Lò hơi là gì? Cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò hơi

Lò hơi là một thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, chịu trách nhiệm chuyển hóa nước thành hơi nước bằng cách sử dụng nhiệt lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Các loại nhiên liệu phổ biến sử dụng cho lò hơi bao gồm than đá, dầu, biomass, trấu và củi. Lò hơi không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiệt cho các quy trình sản xuất mà còn đảm bảo hiệu suất cao và hoạt động bền bỉ. Nhờ vào khả năng đáp ứng nhu cầu nhiệt độ cao và hiệu quả năng lượng, lò hơi trở thành sự lựa chọn hàng đầu trong các ngành công nghiệp.

Lò hơi là gì?

Lò hơi là một hệ thống thiết bị công nghiệp có chức năng chuyển hóa nước thành hơi nước bằng cách sử dụng năng lượng nhiệt được sinh ra trong quá trình cháy nhiên liệu. Các loại nhiên liệu phổ biến như than đá, dầu, biomass, trấu, củi và nhiều loại khác có thể được sử dụng. Hơi nước được sinh ra trong lò hơi (còn gọi là nồi hơi) được sử dụng trong công nghiệp như một chất tải nhiệt. Các ngành công nghiệp thường sử dụng lò hơi bao gồm: thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, bia rượu, nước giải khát, giặt là và bao bì. Để đáp ứng nhu cầu về nhiệt, ngoài lò hơi, người ta có thể sử dụng các thiết bị khác như lò gia nhiệt dầu hoặc khói nóng từ lò đốt. Tuy nhiên, lò hơi vẫn được lựa chọn sử dụng nhiều nhất vì những ưu điểm nổi bật sau:

Lò hơi là hệ thống thuộc thiết kế công nghiệp

• Nước là chất tải nhiệt rẻ và phổ biến : Nước là chất tải nhiệt rẻ nhất và có sẵn hầu như khắp nơi trong tự nhiên. Nước sử dụng cho lò hơi, nếu không cần thiết nữa, có thể thải bỏ ra môi trường mà không gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sống xung quanh.
• Dễ vận hành và bảo trì : Lò hơi dễ vận hành và bảo trì hơn so với các loại lò gia nhiệt khác.
• Dễ điều khiển hơi nước : Hơi nước sử dụng trong các thiết bị dễ điều khiển vì mỗi trạng thái của hơi đều có các thông số về áp suất và nhiệt độ cụ thể, giúp dễ dàng điều chỉnh và kiểm soát.

Với những ưu điểm trên, lò hơi vẫn là lựa chọn hàng đầu trong nhiều ngành công nghiệp khi cần đáp ứng các yêu cầu về nhiệt.

Các loại lò hơi

Dưới đây là các loại lò hơi phổ biến trên thị trường hiện nay được nhiều khách hàng tin tưởng và sử dụng:

Lò hơi tầng sôi

Lò hơi tầng sôi sử dụng cát tầng sôi hoặc xỉ than để tạo lớp sôi, nơi nhiên liệu được đốt cháy. Lớp sôi này được duy trì bởi gió cấp vào buồng đốt thông qua các bed phun chia đều ở mặt ghi, giúp nhiên liệu luôn được đảo đều và cháy kiệt. Các nhiên liệu chính thường dùng bao gồm: than Indo, trấu, viên nén, gỗ dăm, mùn cưa, và củi vụn.

Lò hơi tầng sôi sử dụng cát tầng sôi hoặc xỉ than

Nguyên lý hoạt động lò hơi tầng sôi

• Cấp nhiên liệu và không khí: Nhiên liệu từ kho chứa được đưa vào buồng đốt. Gió nóng được gia nhiệt từ bộ thu hồi nhiệt thổi vào buồng đốt từ dưới lên, qua lớp cát tầng sôi nóng, nâng nhiệt độ không khí và làm nhiên liệu cháy nhanh và triệt để.
• Quá trình cháy và gia nhiệt: Nhiệt lượng từ buồng đốt gia nhiệt cho các dàn ống vách ướt xung quanh và các dàn ống bên trong thân lò, biến nước thành hơi nước cung cấp cho sản xuất. Khói thải sau đó được tận dụng nhiệt để gia nhiệt cho không khí cấp vào trước khi được thải ra ngoài.
• Xử lý khí thải: Khí thải sau khi qua bộ hâm nước và sấy không khí, được dẫn vào hệ thống xử lý khí thải bao gồm: cyclone đa cấp, lọc bụi túi vải, tháp dập bụi và cuối cùng là phát thải qua ống khói.

Lò hơi tầng sôi là lựa chọn tối ưu cho các ngành công nghiệp cần nguồn nhiệt độ cao, ổn định và hiệu suất cao.

Lò hơi ghi đẩy

Lò hơi ghi đẩy hoạt động bằng cách đốt cháy nhiên liệu trên các lớp ghi đẩy, với gió cấp vào hộp gió và phân phối đều qua các lá ghi. Sự chuyển động của các lá ghi đẩy giúp đưa nhiên liệu vào buồng đốt và xả xỉ ra đuôi lò. Loại lò này phù hợp với nhiên liệu có kích thước lớn, không đồng đều và có độ ẩm cao như vỏ cây, rác thải, củi cây có kích thước lớn.

Lò hơi ghi đẩy đốt cháy nhiên liệu trên các lớp ghi đẩy

Nguyên lý hoạt động của lò hơi ghi đẩy

• Cấp nhiên liệu và không khí: Nhiên liệu từ kho được hệ thống cấp liệu đưa vào buồng đốt. Cơ cấu thủy lực rải nhiên liệu đều lên các mặt ghi đẩy, gió tươi sau khi được gia nhiệt từ bộ thu hồi nhiệt thổi vào buồng đốt cung cấp oxy cho quá trình cháy.
• Quá trình cháy và gia nhiệt: Nhiệt lượng từ buồng đốt gia nhiệt cho các dàn ống sinh hơi, sau đó gia nhiệt cho các dàn ống bên trong thân lò. Nước trong các dàn ống bốc hơi và di chuyển lên đỉnh thân lò để cấp hơi cho sản xuất. Khói thải sau đó được tận dụng nhiệt để gia nhiệt cho không khí và nước cấp vào.
• Xử lý khí thải: Khói thải qua bộ hâm nước và sấy không khí, sau đó dẫn vào hệ thống xử lý khí thải gồm cyclone đa cấp và lọc bụi túi vải, trước khi thải ra môi trường qua ống khói.

Lò hơi ghi đẩy là lựa chọn lý tưởng cho các ngành công nghiệp cần nguồn nhiệt ổn định và hiệu suất cao, sử dụng nhiên liệu đa dạng và tiết kiệm năng lượng.

Lò hơi đốt gas, dầu

Lò hơi đốt gas và dầu sử dụng đầu đốt với các nhiên liệu như dầu DO, FO, CNG, LNG. Loại lò này có kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao lên đến 91%. Đặc biệt, lò có tính tự động cao, vận hành đơn giản, ít bụi và khí thải hơn so với các loại lò khác. Tuổi thọ lò hơi dài và ít cần bảo trì, sửa chữa.

Lò hơi đốt gas, dầu sử dụng đầu đốt với các nhiên liệu như dầu DO, FO, CNG, LNG

Nguyên lý hoạt động của lò hơi đốt gas, dầu

• Cấp nhiên liệu và đốt cháy: Nhiên liệu được hệ thống cấp dầu đưa vào đầu đốt, sau đó vào buồng đốt của lò hơi để tạo ra năng lượng.
• Truyền nhiệt: Ngọn lửa và khói nóng truyền nhiệt bức xạ cho dàn ống, đi qua các pass của dàn ống sinh hơi và cuối cùng khói nóng đi qua ống khói ra ngoài.
• Thải khí: Khí thải được thải ra ngoài qua ống khói.

Lò hơi đốt gas và dầu là lựa chọn hoàn hảo cho các ngành công nghiệp cần hiệu suất cao, vận hành đơn giản và ít tác động đến môi trường.

Lò hơi ghi tĩnh

Lò hơi ghi tĩnh đốt nhiên liệu trên các lớp ghi tĩnh, với gió được phân phối đều qua các mặt ghi để cung cấp oxy cho quá trình cháy. Loại lò này có chi phí đầu tư thấp và phù hợp với nhiên liệu kích thước lớn như than cục Việt Nam và củi cây lớn.

Lò hơi ghi tĩnh đốt nhiên liệu trên các lớp ghi tĩnh

Nguyên lý hoạt động của lò hơi ghi tĩnh

• Cấp nhiên liệu và gió: Nhiên liệu được đưa vào buồng đốt và phân phối đều lên các mặt ghi tĩnh. Gió tươi, sau khi gia nhiệt từ bộ thu hồi nhiệt, được thổi lên các khe gió của lá ghi để cung cấp oxy cho cháy.
• Truyền nhiệt: Nhiệt từ buồng đốt gia nhiệt cho dàn ống xung quanh và các dàn ống bên trong thân lò. Nước trong các dàn ống bốc hơi và lên đỉnh lò để cấp hơi cho sản xuất. Khói thải sau đó đi qua bộ thu hồi nhiệt để tận dụng nhiệt tổn thất và gia nhiệt cho không khí cấp vào.
• Xử lý khí thải: Khí thải với nhiệt độ dưới 150°C được dẫn vào hệ thống xử lý khí thải bao gồm cyclone đa cấp và tháp dập bụi, trước khi thải ra môi trường qua ống khói.

Lò hơi ghi tĩnh là sự lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng cần chi phí thấp và khả năng đốt cháy nhiên liệu lớn, đồng thời tối ưu hóa hiệu quả nhiệt.

Lò dầu tải nhiệt

Lò dầu tải nhiệt sử dụng dầu để truyền nhiệt đến các thiết bị trong nhà máy, thay thế lò hơi công nghiệp nhờ khả năng cung cấp nhiệt độ cao với áp suất thấp và không cần thiết bị trao đổi nhiệt bổ trợ.

Lò dầu tải nhiệt sử dụng dầu để truyền nhiệt đến các thiết bị trong nhà máy

Nguyên lý hoạt động của lò dầu tải nhiệt

• Cấp nhiên liệu và gió: Nhiên liệu được chuyển từ kho vào buồng đốt qua hệ thống cấp liệu. Nó được rải đều trên các mặt ghi và gió tươi gia nhiệt từ bộ thu hồi nhiệt thổi lên các mặt ghi, cung cấp oxy cho quá trình cháy hiệu quả.
• Truyền nhiệt: Nhiệt lượng từ buồng đốt gia nhiệt cho các dàn ống xung quanh và bộ đối lưu. Dầu tải nhiệt đi qua các ống được gia nhiệt và sau đó được đưa đến phụ tải nhà máy. Khói thải ra khỏi lò được dẫn qua bộ thu hồi nhiệt để tận dụng nhiệt tổn thất và gia nhiệt cho không khí cấp vào.
• Xử lý khí thải: Khí thải với nhiệt độ dưới 200°C được dẫn vào hệ thống xử lý khí thải, bao gồm cyclone đa cấp, lọc bụi túi vải, trước khi thải ra môi trường qua ống khói.

Lò dầu tải nhiệt là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp cần nhiệt độ cao, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.

Lò hơi ghi xích

Lò hơi ghi xích đốt nhiên liệu trên mặt ghi xích, với gió được phân phối đều qua các lá ghi. Nhiên liệu được đưa vào buồng đốt nhờ chuyển động của ghi xích và xỉ than được xả ra ở đuôi lò. Lò này cho phép đốt các loại nhiên liệu kích thước lớn và không đồng đều như than Indo, than Việt Nam, viên nén, củi băm, củi cây và trấu đập.

Lò hơi ghi xích đốt nhiên liệu trên mặt ghi xích

Nguyên lý hoạt động của lò hơi ghi xích

• Cấp nhiên liệu và gió: Nhiên liệu từ kho được chuyển vào silo và sau đó đến phễu chứa liệu của hộp gió. Nhiên liệu được rải đều lên các mặt ghi xích và đưa vào buồng đốt. Gió tươi sau khi gia nhiệt từ bộ sấy không khí, được thổi lên các mặt ghi để cung cấp oxy cho quá trình cháy.
• Truyền nhiệt: Nhiệt từ buồng đốt gia nhiệt cho các dàn ống vách ướt xung quanh và sau đó cho các dàn ống bên trong thân lò. Nước trong các dàn ống bốc hơi, di chuyển lên đỉnh lò để cấp hơi cho sản xuất. Khói thải từ lò được dẫn qua bộ hâm nước và sấy không khí để tận dụng nhiệt tổn thất, gia nhiệt không khí cấp vào, giảm thất thoát nhiệt.
• Xử lý khí thải: Khí thải với nhiệt độ dưới 150°C được dẫn vào hệ thống xử lý khí thải, bao gồm cyclone đa cấp và lọc bụi túi vải, trước khi thải ra môi trường qua ống khói.

Lò hơi ghi xích là lựa chọn hiệu quả cho các ứng dụng công nghiệp cần đốt nhiên liệu lớn với hiệu suất cao.

Cấu tạo lò hơi công nghiệp

Mặc dù lò hơi có nhiều loại sản phẩm khác nhau, nhưng chúng đều có cấu tạo chung gồm các bộ phận sau:

Cấu tạo chi tiết của lò hơi công nghiệp

Hệ thống cấp liệu

Hệ thống có thể vận hành tự động hoặc bán tự động được điều khiển liên động để tự động định lượng và cung cấp nhiên liệu cho lò hơi. Ngoài ra, hệ thống cấp liệu còn được trang bị cân khối lượng để định lượng chính xác hơn nguồn nhiên liệu đưa vào lò.

Buồng đốt

Cấu tạo của buồng đốt bao gồm: Béc đốt, chùm ống hấp thụ bức xạ nhiệt và chùm ống sinh hơi. Buồng đốt là bộ phận quan trọng nhất của lò hơi, với béc đốt giúp phân tán nhiên liệu và tạo khí hỗn hợp cháy phù hợp. Thông thường, buồng đốt hoạt động ở nhiệt độ rất cao, thường hàng trăm độ C, nhằm đốt cháy nhiên liệu một cách hiệu quả nhất. Ngoài ra, buồng đốt còn có khả năng hấp thụ nhiệt để quá trình sinh hơi nước diễn ra. Chùm ống sinh hơi chứa nước được đốt nóng từ bức xạ nhiệt để tạo ra hơi nước. Tất cả các bộ phận này làm việc cùng nhau để tạo ra hơi nước ở áp suất và nhiệt độ mong muốn.

Bộ thu hồi nhiệt

Bộ thu hồi nhiệt còn gọi là bộ chuyển nhiệt bao gồm bộ hâm nước và bộ sấy không khí, được đặt trong đường ống khói để tận dụng nhiệt từ khói thải và truyền cho nước hoặc không khí. Khi chất lỏng hoặc không khí chạy qua bộ trao đổi nhiệt, chúng sẽ hấp thụ nhiệt từ khói thải và nóng lên. Chức năng của bộ thu hồi nhiệt là tăng hiệu suất lò hơi và giảm lượng khí thải, góp phần bảo vệ môi trường.

Hệ thống lọc bụi

Hệ thống lọc bụi có công dụng xử lý tro từ quá trình đốt nhiên liệu của lò hơi, giúp khí thải thoát ra không gây ô nhiễm quá mức. Khí thải sau khi được xử lý phải tuân thủ các quy định của nhà nước về tiêu chuẩn môi trường.

Quạt hút và ống khói

Khói thải sau khi được tận dụng nhiệt sẽ được xử lý qua nhiều cấp lọc bụi, sau đó được quạt hút đẩy lên ống khói và thải ra môi trường bên ngoài.

Những vấn đề nguy hiểm khi vận hành lò hơi

• Lò hơi bị nổ áp suất (nổ vật lý): Nguyên nhân có thể do nguyên liệu sản xuất không an toàn, không kiểm tra định kỳ để xác định tình trạng kết cấu của thiết bị, dẫn đến lò hơi không chịu được áp suất cao.
• Bỏng: Có thể xảy ra do lò hơi bị rò rỉ hơi nước qua van ngắt, van an toàn, đường ống nước sạch hoặc do than cháy phun qua cửa lò.
• Điện giật: Do thiết bị điện gắn với lò hơi không được lắp đặt đúng theo nguyên tắc kỹ thuật an toàn.
• Môi trường làm việc xung quanh lò hơi: Thường chứa nhiều khói bụi, nóng bức, kém thông thoáng và có khí độc (CO, CO2,...) tích tụ.

Lò hơi là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, chuyển hóa nước thành hơi nước nhờ vào việc đốt cháy nhiên liệu. Với các loại lò hơi khác nhau như lò hơi tầng sôi, lò hơi ghi đẩy, lò hơi ghi tĩnh, lò dầu tải nhiệt và lò hơi ghi xích, mỗi loại đều có những đặc điểm và ứng dụng riêng phù hợp với từng loại nhiên liệu và yêu cầu cụ thể. Hệ thống cấp liệu tự động cùng với cân khối lượng, đảm bảo việc cung cấp và định lượng nhiên liệu cho lò hơi được chính xác và hiệu quả. Nhờ vào sự phát triển của công nghệ và các thiết bị hỗ trợ, lò hơi ngày càng trở thành giải pháp tối ưu cho nhu cầu nhiệt năng trong sản xuất công nghiệp.