Giải Pháp Tuần Hoàn Bộ Hâm Nước: Ổn Định Lò Hơi Công Nghiệp Ở Tải Thấp

Trong các bộ hâm nước, nước cấp chảy theo kiểu zíc zắc qua các mặt phẳng ống (tube planes). Vấn đề xảy ra ở các ống có dòng chảy đi xuống khi hoạt động ở tải thấp (ví dụ: khi khởi động, khi đủ áp):

• Lưu lượng và Cột áp: Khi nước cấp tăng nhiệt độ, một lực đẩy (buoyancy) được tạo ra. Trong các mặt phẳng ống chảy hướng lên, lực đẩy này hỗ trợ áp suất bơm. Ngược lại, trong các mặt phẳng ống chảy xuống, lực đẩy chống lại áp suất bơm.
• Nguy cơ ở Tải thấp: Ở lưu lượng nước cấp thấp (như khi khởi động hoặc tải nhẹ), tổng lưu lượng nước có thể thấp đến mức hiện tượng đảo ngược dòng chảy và/hoặc tạo hơi nước có thể xảy ra trong một hoặc nhiều ống của mặt phẳng ống chảy xuống. Lực đẩy có thể làm giảm lưu lượng dòng chảy trong một ống nào đó đủ để tăng thời gian lưu trú của nước cấp, cho phép bắt đầu tạo hơi nước.
• Hậu quả: Sự hiện diện của hơi nước có thể chặn một phần hoặc toàn bộ dòng chảy (gọi là stagnation – sự trì trệ) hoặc thậm chí tạo ra dòng chảy ngược (lưu lượng hướng lên). Dòng chảy ngược ổn định có thể tiếp tục vô thời hạn trong điều kiện ổn định, dẫn đến ống bị khô và tăng nhiệt độ ống, gây mỏi nhiệt và hỏng ống sớm.

Một hệ thống tuần hoàn được sử dụng để tuần hoàn một phần nước cấp trong bộ hâm nước nhằm giảm khả năng chảy ngược và sinh hơi khi khởi động và/hoặc tải thấp.

Nguyên lý hoạt động

Van tuần hoàn (64), được mở ở tải thấp (thường dưới khoảng 60% tải đầy đủ), sẽ dẫn một phần nước cấp nóng từ cửa ra (ống góp đầu ra 60) của bộ tiết kiệm trở lại cửa vào của bơm cấp nước lò hơi (32) thông qua bộ khử khí (70). Nước tuần hoàn sau đó được trộn với nước cấp bổ sung và đi vào bộ tiết kiệm ở nhiệt độ cao hơn.

Giải pháp này tác động đồng thời theo hai cơ chế:

1. Tăng Lưu lượng và Cột áp bơm cấp

• Tăng Lưu lượng: Lượng nước được tuần hoàn ở điều kiện tải nhẹ dẫn đến tổng lưu lượng bơm cấp nước lò hơi tăng lên (bao gồm nước cấp bổ sung cộng với nước tuần hoàn). Lưu lượng nước bổ sung qua các mặt phẳng ống của bộ hâm nước làm tăng lưu lượng trong từng ống đến một giá trị gần với lưu lượng ở tải lớn.
• Tăng Cột áp: Lưu lượng tăng tạo ra cột áp bơm tăng trên các đầu ống của mỗi mặt phẳng ống, do đó làm giảm khả năng sinh hơi và/hoặc dòng chảy ngược.
• Tận dụng Công suất dự phòng: Bơm cấp nước lò hơi được thiết kế cho lưu lượng đầy tải, nên có công suất bơm chưa sử dụng đáng kể ở tải thấp. Phát minh tận dụng công suất dự phòng này để tăng lưu lượng qua bộ hâm nước.

2. Giảm Lực đẩy Ngược (Counteracting Buoyancy)

• Tăng Nhiệt độ Đầu vào: Nước tuần hoàn là nước đã được làm nóng trong bộ hâm nước. Khi được trộn và đưa trở lại bộ hâm nước, nước đi vào nóng hơn so với khi không có tuần hoàn.
• Giảm Tăng Nhiệt độ: Vì nước trong ống nóng hơn, chênh lệch nhiệt độ giữa nước và dòng khí nóng giảm xuống. Kết quả là, sự gia tăng nhiệt độ của nước khi đi qua mặt phẳng ống được giảm xuống.
• Giảm Lực đẩy Ngược: Sự gia tăng nhiệt độ giảm tương đương với sự giảm lực đẩy ngược chiều với cột áp bơm trong các ống chảy xuống. Lực đẩy giảm, kết hợp với lưu lượng nước cấp lớn hơn, giảm đáng kể xu hướng bắt đầu dòng chảy ngược.

Kết quả là, đặc tính thủy lực của cụm ống trở nên ổn định, loại bỏ khả năng xảy ra dòng chảy đảo chiều hoặc hình thành hơi.

Hệ thống điều khiển và ứng dụng

Phương pháp điều khiển

• Điều khiển Van: Có thể sử dụng một hệ thống điều khiển đơn giản (ví dụ: bằng bộ truyền động van 66 phản hồi tín hiệu điều khiển 68) trong đó van tuần hoàn (64) được mở hoặc đóng tùy thuộc vào mức tải của lò hơi so với một mức tải ngưỡng ổn định được xác định trước (thường là dưới 60% tải định mức).
• Kết hợp với van tiết lưu: Việc tuần hoàn ở tải thấp có thể được với 1 van tiết lưu trên đường nước về bồn khử khí. Phương pháp này giúp cần bằng áp suất đường nước về và đường nước cấp đến cụm sinh hơi. Giúp van điều khiển hoạt động dễ dàng hơn.

Ứng dụng

Dòng nước cấp nồi hơi với dòng đầy tải của bộ hâm nước mà không cần sử dụng tuần hoàn được minh họa trong nét liền. Dòng nước cấp nồi hơi tương ứng với tuần hoàn được hiển thị theo nét đứt. Dòng chảy tuần hoàn được thêm vào Bộ hâm nước chỉ dưới khoảng 60 % dòng chảy khi đầy tải của bộ hâm nước. Trên giá trị này, van tuần hoàn được đóng lại. Do đó, tổng công suất bơm của bơm cấp được kiểm soát và không bị ảnh hưởng bởi công suất lò hơi do tuần hoàn một phần thông qua bộ hâm nước.

Tóm lại, hệ thống tuần hoàn nước cấp là một phương thức tin cậy và tiết kiệm chi phí để đảm bảo vận hành ổn định và kéo dài tuổi thọ cho bộ hâm nước của lò hơi công nghiệp ở các chế độ tải thấp.

• Đơn giản và Hiệu quả: Tận dụng công suất dư thừa sẵn có của bơm nước cấp ở tải thấp.
• Không ảnh hưởng đến hiệu suất ở tải cao: Van tuần hoàn đóng hoàn toàn khi hoạt động ở tải bình thường.
• Hệ thống điều khiển đơn giản: Van tuần hoàn có thể được điều khiển trực tiếp dựa trên tín hiệu mức nước bao hơi hoặc lưu lượng hơi.