Lò hơi là thành phần cốt lõi của mọi hệ thống nhiệt cung cấp năng lượng nhiệt cho toàn bộ các hoạt động liên quan của một nhà máy. Theo ước tính, ở nước Mỹ ngày nay có hơn 60 ngàn lò hơi công nghiệp đang hoạt động, trong đó một số lượng lớn đang cần được nâng cấp. Nhu cầu này kết hợp với nhu cầu ứng dụng công nghệ cao, tự động hóa và robot của các nhà máy sản xuất cho thấy rất nhiều cơ hội trong tương lai đối với ngành lò hơi công nghiệp.

Bài viết này bàn về các khía cạnh cơ bản của lò hơi công nghiệp, cách chúng hoạt động và việc công nghệ mới sẽ ảnh hưởng đến ngành lò hơi như thế nào.

LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP CỦA HÔM NAY VÀ NGÀY MAI

Lò hơi công nghiệp được sử dụng  bởi tất cả các ngành sản xuất, bao gồm ngành xe hơi, thiết bị gia dụng, thực phẩm và đồ uống, dầu khí, năng lượng, hóa chất và rất nhiều các ngành khác. Ngoài ra, các khu văn phòng và các tòa nhà chung cư cũng đều sử dụng lò hơi cho nhu cầu sưởi và nước nóng.

Về căn bản, có hai loại lò hơi chính, loại tạo ra nước nóng và loại tạo ra hơi nước nóng. Nước nóng và hơi nóng được chuyển đến mọi khu vực của nhà máy thông qua một hệ thống mạng nhiệt được thiết kế riêng cho từng nhà máy.

Để tạo ra nước nóng hoặc hơi nước, lò hơi sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, bao gồm cả nhiên liệu hóa thạch và nhiên liệu sinh khối (biomass).

Một số báo cáo nghiên cứu gần đây cho thấy thị trường lò hơi tại Mỹ đang tăng trưởng hướng đến tổng giá trị trên 1.5 tỉ đô la vào năm 2024, và sẽ tiếp tục tăng trưởng với mức khoảng 5% mỗi năm trong giai đoạn 2021-2028. Quá trình dịch chuyển nhanh chóng sang tự động hóa, công nghệ cao và robot trong toàn các ngành sản xuất được cho là sẽ thúc đẩy mức tăng trưởng này tại Mỹ cũng như trên toàn cầu.

Rất nhiều lò hơi thế hệ mới sẽ được thiết kế và sản xuất để đáp ứng kịp nhu cầu của các nhà máy sản xuất đang ứng dụng công nghệ cao trong cả các nhà máy đang xây dựng. Ngoài ra, sẽ có hàng ngàn lò hơi đang hoạt động cũng sẽ cần được nâng cấp công nghệ cho nhu cầu này trong các nhà máy hiện tại.

XU HƯỚNG SÁNG TẠO TRONG NGÀNH LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP

Thập kỷ vừa qua đã xuất hiện nhiều xu hướng sáng tạo trong ngành lò hơi công nghiệp với một tốc độ khá nhanh. Với nhu cầu tăng nhanh đối với các hệ thống NOx thấp (Nitrogen Oxide – Nitơ Ô xít), các hệ thống nhiệt hiệu năng cao và phát thải carbon thấp, các nhà máy đã có thể tiếp cận với các hệ thống nhiệt tân tiến nhất từng được thiết kế, và xu hướng này sẽ tiếp tục diễn ra trong tương lai.

LÒ PHÁT THẢI NOx THẤP

Các quy định mới về mức phát thải NOx thấp đang được đưa ra nhằm hạn chế ảnh hưởng tiêu cực của các khí Nitơ Ô xít (NOx) đến môi trường. Các khí độc hại này được sinh ra khi nhiên liệu được đốt cháy ở nhiệt độ cao.

Vì mức độ độc hại của các khí NOx đối với môi trường, ngày càng nhiều các nhà sản xuất lò hơi đang tích cực chuẩn bị cho việc các quy định mới này sẽ được áp dụng. Ngoài việc hạn chế phát thải CO và NOx, các lò hơi phát thải NOx thấp còn có lợi ích là hiệu năng năng lượng sẽ tăng lên, chất lượng sản phẩm tăng, chi phí bảo trì giảm và thời gian hoàn vốn đầu tư nhanh hơn.

GIẢI PHÁP LÒ HƠI ĐÓNG GÓI TẠI CHỖ

Một xu hướng đang tăng nhanh trong ngành nhiệt đó là việc lắp đặt các thiết bị tạo hơi nóng hoặc nước nóng ngay tại điểm sử dụng (point-of-use). Trái ngược với hệ thống trung tâm, một hệ thống lò hơi nhỏ hơn có thể cung cấp năng lượng ngay tại điểm sử dụng. Các hệ thống nhỏ này thường được gọi là giải pháp đóng gói tại chỗ (package skid solution), và bản thân chúng như các nhà máy hơi thu nhỏ.

Một hệ thống như vậy bao gồm một hoặc nhiều lò hơi và các linh phụ kiện cần thiết để phân phối hơi. Tất cả các thiết bị chính đều được đóng gói vào một hệ đỡ chung, được đi ống và đấu nối ngay trong quá trình sản xuất lò hơi tại nhà máy mà không cần thực hiện các công việc này tại địa điểm lắp đặt sử dụng.

Trong nhiều trường hợp, đường ống hơi chạy quá xa trong các nhà máy sản xuất sẽ dẫn đến mất năng lượng do tụt áp, bên cạnh bức xạ và đối lưu. Các hệ thống đóng gói này sẽ tối thiểu hóa hoặc loại bỏ việc chạy đường ống dài nói trên.

Một ưu điểm khác của hệ thống đóng gói là khả năng tăng giảm kích thước và công suất để đáp ứng mọi nhu cầu tiêu thụ tại điểm sử dụng của quy trình sản xuất. Nhiều lúc, kích thước nhỏ gọn của hệ đóng gói này cho phép “nhà máy hơi” này nằm chung sàn với nhà máy sản xuất. Chủ các nhà máy có thể được lợi từ tính linh hoạt này của hệ thống và giảm được chi phí đầu tư.

HỆ THỐNG LÒ HƠI CẮM-VÀ-DÙNG (PLUG-AND-PLAY)

Lò hơi công nghiệp không còn kích cỡ khổng lồ chế tạo bằng thép đúc như trước đây. Ngày nay, nhiều mô-đun lò hơi mỏng, linh hoạt và nhỏ gọn có thể vận chuyển và lắp đặt với công lắp đặt rất tối thiểu. Chỉ với kích cỡ rất nhỏ gọn của các “lò hơi nén nhỏ” này cũng đã khiến chúng rất dễ vận chuyển và lắp đặt, nhưng nhiều nhà sản xuất còn tiến xa hơn để khiến việc lắp đặt chỉ còn là cắm vào và sử dụng (plug-and-play).

CÁC HỆ THỐNG THẢI NƯỚC CHỦ ĐỘNG

Ngày nay, hiệu năng của lò hơi liên quan chặt chẽ đến chất lượng nước, ngoài ra chất lượng nước còn có tác động quan trọng đến tuổi thọ của hệ thống thủy nhiệt. Theo đó, các nhà sản xuất lò đang bắt đầu tập trung vào các giải pháp đóng gói trong đó bao gồm các hệ thống browdown chủ động xả thải nước ra khỏi lò nhằm tránh việc lắng cặn tạp chất trong quá trình nước bốc hơi. Nước được xả ra ngoài nhờ áp lực hơi của lò hơi.

INTERNET VẠN VẬT (IoT) CÔNG NGHIỆP

Công nghệ Internet Vạn Vật (IoT) có thể nói đã ảnh hưởng đến mọi ngành nghề trên thế giới và ngành lò hơi cũng không phải ngoại lệ. Rất nhiều lò hơi ngày nay được trang bị Wifi và cho phép điều khiển hệ thống từ mọi nơi qua đường truyền Internet.

Ngành lò hơi dự kiến sẽ tiếp tục ứng dụng các công nghệ này trong nhiều năm tiếp theo. Sẽ càng nhiều nhà máy sản xuất có khả năng theo dõi và điều khiển lò hơi của mình từ ứng dụng trên thiết bị di động của họ. Các nhà sản xuất lò hơi cũng đã bắt đầu ứng dụng các thành quả nghiên cứu về IoT mới nhất để đảm bảo khách hàng của họ được sử dụng các hệ thống tân tiến nhất hiện có.

GIÁM SÁT TỪ XA

Khả năng giám sát từ xa cho phép người sử dụng luôn có thể theo dõi lò hơi của họ 24 giờ mỗi ngày, kể cả khi họ không có mặt tại chỗ. Công nghệ này đã tiến hóa qua nhiều năm và ngày nay việc giám sát từ xa có thể được thực hiện qua đường truyền Internet. Với việc đưa vào sử dụng các thiết bị modem dạng data-driven, các quan ngại về an toàn mạng liên quan đến Hệ thống Quản lý Lò hơi (Boiler Management System) kết nối với internet đều được giải quyết một cách an toàn.