Ứng dụng chính của hơi nước trong công nghiệp – từ Gia nhiệt đến Vận hành Turbine

Hơi nước được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Các ứng dụng phổ biến bao gồm quá trình gia nhiệt bằng hơi nước trong nhà máy, xí nghiệp và turbine chạy bằng hơi nước trong các nhà máy điện. Tuy nhiên, công dụng của hơi nước trong công nghiệp còn vượt xa hơn thế.

Dưới đây là một số ứng dụng điển hình của hơi nước trong công nghiệp: Sưởi ấm/Khử trùng, Tạo lực đẩy, Phun sương, Làm sạch, Tạo ẩm, Điều hòa độ ẩm. Trong các phần tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về từng loại ứng dụng của hơi nước và đưa ra một số ví dụ về thiết bị sử dụng hơi nước để minh họa.

Hơi Nước Dùng Cho Sưởi Ấm

Hơi Nước Áp Suất Dương

Hơi nước thường được tạo ra và phân phối ở áp suất dương. Trong hầu hết các trường hợp, điều này có nghĩa là nó được cung cấp cho thiết bị ở áp suất trên 0 MPaG (0 psig) và nhiệt độ cao hơn 100°C (212°F).

Các ứng dụng gia nhiệt bằng hơi nước áp suất dương có thể được tìm thấy trong các nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy lọc dầu và nhà máy hóa chất. Hơi nước bão hòa được sử dụng làm nguồn nhiệt cho các thiết bị trao đổi nhiệt, bộ tái đun sôi, lò phản ứng, bộ gia nhiệt không khí đốt và các loại thiết bị truyền nhiệt khác.

Trong thiết bị trao đổi nhiệt, hơi nước làm tăng nhiệt độ sản phẩm thông qua quá trình truyền nhiệt, sau đó ngưng tụ và được xả ra ngoài thông qua bẫy hơi.

Hơi nước quá nhiệt được làm nóng đến 200–800°C (392–1472°F) ở áp suất khí quyển rất dễ sử dụng và được ứng dụng trong các lò hấp gia đình trên thị trường hiện nay.

Hơi Nước Chân Không

Việc sử dụng hơi nước để gia nhiệt ở nhiệt độ dưới 100°C (212°F) – vốn là khoảng nhiệt độ thường sử dụng nước nóng – đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây.

Khi sử dụng hơi nước bão hòa chân không tương tự như hơi nước áp suất dương, nhiệt độ của hơi nước có thể được điều chỉnh nhanh chóng bằng cách thay đổi áp suất, giúp kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn so với việc sử dụng nước nóng. Tuy nhiên, cần phải sử dụng thêm bơm chân không vì chỉ giảm áp suất sẽ không thể đưa nó xuống dưới áp suất khí quyển.

So với hệ thống sưởi bằng nước nóng, hệ thống này cung cấp khả năng làm nóng nhanh và đồng đều. Nhiệt độ cài đặt được đạt tới nhanh chóng mà không gây ra sự chênh lệch nhiệt độ.

Hơi Nước Dùng Cho Đẩy/Vận Hành

Hơi nước thường được sử dụng để tạo lực đẩy (như một lực truyền động) trong các ứng dụng như turbine hơi nước. Turbine hơi nước là thiết bị không thể thiếu trong quá trình phát điện tại các nhà máy nhiệt điện. Để nâng cao hiệu suất, người ta đang nghiên cứu sử dụng hơi nước ở áp suất và nhiệt độ ngày càng cao. Một số nhà máy nhiệt điện sử dụng hơi nước siêu tới hạn ở 25 MPa abs (3625 psia) và 610°C (1130°F) trong turbine của họ.

Hơi nước quá nhiệt thường được sử dụng trong turbine hơi nước để tránh hư hại thiết bị do sự xâm nhập của nước ngưng. Tuy nhiên, trong một số loại nhà máy điện hạt nhân, việc sử dụng hơi nước nhiệt độ cao phải được hạn chế vì có thể gây ra vấn đề với vật liệu của thiết bị turbine. Thay vào đó, hơi nước bão hòa áp suất cao thường được sử dụng. Trong trường hợp phải dùng hơi nước bão hòa, các bộ tách thường được lắp đặt trong đường ống cung cấp để loại bỏ nước ngưng khỏi dòng hơi.

Ngoài phát điện, các ứng dụng đẩy/vận hành điển hình khác thường dùng cho máy nén hoặc bơm chạy bằng turbine, chẳng hạn như máy nén khí, bơm tháp giải nhiệt, v.v.

Lực đẩy từ hơi nước làm quay các cánh turbine, từ đó làm quay rôto của máy phát điện và tạo ra điện.

Hơi Nước Làm Chất Lưu Động

Hơi nước cũng có thể được sử dụng như một lực “đẩy” trực tiếp để di chuyển dòng chất lỏng và khí trong đường ống. Ejector phun hơi được sử dụng để tạo chân không cho các thiết bị như tháp chưng cất nhằm tách và làm sạch dòng hơi. Chúng cũng được sử dụng để liên tục loại bỏ không khí khỏi bình ngưng, nhằm duy trì áp suất chân không mong muốn trên các turbine ngưng hơi.

Hơi nước áp suất cao đi vào ejector phun qua vòi đầu vào và sau đó được khuếch tán. Điều này tạo ra một vùng áp suất thấp, hút không khí từ bình ngưng.

Trong một ứng dụng tương tự, hơi nước cũng là chất lưu động chính cho các bộ xả áp thứ cấp, được sử dụng để bơm nước ngưng từ bình chứa, bình flash hoặc thiết bị hơi nước gặp tình trạng ùn tắc.

Hơi Nước Dùng Cho Phun Sương

Phun sương bằng hơi nước là quá trình sử dụng hơi nước để tách cơ học một chất lỏng. Ví dụ, trong một số đầu đốt, hơi nước được phun vào nhiên liệu để tối đa hóa hiệu suất đốt cháy và giảm thiểu sản sinh hydrocacbon (muội than). Các nồi hơi và máy phát hơi nước sử dụng dầu nhiên liệu sẽ áp dụng phương pháp này để phá vỡ dầu nhớt thành các giọt nhỏ hơn, giúp đốt cháy hiệu quả hơn. Các bếp đốt cũng thường sử dụng phun sương bằng hơi nước để giảm chất gây ô nhiễm trong khí thải.

Trong các đầu đốt, hơi nước thường được trộn với khí đốt trước khi đốt.

Hơi Nước Dùng Cho Làm Sạch

Hơi nước được sử dụng để làm sạch nhiều bề mặt khác nhau. Một ví dụ trong công nghiệp là sử dụng hơi nước trong các thiết bị thổi bụi. Các lò hơi sử dụng dầu hoặc than làm nhiên liệu phải được trang bị thiết bị thổi bụi để làm sạch định kỳ tường lò và loại bỏ cặn cháy khỏi bề mặt đối lưu, nhằm duy trì công suất, hiệu suất và độ tin cậy của lò hơi.

Hơi nước phun ra từ vòi thổi bụi làm bong tróc tro khô hoặc xỉ, sau đó rơi vào phễu hoặc được đưa ra ngoài cùng với khí đốt.

Hơi Nước Dùng Cho Tạo Ẩm

Hơi nước đôi khi được sử dụng để bổ sung độ ẩm cho một quy trình đồng thời cung cấp nhiệt. Ví dụ, hơi nước được sử dụng để tạo ẩm trong sản xuất giấy, giúp giấy di chuyển qua các con lăn ở tốc độ cao mà không bị nứt hoặc rách vi mô. Một ví dụ khác là máy ép viên. Các nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi dạng viên thường sử dụng hơi nước phun trực tiếp để vừa gia nhiệt vừa cung cấp thêm độ ẩm cho nguyên liệu trong bộ phận điều hòa của máy.

Việc tạo ẩm cho thức ăn giúp làm mềm nguyên liệu và một phần hồ hóa tinh bột, tạo ra viên thức ăn chắc hơn.

Hơi Nước Dùng Cho Điều Hòa Độ Ẩm

Nhiều cơ sở thương mại và công nghiệp lớn, đặc biệt ở vùng khí hậu lạnh, sử dụng hơi nước bão hòa áp suất thấp làm nguồn nhiệt chính để sưởi ấm theo mùa trong nhà. Các cuộn dây HVAC, thường kết hợp với máy tạo ẩm bằng hơi nước, là thiết bị được sử dụng để điều hòa không khí nhằm đảm bảo tiện nghi trong nhà, bảo quản sách và hồ sơ, cũng như kiểm soát nhiễm khuẩn. Khi không khí lạnh được làm nóng bằng cuộn dây hơi nước, độ ẩm tương đối của không khí giảm xuống và sau đó cần được điều chỉnh về mức bình thường bằng cách bổ sung hơi nước bão hòa khô vào dòng không khí phía sau.

Hơi nước được sử dụng để tạo ẩm cho không khí trong ống dẫn trước khi phân phối đến các khu vực khác trong tòa nhà.

Nguồn: TLV
Người dịch: Thanh Dương