Trong bối cảnh yêu cầu về khí thải ngày càng chặt và nhiên liệu ngày càng đa dạng, công nghệ đốt tầng sôi trở thành lựa chọn được nhiều nhà máy quan tâm. Công nghệ này cho phép đốt ổn định ở nhiệt độ thấp, giảm phát thải SO₂ và NOx ngay trong buồng đốt, đồng thời đốt được cả nhiên liệu chất lượng thấp như sinh khối. Bài viết dưới đây giúp bạn hiểu rõ công nghệ đốt tầng sôi là gì, cách phân loại và tình hình phát triển của công nghệ này.

Công Nghệ Đốt Tầng Sôi Là Gì?

Công nghệ đốt tầng sôi (Fluidized Bed Combustion, FBC) là phương pháp đốt nhiên liệu rắn (than đá, trấu, mùn cưa, biomass) trong lớp vật liệu nền (thường là tro xỉ và cát). Lớp vật liệu này được dòng khí thổi từ dưới vào làm chuyển động liên tục mang đặc tính gần giống như trạng thái sôi của chất lỏng.

Nhờ công nghệ này, nhiệt độ trong buồng đốt dao động khoảng 820 – 870°C, thấp hơn các lò hơi đốt công nghệ truyền thống. Ở ngưỡng nhiệt này còn hạn chế đóng xỉ và hình thành NOx

Một điểm nổi bật của công nghệ này là khả năng khử lưu huỳnh ngay trong buồng đốt bằng đá vôi (CaCO₃) đưa vào lò phân hủy thành CaO, sau đó chất hóa học này phản ứng với SO₂ sinh ra từ nhiệt để tạo thành canxi sunfat (CaSO₄) ở dạng rắn. Công nghệ này đã tinh giảm một số thiệt bị xử lý khí thải SO₂ làm hệ thống xử lý tro xỉ và khí thải tinh gọn hơn.

Phân Loại Công Nghệ Đốt Tầng Sôi

Dựa trên áp suất vận hành, chúng ta có thể phân loại lò hơi tầng sôi thành hai loại

1. Lò hơi tầng sôi vận hành ở áp suất khi quyển (AFBC)
2. Lò hơi tầng sôi vận hành ở áp suất cao hơn khí quyển (PFBC)

Lò Hơi Tầng Sôi Vận Hành Ở Áp Suất Khí Quyển – AFBC

Lò hơi tầng sôi làm việc ở áp suất khí quyển (AFBC) vận hành ở chế độ hút gió cần bằng với khoảng 20% không khí dư để đảm bảo hiệu suất cháy. Quạt gió thổi không khí từ đáy lò để nâng các hạt vật liệu nền tạo thành tầng sôi, trong khi quạt hút duy trì áp suất buồng đốt ở mức gần như bằng không (so với áp suất khí quyển ngoài môi trường)

Đặc Điểm Cấu Tạo

Cấu tạo buồng đốt được tinh gọn: Do không phải chịu áp suất lớn nên buồng đốt của lò AFBC không yêu cầu bọc lớp chịu áp suất hoặc hệ thống cấp nhiên liệu khóa áp phức tạp.

Cấu tạo buồng đốt, thiết bị trao đổi nhiệt và thiết bị xử lý khí thải tro xỉ khá tương đồng với các lò hơi sử dụng công nghệ truyền thống nên dễ dàng chuyển đổi công nghệ

Ở áp suất khí quyển, mật độ và thể tích dòng khí thải lớn hơn so với khi bị nén áp. Do dó lò AFBC có kích thước và diện tích buồng đốt lớn hơn với lò PFBC có cùng công suất

Lò Hơi Vận Hành Ở Áp Suất Cao Hơn Áp Suất Khí Quyển – PFBC

Lò hơi vận hành ở áp suất cao hơn áp suất khi quyển (PFBC) có buồng đốt duy trì ở áp suất cao, dao động từ 5 đến 20 bar (gấp 5 đến 20 lần áp suất khí quyển)

Nhiệt độ buồng đốt duy trì ở khoảng 820 – 920°C (trung bình khoảng 840°C) để tối ưu hóa hiệu suất cháy và phản ứng hấp thụ SO₂

CaCO3 và MgCo3 là hai chất hấp phụ được sử dụng phổ biển ở lò PFBC vì phản ứng tốt với SO2 ở áp suất cao

Hệ thống cấp nhiên liệu: Nhiên liệu hoặc chất hấp phụ được cấp vào lò ở dạng khô (thông qua khoang khóa khí nén) hoặc ở dạng bùn nước.

Ưu điểm của lò PFBC

Thiết kế siêu nhỏ gọn: nhờ vận hành ở áp suất cao nên thể tích khí thải giảm đáng kể giúp thu nhỏ kích thước của buồng đốt. Nhờ đó, thiết bị được chế tạo tại xưởng và vận chuyển lắp đặt dạng modun, giảm được 30-40% nhu cầu công nhân tại công trơngf, rút ngắn tiến độ thi công tới 15% và tiết kiệm 10-20% chi phí đầu tư xây dựng

Thích hợp với dự án cải tạo nhà máy cũ

Ưu Điểm Của Công Nghệ Đốt Tầng Sôi

Khả Năng Kiểm Soát Ô Nhiễm Trực Tiếp Trong Buồng Đốt

• Khử lưu huỳnh hiệu quả mà không cần hệ thống xử lý đắt tiền bằng chất hấp phụ CaCO3. Khả năng xử lý lưu huỳnh lên đến 98%
• Phát thải NOx thấp do nhiệt độ buồng đốt thấp kết hợp với kỹ thuật đốt phân đoạn giúp hạ phát thải NOx xuống thấp so với các công nghệ đốt khác

Đốt Đa Dạng Nhiên Liệu

• Đốt hiệu quả các loại nhiên liệu chất lượng kém nhờ sự xáo trộn trong buồng đốt giúp nhiên liệu cháy triệt để tốt
• Linh hoạt chuyển đổi nhiên liệu để phù hợp với giá cả, tình hình thị trường

Hiệu Suất Đốt Cao Và Hạn Chế Đóng Xỉ

• Ít bị đóng xỉ vì nhiệt độ buồng đốt thấp hơn nhiệt độ nóng cháy của nhiên liệu đốt
• Hiệu suất truyền nhiệt cao nên nâng hiệu suất của toàn bộ hệ thống

Nhược Điểm Của Công Nghệ Đốt Tầng Sôi

Khối Lượng Chất Thải Rắn Phát Sinh Lớn

• Tạo ra nhiều chất thải hơn so với những công nghệ đốt truyền thống
• Gây áp lực lên hệ thống xử lý khí thải, cần phải có bãi tập kết tro sau quá trình đốt

Chi Phí Bảo Trì Cao

• Các hạt rắn của lớp vật liệu nền chuyển động va đập liên tục vào bề mặt thiết bị gây mài mòn nên cần thay thế định kỳ
• Lớp bê tông chịu lửa trong lò hơi và bộ cyclone dễ bị nứt bong tróc làm tăng chi phí bảo trì

Hệ Thống Phức Tạp

• Đối với nhiên liệu cấp dưới lớp tầng sôi đòi hỏi mạng lưới hàng trăm ống cấp phức tạp, chi phí đầu tư ban đầu cao và tốn nhiều điện năng hơn với các hệ thống cấp liệu khác
• Đối với nhiên liệu cấp phía trên lớp tầng sôi tuy có đơn giản hơn nhưng nếu nhiên liệu chứa nhiều hạt mịn thì có thể bị cuốn bay trước khi kíp cháy
• Đối với hệ thống lò PFBC cấp liệu để không làm giảm áp suất còn phức tạp hơn nhiều so với lò AFBC

Xu Hướng Phát Triển

Mở Rộng Quy Mô Công Suất

• Các lò AFBC đang phát triển từ quy mô 100-160 MW lên công suất 250 MW đến 400 MW
• Mô hình ghép nhiều buồng đốt đang thịnh hành để nâng công suất toàn hệ thống

Ưu Tiên Phát Triển Công Nghệ Tầng Sôi Tuần Hoàn

• Trong các loại lò hơi AFBC thì lò hơi tầng sôi tuần hoàn được thị trường ưa chuộng
• Đẩy mạnh nghiên cứu là PFBC

Kết Luận

Công nghệ đốt tầng sôi đốt nhiên liệu trong lớp hạt được thổi khí từ đáy lò, giúp truyền nhiệt tốt và cháy ổn định ở nhiệt độ thấp. Nhờ khử lưu huỳnh ngay trong buồng đốt, công nghệ này giảm phát thải SO₂ và NOx, đồng thời đốt được nhiều loại nhiên liệu chất lượng thấp như sinh khối. Để chọn đúng cấu hình lò hơi tầng sôi cho nhà máy, hãy liên hệ Hải Âu Việt (HAV) để được tư vấn và báo giá.