Nồi hơi là một thiết bị giúp đưa nhiệt của quá trình đốt cháy cho nước cho đến khi nước được đun nóng hoặc thành hơi. Quá trình này đòi hỏi tiêu tốn rất nhiều nhiên liệu.
Theo thống kê, hiện nay, trên cả nước đang dùng hàng nghìn Nồi Hơi các loại. Trong đó, đa số các lò hơi có hiệu suất sử dụng năng lượng thấp, làm tăng lên tình trạng ô nhiễm môi trường và kéo giảm hiệu quả về mặt kinh tế. Tình hình này đặt ra đòi hỏi cần thiết phải có các biện pháp tiết kiệm năng lượng cho lò hơi giúp các doanh nghiệp nâng cao hiệu suất, tiết kiệm năng lượng trong sử dụng và vận hành các nồi hơi.
Ở Việt Nam, các loại nồi hơi chủ yếu được ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp. Các nồi hơi này có công suất từ 1 tấn/giờ - 300 tấn/giờ. Đại đa số các nồi hơi đang sử dụng đều có hiệu suất năng lượng thấp nên lượng khí độc hại do đốt nhiên liệu phát ra lan vào môi trường rất cao.
Bên cạnh đó, công nghệ nồi hơi lạc hậu nên mức tiêu hao năng lượng để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm cao. Vì vậy, việc nâng cao hiệu suất, tiết kiệm năng lượng đối với nồi hơi đang là yếu cầu bức thiết được các doanh nghiệp quan tâm, nhất là trong thời điểm hiện nay, khi giá nhiên liệu có khuynh hướng ngày càng tăng.
Có nhiều biện pháp nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng trong hệ thống nồi hơi liên quan đến quá trình đốt, truyền nhiệt, hao hụt năng lượng, giảm mức tiêu thụ điện của thiết bị hỗ trợ. Bằng cách kiểm tra một số điều kiện sau có thể giúp doanh nghiệp đánh giá được thiết bị nồi hơi của đơn vị mình có được vận hành với hiệu suất tối đa hay không.
Do vậy những biện pháp dưới đây có thể giúp bạn tiết kiệm hiệu quả năng lượng sử dụng nồi hơi.
Kiểm soát nhiệt độ khói lò
Nhiệt độ khí lò nên càng thấp càng tốt. Tuy nhiên, nhiệt độ này không nên thấp tới mức hơi nước ở ống xả ngưng tụ ở thành ống. Điều này quan trọng với những nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao vì nhiệt độ thấp sẽ dẫn đến ăn mòn do lưu huỳnh bị đọng sương . Nhiệt độ khí lò cao hơn mức 200°C cho thấy tiềm năng thu hồi nhiệt thải. Nhiệt độ cao như vậy cũng cho thấy có cặn bám trong thiết bị truyền/thu hồi nhiệt, vì vậy cần tiến hành xả đáy sớm để làm sạch nước/hơi.
Đun nóng sơ bộ nước cấp sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt
Thông thường, khí thải của lò hơi dạng vỏ sò 3 bậc có nhiệt độ khoảng 200 đến 300 oC. Do đó, có tiềm năng thu hồi nhiệt từ khí lò. Nhiệt độ khí lò thải từ lò hơi thường được duy trì ở mức tối thiểu 200oC, để lưu huỳnh oxit trong khí lò không bị ngưng tụ và gây ra ăn mòn ở bề mặt truyền nhiệt. Khi sử dụng năng lượng sạch như khí tự nhiên, LPG hoặc dầu, lợi ích kinh tế từ thu hồi nhiệt sẽ cao hơn vì nhiệt độ khí lò có thể được duy trì ở mức dưới 200 oC. Tiềm năng tiết kiệm năng lượng phụ thuộc vao loại lò hơi và nhiên liệu sử dụng. Với lò hơi dạng vỏ sò cũ điển hình, với nhiệt độ khí lò thải ra là 260 oC, có thể sử dụng thiết bị Economizer (bộ hâm nước) để giảm xuống 200 oC, tăng nhiệt độ nước cấp 15 oC. Hiệu suất nhiệt toàn phần có thể sẽ tăng 3 %. Với lò hơi dạng vỏ sò 3 bậc sử dụng khí thiên nhiên tiên tiến, nhiệt độ khí lò thải 140 oC, sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ngưng tụ sẽ giảm nhiệt độ xuống còn 65 oC, tăng hiệu suất nhiệt lên 5 %.
Sấy nóng sơ bộ không khí cấp cho lò
Sấy nóng sơ bộ không khí cấp lò là lựa chọn thay thế cho đun nóng sơ bộ nước. Để tăng hiệu suất nhiệt lên 1 %, cần tăng nhiệt độ khí cháy lên 20 oC. Phần lớn các lò đốt dầu và gas sử dụng trong dây chuyền lò hơi là có thiết kế không phù hợp với nhiệt độ sấy khí sơ bộ cao.
Các lò đốt hiện đại có thể chịu được nhiệt độ sấy khí sơ bộ cao hơn nhiều, vì vậy nên sử dụng thiết bị này như là bộ trao đổi nhiệt ở khí thải như là giải pháp thay thế cho thiết bị economizer, khi không gian hoặc nhiệt độ thu hồi nước cấp cao đáp ứng được yêu cầu.
Quá trình cháy không hoàn tất
Quá trình cháy không hoàn tất có thể là do thiếu không khí hoặc thừa nhiên liệu hoặc việc phân bổ nhiên liệu không hợp lý. Có thể thấy rõ khi quá trình cháy không hoàn tất nếu quan sát màu hoặc khói và cần điều chỉnh ngay.
Với trường hợp hệ thống đốt dầu hoặc ga, CO hoặc khói (chỉ xảy ra với hệ thống đốt dầu) với mức khí dư bình thường hoặc cao sẽ cho thấy các trục trặc của hệ thống. Một nguyên nhân thường thấy của quá trình đốt cháy không hoàn tất là tỷ lệ pha trộn nhiên liệu và không khí ở lò đốt sai. Dầu cháy kém có thể là do độ nhớt không chuẩn, đầu đốt bị tắc, hiện tượng cacbon hoá ở đầu đốt và sự xuống cấp của thiết bị khuyếch tán.
Với lò đốt than, cacbon chưa cháy có thể dẫn đến tổn thất rất lớn. Điều này xảy ra khi có carbon trong xỉ và tăng thêm lượng nhiệt cấp cho lò hơi lên hơn 2%. Kích thước than khôngđồng đều cũng có thể là một nguyên nhân khiến quá trình cháy không hoàn tất. Ở buồng lửa ghi xích, những hạt than to sẽ cháy hết, còn những hạt nhỏ và mịn sẽ làm tắc đường thông khí, gây ra phân phối không khí không đều. Với những buồng lửa phun, việc điều chỉnh gió và hệ thống cháy quá lớn có thể ảnh hưởng đến sự tổn thất cacbon. Tăng lượng hạt mịn trong than nghiền cũng có thể gây tổn thất cacbon.
Kiểm soát khí dư
Bảng dưới đây đưa ra khối lượng trên lý thuyết khí cần để đốt với các loại nhiên liệu khác nhau. Trong tất cả các trường hợp thực tế, cần một lượng khí dư để đảm bảo quá trình cháy hoà tất, cho phép có sai số trong quá trình đốt và đảm bảo các điều kiện khí lò thích hợp đối với một số loại nhiên liệu. Lượng khí dư tối ưu cho hiệu suất cao nhất của lò hơi là khi tổng lượng tổn thất do quá trình cháy không hoàn tất và tổn thất do nhiệt thải qua khí lò được giảm thiểu.
Mức độ khí dư này có thể dao động tuỳ thuộc thiết kế lò, loại lò, nhiên liệu và các biến số của quy trình. Mức độ khí dư này có thể được xác định thông qua các kiểm định với các tỷ lệ nhiên liệu khí khác nhau.
Giảm thiểu tổn thất nhiệt do bức xạ và đối lưu
Bề mặt bên ngoài của lò hơi dạng vỏ sò nóng hơn xung quanh. Do đó, bề mặt này sẽ bị tổn thất nhiệt ra xung quanh, tuỳ thuộc vào diện tích bề mặt và sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và xung quanh.
Tổn thất nhiệt ở lò hơi dạng vỏ sò thường là tổn thất năng lượng cố định, không phụ thuộc vào đầu ra của lò hơi. Các lò hơi thiết kế hiện đại, mức tổn thất này có thể chỉ là 1.5 % tổng năng suất toả nhiệt ở mức cao nhất, nhưng sẽ tăng lên khoảng 6 %, nếu lò hơi chỉ vận hành ở mức 25 % đầu ra.
Sửa chữa hoặc tăng cường bảo ôn sẽ giúp giảm tổn thất nhiệt qua thành và ống lò hơi.
Kiểm soát xả đáy tự động
Xả đáy liên tục không được kiểm soát sẽ rất lãng phí. Vì vậy nên lắp đặt thiết bị kiểm soát xả đáy tự động, tương ứng với độ dẫn của nước lò hơi và pH. Mỗi 10% xả đáy ở lò hơi 15kg/cm2 sẽ dẫn đến tổn thất hiệu suất là 3 %.
Giảm tổn thất do cặn và muội
Ở lò hơi đốt than và dầu, muội bám vào ống, là yếu tố cách nhiệt, cản trở trao đổi nhiệt. Cần loại bỏ muội một cách thường xuyên. Nhiệt độ khói lò tăng có thể là do muội bám nhiều quá.
Cặn bám cũng gây ra những ảnh hưởng như vậy với nước. Nhiệt độ khí lò thải cao với mức khí dư bình thường cho thấy hoạt động truyền nhiệt kém. Hoạt động truyền nhiệt kém có thể do muội khí hoặc cặn bám. Với cặn bám ở nước cần xem xét lại quy trình xử lý nước và làm sạch ống. Ước tính, nhiệt độ khí lò cứ tăng 22oC sẽ gây ra tổn thất nhiệt ước tính khoảng 1 %. Cần thường xuyên kiểm tra và ghi lại nhiệt độ khí lò vì chỉ số này phản ánh lượng muội bám . Khi nhiệt độ khí lò vượt quá nhiệt độ của lò hơi mới được làm sạch khoảng 20 oC cũng là lúc phải loại bỏ muội. Do đó, chúng tôi đề xuất lắp đặt nhiệt kế theo thang độ tại nơi đặt ống khói để quan trắc nhiệt độ khí thải.
Ước tính, lớp muội dày 3 mm sẽ làm tăng mức tiêu thụ năng lượng lên 2,5 % do nhiệt độ khí lò tăng. Có thể phải ngừng dây chuyền theo định kỳ để làm sạch bề mặt lò bức xạ, ống, thiết bị Economizervà sấy khí để loại bỏ những muội bám khó chịu này.
Giảm áp suất lò hơi
Đây là một cách hiệu quả giúp giảm tiêu thụ nhiện liệu, nếu có thể, xuống khoảng từ 1 đến 2 %. Áp suất hơi thấp hơn sẽ giảm nhiệt độ hơi bão hoà và không thu hồi nhiệt khói lò, nhiệt độ của khói lò cũng giảm xuống ở mức tương tự.
Hơi thường được tạo thành ở mức áp suất/nhiệt độ cao nhất của một quy trình nhất định. Trong một số trường hợp, quy trình không vận hành liên tục, và có những lúc có thể giảm áp suất lò. Nhưng cũng cần nhớ rằng, việc giảm áp suất lò hơi sẽ giảm thể tích riêng của hơi trong lò, và loại không khí ra khỏi đầu ra của lò hơi một cách hiệu quả, mang theo nước. Cán bộ phụ trách năng lượng của công ty cần xem xét những tác dụng của việc giảm áp suất một cách cẩn thận, trước khi đề xuất thực hiện. Nên giảm áp suất theo từng giai đoạn, và không nên giảm nhiều hơn 20 %.
Kiểm soát tải lò hơi
Hiệu suất tối đa của lò hơi không đạt được ở mức đầy tải, mà là ở mức 2/3 đầy tải. Nếu tải lò hơi giảm xuống nữa, hiệu suất cũng có xu hướng giảm. Ở sản lượng bằng không, hiệu suất của lò hơi bằng không, và nhiên liệu đốt sẽ chỉ tạo ra tổn thất. Những hệ số ảnh hưởng đến hiệu suất lò hơi bao gồm:
- Khi giảm tải, giá trị lưu lượng khí lò qua các ống cũng giảm. Khi lưu lượng khí giảm với cùng một diện tích truyền nhiệt sẽ làm giảm một chút nhiệt độ khí lò, làm giảm tổn thất nhiệt.
- Ở dưới mức nửa tải, các thiết bị cháy cần thêm khí dư để đốt cháy hết nhiên liệu. Vì thế, tổn thất nhiệt tăng.
Nói chung, hiệu suất lò hơi có thể giảm đáng kể xuống dưới mức 25 % tải và nên tránh vận hành lò hơi dưới mức này càng ít càng tốt.
Thay thế lò hơi
Tiềm năng tiết kiệm nhờ thay thế lò hơi phụ thuộc vào thay đổi của hiệu suất toàn phần dự kiến. Về mặt tài chính, giải pháp thay lò hơi sẽ rất hấp dẫn nếu lò hơi đang sử dụng có những yếu tố sau:
- Cũ và không hiệu quả
- Không thể sử dụng nhiên liệu thay thế rẻ tiền hơn.
- Kích cỡ quá to hoặc quá nhỏ so với các yêu cầu hiện tại
- Được thiết kế không phù hợp với các điều kiện tải lý tưởng
Nghiên cứu tính khả thi cần xem xét tất cả các khả năng có sẵn nhiên liệu lâu dài và kế hoạch phát triển của công ty. Cần tính đến các yếu tố tài chính và kỹ thuật. Vì những dây chuyền lò hơi truyền thống có tuổi thọ hơn 25 năm, cần nghiên cứu kỹ trước khi tiến hành thay thế.