Lò hơi công nghiệp là gì? Các loại lò hơi phổ biến nhất hiện nay

Lò hơi công nghiệp là hệ thống sản xuất hơi bão hòa với nhiệt độ và áp suất cao dựa trên nguyên lý đốt nhiên liệu như than đá, dầu, khí gas, sinh khối,…để đun sôi nước, được sử dụng rộng rãi để cung cấp năng lượng cho các hoạt động sản xuất trong các nhà máy sản xuất điện, giấy, hóa chất, thực phẩm và các ngành công nghiệp khác.

THÔNG TIN QUAN TRỌNG

• Lò hơi công nghiệp là hệ thống sản xuất hơi bão hòa với nhiệt độ và áp suất cao dựa trên nguyên lý đốt nhiên liệu như than đá, dầu, khí gas, sinh khối,…để đun sôi nước, được sử dụng rộng rãi để cung cấp năng lượng cho các hoạt động sản xuất trong các nhà máy sản xuất điện, giấy, hóa chất, thực phẩm và các ngành công nghiệp khác.
• Lò hơi công nghiệp đáp ứng các nhu cầu sử dụng năng lượng sạch và giúp các nhà máy sản xuất tiết kiệm 10 – 20% chi phí sản xuất.  

LÒ HƠI LÀ GÌ?

Lò hơi công nghiệp là gì? Lò hơi hay nồi hơi (Boiler) là thiết bị chuyển hóa nước sang dạng hơi bằng cách đun sôi. Lò hơi đốt nhiên liệu được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất thực phẩm, sắt – thép, cao su, nông thủy sản,…Mục tiêu là để đáp ứng nhu cầu về sử dụng năng lượng, bao gồm nhiệt, hơi và điện.

Nhờ được chế tạo từ các tấm thép dày và chịu lực tốt, các loại lò hơi công nghiệp có thể đẩy áp suất lên cao từ vài Barg lên đến hàng trăm Barg. Mức này lớn hơn nhiều lần so với việc sử dụng lò áp suất thông thường.

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP

CẤU TẠO LÒ HƠI

• Buồng đốt: Buồng đốt của các loại lò hơi đốt nhiên liệu có thể là bằng gang để chịu nhiệt và áp suất của quá trình bên trong.
• Bộ trao đổi nhiệt: Quá trình đốt cháy được tạo ra trong buồng đốt, tạo ra nhiệt và được truyền bởi bộ trao đổi nhiệt để làm nóng chất lỏng trong bình.
• Bình giãn nở: Bình giãn nở có nhiệm vụ bảo vệ nồi hơi khỏi áp suất quá mức và đảm bảo an toàn cho nó trong suốt quá trình.
• Đầu đốt lò hơi: Đầu đốt là nơi xảy ra quá trình trộn không khí với nguồn nhiên liệu, dẫn đến quá trình đốt cháy cung cấp nhiệt cần thiết để làm nóng chất lỏng. 
• Bộ điều nhiệt: Bộ điều nhiệt chịu trách nhiệm truyền tín hiệu phù hợp đến đầu đốt về thời điểm bắt đầu và kết thúc.
• Van chảy ngược: Van chảy ngược là một bộ phận góp phần an toàn trong lò hơi công nghiệp, cho phép dòng chảy của chất lỏng chỉ theo một hướng duy nhất.
• Đường ống cung cấp: Đây là các đường ống có nhiệm vụ đưa dòng chất lỏng đã được làm nóng đến các điểm phân phối trong lò hơi. 
• Ống hồi lưu: Các đường hồi lưu có nhiệm vụ đưa chất lỏng được làm mát hoặc hơi nước được làm mát (làm thay đổi trạng thái của nó trở lại dạng lỏng) trở lại lò hơi để làm nóng lại. 
• Bơm tuần hoàn: Bộ phận này dẫn nước nóng đi khắp nồi hơi để giúp nước lưu thông đến các cửa xả khác nhau trong nhà, văn phòng của chúng ta hoặc những nơi khác mà nồi hơi được sử dụng. 
• Công tắc áp suất: Kích hoạt và cảnh báo cảm biến báo động khi áp suất tăng quá cao.
• Máy bơm: Các máy bơm được sử dụng trong lò hơi có một loại vít cấp được gọi là bộ truyền động động cơ điện.
• Ống khói: Khí cháy được thải ra ngoài qua ống khói này.
• Ống thải: Là nơi xả thải cặn lắng dưới đáy nồi hơi.
• Van an toàn: Trong trường hợp có sự cố kỹ thuật ở bất kỳ bộ phận nào của nồi hơi khiến áp suất tăng quá mức, van này sẽ hoạt động và xả áp suất.Theo các chuyên gia về lò hơi thì van an toàn là bộ phận quan trọng nhất của lò hơi. Trong lò hơi, van an toàn giúp giải phóng áp suất bên trong khi trường hợp có nhiều lỗi hệ thống.
• Bộ đánh lửa tấm xoáy: Bộ đánh lửa tấm xoáy sử dụng luồng không khí đốt được kiểm soát bằng đồng hồ đo được dẫn qua buồng đánh lửa để tạo ra dòng điện xoáy quanh mặt dòng chảy xuống của tấm xoáy.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 

Nguyên lý hoạt động của lò hơi công nghiệp dựa trên định luật nhiệt động học thứ hai của Carnot, còn được gọi là định luật Carnot. Định luật này xác định rằng không có động cơ nhiệt nào có thể hoạt động với hiệu suất cao hơn động cơ Carnot hoạt động giữa hai nguồn nhiệt.

Lò hơi công nghiệp sử dụng chất đốt để đun sôi nước, từ đó thu được hơi bão hòa để cung cấp năng lượng vận hành các máy móc, thiết bị và hoạt động sản xuất. Việc áp dụng định luật Carnot trong thiết kế và hoạt động của lò hơi giúp tối ưu hiệu suất và giảm thiểu lãng phí năng lượng.

Tùy vào thiết kế mà nhiên liệu cung cấp cho các lò hơi công nghiệp có thể ở những dạng rất khác nhau như: dạng lỏng như dầu, dạng khí như gas, dạng rắn như than đá, củi, gỗ, các loại biomass,…

Về cơ bản, nồi hơi công nghiệp có cấu tạo gồm: một trống hơi ở phía trên và một trống nước ở phía dưới. Các dàn ống nối với trống hơi có nhiệm vụ vận chuyển hỗn hợp nước sôi và hơi từ buồng đốt lên trên. Phần dàn ống nằm ở ngoài vách lò sẽ đảm bảo cho phần nước đã được tách hơi đi xuống trống nước.

Quá trình luân chuyển xuyên suốt hỗn hợp hơi và nước sôi lên xuống giữa các trống có thể diễn ra tự nhiên (tuần hòan tự nhiên) hoặc thực hiện bằng bơm chuyên dụng (tuần hoàn cưỡng bức). 

Tại trống hơi, nước sôi và hơi được tách ra thành các phần riêng biệt, sau đó phần hơi được vận chuyển ra khỏi trống hơi. Địa điểm tiếp nhận hơi đã được tách ra đó là bộ quá nhiệt gồm nhiều dàn ống được đặt trên đỉnh lò. 

Điều này giúp hệ thống tận dụng được nguồn nhiệt từ khói lò, hơi nước nhờ nhận thêm nhiệt nên trở thành hơi khô (hay còn gọi là hơi quá nhiệt). Hơi quá nhiệt có nhiệt độ và áp suất cao thường được sử dụng trong các thiết bị động cơ hơi nước hoặc các loại máy móc đặc chủng.

MỘT SỐ LOẠI NỒI HƠI CÔNG NGHIỆP PHỔ BIẾN TẠI VIỆT NAM

PHÂN LOẠI THEO CHUYỂN ĐỘNG CỦA NHIỆT NĂNG VÀ NƯỚC

Dựa trên chuyển động của nhiệt năng và thuỷ năng mà lò hơi công nghiệp được chia thành hai loại là lò hơi công nghiệp ống nước và ống lửa.

LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP ỐNG LỬA (FIRE-TUBE BOILER)

Cấu tạo của các loại lò hơi ống lửa thường có ba phần chính: buồng đốt, bồn nước; ống khói.

Theo đó, nguyên lý hoạt động của lò hơi công nghiệp ống lửa về cơ bản là phần nhiệt lượng chạy trong các ống từ buồng đốt sang ống khói thải nhiệt để kiểm soát áp suất trong phạm vi cho phép. 

Khi nhiên liệu được đốt trong lò, nhiệt đi theo các ống truyền nhiệt để đi qua nước trong bộ phận bồn nước. Dưới tác dụng của nhiệt, nước bốc thành hơi và hơi sẽ được tận dụng để vận hành máy móc. 

Mặc dù các loại lò hơi công nghiệp ống lửa có giá thành khá rẻ do cấu tạo đơn giản, nhưng chúng thường có áp suất thấp cho đến trung bình, nên chỉ thích hợp với một vài lĩnh vực nhất định.

LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP ỐNG NƯỚC (WATER-TUBE-BOILER)

Về cấu tạo, loại lò hơi công nghiệp ống nước (Water-tube Boiler) y hệt lò hơi ống lửa. Nhưng nguyên lý hoạt động của lò hơi công nghiệp này có phần khác biệt hơn.

Cụ thể, thay vì nước trong bồn nước được gia nhiệt, thì buồng đốt của lò hơi sẽ đun nóng hệ thống ống nước ngay trong thân lò. Khi đó, nước trong ống nước được đun sôi, hơi nước được tạo thành sẽ di chuyển đến nơi lưu trữ. 

Với cách này, các loại lò hơi công nghiệp ống nước đem lại hiệu quả về năng lượng cao hơn. Tuy nhiên, về việc thiết kế, lắp đặt, vận hành bảo trì và chi phí cũng sẽ “tốn” hơn so với loại lò hơi công nghiệp ống lửa.

PHÂN LOẠI THEO NGUYÊN LIỆU ĐỐT

Tùy vào thiết kế mà mỗi loại nồi hơi công nghiệp sẽ đốt được các loại nhiên liệu riêng biệt. Chẳng hạn:

• Lò hơi công nghiệp đốt than: Lò hơi ghi xích là loại lò hơi đốt than được thiết kế và lắp đặt theo tiêu chuẩn TCVN và ASME, đem lại những tính năng giúp phục vụ sản xuất một cách hiệu quả.
• Lò hơi công nghiệp điện: Điện được sử dụng để sinh ra nhiệt bằng cách cuộn các dây điện trở hoặc đơn vị điện cực là với nhau. Tuy nhiên, lò hơi điện chỉ sử dụng ở công suất nhỏ.
• Lò hơi ghi xích: Là loại lò hơi có thể đốt đa dạng nhiên liệu có kích thước lớn và không đồng đều cũng như đốt kết hợp hoặc riêng lẻ. 
• Lò hơi đốt biomass: Có thể nói đây là dạng lò hơi đốt nhiên liệu đang được ưu tiên nhất hiện nay. Nhiên liệu đốt của nó có nguồn gốc từ phụ phẩm nông nghiệp như vỏ trấu, hạt điều, bã mía, lõi bắp, mùn cưa, vụn gỗ và rác thải công nghiệp. Hơn nữa, những lò hơi đốt biomass như lò hơi đốt trấu, đốt củi,…hường đạt công suất cao, đem lại nhiều hiệu quả kinh tế. Do đó chi phí đầu tư cho hệ thống lò hơi này cũng chiếm một phần không nhỏ. 
• Lò hơi đốt dầu và khí đã hóa lỏng: Chẳng hạn như dầu FO, DO, NG, LNG, CNG,…chúng đều là nhiên liệu sinh nhiệt cao và ít gây ảnh hưởng đến môi trường. Loại lò hơi công nghiệp đốt gas và dầu sản sinh hơi nước nhiệt độ và áp suất cao có thiết kế hiện đại cùng hệ thống vận hành tự động. Ưu điểm của loại lò hơi đốt dầu và khí đó là khả năng hoạt động ổn định, giá thành lắp đặt thấp.
• Lò hơi tầng sôi: Lò hơi tầng sôi dễ dàng đốt cháy nhiên liệu để thu hồi lại năng lượng cần thiết. Các loại lò hơi tầng sôi đốt cháy cả những dạng nhiên liệu xấu, chứa hơn 5% lưu huỳnh. Nguyên lý của lò hơi công nghiệp đốt tầng sôi là đưa nhiên liệu vào lớp sôi trong buồng đốt, khi gặp nhiệt độ cao chúng sẽ tự động bốc cháy và làm nước bốc thành hơi nước.