Kỹ Thuật Vận Hành Lò Hơi An Toàn – Hiệu Quả và Quy Trình Bảo Trì Chuyên Sâu

Giới thiệu

Lò hơi (boiler) là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong các ngành công nghiệp như sản xuất điện, chế biến thực phẩm, dệt may, hóa chất, và nhiều lĩnh vực khác. Với vai trò cung cấp nhiệt năng thông qua hơi nước hoặc nước nóng, lò hơi không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sản xuất mà còn liên quan đến an toàn lao động và bảo vệ môi trường. Việc vận hành lò hơi an toàn, hiệu quả, cùng với quy trình bảo trì chuyên sâu, đòi hỏi sự hiểu biết sâu rộng về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các phương pháp tối ưu hóa nhiên liệu, và các quy trình bảo dưỡng định kỳ. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn toàn diện, mang tính chuyên khảo kỹ thuật, dành cho các kỹ sư và quản lý kỹ thuật, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo an toàn trong vận hành lò hơi. 

---

1. Tổng quan về lò hơi và vai trò trong công nghiệp

1.1. Khái niệm và phân loại lò hơi

Lò hơi là thiết bị chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu (than, dầu, khí, sinh khối, v.v.) thành nhiệt năng thông qua quá trình đốt cháy, tạo ra hơi nước hoặc nước nóng để phục vụ các mục đích công nghiệp. Lò hơi được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí:

• Theo cấu tạo: Lò hơi ống lửa (fire-tube boiler) và lò hơi ống nước (water-tube boiler).

• Theo áp suất: Lò hơi áp suất thấp, trung bình, cao, và siêu tới hạn.

• Theo loại nhiên liệu: Lò hơi đốt than, dầu, khí, sinh khối, hoặc kết hợp.

• Theo mục đích sử dụng: Lò hơi công nghiệp, lò hơi sản xuất điện, lò hơi sưởi ấm.

Mỗi loại lò hơi có đặc điểm kỹ thuật riêng, phù hợp với nhu cầu sử dụng và điều kiện vận hành cụ thể.

1.2. Vai trò của lò hơi trong công nghiệp

Lò hơi đóng vai trò cốt lõi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt trong:

• Sản xuất điện: Hơi nước áp suất cao từ lò hơi được sử dụng để quay tua-bin phát điện.

• Chế biến thực phẩm: Cung cấp nhiệt cho quá trình nấu, tiệt trùng, và sấy khô.

• Dệt may: Hỗ trợ nhuộm, hấp, và xử lý vải.

• Hóa chất: Cung cấp nhiệt cho các phản ứng hóa học và xử lý nguyên liệu.

• Xây dựng và sưởi ấm: Cung cấp nước nóng hoặc hơi nước cho các hệ thống sưởi.

Tuy nhiên, việc vận hành lò hơi không đúng cách có thể dẫn đến các sự cố nghiêm trọng như nổ lò, rò rỉ khí, hoặc giảm hiệu suất, gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Do đó, hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, và các quy trình bảo trì là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

---

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò hơi

2.1. Cấu tạo của lò hơi

Một lò hơi điển hình bao gồm các thành phần chính sau:

1. Buồng đốt (Combustion Chamber): Nơi diễn ra quá trình đốt cháy nhiên liệu để sinh nhiệt. Buồng đốt được thiết kế để chịu nhiệt độ cao và đảm bảo quá trình cháy hoàn toàn.

2. Ống dẫn nhiệt (Heat Transfer Tubes): Trong lò hơi ống nước, nước chảy trong các ống và được làm nóng bởi khí nóng từ buồng đốt. Trong lò hơi ống lửa, khí nóng chảy qua các ống được bao quanh bởi nước.

3. Bình chứa hơi (Steam Drum): Nơi tách hơi nước khỏi nước lỏng, đảm bảo hơi nước khô được cung cấp cho hệ thống.

4. Bộ quá nhiệt (Superheater): Tăng nhiệt độ của hơi nước đến trạng thái quá nhiệt để cải thiện hiệu suất nhiệt.

5. Bộ hâm nước (Economizer): Tận dụng nhiệt từ khí thải để làm nóng nước cấp, tăng hiệu suất nhiệt.

6. Bộ khử khí (Deaerator): Loại bỏ oxy và các khí hòa tan trong nước cấp để giảm nguy cơ ăn mòn.

7. Hệ thống cấp nhiên liệu: Bao gồm bơm nhiên liệu, vòi phun, và hệ thống vận chuyển than hoặc sinh khối.

8. Hệ thống điều khiển và giám sát: Bao gồm các cảm biến, van an toàn, và bộ điều khiển để theo dõi áp suất, nhiệt độ, và lưu lượng.

2.2. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của lò hơi dựa trên quá trình chuyển đổi năng lượng:

1. Quá trình đốt cháy: Nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt, sinh ra nhiệt năng. Nhiệt độ trong buồng đốt có thể đạt từ 800°C đến 1.600°C tùy thuộc vào loại nhiên liệu.

2. Truyền nhiệt: Nhiệt từ khí nóng được truyền qua các ống dẫn nhiệt vào nước, làm nước sôi và tạo thành hơi nước.

3. Tách hơi: Hơi nước được tách ra khỏi nước lỏng trong bình chứa hơi và được dẫn đến bộ quá nhiệt (nếu có).

4. Phân phối hơi: Hơi nước được dẫn đến các thiết bị sử dụng như tua-bin, bộ trao đổi nhiệt, hoặc hệ thống sưởi.

Hiệu suất nhiệt của lò hơi phụ thuộc vào khả năng tận dụng nhiệt lượng từ nhiên liệu và giảm thiểu tổn thất nhiệt qua khí thải, bức xạ, hoặc truyền nhiệt không hiệu quả.

---

3. Tối ưu hóa nhiên liệu trong vận hành lò hơi

3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng nhiên liệu

Hiệu suất sử dụng nhiên liệu của lò hơi được xác định bởi:

• Hiệu suất cháy: Tỷ lệ nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn. Quá trình cháy không hoàn toàn tạo ra muội than và khí CO, làm giảm hiệu suất.

• Tổn thất nhiệt: Bao gồm tổn thất qua khí thải, bức xạ, và dẫn nhiệt qua vỏ lò.

• Chất lượng nhiên liệu: Độ ẩm, hàm lượng lưu huỳnh, và giá trị nhiệt của nhiên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất.

• Tỷ lệ không khí/nhiên liệu: Tỷ lệ này cần được tối ưu để đảm bảo cháy hoàn toàn mà không lãng phí không khí thừa.

3.2. Các phương pháp tối ưu hóa

Để tối ưu hóa hiệu suất sử dụng nhiên liệu, các kỹ sư có thể áp dụng các phương pháp sau:

1. Kiểm soát tỷ lệ không khí/nhiên liệu: Sử dụng hệ thống điều khiển tự động để duy trì tỷ lệ không khí/nhiên liệu tối ưu (thường khoảng 1,2–1,5 lần lượng không khí lý thuyết). Các cảm biến oxy trong khí thải (O2 analyzer) giúp điều chỉnh lượng không khí cấp vào.

2. Sử dụng bộ hâm nước và bộ thu hồi nhiệt: Lắp đặt bộ hâm nước và bộ thu hồi nhiệt từ khí thải để tận dụng nhiệt lượng dư thừa, tăng hiệu suất nhiệt lên đến 5–10%.

3. Cải thiện chất lượng nhiên liệu: Sử dụng nhiên liệu có độ ẩm thấp, giá trị nhiệt cao, và xử lý nhiên liệu trước khi đốt (ví dụ: sấy than hoặc trộn sinh khối).

4. Ứng dụng công nghệ đốt tiên tiến: Công nghệ đốt tầng sôi (fluidized bed combustion) hoặc đốt plasma giúp tăng hiệu suất cháy và giảm phát thải.

5. Bảo trì định kỳ buồng đốt: Loại bỏ muội than và cặn bám trên bề mặt ống dẫn nhiệt để cải thiện truyền nhiệt.

3.3. Ứng dụng nhiên liệu thay thế

Ngoài các loại nhiên liệu truyền thống như than, dầu, và khí, các lò hơi hiện đại đang chuyển sang sử dụng nhiên liệu sinh khối (bã mía, mùn cưa, rác thải nông nghiệp) và năng lượng tái tạo. Các lợi ích bao gồm:

• Giảm phát thải khí nhà kính.

• Tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương, giảm chi phí nhập khẩu.

• Đáp ứng các quy định về môi trường ngày càng nghiêm ngặt.

Tuy nhiên, việc sử dụng nhiên liệu sinh khối đòi hỏi thiết kế lò hơi phù hợp và hệ thống xử lý nhiên liệu chuyên biệt để đảm bảo hiệu suất và an toàn.

---

4. Quy trình vận hành lò hơi an toàn

4.1. Các nguy cơ trong vận hành lò hơi

Vận hành lò hơi không đúng cách có thể dẫn đến các nguy cơ nghiêm trọng, bao gồm:

• Nổ lò hơi: Do áp suất vượt quá giới hạn thiết kế hoặc tích tụ khí dễ cháy.

• Rò rỉ khí độc: Khí CO hoặc khí dễ cháy từ buồng đốt có thể gây ngộ độc hoặc cháy nổ.

• Ăn mòn và hư hỏng: Nước cấp không được xử lý đúng cách dẫn đến ăn mòn ống dẫn hoặc bình chứa.

• Sự cố nhiệt: Quá nhiệt hoặc thiếu nước có thể làm hỏng các bộ phận của lò hơi.

4.2. Quy trình vận hành an toàn

Để đảm bảo an toàn, quy trình vận hành lò hơi cần tuân thủ các bước sau:

1. Kiểm tra trước khi khởi động:

   • Kiểm tra mức nước trong bình chứa hơi và hệ thống cấp nước.

   • Kiểm tra các van an toàn, van xả, và cảm biến áp suất/nhiệt độ.

   • Đảm bảo hệ thống cấp nhiên liệu và không khí hoạt động bình thường.

   • Kiểm tra các thiết bị bảo vệ như van an toàn và bộ ngắt khẩn cấp.

2. Khởi động lò hơi:

   • Làm nóng lò từ từ để tránh sốc nhiệt.

   • Đảm bảo áp suất tăng dần và không vượt quá giới hạn thiết kế.

   • Theo dõi nhiệt độ và lưu lượng khí thải để đảm bảo quá trình cháy ổn định.

3. Vận hành ổn định:

   • Duy trì áp suất và nhiệt độ trong phạm vi cho phép.

   • Sử dụng hệ thống điều khiển tự động để giám sát và điều chỉnh các thông số.

   • Kiểm tra định kỳ chất lượng nước cấp để tránh cặn bám và ăn mòn.

4. Tắt lò hơi:

   • Giảm dần nhiệt độ và áp suất trước khi tắt hoàn toàn.

   • Thực hiện xả cặn và làm sạch buồng đốt sau khi tắt lò.

4.3. Đào tạo vận hành an toàn

Để đảm bảo an toàn, các kỹ sư và nhân viên vận hành cần được đào tạo bài bản. Một số đơn vị đào tạo uy tín bao gồm:

• Trung Tâm Đào Tạo Và Bồi Dưỡng Về Quản Lý. Hotline: 0383 098 339: Cung cấp các khóa học về vận hành và bảo trì lò hơi, tập trung vào an toàn và hiệu quả.

• Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội: Chuyên đào tạo kỹ sư nhiệt và vận hành hệ thống năng lượng.

• Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghiệp: Cung cấp các chương trình thực hành về lò hơi công nghiệp.

Các khóa đào tạo cần bao gồm các nội dung về lý thuyết vận hành, xử lý sự cố, và quy trình bảo trì chuyên sâu.

---

5. Quy trình bảo trì lò hơi chuyên sâu

5.1. Tầm quan trọng của bảo trì định kỳ

Bảo trì định kỳ không chỉ giúp duy trì hiệu suất của lò hơi mà còn kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm nguy cơ sự cố. Các lợi ích cụ thể bao gồm:

• Phát hiện sớm các hư hỏng tiềm ẩn như rò rỉ, ăn mòn, hoặc cặn bám.

• Tối ưu hóa hiệu suất nhiệt, giảm tiêu thụ nhiên liệu.

• Đảm bảo tuân thủ các quy định an toàn và môi trường.

5.2. Quy trình bảo trì định kỳ

Quy trình bảo trì lò hơi bao gồm các bước sau:

5.2.1. Kiểm tra trước khi bảo trì

• Tắt lò hơi và ngắt nguồn cấp năng lượng.

• Kiểm tra hồ sơ vận hành để xác định các vấn đề đã xảy ra trước đó.

• Chuẩn bị các công cụ và thiết bị bảo trì như máy đo áp suất, dụng cụ làm sạch, và hóa chất xử lý nước.

5.2.2. Kiểm tra và làm sạch buồng đốt

• Loại bỏ muội than và cặn bám bằng bàn chải thép hoặc máy phun áp lực.

• Kiểm tra tình trạng lớp lót chịu lửa và sửa chữa các vết nứt nếu cần.

• Đảm bảo các vòi phun nhiên liệu không bị tắc hoặc hư hỏng.

5.2.3. Kiểm tra hệ thống ống dẫn nhiệt

• Kiểm tra các ống dẫn nhiệt xem có dấu hiệu ăn mòn, rò rỉ, hoặc cặn bám.

• Sử dụng phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) như siêu âm hoặc chụp X-quang để phát hiện các khuyết tật bên trong.

• Làm sạch cặn bám bằng hóa chất hoặc phương pháp cơ học.

5.2.4. Kiểm tra bình chứa hơi và bộ quá nhiệt

• Kiểm tra áp suất và nhiệt độ tối đa của bình chứa hơi để đảm bảo không vượt quá giới hạn thiết kế.

• Kiểm tra các van an toàn và van xả, đảm bảo chúng hoạt động bình thường.

• Làm sạch bề mặt bộ quá nhiệt để cải thiện truyền nhiệt.

5.2.5. Kiểm tra và xử lý nước cấp

• Kiểm tra chất lượng nước cấp (pH, độ cứng, hàm lượng oxy hòa tan).

• Sử dụng hóa chất xử lý nước để ngăn ngừa cặn bám và ăn mòn.

• Kiểm tra hệ thống khử khí và bơm cấp nước.

5.2.6. Kiểm tra hệ thống điều khiển và an toàn

• Kiểm tra các cảm biến áp suất, nhiệt độ, và lưu lượng.

• Hiệu chuẩn các van điều khiển và bộ điều khiển tự động.

• Thử nghiệm các thiết bị an toàn như van an toàn và bộ ngắt khẩn cấp.

5.2.7. Lập báo cáo bảo trì

• Ghi lại các phát hiện, sửa chữa, và thay thế trong quá trình bảo trì.

• Lập kế hoạch bảo trì tiếp theo dựa trên tình trạng thiết bị.

5.3. Lịch bảo trì đề xuất

• Bảo trì hàng ngày: Kiểm tra mức nước, áp suất, nhiệt độ, và chất lượng nước cấp.

• Bảo trì hàng tuần: Kiểm tra và làm sạch vòi phun, kiểm tra khí thải.

• Bảo trì hàng tháng: Kiểm tra cặn bám và ăn mòn trên ống dẫn nhiệt.

• Bảo trì hàng năm: Thực hiện bảo trì chuyên sâu, bao gồm kiểm tra không phá hủy và làm sạch toàn bộ hệ thống.

---

6. Ứng dụng công nghệ hiện đại trong vận hành và bảo trì lò hơi

6.1. Công nghệ giám sát từ xa

Hệ thống giám sát từ xa sử dụng các cảm biến IoT (Internet of Things) và phần mềm phân tích dữ liệu giúp:

• Theo dõi thời gian thực các thông số như áp suất, nhiệt độ, và lưu lượng.

• Dự đoán các sự cố tiềm ẩn thông qua phân tích dữ liệu (predictive maintenance).

• Giảm thời gian ngừng máy và chi phí bảo trì.

6.2. Tự động hóa quá trình vận hành

Hệ thống điều khiển tự động (PLC hoặc DCS) giúp:

• Tối ưu hóa tỷ lệ không khí/nhiên liệu.

• Điều chỉnh lưu lượng nước cấp và nhiên liệu theo nhu cầu tải.

• Cảnh báo sớm khi các thông số vượt quá giới hạn.

6.3. Công nghệ kiểm tra không phá hủy

Các phương pháp như siêu âm, chụp X-quang, và kiểm tra từ tính giúp phát hiện các khuyết tật bên trong mà không cần tháo dỡ thiết bị.

---

7. Kết luận

Vận hành lò hơi an toàn và hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức kỹ thuật, quy trình vận hành chuẩn hóa, và bảo trì chuyên sâu. Các kỹ sư và quản lý kỹ thuật cần nắm vững cấu tạo, nguyên lý hoạt động, và các phương pháp tối ưu hóa nhiên liệu để đảm bảo hiệu suất cao và giảm thiểu rủi ro. Quy trình bảo trì định kỳ, kết hợp với ứng dụng công nghệ hiện đại, sẽ giúp kéo dài tuổi thọ lò hơi và đáp ứng các yêu cầu về an toàn, hiệu quả, và bảo vệ môi trường.

Việc đào tạo nhân lực vận hành và bảo trì lò hơi là yếu tố không thể thiếu. Các đơn vị như Trung Tâm Đào Tạo Và Bồi Dưỡng Về Quản Lý. Hotline: 0383 098 339, cùng với các trường đại học và cao đẳng kỹ thuật, đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng lực cho đội ngũ kỹ sư. Bằng cách áp dụng các phương pháp và công nghệ được trình bày trong bài viết, các doanh nghiệp có thể tối ưu hóa hiệu suất lò hơi, giảm chi phí vận hành, và đảm bảo an toàn trong sản xuất.

Kỹ Thuật Vận Hành Lò Hơi An Toàn – Hiệu Quả và Quy Trình Bảo Trì Chuyên Sâu

 

Lời Mở Đầu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng phát triển, lò hơi (boiler) đã và đang khẳng định vai trò là trái tim của vô số nhà máy, xí nghiệp trong đa dạng các lĩnh vực từ dệt may, thực phẩm, hóa chất đến năng lượng. Khả năng cung cấp hơi nước bão hòa hoặc hơi quá nhiệt với áp suất và nhiệt độ cao đã biến lò hơi thành một thiết bị không thể thiếu, phục vụ cho các quá trình gia nhiệt, sấy, khử trùng, chạy turbine phát điện và nhiều ứng dụng công nghệ khác. Tuy nhiên, song hành với những lợi ích to lớn đó là những rủi ro tiềm ẩn. Lò hơi là một thiết bị áp lực chứa đựng một nguồn năng lượng khổng lồ, nếu không được vận hành và bảo trì đúng cách có thể dẫn đến những sự cố thảm khốc, gây thiệt hại nghiêm trọng về người, tài sản và môi trường.

Chính vì vậy, việc trang bị kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật vận hành lò hơi an toàn – hiệu quả và nắm vững quy trình bảo trì chuyên sâu không chỉ là yêu cầu bắt buộc đối với đội ngũ kỹ sư, công nhân vận hành mà còn là yếu tố sống còn, quyết định sự phát triển bền vững của doanh nghiệp. Bài viết chuyên khảo này được biên soạn nhằm cung cấp một tài liệu kỹ thuật toàn diện, có hệ thống, đi sâu vào từng khía cạnh từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các phương pháp tối ưu hóa hiệu suất năng lượng cho đến quy trình bảo trì, bảo dưỡng chi tiết theo từng cấp độ.

Nội dung bài viết được trình bày theo văn phong học thuật, tập trung vào các chi tiết kỹ thuật, các thông số vận hành, các tiêu chuẩn an toàn và các phương pháp luận khoa học trong việc chẩn đoán, xử lý sự cố và bảo trì lò hơi. Đối tượng mà bài viết hướng đến là các kỹ sư vận hành, kỹ sư bảo trì, quản lý kỹ thuật, quản lý nhà máy và những cá nhân đang nghiên cứu, học tập trong lĩnh vực năng lượng nhiệt và thiết bị áp lực.

Thông qua bài viết này, chúng tôi hy vọng sẽ góp phần nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của việc vận hành lò hơi an toàn, hiệu quả, đồng thời cung cấp một nguồn tham khảo đáng tin cậy, giúp các doanh nghiệp tối ưu hóa chi phí sản xuất, giảm thiểu rủi ro và tuân thủ nghiêm ngặt các quy định pháp luật về an toàn lao động.

---

 

Chương 1: Tổng Quan Về Lò Hơi Công Nghiệp

 

Để đi sâu vào kỹ thuật vận hành và bảo trì, trước hết cần có một cái nhìn tổng quan và hệ thống về lò hơi, từ định nghĩa, phân loại đến cấu tạo và nguyên lý hoạt động cơ bản.

 

1.1. Định Nghĩa và Vai Trò Của Lò Hơi

 

Lò hơi (Boiler), hay còn gọi là nồi hơi, là một thiết bị kỹ thuật sử dụng nhiên liệu (rắn, lỏng, khí) hoặc các nguồn năng lượng khác (điện, năng lượng mặt trời, nhiệt thải) để đun nóng nước, biến nước thành hơi ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển. Hơi nước này sau đó được sử dụng cho các mục đích khác nhau.

Về bản chất, lò hơi là một thiết bị trao đổi nhiệt phức tạp, trong đó nhiệt năng sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu được truyền cho nước để thực hiện quá trình thay đổi pha từ lỏng sang hơi. Năng lượng chứa trong hơi nước (dưới dạng nhiệt và áp suất) chính là sản phẩm cuối cùng và là mục tiêu của quá trình vận hành lò hơi.

Vai trò của lò hơi trong công nghiệp:

• Nguồn cung cấp nhiệt: Hơi nước là một chất tải nhiệt lý tưởng. Nó được dẫn đến các thiết bị trao đổi nhiệt khác (bộ sấy, bộ gia nhiệt, thiết bị phản ứng) để cung cấp nhiệt cho các quá trình công nghệ như sấy nông sản, gia nhiệt cho dung dịch hóa chất, thanh trùng thực phẩm, định hình sản phẩm dệt may.

• Nguồn cung cấp năng lượng cơ học: Hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ cao được sử dụng để làm quay cánh turbine trong các nhà máy nhiệt điện, tạo ra cơ năng và sau đó chuyển hóa thành điện năng thông qua máy phát điện.

• Các ứng dụng khác: Hơi nước còn được dùng trong các hệ thống làm sạch bằng hơi, hệ thống điều hòa không khí, tạo độ ẩm và nhiều ứng dụng chuyên biệt khác.

1.2. Phân Loại Lò Hơi

 

Lò hơi công nghiệp rất đa dạng về chủng loại, thiết kế và công suất. Việc phân loại giúp các kỹ sư lựa chọn được loại lò hơi phù hợp nhất với yêu cầu công nghệ và điều kiện vận hành cụ thể. Có nhiều cách phân loại, nhưng phổ biến nhất là các cách sau:

 

1.2.1. Phân Loại Theo Môi Chất Chuyển Động Trong Ống

 

Đây là cách phân loại cơ bản và quan trọng nhất, quyết định đến cấu trúc và đặc tính vận hành của lò hơi.

• Lò hơi ống lửa (Fire-tube boiler):

  • Nguyên lý: Khí nóng (sản phẩm của quá trình cháy) đi bên trong các đường ống, còn nước và hơi nước bao bọc bên ngoài các đường ống đó.

  • Cấu tạo: Bao gồm một thân lò hình trụ lớn chứa nước, bên trong có một hoặc nhiều buồng đốt (lò đốt) và các cụm ống lửa. Khí nóng từ buồng đốt đi qua các chùm ống lửa, truyền nhiệt cho nước xung quanh và thoát ra ngoài qua ống khói.

  • Đặc điểm:

    • Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và vận hành.

    • Chi phí đầu tư ban đầu thấp.

    • Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu công suất và áp suất không quá cao (thường dưới 25 bar và sản lượng hơi dưới 30 tấn/giờ).

    • Quán tính nhiệt lớn, khả năng đáp ứng với sự thay đổi phụ tải chậm.

    • Dung tích chứa nước lớn, tiềm ẩn nguy cơ nổ vật lý cao hơn nếu có sự cố giảm áp đột ngột.

  • Ví dụ: Lò hơi nằm ngang, lò hơi đứng.

• Lò hơi ống nước (Water-tube boiler):

  • Nguyên lý: Ngược lại với lò hơi ống lửa, nước và hơi nước chuyển động bên trong các đường ống, còn khí nóng bao bọc bên ngoài.

  • Cấu tạo: Gồm hai bao hơi (bao hơi trên chứa hơi và bao hơi dưới chứa nước), được nối với nhau bằng một hệ thống các ống góp và dàn ống nước (dàn ống bức xạ và dàn ống đối lưu). Nước từ bao hơi dưới đi qua các dàn ống, nhận nhiệt từ khí nóng trong buồng đốt, sinh hơi và hỗn hợp hơi-nước đi lên bao hơi trên. Tại đây, hơi được tách ra và đi đến nơi sử dụng, còn nước lại tiếp tục tuần hoàn xuống dưới.

  • Đặc điểm:

    • Có khả năng chế tạo được ở công suất và áp suất rất cao (có thể lên đến hàng trăm bar và sản lượng hàng nghìn tấn/giờ).

    • Quán tính nhiệt nhỏ, khả năng đáp ứng phụ tải nhanh.

    • Độ an toàn cao hơn do lượng nước chứa trong các ống nhỏ, giảm thiểu rủi ro nổ lớn.

    • Cấu tạo phức tạp, đòi hỏi chế độ vận hành và bảo trì nghiêm ngặt hơn.

    • Yêu cầu chất lượng nước cấp rất cao để tránh đóng cáu cặn bên trong các ống có đường kính nhỏ.

 

1.2.2. Phân Loại Theo Loại Nhiên Liệu Sử Dụng

 

• Lò hơi đốt nhiên liệu rắn: Sử dụng các loại nhiên liệu như than đá, củi, trấu, bã mía, viên nén gỗ (wood pellet),… Các lò hơi này thường có buồng đốt lớn, được trang bị ghi lò (ghi tĩnh, ghi xích, ghi tầng sôi) để thực hiện quá trình cháy.

• Lò hơi đốt nhiên liệu lỏng: Sử dụng dầu DO (Diesel Oil), dầu FO (Fuel Oil). Các lò hơi này sử dụng béc phun (burner) để tán sương nhiên liệu và hòa trộn với không khí trước khi đưa vào buồng đốt.

• Lò hơi đốt nhiên liệu khí: Sử dụng khí tự nhiên (Natural Gas – NG), khí hóa lỏng (Liquefied Petroleum Gas – LPG), biogas. Tương tự lò hơi đốt dầu, lò hơi này cũng sử dụng burner chuyên dụng cho nhiên liệu khí.

• Lò hơi điện: Sử dụng các điện trở công suất lớn để đun nóng nước. Lò hơi điện có hiệu suất chuyển đổi năng lượng rất cao (gần 100%), không phát thải tại chỗ nhưng chi phí vận hành cao do giá điện.

• Lò hơi tận dụng nhiệt (Waste Heat Recovery Boiler – WHRB): Không sử dụng nhiên liệu đốt trực tiếp mà tận dụng nguồn nhiệt thải từ các quá trình công nghiệp khác (khí thải từ động cơ diesel, lò nung, lò luyện kim) để sinh hơi. Đây là giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường hiệu quả.

• Lò hơi đa nhiên liệu: Được thiết kế linh hoạt để có thể đốt đồng thời hoặc luân phiên nhiều loại nhiên liệu khác nhau.

 

1.2.3. Phân Loại Theo Chế Độ Tuần Hoàn Của Nước

 

• Lò hơi tuần hoàn tự nhiên: Sự tuần hoàn của nước trong lò dựa trên sự chênh lệch tỷ trọng giữa nước trong các ống xuống (lạnh hơn, nặng hơn) và hỗn hợp hơi-nước trong các ống sinh hơi (nóng hơn, nhẹ hơn). Đây là nguyên lý phổ biến nhất trong các lò hơi ống nước công suất vừa và lớn.

• Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức: Khi áp suất lò hơi rất cao (gần tới hạn), sự chênh lệch tỷ trọng giảm đáng kể, không đủ để tạo ra dòng tuần hoàn tự nhiên ổn định. Khi đó, người ta phải lắp thêm bơm tuần hoàn để cưỡng bức dòng nước đi qua các dàn ống sinh hơi.

• Lò hơi trực lưu: Nước được bơm qua các dàn ống chỉ một lần, trong quá trình đó lần lượt biến thành hơi bão hòa rồi hơi quá nhiệt mà không có quá trình tuần hoàn và không có bao hơi. Loại lò này đòi hỏi chất lượng nước cấp siêu tinh khiết.

 

1.3. Cấu Tạo Chi Tiết và Nguyên Lý Hoạt Động Của Các Bộ Phận Chính

 

Một lò hơi công nghiệp hoàn chỉnh là một hệ thống phức tạp bao gồm nhiều bộ phận, mỗi bộ phận thực hiện một chức năng riêng biệt.

 

1.3.1. Hệ Thống Cung Cấp Nhiên Liệu và Không Khí (Hệ Thống Đốt)

 

Đây là nơi khởi nguồn của năng lượng.

• Buồng đốt (Furnace/Combustion Chamber): Là không gian diễn ra quá trình cháy nhiên liệu. Buồng đốt phải đủ lớn để nhiên liệu có đủ thời gian và không gian để cháy kiệt, đồng thời phải được làm bằng vật liệu chịu lửa và chịu nhiệt cao.

• Ghi lò (Grate): Đối với lò hơi đốt nhiên liệu rắn, ghi lò là nơi chứa và đỡ nhiên liệu cháy.

  • Ghi tĩnh: Ghi cố định, việc cấp liệu và thải xỉ thực hiện thủ công.

  • Ghi xích: Một băng tải dạng xích chuyển động chậm, đưa nhiên liệu từ đầu lò đến cuối lò, tro xỉ rơi xuống phễu ở cuối ghi.

  • Ghi tầng sôi (Fluidized Bed Grate): Một lớp vật liệu trơ (cát, đá vôi) được thổi không khí từ dưới lên với tốc độ đủ lớn để “sôi” lên. Nhiên liệu được đưa vào lớp sôi này và cháy mãnh liệt, đều và hiệu quả.

• Béc đốt (Burner): Đối với lò hơi đốt lỏng/khí, béc đốt có nhiệm vụ tán sương nhiên liệu (đối với dầu) và hòa trộn nó với không khí theo một tỷ lệ tối ưu trước khi phun vào buồng đốt để tạo ra ngọn lửa ổn định.

• Hệ thống cấp gió (Quạt gió): Cung cấp lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy. Bao gồm quạt gió cấp 1 (thổi dưới ghi) và quạt gió cấp 2 (phun vào buồng lửa để đốt cháy các chất khí còn lại).

 

1.3.2. Phần Sinh Hơi (Phần Áp Lực)

 

Đây là trái tim của lò hơi, nơi diễn ra quá trình truyền nhiệt và sinh hơi.

• Thân lò (Shell): Trong lò hơi ống lửa, đây là vỏ kim loại hình trụ chịu áp lực chính, chứa nước và các ống lửa.

• Bao hơi (Steam Drum) và Bao nước (Mud Drum): Trong lò hơi ống nước, bao hơi trên là nơi tập trung hỗn hợp hơi-nước, tách hơi ra khỏi nước. Bao nước dưới (hay còn gọi là bao bùn) là nơi tập trung nước cấp và lắng đọng cặn bẩn.

• Dàn ống sinh hơi (Generating Tube Bank): Gồm các ống nước nhận nhiệt từ buồng đốt. Trong lò hơi ống nước, chúng được chia thành:

  • Dàn ống bức xạ (Water Wall): Các ống bố trí xung quanh vách buồng đốt, nhận nhiệt chủ yếu qua bức xạ từ ngọn lửa.

  • Dàn ống đối lưu: Các ống đặt ở phần sau của buồng đốt, nhận nhiệt chủ yếu qua đối lưu từ dòng khí nóng.

• Bộ quá nhiệt (Superheater): Dùng để gia nhiệt cho hơi bão hòa (hơi vừa tách ra khỏi nước) thành hơi quá nhiệt (hơi có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bão hòa ở cùng áp suất). Hơi quá nhiệt chứa nhiều năng lượng hơn và khô hơn, cần thiết cho việc chạy turbine.

• Ống góp (Header): Dùng để nối các dàn ống với bao hơi, giúp phân phối nước và thu gom hơi.

 

1.3.3. Các Thiết Bị Tận Dụng Nhiệt (Bộ Tiết Kiệm Năng Lượng)

 

Để nâng cao hiệu suất của lò hơi, nhiệt của khói thải trước khi ra ống khói sẽ được tận dụng.

• Bộ hâm nước (Economizer): Là bộ trao đổi nhiệt dùng để gia nhiệt sơ bộ cho nước cấp trước khi đưa vào bao hơi. Bằng cách này, nhiệt lượng của khói thải được tận dụng, giảm lượng nhiên liệu cần đốt.

• Bộ sấy không khí (Air Preheater): Là bộ trao đổi nhiệt dùng để gia nhiệt cho không khí cấp vào buồng đốt. Không khí nóng hơn sẽ giúp quá trình cháy diễn ra nhanh hơn, ổn định hơn và cháy kiệt hơn, đồng thời cũng tận dụng được nhiệt thừa của khói thải.

 

1.3.4. Hệ Thống Xử Lý Nước Cấp

 

Chất lượng nước cấp là yếu tố sống còn đối với tuổi thọ và độ an toàn của lò hơi.

• Hệ thống làm mềm nước (Water Softener): Sử dụng các hạt nhựa trao đổi ion để loại bỏ các ion Canxi (Ca2+) và Magie (Mg2+) ra khỏi nước. Đây là nguyên nhân chính gây ra cáu cặn cứng (chủ yếu là CaCO3​, MgCO3​) bám vào bề mặt truyền nhiệt, làm giảm hiệu suất và có thể gây nổ ống.

• Bộ khử khí (Deaerator): Dùng để loại bỏ các khí hòa tan trong nước, đặc biệt là Oxy (O2​) và Carbon Dioxide (CO2​). Các khí này là tác nhân chính gây ra ăn mòn điện hóa cho các bộ phận kim loại của lò hơi. Bộ khử khí hoạt động dựa trên nguyên lý giảm độ hòa tan của khí trong nước khi nhiệt độ tăng và áp suất giảm.

• Hệ thống khử khoáng (Demineralization System – DI/RO): Đối với các lò hơi cao áp và siêu cao áp, hệ thống làm mềm là không đủ. Cần phải sử dụng hệ thống thẩm thấu ngược (RO) hoặc trao đổi ion hỗn hợp (Mixed-bed) để loại bỏ gần như toàn bộ các chất rắn hòa tan (TDS) trong nước, đưa độ dẫn điện của nước về mức rất thấp.

• Bể chứa nước cấp và bơm cấp: Chứa nước đã qua xử lý và bơm nước vào lò với áp suất cao hơn áp suất vận hành của lò.

 

1.3.5. Hệ Thống Đo Lường, Điều Khiển và An Toàn

 

Đây là bộ não và hệ thống thần kinh của lò hơi.

• Các thiết bị đo lường:

  • Áp kế (Pressure Gauge): Đo áp suất hơi trong lò. Phải có ít nhất 2 áp kế, được kiểm định định kỳ.

  • Ống thủy sáng (Water Level Gauge): Quan sát trực tiếp mực nước trong lò. Đây là thiết bị an toàn tối quan trọng. Phải có ít nhất 2 ống thủy.

  • Cảm biến mực nước (Water Level Sensor): Đo và truyền tín hiệu mực nước về bộ điều khiển để tự động bơm nước và kích hoạt cảnh báo/ngắt lò khi cạn nước hoặc đầy nước.

  • Nhiệt kế (Thermometer): Đo nhiệt độ hơi, nhiệt độ khói thải, nhiệt độ nước cấp.

  • Lưu lượng kế (Flow Meter): Đo lưu lượng hơi, lưu lượng nước cấp, lưu lượng nhiên liệu.

• Hệ thống điều khiển tự động:

  • Điều khiển mực nước: Tự động bật/tắt bơm cấp để duy trì mực nước trong giới hạn cho phép.

  • Điều khiển áp suất: Tự động điều chỉnh chế độ cháy của béc đốt (cao/thấp/tắt hoặc điều chế vô cấp) để duy trì áp suất hơi ổn định theo giá trị cài đặt.

  • Điều khiển quá trình cháy: Tự động điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu/không khí để tối ưu hóa hiệu suất cháy và giảm phát thải.

• Các thiết bị an toàn:

  • Van an toàn (Safety Valve): Là thiết bị bảo vệ cuối cùng. Khi áp suất trong lò vượt quá giá trị cài đặt, van sẽ tự động mở ra để xả hơi ra ngoài, ngăn ngừa nổ lò. Mỗi lò hơi phải có ít nhất 2 van an toàn, được kiểm định và niêm phong kẹp chì.

  • Rơle bảo vệ cạn nước (Low Water Cut-off): Tự động ngắt nguồn cung cấp nhiệt (dừng béc đốt) khi mực nước trong lò xuống dưới mức an toàn tối thiểu. Đây là nguyên nhân hàng đầu gây ra các vụ nổ lò hơi.

  • Rơle bảo vệ áp suất cao (High Pressure Cut-off): Tự động ngắt nguồn cung cấp nhiệt khi áp suất vượt quá giới hạn vận hành (nhưng vẫn thấp hơn ngưỡng mở của van an toàn).

  • Hệ thống báo động: Cảnh báo bằng âm thanh và ánh sáng khi có sự cố (cạn nước, đầy nước, áp suất cao/thấp, mất lửa…).

---

 

Chương 2: Kỹ Thuật Vận Hành Lò Hơi An Toàn và Hiệu Quả

 

Vận hành lò hơi không chỉ đơn thuần là việc khởi động, duy trì và dừng lò mà là một quá trình kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi người vận hành phải có kiến thức chuyên sâu, kỹ năng thực hành tốt và tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình.

 

2.1. Quy Trình Vận Hành Lò Hơi Chuẩn

 

Quy trình vận hành chuẩn bao gồm ba giai đoạn chính: Chuẩn bị và khởi động, vận hành và giám sát, dừng lò.

 

2.1.1. Giai Đoạn Chuẩn Bị và Khởi Động (Startup)

 

Đây là giai đoạn quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và tuổi thọ của lò.

Bước 1: Kiểm Tra Toàn Diện Trước Khi Khởi Động (Pre-startup Checklist)

• Kiểm tra khu vực xung quanh lò: Đảm bảo không có vật dễ cháy, không có chướng ngại vật cản trở lối đi và cửa thoát hiểm. Sàn nhà khô ráo, sạch sẽ. Hệ thống chiếu sáng đầy đủ.

• Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của lò và các thiết bị phụ trợ:

  • Phần chịu áp lực: Kiểm tra bằng mắt các mối hàn, mặt bích, thân lò xem có dấu hiệu rò rỉ, phồng, nứt hay không.

  • Hệ thống cấp nước: Mở van cấp nước từ bể chứa đến bơm, kiểm tra mức nước trong bể. Kiểm tra tình trạng bơm (độ kín, tiếng ồn bất thường). Kiểm tra hệ thống xử lý nước, đảm bảo chất lượng nước đạt yêu cầu.

  • Hệ thống nhiên liệu: Kiểm tra mức nhiên liệu trong bồn chứa. Mở các van trên đường ống nhiên liệu. Kiểm tra các bộ lọc, bơm nhiên liệu. Đối với lò hơi đốt rắn, kiểm tra tình trạng ghi lò, hệ thống cấp liệu và thải xỉ.

  • Hệ thống cấp gió và thoát khói: Kiểm tra quạt gió, quạt hút. Đảm bảo các cửa gió, van khói không bị kẹt.

  • Hệ thống van: Kiểm tra tất cả các van (van hơi chính, van xả đáy, van xả khí, van cấp nước…) phải ở đúng trạng thái theo quy trình (đóng hoặc mở).

  • Thiết bị đo lường và an toàn:

    • Kiểm tra áp kế, đảm bảo kim chỉ về vạch “0”. Gõ nhẹ vào áp kế xem kim có bị kẹt không.

    • Kiểm tra ống thủy: Mở các van thông ống thủy, thực hiện thao tác “thông rửa” để đảm bảo đường ống không bị tắc và mực nước hiển thị là chính xác.

    • Kiểm tra van an toàn: Kiểm tra niêm phong kẹp chì còn nguyên vẹn.

    • Kiểm tra hệ thống điện và tủ điều khiển: Bật nguồn, kiểm tra đèn báo, các nút chức năng.

Bước 2: Cấp Nước Vào Lò

• Mở van xả khí (air vent) trên đỉnh bao hơi để không khí thoát ra ngoài khi cấp nước.

• Khởi động bơm cấp nước.

• Cấp nước từ từ vào lò cho đến khi đạt mức nước trung bình thấp (khoảng 1/3 ống thủy). Việc cấp nước từ từ giúp tránh gây sốc nhiệt cho thân lò.

• Dừng bơm và đóng van cấp nước. Quan sát mực nước trên ống thủy trong khoảng 5-10 phút để đảm bảo không có sự rò rỉ. Đóng van xả khí.

Bước 3: Khởi Động Hệ Thống Đốt (Nhóm Lò)

Quá trình này phải được thực hiện từ từ để lò nóng lên đều, tránh ứng suất nhiệt.

• Thông gió buồng đốt: Trước khi mồi lửa, phải khởi động quạt gió trong khoảng 2-5 phút để thổi sạch mọi khí dễ cháy còn sót lại trong buồng đốt và đường khói. Đây là bước bắt buộc để phòng ngừa nổ khí trong buồng đốt.

• Mồi lửa và nhóm lò:

  • Đối với lò hơi đốt dầu/khí: Khởi động béc đốt ở chế độ mồi lửa (công suất thấp nhất). Quan sát ngọn lửa qua cửa nhìn lửa, đảm bảo lửa cháy ổn định, màu sắc bình thường (màu vàng cam sáng).

  • Đối với lò hơi đốt rắn: Đặt mồi lửa (vật liệu dễ cháy như giẻ tẩm dầu, gỗ khô) lên ghi, sau đó cấp một lớp nhiên liệu mỏng. Mồi lửa và khởi động quạt gió cấp 1 ở mức thấp.

• Quá trình tăng áp (Raising Pressure):

  • Duy trì ngọn lửa ở mức thấp, để nhiệt độ và áp suất trong lò tăng lên từ từ. Tốc độ tăng áp lý tưởng không nên vượt quá 2-3 bar/giờ đối với lò hơi công suất trung bình. Việc tăng áp quá nhanh sẽ gây ra chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các bộ phận của lò, dẫn đến giãn nở không đều và gây hư hỏng.

  • Trong quá trình tăng áp, liên tục theo dõi:

    • Mực nước: Mực nước sẽ tăng lên do nước giãn nở khi nóng. Cần phải xả đáy (bottom blowdown) một lượng nhỏ để duy trì mực nước ở mức trung bình.

    • Áp suất: Theo dõi áp kế, đảm bảo áp suất tăng đều.

    • Thân lò: Lắng nghe các tiếng động bất thường (tiếng nứt, gõ…). Đi vòng quanh lò kiểm tra các mặt bích, van xem có rò rỉ không. Nếu có rò rỉ, siết nhẹ lại các bu lông. Nếu không hết, phải dừng lò để xử lý.

• Mở van hơi chính:

  • Khi áp suất trong lò đạt khoảng 80-90% áp suất làm việc, cần chuẩn bị mở van hơi chính để cấp hơi cho hệ thống.

  • Trước khi mở, phải xả hết nước ngưng trên đường ống hơi chính.

  • Mở van hơi chính từ từ để làm nóng đường ống dần dần, tránh gây sốc nhiệt và thủy kích (water hammer). Khi áp suất trên đường ống và trong lò đã cân bằng, mở hoàn toàn van hơi chính.

 

2.1.2. Giai Đoạn Vận Hành và Giám Sát

 

Đây là giai đoạn lò hơi hoạt động ổn định để cung cấp hơi. Người vận hành phải thường xuyên giám sát và ghi chép nhật ký vận hành.

Các thông số cần giám sát liên tục:

• Mực nước trong lò (thông qua ống thủy và cảm biến): Đây là thông số quan trọng nhất. Mực nước phải luôn được duy trì ở mức trung bình (khoảng 1/2 ống thủy).

  • Xử lý khi cạn nước:

    • Mức độ 1 (thấp hơn mức trung bình nhưng vẫn còn trong ống thủy): Bật bơm cấp nước bổ sung.

    • Mức độ 2 (mất nước khỏi ống thủy – sự cố cạn nước nghiêm trọng): TUYỆT ĐỐI KHÔNG ĐƯỢC BƠM NƯỚC VÀO LÒ. Phải thực hiện dừng lò khẩn cấp ngay lập tức (nhấn nút Emergency Stop, ngắt béc đốt, đóng van hơi chính). Việc bơm nước lạnh vào lò đang bị quá nhiệt sẽ làm nước bốc hơi tức thì, gây tăng áp đột ngột và dẫn đến nổ lò.

  • Xử lý khi đầy nước: Dừng bơm cấp nước, thực hiện xả đáy để đưa mực nước về mức bình thường. Nước đầy có thể gây ra hiện tượng cuốn nước theo hơi, làm giảm chất lượng hơi và gây thủy kích cho các thiết bị sử dụng hơi.

• Áp suất hơi (thông qua áp kế): Duy trì áp suất ổn định theo yêu cầu của sản xuất. Hệ thống điều khiển tự động sẽ điều chỉnh chế độ cháy để giữ áp suất. Cần theo dõi để đảm bảo hệ thống hoạt động đúng.

• Chất lượng ngọn lửa và quá trình cháy: Quan sát màu sắc ngọn lửa qua cửa nhìn.

  • Ngọn lửa tốt (cháy hiệu quả): Màu vàng cam sáng, không có khói đen.

  • Ngọn lửa tối, có khói đen: Thừa nhiên liệu hoặc thiếu không khí. Cần điều chỉnh lại tỷ lệ nhiên liệu/không khí.

  • Ngọn lửa quá sáng, ngắn, có tiếng rít: Thừa không khí. Cần giảm lượng gió cấp.

• Nhiệt độ khói thải: Nhiệt độ khói thải là một chỉ số quan trọng về hiệu suất lò hơi. Nếu nhiệt độ khói thải cao hơn bình thường, có thể do:

  • Bề mặt truyền nhiệt bị bám bồ hóng hoặc cáu cặn.

  • Tỷ lệ không khí thừa quá cao.

  • Vách lò bị hở.

• Chất lượng nước cấp và nước lò: Định kỳ lấy mẫu nước cấp (sau xử lý) và nước trong lò để phân tích các chỉ tiêu như pH, độ cứng, độ kiềm, TDS, hàm lượng silica. Dựa vào kết quả phân tích để điều chỉnh chế độ xả đáy và hóa chất xử lý.

• Hoạt động của các thiết bị phụ trợ: Lắng nghe tiếng kêu của bơm, quạt. Kiểm tra nhiệt độ động cơ, ổ bi.

Các công việc cần thực hiện định kỳ trong ca vận hành:

• Thông rửa ống thủy: Thực hiện ít nhất 1-2 lần/ca để đảm bảo ống thủy hoạt động chính xác.

• Xả đáy (Blowdown):

  • Xả đáy liên tục (Continuous Blowdown): Được lấy từ gần bề mặt nước để loại bỏ các chất rắn hòa tan (TDS), duy trì nồng độ TDS trong giới hạn cho phép.

  • Xả đáy gián đoạn (Intermittent/Bottom Blowdown): Mở nhanh van xả ở đáy lò trong vài giây để loại bỏ bùn và cặn rắn lắng đọng ở đáy lò. Thực hiện vài lần trong ca.

• Kiểm tra thử van an toàn: (Nếu được phép theo quy trình của nhà máy) Nâng nhẹ tay gạt của van an toàn khi áp suất lò đạt khoảng 75% áp suất làm việc để đảm bảo van không bị kẹt.

• Ghi chép nhật ký vận hành: Ghi lại đầy đủ các thông số vận hành (áp suất, mực nước, nhiệt độ khói, thời gian xả đáy, các sự cố bất thường…) theo giờ. Đây là tài liệu quan trọng để theo dõi xu hướng, chẩn đoán sự cố và đánh giá hiệu suất.

 

2.1.3. Giai Đoạn Dừng Lò (Shutdown)

 

• Dừng lò bình thường (Normal Shutdown):

  1. Giảm dần phụ tải hơi, sau đó đóng van hơi chính.

  2. Tắt hệ thống cấp nhiên liệu (dừng béc đốt/ngừng cấp liệu).

  3. Để quạt gió chạy thêm 5-10 phút để làm mát buồng đốt và thổi sạch khí cháy còn sót lại.

  4. Duy trì cấp nước để giữ mực nước ở mức trung bình cao trong suốt quá trình nguội lò.

  5. Để lò nguội tự nhiên. TUYỆT ĐỐI KHÔNG ĐƯỢC LÀM NGUỘI CƯỠNG BỨC bằng cách bơm nước lạnh hoặc mở cửa lò quá sớm.

  6. Khi áp suất lò giảm xuống gần bằng 0, mở van xả khí để tránh tạo chân không trong lò khi nguội.

• Dừng lò khẩn cấp (Emergency Shutdown): Được thực hiện khi xảy ra các sự cố nghiêm trọng đe dọa an toàn.

  • Các trường hợp phải dừng lò khẩn cấp:

    • Cạn nước nghiêm trọng (mất nước khỏi ống thủy).

    • Áp suất tăng quá mức cho phép, các thiết bị bảo vệ không tác động.

    • Thân lò, ống lò bị phồng, nứt, xì hơi, nước nghiêm trọng.

    • Các bộ phận chính của lò bị nóng đỏ.

    • Hệ thống cấp nước bị hỏng, không thể cấp nước cho lò.

    • Ống thủy, áp kế bị hỏng hoàn toàn.

    • Cháy trong khu vực lò hơi, đe dọa an toàn.

  • Thao tác dừng lò khẩn cấp:

    1. Nhấn nút “Dừng khẩn cấp” (Emergency Stop) để ngắt ngay lập tức hệ thống cấp nhiệt.

    2. Đóng van hơi chính để cô lập lò hơi khỏi hệ thống.

    3. Ngắt nguồn điện chính của lò (nếu cần thiết và an toàn).

    4. Sơ tán người ra khỏi khu vực nguy hiểm.

    5. Báo cáo ngay cho người có trách nhiệm.

    6. TUYỆT ĐỐI KHÔNG LÀM GÌ CÓ THỂ GÂY THAY ĐỔI ÁP SUẤT HOẶC NHIỆT ĐỘ ĐỘT NGỘT (không xả hơi, không cấp nước).

2.2. Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Năng Lượng Lò Hơi

 

Vận hành hiệu quả không chỉ là vận hành an toàn mà còn là vận hành tiết kiệm năng lượng. Chi phí nhiên liệu chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tổng chi phí vận hành lò hơi. Do đó, việc tối ưu hóa hiệu suất là cực kỳ quan trọng.

Hiệu suất lò hơi (ηboiler​) được định nghĩa là tỷ lệ giữa năng lượng hữu ích mà hơi nước nhận được và tổng năng lượng cung cấp bởi nhiên liệu.

Các tổn thất năng lượng chính trong lò hơi bao gồm:

1. Tổn thất do khói thải mang nhiệt ra ngoài (tổn thất lớn nhất).

2. Tổn thất do cháy không hoàn toàn (tạo ra CO, bồ hóng).

3. Tổn thất do bức xạ và đối lưu ra môi trường xung quanh.

4. Tổn thất do xả đáy.

Các biện pháp kỹ thuật để tối ưu hóa hiệu suất:

 

2.2.1. Kiểm Soát Quá Trình Cháy

 

• Duy trì tỷ lệ không khí thừa tối ưu:

  • Không khí thừa là lượng không khí cấp vào nhiều hơn lượng cần thiết theo lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu.

  • Nếu không khí thừa quá ít -> cháy không hoàn toàn, tạo khói đen (bồ hóng) và khí CO, gây lãng phí nhiên liệu và ô nhiễm. Bồ hóng bám vào bề mặt truyền nhiệt làm giảm hiệu suất.

  • Nếu không khí thừa quá nhiều -> lượng khí nóng qua lò lớn, làm tăng tổn thất nhiệt theo khói thải.

  • Tỷ lệ không khí thừa tối ưu phụ thuộc vào loại nhiên liệu và thiết kế buồng đốt. Ví dụ:

    • Khí tự nhiên: 5-10%

    • Dầu FO: 15-20%

    • Than đá: 20-30%

  • Để kiểm soát, cần sử dụng các thiết bị phân tích khí thải (đo O2​ và CO trong khói thải) và điều chỉnh lượng gió cấp cho phù hợp. Các hệ thống điều khiển hiện đại (PLC/DCS) có thể tự động điều chỉnh tỷ lệ này.

 

2.2.2. Tối Ưu Hóa Việc Xử Lý Nước và Xả Đáy

 

• Kiểm soát cáu cặn: Một lớp cáu cặn chỉ dày 1mm có thể làm giảm hiệu suất truyền nhiệt vài phần trăm, dẫn đến tiêu tốn nhiên liệu nhiều hơn để đạt được cùng một sản lượng hơi.

  • Giải pháp: Vận hành hệ thống xử lý nước cấp đúng cách, đảm bảo nước cấp luôn đạt tiêu chuẩn. Định kỳ kiểm tra và vệ sinh cáu cặn bên trong lò.

• Tối ưu hóa chế độ xả đáy:

  • Xả đáy là cần thiết để kiểm soát nồng độ TDS, nhưng cũng là một nguồn gây tổn thất nhiệt vì nước xả đáy là nước nóng có áp suất.

  • Giải pháp:

    • Không xả đáy quá mức cần thiết. Thiết lập chế độ xả đáy dựa trên kết quả phân tích chất lượng nước lò.

    • Sử dụng hệ thống xả đáy tự động dựa trên độ dẫn điện của nước lò để tối ưu hóa lượng nước xả.

    • Lắp đặt hệ thống thu hồi nhiệt từ nước xả đáy (Blowdown Heat Recovery System). Nước xả đáy nóng được đưa qua một bình giãn nở (flash tank) để thu hồi hơi giãn nở, sau đó đi qua một bộ trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho nước cấp. Hệ thống này có thể thu hồi lại một lượng nhiệt đáng kể.

 

2.2.3. Tận Dụng Nhiệt Thải

 

• Bộ hâm nước (Economizer): Như đã đề cập, đây là thiết bị cơ bản và hiệu quả nhất để tận dụng nhiệt khói thải. Mỗi 6-7°C tăng lên của nhiệt độ nước cấp sẽ giúp tiết kiệm khoảng 1% nhiên liệu.

• Bộ sấy không khí (Air Preheater): Gia nhiệt cho không khí trước khi vào buồng đốt. Mỗi 20-25°C tăng lên của nhiệt độ không khí sẽ giúp tiết kiệm khoảng 1% nhiên liệu.

• Thu hồi nhiệt từ hơi giãn nở và nước ngưng:

  • Hơi giãn nở (Flash Steam): Hơi được tạo ra khi nước ngưng có áp suất cao được xả ra môi trường có áp suất thấp hơn. Nguồn hơi này có thể được thu hồi và sử dụng cho các mục đích gia nhiệt ở áp suất thấp.

  • Nước ngưng (Condensate): Nước ngưng sau khi đã truyền nhiệt vẫn là nước nóng và tinh khiết. Việc thu hồi nước ngưng để tái sử dụng làm nước cấp cho lò hơi mang lại lợi ích kép:

    • Tiết kiệm năng lượng vì không cần gia nhiệt từ nhiệt độ môi trường.

    • Tiết kiệm chi phí xử lý nước và hóa chất vì nước ngưng đã rất sạch.

 

2.2.4. Giảm Tổn Thất Bức Xạ

 

• Bảo ôn: Đảm bảo toàn bộ thân lò, các đường ống hơi, ống nước nóng, van, mặt bích được bảo ôn đúng tiêu chuẩn kỹ thuật. Lớp bảo ôn phải đủ dày, không bị hư hỏng, ẩm ướt. Thường xuyên kiểm tra và sửa chữa lớp bảo ôn. Sử dụng camera nhiệt để phát hiện các điểm nóng (hot spots) là nơi tổn thất nhiệt nhiều.

 

2.2.5. Vệ Sinh Bề Mặt Truyền Nhiệt

 

• Vệ sinh phía lửa (bồ hóng): Bồ hóng bám trên bề mặt ngoài của ống (lò hơi ống nước) hoặc bề mặt trong của ống (lò hơi ống lửa) có tác dụng cách nhiệt rất lớn, làm giảm mạnh hiệu suất truyền nhiệt.

  • Giải pháp:

    • Thực hiện thổi tro, bồ hóng định kỳ bằng hơi (soot blower) trong quá trình vận hành.

    • Vệ sinh cơ học (dùng bàn chải, máy khoan) hoặc vệ sinh bằng hóa chất trong các kỳ bảo trì, đại tu.

• Vệ sinh phía nước (cáu cặn): Như đã phân tích, cáu cặn là kẻ thù của hiệu suất và an toàn.

  • Giải pháp: Tẩy cáu cặn định kỳ bằng phương pháp hóa học (sử dụng axit và chất ức chế ăn mòn) hoặc cơ học (dùng máy phun nước áp lực cao, dụng cụ chuyên dụng).

---

 

Chương 3: Quy Trình Bảo Trì Chuyên Sâu Lò Hơi

 

Bảo trì không chỉ là sửa chữa khi có hỏng hóc mà là một tập hợp các hoạt động được lên kế hoạch và thực hiện một cách có hệ thống nhằm duy trì lò hơi ở trạng thái hoạt động an toàn, tin cậy và hiệu quả nhất. Một chương trình bảo trì tốt sẽ giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị, giảm thiểu thời gian dừng máy đột xuất và tiết kiệm chi phí.

Quy trình bảo trì lò hơi thường được chia thành ba cấp độ: Bảo trì thường xuyên (hàng ngày/hàng tuần), bảo trì định kỳ (hàng tháng/hàng quý) và đại tu (hàng năm hoặc theo số giờ hoạt động).

 

3.1. Bảo Trì Thường Xuyên (Routine Maintenance)

 

Đây là các công việc do chính người vận hành thực hiện trong ca làm việc hoặc hàng tuần.

• Hàng ngày:

  • Thực hiện checklist kiểm tra trước khi khởi động.

  • Thông rửa ống thủy (1-2 lần/ca).

  • Xả đáy lò (theo quy trình).

  • Kiểm tra sự rò rỉ (hơi, nước, nhiên liệu, khói) tại các van, mặt bích, đường ống.

  • Lắng nghe tiếng động bất thường từ bơm, quạt, động cơ.

  • Quan sát và ghi chép các thông số vận hành.

  • Vệ sinh khu vực nhà lò sạch sẽ.

• Hàng tuần:

  • Kiểm tra hoạt động của các thiết bị bảo vệ mức nước thấp (low water cut-off) bằng cách cho mực nước giảm từ từ (nếu quy trình cho phép và được giám sát chặt chẽ).

  • Kiểm tra hoạt động của rơle áp suất cao.

  • Kiểm tra và làm sạch các bộ lọc nhiên liệu, lọc nước.

  • Kiểm tra tình trạng dây đai, khớp nối của bơm, quạt.

  • Kiểm tra hệ thống xử lý nước: Mức muối trong thùng hoàn nguyên, hoạt động của van tự động.

  • Kiểm tra và làm sạch đầu dò (probe) của các cảm biến mức nước.

 

3.2. Bảo Trì Định Kỳ (Periodic Maintenance)

 

Đây là các công việc đòi hỏi phải dừng lò và có sự tham gia của đội ngũ bảo trì chuyên trách. Thường được thực hiện hàng tháng, hàng quý hoặc 6 tháng.

Công tác chuẩn bị:

• Lên kế hoạch dừng lò, thông báo cho các bộ phận liên quan.

• Chuẩn bị đầy đủ vật tư, phụ tùng thay thế (gioăng, van, lọc, dầu mỡ…).

• Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị đo kiểm.

• Thực hiện các biện pháp an toàn: Treo biển “Cấm vận hành”, cô lập nguồn điện (lockout/tagout), cô lập các đường ống (đóng và khóa van, lắp mặt bích mù).

Danh mục công việc tiêu biểu:

• Vệ sinh phía lửa (Fireside Cleaning):

  • Mở các cửa kiểm tra, cửa làm vệ sinh.

  • Chờ lò nguội hoàn toàn.

  • Sử dụng bàn chải thép, máy hút bụi công nghiệp, hoặc khí nén để làm sạch bồ hóng, tro bám trên các ống lửa, ống nước, vách buồng đốt.

• Kiểm tra tình trạng vật liệu chịu lửa:

  • Kiểm tra gạch, bê tông chịu lửa trong buồng đốt xem có bị nứt, vỡ, bong tróc không. Sửa chữa hoặc thay thế nếu cần thiết.

• Vệ sinh và kiểm tra hệ thống béc đốt:

  • Tháo béc đốt, làm sạch đầu phun, điện cực đánh lửa, đĩa khuếch tán không khí.

  • Kiểm tra khoảng cách và vị trí lắp đặt của các điện cực.

  • Kiểm tra và làm sạch tế bào quang điện (mắt lửa).

• Vệ sinh phía nước (Waterside Inspection):

  • Mở các cửa người chui, tay chui trên thân lò, bao hơi.

  • Kiểm tra bằng mắt tình trạng cáu cặn, bùn, dấu hiệu ăn mòn, rỗ trên bề mặt bên trong. Có thể dùng đèn pin, gương, hoặc camera nội soi.

  • Lấy mẫu cáu cặn để phân tích thành phần nếu cần.

  • Nếu có cáu cặn, lên kế hoạch tẩy rửa bằng hóa chất.

• Kiểm tra hệ thống van:

  • Kiểm tra độ kín của tất cả các van.

  • Tháo, kiểm tra, làm sạch, hoặc thay thế các van quan trọng như van xả đáy, van cấp nước.

  • Bảo dưỡng van an toàn: Kiểm tra cơ cấu bên trong, làm sạch, thay thế các chi tiết bị mòn (chỉ thực hiện bởi người có chuyên môn và sau đó phải được kiểm định lại).

• Kiểm tra và bảo dưỡng các thiết bị phụ trợ:

  • Bơm: Kiểm tra phớt làm kín, tra dầu mỡ cho ổ bi.

  • Quạt: Kiểm tra độ cân bằng của cánh quạt, tra dầu mỡ.

  • Hệ thống xử lý nước: Hoàn nguyên hạt nhựa, kiểm tra và bổ sung muối, hóa chất.

• Kiểm tra hệ thống điều khiển và điện:

  • Kiểm tra, siết lại các đầu nối điện trong tủ điều khiển.

  • Hiệu chuẩn lại các thiết bị đo (áp kế, nhiệt kế, cảm biến) nếu cần.

 

3.3. Đại Tu Lò Hơi (Major Overhaul/Annual Inspection)

 

Đây là kỳ bảo trì toàn diện và quan trọng nhất, thường được kết hợp với kỳ kiểm định an toàn của cơ quan chức năng. Được thực hiện hàng năm hoặc theo một số giờ hoạt động nhất định theo khuyến cáo của nhà sản xuất.

Đại tu bao gồm tất cả các công việc của bảo trì định kỳ nhưng ở mức độ sâu hơn và có thêm các hạng mục kiểm tra đặc biệt.

Các hạng mục chính trong đại tu:

• Vệ sinh toàn diện:

  • Tẩy cáu cặn bằng hóa chất: Đây là công việc trọng tâm. Dựa trên thành phần cáu cặn, lựa chọn loại hóa chất phù hợp (thường là axit có chất ức chế ăn mòn). Quá trình này phải được thực hiện bởi đơn vị có chuyên môn, tuân thủ quy trình nghiêm ngặt về an toàn và xử lý chất thải.

  • Vệ sinh cơ học phía lửa: Làm sạch triệt để bồ hóng, có thể dùng máy phun cát hoặc nước áp lực cao nếu cần.

• Kiểm tra không phá hủy (Non-Destructive Testing – NDT):

  • Siêu âm đo chiều dày kim loại (Ultrasonic Thickness Gauging): Đo chiều dày của thân lò, bao hơi, các ống chịu lực tại nhiều điểm khác nhau. So sánh kết quả với chiều dày thiết kế ban đầu để đánh giá mức độ ăn mòn, mài mòn và tính toán tuổi thọ còn lại của thiết bị.

  • Kiểm tra thẩm thấu lỏng (Liquid Penetrant Testing – PT) hoặc Kiểm tra từ tính (Magnetic Particle Testing – MT): Dùng để phát hiện các vết nứt bề mặt trên các mối hàn, các khu vực chịu ứng suất cao.

  • Kiểm tra bằng siêu âm khuyết tật (Ultrasonic Flaw Detection – UT) hoặc Chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing – RT): Dùng để phát hiện các khuyết tật bên trong vật liệu và mối hàn (nứt, không ngấu, rỗ khí…).

• Thử áp lực (Thử thủy lực – Hydrostatic Test):

  • Đây là một yêu cầu bắt buộc trong kiểm định an toàn.

  • Sau khi đã hoàn thành các công việc sửa chữa, vệ sinh, lò hơi sẽ được đổ đầy nước, loại bỏ hết không khí.

  • Dùng bơm tay hoặc bơm điện để tăng áp suất trong lò lên bằng 1.5 lần áp suất làm việc cho phép (theo TCVN 7704:2007) và duy trì trong một khoảng thời gian nhất định (thường là 30 phút).

  • Trong thời gian thử áp, kiểm tra toàn bộ các bề mặt chịu áp lực, mối hàn xem có bị rò rỉ, biến dạng hay không.

• Thay thế các bộ phận hao mòn:

  • Thay thế toàn bộ gioăng làm kín.

  • Thay thế các van không còn đảm bảo.

  • Thay thế các ống lò bị mòn quá giới hạn cho phép.

  • Sửa chữa lớn hoặc thay thế vật liệu chịu lửa.

• Kiểm định và hiệu chuẩn:

  • Toàn bộ các thiết bị đo lường (áp kế, nhiệt kế) và thiết bị an toàn (van an toàn, rơle) phải được tháo đi kiểm định, hiệu chuẩn tại các trung tâm được cấp phép.

  • Sau khi lắp lại, van an toàn phải được niêm phong kẹp chì bởi kiểm định viên.

• Lập hồ sơ và báo cáo:

  • Ghi chép lại toàn bộ các công việc đã thực hiện, các kết quả đo kiểm (chiều dày, NDT), các bộ phận đã thay thế.

  • Cập nhật hồ sơ kỹ thuật của lò hơi.

  • Lưu trữ biên bản kiểm định an toàn.

 

3.4. Các Trung Tâm Đào Tạo Kỹ Thuật Vận Hành Lò Hơi Uy Tín

 

Để đảm bảo đội ngũ vận hành và bảo trì có đủ năng lực, việc đào tạo tại các trung tâm uy tín là vô cùng cần thiết. Các chương trình đào tạo này cung cấp kiến thức lý thuyết, kỹ năng thực hành và cấp chứng chỉ theo quy định của pháp luật.

• Trung Tâm Đào Tạo Và Bồi Dưỡng Về Quản Lý. Hotline: 0383 098 339

• Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ TP.HCM

• Trung tâm Kiểm định và Huấn luyện Kỹ thuật an toàn lao động TP.HCM

• Trường Đại học Bách Khoa – Khoa Kỹ thuật Hóa học hoặc Khoa Năng lượng.

Việc lựa chọn một trung tâm đào tạo chất lượng sẽ giúp doanh nghiệp xây dựng được một đội ngũ vững chuyên môn, góp phần quyết định vào việc vận hành lò hơi an toàn và hiệu quả.

---

 

Kết Luận

 

Lò hơi là một mắt xích thiết yếu trong chuỗi sản xuất công nghiệp, nhưng cũng là một nguồn rủi ro tiềm tàng. Việc nắm vững và áp dụng một cách khoa học, nghiêm túc kỹ thuật vận hành lò hơi an toàn – hiệu quả và quy trình bảo trì chuyên sâu không phải là một lựa chọn, mà là một yêu cầu bắt buộc.

An toàn phải luôn được đặt lên hàng đầu, thể hiện qua việc tuân thủ tuyệt đối các quy trình vận hành, đặc biệt là trong các giai đoạn khởi động, dừng lò và xử lý sự cố. Hiệu quả vận hành đến từ việc tối ưu hóa liên tục quá trình cháy, kiểm soát chất lượng nước, tận dụng nhiệt thải và duy trì tình trạng kỹ thuật tốt nhất của thiết bị. Bảo trì chuyên sâu, từ các công việc thường nhật của người vận hành đến các kỳ đại tu kết hợp kiểm tra không phá hủy, là nền tảng để đảm bảo cả hai yếu tố an toàn và hiệu quả trong dài hạn.

Đầu tư vào đào tạo con người, trang bị hệ thống điều khiển và an toàn hiện đại, và xây dựng một văn hóa an toàn trong nhà máy chính là khoản đầu tư khôn ngoan nhất. Đối với các kỹ sư và quản lý kỹ thuật, việc không ngừng học hỏi, cập nhật kiến thức và áp dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực lò hơi sẽ giúp doanh nghiệp không chỉ đạt được hiệu quả sản xuất mà còn xây dựng được một môi trường làm việc an toàn, bền vững, đóng góp vào sự phát triển chung của ngành công nghiệp.