phân tích ưu nhược điểm của lò hơi tầng sôi tuần hoàn.
Lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB (Circulating Fluidized Bed) là công nghệ đốt nhiên liệu rắn trong trạng thái tầng sôi, trong đó nhiên liệu, tro và vật liệu tầng sôi được dòng không khí đưa vào trạng thái chuyển động liên tục. Điểm đặc trưng của CFB là các hạt rắn bị cuốn theo dòng khí sẽ được Cyclone tách ra và hồi lưu về buồng đốt.
Cơ chế tuần hoàn này giúp tăng thời gian lưu của nhiên liệu và vật liệu nóng trong vùng cháy. Nhờ đó, nhiên liệu có nhiều cơ hội tiếp xúc với oxy và hoàn thành quá trình cháy hơn. Đây cũng là yếu tố quan trọng cần xem xét khi phân tích ưu nhược điểm của lò hơi tầng sôi tuần hoàn.
Khái niệm CFB
CFB sử dụng dòng khí đi từ dưới lên để làm tầng vật liệu rắn chuyển động. Khi vận tốc khí đạt mức phù hợp, lớp hạt rắn không còn nằm cố định mà chuyển động mạnh trong buồng đốt. Nhiên liệu được cấp vào lớp vật liệu nóng và nhanh chóng hòa trộn với không khí.
Khác với lò tầng sôi bong bóng BFB (Bubbling Fluidized Bed), CFB sử dụng vận tốc dòng khí cao hơn để cuốn theo một lượng đáng kể các hạt rắn ra khỏi vùng buồng đốt. Dòng khí mang theo hạt rắn đi qua Cyclone. Cyclone tách phần lớn hạt rắn khỏi dòng khí, sau đó đưa chúng trở lại buồng đốt thông qua hệ thống hồi lưu.
Có thể hình dung nguyên lý CFB bằng một vòng tuần hoàn đơn giản:
Cấp nhiên liệu → Buồng đốt → Dòng khí cuốn hạt rắn → Cyclone → Tách hạt → Hồi lưu → Buồng đốt.
Chính vòng tuần hoàn này tạo nên đặc điểm khác biệt nhất của CFB. Hạt rắn không bị thải ra ngay sau một lần đi qua vùng cháy mà có thể quay lại buồng đốt nhiều lần. Điều này làm tăng thời gian lưu và khả năng trao đổi nhiệt giữa nhiên liệu, khí và vật liệu nóng.
Trong thực tế, CFB có thể được thiết kế để sử dụng nhiều loại nhiên liệu rắn như than, trấu, dăm gỗ, mùn cưa và các loại sinh khối. Khả năng thích ứng với nhiên liệu có đặc tính thay đổi là một trong những lý do công nghệ này được quan tâm trong các nhà máy có nhu cầu sử dụng nhiên liệu rắn.
Tuy nhiên, không nên hiểu rằng CFB luôn cháy hoàn toàn mọi loại nhiên liệu. Hiệu quả cháy còn phụ thuộc vào kích thước hạt, độ ẩm, nhiệt trị, lượng gió, nhiệt độ và chế độ vận hành. Vì vậy, khi phân tích ưu nhược điểm của lò hơi tầng sôi tuần hoàn, cần đánh giá toàn bộ hệ thống thay vì chỉ nhìn vào công nghệ buồng đốt.
Nguyên lý tuần hoàn khí – rắn
Buồng đốt là nơi diễn ra quá trình cấp nhiên liệu và cháy. Bộ phân phối gió đặt ở đáy buồng đốt đưa không khí lên với vận tốc được tính toán phù hợp. Dòng khí làm các hạt nhiên liệu, tro và vật liệu tầng sôi chuyển động liên tục.
Dòng khí có hai nhiệm vụ chính. Thứ nhất, dòng khí cung cấp oxy cho quá trình cháy. Thứ hai, dòng khí tạo lực nâng để cuốn các hạt rắn lên theo chiều cao buồng đốt. Đây là điểm quan trọng tạo nên trạng thái “tuần hoàn” của CFB.
Hạt rắn gồm nhiên liệu, tro và vật liệu tầng sôi. Trong quá trình chuyển động, các hạt liên tục va chạm và trộn với nhau. Nhiệt từ các hạt nóng truyền sang nhiên liệu mới cấp vào. Cơ chế này giúp duy trì điều kiện nhiệt ổn định và hỗ trợ quá trình cháy.
Cyclone nằm trên đường khí ra khỏi buồng đốt. Thiết bị sử dụng lực ly tâm để tách các hạt rắn khỏi dòng khí. Phần khí tiếp tục đi sang các bộ phận trao đổi nhiệt và xử lý khói, trong khi phần hạt rắn được thu hồi để đưa trở lại buồng đốt.
Hồi lưu là đặc điểm tạo nên sự khác biệt lớn của CFB. Hạt rắn chưa cháy hết và vật liệu nóng sau khi được Cyclone tách sẽ quay trở lại vùng cháy. Nhờ đó, nhiên liệu có thêm thời gian tiếp xúc với oxy và nhiệt độ cao. Quá trình này góp phần nâng cao hiệu quả cháy và tận dụng tốt hơn năng lượng của nhiên liệu.
Ví dụ, khi một hạt nhiên liệu chưa cháy hết bị cuốn khỏi buồng đốt, hệ thống CFB không nhất thiết loại bỏ ngay hạt đó khỏi quá trình. Cyclone có thể thu hồi hạt và đưa trở lại buồng đốt. Hạt tiếp tục được gia nhiệt, trộn với không khí và có cơ hội cháy tiếp. Đây chính là một trong những đặc tính riêng biệt của CFB và là cơ sở để đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu hiệu quả.
Đối với Công ty Cổ phần Nồi hơi Công nghiệp Đông Anh (IBC), việc lựa chọn và thiết kế lò hơi CFB cần dựa trên loại nhiên liệu, công suất hơi, độ ẩm, kích thước hạt và điều kiện vận hành thực tế của nhà máy. Không nên áp dụng một cấu hình CFB giống nhau cho mọi dự án.
Vì vậy, phân tích ưu nhược điểm của lò hơi tầng sôi tuần hoàn cần bắt đầu từ chính nguyên lý tuần hoàn khí–rắn. Cơ chế buồng đốt → Cyclone → hồi lưu → buồng đốt tạo ra khả năng trộn tốt, tăng thời gian lưu và hỗ trợ quá trình cháy. Đổi lại, hệ thống có cấu tạo phức tạp hơn và đòi hỏi thiết kế, vận hành, bảo trì chính xác.
CÔNG TY CỔ PHẦN NỒI HƠI CÔNG NGHIỆP ĐÔNG ANH Hotline: 0947.093.783 (Mr Thắng – TPKD) – Zalo: 0986.822.393 Địa chỉ: Tổ 19, Thị trấn Đông Anh – Hà Nội Email: ibckinhdoanh@gmail.com>>>Xem thêm: Nồi hơi công nghiệp (boiler) là gì?