Lò hơi: Cấu tạo & nguyên lý làm việc

Lò hơi hay nồi hơi là thiết bị thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp. Chúng hoạt động dựa vào nguồn nhiệt sinh ra từ nhiên liệu, biến nhiệt năng thành hơi nước. Và đang đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất hơi nước, cũng là nguồn lực then chốt vận hành máy móc, thiết bị. Bài viết dưới đây sẽ đi sâu vào tìm hiểu khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tính ứng dụng thực tế của lò hơi trong đời sống hiện đại.

Lò hơi là gì?

Lò Hơi hay còn được gọi tên khác là Nồi Hơi. Trên nguyên lý chung của lò hơi công nghiệp là sử dụng nhiên liệu để đun sôi nước. Tùy loại lò hơi mà nhiên liệu đun nóng có thể là: chất rắn (như củi, than, gỗ…), chất lỏng (như dầu…), hoặc khí (như gas). Nguyên lý hoạt động của lò hơi cũng khá đơn giản. Lò hơi hoạt động chủ yếu dựa vào nhiệt lượng sinh ra của nhiên liệu, biến thành nhiệt năng của hơi nước.

Lò hơi ngày càng ứng dụng rộng rãi và đóng vai trò nhiều hơn trong công nghiệp như: nhà máy hóa chất, nước giải khát, bia rượu, chế biến thực phẩm… Hiện đang được phân thành nhiều loại khác nhau dựa vào chế độ đốt nhiên liệu trong buồng lửa, chế độ tuần hoàn nước. Hơi này được cung cấp cho các quá trình sản xuất công nghiệp như: gia nhiệt cho không khí để sấy, rửa thiết bị, cung cấp nhiệt trong các nhà máy dệt, sản xuất đường, hóa chất, rượu bia và nước giải khát… Trong trường hợp này hơi sử dụng được gọi là hơi bão hòa (Saturated Steam).

Ngoài ra, trong công nghệ cao, các nhà máy nhiệt điện dùng tuabin hơi để vận hành máy phát điện thì hơi được sử dụng được gọi là hơi quá nhiệt (Superheated Steam). Tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng của từng công nghệ khác nhau mà đơn vị sử dụng có thể lựa chọn Lò hơi thích hợp với từng nhà máy.

Hơi bão hòa Saturated Steam là gì?

Hơi nước bão hòa là loại hơi nước xảy ra khi các pha lỏng và pha khí của nước tồn tại đồng thời ở 1 môi trường nhiệt độ và áp suất nhất định. Hay nói theo cách khác hơi nước ở trạng thái cân bằng với nước nóng. Trong điều kiện bão hòa, nước bị bay hơi có tốc độ bằng với tốc độ ngưng tụ nước.

Hơi quá nhiệt Superheated Steam là gì?

Hơi quá nhiệt (Superheated Steam) là hơi nóng ở ngưỡng nhiệt độ cao hơn điểm hóa hơi của nó với áp suất tuyệt đối đã đo được. Thường mức nhiệt sẽ trong khoảng từ 300 – 600°C. Cụ thể về hơi nước siêu nhiệt này có thể hiểu đơn giản là: Hơi quá nhiệt = Hơi bão hòa + quá trình gia nhiệt.

Nguyên lý cơ bản của hơi quá nhiệt là khi đã có hơi bão hòa sẽ tiến thành sử dụng bộ gia nhiệt để thu được hơi siêu nhiệt phục vụ cho hoạt động của mỗi doanh nghiệp.

Cấu tạo & nguyên lý hoạt động của lò hơi

Cấu tạo lò hơi

Lò hơi có cấu tạo và nguyên lý hoạt động cũng khá đơn giản, sẽ được trình bày sau đây.

Chú thích : 1. Vòi phun nhiên liệu + không khí; 2. Buồng đốt; 3. Phễu tro lạnh; 4. Đáy thải xỉ; 5. Dàn ống sinh hơi; 6. Bộ quá nhiệt bực xạ; 7. Bộ quá nhiệt nữa bức xạ; 8. Ống hơi lên; 9. Bộ quá nhiệt đối lưu; 10. Bộ hãm nước; 11. Bộ sấy không khí; 12. Bộ khử bụi; 13. Quạt khói; 14. Quạt Gió; 15. Bao hơi; 16. Ống nước xuống; 17. Ống góp nước.

Thành phần cơ bản của lò hơi

• Hệ thống cấp nhiên liệu: Trang bị hoạt động tự động hoặc bán tự động (bao gồm các thiết bị như xe xúc lật, xe múc, phễu chứa liệu, gầu tải, băng tải, vít tải…) được bố trí điều khiển một cách liên động, tự định lượng và tự cấp liệu cho lò hơi. Hệ thống cấp nhiên liệu còn được bố trí thêm cân khối lượng để xác định lượng nhiên liệu tiêu hao.
• Hệ thống buồng đốt (Thân lò): Được thiết kế để đốt nhiên liệu cháy kiệt nhất có thể và hấp thụ nhiệt tốt nhất cho quá trình sinh hơi. Bao gồm các thiết bị như: buồng đốt, béc đốt, chùm ống hấp thụ bức xạ nhiệt, chùm ống sinh hơi.
• Bộ thu hồi nhiệt (bộ hâm nước, bộ sấy không khí): Để tận dụng nhiệt lượng từ khói thải, tăng hiệu suất của lò hơi và giảm nhiệt độ khói thải ra môi trường.
• Hệ thống lọc bụi: Có thể lựa chọn một số các thiết bị lọc bụi sau: lọc bụi túi vải, lọc bụi tĩnh điện, cyclone lọc bụi đa cấp, tháp lọc bụi ướt, bể lắng tro để xử lý tro bụi từ quá trình cháy nhiên liệu của lò hơi. Mục đích để khói thải khi ra khỏi ống đảm bảo các tiêu chuẩn môi trường do nhà nước quy định.
• Quạt hút và ống khói: Khói thải sau khi đã được tận dụng nhiệt, xử lý lọc bụi qua nhiều cấp sẽ được quạt hút đẩy lên ống khói và thải ra môi trường.
• Hệ thống cấp nước lò hơi: Hệ thống nước cấp cấp nước cho nồi hơi và tự động điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu hơi. Nước được cung cấp cho lò hơi được chuyển đổi thành hơi được gọi là nước cấp. Các nguồn nước cấp là: Hơi nước ngưng tụ hoặc ngưng tụ được trả lại từ các quy trình. Nước bổ sung là nước thô phải đến từ nguồn bên ngoài hệ thống lò hơi và các quy trình của nhà máy.

Mặt cắt lò hơi

• Hệ thống hơi: Hệ thống hơi thu thập và kiểm soát hơi nước được tạo ra trong nồi hơi. Hơi nước được dẫn qua một hệ thống đường ống đến điểm sử dụng. Trong toàn hệ thống, áp suất hơi sử dụng van để điều chỉnh và được kiểm tra bằng đồng hồ đo áp suất hơi.
• Hệ thống nhiên liệu: Hệ thống nhiên liệu bao gồm tất cả các thiết bị được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho buồng đốt nhằm tạo ra nhiệt cần thiết. Các thiết bị cần thiết trong hệ thống nhiên liệu phụ thuộc vào loại nhiên liệu được sử dụng trong hệ thống.

Nguyên lý hoạt động của lò hơi

Nguyên lý của lò hơi chủ yếu dựa vào nhiệt lượng sinh ra từ nhiên liệu, sau đó được biến thành nhiệt năng của hơi nước. Hơi này được cung cấp cho các quá trình công nghiệp như thêm nhiệt cho không khí để thực hiện quá trình sấy, rửa thiết bị, cung cấp nhiệt trong các nhà máy dệt, đường, hóa chất, rượu bia, nước giải khát…Trong trường hợp này hơi sử dụng là hơi bão hòa. Ngoài ra, các nhà máy nhiệt điện dùng tuabin hơi để chạy máy phát điện thì hơi được sử dụng là hơi quá nhiệt.

Một lớp các hạt rắn được cho là chất lỏng khi chất lỏng điều áp chất lỏng hoặc khí) được truyền qua môi trường và làm cho các hạt rắn hoạt động giống như một chất lỏng trong một số điều kiện nhất định. Fluidized (tầng sôi) gây ra sự chuyển đổi trạng thái của các hạt rắn từ tĩnh sang động. Đốt tầng sôi là sự cháy của nhiên liệu rắn trong các điều kiện nêu trên.

Có 2 loại buồng đốt lò hơi tầng sôi chính:

• Đốt cháy tầng sôi bong bóng (BFBC)
• Đốt cháy tầng sôi tuần hoàn (CFBC).

Hoạt động của lò hơi

FBC bong bóng được sử dụng cho nhiên liệu có giá trị nhiệt trị thấp hơn như trấu. Theo cách sắp xếp như vậy, các yếu tố chính dẫn đến sự hóa lỏng như sau:

• Kích thước hạt nhiên liệu rắn
• Hỗn hợp nhiên liệu không khí

Quá trình đốt cháy tầng sôi diễn ra khi quạt gió cưỡng bức cung cấp không khí cho buồng đốt của lò hơi. Trong buồng đốt, nhiên liệu được cấp lên trên ghi và được làm nóng trước khi tạo lớp sôi, không khí đi vào ghi lò từ các nấm phun gió được lắp trên mặt ghi. Và phía trên vòi phun, được rải một lớp cát để chống lại chuyển động đi lên của không khí.

Nhưng với vận tốc đủ lớn, khi áp suất của không khí cân bằng với trọng lượng của cát, hiện tượng tạo ra lớp sôi của nhiên liệu trong buồng đốt sẽ xảy ra. Nhiên liệu được cấp vào phễu liệu trung gian bằng băng tải, và được đưa trực tiếp vào buồng đốt nhờ một hệ thống vít tải được điều khiển tự động theo công suất tiêu thụ hơi.

Nhiệt thoát ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu tại buồng đốt tầng sôi làm nóng các ống trao đổi nhiệt được bố trí xung quanh và tạo ra hơi nước. Những ưu điểm chính của lò hơi tầng sôi, Fluidized Bed là tăng cường hiệu quả nhiệt, loại bỏ tro dễ dàng.

Một loại khác của dạng buồng đốt tầng sôi là đốt cháy tầng sôi tuần hoàn; nó được áp dụng cho nhiên liệu có giá trị gia nhiệt cao hơn. Trong đó, nhiên liệu chưa cháy được đưa trở lại buồng đốt với sự trợ giúp của quạt và ống dẫn cưỡng bức, đảm bảo đốt cháy kiệt nhiên liệu và sinh nhiệt tối đa.

Ngoài ra, tốc độ của không khí trong CFBC cao hơn so với BFBC. Một trong những nhược điểm chính là tiêu thụ điện năng cho các quạt cao áp để tạo lớp sôi trong buồng đốt. Các động cơ được lắp đặt cho quạt cao áp tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với động cơ được lắp đặt trong cùng công suất lò hơi khác như lò hơi đốt gỗ, củi… Hiện nay nhờ công nghệ được cải tiến, người ta còn phát triển lò hơi đốt điện sử dụng năng lượng điện ít gây ảnh hưởng đến môi trường hơn, tiện lợi và an toàn hơn.

Các thiết bị đi kèm với lò hơi

• Bồn bể chứa nước
• Thiết bị trao đổi nhiệt
• Bộ hâm nước
• Bộ sấy không khí
• Cá cyclone lọc bụi
• Thiết bị lọc bụi túi vải
• Thiết bị lọc bụi tĩnh điện
• Tháp dập bụi
• Bể dập bụi
• Bể lắng tro

Ngoài ra, không thể không kể đến các loại van công nghiệp là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống lò hơi, cụ thể van an toàn, van cổng, van một chiều…Chức năng của chúng là điều chỉnh áp suất, đảm bảo hệ thống hơi hoạt động an toàn và trơn tru.

Ứng dụng của lò hơi

Chức năng của nồi hơi là tạo ra nguồn năng lượng an toàn, tiện lợi phục vụ cho các yêu cầu về nhiệt. Hiện nay, lò hơi được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực, hệ thống (tùy vào nhu cầu sử dụng để lựa chọn công suất). Dưới đây là một số ứng dụng điển hình của lò hơi:

• Trong chế biến thực phẩm

Nồi hơi được ưa chuộng khá nhiều trong các nhà máy sản xuất, chế biến thực phẩm, đồ uống. Cụ thể được lắp đặt trong hệ thống dây chuyền sản xuất các loại thực phẩm đóng hộp như thịt, trứng, sữa, rượu, bia… Với nhiệm vụ sấy khô hoặc đun nóng, khử trùng các sản phẩm.

• Trong ngành điện năng

Lò hơi được lắp đặt với nhiệm vụ sản xuất hơi, tạo ra dòng hơi có động năng cao để truyền lên các cánh động của tuabin hơi. Mục đích để làm quay trục tuabin máy phát điện, giúp máy phát điện tạo ra điện năng để sử dụng.

• Trong ngành công nghiệp sản xuất giấy

Lò hơi được sử dụng để tạo ra nguồn nhiệt hơi để phục vụ các công đoạn trong quy trình sản xuất, ví dụ: hồ, nấu bột giấy, xeo giấy, hấp giấy và sấy giấy.

• Trong ngành chế biến gỗ, cao su

Nồi hơi được dùng để tạo ra hơi nước, phục vụ cho các lò lưu hóa để hấp, sấy các công xưởng chế biến vỏ, ruột của xe đạp, xe gắn máy, ô tô…Hoặc dùng để làm ván ép, bảo dưỡng, xông, sấy gỗ, hấp tẩm dầu cho cột gỗ.

• Trong ngành xây dựng

Trong ngành xây dựng dùng lò hơi được đùng dể tạo ra hơi nước giúp sấy khô nhanh các cấu kiện bê tông. Từ đó giúp quay nhanh chu kỳ sản xuất và góp phần giúp tăng năng suất, hiệu quả cao.

• Trong ngành dịch vụ

Lò hơi được ứng dụng trong các hệ thống hơi công nghiệp như xông hơi, masage… hoặc dùng dể sưởi ấm, vệ sinh các dụng cụ cần thiết.

• Trong giao thông vận tải

Trong một số tàu biển có dùng lò hơi tạo ra dòng hơi có động năng cao, để truyền động năng lên các cánh tuabin hơi làm quay tuabin – chân vịt tàu. Ngoài ra trên tàu còn có lò hơi phụ dùng để sinh hoạt và xông dầu cho máy chính.

Lò hơi ứng dụng trong dịch vụ

Bài viết trên đây chúng tôi đã tổng hợp những thông tin chi tiết về lò hơi cùng cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của lò hơi trong các ngành công nghiệp. Tuấn Hưng Phát chúng tôi hiện đang phân phối độc quyền các dòng van công nghiệp: Van bướm động cơ điện, van an toàn, van cổng điện, van dao, van bi đóng mở bằng điện. Nếu có nhu cầu quý khách vui lòng liên hệ thông tin dưới đây để được tư vấn, hỗ trợ và báo giá chính xác:

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI TUẤN HƯNG PHÁT

• Địa chỉ: LK37/11 KĐT Phú Lương, Phú Lương, Hà Đông, Hà Nội, Việt Nam
• Hotline: 0915.891.666
• Website: https://tuanhungphat.vn/
• Email: Kinhdoanh@tuanhungphat.vn
• Fanpage: FB.com/tuanhungphat.vn