Lò hơi siêu tới hạn là gì? Giải thích chi tiết nguyên lý và cách hoạt động

Trong cuộc đua tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường, công nghệ lò hơi siêu tới hạn đang trở thành lựa chọn hàng đầu. Được biết đến với khả năng cải thiện hiệu suất đáng kể so với lò hơi truyền thống, lò hơi siêu tới hạn đang được áp dụng một cách rộng rãi tại các nhà máy nhiệt điện hiện đại. Vậy điều gì làm cho công nghệ này trở nên độc đáo và đặc biệt?

Lò hơi siêu tới hạn là gì?

Khi chất lỏng được đưa đến điều kiện nhiệt độ và áp suất mà không thể phân biệt giữa trạng thái lỏng và trạng thái khí, nó sẽ chuyển thành chất lỏng siêu tới hạn. Ví dụ, với nước, nhiệt độ tới hạn là 374°C và áp suất tới hạn là 22 MPa. Ở những giá trị áp suất và nhiệt độ này, nước đi vào trạng thái mới được gọi là trạng thái siêu tới hạn.

Lò hơi siêu tới hạn được hiểu là lò hoạt động ở những tham số mà nước ở trong trạng thái siêu tới hạn.

Khái niệm lò hơi siêu tới hạn là gì?

Ưu nhược điểm của lò hơi siêu tới hạn

Ưu điểm của lò hơi siêu tới hạn

• Hiệu suất nhiệt vượt trội, tối ưu hóa quá trình hoạt động
• Giúp giảm lượng nhiên liệu cần sử dụng đáng kể
• So với các loại lò hơi truyền thống, lò hơi siêu tới hạn có kích thước nhỏ hơn, giúp tiết kiệm không gian xây dựng.
• Giảm thiểu khí thải CO2 và chất ô nhiễm, hỗ trợ trong việc bảo vệ môi trường.

Nhược điểm của lò hơi siêu tới hạn

• Do yêu cầu về vật liệu, công nghệ và kỹ thuật cao, chi phí đầu tư cho lò hơi siêu tới hạn cao hơn so với lò hơi truyền thống.
• Vận hành và bảo dưỡng lò hơi siêu tới hạn yêu cầu đội ngũ kỹ thuật viên có trình độ cao.

Đặc tính của nước siêu tới hạn

Trong vùng gần điểm tới hạn, đặc tính vật lý của chất lỏng và hơi trải qua sự biến đổi đáng kể.

Đối với nước ở trạng thái lỏng ở điều kiện thông thường thường không thể nén, có khả năng giãn nở nhiệt thấp và là dung môi tốt cho chất điện phân. Gần điểm tới hạn, tất cả các đặc tính này đảo ngược hoàn toàn nước trở nên nén, có khả năng giãn nở, trở thành dung môi không tốt cho chất điện phân và dễ trộn lẫn với các khí không phân cực hoặc các phân tử hữu cơ.

Khi lưu chất tăng áp suất và nhiệt độ qua điểm tới hạn, nước sẽ chuyển sang trạng thái siêu tới hạn. Ở trạng thái này, chất mang đặc tính của cả pha lỏng và pha khí, có khả năng thấm qua vật chất như chất lỏng và khuếch tán như chất khí.

Đặc tính của nước siêu tới hạn

Những đặc điểm của hơi nước siêu tới hạn

Đặc điểm:

• Ở áp suất cao hơn điểm tới hạn, không có sự chuyển đổi pha rõ rệt khi tăng nhiệt độ.
• Thể tích riêng của chất liên tục tăng và luôn duy trì một pha duy nhất, tương tự như hơi nước, nhưng không có ranh giới rõ ràng giữa pha lỏng bị nén và pha hơi quá nhiệt.
• Trạng thái siêu tới hạn không có sức căng bề mặt do không có phân biệt giữa pha lỏng và pha khí.
• Thay đổi áp suất và nhiệt độ có thể điều chỉnh đặc tính để chất lỏng giống hơn chất lỏng hoặc chất khí.
• Độ hòa tan của vật liệu trong chất lỏng siêu tới hạn thường tăng theo mật độ chất lỏng và áp suất.

Lưu ý:

• Độ hòa tan thường tăng theo nhiệt độ ở mật độ không đổi, nhưng gần điểm tới hạn, mật độ có thể giảm khi nhiệt độ tăng.
• Do đó, độ hòa tan thường giảm khi tiến gần đến nhiệt độ tới hạn, trước khi lại tăng lên.

Ứng dụng lò hơi siêu tới hạn

Lò hơi siêu tới hạn với những ưu điểm vượt trội về hiệu suất và tính thân thiện với môi trường đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như là:

• Nhà máy nhiệt điện: Cung cấp khả năng tăng hiệu suất nhiệt lên đáng kể, lò hơi siêu tới hạn chế giúp giảm thiểu lượng nhiên liệu tiêu thụ, từ đó giảm chi phí sản xuất điện và giảm lượng khí thải CO2.
• Nhà máy nhiệt hạt nhân: Dùng để tăng cường hiệu suất chuyển đổi nhiệt từ lò phản ứng thành điện.
• Công nghiệp hóa chất: Được sử dụng trong quá trình sản xuất các chất hóa học đặc biệt, như các chất tẩy rửa, dược phẩm và các sản phẩm hóa học khác.
• Công nghiệp thực phẩm: Ứng dụng trong quá trình chiết xuất các chất dinh dưỡng từ thực phẩm, tạo ra các sản phẩm thực phẩm chức năng và các sản phẩm thực phẩm sạch.
• Ngành giấy công nghiệp: Được phép sử dụng trong quá trình sản xuất giấy, giúp giảm lượng chất hóa học sử dụng tối thiểu và tăng chất lượng giấy.
• Khử trùng: Sử dụng để khử trùng thiết bị y tế, thực phẩm và các vật liệu khác.
• Xử lý chất thải: Dùng để xử lý các loại chất thải nguy hại, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Các ứng dụng của lò hơi siêu tới hạn

Lò hơi siêu tới hạn không chỉ là một công nghệ tiên tiến mà còn là tương lai sáng của ngành năng lượng. Với hiệu suất vượt trội, tính thân thiện với môi trường và ứng dụng đa dạng, siêu máy hơi nước giúp giảm thiểu ảnh hưởng của con người đối với môi trường và đảm bảo nguồn năng lượng bền vững cho thế hệ tương lai.