Cấu tạo lò hơi gồm các nhóm bộ phận đảm nhiệm cấp nhiệt, trao đổi nhiệt, chứa nước và hơi cùng chức năng đo lường, điều khiển, bảo vệ. Cách bố trí các bộ phận này thay đổi theo loại lò, nhiên liệu và yêu cầu hơi. Bài viết giải thích chức năng từng bộ phận, các hệ thống phụ trợ đi kèm và cách chúng phối hợp để tạo ra hơi cấp cho sản xuất.
Tổng Quan Về Cấu Tạo Lò Hơi
Lò hơi, còn gọi là nồi hơi, là thiết bị dùng nguồn nhiệt để chuyển nước thành hơi phục vụ gia nhiệt hoặc các nhu cầu công nghệ. Khi tìm hiểu cấu tạo lò hơi hay cấu tạo nồi hơi, cần phân biệt hai phạm vi. Bản thân lò gồm các bộ phận chịu áp lực, bề mặt trao đổi nhiệt và các thiết bị gắn trực tiếp trên lò. Hệ thống lò hơi rộng hơn, bao gồm lò cùng thiết bị cấp nước, cấp nhiên liệu, xử lý khói và các hệ thống liên quan.
Các Bộ Phận Chính Trong Cấu Tạo Lò Hơi
Từ phạm vi trên, phần này đi vào các bộ phận của lò hơi trực tiếp tham gia quá trình cấp nhiệt và sinh hơi.
Buồng Đốt Và Bộ Phận Cấp Nhiệt
Buồng đốt là không gian diễn ra quá trình cháy đối với lò đốt nhiên liệu. Bộ phận đốt có thể là đầu đốt cho nhiên liệu lỏng hoặc khí, ghi lò cho nhiên liệu rắn hoặc lớp vật liệu tầng sôi tùy công nghệ. Nhiệt sinh ra trong buồng đốt truyền đến các bề mặt nhận nhiệt bao quanh. Buồng đốt chỉ là một phần của lò, không đồng nghĩa với toàn bộ thân lò.
Thân Lò Và Các Bộ Phận Chịu Áp Lực
Các bộ phận chịu áp lực có nhiệm vụ chứa nước và hơi dưới áp suất, đồng thời tạo kết cấu làm việc của lò. Tên gọi chi tiết phụ thuộc loại lò. Lò ống lửa thường có thân hình trụ và mặt sàng, tức tấm thép giữ hai đầu các ống lửa. Lò ống nước có thể có bao hơi, ống góp và các dàn ống. Bao hơi là bình chứa nước và hơi, nơi hơi được tách khỏi nước. Ống góp là ống lớn gom hoặc phân phối môi chất cho nhiều ống nhỏ.
Thân lò, bao hơi và buồng đốt là ba khái niệm khác nhau. Bên ngoài phần chịu áp lực thường có lớp bảo ôn cách nhiệt và tôn bọc. Lớp này giúp giảm thất thoát nhiệt và bảo vệ bề mặt nhưng không thuộc phần chịu áp lực. Chiều dày thép và vật liệu do thiết kế của từng lò quy định.
Bề Mặt Trao Đổi Nhiệt Và Bộ Phận Sinh Hơi
Bề mặt trao đổi nhiệt là nơi nhiệt truyền qua vách kim loại đến nước. Tùy kết cấu, bề mặt này là các ống lửa có khói đi bên trong hoặc các ống nước có nước đi bên trong. Diện tích và tình trạng bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến lượng nhiệt truyền được cho nước. Cáu cặn bám phía nước và muội bám phía khói đều cản trở truyền nhiệt. Sự khác nhau giữa hai kết cấu ống được so sánh ở phần sau.
Không Gian Hơi Và Đường Hơi Ra
Sau khi nước hóa hơi, hơi cần được tập trung trước khi đưa ra sử dụng. Với cấu hình có không gian chứa nước và hơi, phần phía trên mặt nước là nơi hơi tụ lại và tách bớt giọt nước. Không gian này có thể nằm trong thân lò hoặc trong bao hơi tùy kết cấu. Không phải lò nào cũng có bao hơi riêng.
Từ đây, hơi đi ra qua đường hơi chính và van hơi chính, là van đóng mở dòng hơi cấp cho hệ thống. Hơi ra khỏi lò thường là hơi bão hòa, chỉ trở thành hơi quá nhiệt khi lò có trang bị bộ quá nhiệt.
Thiết Bị Đo Lường, Điều Khiển Và Bảo Vệ
Để lò làm việc trong giới hạn thiết kế, nhóm thiết bị này đảm nhiệm ba chức năng khác nhau:
- Đo lường: cung cấp thông tin trạng thái, như đồng hồ áp suất và thiết bị chỉ thị mức nước trong lò.
- Điều khiển: cảm biến và bộ điều khiển điều chỉnh cấp nước, cấp nhiệt theo nhu cầu hơi.
- Bảo vệ: các liên động tác động khi xuất hiện điều kiện không an toàn, chẳng hạn ngắt cấp nhiệt khi mức nước quá thấp.
Liên động là cơ chế tự ngắt hoặc khóa thao tác khi một điều kiện an toàn không được đáp ứng. Van an toàn là thiết bị bảo vệ quá áp, tự mở để xả hơi khi áp suất vượt giới hạn cho phép. Van này không dùng để điều chỉnh áp suất vận hành thường xuyên.
Các Hệ Thống Phụ Trợ Của Lò Hơi
Các bộ phận chính chỉ làm việc được khi phối hợp với những hệ thống cấp đầu vào và xử lý đầu ra. Đây là phần mở rộng của cấu tạo lò hơi công nghiệp khi nhìn ở phạm vi toàn hệ thống.
Hệ Thống Xử Lý Nước Và Cấp Nước
Hệ thống cấp nước đưa nước vào lò để bù cho lượng nước đã hóa hơi. Nước bổ sung đi qua thiết bị xử lý nước, được chứa tại bồn nước cấp rồi được bơm cấp nước đưa vào lò. Nước cấp phải đáp ứng yêu cầu của thiết kế và chương trình xử lý nước, không đồng nghĩa với nước cất. Khi hệ thống có bố trí và chất lượng phù hợp, nước ngưng được thu hồi về bồn nước cấp.
Hệ Thống Cấp Nhiên Liệu Và Không Khí
Hệ thống này đưa nhiên liệu và không khí đến khu vực cháy. Nhiên liệu rắn như than, củi, trấu hoặc sinh khối thường cần kho chứa và cơ cấu vận chuyển. Nhiên liệu lỏng hoặc khí được cấp qua đường ống đến đầu đốt. Quạt cấp gió và quạt hút khói được bố trí theo công nghệ đốt, không phải lò nào cũng có cùng cấu hình quạt hay cùng loại băng tải, vít tải.
Công nghệ đốt cũng quyết định cách tổ chức cấp gió. Với lò ghi, không khí đi qua lớp nhiên liệu nằm trên ghi. Với lò hơi tầng sôi, dòng khí từ bên dưới làm lớp vật liệu chuyển động để nhiên liệu cháy trong lớp này.
Hệ Thống Khói Thải Và Thu Hồi Nhiệt
Sau khi truyền nhiệt, khói được dẫn ra khỏi lò qua đường khói, thiết bị xử lý và ống khói theo cấu hình. Một số lò trang bị thêm thiết bị thu hồi nhiệt trên đường khói. Bộ hâm nước dùng nhiệt khói để làm nóng nước cấp trước khi vào lò. Bộ sấy không khí dùng nhiệt khói để làm nóng không khí cấp cho quá trình cháy. Không phải lò nào cũng có đủ hai thiết bị này. Thiết bị xử lý bụi cũng không xử lý được mọi thành phần trong khí thải.
Hệ Thống Xả Đáy Và Thu Gom Tro Xỉ
Hai hệ thống này đều đưa vật chất ra khỏi lò nhưng làm việc ở hai phía khác nhau. Xả đáy thuộc phía nước, dùng để xả cặn lắng ở đáy lò và góp phần kiểm soát chất lượng nước lò. Thu gom tro xỉ thuộc phía đốt, dùng để lấy chất rắn còn lại sau quá trình cháy. Cách thu gom tro xỉ phụ thuộc nhiên liệu và công nghệ đốt.
Phân Biệt Cấu Tạo Lò Hơi Ống Lửa Và Lò Hơi Ống Nước
Bề mặt trao đổi nhiệt là bộ phận tạo ra khác biệt lớn nhất giữa hai kết cấu lò hơi phổ biến. Bảng dưới đây so sánh cấu tạo lò hơi ống lửa và cấu tạo lò hơi ống nước theo cùng tiêu chí.
| Tiêu chí | Lò hơi ống lửa | Lò hơi ống nước |
| Môi chất đi trong ống | Khói nóng. | Nước hoặc hỗn hợp nước và hơi. |
| Phía ngoài ống | Nước bao quanh các ống. | Khói nóng và nguồn nhiệt tác động lên ống. |
| Bố trí phần chứa nước và sinh hơi | Nước và hơi chứa trong thân lò hình trụ. | Nước và hơi phân bố trong dàn ống, ống góp và bao hơi nếu có. |
| Đặc điểm nhận biết trên bản vẽ | Thân trụ lớn, mặt sàng, chùm ống lửa bên trong. | Dàn ống bao quanh buồng đốt, ống góp, bao hơi tùy thiết kế. |
Để xem các tiêu chí này kết hợp ra sao trong thực tế, có thể tham khảo các loại lò hơi công nghiệp phổ biến hiện nay.
Nguyên Lý Hoạt Động Của Nồi Hơi
Sau khi nhận diện từng bộ phận, có thể theo dõi cách chúng phối hợp để tạo và cấp hơi. Phần này nối cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò hơi thành một mạch thống nhất.
Nguồn Nhiệt Truyền Năng Lượng Cho Nước
Với lò đốt nhiên liệu, quá trình cháy trong buồng đốt tạo ra nguồn nhiệt. Bức xạ là nhiệt phát ra trực tiếp từ ngọn lửa tới bề mặt xung quanh. Đối lưu là trao đổi nhiệt khi dòng khói nóng chuyển động sát bề mặt. Dẫn nhiệt là nhiệt truyền xuyên qua vách kim loại sang nước. Khói và nước luôn ở hai phía của vách ngăn, không hòa trộn trực tiếp với nhau.
Nước Nhận Nhiệt Và Hình Thành Hơi
Nước nhận nhiệt, nóng dần lên rồi hóa hơi theo điều kiện áp suất trong lò. Áp suất càng cao thì nhiệt độ sôi càng cao, nên nước trong lò có áp suất không sôi ở 100°C. Hơi tạo ra thường là hơi bão hòa, tức hơi ở trạng thái cân bằng với nước tại áp suất đó. Hơi quá nhiệt là hơi được gia nhiệt tiếp vượt nhiệt độ bão hòa, chỉ có khi lò trang bị bộ quá nhiệt.
Hơi Được Cấp Đến Thiết Bị Sử Dụng
Hơi rời lò qua đường hơi chính đến các thiết bị gia nhiệt hoặc phục vụ nhu cầu công nghệ. Sau khi nhả nhiệt, hơi ngưng tụ thành nước ngưng và có thể được thu hồi về bồn nước cấp khi phù hợp. Nước bổ sung bù cho phần nước ngưng không thu hồi được và lượng nước mất qua xả đáy. Vì vậy hệ thống hơi không phải vòng tuần hoàn kín tuyệt đối.
Hệ Thống Điều Khiển Duy Trì Trạng Thái Làm Việc
Trong suốt quá trình trên, hệ thống điều khiển phối hợp cấp nước, cấp nhiệt với nhu cầu dùng hơi. Khi phụ tải dùng nhiều hơi, áp suất có xu hướng giảm và nước trong lò hao hụt nhanh hơn. Bộ điều khiển khi đó tăng cấp nhiệt và cấp nước để bù lại. Khi nhu cầu giảm, quá trình diễn ra theo chiều ngược lại. Mục tiêu là giữ áp suất và mức nước trong giới hạn thiết kế.
Những Điểm Cần Đối Chiếu Khi Tìm Hiểu Cấu Tạo Lò Hơi
Hai lò có cùng công suất vẫn có thể khác nhau về cấu tạo và thiết bị phụ trợ. Khi tìm hiểu một lò cụ thể, nên đối chiếu bốn nội dung sau:
- Loại kết cấu trao đổi nhiệt và công nghệ đốt của lò.
- Nhiên liệu sử dụng và yêu cầu về hơi đầu ra như lưu lượng, áp suất.
- Các thiết bị thực tế nằm trong phạm vi cung cấp.
- Bản vẽ tổng thể, sơ đồ công nghệ và tài liệu kỹ thuật đi kèm.
Khi cần xác định vị trí hoặc thay thế bộ phận, hồ sơ của chính lò đó là căn cứ cần đối chiếu. Với lò đang vận hành, việc đánh giá tình trạng bề mặt truyền nhiệt và thiết bị bảo vệ có thể thực hiện qua dịch vụ bảo trì lò hơi.
Kết Luận
Cấu tạo lò hơi là sự phối hợp giữa cấp nhiệt, trao đổi nhiệt, sinh hơi và bảo vệ, trong đó mỗi bộ phận đảm nhiệm một chức năng riêng. Cấu hình thực tế phụ thuộc loại lò, nhiên liệu và yêu cầu sử dụng hơi, nên cần đối chiếu với hồ sơ của từng thiết bị. Để được tư vấn cấu hình lò hơi phù hợp với nhu cầu sản xuất, liên hệ Betech:
- Hotline / Zalo: 0944 562 668 (Mr. Phúc)
- Email: phucnt.betech@gmail.com
- Nhà máy miền Nam: 109 Đặng Công Bỉnh, xã Xuân Thới Sơn, huyện Hóc Môn, TP.HCM
- Nhà máy miền Bắc: Thôn Đinh, xã Tri Phương, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh
