Lò hơi nhiệt thải thiêu kết trên ống dẫn khí thải chính hoạt động như thế nào?

Nồi hơi nhiệt thải thiêu kết trên ống dẫn khí thải chính làm gì

A Lò hơi nhiệt thải thiêu kết trên ống khói chính là một bộ trao đổi nhiệt được lắp đặt trực tiếp trong dòng chảy chính của máy thiêu kết và chức năng trực tiếp của nó là thu hồi nhiệt hợp lý từ khí thải thiêu kết và chuyển nó thành hơi trước khi khí tiếp tục đến hệ thống loại bỏ bụi và ngăn xếp. Trong hầu hết các nhà máy thiêu kết, ống khói chính mang dòng khí nóng lớn nhất do quy trình tạo ra, do đó, đặt nồi hơi nhiệt thải trong ống dẫn này là một trong những cách hiệu quả nhất để thu hồi năng lượng nhiệt mà không làm ảnh hưởng đến chính máy thiêu kết.

Hơi nước tạo ra thường được dẫn đến tuabin để phát điện, đến thiết bị khử khí để làm nóng sơ bộ nước cấp hoặc đến mạng lưới sưởi ấm của nhà máy, giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng cụ thể của dây chuyền thiêu kết. Đối với những người vận hành nhà máy, kỹ sư và người mua thiết bị đang nghiên cứu công nghệ này, các câu hỏi thực tế thường liên quan đến cấu hình, cấu trúc, tiêu chí lựa chọn và bảo trì dài hạn của nồi hơi, tất cả đều được đề cập trong các phần bên dưới.

Các loại và tính năng phổ biến của nồi hơi nhiệt thải thiêu kết

Các nồi hơi nhiệt thải thiêu kết được sử dụng trên ống dẫn khí thải chính thường thuộc một số họ cấu hình, mỗi họ phù hợp với các điều kiện khí thải và cách bố trí nhà máy khác nhau. Việc hiểu rõ các loại này sẽ giúp nhà máy thiêu kết, nhà thầu EPC hoặc nhà cung cấp thiết bị điều chỉnh lò hơi phù hợp với nhiệt độ khí thực tế, tải lượng bụi và không gian lắp đặt sẵn có.

Trên các cấu hình này, nồi hơi được sử dụng trên ống dẫn khí thải chính có chung một số đặc điểm: bó trao đổi nhiệt dạng ống hoặc ống trần được thiết kế cho nhiệt độ khí thải vừa phải, hệ thống thổi bồ hóng tích hợp hoặc gắn liền để kiểm soát sự lắng đọng tro, các khe co giãn để hấp thụ chuyển động nhiệt trong ống dẫn và bố trí van điều tiết vòng để khí có thể được chuyển hướng xung quanh lò hơi trong quá trình khởi động, tắt máy hoặc bảo trì mà không làm gián đoạn máy thiêu kết.

Nguyên tắc và cấu trúc làm việc

Nguyên lý làm việc của nồi hơi đốt nhiệt thải trên ống khói chính về khái niệm rất đơn giản: khí thải nóng rời khỏi máy thiêu kết và quạt hút chính của nó đi qua một loạt bó ống bên trong vỏ nồi hơi và nhiệt được truyền từ phía khí sang nước và hơi nước ở phía ống. Khí nguội dần khi nó di chuyển qua bộ tiết kiệm, thiết bị bay hơi và bộ phận quá nhiệt ở những nơi được lắp, trong khi phía nước nóng dần, sôi và trong thiết kế áp suất kép được chia thành hai mạch hơi ở áp suất khác nhau.

Về mặt cấu trúc, một thiết bị điển hình được lắp đặt trên ống dẫn chính bao gồm các bộ phận cốt lõi sau, mỗi bộ phận thực hiện một vai trò riêng biệt trong chuỗi thu hồi nhiệt.

Dưới đây là sơ đồ đẳng cự đơn giản minh họa cách các thành phần này thường được sắp xếp so với ống dẫn khí thải chính.

Kịch bản ứng dụng và điểm lựa chọn

Lò hơi nhiệt thải thiêu kết trên ống dẫn khí thải chính được áp dụng ở bất cứ nơi nào dây chuyền thiêu kết tạo ra dòng khí thải ở nhiệt độ vừa phải liên tục mà lẽ ra sẽ được thải vào khí quyển qua ống khói. Các cơ sở điển hình bao gồm các nhà máy sắt thép tích hợp, các nhà máy thiêu kết độc lập cung cấp thức ăn viên hoặc thiêu kết cho lò cao và các tổ hợp luyện kim nâng cấp các dây chuyền thiêu kết cũ để thu hồi năng lượng như một phần của chương trình bảo tồn năng lượng.

Ngoài việc phù hợp với kịch bản, kỹ sư nhà máy thiêu kết hoặc nhóm mua hàng đánh giá các nhà cung cấp cũng nên xem xét hồ sơ theo dõi của nhà sản xuất nồi hơi về chế tạo bình áp lực, thiết kế bó ống và hỗ trợ sau bán hàng, vì nồi hơi ống dẫn khí thải chính hoạt động liên tục cùng với máy thiêu kết và thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch ảnh hưởng trực tiếp đến đầu ra của quá trình thiêu kết.

So sánh chi tiết: Cấu hình và bố trí nồi hơi

Việc lựa chọn trong số các cấu hình áp suất đơn, áp suất kép, ngang và dọc đòi hỏi phải cân nhắc nhiều yếu tố cùng nhau thay vì bất kỳ tiêu chí duy nhất nào. Bảng dưới đây tóm tắt cách so sánh các cấu hình này dựa trên các yếu tố quan trọng nhất đối với người vận hành nhà máy thiêu kết.

Biểu đồ dưới đây trình bày so sánh minh họa về tiềm năng thu hồi nhiệt tương đối qua bốn cấu hình phổ biến được thảo luận ở trên, được biểu thị dưới dạng chỉ số định tính thay vì con số sản lượng được đảm bảo, vì khả năng thu hồi thực tế luôn phụ thuộc vào điều kiện khí cụ thể tại địa điểm. Nó nhằm mục đích mang lại cảm giác trực quan về cách lựa chọn cấu hình ảnh hưởng đến độ sâu khôi phục thay vì đảm bảo dành riêng cho dự án. Định dạng thanh ngang được chọn ở đây để giúp dễ dàng xem nhanh thứ hạng tương đối. Mỗi thanh phản ánh xu hướng kỹ thuật chung cho loại cấu hình chứ không phải cho một nhà máy được đo riêng lẻ. Người đọc đánh giá một dự án cụ thể nên yêu cầu nhà cung cấp nồi hơi của họ tính toán theo cấu hình cụ thể thay vì chỉ dựa vào so sánh chung này.

Như được hiển thị, cấu hình áp suất kép có xu hướng nằm ở mức cao hơn trong phạm vi thu hồi tương đối vì chúng trích thêm nhiệt hữu ích bằng cách tạo ra hơi nước ở hai mức áp suất thay vì một. Bố trí áp suất đơn và nằm ngang vẫn được sử dụng rộng rãi vì chúng đơn giản hơn để bảo trì và thường đủ khi nhu cầu hơi ở hạ lưu của nhà máy không đáp ứng được độ phức tạp tăng thêm của mạch áp suất thứ hai. Bố trí theo chiều dọc hoặc tháp có thể đạt được hiệu suất áp suất kép trong một số thiết kế trong khi vẫn giữ được diện tích nhỏ hơn, đó là lý do tại sao chúng thường được đề xuất cho các dự án trang bị thêm.

Hồ sơ nhiệt độ khí thải điển hình dọc theo ống dẫn

Nhiệt độ khí thải không ổn định khi nó di chuyển qua ống dẫn nhiệt thải chính của lò hơi; thay vào đó, nó giảm dần khi nhiệt được truyền đến bộ tiết kiệm, thiết bị bay hơi và mạch trống hơi. Hiểu được mô hình giảm nhiệt độ chung này giúp các kỹ sư định vị thiết bị đo, lên kế hoạch cách nhiệt và dự đoán nơi có nguy cơ ăn mòn do ngưng tụ cao nhất. Biểu đồ đường bên dưới minh họa xu hướng nhiệt độ tổng quát, đại diện trên năm vị trí điển hình dọc theo đường dẫn khí, từ đầu vào đến đầu ra của nồi hơi. Đây là minh họa mang tính khái niệm nhằm hỗ trợ sự hiểu biết về trình tự trao đổi nhiệt chứ không phải đường cong đo được từ một hệ thống lắp đặt cụ thể. Giá trị thực tế thay đổi tùy theo điều kiện vận hành máy thiêu kết, hỗn hợp nguyên liệu thô và thiết kế nồi hơi.

Nhiệt độ giảm mạnh nhất thường xảy ra trên dàn bay hơi, vì đây là nơi diễn ra phần lớn nhất của nhiệt tiềm ẩn truyền sang nước sôi, trong khi bộ phận tiết kiệm tạo ra sự suy giảm tương đối nhẹ nhàng hơn vì nó chủ yếu làm nóng trước nước cấp thay vì tạo ra hơi nước. Gần đầu ra, nhiệt độ khí đạt đến phạm vi điểm sương axit đối với nhiều tổ hợp nhiên liệu và nguyên liệu thô, đó là lý do tại sao vật liệu chống ăn mòn hoặc lớp phủ bảo vệ thường được chỉ định cho các hàng ống lạnh nhất. Giám sát chặt chẽ nhiệt độ đầu ra cũng giúp người vận hành phát hiện sớm sự tắc nghẽn, vì nhiệt độ đầu ra tăng với lưu lượng khí không đổi thường cho thấy rằng cặn tro đang làm giảm hiệu suất truyền nhiệt ở thượng nguồn và do bồ hóng bị thổi bay.

Ưu tiên lựa chọn: Chế độ xem có trọng số

Khi một nhà máy thiêu kết so sánh các đề xuất từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau, tầm quan trọng tương đối của các tiêu chí như dấu chân, thu hồi nhiệt, chống ăn mòn, dễ bảo trì và phạm vi vốn thường thay đổi tùy thuộc vào việc dự án là xây dựng trên cánh đồng xanh hay trang bị thêm. Biểu đồ radar bên dưới cung cấp một minh họa tổng quát về mức độ khác nhau giữa các ưu tiên này giữa hai loại dự án, dựa trên thực tiễn điển hình của ngành thay vì chấm điểm đấu thầu của một dự án cụ thể.

Đa giác bóng mờ màu xanh lam bên ngoài thể hiện các ưu tiên điển hình của dự án mỏ xanh, nơi độ sâu thu hồi nhiệt và khả năng chống ăn mòn có xu hướng nặng nề vì lò hơi có thể được điều chỉnh kích thước và định vị tối ưu ngay từ giai đoạn thiết kế. Đa giác bên trong, được tô màu đỏ thể hiện một kịch bản trang bị thêm điển hình, trong đó sự phù hợp với diện tích và sự đơn giản trong lắp đặt mang lại trọng lượng tương đối nhiều hơn vì nồi hơi phải tích hợp vào hệ thống ống dẫn và kết cấu thép hiện có mà không cần công trình dân dụng lớn. Cả hai mô hình đều không phổ biến và mọi dự án đều phải xác nhận mức độ ưu tiên của riêng mình với nhóm kỹ thuật, nhưng sự thay đổi chung được trình bày ở đây đủ phổ biến để trở thành điểm khởi đầu hữu ích cho các cuộc thảo luận với nhà cung cấp ở giai đoạn đầu. Việc sớm nhận ra sự thay đổi này cũng có thể rút ngắn giai đoạn làm rõ kỹ thuật trong quá trình đấu thầu vì các nhà cung cấp có thể điều chỉnh đề xuất của họ theo những ưu tiên quan trọng nhất đối với loại dự án cụ thể.

Hướng dẫn bảo trì để có độ tin cậy lâu dài

Vì nồi hơi nhiệt thải trong ống khói chính hoạt động liên tục cùng với máy thiêu kết nên cần phải có quy trình bảo trì có tổ chức để giữ hiệu suất truyền nhiệt ổn định và tránh sự cố ngừng hoạt động ngoài dự kiến. Các phương pháp sau đây được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy thiêu kết sử dụng loại thiết bị này.

1. Lên lịch thổi bồ hóng thường xuyên dựa trên xu hướng nhiệt độ khí đầu ra thay vì chỉ theo khoảng thời gian cố định theo lịch, vì tốc độ bám bẩn thay đổi tùy theo thành phần nguyên liệu thô và tải trọng vận hành.
2. Kiểm tra bề mặt ống định kỳ xem có bị xói mòn và ăn mòn không, đặc biệt chú ý đến các hàng ống lạnh nhất gần đầu ra của bộ tiết kiệm, nơi có nguy cơ ngưng tụ axit cao nhất.
3. Kiểm tra các khe co giãn và giá đỡ ống dẫn trong quá trình ngừng hoạt động theo kế hoạch, vì chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại có thể dần dần nới lỏng các ốc vít hoặc các phần linh hoạt bị mỏi.
4. Xác minh chất lượng xử lý nước cho nước cấp lò hơi để hạn chế sự hình thành cặn bên trong ống, làm giảm hiệu suất truyền nhiệt bên trong theo thời gian.
5. Kiểm tra bộ giảm chấn bypass thường xuyên để xác nhận rằng chúng hoạt động trơn tru, vì bộ giảm chấn không bịt kín hoặc mở đúng cách có thể ảnh hưởng đến cả khả năng bảo vệ nồi hơi và tính khả dụng của máy thiêu kết.
6. Lưu giữ hồ sơ về sự sụt giảm áp suất phía khí trong lò hơi, vì sự tăng dần thường báo hiệu sự tích tụ tro trước khi nó được nhìn thấy chỉ qua các chỉ số nhiệt độ.

Biểu đồ bánh rán bên dưới cung cấp thông tin chi tiết minh họa về cách phân bổ sự chú ý bảo trì điển hình trên các lĩnh vực trọng tâm này khi vận hành các nhà máy thiêu kết, dựa trên thông lệ chung của ngành thay vì nhật ký bảo trì của một cơ sở cụ thể. Nó nhằm mục đích giúp các nhóm bảo trì đánh giá quy trình của riêng họ thay vì đại diện cho một tiêu chuẩn cố định.

Việc thổi bồ hóng và quản lý tro chiếm tỷ trọng lớn nhất trong việc bảo trì định kỳ vì sự bám bẩn có ảnh hưởng trực tiếp và tức thời nhất đến hiệu suất truyền nhiệt. Kiểm tra ống để phát hiện ăn mòn và xói mòn chiếm tỷ trọng lớn nhất tiếp theo, phản ánh tầm quan trọng của nó đối với tính toàn vẹn cấu trúc lâu dài mặc dù nó được thực hiện ít thường xuyên hơn so với thổi bồ hóng. Việc kiểm tra van điều tiết và khe co giãn cũng như giám sát xử lý nước hoàn thiện nỗ lực bảo trì còn lại và mặc dù chúng chiếm tỷ lệ ít được chú ý thường xuyên hơn nhưng việc bỏ qua chúng vẫn có thể dẫn đến thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến ​​tốn kém, vì vậy các nhà máy được khuyến khích không coi bất kỳ danh mục nào là tùy chọn.

Làm việc với Nhà sản xuất và Nhà cung cấp nồi hơi nhiệt thải

Vì nồi hơi đốt nhiệt thải trên ống dẫn khí thải chính là thiết bị chịu áp lực, hoạt động liên tục nên các chủ nhà máy thường tìm kiếm một nhà sản xuất có kinh nghiệm đã được chứng minh trên toàn bộ phạm vi thiết bị, từ thiết kế bó ống và công nghệ ống dẫn nhiệt đến hỗ trợ chế tạo bình áp lực và lắp đặt tại hiện trường, thay vì nhà cung cấp chỉ cung cấp các bộ phận riêng biệt.

Jiangsu Shineng Chemical Equipment Co., Ltd., được thành lập năm 2005, là một trong những nhà sản xuất như vậy ở Trung Quốc, tập trung vào thiết bị thu hồi nhiệt thải khí thải công nghiệp và thiết bị xử lý hóa học. Năng lực nội bộ của công ty bao gồm phát triển ống dẫn nhiệt, hàn đồng dựa trên niken và chế tạo bình áp lực, hỗ trợ thiết kế và sản xuất nồi hơi nhiệt thải thuộc loại được sử dụng trong quá trình thiêu kết các ống dẫn khí thải chính. Các sản phẩm của công ty phục vụ các ngành công nghiệp hóa chất than, luyện kim, sản xuất điện và amoniac tổng hợp, đồng thời công ty đã cung cấp thiết bị cho thị trường nước ngoài bên cạnh cơ sở khách hàng trong nước. Đối với các nhà máy thiêu kết đang đánh giá nhà sản xuất hoặc nhà cung cấp cho dự án xây dựng mới hoặc trang bị thêm lò hơi nhiệt thải, việc xem xét khả năng chế tạo kết hợp của ứng viên, tài liệu tham khảo trong ngành và cơ cấu hỗ trợ sau bán hàng vẫn là một cách thực tế để so sánh các đề nghị về mặt kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp