Lò hơi tầng sôi tuần hoàn là loại lò hơi có hiệu suất cao, đốt được đa dạng nhiên liệu và phát sinh ít khí thải độc hại. Chính vì lý do này mà lò CFB được đầu tư sử dụng ở nhiều nhà máy công suất lớn hiện nay.

Bài viết này, Hải Âu Việt sẽ chia sẻ chi tiết thông tin về loại lò hơi này để bạn đọc có thêm góc nhìn về lò CFB

Giới Thiệu Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (Circulationg Fluidized Bed Boilẻ – CFB) là phiên bản cải tiến hơn của lò hơi tầng sôi thông thường. Điểm làm nên sự ưu việt của dạng lò hơi này là khả năng tuần hoàn các hạt nhiên liệu chưa cháy hết, vật liệu nền trở về buồng đốt và tiếp tục tham gia quá trình cháy.

Chính vì công nghệ này, lò hơi CFB đã cải thiện hiệu quả đốt triệt để, giảm lãng phí.

Sự Ra Đời Và Phát Triển Của Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn

Giai Đoạn 1921 Đến 1960

Nguyên lý tầng sôi được một kỹ sư người Đức cho ra đời vào năm 1921 nhưng phải hơn 4 thập kỷ sau mới được Douglas Elliott ứng dụng trong đốt than. Cùng lúc đó Lurgi hợp tác với Vereinigte Aluminium Werke phát triển quy trình nung ở nhiệt độ khoảng 1.100°C – đây là một trong những ứng dụng của công nghệ này.

Giai Đoạn 1975

Năm 1975, ba kỹ sư của Lurgi là Lothar Reh, Martin Hirsch và Ludolf Plass nghiên cứu cách đốt cặn cốc than mịn và đặt tên cho chế độ vận hành mới là “tầng sôi tuần hoàn”.

Chế độ này có tốc độ khí nằm giữa tầng sôi sủi bọt truyền thống và chế độ vận chuyển khí nén thường thấy ở lò than phun.

Ở dải tốc độ đó, chênh lệch vận tốc giữa dòng khói và các hạt rắn bị cuốn theo đạt mức cao nhất.

Chất rắn khi ấy tuần hoàn mạnh trong buồng đốt, giúp truyền nhiệt, truyền khối tốt hơn và nhiệt độ toàn lò đồng đều. Đây là cơ sở để thiết kế các lò CFB sau này.

Giai Đoạn 1976 – 1979

Năm 1979, Ahlström hoàn thành nhà máy 15 MW đầu tiên, đốt vỏ cây, gỗ phế thải và than theo nguyên lý CFB, tại Pihlava (Phần Lan).

Lurgi ban đầu bảo vệ bằng sáng chế của mình, nhưng sau đó chấp nhận cấp phép cho Ahlström và các hãng khác.

Nhờ vậy công nghệ lan rộng nhanh trên thị trường. Ahlström lập công ty Pyropower tại Mỹ để phát triển thị trường, cho đến khi sáp nhập vào Foster Wheeler năm 1995.

Ưu Điểm Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn

Đốt đa dạng nhiên liệu

• Lò hơi CFB có thể đốt được nhiên liệu có chất lượng thấp, nhiệt trị không ổn định. Cụ thể lò CFB có thể đốt được than có hàm lượng tro và lưu huỳnh cao, phế thải gỗ và cả một số nhiên liệu khó cháy khác. Tuy nhiên nên bố trí thêm bộ trao đổi nhiệt hoặc nâng lớp vật liệu nên để tăng khả năng thích ứng với nhiên liệu đốt
• Ngoài ra hệ thống cấp liệu cũng đơn giản hơn vì nhiên liệu được cấp thẳng vào buồng đốt rồi nhờ công nghệ sôi chúng được nhào trộn đều trong lò mà không cần đến hệ thống cấp có thể căn chỉnh tốc độ và liều lượng

Giảm chi phí xử lý khí thải và tro xỉ

• So với các loại lò truyền thống khác, lò CFB khử SO₂ ngay trong buồng đốt bằng cách rải đá vôi trực tiếp trong buồng đốt.
• Phảt thải NOx thấp do nhiệt độ cháy được duy trì ở khoảng 800-900°C
• Phát thải Co thấp do nhiên liệu đưa vào buồng đốt được xáo trộn liên tục nên cháy triệt để hơn, ít CO còn sót lại

Hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn

• So với các lò đốt nhiên liệu rắn khác, lò CFB có hiệu suất cao hơn đặc biệt là xử lý tốt những loại nhiên liệu có độ ẩm cao
• So với những lò có cùng công suất thì lò CFB có diện tích nhỏ gọn hơn vì đã tinh gọn được một phần hệ cấp liệu và buồng đốt cũng nhỏ hơn

Nhược Điểm Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn

Vốn đầu tư ban đầu lớn

Lò CFB có nhiều hạng mục hơn các lò hơi thông thường. Chính vì vậy mà chi phí chế tạo và lắp đặt cao hơn đáng kể. Với nhu cầu hơi nhỏ, mức đầu tư này khó hòa vốn nên lò CFB thường áp dụng cho các nhà máy có công suất lớn

Chi phí vận hành cao

Để giữ cho lớp vật liệu nền luôn sôi, lò cần quạt công suất lớn và áp suất cao. Chính lượng điện duy trì hoạt động những thiết bị này sẽ nâng tổng chi phí vận hành lên.

Ngoài ra, người vận hành được hệ thống lò hơi tầng sôi không hề dễ và cần nhiều kinh nghiệm. Để tuyển dụng cũng cần mức lương cao hơn

Chi phí bảo trì cao

Thông thường nhà máy sẽ bố trì thêm vào lò hơi tầng sôi tuần hoàn thiết bị trao đổi nhiệt nằm dưới lớp vật liệu nền. Trong khi lớp vật liệu nền chuyển động liên tục và ma sát nên cần phải bảo trì thay thế thường xuyên

Cấu Tạo Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn

Ngoài các bộ phận chung của một lò hơi cần phải có, lò CFB còn có những thiết bị đăng trưng sau:

• Buồng đốt tầng sôi tuần hoàn
• Thiết bị phân tách và thu hội hạt rắn
• Thiết bị tuần hoàn hạt rắn
• Thiết bị trao đổi nhiệt bổ sung

Buồng Đốt Tầng Sôi Tuần Hoàn

Buồng đốt dưới	Buồng đốt trên
Được phủ bằng bê tông chịu nhiệt, bên ngoài có thêm gạch chịu lửa bảo vệ	Được tính từ họng gió cấp hai lên trên đỉnh. Có diện tích rộng hơn buồng đốt dưới để tạo khoảng không gian cho các nhiên liệu cháy kiệt hoàn toàn

Thiết Bị Phân Tách Và Thu Hồi Hạt Rắn

Nhiệm vụ của bộ phận này là giữ lại hạt rắn chưa cháy hết trong dòng khói để đưa về buồng đốt. Có hai nhóm thiết bị:

• Bộ tách va đập (u-beam): hạt rắn va vào các thanh chữ U và rơi lại. Thường sử dụng trong lò CFB tuần hoàn bên trong
• Cyclone: được dùng ở hầu hết các lò CFB còn lại

Thiết Bị Tuần Hoàn Hạt Rắn

Bộ phận này có hai nhiệm vụ: giữ cho dòng tuần hoàn liên tục và chặn không cho khí nóng từ buồng đốt thổi ngược lên cyclone

Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Bổ Sung

FBHE là một khoang nhỏ có tầng sôi sủi bọt, bên trong đặt các ống trao đổi nhiệt ngập trong lớp vật liệu. Hạt rắn nóng từ cyclone được dẫn qua đây để truyền bớt nhiệt cho nước hoặc hơi, rồi mới quay lại buồng đốt.

Trong dòng hạt thu hồi vẫn còn một lượng nhỏ carbon chưa cháy hết. Khi lưu lại trong khoang này, phần carbon đó tiếp tục cháy nốt, nên nhiên liệu được tận dụng triệt để hơn.

Nguyên Lý Hoạt Động Của Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn

Cấp Nhiên Liệu Và Không Khí

• Nhiên liệu thông qua băng tải và vít tải đưa vào lò. Sau đó quạt thổi liệu đẩy vào buồng đốt
• Không khí đi qua bộ sấy để gia nhiệt, quạt gió cấp 1 thổi vào đáy buồng đốt thông qua các núm gió làm lớp vật liệu sôi như chất lỏng

Quá Trình Cháy Diễn Ra

• Nhiên liệu trộn với không khí nóng và hạt vật liệu nền bay lơ lửng trong buồng đốt
• Hạt thô có kích thước nặng sẽ cháy tại lớp buồng đốt dưới, trong khi những hạt có kích thước nhỏ sẽ bay lên và cháy ở buồng đốt trên
• Tốc độ khí lớn khiến hỗn hợp nhào trộn liên tục và nhiên liệu vì thế cháy triệt để

Tuần Hoàn Hạt Rắn

• Hạt chưa cháy hết bị cuốn theo khói bay ra khỏi buồng đốt, được thiết bị phân tách thu lại rồi đưa trở về buồng đốt qua thiết bị thu hồi liệu
• Nhờ vòng tuần hoàn, nhiên liệu ở trong lò lâu hơn, cháy triệt để hơn. Hiệu suất cháy có thể đạt trên 99%

Truyền Nhiệt Và Sinh Hơi

• Nhiệt từ buồng đốt truyền qua dàn ống nước bố trí quanh các vách lò, đun sôi nước trong ống và sinh hơi
• Hơi được dẫn qua van cấp hơi và hệ thống ống đến nơi sử dụng

Thu Hồi Nhiệt Thừa Và Xử Lý Khí Thải

• Khói khi rời khỏi buồng đốt thường ở nhiệt độ khoảng 250-300°C, khói sẽ đi qua bộ hâm nước để gia nhiệt nước cấp lên khoảng 150°C và bộ sấy không khí để nâng nhiệt độ không khí lên khoảng 100°C
• Khí thải sau đó đi qua hệ thống xử lý gồm cyclone, tháp dập bụi ướt, dập bụi tĩnh điện trước khi thải ra môi trường

Ứng Dụng

Phù hợp với nhà máy sử dụng nhiều nguồn nhiên liệu đốt khác nhau, chất lượng nhiên liệu không đồng đều

Phù hợp với những nhà máy có yêu cầu phát thải nghiêm ngặt, lợi thế của lò CFB là khả năng tạo ít khí thải độc hai

Phù hợp với lò cần công suất lớn và hiệu suất cao

Kết Luận

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) phù hợp với nhà máy cần đốt nhiều loại nhiên liệu và kiểm soát khí thải tốt, nhờ vòng tuần hoàn hạt rắn giúp nhiên liệu cháy triệt để và khử SO₂ ngay trong lò. Đổi lại, vốn đầu tư, điện năng tiêu thụ và chi phí bảo trì đều cao hơn, nên công nghệ này hiệu quả nhất ở công suất trung bình đến lớn.

Để chọn đúng loại lò, bạn cần xác định nhiên liệu sẵn có, công suất hơi cần dùng và quy định khí thải tại nơi đặt nhà máy. Liên hệ Hải Âu Việt để được tư vấn giải pháp phù hợp hoặc xem thêm trang mua lò hơi tầng sôi.