Công nghệ lò hơi tầng sôi

CÔNG NGHỆ LÒ HƠI TẦNG SÔI

(Fluidised bed boiler technology)

1. Giới thiệu công nghệ lò hơi tầng sôi

1. Tiêu chuẩn thẩm định công nghệ lò hơi:

Lò hơi, dĩ nhiên là sản xuất hơi nước bão hòa, nhưng đặc tính quan trọng nhất của lò hơi là dùng hơi bao nhiêu thì sản xuất bấy nhiêu, không thể lưu trữ. Trong thực tế, nhu cầu sử dụng hơi không bao giờ cố định mà luôn luôn dao động nên công nghệ lò hơi được đánh giá theo các tiêu chí sau:

• Khả năng đáp ứng nhu cầu thực tế sử dụng hơi (công suất và áp suất) với thời gian nhanh nhất: để giải quyết được vấn đề này, khi nhu cầu sử dụng hơi thay đổi, tín hiệu áp suất điều khiển để nhiên liệu cháy nhiều hay ít hơn nhằm tăng hay giảm nhiệt lượng cho lò hơi; bằng cách cho nhiên liệu vào buồng đốt theo tỷ lệ cần thiết. Nếu nhiên liệu bắt cháy ngay và tốc độ cháy nhanh sẽ tạo đủ nhiệt lượng cho lò hơi, bù lại lượng hơi đã bị lấy đi; song, nếu nhiên liệu bắt cháy chậm và tốc độ cháy không nhanh, gọi là độ trễ, đáp ứng không đủ nhiệt gây sụt áp tức thời của lò hơi.
• Độ tiêu hao nhiên liệu: Giá thành hơi gồm nhiều chi phí, trong đó, nhiên liệu là chủ yếu; vì thế, độ tiêu hao nhiên liệu được quan tâm đặc biệt; và nó thể hiện hiệu suất của lò hơi.
• Môi trường: chủ yếu là nhiệt độ, bụi và khói. Pháp luật quy định lò hơi phải đạt các tiêu chuẩn về khí thải hiện hành được quy định tại QCVN 19 – 2009; còn nhiệt độ ảnh hưởng đến sức khỏe nhân viên, hẳn nhiên, nhiệt tỏa ra môi trường nhiều thì tốn nhiên liệu nhiều.

2. Bối cảnh cụ thể:

• Cuối thế kỷ trước, trên thế giới người ta chỉ dùng than, dầu (FO, DO) hoặc gas (LPG) làm nhiên liệu để đốt lò hơi; ở Việt Nam cho đến đầu năm 2006, những nhà máy chà lúa ở miền tây còn đổ trấu xuống sông làm nghẹt dòng chảy (http://vietbao.vn/Xa-hoi/Nhung-dong-song-trau/40131231/157/). Với công suất lớn để hạ giá thành sản phẩm, người ta dùng lò hơi đốt than với các công nghệ như: phun than bụi vào buồng đốt, buồng đốt ghi xích (chuyển động) hay buồng đốt ghi tĩnh. Còn công suất nhỏ, người ta dùng lò hơi đốt dầu (DO, FO) hay gas (LPG). Hiển nhiên, lò điện có công nghệ cao nhất và chi phí sản xuất (tiền điện) cũng cao nhất. Tóm lại, theo thứ tự này:

lò than ghi tĩnh – lò than ghi xích – lò than phun – lò dầu FO – lò dầu DO – lò gas LPG – lò điện, thì chi phí và công nghệ tăng dần.

• Không phải vì nhiên liệu quá đắt mà người ra chế ra lò hơi đốt than, trái lại, lò hơi đốt than ra đời sớm nhất (dùng cho tàu hỏa, nhưng sau này do nhu cầu về chất lượng phục vụ con người gia tăng nên đã chuyển qua lò hơi đốt dầu FO, DO cũng như trong gia đình ngày nay, hầu như mọi người sử dụng gas hay điện nấu ăn vậy).

3. Nhu cầu cần thiết:

• Công nghệ lò hơi điện rất cao cấp vì công suất điện thay đổi rất nhanh và rất dễ dàng nhờ vào thay đổi điện thế của nguồn điện nên lò hơi điện rất đơn giản, giá thành rất thấp nhưng chi phí sản xuất (tiền điện) rất cao; đặc biệt, rất sạch sẽ và không ô nhiễm môi trường. Lò hơi điện dùng có công suất rất nhỏ, khoảng 250 kg hơi trở xuống (Trạm hạ thế 200 kVA chỉ dùng riêng cho 1 lò hơi 250 kg hơi mỗi giờ mà thôi).
• Công nghệ lò hơi đốt gas cũng cao cấp vì gas nhanh bắt lửa và cháy mãnh liệt nên khi thay đổi tải tiêu thụ thì tín hiệu áp suất đưa về điều khiển lượng gas rất dễ dàng nhờ van điều chỉnh gas. Hơn nữa, lượng gas đưa vào buồng đốt dễ dàng cháy hết nên hiệu suất cao, chỉ có một lý do cần quan tâm là giá gas đắt mà thôi. Do gas ở thể khí, phân tán khắp buồng đốt nên cháy theo thể tích; vì thế, lò hơi đốt gas chỉ cần buồng đốt nhỏ và thực tế, người ta dùng 1 ống đủ lớn để thay cho buồng đốt, nên còn gọi là ống lò.
• Ở lò hơi đốt dầu, bắt chước đặc tính cháy của gas, người ta không đưa dầu ở thể lỏng vào buồng đốt mà tán nhuyễn thành sương dưới áp suất cao, trộn lẫn với không khí đưa vào giúp cho sự cháy. Lý do là dầu (DO, FO) ở dạng sương dễ bắt lửa và cháy tốc độ nhanh nhưng vẫn không bằng gas được (do kích thước hạt sương vẫn lớn hơn khí gas nhiều). Như thế, lò dầu (kể cả DO lẫn FO) đều cháy theo thể tích.
• Đến công nghệ lò hơi đốt than thì kém hơn nhiều, khởi đầu là lò hơi ghi tĩnh (buồng đốt có những thanh ghi đứng yên như bếp than vậy, có thanh ghi là những khe để tro xỉ rơi qua), khá vất vả cho người cào lò và cấp than vào buồng đốt. Để than được giữ lại trên ghi nên lò ghi tĩnh phù hợp với than cục. Than có kích thước to, bắt lửa rất chậm và tốc độ cháy cũng thế nên tính công nghệ rất kém do hơi không đáp ứng kịp nhanh tức thời. Hơn nữa, trong khi cào xỉ, chắc chắn làm rơi những viên than nhỏ chưa cháy hết xuống dưới. Tóm lại, lò hơi ghi tĩnh mang trên mình hầu như tất cả nhược điểm, như: đáp ứng nhu cầu dùng hơi do thay đổi chậm (thiếu hơi, tụt áp), hiệu suất thấp do than cháy chưa hết, buồng đốt hở gây bụi và môi trường làm việc nóng, công nhân vất vả do cấp than, cào xỉ, . . . Lò hơi ghi tĩnh rất đơn giản, giá đầu tư thấp nhưng ngày càng thay thế nhiều bởi lò hơi có công nghệ cao hơn.
• Để khắc phục nhược điểm căn bản của lò hơi ghi tĩnh, lò hơi ghi xích ra đời; bằng cách trang bị thêm bộ ghi xích và băng tải lấy xỉ. Than được đốt trên mặt ghi có khe nhỏ hơn nhiều và cháy từ đầu đến cuối hành trình thì đổ xuống hố xỉ, nhờ băng tải đưa xỉ ra ngoài. So với ghi tĩnh thì lò hơi ghi xích có nhiều ưu điểm vượt trội. Đáng kể đầu tiên là lò hơi ghi xích có thể dùng than có kích thước nhỏ nên diện tích tiếp xúc với lửa lớn, bắt lửa nhanh. Nhờ đó áp suất hơi cần thiết cũng ổn định. Chính vì thế, cho đến ngày nay, lò hơi ghi xích vẫn được chế tạo và sử dụng nhiều trong công nghiệp. Tuy nhiên, công nghệ lò than không thể sánh với lò hơi đốt dầu được vì than ở dạng hạt khó cháy hơn nhiều lần so với dầu ở dạng sương. Thêm vào đó, than ở thể rắn, có tỷ trọng lớn hơn không khí nhiều lần nên nằm trên mặt ghi trong suốt quá trình cháy, gọi là cháy theo diện tích. Khi đó, diện tích mặt ghi trong buồng đốt phải đủ lớn để nhiên liệu dễ dàng tiếp xúc với lửa, tránh tình trạng nhiên liệu chất thành đống với chiều cao quá dày thì độ bắt cháy lại giảm.
• Công nghệ đốt than phun ra đời, bằng cách nghiền than thật nhỏ, mịn và phun vào buồng đốt, dưới áp suất của quạt làm cho bụi than lẫn trong không khí đưa vào lò để đốt cháy. Do than nghiền nhỏ nên dễ bắt lửa hơn, cháy nhanh hơn song là chất rắn nên cũng không thể sánh bằng dầu được, nhưng giá nhiên liệu rẻ hơn rất nhiều. Nói chung, đây là công nghệ đốt than, nhưng có các ưu điểm giống như đốt dầu vậy (đốt nhiên liệu theo thể tích, mau cháy và cháy nhanh hơn, . . .). Nói cách khác, đây là lò hơi đốt than với công nghệ cao nhất. Tuy vậy, trong thực tế, thiết bị nghiền than siêu nhỏ và béc phun than có giá đầu tư rất cao nên chỉ áp dụng cho những lò hơi có công suất rất lớn, hiện nay nhà máy điện Phả Lại, tỉnh Hải Dương đang sử dụng.
• Tóm lại, công nghệ lò hơi than phun giải quyết được các nhược điểm của lò hơi đốt than nhưng lại không được sử dụng trong sản xuất vừa và nhỏ nên trong thực tế vẫn còn dùng lò dầu nhiều.

Đến cuối thập niên 80 thế kỷ trước, dầu (FO, DO) và gas LPG tăng giá mạnh, thúc đẩy các nhà khoa học nâng cao chất lượng công nghệ lò hơi đốt than, nhằm thay thế lò dầu.

2. Công nghệ tầng sôi:

1. Đặc tính công nghệ tầng sôi:

• Đầu thập niên 90, Foster Wheeler Power Group công bố công nghệ lò hơi tầng sôi (fluidised bed boiler technology). Đặc tính của lò hơi này là đốt nhiên liệu theo thể tích, nghĩa là nhiên liệu đưa vào buồng đốt, khi cháy, dưới áp suất âm đủ lớn, hút nhiên liệu đang cháy bay bổng, lơ lửng trong không trung buồng đốt, gọi là tầng sôi.
• Như vậy, công nghệ tầng sôi không phải do lò hơi có buồng đốt cao mà là cháy theo thể tích, nhiên liệu đang cháy tràn ngập không gian buồng đốt. Có người đặt vấn đề: công nghệ lò hơi than phun có phải là tầng sôi? Xin trả lời ngay là đúng như thế, vì công nghệ lò hơi than phun cháy theo thể tích, còn việc phun than bột vào buồng đốt chỉ là một cách cấp liệu mà thôi; song công nghệ than phun cao cấp hơn tầng sôi rất nhiều, nên người ta gọi là công nghệ than phun nhằm phân biệt với công nghệ tầng sôi.

2. Ưu – nhược điểm của công nghệ tầng sôi:

• Ưu điểm lớn nhất của lò hơi tầng sôi là đốt nhiên liệu theo thể tích, nên buồng đốt nhỏ hơn lò hơi ghi xích nhiều, giảm thất thoát nhiệt. Ngoài ra, do nhiên liệu cháy lơ lửng trong buồng đốt nên nhiệt độ không gian buồng đốt cao hơn, giúp trao đổi nhiệt tốt hơn. Nhờ các yếu tố đó, hiệu suất lò hơi có thể tăng 7 –  10%.
• Do lò hơi tầng sôi cháy theo thể tích nên thời gian nhiên liệu cháy đè lên nhau ngắn hơn hẳn, giúp cháy kiệt nhiên liệu, phản ứng cháy xảy ra hoàn toàn, không xuất hiện khói đen và hàm lượng khí CO thấp.

3. Du nhập vào Việt Nam:

• Mặc dù Foster Wheeler Power Group giới thiệu công nghệ lò hơi tầng sôi vào đầu thập niên 90. Từ đó có nhiều người tìm hiểu song thực hiện không thành công công nghệ tầng sôi này, do FWPG không nói rõ đặc tính căn bản của công nghệ (đốt theo thể tích); hơn nữa, FWPG đặt tên “fluidised bed boiler technology” dễ gây hiểu lầm. Đến năm 2005, ở Việt Nam mới thử nghiệm thành công công nghệ lò hơi tầng sôi này.
• Sau đó, công nghệ này lan tỏa rất rộng rãi trên khắp các tỉnh thành ở Việt Nam.

3. Sử dụng nhiên liệu biomass:

1. Tận dụng nguồn trấu thải:

• Khi công nghệ lò hơi tầng sôi áp dụng ở Việt Nam, cũng là lúc cách mạng về năng lượng nở rộ trên thế giới, trong đó có chương trình tận dụng các phụ phẩm nông lâm nghiệp hay chất thải trong công nghiệp làm chất đốt. Cụ thể, dùng trấu, mạt cưa, vỏ điều, vỏ café, củi băm, viên ép làm nhiên liệu, gọi là tái tạo năng lượng.
• Cho đến năm 2007, các máy ép củi trấu, ép viên trấu, viên mạt cưa, . . . ra đời; cùng với việc đốt lò hơi bằng vỏ điều, củi băm, trấu rời, trấu viên, củi trấu đạt áp suất hơi như mong muốn.

2. Đốt lò hơi bằng biomass: (trấu, mạt cưa, vỏ điều, củi băm)

• Các chất phụ phẩm nông lâm nghiệp hay chất thải từ công nghiệp được gọi chung một tên là biomass. Đặc tính chung của lò hơi biomass là có nhiệt độ buồng đốt thấp, thường chỉ đạt 700 – 750⁰C; nên độ bền các kết cấu trong buồng đốt cao.
• Lò hơi ghi tĩnh có kết cấu đơn giản nhất vì ghi trong buồng đốt chỉ gồm một số thanh xếp gần nhau. Lò hơi tầng sôi có buồng đốt tương tự như lò hơi ghi tĩnh nhưng các thanh ghi đặt sát nhau không để tro lọt qua. Tro được lấy ra khỏi buồng đốt bằng cách hút ra phía sau đuôi lò nên áp suất âm buồng đốt phải đủ lớn. Còn lò hơi ghi xích thì chi phí đầu tư cho bộ ghi xích và băng tải xỉ không phải nhỏ. Nên, cả 3 kiểu lò hơi này được dùng nhiều khi đốt nhiên liệu biomass.

4. Chọn kiểu lò hơi hiện nay:

1. Công nghệ chế tạo lò hơi hiện nay:

• Dần theo thời gian, các nhà chế tạo lò hơi am hiểu nhiều hơn với công nghệ lò hơi. Một số chuyên chăm về kỹ thuật, tính toán cẩn thận, chi tiết hơn trong việc thiết kế để chế tạo ra những lò hơi đạt công nghệ cao; một phần sao chép kích thước lò hơi có sẵn, nên số nhà chế tạo lò hơi công nghệ thấp cũng ít dần.
• Ngoài 2 yếu tố chính của lò hơi là áp suất và công suất của hơi bão hòa vì nếu không đạt một trong hai yếu tố này thì thay thế lò hơi khác chứ làm sao đủ nhiệt để sản xuất? Lò hơi đạt công nghệ cao là:

• Khói thoát ra môi trường nhẹ và trong veo (không cuồn cuộn, đen hay trắng đục) đạt các tiêu chuẩn về khí thải hiện hành được quy định tại QCVN 19 – 2009.
• Không bụi ở nhà lò hay thoát ra ống khói.
• Lò hơi cách nhiệt tốt, không thoát nhiệt ra môi trường xung quanh.
• Không rò rỉ khói, hơi và nước ra nhà lò.

• Do các lò hơi đạt được các tiêu chuẩn trên nên ngày nay nhiên liệu đốt lò thường được chọn theo đặc tính sản xuất và giá nhiên liệu.

2. Chọn nhiên liệu cho lò hơi:

• Theo đặc tính sản xuất: thường chọn theo 2 tiêu chí:

5. Đặc thù sản phẩm: Ví dụ: nhà máy dược phẩm thường chọn nhiên liệu là điện, gas, dầu vì chi phí hơi trong giá thành sản phẩm không cao trong khi dùng nhiên liệu rắn, nhà máy khó đạt được tiêu chuẩn vệ sinh phòng dịch.
5. Công suất lò hơi:

• Lò hơi có công suất dưới 250 kg hơi mỗi giờ thường dùng điện
• Lò hơi có công suất 250 – 2.000 kg hơi mỗi giờ thường đốt gas, dầu
• Lò hơi có công suất 1 tấn hơi trở lên thường đốt than, củi, mạt cưa, vỏ trấu, vỏ café, phụ phẩm nông lâm nghiệp, . . .

• Theo giá nhiên liệu:

Nhiên liệu đốt lò hơi thường được chọn theo vùng miền. Ví dụ: miền tây Nam bộ thường chọn vỏ trấu, miền đông thì củi cao su, củi điều, mạt cưa, vỏ điều, . . . quan trọng là mua được nhiên liệu nào dễ dàng và giá thành thấp. Mua lò hơi nhưng giá nhiên liệu mới là yếu tố quan trọng nhất.

3. Lưu ý khi chọn lò hơi tầng sôi:

5. Thuận:

• Lò hơi tầng sôi phù hợp với rất nhiều nhiên liệu, không kể lớn nhỏ, như mạt cưa, . . . nên có thể gọi lò tầng sôi là lò đốt đa nhiên liệu. Nếu kích thước nhỏ như củi băm, mạt cưa, . . . có thể cấp liệu tự động còn kích thước lớn quá thì dùng thủ công.
• Lò hơi tầng sôi giúp cho nhà lò sạch sẽ.

5. Nghịch:

• Khi dùng vỏ trầu đốt lò hơi tầng sôi cần phải lưu ý đặc biệt đến hệ thống thu hồi tro vì hàm lượng tro trong trấu rất cao (khoảng 17%).

4. Kết luận:

• Công nghệ lò hơi tầng sôi cao cấp hơn ghi xích, ghi xích cao cấp hơn lò ghi nhiều.
• Lò hơi ghi xích có giá rất cao, nhưng công suất lớn hơn 20 tấn/giờ chỉ nên xài ghi xích hoặc chia ra nhiều lò tầng sôi nhỏ hơn. Còn công suất tương đối nhỏ 15 tấn hơi/giờ trở xuống thì nên dùng lò tầng sôi có giá cao hơn lò ghi tĩnh không bao nhiêu nhưng công nghệ cao hơn rất nhiều (cháy kiệt nhiên liệu: ít tốn nhiên liệu, không khói bụi); nhất là xu hướng các tiêu chuẩn về môi trường ngày một khắt khe hơn.

Chúc Qúy vị an toàn lò hơi, giảm phí nhiên liệu, hạ giá sản xuất để công ty ngày càng thịnh đạt.

Nếu Quý vị muốn tìm hiểu thêm về “Công nghệ tầng sôi” hay lò hơi của lò hơi chúng tôi, xin vui lòng liên lạc: điện thoại (zalo): 0906430726 hay email: locsaigon@gmail.com