Đứng trước tình hình chi phí nhiên liệu tăng cùng với việc thắt chặt các quy định về khí thải, nhiều nhà máy phải tìm kiếm giải pháp để có thể thỏa mãn ứng biến linh động trước nguồn cung nhiên liệu vừa đáp ứng tiêu chuẩn môi trường. Lò tầng sôi sủi bọt là một trong những giải pháp được gọi tên nhờ khả năng tối ưu của lớp tầng sôi.

Bài viết này, Hải Âu Việt sẽ thông tin về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như thông số kỹ thuật phổ biển của lò tầng sôi sủi bọt từ những kinh nghiệm trong quá trình làm việc và các kết quả của nghiên cứu khoa học được đăng tải trên các tạp chí quốc tế (Bài báo mang tên: Bubbling fluidized beds When to use this technology)

Lò Tầng Sôi Sủi Bọt Là Gì?

Lò tầng sôi sủi bọt (Bubbling Fluidized Bed Boiler – BFB hoặc BFBC) là một dạng cụ thể của lò hơi vận hành ở áp suất khí quyển (AFBC). Lò BFB sử dụng dòng khí cấp từ dưới lên tạo thành trạng thái tầng sôi trong buồng đốt, tuy nhiên vì lớp gió cấp vào có vận tốc chỉ ở mức 1.2-4m/s nên lớp tầng sôi chỉ ổn định ở phần đáy, ít bay lơ lửng hơn các loại lò tầng sôi khác. Chính vì vậy mà lò BFB còn có tên gọi khác là lò tầng sôi cố định.

Ưu Điểm Lò Tầng Sôi Sủi Bọt

1. Đốt được đa dạng các loại nhiên liệu đặc biệt là các loại nhiên liệu có độ ẩm cao và nhiệt trị thấp
2. Hiệu suất đốt cháy cao và tiết kiệm nhiên liệu
3. Kiểm soát phát thải và bảo vệ môi trường
4. Tối ưu chi phí và đầu tư vận hành
5. Thiết kế gọn gàng

Nhược Điểm Lò Tầng Sôi Sủi Bọt

1. Hạn chế đốt được các loại nhiên liệu có hàm lượng kiềm cao như rơm rạ vì có thể gây vón cục ở buồng đốt. Chủ yếu do các nhiên liệu này có nhiệt độ nóng chảy thấp
2. Tăng chi phí bảo trì vì mài mòn thiết bị. Đây là đặc điểm chung của các dạng lò hơi sử dụng công nghệ đốt tầng sôi
3. Tiêu chuẩn kích thước nhiên liệu đầu vào cao
4. Không phù hợp với quy mô công nghiệp lớn

So Sánh Lò Tầng Sôi Sủi Bọt Với Lò Tầng Sôi Tuần Hoàn

Tiêu chí	Lò tầng sôi sủi bọt	Lò tầng sôi tuần hoàn
Vận tốc khí	Khoảng 1.2-4m/s	Khoảng 4-7m/s
Trạng thái lớp tầng sôi	Lớp trạng thái tập trung ở đáy buồng đốt, ít bay lơ lửng	Hạt vật liệu nền bị gió vận tốc cao cuốn bay đều khắp buồng đốt
Tuần hoàn hạt vật liệu nền	Không có sự tuần hoàn	Có hệ thống tuần hoàn lại vật liệu cháy
Quy mô công suất	Quy mô nhỏ đến vừa	Phù hợp với nhà máy công suất lớn
Nhiên liệu	Phù hợp với nhiên liệu sinh khối có độ ẩm cao	Phù hợp đa dạn các loại nhiên liệu
Chi phí đầu tư	Thấp	Cao

Cấu Tạo Lò Tầng Sôi Sủi Bọt

Cấu tạo của lò tầng sôi sủi bọt cũng tương tự như cấu tạo lò hơi tầng sôi. Tuy nhiên trong bài viết này, HAV chỉ làm rõ sự khác biệt đặc trưng trong cấu tạo lò tầng sôi sủi bọt. Cụ thể là sự khác biệt của buồng đốt

Buồng đốt có các lưới phân phối khi được đặt ở đáy. Lưới gắn các béc phun khí để cấp gió cho buồng đốt. Lớp lười này vừa đỡ lớp vật liệu khi lò ngừng vừa chia đều gió từ hộp gió phía dưới lên toàn bộ tiết diện vật liệu sôi.

Hệ thống buồng đốt thân lò của lò BFB có cấu tạo đơn giản hơn nhiều so với các lò sử dụng công nghệ tầng sôi khác.

Nguyên Lý Hoạt Động Lò Tầng Sôi Sủi Bọt

Tạo Trạng Thái Tầng Sôi

Gió cấp 1 từ quạt đi qua lưới phân phối khí thổi ngược lên lớp vật liệu nền, khi vận tốc khí đạt đến một mức nhất định, lực của khí nâng các lớp vật liệu bay lên tạo thành trạng thái tầng tôi.

Tuy nhiên với lò BFB đa phần lớp vật liệu nền vẫn nằm cố định ở đáy buồng đốt, ít bay xáo trộn

Cháy Và Truyền Nhiệt Trong Lớp Tầng Sôi

Trước khi nhiên liệu được đưa vào lò, lớp vật liệu được đầu đốt khởi động gia nhiệt đến nhiệt độ bén cháy.

Sau đó nhiên liệu được cấp vào trộn với lớp cát nóng, độ ẩm bay hơi rồi nhiên liệu bốc cháy. Lớp các có nhiệt dung lớn và lớp nhiên liệu chỉ chiếm một phần nhỏ nên lò BFB đốt cháy tốt nhiên liệu có độ ẩm cao

Nhiệt từ quá trình cháy truyền cho ống sinh hơi, dàn ống vách nước và các bề mặt đối lưu, biến nước thành hơi

Khử SOx Và NOx

Lò vận hành ở nhiệt độ khoảng 800 – 900°C nên hạn chế sinh NOx, vừa thích hợp để đá vôi hấp thụ lưu huỳnh.

Đá vôi trong lớp tầng sôi phân hủy thành CaO sau đó phản ứng với SO2 và oxy tạo thành thạch cao (CaSO4) thải ra cùng với tro xỉ.

Dòng Khói Và Thải Xỉ

Khói nóng mang theo tro bay lên phần không khí phía trên lớp vật liệu nền rồi qua bộ quá nhiệt, bộ hâm nước để tận dụng nhiệt. Sau đó khói qua hệ thống xử lý khói, tro xỉ được lắng xuống và thải ra ngoài.

Thông Số Kỹ Thuật Và Đặc Tính Nhiên Liệu Đầu Vào

Thông Số Kỹ Thuật

Về Quy Mô

• Quy mô phổ biến từ 5-50 tấn hơi/giờ
• Quy mô lớn: thiết kế dạng đặt sàn có thể đạt công suất khoảng 28.4 kg/s, thiết kế dạng treo có thể lên tới 126kg/s

Thông số hơi

• Áp suất hơi tối thiểu từ 5-40 bar đổi với lò tiêu chuẩn và có thể thiết kế tối đa tới 17.9 MPa
• Nhiệt độ hơi khoảng 158,92°C – 251,94°C

Thông số buồng đốt và lớp vật liệu nền

• Nhiệt độ buồng đốt trong khoảng 800°C – 950°C
• Vận tốc khí dao động từ 1.2-4m/s
• Tỷ lệ phân bố khí cháy: Gió cấp 1 chiếm khoảng 30%, gió cấp 2,3 chiếm khoảng 70%
• Tỷ lệ nhiên liệu trong lớp tầng sôi: Dưới 3% tổng khối lượng chất rắn nóng trong lớp đệm

Mức tiêu hao nhiên liệu tham khảo (ước tính trên 1 tấn hơi)

• Khoảng 140 đổi với than cám, viên nén gỗ
• Khoảng 180kg trấu rời
• Khoảng 170 kg với mùn cưa

Đặc Tính Nhiên Liệu Đầu Vào

Các loại nhiên liệu tương thích là: Sinh khối, bùn thải, phế liệu và nhiên liệu hóa thạch

Lò BFB có thể đốt nhiên liệu có độ ẩm trên 25-30% như gỗ tươi. Nhiệt trị của nhiên liệu trong khoảng 2.800 – 3.500 Btu/lb (6.513 – 8.141 kJ/kg) mà không cần nạp thêm nhiên liệu đốt kèm

Ngoài ra nhiên liệu có hàm lượng kiềm từ thấp đến trung bình. Kích thước hạt tương đối đồng đều nhau.

Ứng Dụng

• Ngành sản xuất điện quy mô vừa và nhỏ
• Ngành công nghiệp chế biến sản xuất như giấy, thực phẩm, đồ uống
• Phù hợp để xử lý chất thải và tái tạo năng lượng
• Phù hợp để cải tạo các lò hơi cũ

Kết Luận

Lò tầng sôi sủi bọt là lựa chọn phù hợp cho nhà máy có quy mô vừa và nhỏ nhờ cấu tạo tương đối đơn giản và hiệu suất làm việc vượt trội.Để lựa chọn đúng lò tầng sôi sủi bọt bạn có thể tham khảo tư vấn đến các chuyên gia trong lĩnh vực như Hải Âu Việt