên ống khói và thải ra ngoài không khí.

Xỉ kích thước lớn thường được lấy ra khi xả xỉ dưới buồng đốt trong khi tro bay, thường bay theo khói và được lấy ra tại phễu dưới bộ hâm nước - gió và thiết bị lọc bụi. Tro bay có thể được đưa đến phòng chứa băng vít tải, băng tải hoặc hệ thống thổi tro.

Hệ thống xử lí bụi bao gồm các thiết bị lọc bụi như: Cyclone, lọc bụi túi, lọc bụi tĩnh điện, và các thiết bị xử lí khí độc.

5. Bộ sinh hơi

Giống như các lò hơi thông thường khác, lò tầng sôi cũng có các phần sinh hơi như tường nước, ống đối lưu, ống bức xạ,… Các ống quá nhiệt có thể được bố trí ở khu vực buồng đốt trên cũng như khu vực đối lưu .

Nước cấp được bơm vào balong sau khi đi qua bộ hâm nước. Tại balong, nước tiếp tục theo các ống nước xuống để đến các ống góp dưới, sau đó đi lên qua các ống vách ướt, đối lưu và được gia nhiệt đến nhiệt độ bay hơi sau đó về lại balong. Ở balong hơi được tách ra và cấp đến khách hàng .

Nguyên lí hoạt động của hệ thống lò hơi tầng sôi

Nhiên liệu được cấp vào buồng đốt qua hệ thống cấp liệu. Lượng nhiên liệu cấp vào lò được điều chỉnh bởi tốc độ quạt chuyển động của hệ cấp nhiên liệu vào lò .

Tại buồng đốt của lò hơi tầng sôi diễn ra quá trình dao động hỗn hợp của những hạt nhiên liệu rắn được phân thành từng lớp theo tỉ trong của hạt nhiên liệu và chiều cao buồng đốt. Qúa trình dao động này được thực hiện chính là nhờ vận tốc của luồng gió cấp 1 được đưa vào lò từ sàn đáy của buồng đốt đủ lớn. Kết quả của gió với vận tốc lớn này tạo ra một lượng hỗn hợp các hạt nhiên liệu rắn xuôi theo dòng hỗn hợp không khí cháy đi ra khỏi buồng đốt. Trong quá trình cháy, các hạt nhiên liệu giảm dần kích thước và được hòa trộn với 1 phần xỉ có sẵn trong buồng đốt tạo ra một lớp đệm nhiên liệu.

Quá trình nhiên liệu cháy trong buồng đốt được phân thành từng tầng theo chiều cao buồng đốt và tùy theo tốc độ của gió cấp 1 và cấp 2. Nhiệt từ lớp nhiên liệu cháy được truyền tới nước qua các tường nước xung quanh buồng đốt, đỉnh buồng đốt. Khói nóng mang theo các hạt tro bay rời buồng đốt đi qua các bô quá nhiệt và cuối cùng là các dàn ống trao đổi nhiệt đối lưu rồi thoát ra khỏi lò.

Gió cấp 2 được đưa vào buồng đốt qua các vòi phun gió được đặt ở phía trên buồng đốt cung cấp không khí chó các lớp sôi để giảm lượng khí thải, điều chỉnh hệ số không khí thừa và chỉnh nhiệt độ cháy trong buồng đốt. Sau khi điều chỉnh quá trình trao đổi nhiệt đối lưu ở phần đuôi lò, khối được đưa vào bộ thu hồi năng lượng, tận dụng lại nguồn nhiệt từ khói thả gia nhiệt cho nước cấp và không khí cấp vào lò . Bộ lọc bụi được bố trí đặt ở quạt hút, tách những hạt tro bay ra khỏi dòng khói, trước khi khói được quạt hút thải ra ngoài ống khói.

Ưu - nhược điểm của lò hơi tầng sôi

1. Ưu điểm

Lò hơi tầng sôi có thể được thiết kế để đốt cháy nhiều loại nhiên liệu

Lò hơi tầng sôi có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải để đảm bảo an toàn môi trường

Nhiên liệu xử dung đa dạng như: Than cám, củi trấu, củi trấu viên, trấu rời,…

2. Nhược điểm

Mặc dù có thể đốt được nhiều nhiên liệu khác nhau, tuy nhiên vẫn phải bắt buộc sửa chữa lại thiết kế nếu thay đổi nhiên liệu đốt

Lò tầng sôi yêu cầu diện tích khá lớn nếu so cùng một công suất với lò tuần hoàn hay những lò khác

Phạm vi ứng dụng của lò hơi tầng sôi

Chế biến thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, thức ăn gia súc, giấy và bao bì,…

Hình ảnh lò hơi của công ty chúng tôi: