LÒ HƠI TẬN DỤNG NHIỆT THẢI

2.1 Cấu tạo lò hơi tận dụng nhiệt thải

Một hệ thống lò hơi tận dụng nhiệt thải thường gồm các thành phần chính sau:

Buồng tiếp nhận khí thải (Hot gas duct)
Dẫn dòng khí thải công nghiệp nhiệt cao từ thiết bị nguồn vào vùng trao đổi nhiệt. Vật liệu chịu nhiệt và chống ăn mòn được sử dụng để tăng tuổi thọ.

Dàn ống sinh hơi (Evaporator tube bank)
Hệ thống ống dẫn nước đặt bên trong luồng khí nóng, làm nhiệm vụ hấp thụ tận dụng nhiệt dư và chuyển nước thành hơi bão hòa. Vật liệu thường là thép hợp kim chịu nhiệt SA213-T22, đường kính 32–51 mm, dày 3.5–6 mm.

Bộ quá nhiệt (Superheater)
Tăng nhiệt độ hơi lên 350–520°C để cung cấp cho tua-bin hoặc hệ thống hơi yêu cầu cao.

Bộ hâm nước (Economizer)
Sử dụng khí thải còn lại để gia nhiệt nước cấp trước khi đưa vào dàn ống sinh hơi, tăng hiệu suất tổng thể đến 92%.

Hệ thống tách bụi (Dust separation system)
Gồm cyclone, lọc tay áo hoặc lọc tĩnh điện để loại bỏ bụi trước khi khí thải ra ống khói.

Hệ thống điều khiển (PLC – HMI – SCADA)
Giám sát nhiệt độ đầu vào – ra, áp suất hơi, lưu lượng, giúp duy trì chế độ vận hành tối ưu và an toàn.

2.2 Nguyên lý hoạt động của lò hơi tận dụng nhiệt thải

Dòng khí thải công nghiệp từ thiết bị nung, đốt hoặc xử lý được đưa vào hệ thống thông qua đường ống kín.

Tại vùng trao đổi nhiệt đầu tiên (economizer), nước cấp được gia nhiệt sơ bộ nhờ dòng nhiệt dư. Sau đó nước vào vùng sinh hơi, nơi nó chuyển trạng thái từ lỏng sang hơi dưới áp suất cao (6–45 bar).

Hơi bão hòa được đưa qua bộ quá nhiệt nếu cần dùng cho tua-bin hoặc quy trình nhiệt độ cao. Phần khí thải còn lại được xử lý bụi và thải ra ống khói ở nhiệt độ 150–180°C, đảm bảo tuân thủ quy định môi trường.

Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động, không cần thêm nhiên liệu, nhờ hồi nhiệt lò nung hoặc các nguồn khí nóng đang bị lãng phí trong quy trình.

3.1 Thông số kỹ thuật điển hình của lò hơi tận dụng nhiệt thải

Công suất hơi: 3 – 50 T/h
Áp suất thiết kế: 6 – 45 bar
Nhiệt độ hơi ra: 180 – 520°C
Hiệu suất trao đổi nhiệt: ≥ 85%
Hiệu suất tổng hệ thống: 78 – 92%
Lưu lượng khí xử lý: 10.000 – 250.000 Nm³/h
Nhiệt độ khí thải đầu vào: 300 – 1.050°C
Nhiệt độ khí thải đầu ra: 140 – 180°C
Vật liệu ống chịu nhiệt: SA213-T11, T22, hoặc Inconel
Tuổi thọ thiết kế: ≥ 20 năm
Độ rò rỉ khí: < 1%
Chi phí vận hành nhiên liệu: ~0 (không cần đốt phụ)

Tùy thuộc vào tính chất dòng khí (bụi, SOx, NOx, ăn mòn…), vật liệu và kết cấu ống được chọn tương ứng để đảm bảo độ bền và hiệu suất.

3.2 Tiêu chuẩn thiết kế và an toàn

Lò hơi tận dụng nhiệt thải phải đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt quốc tế:

ASME Section I – Power Boilers
EN 12952 – Water-tube Boilers
EN 13445 – Pressure Vessels
API 530 – Heat Recovery Boilers
TEMA – Heat Exchanger Design Standards
ISO 14001 – Quản lý môi trường
IEC 61508 – Hệ thống điều khiển an toàn
CE Marking – Chứng nhận xuất khẩu EU
PED 2014/68/EU – Thiết bị chịu áp châu Âu

Ngoài ra, các yêu cầu về an toàn khi xử lý khí thải công nghiệp có chứa khí độc, bụi mịn cũng được tuân thủ nghiêm ngặt theo chuẩn OSHA và NFPA 85.

3.3 Các thương hiệu sản xuất lò hơi tận dụng nhiệt thải theo phân khúc

Phân khúc cao cấp – Siemens Heat Recovery Solutions (Đức)
Cung cấp các hệ thống lò hơi tận dụng nhiệt thải kết hợp phát điện (HRSG – Heat Recovery Steam Generator) cho nhà máy xi măng, hóa dầu và điện khí. Ưu điểm: tự động hóa toàn diện, hiệu suất hồi nhiệt lên đến 94%, vật liệu chống ăn mòn cao cấp.

Phân khúc trung cấp – Thermax (Ấn Độ)
Chuyên sản xuất các dòng lò tận dụng nhiệt từ lò nung clinker, lò cracking dầu, lò đốt rác… công suất từ 5–30 T/h. Cấu hình module linh hoạt, tích hợp cyclone lọc bụi, tối ưu cho các nhà máy xi măng, luyện kim và chế biến hóa chất.

Phân khúc phổ thông – Qingdao Kaineng Boiler (Trung Quốc)
Cung cấp các hệ thống lò hơi tận dụng nhiệt thải công suất 2–15 T/h, chi phí đầu tư thấp, dễ bảo trì, phù hợp với nhà máy vừa và nhỏ có dòng khí nóng ổn định. Sản phẩm được xuất khẩu sang Đông Nam Á, châu Phi.

ETEK có khả năng tích hợp các công nghệ từ ba hãng trên vào giải pháp kỹ thuật phù hợp với đặc thù nhiên liệu, cấu trúc nhà máy và yêu cầu vận hành của từng khách hàng.

4.1 Lợi ích kinh tế và môi trường của lò hơi tận dụng nhiệt thải

Tiết kiệm nhiên liệu đến 30–100%
Với khả năng tận dụng nhiệt dư từ quy trình có sẵn, lò hơi tận dụng nhiệt thải có thể hoạt động mà không cần đốt bổ sung, giảm tiêu thụ than/dầu/gas đáng kể.

Giảm phát thải CO₂ từ 20–40%
Phục hồi năng lượng từ khí thải công nghiệp giúp giảm đốt nhiên liệu hóa thạch, qua đó giảm phát thải khí nhà kính – phù hợp với tiêu chuẩn ESG và cơ chế tín chỉ carbon.

Tăng hiệu suất dây chuyền sản xuất
Nhiệt lượng thu hồi được dùng cho sấy liệu, gia nhiệt, nấu – cô đặc – bay hơi, hoặc cấp tua-bin hơi để phát điện. Qua đó nâng tổng hiệu suất dây chuyền lên mức 80–90%.

Giảm nhiệt độ khí xả ra môi trường
Khí thải sau trao đổi nhiệt chỉ còn 140–180°C, giảm tác động nhiệt đến môi trường, tăng hiệu quả lọc bụi và xử lý khí độc.

Vận hành ổn định, ít bảo trì
Không có hệ đốt chủ động, cấu trúc kín, thiết bị ít chịu ăn mòn cục bộ, dẫn đến chi phí bảo trì rất thấp, tuổi thọ lên đến 20–25 năm.

Khấu hao nhanh, vòng đời kinh tế dài
Đối với nhà máy có dòng khí nóng lớn và ổn định, thời gian hoàn vốn chỉ 1.5–3 năm nhờ tiết kiệm nhiên liệu và tránh chi phí xử lý khí thải.

4.2 Ứng dụng điển hình của lò hơi tận dụng nhiệt thải

Ngành xi măng
Thu hồi khí nóng từ lò quay clinker (~900–1.000°C) để tạo hơi cấp cho tua-bin phát điện. Giảm tiêu thụ điện lưới 15–25%, tối ưu chi phí vận hành trạm nghiền và đóng bao.

Ngành luyện kim – luyện cán thép
Tận dụng khí thải từ lò nung vôi, lò điện hồ quang, lò thổi oxy hoặc lò cán thép nóng. Hơi tạo ra được dùng cho hâm dầu, gia nhiệt phôi, hoặc phát điện nội bộ.

Ngành hóa dầu – cracking – reforming
Khí thải công nghiệp từ lò cracking dầu khí (650–850°C), lò hydro reforming hoặc lò đốt NH₃ được đưa vào lò hơi tận dụng để tạo hơi trung áp cấp cho các tháp tách, nồi phản ứng.

Nhà máy đốt rác – xử lý chất thải nguy hại
Hơi được thu từ khí nóng buồng đốt (~850–950°C) để phục vụ sấy rác đầu vào, vận hành tua-bin mini, hoặc dùng trong hệ thống khử độc – cô đặc bùn.

Ngành gốm – thủy tinh – vật liệu xây dựng
Thu hồi nhiệt từ lò nung gạch, lò sấy gốm, lò ủ kính. Dòng khí từ 400–600°C giúp tạo hơi 5–10 T/h phục vụ sấy, ép, hoặc rửa liệu.

Cụm công nghiệp có hệ thống đồng phát
Trong mô hình CHP (Combined Heat & Power), lò hơi tận dụng nhiệt thải hỗ trợ tạo hơi từ khí thải động cơ đốt trong (gaseous engines), giúp nâng hiệu suất toàn hệ thống lên 85–90%.

5.1 Năng lực thiết kế và triển khai hệ thống lò hơi tận dụng nhiệt thải

ETEK là đơn vị hàng đầu tại Việt Nam chuyên cung cấp giải pháp tổng thể lò hơi tận dụng nhiệt thải cho các ngành công nghiệp nặng. Chúng tôi thực hiện đầy đủ các bước: khảo sát dòng khí, thiết kế cơ khí – nhiệt, chế tạo tại xưởng, lắp đặt tại hiện trường và hiệu chỉnh thiết bị đồng bộ.

ETEK sử dụng phần mềm CFD để mô phỏng luồng khí, nhiệt độ phân bố và tốc độ truyền nhiệt trong buồng trao đổi, từ đó tối ưu hóa diện tích ống sinh hơi, vùng quá nhiệt và bố trí hồi nhiệt lò nung hiệu quả nhất.

Các sản phẩm lò do ETEK triển khai đạt tiêu chuẩn ASME, EN 12952, có thể cấp hơi cho tua-bin, hệ thống sấy, hoặc tích hợp vào SCADA tổng thể của nhà máy.

5.2 Tùy biến cấu hình theo từng ngành công nghiệp và đặc tính khí thải

Với mỗi nguồn khí thải công nghiệp khác nhau (bụi, nhiệt độ, độ ăn mòn), ETEK áp dụng cấu trúc lò phù hợp:

Lò xi măng: thiết kế tách bụi thô trước lò, chống mài mòn cao
Lò hóa dầu: ống chịu ăn mòn Inconel, chia vùng dòng chảy, kiểm soát SOx/NOx
Lò đốt rác: chống ăn mòn Cl₂, HCl, tích hợp bộ tách axit trước bộ sinh hơi
Lò cán thép: kết hợp bộ lắng bụi kiểu cyclone + bypass bypass khí nóng quá nhiệt

Ngoài ra, các thiết bị phụ trợ như quạt hút, bộ hồi nước, van an toàn, thiết bị đo áp – nhiệt đều có thể lựa chọn theo xuất xứ EU, Nhật hoặc nội địa, đảm bảo vừa hiệu quả vừa tối ưu ngân sách.

5.3 Dự án thực tế và năng lực triển khai quốc tế

ETEK đã triển khai hơn 35 hệ thống lò hơi tận dụng nhiệt thải tại các nhà máy xi măng, luyện thép, hóa dầu và xử lý rác công suất từ 5 – 35 T/h tại Việt Nam và khu vực Đông Nam Á.

Tiêu biểu:

Nhà máy xi măng Tuyên Quang – Hệ thống WHR lò quay 2 × 20 T/h, giảm tiêu thụ điện 18%
Nhà máy luyện thép Bình Dương – Thu hồi nhiệt từ lò điện hồ quang cấp hơi cho gia nhiệt phôi
Tổ hợp xử lý rác nguy hại Long An – Lò hơi tận dụng nhiệt thải từ buồng đốt 900°C, cấp hơi cho hệ thống khử khuẩn và sấy rác đầu vào

Tại thị trường nước ngoài, ETEK đã cung cấp hệ thống cho các nhà máy tại Lào, Campuchia, Bangladesh và UAE, với đội ngũ kỹ sư quản lý dự án đạt chuẩn AWS, API 510, TUV Nord, sẵn sàng hỗ trợ mọi khâu từ thiết kế đến bảo trì.

5.4 Dịch vụ O&M – Bảo trì 24/7 – Hệ thống giám sát từ xa

ETEK cung cấp dịch vụ vận hành & bảo trì (O&M) toàn diện:

Bảo trì định kỳ mỗi 3–6 tháng: kiểm tra áp suất, hiệu suất truyền nhiệt, vệ sinh ống
Giám sát dữ liệu từ xa qua SCADA: cảnh báo sớm khi nhiệt độ khí đầu vào tăng cao, độ chênh áp tăng
Phân tích hiệu suất thu hồi năng lượng: đưa ra khuyến nghị tối ưu diện tích truyền nhiệt, thời điểm súc rửa ống
Phản ứng sự cố trong vòng 12 giờ tại Việt Nam, 24–48 giờ tại khu vực Đông Nam Á

ETEK luôn duy trì kho phụ tùng dự phòng gồm: ống sinh hơi, bộ làm sạch ống (soot blower), thiết bị đo áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, van an toàn, vải lọc bụi, giúp giảm thiểu thời gian dừng máy.

5.5 Cam kết hiệu suất – Hoàn vốn nhanh – Tư vấn tài chính xanh

ETEK cam kết:

Hiệu suất thu hồi nhiệt ≥ 85%
Tỷ lệ hơi sinh ra/tải nhiệt đạt ≥ 0.80 kg/MJ
Tuổi thọ vật liệu ống > 10 năm
Tỷ lệ rò rỉ khí < 1%
Thời gian hoàn vốn ≤ 3 năm với dòng khí > 800°C

Chúng tôi cũng đồng hành tư vấn hồ sơ đăng ký dự án tiết kiệm năng lượng, tiếp cận nguồn vốn ưu đãi (VEPF, JCM, GCF) và định lượng CO₂ giảm phát để đăng ký tín chỉ carbon quốc tế.

Bài viết liên quan:

• Tư vấn các hệ lò hơi khác
• Thị trường quốc tế