Hướng dẫn làm nóng sơ bộ không khí: Các loại, hiệu quả và mẹo lựa chọn

Máy làm nóng sơ bộ không khí hoạt động như thế nào và nó nằm ở đâu trong hệ thống nồi hơi

Trong nồi hơi đốt than, khí đốt hoặc sinh khối, khí thải rời khỏi lò ở nhiệt độ rất cao và dần dần tỏa nhiệt khi nó đi qua bộ quá nhiệt, bộ hâm nóng và bộ ống tiết kiệm. Vào thời điểm nó đến đầu ra của bộ tiết kiệm, khí thường vẫn ở mức 250–350°C , mang theo một phần đáng kể hàm lượng năng lượng ban đầu của nhiên liệu về phía ống khói. Bộ làm nóng sơ bộ không khí được bố trí là thiết bị thu hồi nhiệt cuối cùng trong đường dẫn khí này, ngay trước quạt gió cảm ứng và ống khói, và nhiệm vụ của nó là thu lại càng nhiều năng lượng còn lại càng tốt trước khi khí được thải ra. Ở phía bên kia của cùng một thiết bị, không khí đốt xung quanh được hút vào bởi quạt gió cưỡng bức - thường ở xung quanh 20–30°C - đi qua bộ gia nhiệt sơ bộ và nhận nhiệt mà khí thải tỏa ra.

Sự cân bằng năng lượng đằng sau điều này rất đơn giản và được thiết lập rõ ràng trong thực tế kỹ thuật nồi hơi: gần như mọi 20°C tăng nhiệt độ không khí đốt, hiệu suất tổng thể của lò hơi được cải thiện khoảng 1 điểm phần trăm , vì cần đốt ít nhiên liệu hơn để đạt được cùng một lượng hơi nước. Ngoài việc tiết kiệm nhiên liệu trực tiếp, không khí được làm nóng trước còn thúc đẩy quá trình đốt cháy hoàn toàn hơn, điều này đặc biệt quan trọng đối với nồi hơi đốt than dạng bột, nơi không khí nóng được sử dụng để làm khô than và vận chuyển than vào đầu đốt. Quá trình đốt cháy tốt hơn có nghĩa là lượng carbon chưa cháy hết trong tro và sự hình thành carbon monoxide thấp hơn, điều này mang lại lợi ích tích cực cho việc tuân thủ khí thải và độ sạch của lò hơi.

Có một sự đánh đổi trong thiết kế mà các kỹ sư phải quản lý cẩn thận. Khi khí thải được làm mát sâu hơn bên trong bộ sấy sơ bộ không khí, nhiệt độ của nó có thể đạt tới điểm sương axit - điểm mà tại đó hơi axit sulfuric hình thành từ lưu huỳnh trioxit trong khí thải bắt đầu ngưng tụ trên bề mặt kim loại. Điều này làm cho bộ sấy sơ bộ không khí, chứ không phải bộ tiết kiệm, là bộ phận dễ gặp rủi ro ăn mòn ở nhiệt độ thấp nhất và đó là lý do chính khiến việc lựa chọn vật liệu đầu nguội (được đề cập ở phần sau trong hướng dẫn này) là một phần quan trọng trong việc chỉ định máy làm nóng không khí đối với một loại nhiên liệu nhất định.

Điểm mấu chốt: Một air preheater recovers the last practical increment of flue gas heat before the stack, and every 20°C of air preheat is worth approximately 1% of boiler efficiency — but the same cooling that creates this saving also concentrates corrosion risk at the unit's cold end.

Ba loại máy làm nóng không khí chính: Ống, ống tái sinh và ống dẫn nhiệt

Người mua công nghiệp đang nghiên cứu một máy làm nóng không khí thường gặp phải ba họ thiết kế, mỗi họ được xây dựng dựa trên một cơ chế truyền nhiệt khác nhau.

Bộ làm nóng không khí dạng ống (thu hồi)

Bộ sấy sơ bộ không khí dạng ống là bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống tĩnh không có bộ phận chuyển động. Khí thải thường chảy bên trong một dãy ống trong khi không khí đốt đi qua bên ngoài bó ống theo dòng chảy chéo và bản thân thành ống kim loại đóng vai trò là bề mặt truyền nhiệt ngăn cách hai dòng. Bởi vì các đường dẫn khí và không khí được bịt kín về mặt vật lý với nhau ngoại trừ xuyên qua bức tường kim loại, nên sự nhiễm bẩn chéo (rò rỉ) giữa hai luồng vốn đã thấp, thường ở mức 1–3% . Điều này làm cho thiết kế hình ống trở nên hấp dẫn khi phải giảm thiểu sự rò rỉ không khí vào dòng khí thải, chẳng hạn như nồi hơi có thiết bị phát thải nhạy cảm ở hạ lưu.

Tái sinh (quay) máy làm nóng không khí

Bộ làm nóng sơ bộ không khí tái tạo, thường được gọi là thiết bị kiểu Ljungström, sử dụng một rôto lớn được đóng gói với các tấm lưu trữ nhiệt dạng sóng quay chậm qua cả ống khói và ống dẫn khí. Khi một phần của rôto đi qua dòng khí nóng, nó sẽ hấp thụ nhiệt; khi phần tương tự quay vào luồng không khí, nó sẽ giải phóng lượng nhiệt được lưu trữ đó vào không khí đốt đi vào. Chu trình lưu trữ và giải phóng liên tục này mang lại cho các thiết bị tái sinh một diện tích nhỏ gọn và hiệu suất truyền nhiệt mạnh so với kích thước của chúng, nhưng các vòng đệm quay giữa các khu vực chắc chắn sẽ cho phép một số không khí rò rỉ vào phía khí thải, điển hình là 5–12% và sự biến dạng nhiệt của rôto theo thời gian có thể mở rộng khoảng cách này hơn nữa nếu các vòng đệm không được bảo trì.

Bộ làm nóng không khí bằng ống dẫn nhiệt

Bộ làm nóng không khí bằng ống dẫn nhiệt kết hợp các đặc điểm của cả hai thiết kế trên. Nó sử dụng một dãy ống dẫn nhiệt có vây, kín - mỗi ống chứa một lượng nhỏ chất lỏng làm việc trong chân không - được bố trí sao cho đầu bay hơi của mỗi ống nằm trong ống dẫn khí thải và đầu ngưng tụ nằm trong ống dẫn khí riêng biệt. Nhiệt hấp thụ ở đầu nóng làm bay hơi chất lỏng làm việc, hơi di chuyển đến đầu lạnh và ngưng tụ khi nó tỏa nhiệt cho không khí đốt, và chất lỏng ngưng tụ quay trở lại đầu nóng nhờ trọng lực hoặc bấc để lặp lại chu trình. Bởi vì các ống dẫn khí và ống dẫn khí vẫn tách biệt về mặt vật lý, chỉ được kết nối bằng các thành ống kín, bộ sấy sơ bộ không khí bằng ống dẫn nhiệt giữ cho sự rò rỉ gần bằng mức dạng ống trong khi đạt được hệ số truyền nhiệt trên một đơn vị diện tích bề mặt thường cao hơn so với thiết kế hình ống trơn, nhờ cơ chế truyền thay đổi pha và bề mặt cánh tản nhiệt mở rộng. Một ưu điểm thực tế bổ sung là các bó ống dẫn nhiệt có dạng mô-đun: thường có thể kiểm tra, làm sạch hoặc thay thế các hàng riêng lẻ mà không cần tháo dỡ toàn bộ bộ phận, điều này rất hữu ích đối với nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao, nơi các hàng lạnh nhất bị hôi hoặc ăn mòn nhanh nhất.

Điểm mấu chốt: Bộ sấy sơ bộ không khí dạng ống và ống dẫn nhiệt có lợi thế ít rò rỉ là không có vòng đệm quay, trong khi các thiết bị tái sinh đánh đổi độ rò rỉ cao hơn để có diện tích nhỏ hơn và hiệu suất truyền nhiệt nhỏ gọn mạnh mẽ.

Bộ làm nóng không khí bằng ống dẫn nhiệt hoạt động như thế nào so với các thiết kế thông thường

Nhiệt độ thoát ra của khí thải rời khỏi bộ sấy sơ bộ không khí là một trong những chỉ số rõ ràng nhất về lượng nhiệt mà thiết bị đã thu hồi, vì mỗi độ còn lại trong khí ở ống khói là năng lượng chưa được chuyển hóa thành không khí được làm nóng trước hữu ích. Người mua so sánh các sản phẩm của nhà sản xuất bộ sấy sơ bộ không khí thường bắt đầu bằng cách hỏi mỗi thiết kế có thể điều khiển nhiệt độ thoát ra thấp đến mức nào, bởi vì nhiệt độ thoát thấp hơn thường có nghĩa là hiệu suất thu hồi nhiệt cao hơn, miễn là điểm sương axit của nhiên liệu đang sử dụng được tôn trọng. Tuy nhiên, việc đạt được nhiệt độ thoát thấp hơn không phải là miễn phí vì nó thường đòi hỏi bề mặt truyền nhiệt lớn hơn hoặc cơ chế truyền nhiệt hiệu quả hơn, cả hai đều ảnh hưởng đến lượng vốn và kế hoạch bảo trì. Biểu đồ bên dưới minh họa nhiệt độ thoát khí thải điển hình của ba loại bộ sấy sơ bộ được mô tả ở trên, bắt đầu từ nhiệt độ đầu vào cơ sở chung là 320°C đi vào thiết bị. Những số liệu này là phạm vi đại diện được rút ra từ thực tiễn nồi hơi công nghiệp nói chung chứ không phải là kết quả từ một lần lắp đặt cụ thể và hiệu suất thực tế phụ thuộc vào tải nồi hơi, loại nhiên liệu và kích thước bộ sấy sơ bộ.

So sánh máy đo cho thấy một bộ làm nóng sơ bộ không khí dạng ống đưa khí thải xuống gần 165°C , phản ánh hệ số truyền nhiệt vừa phải và sự phụ thuộc vào bức tường kim loại là đường truyền nhiệt duy nhất giữa khí và không khí. Bộ làm nóng sơ bộ không khí tái sinh đạt được nhiệt độ thoát thấp hơn khoảng 110°C bởi vì ma trận lưu trữ nhiệt quay của nó có diện tích bề mặt hiệu quả rất lớn trong một thể tích nhỏ gọn, mang lại cho nó khả năng thu hồi nhiệt thô mạnh nhất trong ba thiết kế. Bộ làm nóng không khí bằng ống dẫn nhiệt nằm giữa hai bộ phận ở khoảng 130°C , được hưởng lợi từ hệ số truyền nhiệt trên mỗi khu vực cao hơn của ống dẫn nhiệt thay đổi pha và bề mặt cánh tản nhiệt mở rộng, trong khi vẫn giữ mức rò rỉ gần với mức ống vì ống dẫn khí và ống dẫn khí vẫn được bịt kín với nhau. Đối với một nhà máy đốt than có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn, vị trí ở giữa này có thể là một lợi thế: thiết kế ống dẫn nhiệt thu hồi nhiều nhiệt hơn đáng kể so với thiết bị hình ống trơn mà không thừa hưởng độ rò rỉ không khí cao hơn mà các vòng đệm quay của thiết bị tái sinh gây ra. Ngược lại, khi hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu rất thấp và khả năng chịu rò rỉ ít nghiêm trọng hơn, nhiệt độ thoát ra thấp hơn của bộ sấy sơ bộ không khí tái sinh có thể chuyển thành con số hiệu suất thô mạnh nhất trong ba lựa chọn. Cũng cần lưu ý rằng nhiệt độ thoát ra khi lái xe quá thấp so với hàm lượng lưu huỳnh của nhiên liệu nhất định sẽ làm tăng nguy cơ ăn mòn điểm sương axit ở đầu lạnh, vì vậy nhiệt độ thoát tối thiểu thực tế là một chức năng của hóa học nhiên liệu cũng như thiết kế thiết bị. Các kỹ sư nồi hơi thường giữ nhiệt độ của các thiết bị đốt than ở trên khoảng 120°C và cho phép các thiết bị đốt bằng khí sạch hơn chạy ở nhiệt độ gần hơn đến 90–100°C. Một nhà cung cấp bộ sấy sơ bộ không khí có kinh nghiệm sẽ xác định kích thước vật liệu đầu nguội và mục tiêu nhiệt độ thoát ra cùng nhau, thay vì tối ưu hóa việc thu hồi nhiệt một cách riêng biệt. Bởi vì các mô-đun có vây của bộ làm nóng sơ bộ không khí bằng ống dẫn nhiệt có thể được hoán đổi theo hàng, nên đôi khi các nhà máy lắp đặt vật liệu chống ăn mòn nhiều hơn một chút ở các hàng lạnh nhất, đặc biệt là cho phép toàn bộ thiết bị được đẩy gần hơn đến hiệu suất phục hồi của thiết kế tái tạo mà không bị phạt ăn mòn toàn bộ thiết bị. Nhìn chung, sự so sánh này là một trong những điểm khởi đầu hữu ích nhất khi thu hẹp loại bộ sấy sơ bộ không khí nào phù hợp nhất với chu trình làm việc và nhiên liệu cụ thể.

Ở đâu Máy làm nóng không khí Được sử dụng trong toàn ngành

Máy sấy sơ bộ không khí không bị giới hạn ở bất kỳ khu vực nào; chúng xuất hiện ở bất cứ nơi nào mà quá trình đốt cháy tạo ra khí thải đủ nóng để có thể phục hồi. Sản xuất điện vẫn là ứng dụng đơn lẻ lớn nhất vì các nồi hơi điện và nồi hơi điện chạy liên tục ở mức tải cao, giúp tối đa hóa giá trị hàng năm của mỗi điểm phần trăm hiệu suất đạt được. Các ngành công nghiệp nặng có lò riêng - luyện kim, xử lý hóa chất và sản xuất vật liệu xây dựng - chiếm phần lớn nhu cầu còn lại, mỗi ngành có đặc tính khí thải riêng và vấn đề ăn mòn. Hiểu được sự phân bố điển hình này giúp giải thích tại sao các nhà sản xuất bộ sấy sơ bộ không khí lại đưa ra nhiều cấu hình khác nhau thay vì một sản phẩm tiêu chuẩn duy nhất. Biểu đồ bên dưới trình bày sự phân bổ đại diện về công suất bộ sấy sơ bộ không khí được lắp đặt theo lĩnh vực sử dụng cuối, dựa trên mô hình triển khai công nghiệp chung thay vì một bộ dữ liệu độc quyền duy nhất.

Sản xuất điện chiếm khoảng 32% về việc triển khai bộ sấy sơ bộ không khí điển hình, được thúc đẩy bởi các nồi hơi tiện ích đốt than và khí đốt lớn, trong đó hiệu suất tăng thêm một điểm phần trăm trên một thiết bị vận hành liên tục sẽ góp phần tiết kiệm nhiên liệu đáng kể hàng năm. Luyện kim và thép chiếm khoảng 26% , bao phủ các lò cao, lò hâm nóng và dây chuyền ủ nơi thu hồi nhiệt thải từ khí thải vừa cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu vừa giúp ổn định việc kiểm soát nhiệt độ lò. Quá trình xử lý hóa chất và hóa dầu chiếm gần 19% trong tổng số; theo Global Market Insights, chỉ riêng phân khúc thiết bị thu hồi nhiệt thải hóa học đã có giá trị hơn 11 tỷ đô la Mỹ vào năm 2025, phản ánh quy mô của quy trình gia nhiệt và nồi hơi trong lĩnh vực này dựa vào thiết bị thu hồi khí thải. Sản xuất vật liệu xây dựng, bao gồm lò nung xi măng và lò nấu chảy thủy tinh, góp phần 14% , trong đó việc thu hồi nhiệt thải gắn liền với cả mục tiêu kiểm soát chi phí năng lượng và giảm phát thải. Đại khái còn lại 9% bao gồm bột giấy và giấy, chế biến thực phẩm, hoàn thiện dệt may và các ngành công nghiệp chế biến khác vận hành nồi hơi nhỏ hơn nhưng vẫn được hưởng lợi từ bộ sấy sơ bộ không khí công nghiệp có kích thước phù hợp với quy mô của chúng. Theo Grand View Research, thị trường hệ thống thu hồi nhiệt thải rộng hơn - trong đó máy sấy sơ bộ không khí là một loại thiết bị chính - dự kiến sẽ tăng trưởng từ khoảng 55 tỷ đô la Mỹ vào năm 2023 lên hơn 100 tỷ đô la Mỹ đến năm 2030, một quỹ đạo chủ yếu được thúc đẩy bởi các ngành công nghiệp tương tự được trình bày trong biểu đồ này nhằm thắt chặt các mục tiêu về hiệu quả sử dụng năng lượng và phát thải. Đối với một nhà cung cấp thiết bị sấy sơ bộ không khí, sự lan rộng nhu cầu giữa các lĩnh vực cũng có nghĩa là thiết bị thường cần được thiết kế phù hợp với các chất hóa học khí thải rất khác nhau, từ khí thải tự nhiên tương đối sạch đến các dòng có hàm lượng lưu huỳnh cao, hạt cao từ nồi hơi đốt than và hoạt động thiêu kết. Sự khác biệt đó chính là lý do tại sao việc chọn đúng loại và kết hợp vật liệu, được thảo luận sau trong hướng dẫn này, lại quan trọng như con số hiệu suất tiêu đề.

Cân bằng nhiệt: Máy sưởi sơ bộ không khí thực sự phục hồi bao nhiêu khí thải

Để hiểu được vai trò thực sự của bộ sấy sơ bộ không khí, cần xem xét sự cân bằng nhiệt đầy đủ của nồi hơi thay vì tách riêng bộ sấy sơ bộ. Mỗi nồi hơi đều thất thoát một phần năng lượng nhiên liệu trong ống khói cho dù nó được thiết kế tốt đến đâu, và câu hỏi thực tế đối với kỹ sư nhà máy là có thể thu hồi được bao nhiêu phần tổn thất đó về mặt kinh tế và bằng thiết bị nào. Một bộ tiết kiệm thường thu hồi một phần nhiệt khí thải đáng kể bằng cách làm nóng trước nước cấp của lò hơi, và một bộ làm nóng sơ bộ không khí sẽ thu hồi một phần bổ sung bằng cách làm nóng trước không khí đốt. Bởi vì hai thiết bị này hoạt động nối tiếp dọc theo cùng một đường dẫn khí thải, lượng mà bộ sấy sơ bộ không khí vẫn có thể thu được phụ thuộc một phần vào lượng bộ tiết kiệm phía trước nó đã loại bỏ được bao nhiêu. Biểu đồ dưới đây minh họa mối quan hệ này cho một đại diện 130 tấn/giờ nồi hơi công nghiệp, so sánh tổng nhiệt thu hồi khi không lắp đặt bộ sấy sơ bộ không khí với ba cấu hình bộ sấy sơ bộ không khí được thêm vào phía sau của cùng một bộ tiết kiệm.

Khi không lắp đặt bộ sấy sơ bộ không khí, nồi hơi tiêu biểu này sẽ thu hồi được khoảng 14 gigajoules mỗi giờ hoạt động chỉ thông qua bộ tiết kiệm và tất cả nhiệt khí thải còn lại thoát ra ngoài qua ống khói không được sử dụng. Việc bổ sung thêm bộ sấy sơ bộ không khí dạng ống sẽ làm tăng tổng nhiệt thu hồi lên khoảng 23 gigajoules mỗi giờ , đóng góp về 9 gigajoules mỗi giờ trên phần chia sẻ của người tiết kiệm. Trong so sánh này, thiết bị làm nóng sơ bộ không khí tái sinh thu hồi nhiều nhất, nâng tổng nhiệt thu hồi lên xấp xỉ 27 gigajoules mỗi giờ , phù hợp với nhiệt độ thoát khí thải thấp hơn được thể hiện trong so sánh máy đo trước đó. Bộ làm nóng không khí bằng ống dẫn nhiệt nằm sát phía sau xung quanh 26 gigajoules mỗi giờ , xác nhận rằng hiệu suất phục hồi của nó đạt đến thiết kế tái sinh, đồng thời, như đã thảo luận trước đó, tránh được mức độ rò rỉ không khí cao hơn đi kèm với hệ thống phốt quay. Nói một cách tương đối, điều này có nghĩa là việc lắp đặt bất kỳ loại bộ sấy sơ bộ không khí nào trong số ba loại bộ sấy sơ bộ không khí sẽ làm tăng gần gấp đôi tổng lượng nhiệt thu hồi từ khí thải so với việc chỉ dựa vào bộ tiết kiệm, đó là lý do tại sao bộ sấy sơ bộ không khí được coi là một trong những nâng cấp hiệu quả tiết kiệm chi phí hơn dành cho nồi hơi hiện có. Cần lưu ý rằng các con số cụ thể trong biểu đồ này sẽ thay đổi đối với các nồi hơi có công suất, loại nhiên liệu hoặc kích thước bộ tiết kiệm hiện có khác nhau, vì vậy chúng nên được hiểu là minh họa cho mô hình tương đối giữa các cấu hình thay vì là sự đảm bảo cho bất kỳ nhà máy riêng lẻ nào. Công suất nồi hơi có ảnh hưởng mạnh mẽ đến giá trị tuyệt đối của lượng nhiệt thu hồi này: một nồi hơi lớn hơn vận hành cùng số giờ mỗi năm sẽ tiết kiệm nhiên liệu lớn hơn tương ứng từ cùng mức tăng hiệu suất theo phần trăm. Đối với các nhà máy đang đánh giá một trang bị thêm, quan điểm cân bằng nhiệt này thường mang lại nhiều thông tin hơn tỷ lệ phần trăm hiệu suất tiêu đề đơn lẻ, vì nó cho thấy rõ lượng năng lượng khí thải sẵn có đã được thu giữ trước khi bộ sấy sơ bộ không khí được lắp đặt và do đó mức tăng thêm là bao nhiêu trên thực tế. Một nhà sản xuất bộ sấy sơ bộ không khí nồi hơi có kinh nghiệm thường sẽ yêu cầu dữ liệu hiệu suất của bộ tiết kiệm hiện có trước khi đề xuất kích thước bộ sấy sơ bộ không khí cụ thể, chính xác là do mối quan hệ nối tiếp giữa hai thiết bị.

Ăn mòn, bám bẩn và lựa chọn vật liệu cho ống làm nóng không khí

Quá trình làm mát tương tự làm cho bộ sấy sơ bộ không khí trở nên có giá trị cũng tạo ra thách thức vận hành quan trọng nhất. Khi khí thải đi qua thiết bị và mất nhiệt, nhiệt độ của nó có thể giảm xuống dưới điểm sương axit - nhiệt độ mà hơi axit sulfuric, hình thành khi lưu huỳnh trioxit trong khí thải phản ứng với hơi nước, bắt đầu ngưng tụ thành màng lỏng trên bề mặt kim loại lạnh. Axit ngưng tụ này tấn công thép cacbon không được bảo vệ và tạo ra các sản phẩm ăn mòn kết hợp với tro bay và bồ hóng tạo thành cặn dính làm hạn chế hơn nữa dòng khí và giảm sự truyền nhiệt, một vấn đề ăn mòn và tắc nghẽn kết hợp tập trung gần như hoàn toàn ở các hàng lạnh nhất của bộ sấy sơ bộ, gần nơi không khí xung quanh tiếp xúc đầu tiên với thiết bị.

Do rủi ro này tập trung ở một vị trí có thể dự đoán được nên các nhà sản xuất bộ sấy sơ bộ không khí giải quyết vấn đề này chủ yếu thông qua việc lựa chọn vật liệu ở đầu lạnh thay vì thiết kế lại toàn bộ thiết bị. Các phương pháp phổ biến bao gồm các ống thép cacbon tráng men, tạo ra lớp chắn chống axit giống như thủy tinh với chi phí vật liệu tương đối khiêm tốn; thép phong hóa (thường được gọi bằng tên thương mại như hợp kim loại Corten), tạo thành lớp oxit bảo vệ ổn định khi tiếp xúc với axit nhẹ; các loại thép không gỉ austenit như 304 hoặc 316L dùng cho nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh từ trung bình đến cao, mang lại khả năng chống ăn mòn mạnh hơn với chi phí chế tạo và vật liệu cao hơn; và, đối với các hoạt động có hàm lượng lưu huỳnh cao hoặc clo cao nghiêm trọng nhất, các hợp kim gốc niken hoặc các mối nối hàn đồng niken ở các mối nối ống với đầu ống lộ ra nhiều nhất, vì các mối nối hàn vảy cứng ít bị tấn công cục bộ hơn có thể phát triển ở các mối hàn thông thường trong chu trình nhiệt lặp đi lặp lại.

Do các bó bộ làm nóng không khí bằng ống dẫn nhiệt có dạng mô-đun nên các nhà máy thường chỉ định vật liệu chống ăn mòn tốt hơn chỉ ở một hoặc hai hàng ống lạnh nhất thay vì trên toàn bộ thiết bị, giúp kiểm soát chi phí vật liệu trong khi vẫn bảo vệ khu vực có rủi ro cao nhất. Việc phân loại vật liệu theo từng hàng này khó đạt được hơn trong thiết kế dạng ống, trong đó toàn bộ bó thường là một vật liệu duy nhất và không thực tế trong rôto tái sinh, nơi các tấm lưu trữ nhiệt quay qua cả hai vùng nhiệt độ và do đó cần được bảo vệ đồng đều trên toàn bộ giỏ. Việc giám sát thường xuyên nhiệt độ thoát ra của khí thải so với điểm sương axit được tính toán đối với hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu cụ thể đang sử dụng vẫn là cách hiệu quả nhất để ngăn chặn loại ăn mòn này phát triển ngay từ đầu, bất kể thiết kế bộ sấy sơ bộ không khí nào được lắp đặt.

Điểm mấu chốt: Ăn mòn ở đầu lạnh được thúc đẩy bởi sự ngưng tụ axit sulfuric và việc lựa chọn vật liệu - không chỉ loại bộ sấy sơ bộ - là đòn bẩy chính để quản lý nó một cách tiết kiệm.

Thực hành bảo trì phù hợp với loại nhiên liệu

Các yêu cầu bảo trì đối với bộ sấy sơ bộ không khí chủ yếu được quyết định bởi loại nhiên liệu chứ không phải bởi kích cỡ nồi hơi, bởi vì các cơ chế bám bẩn và ăn mòn được mô tả ở trên có hàm lượng tro và hàm lượng lưu huỳnh hơn là với sản lượng hơi nước. Nhiên liệu đốt sạch như khí tự nhiên để lại rất ít cặn hạt và sự hình thành lưu huỳnh trioxit tương đối thấp, do đó bề mặt truyền nhiệt luôn sạch trong thời gian dài giữa các lần kiểm tra. Ngược lại, các nhiên liệu rắn như than đá và sinh khối tạo ra tro bay đáng kể và trong trường hợp than có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn, sự ngưng tụ axit mạnh hơn ở đầu lạnh, cả hai đều rút ngắn khoảng thời gian thực tế giữa các lần làm sạch. Việc thực hiện sai khoảng thời gian bảo trì này theo một trong hai hướng sẽ dẫn đến chi phí thực tế: làm sạch quá mức gây lãng phí nhân công và tăng thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch, trong khi làm sạch không đúng mức sẽ tạo điều kiện cho cặn bẩn tích tụ, làm tăng độ sụt áp trên toàn bộ thiết bị, tăng mức tiêu thụ điện của quạt và dần dần làm xói mòn hiệu quả đạt được mà bộ sấy sơ bộ không khí đã được lắp đặt ngay từ đầu. Sơ đồ nhiệt bên dưới đưa ra các khoảng thời gian vệ sinh điển hình được khuyến nghị cho năm loại nhiên liệu phổ biến và ba thiết kế bộ sấy sơ bộ không khí chính.

Đối với khí tự nhiên, cả ba loại bộ sấy sơ bộ không khí thường có thể chạy 18 đến 24 tháng giữa các lần làm sạch hoàn toàn, vì nhiên liệu tạo ra lượng tro tối thiểu và lượng lưu huỳnh trioxit thấp. Dầu nhiên liệu nhẹ rút ngắn thời gian này xuống còn khoảng 9 đến 12 tháng trên ba thiết kế giống nhau, phản ánh hàm lượng lưu huỳnh cao hơn so với khí tự nhiên. Than có hàm lượng lưu huỳnh thấp, được định nghĩa ở đây như sau: 1% lưu huỳnh theo trọng lượng, làm giảm khoảng cách xuống khoảng 4 đến 6 tháng , phần lớn là do tải tro bay chứ không phải do ăn mòn. Than có hàm lượng lưu huỳnh cao trên khoảng 1% lưu huỳnh đòi hỏi sự chú ý thường xuyên nhất, với các khoảng thời gian được nén xuống chỉ còn 2 đến 3 tháng vì cả cặn bám và ăn mòn điểm sương axit đều tăng tốc cùng nhau. Nhiên liệu sinh khối nằm trong phạm vi tương tự như than có hàm lượng lưu huỳnh cao ở 2 đến 4 tháng , được thúc đẩy chủ yếu bởi tro giàu kiềm có xu hướng mềm và bám vào bề mặt nóng hơn là do hàm lượng lưu huỳnh. Trên mỗi loại nhiên liệu trong so sánh này, bộ làm nóng sơ bộ không khí tái sinh luôn cần khoảng thời gian ngắn nhất trong ba thiết kế, điều này phản ánh cả diện tích bề mặt hiệu quả lớn hơn của nó để thu thập nhiều hạt hơn và độ nhạy tăng thêm của các vòng đệm quay của nó đối với bất kỳ sự tích tụ cặn nào. Bộ làm nóng sơ bộ không khí bằng ống nhiệt thường phù hợp hoặc vượt quá một chút khoảng thời gian của thiết kế hình ống và cho thấy lợi thế khiêm tốn so với hình ống, đặc biệt là về sinh khối, mà kinh nghiệm trong ngành cho rằng khả năng làm sạch hoặc thay thế các hàng vây riêng lẻ mà không cần tháo dỡ toàn bộ bó. Đối với bất kỳ nhiên liệu nào có hàm lượng tro đáng kể, hầu hết các nhà sản xuất thiết bị làm nóng sơ bộ không khí nồi hơi đều khuyến nghị kết hợp thiết bị với hệ thống thổi bồ hóng, sử dụng hơi nước hoặc khí nén, giúp kéo dài khoảng thời gian giữa các lần kiểm tra thủ công bất kể thiết kế nào trong ba thiết kế được lắp đặt. Các nhà máy chuyển đổi nguồn nhiên liệu, ví dụ từ khí tự nhiên sang hỗn hợp than, nên đồng thời xem xét lịch bảo trì bộ sấy sơ bộ không khí của mình, vì khoảng thời gian thích hợp có thể thay đổi đáng kể ngay cả khi thiết bị vật lý không thay đổi.

Cách chọn và kích thước bộ làm nóng không khí cho nồi hơi của bạn

Việc chỉ định bộ sấy sơ bộ không khí phù hợp bắt đầu bằng hình ảnh rõ ràng về khí thải và các điều kiện không khí mà thiết bị sẽ thực sự thấy khi vận hành chứ không chỉ công suất trên bảng tên của lò hơi. Nhà cung cấp bộ sấy sơ bộ không khí thường sẽ yêu cầu dữ liệu cốt lõi sau trước khi đề xuất thiết kế:

1. Tốc độ dòng khí thải và nhiệt độ đầu vào tại điểm lắp đặt bộ sấy sơ bộ không khí, thông thường ngay sau bộ tiết kiệm
2. Loại nhiên liệu và hàm lượng lưu huỳnh, vì điều này quyết định nhiệt độ thoát khí thải an toàn tối thiểu và vật liệu đầu nguội
3. Nhiệt độ làm nóng trước không khí đốt mục tiêu, thường được đặt theo yêu cầu của đầu đốt hoặc máy nghiền thay vì được chọn tự do
4. Định tuyến dấu chân và ống dẫn có sẵn, đặc biệt đối với các dự án trang bị thêm trên nồi hơi hiện có với không gian hạn chế
5. Dung sai rò rỉ không khí có thể chấp nhận được, có thể loại trừ thiết kế tái tạo trong đó thiết bị phía sau nhạy cảm với sự pha loãng khí
6. Tần suất ngừng hoạt động và tiếp cận bảo trì theo kế hoạch, vì các thiết bị tái tạo yêu cầu bảo trì phớt thường xuyên hơn so với thiết kế dạng ống hoặc ống dẫn nhiệt

Khi đã biết các tham số này, việc lựa chọn loại thường tuân theo logic đơn giản. Khi không gian sàn bị hạn chế và hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu thấp, kích thước nhỏ gọn của thiết bị làm nóng sơ bộ không khí tái sinh và khả năng thu hồi nhiệt mạnh mẽ khiến thiết bị này trở thành sự lựa chọn hiệu quả. Trong trường hợp ưu tiên giảm thiểu rò rỉ không khí hoặc khi nồi hơi đốt nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn và nhà máy chỉ muốn phân loại vật liệu chống ăn mòn ở những hàng lạnh nhất thay vì toàn bộ thiết bị, bộ sấy sơ bộ không khí bằng ống dẫn nhiệt thường phù hợp hơn. Trong trường hợp sự đơn giản, khoảng thời gian bảo trì dài và rủi ro về bộ phận chuyển động thấp nhất có thể là vấn đề quan trọng nhất thì bộ sấy sơ bộ không khí dạng ống vẫn là một lựa chọn đáng tin cậy, đặc biệt là trên các nồi hơi công nghiệp cỡ nhỏ và cỡ trung. Bảng dưới đây tóm tắt một số biến thể cấu hình phổ biến mà nhà sản xuất bộ sấy sơ bộ không khí tùy chỉnh thường có thể cung cấp trong mỗi loại trong số ba loại chính.

Tái tạo hai ngành
Rotor chia thành hai vùng (khí và không khí); cấu hình tiêu chuẩn cho hầu hết các nồi hơi công nghiệp. Tái sinh ba ngành
Thêm một khu vực thứ ba cho không khí sơ cấp (sấy than), phổ biến trên các nồi hơi đốt than nghiền thành bột. Ống ống có vây
Bề mặt vây mở rộng làm tăng diện tích truyền nhiệt trong cùng một diện tích hình ống. Ống ống tráng men
Lớp phủ men tăng thêm khả năng kháng axit khi đốt than và dầu có hàm lượng lưu huỳnh vừa phải. Ống dẫn nhiệt đơn và đôi
Đường chuyền bổ sung giúp tăng thời gian tiếp xúc để có khả năng phục hồi cao hơn trong một phạm vi hạn chế.

Điểm mấu chốt: Việc lựa chọn loại phải tuân theo trực tiếp từ hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu, dấu chân, khả năng chịu rò rỉ và khả năng tiếp cận bảo trì - không chỉ dựa trên số liệu về hiệu suất.

Cân nhắc về việc lắp đặt, vận hành và trang bị thêm

Việc bổ sung bộ sấy sơ bộ không khí vào nồi hơi hiện có mà không được thiết kế ban đầu là trang bị thêm nhằm tiết kiệm năng lượng thông thường và nhìn chung việc này phức tạp hơn việc lắp đặt bộ sấy sơ bộ trên công trình mới chỉ vì định tuyến ống dẫn, hỗ trợ cấu trúc và công suất quạt gió đều phải được tích hợp vào bố cục hiện có. Một dự án trang bị thêm thường bắt đầu bằng việc khảo sát địa điểm và phân tích khí thải để xác nhận tốc độ dòng chảy và nhiệt độ vận hành thực tế, vì những giá trị này có thể khác với giá trị thiết kế ban đầu sau nhiều năm vận hành. Kỹ thuật kết cấu tuân theo để xác nhận rằng buồng nồi hơi có thể hỗ trợ thêm trọng lượng và tải trọng ống dẫn, đồng thời kiểm tra quạt gió cảm ứng và cưỡng bức để xác nhận rằng chúng có đủ biên độ để xử lý mức giảm áp suất bổ sung mà bộ sấy sơ bộ không khí mới sẽ đưa vào đường dẫn khí và không khí.

Việc vận hành bộ sấy sơ bộ không khí, dù mới được lắp đặt hay trang bị thêm, thường tuân theo khuôn khổ được nêu trong các mã kiểm tra hiệu suất của bộ làm nóng không khí được công nhận như ASME PTC 4.3, xác định các phương pháp tiêu chuẩn để đo hiệu suất truyền nhiệt, tốc độ rò rỉ không khí và giảm áp suất trong các điều kiện được kiểm soát. Kiểm tra rò rỉ đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị tái sinh, vì độ mòn của đệm kín trong quá trình vận chuyển và lắp đặt có thể không được chú ý cho đến khi lò hơi đã đi vào hoạt động. Sau khi đưa vào vận hành, hầu hết các nhà máy đều lên lịch kiểm tra hiệu suất tiếp theo sau vài nghìn giờ vận hành đầu tiên để xác nhận rằng nhiệt độ thoát ra đo được và độ giảm áp suất vẫn gần với các giá trị mà nhà sản xuất bộ sấy sơ bộ không khí chỉ định ở giai đoạn thiết kế và để nắm bắt mọi xu hướng tắc nghẽn sớm trước khi nó trở thành vấn đề bảo trì lớn hơn.

Cụ thể, đối với các dự án trang bị thêm, việc lập kế hoạch cho việc ngừng hoạt động lò hơi theo kế hoạch thường là yếu tố quyết định thời gian của dự án, vì hầu hết các công việc liên kết cơ học phải diễn ra trong khi lò hơi ngừng hoạt động. Hợp tác chặt chẽ với nhà cung cấp bộ sấy sơ bộ không khí có kinh nghiệm trong giai đoạn thiết kế, thay vì sau khi thiết bị đã được đặt hàng, có xu hướng rút ngắn khoảng thời gian ngừng hoạt động này vì các giao diện ống dẫn và giá đỡ kết cấu có thể được thiết kế trước để phù hợp với lò hơi hiện có thay vì điều chỉnh tại chỗ.

Jiangsu Shineng với tư cách là nhà sản xuất và cung cấp máy sưởi sơ bộ không khí

Việc chọn một nhà sản xuất bộ sấy sơ bộ không khí có độ sâu kỹ thuật nội bộ chính hãng là vấn đề quan trọng nhất trong các lĩnh vực được đề cập ở trên: chất lượng chế tạo ống dẫn nhiệt, tính toàn vẹn của mối nối ở đầu nguội và khả năng phân loại vật liệu theo từng hàng cho một loại nhiên liệu cụ thể thay vì đưa ra một thiết kế cố định duy nhất. Là nhà sản xuất thiết bị thu hồi nhiệt thải khí thải công nghiệp Trung Quốc và nhà máy sản xuất thiết bị xử lý hóa chất, Công ty TNHH Thiết bị hóa chất Shineng Giang Tô , được thành lập vào năm 2005, chuyên nghiên cứu, phát triển và sản xuất các hệ thống thu hồi nhiệt thải khí thải và thiết bị hóa học, với khả năng nội bộ toàn diện, bao gồm phát triển ống dẫn nhiệt, hàn đồng dựa trên niken và chế tạo bình chịu áp lực. Sự kết hợp này đặc biệt liên quan đến công nghệ làm nóng sơ bộ không khí bằng ống dẫn nhiệt được thảo luận trong suốt hướng dẫn này, vì hiệu suất và tuổi thọ của ống dẫn nhiệt phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng sản xuất ở cấp độ ống kín và mối nối thay vì chỉ thiết kế tổng thể của bộ phận.

Các sản phẩm của Jiangsu Shineng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất than, luyện kim, sản xuất điện và amoniac tổng hợp, đồng thời thiết bị của công ty đã được xuất khẩu sang thị trường nước ngoài. Vì mỗi bộ sấy sơ bộ không khí dạng ống, tái sinh và ống dẫn nhiệt phù hợp với các điều kiện nhiên liệu và dấu chân khác nhau, như đã nêu trong hướng dẫn lựa chọn ở trên, nên làm việc với nhà sản xuất có khả năng thiết kế trên cả ba cấu hình — thay vì một dòng sản phẩm cố định duy nhất — cho phép nhà máy điều chỉnh thiết bị phù hợp với điều kiện vận hành thực tế thay vì điều chỉnh các điều kiện vận hành cho phù hợp với một phạm vi sản phẩm hạn chế. Đối với các nhà máy đang đánh giá bộ sấy sơ bộ không khí của lò hơi mới hoặc lên kế hoạch trang bị thêm cho thiết bị hiện có, năng lực nội bộ này, từ sản xuất ống dẫn nhiệt đến chế tạo bình áp lực, hỗ trợ phản ứng kỹ thuật phù hợp hơn đối với các hạn chế về không gian và hóa học khí thải của từng dự án cụ thể.