Bộ sấy không khí (BSKK) là thiết bị gia nhiệt được sử dụng ở cuối đường khói thoát trong hệ thống lò hơi của nhà máy nhiệt điện đốt than, có các chức năng chính:

- Tận dụng nhiệt dư của khói thoát để gia nhiệt cho không khí cấp vào lò, vừa giảm nhiệt của khói thoát tránh tổn thất, vừa cải thiện hiệu suất của lò hơi và tiết kiệm nhiên liệu dùng trong lò hơi. Tài liệu [1] cho thấy: nếu nhiệt độ khói thoát giảm được 150C thì hiệu suất của lò hơi có thể tăng 1%;

- Cải thiện quá trình cháy và tăng nhiệt độ trong buồng đốt của lò hơi, vì khi cấp gió nóng vào lò hơi thì nhiệt độ cháy tới hạn thấp hơn khi cấp gió lạnh và sẽ tạo ra quá trình bắt cháy nhiên liệu tốt hơn, đồng thời làm giảm tổn thất nhiệt do hiện tượng cháy không hoàn toàn của nhiên liệu, từ đó làm tăng hiệu suất nhiệt của lò hơi;

- Tiết kiệm được tiêu hao vật liệu và giảm giá thành sản xuất;

- Sử dụng gió nóng để sấy than sẽ giúp cho hệ thống nghiền than hoạt động hiệu quả hơn.

Theo nguyên tắc truyền nhiệt, BSKK được chia làm 2 loại: loại thu nhiệt và loại hồi nhiệt. BSKK kiểu thu nhiệt là loại được sử dụng rộng rãi trong những năm trước đây, về cấu tạo nó gồm các kiểu, như: kiểu bằng tấm thép, kiểu bằng ống gang, kiểu bằng ống thép. Ưu điểm chủ yếu của BSKK kiểu thu nhiệt là có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, nhưng nhược điểm chính là kích thước và khối lượng kim loại chế tạo rất lớn. Để khắc phục các nhược điểm nêu trên, hiện nay các nhà chế tạo lò hơi thường sử dụng BSKK hồi nhiệt kiểu quay tương đối phổ biến trong các nhà máy nhiệt điện đốt than.

Ở BSKK hồi nhiệt, trước tiên khói làm nóng kim loại rồi sau đó nhiệt tích tụ tại đây và được truyền cho không khí. Như vậy, mỗi phần tử của BSKK sẽ làm việc ở trạng thái tiếp xúc luân phiên với khói và không khí.

BSKK hồi nhiệt kiểu quay được mô tả trên hình 1 gồm, bộ phận chính là một rôto trục đứng, đặt cuối đường khói lò hơi, quay với tốc độ thích hợp bằng động cơ điện, qua thiết bị giảm tốc. Phần tĩnh là Stato với kết cấu cứng vững, được bọc bảo ôn cách nhiệt với bên ngoài.

Rôto gồm nhiều tầng (thường là ba tầng: tầng nóng, tầng trung gian và tầng lạnh), mỗi tầng được lắp ráp bởi các khối phần tử nằm trong các module hình rẻ quạt. Trong các khối phần tử là các tấm thép kỹ thuật có profin lượn sóng xếp liên tục gọi là tấm tích nhiệt. Các tấm thép này còn được gọi chung là các "phần tử thu hồi nhiệt". Trong quá trình rôto quay đều, các tấm thép qua khoang khói tiếp xúc với khói nóng thu nhiệt, sau đó quay qua khoang gió tiếp xúc với không khí lạnh để hồi nhiệt (tỏa nhiệt) cho không khí trước khi cấp vào buồng đốt. Đường khói và đường không khí được bố trí ở 2 phía cố định với góc 180oC qua tâm bộ sấy và được ngăn bởi vách ngăn.

Ở Việt Nam hiện nay, các nhà máy nhiệt điện đốt than với công suất từ 300MW đến 600MW đã và đang được xây dựng đều ứng dụng lắp đặt BSKK hồi nhiệt kiểu quay, trong đó có các nhà máy như nhiệt điện Phả Lại 2, Hải Phòng, Quảng Ninh, Mông Dương, Nghi Sơn1, Vũng Áng, Duyên Hải... Các BSKK tại các nhà máy này chủ yếu được nhập ở nước ngoài như: Mĩ, Trung Quốc, ...

Để đáp ứng nhu cầu cung cấp trọn bộ BSKK quay có chất lượng cao cho các nhà máy nhiệt điện công suất lớn thay mới trong các kỳ đại tu sửa chữa, tiến tới khả năng nội địa hóa, cung cấp cho các dự án nhiệt điện mới, chúng ta cần đầu tư nghiên cứu đầy đủ, làm chủ công nghệ, có khả năng thiết kế, chế tạo trọn bộ các BSKK hồi nhiệt kiểu quay, Viện Nghiên cứu Cơ khí đã triển khai thực hiện đề tài có mã số KC.03.30/11-15: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ sấy không khí hồi nhiệt kiểu quay trong lò hơi đốt than nhà máy nhiệt điện”. [2].

Trong quá trình thực hiện đề tài, từ các kết quả khảo sát lấy mẫu kết hợp với việc tham khảo sử dụng các tài liệu tính toán của các tác giả đi trước, nhóm đề tài đã nghiên cứu, tìm ra dạng thiết kế phù hợp với điều kiện Việt Nam để chế tạo các khối phần tử trao đổi nhiệt, cải tiến tấm chèn kín, hộp chèn... đưa vào ứng dụng lắp đặt trong BSKK của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại năm 2016 và năm 2017, sau đó đã mở rộng kết quả nghiên cứu, cung cấp cho các nhà máy nhiệt điện Hải Phòng, Nghi Sơn, Quảng Ninh, Uông Bí, Mông dương...

Nội dung của đề tài bao gồm: Nghiên cứu thiết kế công nghệ BSKK kiểu quay (thiết kế cơ - nhiệt); Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế tạo; nghiên cứu thiết kế khuôn đồ gá chuyên dùng gia công sản phẩm mẫu thử nghiệm; nghiên cứu thiết kế dây chuyền cơ khí chế tạo sản phẩm mẫu và thực hiện chế tạo sản phẩm mẫu bao gồm: chế tạo khối phần tử trao đổi nhiệt 01 tầng đầu lạnh (đầy đủ); 02 module tầng trung gian; 02 module tầng đầu nóng của BSKK quay; Xây dựng các tài liệu kỹ thuật có liên quan, thử nghiệm, khảo nghiệm các sản phẩm do đề tài chế tạo, lắp đặt theo chỉ tiêu kỹ thuật đề ra.

3.1. Kết quả tính toán cơ nhiệt và thiết kế BSKK hồi nhiệt kiểu quay loại có ba ngăn, bao gồm: 01 ngăn đường khói vào, 01 ngăn đường gió cấp và 01 ngăn đường gió cấp 2; có 03 tầng trao đổi nhiệt, bao gồm: Tầng đầu nóng, tầng trung gian và tầng lạnh.

- Quy trình công nghệ chế tạo BSKK hồi nhiệt kiểu quay;

- Quy trình lắp đặt BSKK hồi nhiệt kiểu quay;

- Quy trình vận hành và bảo dưỡng thiết bị BSKK hồi nhiệt kiểu quay;

- Tài liệu thiết kế bộ khuôn đồ gá chuyên dùng gia công chế tạo các bộ phận tấm trao đổi nhiệt, tấm chèn của BSKK.

3.3. Chế tạo các sản phẩm khảo nghiệm: Đề tài đã chế tạo các sản phẩm khảo nghiệm của BSKK, bao gồm các loại sau:

- Các khối trao đổi nhiệt tầng đầu lạnh: Số lượng 01 tầng;

- Các khối trao đổi nhiệt tầng trung gian: Số lượng: 02 mô đun;

- Các khối trao đổi nhiệt tầng đầu nóng: Số lượng: 02 mô đun;

- Tấm chèn chu vi của BSKK.

- Tấm chèn hướng kính của BSKK;

- Tấm chèn hướng trục của BSKK.

Các sản phẩm được đề tài triển khai chế tạo và kiểm tra, bao gói và vận chuyển đến Công ty Cổ phần nhiệt điện Hải phòng tại xã Tam Hưng, huyện Thủy Nguyên, thành phố Hải Phòng để lắp đặt và khảo nghiệm đạt kết quả tốt.

Tiếp tục ứng dụng và hoàn thiện các kết quả nghiên cứu của đề tài, trong các năm qua Viện Nghiên cứu Cơ khí đã thực hiện thành công dự án: Cung cấp và lắp đặt BSKK kiểu quay lò hơi số 5 và lò hơi số 6 của Công ty Cổ phần Nhiệt điện Phả Lại. Lò hơi nhiệt điện Phả lại do độ lọt gió > 25% nên mặc dù quạt khói chạy hết công suất nhưng không hút hết ra khỏi buồng đốt, vì thế hiệu suất lò hơi giảm, công suất chỉ phát tải max 275MW/300MW. Sau khi Narime đại tu, sửa chữa BSKK kiểu quay đã đưa các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, thông số vận hành về với thiết kế ban đầu là 300MW và đảm bảo thiết bị trong hệ thống vận hành ổn định.

Ngoài ra, Viện Nghiên cứu Cơ khí còn thực hiện các dự án khác, như: Cung cấp các khối phần tử trao đổi nhiệt tầng đầu lạnh, tầng trung gian, đầu nóng cho công ty Cổ phần nhiệt điện Hải Phòng từ năm 2016-2020; Cung cấp và lắp đặt các khối phần tử trao đổi nhiệt tầng đầu lạnh cho Công ty Nhiệt điện Nghi Sơn (2019), Công ty cổ phần Nhiệt điện Quảng Ninh (2018), Uông Bí 2019... Các sản phẩm và dịch vụ này đều được khách hàng tin cậy sử dụng và đánh giá là đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra.

Từ những kết quả đạt được nêu trên cho thấy, đề tài nghiên cứu có tính ứng dụng thực tiễn cao. Việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo BSKK đã mang lại những thành công lớn, mở ra triển vọng cho việc chế tạo BSKK loại hồi nhiệt với nguồn lực trong nước, giúp các đơn vị sản xuất chủ động trong công tác thay thế, sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị. Trong thời gian tới, nhóm đề tài vẫn sẽ tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ gia công chế tạo các khối phần tử trao đổi nhiệt, các bộ chèn kín của BSKK, tối ưu hóa quy trình sản xuất để nâng cao hơn nữa về chất lượng sản phẩm và khả năng cạnh tranh của hàng hóa trong nước so với hàng nhập ngoại, góp phần từng bước tiến tới mục tiêu nội địa hóa các thiết bị trong các nhà máy nhiệt điện.

[1]. Nguyễn Sỹ Mão, Lò hơi (Tập 1, tập 2) – Nxb Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội, 2006.

[2]. Tài liệu khảo sát các nhà máy nhiệt điện – Nhóm đề tài thực hiện – Hà Nội, 2014.

[3]. Nhóm đề tài Viện Nghiên cứu Cơ khí - Đề tài KC.03.30/11-15: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ sấy không khí hồi nhiệt kiểu quay trong lò hơi đốt than nhà máy nhiệt điện.