Trống Hơi (Steam Drum) Lò Hơi: Giải thích Kỹ thuật

Trống hơi (Steam Drum) là một bộ phận quan trọng trong lò hơi ống nước (watertube boiler), thường có hình trụ dài nằm ngang ở vị trí cao nhất của lò hơi. Nó được chế tạo từ thép dày để chịu được áp suất và nhiệt độ cao, với chức năng chính là tách hơi khỏi nước và cung cấp hơi nước bão hòa khô, sạch cho các quá trình sử dụng hoặc cho bộ quá nhiệt.

Chức Năng Chính Của Trống Hơi

Trống hơi thực hiện ba chức năng cốt lõi:

1. Tách & Làm Khô Hơi: Phân tách các giọt nước lẫn trong hỗn hợp hơi-nước đi lên từ các ống sinh hơi (riser), đảm bảo cung cấp hơi nước khô (dry saturated steam). Điều này bảo vệ các thiết bị phía sau (như bộ quá nhiệt, tuabin) khỏi hiện tượng mang nước (carryover) gây xói mòn và hư hỏng.
2. Bình Chứa & Điều Áp: Hoạt động như một bình chứa nước và hơi, cung cấp dung tích dự trữ để đáp ứng với các biến động nhanh về nhu cầu hơi, giúp ổn định mực nước và áp suất hệ thống.
3. Xử Lý Nước Nội Bộ Lò: Là nơi diễn ra việc trộn hóa chất xử lý nước (chống đóng cặn, ăn mòn) và là điểm thực hiện xả liên tục (continuous blowdown) để kiểm soát nồng độ chất rắn hòa tan (TDS) trong nước lò.

Cấu Tạo và Các Bộ Phận Chính

• Đường Cấp Nước (Feedwater Inlet): Phân phối nước đã xử lý đều khắp chiều dài trống.
• Ống Nước Xuống (Downcomer) & Ống Hơi Lên (Riser):
  • Ống xuống: Dẫn nước từ trống hơi xuống bộ hấp thụ nhiệt ở đáy lò.
  • Ống lên: Dẫn hỗn hợp hơi-nước từ các bức tường lò (furnace wall) đang được đốt nóng trở lại trống hơi.
• Đường Ra Hơi Bão Hòa (Saturated Steam Outlet): Xuất hơi khô, sạch để cấp cho bộ quá nhiệt hoặc quy trình sử dụng.
• Bộ Phận Tách Hơi (Steam Separators): Bao gồm các thiết bị cơ học như:
  • Bộ phân ly hơi: Lợi dụng lực ly tâm để tách nước.
  • Bộ tách ẩm (Chevron Drier/Demister): Tạo đường đi phức tạp, khiến các giọt nước va đập, kết tụ và rơi xuống.
• Đường Bổ Sung Hóa Chất (Chemical Dosing Line).
• Đường Xả Liên Tục (Continuous Blowdown Line – CBL).
• Hệ Thống Giám Sát Mực Nước: Bao gồm kính thủy (gauge glass) và cảm biến mức.

Điều cần biết

• Bộ hâm nước thêm nhiệt hiện vào hơi nước. Nhiệt hiện làm tăng nhiệt độ của hơi nước, nhưng không thay đổi trạng thái / pha của nó, tức là không thay đổi trạng thái từ nước sang hơi nước hoặc ngược lại. Nhiệt ẩn là năng lượng được thêm vào hoặc loại bỏ trong quá trình thay đổi trạng thái, tức là trong quá trình ngưng tụ hoặc bay hơi, nhưng sự thay đổi năng lượng này không gây ra sự thay đổi nhiệt độ.
• Sự chênh lệch mật độ trong chất lỏng luôn được tạo ra bất cứ khi nào có sự chênh lệch nhiệt độ, đây là cơ sở cho sự đối lưu tự nhiên.

Các Hiện Tượng Quan Trọng: Swelling & Shrinkage

Sự dao động áp suất đột ngột trong trống gây ra hai hiện tượng ảnh hưởng đến mực nước biểu kiến:

• Sôi bồng (Swelling): Khi nhu cầu hơi tăng đột ngột, áp suất trống giảm, làm các bong bóng hơi trong nước trống nở ra, đẩy mực nước biểu kiến lên cao một cách giả tạo.
• Co ngót (Shrinkage): Khi nhu cầu hơi giảm đột ngột, áp suất trống tăng, làm các bong bóng hơi co lại, đồng thời nước cấp lạnh hơn có thể làm chúng vỡ tan, khiến mực nước biểu kiến hạ thấp một cách giả tạo.

Cả hai hiện tượng này có thể gây ra tín hiệu sai lệch cho hệ thống điều khiển cấp nước, dẫn đến nguy cơ cạn nước (gây cháy ống) hoặc búa nước (gây hư hỏng thiết bị phía sau).

Điều Khiển Ba Thành Phần (Three-Element Control)

Để đối phó với các hiện tượng trên và duy trì mực nước thực tế ổn định, các lò hơi hiện đại sử dụng hệ thống Điều khiển Ba Thành Phần. Hệ thống này không chỉ dựa vào tín hiệu mực nước, mà còn tích hợp tín hiệu từ:

1. Lưu lượng hơi đầu ra.
2. Lưu lượng nước cấp đầu vào.
3. Mực nước trong trống hơi.

Bộ điều khiển sẽ tính toán cân bằng khối lượng (Lưu lượng nước vào ≈ Lưu lượng hơi ra) để điều chỉnh van cấp nước một cách chính xác, bất chấp các nhiễu loạn gây ra bởi hiện tượng sôi bồng/co ngót.

Sự Khác Biệt Giữa Trống Hơi và Trống Bùn (Mud Drum)

• Trống hơi (Steam Drum): Nằm ở vị trí cao nhất, là nơi tách hơi và chứa hỗn hợp nước-hơi.
• Trống bùn (Mud Drum): Nằm ở vị trí thấp nhất của lò hơi ống nước. Nó có chức năng thu gom và cho phép xả bỏ các cặn bẩn, chất rắn lắng đọng (“bùn”) từ hệ thống tuần hoàn nước, ngăn ngừa tắc nghẽn và đóng cặn trong các ống.

Kết luận: Trống hơi là “trái tim” của hệ thống tuần hoàn tự nhiên trong lò hơi ống nước, đảm nhận vai trò then chốt trong việc đảm bảo chất lượng hơi, ổn định vận hành và an toàn cho toàn bộ hệ thống. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động, cấu tạo và các hiện tượng vật lý bên trong nó là nền tảng cho công tác vận hành, bảo dưỡng và tối ưu hóa hiệu suất lò hơi.