Nghiên cứu thay thế hoàn toàn dầu nhiên liệu (FO) bằng khí nhiên liệu (FG) cho lò đốt tại nhà máy lọc dầu dung quất (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - PHẠM VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU THAY THẾ HỒN TỒN DẦU NHIÊN LIỆU (FO) BẰNG KHÍ NHIÊN LIỆU (FG) CHO LÒ ĐỐT TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chuyên ngành : Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đà Nẵng – 2022 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: GVC.TS Lê Thị Như Ý Phản biện 1: PGS.TS Trương Hữu Trì Phản biện 2: TS Nguyễn Đình Thống Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật hóa học họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 27 tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng - Thư viện Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội -1- MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trước tình hình nhu cầu lượng ngày tăng cao, loại lượng truyền thống đứng trước nguy cạn kiệt thúc đẩy nhiều Quốc gia phải có chiến lược đắn việc khai thác sử dụng nguồn tài nguyên đặc biệt nguồn lượng sạch, lượng tái tạo Do đó, việc sử dụng tiết kiệm hiệu nguồn lượng hóa thạch xem giải pháp hiệu bền vững Nhà máy lọc dầu Dung Quất bắt đầu xây dựng vào năm 2005 đưa vào vận hành vào năm 2009 Đây NMLD Việt Nam Chính phủ giao cho Tập đồn Dầu khí Quốc gia Việt Nam triển khai xây dựng KKT Dung Quất, thuộc xã Bình Thuận Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi với công suất thiết kế 6,5 triệu dầu thô/năm (tương đương 148.000 thùng/ngày) nguyên liệu 100% dầu thô Bạch Hổ hỗn hợp 85% dầu thô Bạch Hổ 15% dầu thô Dubai Trên sở thiết kế hữu, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất có 14 phân xưởng cơng nghệ cụm Nhà máy điện, trạm điện cung cấp nước điện sử dụng dây chuyền nhà máy Hệ thống điện NMLD hữu gồm: nồi hơi, công suất nồi 196 tấn/ (ở nhiệt độ 505oC áp suất 107 atm) 04 tổ máy phát điện (STG) với công suất máy 27 MW Cấu hình điều kiện vận hành bình thường gồm 03 nồi 03 STG vận hành song song, còn01 nồi 01 STG dự phịng; cơng suất thực nồi 56,6% cơng suất thiết kế Theo thiết kế, thời điểm vận hành, lò đốt loại nhiên liệu định khí nhiên liệu (Fuel gas - FG) dầu nhiên liệu (Fuel oil - FO) Nguyên lý đốt nhiên liệu: ưu tiên đốt khí FG (đảm bảo đốt hết tồn khí FG nhà máy để tránh xả qua đuốc đốt), tiếp LPG/ FO với tỷ lệ đốt LPG/FO tối ưu để đảm bảo độ tin cậy hệ thống mạng tùy thuộc vào điều kiện vận hành hệ thống đốt, giá sản lượng sẵn có LPG/ FO thời điểm đốt Hiện nồi đốt với khoảng FO/giờ (TPH), cịn khí nhiên liệu FG khoảng TPH, lại đốt lượng offgas từ phân xưởng công nghệ Trong trình vận hành bình thường, Nhà máy phải ln vận hành tổ máy phát điện với nhiên liệu FO với công suất máy phát 16 MW Dữ liệu tính tốn sơ chi phí phát điện dầu FO năm Nhà máy sau: ✓ Sản lượng điện Nhà máy phát từ nhiên liệu dầu FO 140.160.000 kwh/năm ✓ Trung bình sản lượng điện phát từ nhiên liệu dầu FO tháng 11.680.000 kwh/ tháng ✓ Đơn giá phát điện từ nhiên liệu dầu FO 3600 VNĐ/ kwh (không bao gồm chi phí hao mịn, chi phí khác) ✓ Chi phí điện từ nhiên liệu dầu FO tháng 42.048.000.000 VNĐ/tháng ✓ Chi phí điện từ nhiên liệu dầu FO năm 504.576.000.000 VNĐ/năm ✓ Chi phí thuế mơi trường đốt FO/DO khoảng 100 tỷ (đơn giá thuế môi trường 2000 VNĐ/ kg nhiên liệu dầu FO) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội -2- Ngoài số trường hợp, điều chỉnh cơng suất vận hành lị đốt FO mức tối thiểu tăng công suất hai lò đốt FG để tăng tiêu thụ FG sử dụng hết FG, lượng FG thừa phải xả thải qua đuốc đốt Nhà máy gây lãng phí tăng nhiễm mơi trường Theo thống kê lượng offgas sản xuất từ phân xưởng công nghệ khoảng khoảng thời gian 2017 đến 2020 tăng khoảng 6.5 tấn/ dẫn đến lượng FG xả thải đuốc đốt khoảng 0.743 tấn/ (sau sử dụng tối đa làm nhiên liệu khí đốt) áp dụng theo giá thị trường thời điểm (khoảng 402.37 USD/ tấn) lượng khí FG có giá trị khoảng 2.391.811 USD/năm tương đương 103 tỷ VNĐ/ năm Để tận dụng nguồn khí nhiên liệu cách hiệu việc “Đánh giá cân nguồn nhiên liệu sử dụng nội (FG/ FO) hữu Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, từ nghiên cứu & đề xuất chuyển đổi nhiên liệu FO sang FG để tăng hiệu kinh tế cho nhà máy, giảm thiểu ô nhiễm môi trường” vơ cần thiết Từ phân tích trên, đề tài “Đánh giá, nghiên cứu thay hoàn toàn dầu nhiên liệu (FO) khí nhiên liệu (FG) cho lị đốt Nhà máy lọc dầu Dung Quất” thiết yếu nhằm tạo nâng cao hiệu kinh tế cho Nhà máy vừa giảm ô nhiểm môi trường Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu thay hoàn toàn dầu nhiên liệu (FO) khí nhiên liệu (FG) cho lị đốt nhà máy lọc dầu Dung Quất nhằm giảm thiểu ảnh hưởng tác động tới mơi trường, góp phần phát triển xã hội bền vững tăng hiệu kinh tế cho nhà máy Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: - Kết nghiên cứu đề tài góp phần vào việc bảo vệ môi trường xây dựng xã hội bền vững với việc sử dụng hiệu khí nhiên liệu hữu nhà máy thay đốt bỏ lượng dư thừa, từ giảm lượng khói thải mơi trường đuốc đốt nhà máy giảm tiếng ồn xạ nhiệt môi trường xung quanh - - Hiện thực hóa nguyên tắc 3R (Reduce, Re-use, Re-cycle) sản xuất kinh doanh theo xu hướng cải thiện bảo vệ môi trường áp dụng rộng rãi phạm vi toàn cầu Ý nghĩa thực tiễn: - Tiết kiệm năm khoảng 500 tỷ VNĐ/ năm cho Nhà máy - Giảm chi phí nhiên liệu đầu vào, chi phí làm sạch, vật tư tiêu hao từ việc phải vận hành lò nhiên liệu dầu FO; - Làm tài liệu tham khảo hữu ích để tiếp tục triển khai giải pháp bypass LPG phân xưởng CDU nhằm tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm propylene (tăng công suất phân xưởng PP) góp phần hạn chế vấn đề amine carry-over phân xưởng RFCC - Làm tài liệu tham khảo hữu ích để tiếp tục triển khai dự án dự án đường dây 110KV trạm điện 110/22KV kết nối EVN Nhà máy lọc dầu Dung Quất - Làm tài liệu tham khảo hữu ích để tiếp tục triển khai đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu lắp đặt hệ thống thu hồi khí nhiên liệu từ hệ thống khí thải (FGRU) Nhà máy” Cấu trúc luận văn THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội -3- Luận văn gồm chương: - Chương Tổng quan: Giới thiệu tổng quan Nhà máy lọc dầu Dung Quất, Các phân xưởng Nhà máy lọc dầu Dung Quất, Phần mềm Visual Messa sử dụng Nhà máy lọc dầu Dung Quất - Chương Đánh giá cân nguồn nhiên liệu (FO/ FG) sử dụng nội hữu nhà máy lọc dầu dung quất - Chương Chuyển đổi sử dụng dầu nhiên liệu sang khí nhiên liệu lị đốt phân xưởng điện (U40) để tăng hiệu kinh tế cho nhà máy, giảm ô nhiễm môi trường - Chương Tính tốn hiệu kinh tế sử dụng tồn khí nhiên liệu (FG) thay cho dầu đốt (FO) - Chương Kết luận & kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN I.1 Tổng quan NMLD Dung Quất Giới thiệu Nhà máy I.1.1 Nhà máy lọc dầu Dung Quất nằm khu kinh tế Dung Quất thuộc xã Bình Thuận Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi Mặt dự án gồm có khu vực chính: phân xưởng cơng nghệ phụ trợ, khu bể chứa sản phẩm, cảng xuất sản phẩm phao rót dầu khơng bến, hệ thống lấy xả nước biển Nguyên liệu I.1.2 NMLD Dung Quất hoạt động mức công suất 148.000 BPSD (tương đương 6,5 triệu dầu thô năm) Nguồn dầu thô sử dụng chủ yếu sử dụng thời gian qua gồm loại dầu thô nước như: Bạch Hổ, Tê Giác Trắng, Sư Tử Đen, Đại Hùng, Ngoài ra, NMLD Dung Quất cịn sử dụng lượng dầu thơ nước như: Azeri (nhập từ Azerbaijan), số loại dầu từ khu vực Đông Nam Á,… I.1.3 Sản phẩm Sản phẩm nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn EURO II cấu sản phẩm trình bày Bảng sau: STT Sản phẩm Giá trị Đơn vị tính 1.018 TPSD LPG Propylene 462 TPSD Gasoline 65,9 KBPSD Jet A-1 5,3 KBPSD DO 53,2 KBPSD FO KBPSD Lưu huỳnh 13 TPSD Nguồn: JGC, 2014 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội -4- I.1.4 Công nghệ Các phân xưởng nhà máy thể bảng sau: Các phân xưởng hữu NMLD Dung Quất Tên phân xưởng Ký hiệu phân xưởng Công suất (BPSD) CDU 011 148.000 NHT 012 23.500 CCR 013 21.100 KTU 014 10.000 RFCC 015 69.700 LTU 016 21.000 RFCC NTU 017 45.000 SWS 018 81 T/h ARU 019 107 T/h PRU 021 21.000 SRU 022 TPSD (*) Isomer 023 6.500 LCO HDT 024 29.000 (*) Số liệu JGC, 2014 Sơ đồ công nghệ tổng quát Nhà máy hữu thể hình bên THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội -5- Sơ đồ NMLD Dung Quất theo thiết kế ban đầu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội -6I.2 Giới thiệu phân xưởng cung cấp nhiên liệu đốt cho Nhà máy I.2.1 Hệ thống cung cấp khí nhiên liệu (U37) Khí nhiên liệu (FG) sử dụng NMLD phân phối đến phân xưởng thơng qua hệ thống cung cấp nhiên liệu khí (FG system, U037) NMLD Hệ thống bao gồm thiết bị hóa hơi, bình trộn có thiết bị gia nhiệt hệ thống đường ống phân phối khí Khí nhẹ (offgas) sản xuất từ phân xưởng công nghệ bên nhà máy thu gom đưa vào hệ thống Khí LPG, PP khơng đạt chất lượng hỗn hợp C4 dư hóa trộn với dịng offgas bình trộn phân phối đến phân xưởng có nhu cầu sử dụng Tính chất nhiên liệu khí theo thiết kế NMLD đề cập Bảng sau: Tính chất nhiên liệu khí theo thiết kế NMLD Thành phần (%tt) H2O N2 CO H2S H2 C1 C2= C2 C3= C3 C4= iC4 nC4 C5= Chế độ vận hành Sử dụng FG, thông thường Mùa hè Mùa đông 0,80 0,87 4,80 5,19 0,41 0,44 Max 50 ppmv Max 50 ppmv 56,46 61,02 12,49 13,50 4,39 4,74 7,48 8,09 0,88 0,92 2,51 2,68 4,45 0,10 3,37 1,31 1,39 0,60 - Sử dụng LPG Sử dụng Hydro 93,32 2,47 2,43 1,90 15,28 47,80 33,59 - THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 1,45 0,13 0,11 Lưu hành nội -7iC5 0,10 0,04 1,43 nC5 0,34 0,36 C6+ 0,13 0,14 Tổng 100 100 LHV, 47.423 48.177 44.600 kJ/kg KLPT, 15,39 12,04 54,85 g/mol Nguồn: Technip, Basic Engineering Design Data, 2007 0,02 0,01 0,06 100 82.890 3,86 Ở điều kiện hoạt động bình thường, lượng khí từ hệ thống cấp đến phân xưởng 25.727,9 kg/h (13.194 m3/h 46oC 3,3 kg/cm2g) chế độ vận hành BH Case-Max Gas 21.830,7 kg/h (10.649 m3/h 46oC 3,3 kg/cm2g) chế độ vận hành Base CaseMax Dis I.2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu dầu (U38) Theo thiết kế dầu đốt (FO) phân phối đến 03 phân xưởng CDU, RFCC, nhà máy điện qua hệ thống cung cấp nhiên liệu dầu (fuel oil system) Hệ thống bao gồm máy bơm, bồn chứa, thiết bị gia nhiệt đường ống phân phối Nguồn dầu đốt thông thường FO lấy từ RFCC Ngồi cịn có nguồn Heavy Gasoil, dầu thải từ bể slop dầu có tính axit từ CNU I.2.2 Giới thiệu phân xưởng sản xuất điện (U40) Hệ thống điện NMLD hữu gồm: 04 nồi hơi, công suất nồi 196 tấn/ (ở nhiệt độ 505oC áp suất 107 atm) 04 tổ máy phát điện (STG) với cơng suất máy 27 MW Cấu hình điều kiện vận hành bình thường gồm 03 nồi 03 STG vận hành song song, 01 nồi 01 STG dự phòng; Hệ thống lò phụ trợ bao gồm 04 lị (A-4001A/B/C/D) có cơng suất thiết kế tối đa 4×196 tấn/h siêu cao áp THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội -8Lò thiết bị kiểu ống nước (water-tube boiler), tuần hoàn tự nhiên, thiết kế với bao (steam drum) bình nước (water drum), đáy có giá đỡ, buồng đốt áp suất nhỏ với thành tạo thành ống nước, rút nước hồn tồn Lị sử dụng béc đốt nhiên liệu dạng combine fuel, đốt hai loại nhiên liệu khí dầu đốt Dịng trung áp (MPS) đóng vai trị dòng phân tán (Atomizing) sử dụng nhiên liệu dạng lỏng (FO, DO) Khơng khí đốt vào lị hệ thống 04 quạt thổi cưỡng (B-4071/2/3/4) Giới thiệu tổng quan phân xưởng đuốc đốt (U57) I.3 I.3.1 Vị trí chức phân xưởng Phân xưởng đuốc đốt nhà máy lọc dầu Dung Quất nằm phía nam khu bể chứa dầu thơ Có diện tích khoảng 61,500 m2 chứa thiết bị sở liên quan đến phân xưởng Trong phân xưởng này, FS thu gom xử lý dịng HC khí xả cơng nghệ từ nhà máy với HC lỏng bị theo ngưng tụ hệ thống đường ống FS FS thiết kế để xử lý khí xả chua trường hợp sau: - Chỉ từ hệ thống xả (Relief) - Chỉ từ phân xưởng - Toàn nhà máy khu vực bên FS bao gồm ống góp, KO Drum, Seal Drum đuốc đốt Đuốc đốt gồm ống Riser, cấu phân phối phận kèm khác hệ thống đánh lửa… THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội -9I.3.2 I.3.2.1 Một số hệ thống phân xưởng Đuốc đốt (Main Flare) Tất dịng HC xả từ phân xưởng công nghệ kết nối tới Main Flare KO Drum (MFKD) nằm gần đuốc đốt MFKD loại bỏ tất giọt lỏng ngưng tụ hệ thống ống góp mà nhiệt độ dịng khí xả giảm xuống Dịng lỏng từ MFKD bơm vào hệ thống dầu thải nhà máy qua thiết bị trao đổi nhiệt làm lạnh dầu thải trước đưa đến bể chứa dầu thải Dịng khí từ MFKD đưa đến Seal Drum nằm trước ống đốt khí xả (Flare Stack - FSt) nhằm ngăn chặn khơng khí lọt vào hệ thống giảm bớt chấn động gây từ q trình đốt đến hệ thống phía trước đuốc đốt Dòng FG nạp vào đầu ống góp để cung cấp tối thiểu dịng liên tục làm ống góp ngăn chặn hình thành áp suất chân khơng ống góp KO Drum hình thành làm lạnh hệ thống sau trình đốt I.3.3 Tổng quan phần mềm Visual Mesa sử dụng Nhà máy lọc dầu Dung Quất VISUAL MESA viết tắt “Modular Energy System Analyzers” phần mềm giám sát, phân tích tiết kiệm lượng nhằm hỗ trợ theo dõi giám sát lượng phụ trợ trực tuyến hàng ngày nhà cung cấp YOKOGAWA cung cấp Hệ thống phân tích trực tuyến tiêu đo lường đánh giá hiệu lượng (KPI) theo thời gian thực, cập nhật liên tục 10 giây (real time online analystics), hỗ trợ nhanh chóng kịp thời phận liên quan việc thu thập, theo dõi, phân tích số liệu vận hành, cảnh báo, quản lý THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 10 lượng, giám sát hàm lượng khí thải từ lò đốt CO2, SO2, NOx, CO Nhà máy Hệ thống thiết lập hỗ trợ KPI/EnPIs để giám sát, quản lý lượng nhiều phân cấp giám sát chi phí sử dụng lượng điện, hơi, nước cấp, thu hồi nước ngưng, nhiên liệu đốt nhà máy (Total Energy Cost), chi phí sử dụng lượng cho thiết bị (Equipment Energy Cost), hiệu sử dụng lượng cụm thiết bị bơm, lị đốt, lị (Equipment Effeciency) kiểm sốt thơng số vận hành thiết bị tiêu thụ lượng.Hỗ trợ cảnh báo kịp thời cho vận hành thông số liên quan đến tiêu hao lượng hàng ngày cảnh báo lượng nhiên liệu xả đốt ý muốn (Venting & Flaring), lượng xả cụm van điều áp lò (Letdown Valve) để kịp thời đưa biện pháp khắc phục nhằm nâng cao hiệu vận hành, tiết kiệm lượng, giảm chi phí vận hành Tiết kiệm thời gian nâng cao hiệu công việc Ban liên quan hệ thống hỗ trợ linh hoạt loại báo cáo liên quan đến tiêu thụ lượng, truy xuất xem thông qua phần mềm excel như: Big Change Report, Balance Sumary Report, KPI report, Buil-in Equipment Report ,… Hệ thống có giao diện thân thiện, nhiều tiện ích, truy xuất dễ dàng, sử dụng thông qua portal web để cung cấp thơng tin kịp thời, đồng bộ, chuẩn hóa, phân tích sâu (drilldown) đến phòng chức Việc thu thập, theo dõi, tính tốn phân tích, truy xuất liệu lịch sử liên quan đến tối ưu tiết kiệm lượng thực nhanh chóng, hiệu quả, truy cập lúc, nơi theo thời gian thực, khắc phục hoàn toàn thực trạng thu thập, phân tích giám sát thủ THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 11 công thông số liên quan lượng công cụ đơn giản Excel, không đồng hợp Chương ĐÁNH GIÁ CÂN BẰNG NGUỒN NHIÊN LIỆU (FG/FO) SỬ DỤNG NỘI BỘ HIỆN HỮU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT I.4 Bảng cân vật chất khí nhiên liệu nhà máy lọc dầu Dung Quất theo thiết kế Theo thiết kế ban đầu, Nhà máy lọc dầu Dung Quất có cơng suất chế biến 148.000 BPSD (tương đương 6,5 triệu dầu thô năm) Nguyên liệu chế biến 100% dầu thô Bạch Hổ dầu thô hỗn hợp (85% dầu thô Bạch Hổ +15 % dầu chua Dubai) Bảng tổng hợp khối lượng dầu đốt FO làm nhiên liệu cho lò đốt cho trường hợp theo thiết kế Dầu đốt FO làm nhiên liệu đốt cho CO-Boiler, lò nhà máy điện (Kg/h) 100% BH max 100% BH max Mix max Mix max Trường Dis Gas Dis Gas hợp Mùa hè 379.4 Mùa đông 380.6 322.3 327.1 399.5 333.7 245.8 285.0 Bảng tổng hợp khối lượng LPG cần hóa bổ sung làm nhiên liệu đốt trường hợp theo thiết kế LPG cần hóa bổ sung làm nhiên liệu đốt (Kg/h) Trường hợp 100% max Dis BH 100% BH max Gas Mix max Dis THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Mix max Gas Lưu hành nội - 12 - Mùa hè 0 Mùa đông Nhận xét: 2 • 0 Ở tất trường hợp, lượng khí nhiên liệu sản xuất nội từ nhà máy không đủ sử dụng nhiên liệu nội bộ; • Ở tất trường hợp, cần khối lượng LPG hóa bổ sung thiết bị hóa LPG để bù lượng dầu đốt (FO) cần bổ sung cho Co-Boiler lò sản xuất điện Bảng tổng hợp khối lượng nhiên liệu trung bình (kg/h) cho trường hợp theo thiết kế Trường hợp Trung bình (kg/ giờ) 100% BH max Dis 100% BH max Gas Mix max Dis Mix max Gas 21831 25728 20761 25627 2190.75 Nguồn : Technip, Operating Manual U37 Nhận xét: Lưu lượng khí nhiên liệu nội sản xuất từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất trung bình (tính chung cho trường hợp) ~ 2.19 tấn/ Để tối đa hóa cơng suất lợi nhuận, Nhà máy lọc dầu Dung Quất thường vận hành cơng suất 115% , ngồi ngun liệu ban đầu dầu thô Bạch Hổ Việt Nam, dầu hỗn hợp dầu thô Bạch Hổ dầu Dubai, Ngồi ra, NMLD Dung Quất cịn sử dụng lượng dầu nhẹ THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 13 nước như: Azeri (nhập từ Azerbaijan), dầu thô WTI từ Mỹ, sử dụng phụ gia ZSM để tăng sản lượng propylene nên góp phẩn tăng khối lượng khí nhiên liệu sản xuất từ Nhà máy có tăng so với thiết kế ban đầu Thực tế khối lượng khí nhiên liệu sản xuất nội từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất nhiều so với thiết kế THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 14 CHƯƠNG CHUYỂN ĐỔI SỬ DỤNG DẦU NHIÊN LIỆU SANG KHÍ NHIÊN LIỆU TẠI LỊ ĐỐT PHÂN XƯỞNG ĐIỆN HƠI ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ KINH TẾ CHO NHÀ MÁY, GIẢM Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG I.3 Thực trạng sử dụng nhiên liệu nhà máy Trên sở thiết kế hữu, sản lượng khí nhiên liệu (Fuel Gas – FG) sinh từ phân xưởng công nghệ để đảm bảo độ tin cậy vận hành cho Nhà máy, lò đốt Nhà máy vận hành sau: - Lò Phân xưởng Điện có lị đốt 100% FG lò đốt 100% dầu nhiên liệu (FO) hỗn hợp FO + FG; - Các lò gia nhiệt khác Nhà máy: Đốt 100% FG; Với thiết kế hữu, lượng FO tiêu thụ tối thiểu khoảng 3,6 tấn/giờ Khi tiêu thụ FO giảm xuống mức khoảng 3,6 tấn/giờ mà FG cịn thừa phải xả thải đuốc đốt I.2 Thực trạng vận hành phân xưởng điện nhà máy lọc dầu Dung Quất Phân xưởng Điện (U40) nhà máy lọc dầu Dung Quất thiết kế với 04 lò (03 lò vận hành, 01 lò dự phòng) để sản xuất nước cho việc phát điện nhu cầu sử dụng nước khác Nhà máy Mỗi lò đốt loại nhiên liệu khí nhiên liệu (FG) dầu nhiên liệu (FO) Dựa vào sản lượng FG sinh trình chế biến dầu thơ, 02 lị vận hành với FG, 01 lò vận hành với FO, lò đốt phân xưởng công nghệ khác đốt FG THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 15 Khi sản lượng FG Nhà máy tăng, muốn sử dụng hết nguồn FG phải tăng tải lò đốt FG giảm tải lò đốt FO lượng tương ứng Tuy nhiên, giảm tải lò đốt FO mức 80 tấn/ nhiệt độ nước lị khơng đáp ứng u cầu kỹ thuật (≥ 495oC) đồng thời đường ống mềm cung cấp FO vào lị có tượng rung giật mạnh, có nguy ảnh hưởng đến độ tin cậy thiết bị Chính vậy, số trường hợp, sản lượng FG Nhà máy tăng cao sử dụng hết vào việc sản xuất nước khơng thể giảm tải lị đốt dầu FO sâu (dưới 80 tấn/ giờ) xả thải đuốc đốt (phân xưởng U57) Nhà máy Việc xả thải FG đuốc đốt gây lãng phí cho Nhà máy, đồng thời đốt dầu FO phải trả phí mơi trường 2000 kg/ lít Vì vậy, việc nghiên cứu đốt tối đa lượng FG lò hơi, phân xưởng điện vào mục đích lượng, hạn chế xả đuốc đốt, vừa đảm bảo không trả phí mơi trường cần thiết để mang lại hiệu kính tế cho Nhà máy I.3 Đề xuất chuyển đổi sử dụng dầu nhiên liệu (FO) sang khí nhiên liệu (FG) lò đốt, phân xưởng điện Trên sở phân tích thực trạng cân nguồn FG FO chương 2, xem xét tình trạng cân mạng nhiên liệu, lịch sử chế độ vận hành lò hơi, Tác giả đề xuất giải pháp chuyển đầu đốt từ đốt dầu FO sang đốt khí FG Tùy thuộc vào lượng FG sản xuất từ Nhà máy mà xem xét cho 02 trường hợp (1) Áp dụng chế độ đốt kép (đốt 02 loại nhiên liệu 01 lò hơi) cho phép sử dụng tối đa nguồn FG (2) lò đốt chuyển đổi hoàn toàn đốt FO sang đốt FG THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 16 III.3.1.2 Phương án đốt kép đầu đốt (đốt 02 nhiên liệu lị hơi) III.3.1.2.1 Kết chạy mơ trình cháy bên buồng đốt (CFD test) cho q trình đốt kép a Các thơng số hoạt động lò áp dụng chế độ đốt kép Các thơng số hoạt động lị áp dụng chế độ đốt kép trình bày bảng dưới: Loại dầu Đơn vị Hỗn 66% FO 33% FG hợp Hỗn hợp 66% 33% FG Phần trăm tải Tải lò Nhiệt độ Áp suất vận hành Nhiệt độ nước cấp Nhiệt độ bảo hòa Tốc độ xả liên tục Nhiệt độ khói vào hâm nước Nhiệt độ khói thỏi ống khói Nhiệt độ mơi trường khơng khí Độ ẩm khơng khí Lưu lượng khí vào Lưu lượng khí tuần hồn Lưu lượng khí vào đầu đốt Oxy thừa Loại dầu đốt (Fuel Oil) Loại dầu đốt (Fuel Gas % kg/hr °C bar (g) °C °C % °C 75 147,000 505.00 104.94 112 316.111 381.111 40 78,400 505.00 104.94 112 316.111 347.222 °C 173 151 °C 36 36 % kg/hr kg/hr kg/hr 100 193,154 182,529 100 102,276 96,650 % kg/hr kg/hr 15 7,844 15 4,153 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội FO - 17 Summer) Fuel fired (Fuel Gas Actual) Nhiệt trị cao nhiên liệu cấp vào Nhiệt trị thấp nhiên liệu cấp vào Nhiệt thể tích buồng lữa Nhiệt diện tích Nhận xét: - kg/hr 2,781 1,473 Gcal/h 118.7643 62.8860 Gcal/h 110.6912 58.6112 kcal/m3h 360,042 190,646 kcal/m2h 361,598 191,467 Đốt kép FG FO không làm cho ống gia nhiệt bên lò bị hư hỏng sớm ống bị nhiệt công suất nào; - Kết tính tốn thơng số tuần hồn nồi đốt kép cho thấy khơng có yếu tố gây vấn đề nhiệt lâu dài cho ống gia nhiệt; - Kết tính tốn thơng số tuần hoàn nồi khẳng định trạng thái hai pha ổn định luôn tồn bên ống gia nhiệt, đó, khơng có mối nguy gây hư hỏng ống gia nhiệt phần mái cho dù đốt FO burner phía cơng suất lị từ 40% đến 75% III.3.1.2.2 Kết thử nghiệm kết thử nghiệm với lò A-4001-C Nhà máy lọc dầu Dung Quất chế độ đốt kép Chế độ vận hành Tải lò (ton/h) Ngọn lửa FG burner Ngọn lửa FO burner Nhiệt độ steam (OC) Đốt 100% FO Đốt kép 69-110 N/A Bình thường 485-505 80-120 Clear Bình thường 500-505 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 18 Oxy dư (%) Nhiệt độ đầu vào Economizer (OC) Nhiệt độ đầu Economizer (OC) 3.2-4.4 355-385 3.2-4.4 355-385 170-195 160-203 Kết kiểm tra thiết bị ngày 06/4/2019 Ban KTTB, tình trạng kỹ thuật lị A-4001C sau áp dụng giải pháp đốt kép (từ 31/8/2018 đến 31/10/2018 từ 05/1/2019 đến 23/2/2019) sau: - Chưa phát hư hỏng hay bất thường bên lị có liên quan đến việc đốt kép - Một số đoạn ống gia nhiệt bị phồng lên mức độ chấp nhận được, nhiên, tượng xảy với lò khác không áp dụng đốt kép Mặt khác, theo ý kiến nhà cung cấp thiết bị, tượng ống gia nhiệt bị phồng lên hồn tồn khơng liên quan đến việc đốt kép bên lò đốt - Mức độ bám bẩn dàn ống nhiệt, hâm nước lượng muội lò (carbon cháy khơng hồn tồn) khu vực tường lò giảm, lớp muội tơi xốp so với trường hợp đốt hồn tồn dầu FO, q trình làm lị thuận lợi, dễ dàng Một số hình ảnh kiểm tra so sánh tình trạng vệ sinh bên lò A-4001-C (đốt kép) lò A-4001-A (đốt dầu FO) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 19 III 3.1 Đánh giá giải pháp đốt 100% khí nhiên liệu (FG) lò phân xưởng điện a Bảng phân tích cân khí nhiên liệu trường hợp phân xưởng công nghệ Nhà máy lọc dầu Dung Quất gặp cố lò vận hành với 100% khí nhiên liệu (FG) Một Dự kiến FG thiếu hụt (MW) Khơng Tình bất thường STT Trong điều kiện vận hành bình thường Phân xưởng CCR dừng, dẫn đến nguồn Khơng khí nhiên liệu từ p/x CCR COB (CO-Boiler) dừng đột xuất -2.2 Lỗi từ phân xưởng cung cấp khí nhiên liệu -90 (Vaporizers failures) Phân xưởng RFCC dừng MAB (Main Air -106.1 Blower) dừng Phân xưởng RFCC dừng MAB (Main Air -175.5 Blower) hoạt động số giải pháp hành đảm bảo giữ vững nhà máy (khơng bị điện tồn phân xưởng) tính tốn sa thải bảng bên STT Action HHP Accumulated Accumulated saving HHP (ton) MW fuel gas (ton) 30 ESD Unit 024 Reduce 30 MW FG to H-1101 Reduce MAB to 70 to/h 14 14 72.2 Stop Blend/transfer pumps 18 75.6 Stop Loading pumps 23 80.0 Stop extruder 11 34 89.5 Set 040PIC014A 3.6 kg/cm2 39 93.9 30 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 20 Stop Electrical sea water pump 45 99.1 X-1507 ESD Cut steam to E1803/1805, TK1801/1802 and store SOW in TK1801 48 101.7 18 66 117.3 10 11 C-2101 ESD 70 120.8 12 X-1301 ESD 76 126.0 13 Stop one running C-1202 82 131.2 14 Close MP to E2316, E2308 Cut HP to E1121(Close 011FV034) 18 100 146.8 14 114 159.0 33.5 147.5 188.1 36 183.5 219.3 15 16 Stop WGC 17 Connect EVN, import 12 MW III.3.1.4 Lắp đặt thêm thiết bị hóa khí nhiên liệu (LPG Vaporizer) phân xưởng cung cấp khí nhiên liệu (U37) Lắp đặt thêm thiết bị hóa song song với thiết bị hóa LPG vaporizer hữu tăng cơng suất/cơng suất dự phịng hệ thống khí nhiên liệu, cho phép vận hành lò với 100% FG xảy cố nguồn FG từ phân xưởng công nghệ, hệ thống thiết bị hóa bổ sung đủ nguồn FG cho Nhà máy, trì trạng thái vận hành bình thường lị Kết luận: Trên sở đánh giá giải pháp kỹ thuật 03 phương án thay dầu đốt (FO) khí nhiên liệu (FG) (1) Phương án 1: Phương án đốt kép vừa dầu đốt (FO) vừa khí nhiên liệu (FG) (2) Phương án 2: Chuyển hoàn toàn dầu đốt FO 100 % khí nhiên liệu với biện pháp hành mà khơng cần đầu tư (3) Phương án 3: Chuyển hoàn toàn dầu đốt FO 100% khí nhiên liệu có đầu tư lắp đặt thiết bị hóa (Vaporizer), tùy điều kiện vận hành lượng khí THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 21 nhiên liệu xả đuốc đốt Nhà máy, mà định phương án thay đảm bảo an toàn hiệu quả, điều kiện Nhà máy lượng khí nhiên liệu xả đuốc đốt, áp dụng giải pháp đốt kép mà không cần đẩu tư Trong tương lai gần lượng khí nhiên liệu xả đuốc đốt tiếp tục tăng cần xem xét phương án đầu tư cải hoán đầu tư cải hoán hệ thống khí nhiên liệu; cải hốn đầu đốt lị cho trường hợp chuyển đổi nhiên liệu cho 03 lị sang đốt 100% khí nhiên liệu (FG) để mang lại hiệu kinh tế cho Nhà máy vừa đảm bảo an tồn trường hợp khí nhiên liệu từ phân xưởng cơng nghệ Chương TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI SỬ DỤNG TỒN BỘ KHÍ NHIÊN LIỆU (FG) THAY CHO DẦU ĐỐT (FO) Bảng tổng hợp tính tốn hiệu kinh tế cho 03 trường hợp Các số tính tốn Trường hợp (Đốt kép) Trường hợp (100 % khí nhiên liệu, khơng đầu tư Trường hợp (100 % khí nhiên liệu, có đầu tư) VNĐ/ năm VNĐ/ Năm VNĐ/ năm Lợi ích tiền thu bán FO 47 tỷ 186 triệu đồng 508,624,993,360 508,624,993,360 Tiền tiết kiệm thuế môi trường 10 tỷ 653 triệu đồng 114,809,116,281 114,809,116,281 Hiệu đề tài 57 tỷ 839 triệu đồng 502,630,001,812 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 500,330,001,812 Lưu hành nội - 22 - Bảng tóm tắt số kinh tế đề tài Các số kinh kế Chi phí đầu tư (VNĐ) Giá trị 230.000.000 Ghi Lắp bổ sung thiết bị hóa khí hóa lỏng (LPG) Cải hốn đầu đốt lò 35.880.000.000 Lợi nhuận sơ (tỷ VNĐ/ năm) Giảm chi phí đóng thuế mơi trường (tỷ VNĐ/năm) 57 - 502 114 Thuế môi trường FO theo Nghị số 579/2018/UBTVQH14, ngày 26/9/2018 Ủy ban Thường vụ Quốc hội) CHƯƠNG KẾT LUẬN Tổng thể kết nghiên cứu 03 phương án luận văn cho phép tác giả khẳng định việc sử dụng khí nhiên liệu (FG) thay cho dầu nhiên liệu (FO) mang lợi ích kinh tế cho nhà máy mà mang lại lợi ích cho mơi trường làm giảm đáng kể lượng phát thải Các kết cụ thể sau: - Lượng FO thay được: 57080 tấn/năm; - Lượng FG sử dụng để thay 100% FO chưa tính đến lượng khí nhiên liệu thu hồi từ đuốc đốt 57080/năm; - Lượng FG sử dụng để thay 100% FO có tính đến 0.68 tấn/giờ lượng khí nhiên liệu thu hồi từ đuốc đốt 57328 tấn/năm; - Lợi nhuận sơ sử dụng FG thay 100% FO 400 tỷ VNĐ/năm; THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - 23 - Chi phí giảm khơng đóng thuế mơi trường sử dụng FG thay cho FO 114 tỷ VNĐ/ năm - Tổng lợi ích mang lại (tính sơ bộ) sử dụng FG thay cho FO 514 tỷ VNĐ/năm Ngoài ra, việc sử dụng FG giảm phát thải so với sử dụng FO, thấy rõ lượng SOx, H2S (do FO chứa lưu huỳnh lớn nhiều lần so với FG) Hydrocarbon hiệu suất cháy FG tốt FO KIẾN NGHỊ Căn kết nghiên cứu trên, kiến nghị số vấn đề sau: - Áp dụng giải pháp đốt kép hai loại nhiên liệu lò để sử dụng tối đa lượng khí nhiên liệu (FG) sinh từ q trình chế biến dầu thơ vào mục đích lượng, giảm thiểu việc xả thải đuốc đốt, tiết kiệm chi phí lượng, góp phần nâng cao hiệu vận hành Nhà máy (Giải pháp khơng ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất lị, khơng ảnh hưởng nhiều đến cân mạng nhiên liệu Nhà máy khơng cần đầu tư cải hốn) - Tính toán cụ thể hiệu kinh tế mang lại với dự tốn chi phí đầu tư cải hốn hệ thống khí nhiên liệu; cải hốn đầu đốt lị cho trường hợp chuyển đổi nhiên liệu cho 03 lò sang đốt 100% khí nhiên liệu (FG) để mang lại hiệu kinh tế cho Nhà máy vừa đảm bảo an tồn trường hợp khí nhiên liệu từ phân xưởng công nghệ Xem xét sớm triển khai dự án lắp đặt hệ thống thu hồi khí nhiên liệu từ hệ thống thu hồi khí thải đuốc đốt (FGRU) Nhà máy vào hoạt động đề thu hồi thêm khoảng 0.68 tấn/ bù vào phần lượng khí nhiên liệu thiếu hụt trường hợp lị đốt 100% khí nhiên liệu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội ... tế cho nhà máy, giảm thiểu ô nhiễm môi trường” vơ cần thiết Từ phân tích trên, đề tài “Đánh giá, nghiên cứu thay hoàn tồn dầu nhiên liệu (FO) khí nhiên liệu (FG) cho lò đốt Nhà máy lọc dầu Dung. .. Dung Quất? ?? thiết yếu nhằm tạo nâng cao hiệu kinh tế cho Nhà máy vừa giảm ô nhiểm môi trường Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu thay hoàn tồn dầu nhiên liệu (FO) khí nhiên liệu (FG) cho lò đốt nhà máy. .. phương án thay dầu đốt (FO) khí nhiên liệu (FG) (1) Phương án 1: Phương án đốt kép vừa dầu đốt (FO) vừa khí nhiên liệu (FG) (2) Phương án 2: Chuyển hoàn toàn dầu đốt FO 100 % khí nhiên liệu với