Chi phí nhiên liệu luôn là một trong những khoản chi phí lớn khi vận hành hệ thống lò hơi. Tuy nhiên, trên thực tế không ít doanh nghiệp chỉ tập trung vào việc lựa chọn loại nhiên liệu mà chưa quan tâm đầy đủ đến những yếu tố quyết định hiệu suất của toàn bộ hệ thống.
Để giảm tiêu hao nhiên liệu, không chỉ cần một quá trình cháy hiệu quả mà còn phải đảm bảo nhiệt lượng được truyền tối đa đến nước và nước được chuyển hóa thành hơi với chất lượng tốt. Nếu một trong ba quá trình này hoạt động không hiệu quả, lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ tăng lên trong khi hiệu suất sinh hơi lại giảm.
Vậy đâu là những yếu tố quyết định mức tiêu hao nhiên liệu của nồi hơi? Doanh nghiệp cần kiểm soát những gì để vận hành hệ thống hiệu quả hơn?
Bài viết dưới đây sẽ phân tích ba quá trình cốt lõi ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của nồi hơi và những điểm cần lưu ý trong quá trình vận hành.
Để hiểu vì sao một hệ thống lò hơi tiêu tốn nhiều hay ít nhiên liệu, trước hết cần hiểu nguyên lý hoạt động cơ bản của thiết bị này.
Nồi hơi là một thiết bị kín có chứa nước. Trong quá trình vận hành, nhiệt lượng sinh ra từ quá trình cháy của nhiên liệu sẽ được truyền cho nước bên trong lò. Khi nhận đủ nhiệt, nước sẽ sôi và chuyển hóa thành hơi để cung cấp cho các quá trình sử dụng như hấp, sấy hoặc cô đặc.
Toàn bộ quá trình tạo hơi được chia thành ba giai đoạn liên tiếp:
Quá trình cháy của nhiên liệu.
Quá trình truyền nhiệt từ ngọn lửa đến nước.
Quá trình nước chuyển hóa thành hơi.
Ba quá trình này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Nếu mỗi giai đoạn đều được tối ưu, hiệu suất của nồi hơi sẽ được nâng cao và lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ giảm. Ngược lại, chỉ cần một trong ba quá trình hoạt động không hiệu quả thì toàn bộ hệ thống sẽ phải tiêu hao nhiều nhiên liệu hơn để tạo ra.
Trong thực tế, không ít doanh nghiệp chỉ tập trung cải thiện quá trình cháy mà chưa đánh giá đầy đủ hai quá trình còn lại. Tuy nhiên, hiệu suất của nồi hơi không chỉ phụ thuộc vào lượng nhiệt được tạo ra mà còn phụ thuộc vào khả năng truyền nhiệt và chất lượng hơi tạo thành.
Nếu nhiên liệu cháy tốt nhưng nhiệt không truyền hiệu quả đến nước, hoặc nước chưa được hóa hơi tối ưu, một phần nhiệt lượng vẫn sẽ bị thất thoát. Khi đó, hệ thống phải tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn để đáp ứng cùng một nhu cầu sử dụng hơi.
Chính vì vậy, để giảm tiêu hao nhiên liệu, cần kiểm soát đồng thời cả ba quá trình gồm cháy – truyền nhiệt – hóa hơi, thay vì chỉ tập trung vào một yếu tố riêng lẻ.
Ba quá trình quyết định hiệu suất nồi hơi
Quá trình cháy là bước đầu tiên quyết định lượng nhiệt được tạo ra trong nồi hơi. Nếu nhiên liệu không cháy hiệu quả, lượng nhiệt sinh ra sẽ giảm, đồng thời mức tiêu hao nhiên liệu cũng tăng lên.
Để quá trình cháy đạt hiệu quả cao, cần đảm bảo ba yếu tố gồm:
Độ ẩm của nhiên liệu.
Cường độ cháy trong buồng đốt.
Tỷ lệ giữa lượng nhiên liệu và lượng oxy cấp vào quá trình cháy.
Ba yếu tố này có mối liên hệ với nhau và đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của nồi hơi.
Nhiên liệu có độ ẩm càng thấp thì quá trình cháy càng thuận lợi và hiệu quả. Ngược lại, khi nhiên liệu chứa nhiều nước, một phần nhiệt lượng sinh ra sẽ được sử dụng để làm bay hơi lượng nước này trước khi nhiên liệu có thể cháy hiệu quả. Điều đó làm giảm hiệu suất cháy và tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ.
Vì vậy, việc kiểm soát độ ẩm của nhiên liệu ở mức thấp nhất có thể là một trong những giải pháp quan trọng để nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu.
Bên cạnh độ ẩm của nhiên liệu, cường độ cháy trong buồng đốt cũng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của nồi hơi.
Nhiệt độ cháy cần đủ cao để quá trình đốt diễn ra hiệu quả nhưng không vượt quá giới hạn chảy của tro.
Đối với nhiên liệu sinh khối, nhiệt độ cháy phù hợp thường nằm trong khoảng 800–850°C và có thể lên đến 900°C. Trong khi đó, đối với nhiên liệu than, nhiệt độ có thể đạt khoảng 950°C.
Tuy nhiên, người vận hành gần như không thể điều chỉnh yếu tố này trong quá trình sử dụng vì cường độ cháy phụ thuộc chủ yếu vào thiết kế buồng đốt của nồi hơi.
Nếu buồng đốt được thiết kế không phù hợp, việc cải thiện hiệu quả cháy sẽ rất hạn chế. Một trong những giải pháp có thể áp dụng là sử dụng nhiên liệu có độ ẩm thấp và nhiệt trị cao, nhưng điều này cũng đồng nghĩa với việc chi phí nhiên liệu có thể tăng lên.
Hiệu quả của quá trình cháy không chỉ phụ thuộc vào lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt mà còn chịu ảnh hưởng trực tiếp của lượng oxy tham gia quá trình cháy.
Nếu lượng oxy không phù hợp với lượng nhiên liệu, hiệu quả cháy sẽ giảm.
Oxy quá ít làm quá trình cháy diễn ra không tối ưu.
Oxy quá nhiều cũng không mang lại hiệu quả tốt.
Do đó, việc duy trì tỷ lệ phù hợp giữa nhiên liệu và oxy là một trong những điều kiện cần để nâng cao hiệu suất của nồi hơi.
Để quá trình cháy luôn ổn định, lượng nhiên liệu cấp vào cần phù hợp với nhu cầu sử dụng hơi và lượng oxy cũng phải được điều chỉnh tương ứng.
Tuy nhiên, đối với các hệ thống cấp liệu thủ công, việc duy trì điều kiện này gần như không thể thực hiện liên tục.
Do quá trình cấp nhiên liệu phụ thuộc vào thao tác của người vận hành nên sẽ có thời điểm cấp quá nhiều hoặc quá ít nhiên liệu. Điều này khiến quá trình cháy thay đổi liên tục, làm giảm hiệu suất và tăng mức tiêu hao nhiên liệu.
Trong quá trình tối ưu hiệu suất cháy, không phải yếu tố nào cũng có thể điều chỉnh thông qua vận hành.
Người vận hành có thể chủ động:
Kiểm soát độ ẩm của nhiên liệu.
Điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào phù hợp với nhu cầu sử dụng hơi.
Điều chỉnh lượng oxy tương ứng với lượng nhiên liệu.
Trong khi đó, cường độ cháy trong buồng đốt phụ thuộc vào thiết kế của nồi hơi nên gần như không thể thay đổi trong quá trình vận hành. Vì vậy, việc lựa chọn thiết kế phù hợp ngay từ đầu cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng nhiên liệu về lâu dài.
Cần đánh giá hệ thống trước khi cải tạo?
Không phải mọi trường hợp tiêu hao nhiên liệu tăng đều bắt nguồn từ nhiên liệu.
Việc kiểm tra lần lượt quá trình cháy, truyền nhiệt và nước hóa thành hơi sẽ giúp xác định đúng nguyên nhân, từ đó lựa chọn giải pháp phù hợp với tình trạng thực tế của hệ thống.
Sau khi nhiên liệu cháy và sinh ra nhiệt lượng, yếu tố tiếp theo quyết định hiệu suất của nồi hơi là khả năng truyền nhiệt đến nước.
Mục tiêu của quá trình này là đưa càng nhiều nhiệt lượng sinh ra từ buồng đốt vào nước bên trong lò càng tốt. Nếu nhiệt lượng bị cản trở trong quá trình truyền, hiệu suất của hệ thống sẽ giảm và lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ tăng lên để bù lại phần nhiệt thất thoát.
Khả năng truyền nhiệt trong nồi hơi phụ thuộc chủ yếu vào hai quá trình:
Truyền nhiệt từ ngọn lửa và dòng khói đến các bề mặt truyền nhiệt.
Truyền nhiệt từ bề mặt truyền nhiệt sang nước trong lò.
Để tối ưu hai giai đoạn này, doanh nghiệp cần đồng thời thực hiện các giải pháp dưới đây.
Nhiệt lượng từ ngọn lửa và dòng khói sẽ truyền qua các bề mặt truyền nhiệt trước khi được đưa vào nước.
Nếu trên các bề mặt này xuất hiện bụi bẩn, tro hoặc các lớp bám, chúng sẽ tạo thành lớp cản giữa dòng khói và thành ống làm giảm khả năng truyền nhiệt.
Ngược lại, khi bề mặt truyền nhiệt được vệ sinh sạch sẽ, nhiệt lượng sẽ truyền hiệu quả hơn, góp phần nâng cao hiệu suất của nồi hơi.
Chính vì vậy, việc vệ sinh định kỳ toàn bộ các khu vực tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa và dòng khói là một trong những công việc quan trọng trong quá trình vận hành.
So sánh trước và sau khi vệ sinh bề mặt truyền nhiệt của nồi hơi
Sau khi nhiệt truyền qua thành ống, nhiệt lượng tiếp tục được truyền từ bề mặt truyền nhiệt sang nước.
Nếu bên trong thành ống xuất hiện cáu cặn, lớp cáu cặn này sẽ trở thành vật cản làm giảm khả năng truyền nhiệt từ kim loại sang nước.
Điều này khiến nước nhận được ít nhiệt hơn mặc dù lượng nhiên liệu tiêu thụ không thay đổi. Để tạo ra cùng một lượng hơi, hệ thống sẽ phải đốt nhiều nhiên liệu hơn.
Vì vậy, việc kiểm soát cáu cặn bên trong lò hơi có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền nhiệt và mức tiêu hao nhiên liệu.
Cáu cặn làm giảm hiệu quả truyền nhiệt và tăng mức tiêu hao nhiên liệu
Một trong những giải pháp quan trọng để hạn chế cáu cặn là xử lý nước cấp trước khi đưa vào lò hơi.
Việc xử lý nước đúng cách giúp giảm nguy cơ hình thành cáu cặn trên các bề mặt truyền nhiệt, từ đó duy trì hiệu quả truyền nhiệt và hạn chế tình trạng tiêu hao nhiên liệu tăng theo thời gian.
Bên cạnh đó, việc sử dụng hóa chất xử lý nước đúng cách cũng góp phần giảm thiểu cáu cặn trong quá trình vận hành.
Bộ hóa chất xử lý nước giúp kiểm soát chất lượng nước, hạn chế cáu cặn duy trì hiệu quả truyền nhiệt của nồi hơi
Độ cứng của nước là một trong những nguyên nhân dẫn đến hiện tượng đóng cáu cặn trong lò hơi.
Do đó, nước cấp cần được kiểm soát đúng tiêu chuẩn trước khi đưa vào hệ thống nhằm hạn chế sự hình thành cáu cặn trên các bề mặt truyền nhiệt.
Khi độ cứng được kiểm soát tốt, hiệu quả truyền nhiệt sẽ được duy trì ổn định hơn trong suốt quá trình vận hành.
Bên cạnh việc xử lý nước cấp, quá trình vận hành cũng cần thực hiện xả đáy thường xuyên để kiểm soát chất lượng nước trong lò.
Việc xả đáy nên được thực hiện dựa trên chỉ số TDS (Total Dissolved Solids) trong nước lò nhằm duy trì nồng độ chất rắn hòa tan trong phạm vi cho phép.
Khi chỉ số TDS được kiểm soát tốt, nguy cơ hình thành cáu cặn sẽ giảm, góp phần duy trì hiệu quả truyền nhiệt và nâng cao hiệu suất của hệ thống.
Xem thêm: Quy trình xả đáy nồi hơi đúng cách
Để duy trì khả năng truyền nhiệt của nồi hơi, cần thực hiện đồng thời các công việc sau:
Vệ sinh định kỳ toàn bộ các vị trí tiếp xúc với ngọn lửa và dòng khói.
Xử lý nước cấp và sử dụng hóa chất xử lý nước đúng cách nhằm giảm thiểu cáu cặn.
Thực hiện xả đáy thường xuyên theo chỉ số TDS để kiểm soát chất lượng nước trong lò.
Ba công việc này đều hướng đến mục tiêu chung là giảm các lớp cản trong quá trình truyền nhiệt, từ đó giúp nhiệt lượng sinh ra được truyền vào nước hiệu quả hơn và giảm mức tiêu hao nhiên liệu của nồi hơi.
Một hệ thống có quá trình cháy tốt nhưng truyền nhiệt không hiệu quả vẫn sẽ tiêu tốn nhiều nhiên liệu.
Nguyên nhân là một phần nhiệt lượng sinh ra không được nước hấp thụ mà bị thất thoát qua các lớp cản trên bề mặt truyền nhiệt hoặc do cáu cặn bên trong lò.
Vì vậy, tối ưu truyền nhiệt không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sinh hơi mà còn là một trong những giải pháp quan trọng để giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ trong quá trình vận hành.
Hiệu suất truyền nhiệt giảm thường diễn ra từ từ nên rất khó nhận biết trong quá trình vận hành hằng ngày.
Nếu không vệ sinh định kỳ, xử lý nước đúng cách và kiểm soát chỉ số TDS, lượng nhiên liệu tiêu thụ có thể tăng dần theo thời gian mà người vận hành khó nhận ra nguyên nhân.
Việc kiểm tra định kỳ hệ thống sẽ giúp phát hiện sớm các yếu tố làm giảm hiệu quả truyền nhiệt và duy trì hiệu suất vận hành ổn định.
Sau khi nhiên liệu cháy hiệu quả và nhiệt lượng được truyền tối đa vào nước, quá trình cuối cùng quyết định hiệu suất của nồi hơi là nước chuyển hóa thành hơi.
Nhiều người cho rằng chỉ cần nước nhận đủ nhiệt là sẽ tạo ra hơi. Điều này hoàn toàn đúng. Tuy nhiên, chất lượng của hơi tạo thành cũng là một yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống.
Nếu hơi sau khi tạo thành vẫn còn cuốn theo các hạt nước nhỏ li ti thì nước chưa được hóa hơi hoàn toàn. Khi đó, lượng nhiệt mang theo trong dòng hơi sẽ giảm, làm ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng hơi trong sản xuất.
Trong điều kiện lý tưởng, nước sau khi nhận đủ nhiệt sẽ chuyển hoàn toàn thành hơi.
Tuy nhiên, nếu trong dòng hơi vẫn tồn tại các hạt nước nhỏ bị cuốn theo, lượng hơi thu được sẽ không đạt chất lượng như mong muốn.
Các hạt nước này có khả năng truyền nhiệt kém hơn hơi nước, đồng thời còn hấp thụ một phần nhiệt của dòng hơi. Điều đó làm giảm năng lượng hữu ích của hơi trước khi đưa đến các thiết bị sử dụng.
Đây chính là hiện tượng hơi ẩm trong hệ thống lò hơi.
Đối với quá trình nước hóa thành hơi, người vận hành gần như không thể can thiệp vào thiết kế của nồi hơi.
Tuy nhiên, vẫn có một số yếu tố trong quá trình vận hành có thể ảnh hưởng đến chất lượng hơi.
Một trong những nguyên nhân được đề cập là việc sử dụng hóa chất xử lý nước với lượng quá lớn.
Hóa chất xử lý nước có tính kiềm và có trạng thái sền sệt. Khi châm quá nhiều, trên bề mặt nước có thể hình thành một lớp váng.
→ Lớp váng này làm xuất hiện hiện tượng sôi bồng, khiến nước bị cuốn theo dòng hơi và làm giảm độ khô của hơi.
Để hạn chế hiện tượng hơi ẩm do nước bị cuốn theo, cần kiểm soát lượng hóa chất xử lý nước được sử dụng trong hệ thống.
Bên cạnh đó, các chỉ số như pH và TDS trong nước lò cũng cần được duy trì trong phạm vi phù hợp.
Việc kiểm soát đồng thời các yếu tố này giúp hạn chế hiện tượng tạo váng trên bề mặt nước, góp phần duy trì chất lượng hơi ổn định hơn trong quá trình vận hành.
Trong trường hợp đã kiểm soát lượng hóa chất nhưng hơi vẫn còn chứa nhiều nước ngưng, giải pháp được đề cập là lắp đặt bộ tách ẩm trên đường ống hơi.
Thiết bị này có nhiệm vụ tách các hạt nước còn lẫn trong dòng hơi trước khi hơi được đưa đến nơi sử dụng. Đạt hiệu quả tách ẩm lên đến trên 98%.
Một cách kiểm tra được đề cập là xả hơi trực tiếp vào một tờ giấy.
Nếu sau khi xả hơi, tờ giấy vẫn khô thì có thể đánh giá rằng dòng hơi đạt chất lượng yêu cầu.
Đây là phương pháp kiểm tra trực quan giúp người vận hành đánh giá nhanh chất lượng hơi trong quá trình vận hành hệ thống.
Để nâng cao hiệu suất vận hành, doanh nghiệp cần thường xuyên theo dõi và kiểm soát các yếu tố như:
Độ ẩm của nhiên liệu.
Lượng nhiên liệu và lượng oxy cấp vào buồng đốt.
Tình trạng vệ sinh của các bề mặt truyền nhiệt.
Chất lượng nước cấp và nước trong lò.
Chỉ số pH và TDS.
Chế độ xả đáy định kỳ.
Chất lượng hơi trước khi đưa đến nơi sử dụng.
Việc kiểm soát đồng bộ các yếu tố trên sẽ giúp cả ba quá trình cháy – truyền nhiệt – hóa hơi hoạt động hiệu quả hơn, từ đó góp phần giảm mức tiêu hao nhiên liệu của nồi hơi.
Mức tiêu hao nhiên liệu của nồi hơi phụ thuộc chủ yếu vào ba quá trình gồm:
Nếu một trong ba quá trình này hoạt động không hiệu quả, lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ tăng mặc dù sản lượng hơi có thể không thay đổi.
Khi nhiên liệu chứa nhiều nước, một phần nhiệt lượng sinh ra sẽ phải dùng để làm bay hơi lượng nước này trước khi nhiên liệu cháy hiệu quả.
Điều đó làm giảm hiệu suất cháy và khiến hệ thống phải tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn để tạo ra cùng một lượng hơi.
Cáu cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt tạo thành lớp cản giữa kim loại và nước.
Lớp cản này làm giảm khả năng truyền nhiệt, khiến nước nhận được ít nhiệt hơn và buộc hệ thống phải đốt nhiều nhiên liệu hơn để đáp ứng cùng một nhu cầu sử dụng hơi.
Khi chỉ số TDS tăng cao, lượng chất rắn hòa tan trong nước lò sẽ tích tụ nhiều hơn.
Việc kiểm soát TDS thông qua xả đáy giúp duy trì chất lượng nước, hạn chế nguy cơ đóng cáu cặn và góp phần duy trì hiệu quả truyền nhiệt của hệ thống.
Nếu dòng hơi còn lẫn nhiều hạt nước nhỏ, lượng nhiệt hữu ích của hơi sẽ giảm.
Điều này làm ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng hơi tại các thiết bị tiêu thụ và làm giảm hiệu suất chung của hệ thống.
Trong trường hợp đã kiểm soát lượng hóa chất xử lý nước nhưng hơi vẫn còn chứa nhiều nước ngưng, có thể lắp đặt bộ tách ẩm trên đường ống hơi để tách các hạt nước còn lẫn trong dòng hơi trước khi đưa đến nơi sử dụng.
Một cách kiểm tra được đề cập là xả hơi trực tiếp lên một tờ giấy.
Nếu sau khi xả hơi, giấy vẫn khô thì có thể đánh giá rằng dòng hơi đạt chất lượng yêu cầu.
Giảm tiêu hao nhiên liệu cho nồi hơi không chỉ phụ thuộc vào việc lựa chọn loại nhiên liệu mà còn liên quan đến toàn bộ quá trình tạo hơi của hệ thống.
Ba quá trình gồm cháy nhiên liệu, truyền nhiệt và nước hóa thành hơi có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Khi mỗi quá trình đều được kiểm soát tốt, hiệu suất của nồi hơi sẽ được nâng cao và lượng nhiên liệu tiêu thụ cũng giảm theo.
Trong quá trình vận hành, doanh nghiệp nên thường xuyên theo dõi các yếu tố như chất lượng nhiên liệu, tình trạng bề mặt truyền nhiệt, chất lượng nước trong lò và chất lượng hơi đầu ra. Việc đánh giá đồng bộ các yếu tố này sẽ giúp phát hiện sớm những nguyên nhân làm giảm hiệu suất, từ đó đưa ra giải pháp phù hợp nhằm duy trì hệ thống vận hành ổn định và tiết kiệm nhiên liệu.
Nếu hệ thống lò hơi của doanh nghiệp đang có dấu hiệu tiêu hao nhiên liệu tăng, hiệu suất giảm hoặc chất lượng hơi không ổn định, việc đánh giá đúng nguyên nhân là bước đầu tiên trước khi thực hiện cải tạo hoặc đầu tư thiết bị mới.
Đội ngũ kỹ thuật DIVI Group có thể hỗ trợ khảo sát hiện trạng, phân tích nguyên nhân tiêu hao nhiên liệu và đề xuất giải pháp phù hợp với điều kiện vận hành thực tế của từng hệ thống.
Hotline tư vấn kỹ thuật: 0942 488 818
Mr Hiếu (+84) 942 488 818