MỞ ĐẦU

Lò Hơi, được ví là trái tim năng lượng của một nhà máy sản xuất. Vậy nên lựa chọn phù hợp công nghệ lò hơi cho một đơn vị sử dụng nhiệt sản xuất là yếu tố quyết định đến tính ổn định cho sản xuất, tính hiệu quả kinh tế, hiệu quả sử dụng năng lượng.

⇒ LỰA CHỌN CÔNG SUẤT PHÙ HỢP:

• Tải quá thấp ( < 40% công suất thiết kế ) :

Khi lựa chọn công suất lò hơi với tính dự phòng quá lớn sau đó vận hành ở tải quá thấp sẽ làm giảm hiệu suất của lò hơi bởi các yếu tố:

- Hiệu suất nhiệt buồng đốt thấp.

- Thất thoát nhiệt theo khói lớn (lượng Oxy mang nhiệt trong khí thải cao).

- Tổn thất bề mặt bức xạ, đối lưu lớn.

- Có thể phát sinh tổn thất thành phần khí CO trong khí thải.

- Tuổi thọ lò có thể bị giảm do ăn mòn các thành phần khí thải khi vận hành thời gian kéo dài.

• Tải Kinh tế (60% – 85% công suất thiết kế) :

Khi vận hành ở tải kinh tế, hiệu suất lò hơi là cao nhất dẫn đến hiệu quả sử dụng nhiên liệu trên một đơn vị sản lượng hơi sinh ra là tốt nhất, nhờ đó tiết kiệm được chi phí sản xuất.

Khi vận hành ở tải kinh tế các thiết bị của lò vận hành ở điều kiện tải tốt nhất dẫn đến đảm bảo tuổi thọ chung toàn bộ thiết bị.

• Quá tải (>100% công suất thiết kế):

Các lò hơi thường được thiết kế để đủ khả năng quá tải đến 110% công suất thiết kế trong một thời gian tức thời nhất định. Tuy nhiên, điều này là không khuyến khích vì nó ảnh hưởng tới tuổi thọ, tính ổn định và hiệu quả vận hành của thiết bị. Khi quá tải thường xuyên:

- Hiệu suất lò bị giảm do thất thoát nhiệt theo khói thải lớn (nhiệt độ khói thường cao).

- Hiệu suất buồng đốt giảm.

- Tuổi thọ thiết bị bị giảm do vận hành quá tải.

⇒ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ ĐỐT PHÙ HỢP:

Lựa chọn công nghệ đốt phù hợp quyết định ở vấn đề sử dụng nhiên liệu của nhà máy:

• Nếu nhà máy vận hành ở khu vực có nguồn nhiên liệu phức tạp, nhiên liệu khu vực có độ ẩm thường cao, kích thước lớn sản và lượng nhiên liệu có thể được xử lý sơ bộ (tiền xử lý) bị hạn chế. Nhà máy sản xuất có các phụ phẩm từ quá trình sản xuất (như gỗ thô, vỏ cây kích thước lớn, các phụ phẩm khác có thể đốt cháy, rác thải) thì lựa chọn công nghệ lò hơi Ghi bậc thang là sự lựa chọn hiệu quả.
• Nếu nhà máy vận hành và lắp đặt ở khu vực thuận tiện cho quá trình vận chuyển nhiên liệu, nhiên liệu trong khu vực đa dạng và đủ sản lượng cho các loại nhiên liệu sinh khối có thể tiền xử lý đạt chuẩn về kích thước, nhiệt trị, chủng loại (vốn đang thông dụng và dễ kiếm trên thị trường) thì lò hơi tầng sôi là lựa chọn tối ưu cho doanh nghiệp.

Các khác biệt cơ bản của công nghệ đốt trên ghi bậc thang và ghi tầng sôi được phân tích mở rộng bên dưới:

I. KHÁC BIỆT Ở CHUẨN BỊ NHIÊN LIỆU

Hệ thống Lò ghi bậc thang đốt nhiên liệu ở mọi kích cỡ đi qua máng nạp nhiên liệu. Việc chuẩn bị duy nhất là loại bỏ các vật thể cực lớn và phối trộn bằng thiết bị chuyên dụng (cần cẩu, xe xúc lật, …) trong kho tiếp nhận nhiên liệu giữa các vùng nhiên liệu để ổn định nhiệt trị.

Tuy nhiên, khi nhiên liệu được sử dụng trong lò đốt Lò tầng sôi, các thành phần độ ẩm và kích thước lớn không đảm bảo thời gian lưu cháy kịp thời sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình lưu hóa của buồng đốt. Do đó, các hệ thống Lò tầng sôi tiếp nhận nhiên liệu, cần phải xử lý trước nhiên liệu để giảm kích thước và độ ẩm của nó nếu không chúng sẽ tích tụ ở đáy lớp sôi (ngay trên bề mặt sàn ghi ống phun cấp gió), cản trở quá trình lưu hóa. Vậy nên, nhiên liệu, chất thải sinh khối, công nghiệp và nông nghiệp được chuẩn bị bằng cách băm nhỏ hoặc cắt thành các kích thước tiêu chuẩn (một khoảng vài cm) mới có thể sử dụng với lò tầng sôi.

Chuẩn bị nhiên liệu là một sự khác biệt quan trọng giữa Lò ghi bậc thang và Lò tầng sôi, vừa là một sự phức tạp vừa là một lợi thế cho Lò tầng sôi, vì nhiên liệu trở nên đồng nhất hơn nên tính ổn định nhiệt của lò tốt hơn lò ghi bậc thang. Sự khác biệt quan trọng khác là ở việc bổ sung không khí sơ cấp cục bộ. Trên vỉ ghi lò bậc thang, quá trình chuyển đổi từ nhiên liệu cấp vào đến kết thúc sự cháy diễn ra tuần tự (giống như dòng chảy một chiều) với nguồn cung cấp không khí sơ cấp thay đổi dọc theo chiều dài vỉ ghi lò để tương ứng với nhu cầu không khí từng quá trình riêng biệt của nhu cầu đốt cháy, trong khi Lò tầng sôi là lò phản ứng hỗn hợp duy nhất một vùng cấp gió dưới bề mặt ghi lò, nguồn cung cấp không khí được phân bổ đều trên mặt cắt ngang dưới cùng và nhiên liệu được trộn trong lớp.

II. QUÁ TRÌNH ĐỐT CHÁY

Trong trường hợp Lò tầng sôi, nhiên liệu được cấp từ bên hông hoặc lưng lò, các hạt nhiên liệu khô và thoát hơi nước trước khi chúng phân tán đều trong lớp sôi. Sau đó, lớp sôi truyền nhiệt cho nhiên liệu để tạo ra phản ứng đốt cháy. Nhiên liệu sau khi được đốt cháy phần tro bay nhẹ hơn tốc độ gió cấp bị cuốn theo dòng khói, các hạt xỉ nếu có tạo ra (thường rất ít với một số chủng loại biomass) tiếp tục ở lại lớp sôi để góp tạo thành lớp sôi. Phản ứng cháy của nhiên liệu đồng thời tiếp tục duy trì trường nhiệt độ cho lớp sôi và quá trình lại lặp lại với nhiên liệu mới cấp vào một cách tuần hoàn liên tục.

Trong lò đốt ghi bậc thang, nhiên liệu được vận chuyển đi qua tuần tự các vùng đốt cháy nhờ hành trình tịnh tiến của các lá ghi động và tĩnh xen kẽ. Nó phù hợp với các loại nhiên liệu có độ ẩm cao và kích thước lớn (cần thời gian để thoát ẩm để có thể tự bốc cháy) do có vùng sấy riêng biệt. Nhiên liệu trước khi vào vùng cháy chính, trước tiên được đi qua vùng sấy, gió nóng được cung cấp từ dưới lớp nhiên liệu và nhiệt bức xạ mạnh mẽ từ vùng cháy chính cùng sự xáo trộn định kỳ làm nhiên liệu được thoát ẩm một cách hiệu quả. Sau khi sấy, nhiên liệu tiến vào vùng cháy chính, sau đó vào vùng cháy kiệt và cuối cùng được đưa vào vùng chứa tro xỉ kết thúc quá trình đốt cháy.

Hình 1: Trình tự đốt cháy nhiên liệu trong lò ghi bậc thang.

III. CÁC RỦI RO KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÔNG PHÙ HỢP

Trong cả Lò ghi bậc thang và Lò tầng sôi, đều có những nhược điểm nếu không tạo điều kiện vận hành phù hợp cho lò.

Trong trường hợp Lò ghi bậc thang, không khí đi vào qua một số lượng hạn chế các rãnh cấp không khí, mỗi phần cung cấp không khí bao phủ một vài mét theo chiều dài của vỉ ghi lò. Nếu các đặc tính của nhiên liệu (độ ẩm, nhiệt trị và tốc độ cháy, …) thay đổi quá lớn, các vùng chuyển đổi của quá trình đốt cháy trong lớp nhiên liệu sẽ bị dịch chuyển (Về đầu phía phễu cấp liệu nếu nhiên liệu độ ẩm thấp, bắt cháy nhanh, có thể làm cháy ngược phễu cấp liệu. Về cuối ghi đến vùng xả xỉ và có thể bị xả theo xỉ nếu độ ẩm cao và kích thước lớn bất thường) và nguồn cung cấp không khí phải được điều chỉnh từng vùng để phù hợp với sự quá trình cháy thay đổi. Điều này khó có thể thực hiện với độ chính xác cao nếu Lò Hơi không được trang bị các thiết bị kiểm soát hỗ trợ người vận hành kịp thời nhận biết sự bất thường và dẫn đến các khiếm khuyết khi chuyển đổi, chưa kể đến các khiếm khuyết do nhu cầu làm mát một số bộ phận của vỉ ghi lò bằng luồng không khí tăng cường do sự thay đổi về độ ẩm và hàm lượng tro của nhiên liệu. Nếu làm mát bằng không khí không đủ đối với nhiên liệu có giá trị nhiệt cao tại vùng cháy, vỉ ghi lò hoặc một số bộ phận của vỉ ghi lò có thể bị hư hại.

Trong Lò tầng sôi, nhiên liệu được cung cấp gần như liên tục một lượng vừa đủ. Đồng thời, nhiên liệu cần sự ổn định về độ ẩm, kích thước, nhiệt trị để quá trình cháy diễn ra một cách gối đầu liên tục. Khi nhiên liệu có biến động (độ ẩm tăng cao, kích thước vượt tiêu chuẩn) khiến thời gian lưu cháy của nhiên liệu trong buồng đốt bị gia tăng làm gián đoạn quá trình đốt cháy ổn định liên tục của lò. Nhiên liệu kích thước vượt tiêu chuẩn có thể bị tích tụ dưới đáy lớp sôi do áp lực gió không thể thắng được trọng lực của nhiên liệu dần dần tạo thành một khối phá vỡ lớp sôi và tạo thành khối xỉ, đồng thời gián đoạn quá trình cháy liên tục. Độ ẩm cao trong nhiên liệu còn làm giãn nở đột ngột thể tích của buồng đốt, nhiên liệu có hiện tượng cháy chậm làm giãn nở cục bộ thể tích buồng đốt và có xu hướng làm biến động chân không buồng đốt. Nếu nhân viên vận hành không thể phán đoán kịp thời để điều chỉnh (giảm nhiên liệu phù hợp và tăng chế độ quạt) có thể sẽ dẫn tới hiện tượng dương lò, nghiêm trọng hơn có thể nổ áp lực buồng đốt. Lớp sôi có thể sẽ mất nhiệt và phải tái mồi đốt lại lò hơi nếu xử lý không kịp thời làm mất nhiệt nghiêm trọng lớp sôi.

IV. KHÁC BIỆT TỶ LỆ TRO – XỈ

Trong quá trình chuyển đổi tuần tự trên vỉ ghi Lò ghi bậc thang, tro sau cùng tạo thành phần còn lại ở cuối vỉ ghi chiếm khoảng 90% tổng lượng tro, trong khi chỉ có 10% là tro bay.

Ngược lại, trong Lò tầng sôi chỉ có khoảng 50% là tro đáy (hoặc xỉ) và 50% là tro bay. Tỷ lệ này thay đổi tùy theo chi tiết thiết kế, chế độ lưu hóa của lớp sôi hoạt động và thành phần nhiên liệu (trong quá trình đốt cháy đồng thời).

LÒ HƠI, LÒ DẦU TẢI NHIỆT BUỒNG ĐỐT TẦNG SÔI – BUỒNG ĐỐT GHI BẬC THANG CÔNG TY TNHH PHÚC TRƯỜNG HẢI.

Hiểu rõ từng ưu và nhược điểm của từng chủng loại lò hơi. PHÚC TRƯỜNG HẢI BOILER luôn nghiên cứu và đưa ra các giải pháp để khắc phục các nhược điểm của từng loại lò, đồng thời phát triển ưu điểm, nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ cho sản phẩm để tạo được hiệu suất thiết bị cao nhất đến tay khách hàng!

Hình 2: Lò hơi tầng sôi công ty TNHH Phúc Trường Hải.

Hình 3: Lò ghi bậc thang Công ty TNHH Phúc Trường Hải.