Trong bối cảnh an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường đang trở thành ưu tiên hàng đầu toàn cầu, công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) đã nổi lên như một giải pháp đột phá. Không chỉ giải quyết được bài toán hiệu suất nhiệt, CFB còn cho phép đốt cháy đa dạng nhiên liệu với phát thải cực thấp.
Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu điểm vượt trội và xu hướng phát triển của công nghệ lò hơi CFB hiện nay.
1. Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) là gì?
Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed Boiler) là loại lò hơi sử dụng công nghệ đốt cháy nhiên liệu trong một trạng thái “tầng sôi” ở tốc độ gió cao. Khác với lò hơi tầng sôi tĩnh (AFBC), trong lò CFB, các hạt nhiên liệu và vật liệu nền không chỉ nằm ở đáy buồng đốt mà được luồng gió đẩy lên cao, thoát ra khỏi buồng đốt, sau đó được thu hồi qua bộ phân ly cyclone và quay trở lại buồng đốt để tiếp tục quá trình cháy.
Sự tuần hoàn liên tục này giúp tối ưu hóa thời gian lưu của nhiên liệu, dẫn đến hiệu suất cháy cực cao.
2. Cấu tạo lò hơi tầng sôi tuần hoàn
Một hệ thống lò hơi tầng sôi tuần hoàn tiêu chuẩn bao gồm các bộ phận chính sau:
2.1. Buồng đốt (Combustor)
Đây là nơi diễn ra quá trình cháy chính. Buồng đốt thường được thiết kế cao để tạo không gian cho các hạt rắn chuyển động theo phương thẳng đứng. Tường buồng đốt thường là các vách ướt (tường sinh hơi) để hấp thụ nhiệt trực tiếp.
2.2. Bộ phân ly Cyclone (High-temperature Cyclone)
Đây là “trái tim” của hệ thống tuần hoàn. Hỗn hợp khói thải và các hạt rắn (tro, nhiên liệu chưa cháy hết, cát) sau khi rời buồng đốt sẽ đi vào cyclone. Tại đây, nhờ lực ly tâm, các hạt rắn nặng hơn sẽ bị tách ra khỏi dòng khí và rơi xuống đáy cyclone.
2.3. Van trả liệu (Seal Pot/J-Valve)
Bộ phận này đóng vai trò là van khóa khí, ngăn không cho áp suất từ buồng đốt thổi ngược lại cyclone, đồng thời cho phép các hạt rắn đã tách ra quay trở lại buồng đốt một cách ổn định.
2.4. Hệ thống cấp nhiên liệu và gió
Gió cấp 1: Đưa vào từ đáy buồng đốt qua vòi phun gió để tạo trạng thái tầng sôi.
Gió cấp 2: Đưa vào ở các độ cao khác nhau trong buồng đốt để cung cấp oxy cho quá trình cháy hoàn toàn và kiểm soát nhiệt độ.
2.5. Bộ trao đổi nhiệt bên ngoài (External Heat Exchanger – EHE)
Ở một số thiết kế hiện đại, các hạt rắn nóng được dẫn qua bộ EHE để tận dụng nhiệt lượng trước khi quay trở lại buồng đốt, giúp kiểm soát nhiệt độ buồng đốt một cách chính xác.
Mayzer vận chuyển lò hơi ra Miền Bắc
3. Nguyên lý hoạt động của lò hơi tầng sôi tuần hoàn
Nhiên liệu được đưa vào buồng lửa bằng băng tải, vit tải.
Gió cấp 1 sau khi được sấy nóng bằng bộ sấy không khí được cấp vào từ phía dưới ghi buồng đốt làm nhiệm vụ tạo lớp sôi và cấp oxy cho quá trình cháy.
Các hạt nhiên liệu được cấp vào buồng đốt và được làm tản đều khắp bề mặt buồng đốt nhờ quạt thổi liệu.
Các hạt liệu được bắt cháy trong buồng đốt tầng sôi và cháy dữ dội nhất ở nửa trên của buồng đốt tầng sôi
Nhiên liệu tiếp tục cháy và trao đổi nhiệt bức xạ ở buồng đốt bức xạ
Khi cháy các hạt nhiên liệu vỡ ra tạo thành tro xỉ, các hạt tro xỉ có trọng lượng nhẹ nên bay theo khói ra khỏi buồng lửa.
Tuy nhiên các hạt liệu có kích thước lớn hơn vẫn không cháy hết hoàn toàn, hỗn hợp này lại trải qua quá trình phân ly hạt liệu lắng lại
Và được đưa trở về buồng lửa tiếp tục quá trình cháy cho đến khi cạn kiệt thì thôi.
Khói sau khi ra khỏi buồng hồi lưu sẽ đi vào giàn ống đối lưu (hoặc giàn ống lửa), ở đây khói sẽ trao đổi nhiệt đối lưu qua vách ống với nước.
Khói thải sau khi ra khỏi giàn đối lưu vẫn có nhiệt độ khá cao 250 – 300 oC.
Để tận dụng nhiệt độ khói thải này thì khói thải sẽ đi qua bộ hâm nước và bộ sấy không khí để hâm nóng nước trước khi đưa vào lò
Và sấy không khí nóng trước khi đưa vào buồng đốt để làm tăng hiệu suất lò hơi
Sau đó khói thải sẽ đi qua cyclone lọc bụi, ở đây hạt bụi sẽ được phân ly và lắng xuống phễu thu tro.
Tuy nhiên cyclone chỉ thu được các hạt bụi lớn và mịn, các hạt bụi siêu mịn không được cyclone phân ly và sẽ bay theo dòng khói đi vào bộ lọc bụi túi vải (hoặc tháp dập bụi nước).
Lúc này khói thải đã được làm sạch và theo ống khói thải ra môi trường
Công tác cẩu dựng lò hơi tầng sôi tại nhà máy gạo ở Long An.
4. Ưu điểm lò hơi tầng sôi tuần hoàn
4.1. Đốt được nhiên liệu chất lượng thấp
Lò CFB “không kén” nhiên liệu. Nó có thể đốt tốt các loại than có nhiệt trị thấp, độ tro cao, than bùn, sinh khối (biomass), rác thải công nghiệp hoặc thậm chí là hỗn hợp nhiều loại nhiên liệu khác nhau.
4.2. Hiệu suất nhiệt cực cao
Nhờ quá trình tuần hoàn hạt rắn, thời gian lưu của nhiên liệu trong vùng nóng rất dài, giúp hiệu suất cháy thường đạt trên 98-99%.
4.3. Giảm phát thải khí độc hại (SOx, NOx)
Khử lưu huỳnh (SOx): Có thể trực tiếp cho đá vôi (CaCO3) vào buồng đốt. Ở nhiệt độ tầng sôi, đá vôi phản ứng với SO2 tạo thành thạch cao (CaSO4) thải ra cùng tro, loại bỏ tới 90-95% khí SOx mà không cần bộ khử rời bên ngoài.
Giảm NOx: Nhiệt độ trong buồng đốt CFB duy trì ổn định ở mức thấp (800∘C−900∘C). Đây là khoảng nhiệt độ thấp hơn ngưỡng hình thành khí NOx nhiệt (thường trên 1300∘C).
4.4. Khả năng điều chỉnh tải linh hoạt
Lò CFB có khả năng thay đổi công suất vận hành (từ 30% đến 100% tải) một cách nhanh chóng mà vẫn duy trì được hiệu suất ổn định so với lò phun than truyền thống.
Lò hơi tầng sôi đốt Biomass do Mayzer lắp đặt tại Cần Thơ
5. Nhược điểm lò hơi tầng sôi tuần hoàn
Vấn đề thải tro xỉ còn có những khó khăn, khó chủ động trong việc điều khiển quá trình tạo và thải xỉ, nếu thải tro thì làm tăng lượng bụi trong khói đòi hỏi phải nâng công suất thiết bị lọc bụi;
Mài mòn bề mặt truyền nhiệt lớn cần có các giải pháp giảm thiểu;
Gió cấp 1 có áp suất cao tiêu tốn nhiều năng lượng.
Công ty Mayzer chuyên lắp đặt hệ thống lò hơi, cung cấp hơi cho các doanh nghiệp sản xuất. Quý khách hàng cần tư vấn hay báo giá hãy liên hệ Hotline 0942090089 để được hỗ trợ.
