Bộ giảm ôn trong lò hơi là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Trong quá trình vận hành lò hơi công nghiệp, đặc biệt là các hệ thống sử dụng hơi quá nhiệt, việc kiểm soát nhiệt độ hơi là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo an toàn thiết bị, bảo vệ dàn ống và duy trì hiệu suất vận hành. Một trong những thiết bị đóng vai trò quan trọng nhất trong nhiệm vụ này chính là bộ giảm ôn (Desuperheater - Attemperator). Vậy bộ giảm ôn trong lò hơi là gì, gồm những loại nào và hoạt động theo nguyên lý ra sao? Bài viết dưới đây, GreenBoiler sẽ giúp bạn hiểu rõ từ cơ bản đến chuyên sâu.

1. Bộ giảm ôn trong lò hơi là gì?

Bộ giảm ôn (Desuperheater) là thiết bị dùng để hạ nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng cách phun nước vào dòng hơi, giúp đưa hơi về mức nhiệt độ an toàn theo thiết kế.

Nói cách khác, giảm ôn là quá trình trộn hơi quá nhiệt (superheated steam) với nước phun dạng sương để tạo ra hơi có nhiệt độ thấp hơn nhưng không làm giảm áp suất hơi.

Bộ giảm ôn trong lò hơi là gì?

Vai trò của bộ giảm ôn:

• Duy trì nhiệt độ hơi ổn định theo thiết kế (thường ±5°C).
• Tránh quá nhiệt gây nứt ống, mòn ống và hư hỏng superheater.
• Tối ưu tuổi thọ turbine trong các nhà máy điện.
• Giúp lò hơi vận hành hiệu quả khi tải thay đổi liên tục.

2. Cấu tạo của bộ giảm ôn trong lò hơi

Bộ giảm ôn khác nhau về kiểu thiết kế nhưng đều dựa trên cùng nguyên lý trộn nước, hơi. Tùy vào loại lò hơi và dải nhiệt độ vận hành, cấu tạo bộ giảm ôn có sự khác biệt.

1. Vòi phun nước giảm ôn (Nozzle / Spray Head)

Đây là bộ phận quan trọng nhất.

• Là vòi phun áp lực cao, tạo sương mịn (40-120 bar).
• Nước được phun trực tiếp vào dòng hơi với kích thước hạt siêu nhỏ (20-60 µm).
• Có thể là dạng:
  • Nozzle đơn
  • Nozzle đa điểm
  • Vòi phun tự làm mát

Vòi phun nước giảm ôn

2. Thân bộ giảm ôn (Desuperheater Body)

• Là đoạn ống hoặc khoang trộn làm bằng thép chịu nhiệt: SA-213, SA-335, 12Cr1MoV…
• Thiết kế tạo dòng xoáy để tăng diện tích tiếp xúc giữa hơi - nước.

c) Bộ điều khiển van nước giảm ôn (Control Valve)

• Điều khiển lưu lượng nước phun dựa trên tín hiệu nhiệt độ hơi.
• Hoạt động tự động qua hệ thống PID control.

Bộ điều khiển van nước giảm ôn

d) Đo nhiệt độ hơi (Thermocouple / RTD)

• Lắp trước và sau bộ giảm ôn.
• Dùng để so sánh nhiệt độ hơi thực tế và nhiệt độ đặt (Setpoint).

e) Đường nước cấp giảm ôn

• Lấy từ nước đã qua bơm cao áp hoặc nước khử khoáng.
• Áp suất cao hơn áp suất hơi từ 10-20 bar.

Đường nước cấp giảm ôn

3. Nguyên lý hoạt động của bộ giảm ôn

Để hệ thống giảm ôn hoạt động hiệu quả, hơi và nước phải được trộn đều, không tạo nước đọng trong ống. Dưới đây là mô tả chi tiết nguyên lý.

Nhận tín hiệu nhiệt độ hơi

• Sensor đo nhiệt độ tại Outlet của superheater.
• So sánh với giá trị Setpoint (ví dụ: 450°C).

Van điều khiển mở theo PID

Nếu nhiệt độ hơi cao hơn Setpoint → PID gửi tín hiệu mở van phun nước.

Ví dụ:

• Hơi cần 450°C
• Hơi đang 470°C

 → Van phun mở 25-40% tùy thuật toán điều khiển.

Nước được phun dạng sương vào dòng hơi

• Nước được phun trực tiếp vào dòng hơi có tốc độ cao.
• Các hạt nước bay hơi ngay lập tức (Instant Evaporation).
• Quá trình này hấp thụ nhiệt → làm giảm nhiệt độ hơi.

Hơi sau giảm ôn đi qua superheater tiếp theo

Nếu là:

• Giảm ôn trung gian → đặt giữa Superheater 1 và 2
• Giảm ôn cuối → đặt trước Header hơi ra ngoài

Vòng điều khiển lặp lại

Hệ thống liên tục so sánh - mở van - đóng van để giữ nhiệt độ ổn định.

4. Phân loại bộ giảm ôn trong lò hơi

Để kiểm soát nhiệt độ hơi quá nhiệt một cách chính xác, các hệ thống lò hơi hiện đại sử dụng nhiều loại bộ giảm ôn khác nhau. Thông thường, có hai nhóm chính được phân loại theo cơ chế truyền nhiệt và bên trong mỗi nhóm sẽ có các kiểu thiết kế khác nhau phù hợp từng loại lò hơi.

4.1 Bộ giảm ôn bằng nước phun (Spray Attemperator)

Đây là loại phổ biến nhất trong công nghiệp lò hơi, hoạt động bằng cách phun nước trực tiếp vào dòng hơi quá nhiệt. Khi nước bốc hơi hoàn toàn, nó hấp thụ năng lượng và làm giảm nhiệt độ hơi nhanh chóng.

Bộ giảm ôn bằng nước phun

Trong nhóm Spray Attemperator, có ba dạng cấu tạo thường gặp:

• Giảm ôn phun trực tiếp (Direct Contact Desuperheater)

Dạng này phun nước ngay giữa dòng hơi, cấu tạo đơn giản, phản ứng nhanh và giá thành thấp. Phù hợp hầu hết các lò hơi công nghiệp từ nhỏ đến trung bình.

• Giảm ôn kiểu Venturi / Mixing Type

Có khoang trộn dài để tăng thời gian tiếp xúc giữa hơi và nước. Phù hợp hơi lưu lượng lớn, tải thay đổi nhanh, giảm nguy cơ nước chưa kịp bay hơi.

• Giảm ôn đa điểm (Multi-Nozzle)

Sử dụng nhiều béc phun bố trí dọc ống truyền hơi nhằm phân bố nước đồng đều. Dùng cho lò hơi công suất lớn, lò hơi tua-bin; sai số điều khiển nhỏ ±3°C.

4.2 Bộ giảm ôn bề mặt (Surface Type Attemperator)

Khác với loại phun nước, bộ giảm ôn bề mặt không phun nước trực tiếp vào hơi.
 Nhiệt độ được giảm bằng trao đổi nhiệt qua ống hoặc tấm truyền nhiệt.

Bộ giảm ôn bề mặt

Ưu điểm nổi bật:

• Không trộn ẩm vào hơi
•  Chất lượng hơi sạch hơn
• Phù hợp tua-bin yêu cầu chất lượng hơi cao

Nhược điểm:

• Giá thành cao
• Tốc độ giảm nhiệt chậm hơn so với loại phun nước

Loại	Ưu điểm	Nhược điểm	Ứng dụng
Spray Attemperator (phun nước)	Hạ nhiệt nhanh, giá thấp, dễ bảo trì	Cần nước sạch, nguy cơ nước chưa bay hơi	Lò hơi CFB, lò ghi, lò tầng sôi, tua-bin hơi
Direct Contact	Cấu tạo đơn giản, chi phí thấp	Dễ dao động nhiệt nếu béc phun kém	Lò hơi công nghiệp đa dụng
Venturi / Mixing	Bay hơi tốt hơn, ổn định nhiệt	Giá cao hơn loại direct	Hơi lưu lượng lớn, tải biến thiên
Multi-Nozzle	Giảm ôn đều, kiểm soát tốt ±3°C	Giá cao, yêu cầu điều khiển chính xác	Lò hơi công suất lớn , tua-bin
Surface Type	Chất lượng hơi sạch, không trộn nước	Giá cao - ít phổ biến	Tua-bin công suất lớn, yêu cầu hơi siêu sạch

Bộ giảm ôn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nhiệt độ hơi ổn định, an toàn và hiệu quả. Hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách vận hành sẽ giúp doanh nghiệp hạn chế sự cố, tăng hiệu suất và kéo dài tuổi thọ hệ thống lò hơi.

Nếu bạn cần tư vấn thêm về bộ giảm ôn, thiết kế hệ thống hơi hoặc tối ưu hiệu suất lò hơi, hãy liên hệ: GreenBoiler - Giải pháp lò hơi & năng lượng tối ưu.

5. Vị trí lắp đặt bộ giảm ôn trong hệ thống lò hơi

Bộ giảm ôn chỉ hoạt động hiệu quả khi được đặt đúng vị trí trong tuyến hơi quá nhiệt. Mỗi hệ thống lò hơi sẽ có cấu hình dàn ống khác nhau (Primary SH - Secondary SH - Final SH), vì vậy vị trí lắp đặt bộ giảm ôn cũng được thiết kế phù hợp nhằm giữ nhiệt độ hơi ổn định và bảo vệ bề mặt quá nhiệt. Dưới đây là các vị trí lắp đặt phổ biến nhất.

Vị trí lắp đặt bộ giảm ôn trong hệ thống lò hơi

5.1 Sau bộ quá nhiệt trung gian (Primary Superheater)

Đây là vị trí được sử dụng nhiều nhất trong các lò hơi công nghiệp.

Lý do bố trí tại đây:

• Nhiệt độ hơi sau Primary SH thường tăng nhanh theo tải, dễ vượt ngưỡng.
• Việc giảm ôn sớm giúp hạn chế quá nhiệt cho dàn quá nhiệt cuối.
• Giúp điều khiển nhiệt độ hơi ra ổn định hơn trong chế độ tải biến thiên.

Ưu điểm:

• Dễ điều khiển
• Giảm áp lực nhiệt lên các dàn SH phía sau
•  Giảm nguy cơ mài mòn - nứt ống quá nhiệt

5.2 Trước bộ quá nhiệt cuối (Final Superheater)

Một số hệ thống đặt bộ giảm ôn ngay trước Final SH để đạt độ chính xác cao hơn về nhiệt độ hơi ra tua-bin.

Vai trò của vị trí này:

• Ổn định nhiệt độ hơi đầu ra trước khi vào tua-bin (thường yêu cầu ±3°C).
• Giảm nguy cơ quá nhiệt khi tải đột ngột tăng cao.
• Đặc biệt phù hợp lò hơi công suất lớn hoặc nhà máy điện.

Ưu điểm:

• Kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ hơi ra tua-bin
• Nâng cao tuổi thọ dàn ống Final SH
• Giảm rủi ro xì ống do quá nhiệt cục bộ

5.3 Ứng dụng trong lò hơi CFB, lò hơi tầng ghi, nồi hơi tua-bin

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB)

Trong CFB, nhiệt độ buồng đốt và tải hơi biến động liên tục nên thường sử dụng 2 cấp giảm ôn:

• Giảm ôn cấp 1 sau Primary SH
• Giảm ôn cấp 2 trước Final SH

Mục đích: kiểm soát tốt nhiệt độ hơi dù tải thay đổi theo tốc độ tuần hoàn vật liệu.

Ứng dụng trong lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Lò hơi tầng ghi (ghi xích - ghi tĩnh)

Lò ghi có tải biến thiên ít hơn CFB, thường dùng 1 bộ giảm ôn đặt sau Primary SH.

Lý do:

• Tải đốt ổn định
• Ít dao động nhiệt độ buồng đốt
• Cấu hình dàn ống đơn giản hơn

Nồi hơi tua-bin - nhà máy điện

Đây là loại yêu cầu độ chính xác nhiệt độ hơi cao nhất (±1-3°C).

Cấu hình điển hình:

• 1 bộ giảm ôn giữa Primary - Secondary SH
• 1 bộ giảm ôn trước Final SH
• Một số nhà máy có thêm “fine desuperheater” cực nhỏ để tinh chỉnh cuối cùng.

Mục tiêu: bảo vệ tua-bin và duy trì hiệu suất nhiệt cao nhất.

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả giảm ôn

Hiệu quả hoạt động của bộ giảm ôn phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật:

• Chất lượng nước phun và nhiệt độ nước cấp: Nước phun phải sạch, ít tạp chất và có nhiệt độ phù hợp. Nước quá nóng hoặc quá lạnh đều làm giảm khả năng hấp thụ nhiệt và gây dao động nhiệt độ hơi.
• Thiết kế và góc phun của béc phun: Béc phun phải tạo được hạt sương mịn và phun đúng hướng dòng hơi. Thiết kế kém sẽ khiến nước không bốc hơi hết, gây ướt ống dẫn và giảm hiệu suất.
• Độ ổn định của hệ điều khiển tự động: Hệ điều khiển phải phản hồi nhanh khi nhiệt độ hơi thay đổi. Bộ điều khiển kém ổn định sẽ khiến nhiệt độ hơi sau giảm ôn dao động liên tục.

7. Sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục

Trong quá trình vận hành, bộ giảm ôn có thể gặp một số sự cố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hơi. Dưới đây là các lỗi phổ biến và cách xử lý nhanh.

a) Phun nước không đồng đều gây dao động nhiệt

Khi tia nước không tơi hoặc phân bố lệch hướng, nhiệt độ hơi sau giảm ôn sẽ dao động.

Cách khắc phục: kiểm tra béc phun, chỉnh lại góc phun và áp lực nước để ổn định lượng nước phun.

b) Bám cặn - tắc béc phun

Cặn khoáng trong nước dễ bám vào lỗ phun khiến tia nước yếu, không tạo được sương mịn.

Cách khắc phục: vệ sinh béc định kỳ, sử dụng nước cấp đã qua xử lý và lắp thêm bộ lọc nếu cần.

c) Sai số cảm biến đo nhiệt - lỗi điều khiển PID

Cảm biến sai lệch hoặc PID không tối ưu khiến hệ thống điều khiển nước phun phản hồi chậm.

Cách khắc phục: hiệu chuẩn lại cảm biến, tối ưu thông số PID hoặc thay thiết bị khi cần thiết.

8. Lưu ý khi lựa chọn và vận hành bộ giảm ôn

Để bộ giảm ôn hoạt động ổn định lâu dài, người vận hành cần tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật và lịch chăm sóc thiết bị.

a) Yêu cầu tiêu chuẩn vật liệu - áp lực - nhiệt độ

Các bộ phận phải đáp ứng đúng tiêu chuẩn ASME/ASTM, chịu được áp lực hơi cao và môi trường nhiệt độ lớn. Điều này đảm bảo an toàn khi vận hành và tránh nứt vỡ do nhiệt.

b) Lịch bảo trì và kiểm tra định kỳ

Cần kiểm tra béc phun, van điều khiển và cảm biến theo chu kỳ tháng/quý. Việc bảo trì đều đặn giúp phát hiện sớm tắc nghẽn, rò rỉ hoặc sai số điều khiển trước khi ảnh hưởng đến toàn hệ thống.

Tóm lại, Bộ giảm ôn là một trong những thiết bị quan trọng giúp giữ nhiệt độ hơi ổn định, bảo vệ dàn quá nhiệt và đảm bảo hiệu suất toàn bộ hệ thống lò hơi. Khi hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, vị trí lắp đặt cũng như các sự cố thường gặp, doanh nghiệp bạn sẽ dễ dàng tối ưu vận hành và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Nếu bạn đang cần tư vấn chọn bộ giảm ôn phù hợp, thiết kế - lắp đặt mới hoặc cải tạo hệ thống lò hơi, doanh nghiệp bạn hãy liên hệ đội ngũ kỹ thuật tại GreenBoiler để được hỗ trợ tốt nhất nhé.