HỆ THỐNG HƠI NÓNG ( STEAM)

Giới thiệu.

Hơi nước (Steam) là khí được hình thành khi nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí. Hơi nước được chia thành 3 loại:

+ Hơi bão hoà ẩm: là hỗn hợp từ pha khí và pha lỏng. Hơi bão hoà ẩm được hình thành khi chưa chuyển hoàn toàn nước thành pha khí.

+ Hơi bão hoà khô: là hơi không chứa pha lỏng, chỉ chứa pha khí. Trên thực tế, gần như không thể sản xuất hơi bão hoà khô có độ khô 100%. Thông thường, hơi nước có độ khô trên 95% thì được xem là hơi bão hoà khô.

+ Hơi quá nhiệt: là trạng thái hơi có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hơi bão hoà khi có cùng áp suất. Được hình thành bằng cách tiếp tục gia nhiệt cho hơi bão hoà khô, giá trị nhiệt độ phổ biến của hơi quá nhiệt thông thường là 380~540ºC.

Hệ thống hơi nóng – Steam: là hệ thống sử dụng hơi nước để truyền nhiệt và thực hiện các quá trình công nghiệp và tiện ích khác nhau.
Hệ thống thường được sử dụng trong các ngành như: thực phẩm, ngành giấy, hoá chất, dệt nhuộm và thức ăn chăn nuôi…

Hình 1: Hệ thống lò hơi hệ Steam.

Nguyên lý hoạt động: là quá trình tạo ra nhiệt lượng từ việc đun hoặc đốt nhiên liệu, nhiệt lượng sinh ra sẽ làm bay hơi nước tạo thành hơi nóng. Hơi nóng sau khi hình thành thì sẽ được đưa vào sử dụng thông qua hệ thống ống dẫn đến nơi sử dụng.

Hình 2: Hệ thống lò hơi được bố trí trong nhà máy.

Phân loại.
Hệ thống hơi nóng dùng lò hơi đốt nhiên liệu.

Hệ thống lò hơi đốt nhiên liệu thường được sử dụng rộng rãi, khá phổ biến với những dự án nhà máy công nghiệp. Nguồn năng lượng để cấp nhiệt cho lò hơi đến từ đầu đốt có chức năng đốt cháy nhiên liệu, quá trình đốt cháy sinh ra nhiệt và tạo ra hơi nóng.
Nhiên liệu chính thường được sử dụng trong hệ thống như: LPG, CNG, LNG, dầu DO…Đây là những nhiên liệu khi đốt xong sinh ra khí thải sẽ được xả trực tiếp ra môi trường không cần thông qua hệ thống lọc khí.
Tuỳ vào nhiên liệu sử dụng thì sẽ có những loại đầu đốt khác nhau để phù hợp và đảm bảo quá trình cháy được diễn ra tốt nhất.

Hình 3: Lò hơi sử dụng nhiên liệu Gas.

Hệ thống hơi nóng dùng lò hơi đốt than.

Lò hơi sử dụng nhiên liệu than để đun sôi và tạo ra hơi nước. Là loại lò hơi được sử dụng lâu đời, được sử dụng trong động cơ tàu hoả và tàu thuỷ ở những thế kỷ trước.

Hình 4: Sơ đồ hệ thống lò hơi đốt than.

Hệ thống hơi nóng dùng lò hơi điện.

Hình 5: Sơ đồ hệ thống lò hơi điện.

Nồi hơi điện hay còn được gọi là lò hơi điện, là một thiết bị công nghiệp được sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt, từ đó sản xuất hơi nước để phục vụ cho các mục đích công nghiệp và dân dụng. Nồi hơi điện hoạt động bằng cách sử dụng điện năng để đốt nóng các ống nước trong thiết bị, tạo ra hơi nước bão hòa.
Nồi hơi điện sử dụng điện để đốt nóng điện trở, không gây phát thải khí hoặc khói, đảm bảo an toàn và thân thiện với môi trường. Nồi hơi được thiết kế tinh gọn, thẩm mỹ cao và có kích thước nhỏ gọn.
Nồi hơi điện được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp khác nhau như: xưởng giặt là công nghiệp, các nhà máy nhuộm, nhà máy may, hay nhà máy sản xuất bánh kẹo, nhà tắm hơi và nhiều ngành công nghiệp khác đang cần sử dụng hơi để hoạt động.

Sản phẩm.

Hệ thống hơi nóng được cấu tạo từ 4 thành phần cơ bản.

Hệ thống lọc RO .

Hệ thống lọc có vai trò rất quan trọng trong hệ thống hơi nóng, nó đóng vai trò loại bỏ tạp chất làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống lò hơi, cung cấp nước có chất lượng phù hợp với hệ thống lò hơi.
Nước sau khi qua hệ thống lọc được gọi là nước mềm vì ngoài loại bỏ tạp chất, hệ thống lọc còn loại bỏ những kim loại nặng bên trong nước.

Hình 6: Hệ thống lọc nước RO cung cấp nước cho lò hơi.

Hệ thống cấp hơi: chức năng tạo ra hơi nóng, tích hơi và cấp hơi cho các vị trí sử dụng hơi.

Tham khảo hình 7: bao gồm 2 thành phần chính.

+ Nồi hơi: có chức năng tạo ra hơi nóng cung cấp cho hệ thống.

+ Steam header: hay còn gọi là bộ góp hơi, có tác dụng Tích hơi, góp hơi từ các nồi hơi, phân phối hơi cho các thiết bị sử dụng hơi nước bão hòa và tách nước bên trong đường ống hơi nhờ Steam trap.

Hình 7: Sơ đồ hệ thống hơi nóng.

Hệ thống bơm hồi nước ngưng: chức năng thu gom lượng nước ngưng tụ trong quá trình vận chuyển để bơm ngược trở lại nồi hơi.

Tham khảo hình 7: bao gồm 2 thành phần chính.

+ Bể chứa nước ngưng: lượng nước ngưng tụ sẽ được chứa tại bể chứa nước ngưng.

Hình 8: bể chứa nước ngưng được làm từ thép không gỉ.

+ Bơm nước ngưng: dùng để bơm hồi nước ngưng từ bể chứa trở lại nồi hơi, thiết bị này đóng vai trò cung cấp cho nồi hơi 1 lượng nước đã được gia nhiệt giúp tối ưu năng lượng.

Hình 9: Sơ đồ cấu tạo hệ thống bơm hồi nước ngưng.

Hình 10: Sơ đồ nguyên lý bơm nước ngưng.

Các thiết bị khác: ngoài những thiết bị vừa nêu trên, hệ thống còn những thiết bị khác (tham khảo hình 7).

Van cầu: đóng vai trò là thiết bị đóng/ ngắt dòng hơi nóng, được lắp đặt ở đầu bộ góp hơi, trước và sau các thiết bị quan trọng khác như: nồi hơi, van giảm áp, van điều khiển, bơm hồi nước ngưng…

Hình 11: Van cầu hơi Yoshitake.

Steam trap (bẫy hơi): hay còn gọi là cốc ngưng tụ, bộ xả ngưng, hoặc van cóc là một thiết bị được sử dụng để xả nước ngưng và khí không ngưng tụ mà vẫn tránh thất thoát hoặc tiêu thụ tối thiểu hơi. Bẫy hơi thật ra là một loại van tự động vì có thể tự mở, đóng hoặc điều biến tự động.

Hình 12: Bẫy hơi Yoshitake.

Drain Separator (bộ tách nước ngưng): có chức năng hiệu quả loại bỏ nước ngưng tụ làm sạch cho hơi nóng trong đường ống dẫn. Việc tách nước ra khỏi lưu chất mang lại nhiều lợi ích, giúp cho hơi nước khô hơn, giảm thất thoát năng lượng hơi và loại bỏ gỉ cặn bên trong đường ống.

Hình 12: Bộ tách nước ngưng Yoshitake.

Van giảm áp: hay con gọi là van điều áp hơi nóng là dòng van công nghiệp đảm nhận điều chỉnh làm giảm áp, ổn định áp suất đầu ra của hơi trong đường ống. Áp suất đầu ra của van luôn nhỏ hơn áp suất trước van. Sử dụng van giảm áp giúp ngăn chặn thiệt hại cho đường ống khi áp suất bị giảm đột ngột. Giúp điều chỉnh áp suất tuỳ theo nhiều mục đích sử dụng khác nhau.

Hình 13: Van giảm áp Yoshitake.

Van an toàn: là thiết bị chuyên dùng để kiểm soát ổn định áp lực trong hệ thống đường ống của hệ hơi. Khi áp suất bên trong đường ống vượt ngưỡng cài đặt của van an toàn thì áp suất dư bên trong đường ống sẽ được van an toàn xả ra môi trường qua hệ thống đường ống hơi xả. Van an toàn hệ hơi thường là loại có tay giật để thuận tiện thao tác xả áp tức thời khi áp suất bên trong đường ống tăng đột ngột.

Hình 14: Van an toàn Yoshitake.

Y lọc: có chức năng loại bỏ những tạp chất bên trong đường ống, chủ yếu là những mạc gỉ xuất hiện sau một thời gian sử dụng hoặc gỉ hàn bên trong đường ống. Y lọc thường được lắp đặt trước những thiết bị quan trọng như: Bơm nước ngưng, van giảm áp, bẫy hơi, van điều khiển…

Hình 15: Y lọc Yoshitake.

Van 1 chiều: là một thiết bị vô cùng phổ biến được sử dụng chỉ cho phép lưu chất di chuyển theo một hướng duy nhất. Chúng có khả năng vận hành tự động bằng áp lực dòng chảy, ngăn chặn hiện tượng chảy ngược gây thất thoát. Van 1 chiều hơi thường được thiết kế kèm lò xo ép đĩa vào thân van, để chỉ khi áp lực hơi đạt ngưỡng mới cho phép hơi đi qua.

Hình 16: Van một chiều hơi Yoshitake.

Kính quan sát: Đây là một thiết bị được sử dụng để quan sát lưu lượng của dòng chảy trong đường ống thông qua một lớp kính trong suốt tại 1 thời điểm nhất định.

Hình 17: Kính quan sát Yoshitake.

Khớp nối giản nở: Khớp giãn nở nhiệt là một loại bộ phận linh hoạt được thiết kế để đối phó với việc co giãn và giãn nở tự nhiên của ống do thay đổi nhiệt độ.

Hình 18: Khớp nối giãn nỡ.

Đồng hồ áp suất: là thiết bị thường dùng để giám sát từng khu vực trong hệ thống đường ống hơi. Hiện nay các loại đồng hồ đo áp suất chỉ chịu được nhiệt độ tối đa 85 độ C hoặc cao hơn là 100 độ C . Tuy nhiên, theo nghiên cứu thì hơi nóng thường có nhiệt độ lên tới 180ºC do vậy người dùng phải sử dụng ống siphon để giảm nhiệt độ cho đồng hồ đo áp suất hơi .

Hình 19: Đồng hồ áp suất kèm Shiphon.

Tiêu chí lựa chọn thiết bị.

Lựa chọn thiết bị phù hợp với hệ thống. Đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và an toàn.
Lựa chọn thương hiệu phù hợp với dự án.
Lựa chọn sản phẩm có chất lượng và có độ bền cao.

Kết luận- Ứng dụng.

Hệ thống hơi được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống công nghiệp. tạo nhiệt phục vụ các yêu cầu trong hệ thống sản xuất như sấy, nhuộm, đun nấu, chạy tuabin máy phát điện… tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà nguồn hơi và nhiệt độ tạo ra có sự khác biệt.

Những dự án cung cấp thiết bị cho hệ hơi tiêu biểu: