Lò hơi ghi xích là một trong những dòng lò hơi công nghiệp được sử dụng phổ biến nhất tại các nhà máy sản xuất, nhờ khả năng đốt đa dạng nhiên liệu rắn như than, củi băm, viên nén sinh khối hay trấu. Để vận hành và bảo trì hiệu quả, người quản lý lò hơi cần nắm rõ cấu tạo của thiết bị này.
Bài viết dưới đây Hải Âu Việt sẽ phân tích chi tiết từng bộ phận trong cấu tạo lò hơi ghi xích, từ hệ thống cấp liệu cho đến hệ thống điều khiển.
Lò Hơi Ghi Xích Là Gì?
Lò hơi ghi xích (nồi hơi ghi xích) là hệ thống lò hơi sử dụng nhiệt lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu rắn trên một dải ghi chuyển động liên tục (gọi là ghi xích) để đun sôi nước và tạo ra hơi nước. Hơi nước sau khi được tạo ra sẽ được dẫn đến các bộ phận tiêu thụ trong nhà máy để phục vụ cho các công đoạn sản xuất khác nhau.
Cấu Tạo Lò Hơi Ghi Xích
Về tổng thể, một hệ thống lò hơi ghi xích hoàn chỉnh là tập hợp của nhiều cụm thiết bị phối hợp với nhau, nhưng có thể quy về 5 hệ thống chính:
- Hệ thống cấp liệu
- Hệ thống thân lò – buồng đốt
- Hệ thống thu hồi nhiệt
- Hệ thống xử lý khói thải
- Hệ thống điều khiển
Mỗi hệ thống đảm nhận một chức năng riêng nhưng có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, quyết định trực tiếp đến hiệu suất, độ an toàn và tuổi thọ của lò hơi.
Hệ Thống Cấp Liệu
Hệ thống cấp liệu có nhiệm vụ đưa nhiên liệu từ bãi chứa vào buồng đốt một cách ổn định và liên tục, đảm bảo lò luôn có đủ nhiên liệu để duy trì quá trình cháy.
Các thiết bị thường thấy trong hệ thống này bao gồm:
- Xe xúc nhiên liệu: vận chuyển nhiên liệu từ bãi chứa đến phễu chứa.
- Gàu tải, băng tải, vít tải: đưa nhiên liệu di chuyển theo phương ngang hoặc phương đứng đến vị trí cấp liệu.
- Cân định lượng: xác định khối lượng nhiên liệu cấp vào lò, làm cơ sở để điều chỉnh lượng nhiên liệu phù hợp với tải hơi cần thiết.
Thứ tự bố trí phổ biến là: xe xúc mang nhiên liệu từ bãi chứa đổ vào phễu chứa, sau đó băng tải hoặc vít tải sẽ đưa nhiên liệu từ phễu chứa vào buồng đốt để cấp lên bề mặt ghi xích.
Hệ Thống Thân Lò – Buồng Đốt
Đây là bộ phận trung tâm của lò hơi ghi xích, nơi diễn ra quá trình đốt cháy nhiên liệu và trao đổi nhiệt để sinh hơi. Hệ thống buồng đốt được thiết kế nhằm đốt cháy kiệt nhiên liệu, tận dụng tối đa nhiệt lượng sinh ra để đun sôi nước, hạn chế thất thoát nhiệt ra môi trường.
Các thiết bị chính trong hệ thống thân lò – buồng đốt gồm:
- Ghi xích (băng tải đốt): đóng vai trò là sàn buồng đốt, bề mặt gồm hàng trăm mắt ghi bằng gang đan xen, chuyển động liên tục để vừa đỡ nhiên liệu vừa xả xỉ ra ngoài.
- Bao hơi: đặt ở đỉnh thân lò (kiểu lò 1 bao hơi hoặc 2 bao hơi), là nơi tiếp nhận nước cấp, phân phối xuống các dàn ống sinh hơi và tách hơi nước bão hòa ra khỏi nước lỏng trước khi đưa tới hộ tiêu thụ hoặc bộ quá nhiệt.
- Chùm ống đối lưu: nằm phía sau buồng đốt, nơi khói thải nóng sau khi ra khỏi buồng lửa len lỏi qua để tiếp tục truyền nhiệt đối lưu cho nước bên trong ống.
- Tường lò và lớp cách nhiệt: vách ngoài cùng được xây bằng gạch chịu lửa kết hợp bông gốm, bông thủy tinh cách nhiệt và bọc tôn định hình bảo vệ bên ngoài, giúp giảm thiểu tối đa tổn thất nhiệt ra môi trường.
- Hộp gió dưới ghi (Windbox): chia thành nhiều khoang độc lập bên dưới mặt ghi, mỗi khoang có van điều chỉnh riêng để cấp lượng oxy phù hợp cho từng giai đoạn cháy (sấy nhiên liệu, cháy mạnh, cháy kiệt).
- Vòm cuốn (Arch) trước và sau: làm bằng gạch chịu lửa hoặc bê tông chịu nhiệt. Vòm trước giúp bức xạ nhiệt để mồi cháy lớp nhiên liệu mới đưa vào; vòm sau giữ nhiệt và gom khói nóng, ép hỗn hợp khí cháy trộn đều với không khí từ quạt cấp 2 nhằm đốt cháy hoàn toàn phần chất bốc còn lại.
Ngoài ra, hệ thống này còn có quạt gió cấp 1 (cấp gió từ dưới ghi lên) và quạt gió cấp 2 (cấp gió bổ sung phía trên buồng đốt) để đảm bảo quá trình cháy diễn ra hoàn toàn và ổn định.
Hệ Thống Thu Hồi Nhiệt
Hệ thống thu hồi nhiệt thường được bố trí ở đuôi lò, có chức năng tận dụng nhiệt độ còn lại trong khói thải trước khi thải ra môi trường. Nhờ đó, hiệu suất tổng thể của lò hơi có thể được nâng cao thêm khoảng 5–15%.
Một hệ thống thu hồi nhiệt hoàn chỉnh thường bao gồm hai thiết bị chính:
- Bộ hâm nước (Economizer): tận dụng nhiệt khói thải để gia nhiệt sơ bộ cho nước cấp trước khi đưa vào bao hơi, giúp giảm tiêu hao nhiên liệu.
- Bộ sấy không khí (Air Preheater): tận dụng nhiệt khói thải để làm nóng không khí cấp cho buồng đốt, giúp quá trình cháy diễn ra thuận lợi hơn.
Hai thiết bị này hoạt động cùng hệ thống đường ống và van điều khiển đi kèm để đảm bảo dòng nhiệt được thu hồi và phân phối hợp lý.
Hệ Thống Xử Lý Khói Thải
Trong quá trình vận hành lò hơi ghi xích, khói thải sinh ra từ việc đốt cháy than hoặc sinh khối trên băng tải thường mang theo nhiều tro xỉ và bụi mịn. Để đảm bảo khí thải đạt tiêu chuẩn môi trường trước khi thải ra ngoài, hệ thống lọc bụi của lò hơi ghi xích thường được thiết kế theo mô hình 3 cấp:
- Cấp 1 – Thiết bị lọc bụi ly tâm (Cyclone): xử lý các hạt bụi thô có kích thước lớn.
- Cấp 2 – Bộ lọc bụi túi vải (Bag Filter): giữ lại phần lớn bụi mịn còn sót lại sau cyclone.
- Cấp 3 – Bể lọc ướt (Scrubber): xử lý triệt để bụi mịn và một phần khí độc trước khi thải ra môi trường.
Ngoài các thiết bị lọc bụi, hệ thống này còn bao gồm quạt hút (tạo áp suất âm để hút khói ra khỏi buồng đốt và qua các thiết bị lọc) và ống khói để thải khói đã qua xử lý ra môi trường ở độ cao an toàn.
Hệ Thống Điều Khiển
Hệ thống điều khiển của lò hơi ghi xích được tổ chức theo 3 lớp cấp bậc chính: thiết bị đo lường (đầu vào), bộ điều khiển trung tâm (xử lý) và thiết bị chấp hành (đầu ra).
1. Lớp thiết bị đo lường và cảm biến (đầu vào)
Lớp này liên tục thu thập dữ liệu về trạng thái vận hành của lò và gửi về trung tâm xử lý, bao gồm:
- Cảm biến áp suất: đo áp suất bao hơi, áp suất gió cấp và áp suất buồng đốt.
- Cảm biến nhiệt độ: đo nhiệt độ nước cấp, nhiệt độ hơi bão hòa/quá nhiệt, nhiệt độ khói thải và nhiệt độ các vùng trong buồng đốt.
- Cảm biến mức nước: đo mực nước trong bao hơi (thường dùng cảm biến chênh áp hoặc điện dung) nhằm tránh tình trạng cạn nước hoặc đầy nước.
- Cảm biến oxy (O₂): đo lượng oxy dư trong khói thải để đánh giá chất lượng quá trình cháy.
2. Lớp tủ điều khiển trung tâm (xử lý dữ liệu)
Đây là nơi tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến, tính toán theo thuật toán lập trình sẵn (thường là thuật toán PID) để đưa ra lệnh điều khiển phù hợp:
- Bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller): thiết bị phần cứng cốt lõi (ví dụ như Siemens, Mitsubishi, Schneider) chịu trách nhiệm xử lý các vòng lặp điều khiển và khóa liên động an toàn.
- Hệ thống giám sát HMI/SCADA: màn hình HMI gắn trực tiếp trên tủ điện tại phòng máy để người vận hành thao tác nhanh; hệ thống SCADA là máy tính trung tâm hiển thị toàn bộ sơ đồ công nghệ, lưu trữ lịch sử lỗi (Alarm), đồ thị vận hành (Trend) và báo cáo sản xuất.
- Thiết bị bảo vệ vật lý: gồm rơ-le nhiệt, aptomat, bộ nguồn và các nút dừng khẩn cấp (Emergency Stop).
3. Lớp thiết bị chấp hành (đầu ra)
Nhận lệnh từ tủ điều khiển để trực tiếp thay đổi các thông số vận hành của lò:
- Biến tần (Inverter): điều khiển tốc độ của các động cơ cốt lõi, bao gồm biến tần quạt hút (điều chỉnh áp suất âm trong buồng đốt), biến tần quạt thổi (điều chỉnh lượng oxy cấp vào để đốt cháy nhiên liệu), biến tần ghi xích (điều chỉnh tốc độ chạy của ghi, tức tốc độ cấp nhiên liệu) và biến tần bơm nước cấp (điều chỉnh lưu lượng nước vào lò theo tải tiêu thụ hơi).
- Van điều khiển tự động: gồm van tuyến tính điều tiết nước cấp, van xả đáy tự động và van điều chỉnh góc mở của cánh hướng gió (áp dụng khi không sử dụng biến tần).
Nguyên lý hoạt động của lò hơi ghi xích
Lò hơi ghi xích hoạt động dựa trên quá trình đốt nhiên liệu để tạo nhiệt, truyền nhiệt cho nước và sinh hơi phục vụ sản xuất. Toàn bộ quy trình có thể được khái quát qua các bước sau:
- Cấp nhiên liệu: Nhiên liệu được đưa từ hệ thống cấp liệu vào buồng đốt và phân bố liên tục trên bề mặt ghi xích.
- Đốt cháy và tạo nhiệt: Nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt dưới tác động của hệ thống cấp gió. Nhiệt lượng sinh ra được truyền qua các bề mặt truyền nhiệt để gia nhiệt cho nước trong lò.
- Sinh và cấp hơi: Khi đạt đến điều kiện cần thiết, nước chuyển thành hơi. Hơi được thu gom và dẫn qua hệ thống đường ống đến các thiết bị sử dụng hơi trong nhà máy.
- Tận dụng nhiệt khói thải: Trước khi thoát ra ngoài, dòng khói nóng được đưa qua hệ thống thu hồi nhiệt nhằm tận dụng phần nhiệt còn lại, góp phần nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu và giảm tổn thất nhiệt.
- Xử lý khí thải: Sau quá trình thu hồi nhiệt, khói thải tiếp tục đi qua các thiết bị xử lý phù hợp để giảm bụi và các thành phần ô nhiễm, trước khi được đưa ra môi trường theo yêu cầu hiện hành.
Trên đây là khái quát về nguyên lý vận hành của lò hơi ghi xích. Để hiểu rõ hơn về cấu tạo, quy trình đốt cháy, hệ thống cấp liệu, thu hồi nhiệt và xử lý khí thải, bạn có thể tìm hiểu chi tiết tại Nguyên lý hoạt động lò hơi ghi xích
Câu Hỏi Thường Gặp Về Cấu Tạo Lò Hơi Ghi Xích
1. Bộ phận nào trong lò hơi ghi xích dễ hư hỏng nhất? Ghi xích là bộ phận chịu tải trực tiếp từ nhiệt độ cao và ma sát liên tục nên thường có tần suất hao mòn và cần thay thế cao nhất trong toàn bộ hệ thống.
2. Vì sao lò hơi ghi xích cần hệ thống thu hồi nhiệt? Hệ thống thu hồi nhiệt giúp tận dụng nhiệt lượng còn sót lại trong khói thải, qua đó nâng cao hiệu suất lò hơi và giảm tiêu hao nhiên liệu trong quá trình vận hành.
3. Hệ thống điều khiển có bắt buộc phải dùng PLC không? PLC là lựa chọn phổ biến nhất hiện nay nhờ độ tin cậy và khả năng lập trình linh hoạt, tuy nhiên một số lò hơi công suất nhỏ vẫn có thể vận hành bằng hệ thống điều khiển rơ-le truyền thống.
Kết Luận
Cấu tạo lò hơi ghi xích là sự kết hợp chặt chẽ giữa 5 hệ thống: cấp liệu, thân lò – buồng đốt, thu hồi nhiệt, xử lý khói thải và điều khiển. Mỗi hệ thống đảm nhận một vai trò riêng nhưng đều hướng đến mục tiêu chung là đốt cháy nhiên liệu hiệu quả, sinh hơi ổn định và vận hành an toàn. Nắm vững cấu tạo này giúp doanh nghiệp chủ động hơn trong việc vận hành, bảo trì và lựa chọn phụ tùng thay thế phù hợp cho hệ thống lò hơi của mình.
