Nâng cao hiệu suất năng lượng của các lò hơi công nghiệp đóng một vai trò quan trọng trong giảm tiêu thụ năng lượng sơ cấp và giảm ô nhiễm môi trường. Bài viết Một số kết quả của việc nâng cao hiệu suất lò hơi sau khi lắp đặt bộ hâm nước trình bày việc nâng cao hiệu suất bằng cách lắp thêm các bộ hâm nước và cải tiến quá trình cấp nước.
Trần Thanh Sơn, Phan Quí Trà 48 MỘT SỐ KẾT QUẢ CỦA VIỆC NÂNG CAO HIỆU SUẤT LÒ HƠI SAU KHI LẮP ĐẶT BỘ HÂM NƯỚC SOME RESULTS OF ENHANCING BOILER EFFICIENCY BY INSTALLING FEEDWATER HEATERS Trần Thanh Sơn1, Phan Quí Trà2 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; ttson@dut.udn.vn Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; pqtra@dct.udn.vn Tóm tắt - Nâng cao hiệu suất lượng lị cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng giảm tiêu thụ lượng sơ cấp giảm ô nhiễm môi trường Hầu hết lò sử dụng Việt Nam có hiệu suất thấp nên việc tìm giải pháp nâng cao hiệu suất có ý nghĩa quan trọng Để tìm giải pháp cụ thể cần có khảo sát, đo đạc tính tốn cụ thể Bài báo trình bày việc nâng cao hiệu suất cách lắp thêm hâm nước cải tiến trình cấp nước Qua khảo sát, tính tốn lị điển hình nay, lị đốt dầu FO lị đốt than cục 3, tác giả có kết có ý nghĩa Hiệu suất lò dầu nâng lên 2,1% lò đốt than 3,4% so với trước lắp hâm nước Thời gian thu hồi vốn giản đơn hai hâm nước nhỏ năm Abstract - The improvement of energy efficiency of industrial boilers plays an important role in reducing primary energy consumption and reducing environmental pollution Most of the boilers in use in Vietnam have low efficiency [1], so finding measures to improve the efficiency is crucial In order to find specific measures to improve boiler efficiency, specific surveys, measurements and calculations are needed This article presents a way to improve the efficiency by installing feedwater heaters and modifying the make-up water control system Through the survey, calculation of two typical boilers, one FO burner and one No.3 coal burner, the authors have achieved very meaningful results The efficiency of the FO fired boiler is increased by 2.1% and the coal fired boiler is 3.4% higher than before the installation of feedwater heater The payback period of both sets of feedwater heater is less than year Từ khóa - lị hơi; hiệu suất; hâm nước; tiết kiệm lượng; hiệu lượng Key words - boiler; efficience; feedwater heater; energy saving; energy efficiency Đặt vấn đề Ở Việt Nam, loại lò chủ yếu dùng lĩnh vực cơng nghiệp dịch vụ Các lị có cơng suất từ tấn/h đến 300 tấn/h Phần lớn lị sử dụng có hiệu suất lượng thấp nên lượng khí độc hại đốt nhiên liệu phát thải vào môi trường cao Bên cạnh đó, cơng nghệ lị lạc hậu nên mức tiêu hao lượng để sản xuất đơn vị cao [1] Vì vậy, việc nâng cao hiệu suất, tiết kiệm lượng lò vấn đề doanh nghiệp quan tâm, thời điểm nay, giá nhiên liệu có xu hướng ngày tăng Hơn nữa, việc sử dụng lượng tiết kiệm hiệu luật hóa nên tiết kiệm lượng thơng qua việc nâng cao hiệu suất lị cơng nghiệp có ý nghĩa lớn, giúp doanh nghiệp giảm giá thành sản phẩm giảm ô nhiễm môi trường Đặc điểm hầu hết lị cơng nghiệp khu vực miền Trung Tây nguyên có cơng suất nhỏ hiệu suất thấp Vì vậy, việc tìm giải pháp nhằm nâng cao hiệu suất lò điều kiện doanh nghiệp chưa thể thay lò hiệu suất thấp lị có hiệu suất cao nhu cầu thực tiễn cần phải nghiên cứu, đánh giá [1] Có nhiều biện pháp nâng cao hiệu suất sử dụng lượng hệ thống lò liên quan đến trình đốt, truyền nhiệt, tổn thất lượng, tổn thất vật chất, giảm mức tiêu thụ điện thiết bị phụ trợ, … Để tìm giải pháp nâng cao hiệu suất cho lị cần phải khảo sát, đo đạc tính tốn cụ thể Bài báo trình bày kết việc lắp đặt thêm hâm nước cho kiểu lò sử dụng phổ biến khu vực Trong đó, lị kiểu ống lị, ống lửa nằm ngang đốt dầu FO, có cơng suất định mức hơi/h lò kiểu ống nước, ống lửa đốt than cục 4, có cơng suất thiết kế hơi/h Cả lò có áp suất vận hành bar, số vận hành trung bình 12 h/ ngày Phân tích hiệu suất lị Hiệu suất lị tỉ số lượng lượng hữu ích mà nước mang tổng lượng lượng đưa vào lị Để xác định hiệu suất lị cần phải xác định lượng lượng mà nước mang tổng lượng mang vào lò Việc thường khó xác định xác nên phương pháp tính hiệu suất thường áp dụng Trong thực tế, hiệu suất lò thường xác định đựa định luật bảo toàn lượng, tổng lượng cấp vào lò lượng có ích mà mang cộng với tổn thất lị Phương trình cân nhiệt tổng quát lò viết cho kg nhiên liệu rắn, lỏng m3 nhiên liệu khí thể sau [2]: Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (1) Trong đó: Qđv: Lượng lượng đưa vào lò (kJ/kg); Q1: Lượng lượng hữu ích mang (kJ/kg); Q2: Lượng lượng tổn thất khói thải (kJ/kg); Q3: Lượng lượng tổn thất không cháy hết hồn tồn mặt hóa học (kJ/kg); Q4: Lượng lượng tổn thất không cháy hết mặt học (kJ/kg); Q5: Lượng lượng tổn thất tỏa nhiệt môi trường xung quanh (kJ/kg); Q6: Lượng lượng tổn thất xỉ (kJ/kg) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(118).2017 - Quyển 49 Phương trình (1) viết lại sau: 1= 𝑄1 𝑄đ𝑣 + 𝑄2 𝑄đ𝑣 + 𝑄3 𝑄đ𝑣 + 𝑄4 𝑄đ𝑣 + 𝑄5 𝑄đ𝑣 + 𝑄6 𝑄đ𝑣 (2) Hay: 𝑄1 𝑄đ𝑣 =1− 𝑄2 𝑄đ𝑣 − 𝑄3 𝑄đ𝑣 − 𝑄4 𝑄đ𝑣 − 𝑄5 𝑄đ𝑣 − 𝑄6 𝑄đ𝑣 (3) 𝜂 = − 𝑞2 − 𝑞3 − 𝑞4 − 𝑞5 − 𝑞6 (4) Phương trình (4) thường áp dụng để tính hiệu suất nhiệt lò thực tế gọi phương pháp tính hiệu suất theo cân nghịch Thơng thường, tổn thất tổn thất q2, q3 q4 có giá trị lớn Trong đó, q2 q3 phụ thuộc vào lượng khơng khí thừa vận hành thường chọn hệ số không khí thừa cho tổng hai tổn thất bé nhất, q4 phụ thuộc vào loại nhiên liệu phương pháp đốt Giải pháp lựa chọn báo giảm tổn thất khói thải mang q2 qua việc lắp thêm hâm nước để nâng cao nhiệt độ nước cấp vào lò giảm nhiệt độ khói thải Tính tốn phương án 3.1 Tính hâm nước cho lị đốt dầu FO Lò sử dụng phần lị Cơng ty Cổ phần (CP) CP đặt cụm công nghiệp Phong Điền, Thừa Thiên-Huế đốt dầu FO, có cơng suất hơi/h, kiểu ống lị ống lửa nằm ngang Sản lượng trung bình lò đo qua đồng hồ lưu lượng đường 2,7 t/h, áp suất vận hành lò bar, nhiệt độ khói thải đo cửa khỏi lị 220°C Hiệu suất lị trung bình điều kiện vận hành thực tế xác định theo phương pháp cân nghịch 81,1% Sau trao đổi với cán kỹ thuật Công ty, tác giả tính tốn thiết kế [3, 4, 5] với kỹ sư Công ty CP Năng lượng Hoàng Đạo [6] chế tạo, lắp đặt hâm nước có cơng suất định mức 250 kW, sử dụng ống đúc DN25 SUS316, cánh chữ nhật phẳng SUS304 dày 0,5mm, bước cánh 20 mm Theo tính tốn, sau lắp đặt hâm nước vào nhiệt độ khói thải giảm xuống cịn 175°C hiệu suất lị tăng lên đến 83,2% 3.2 Tính hâm nước cho lò đốt than cục Một cách tương tự, tác giả tính tốn thiết kế hâm nước cho lị Cơng ty TNHH Insulpack Đà Nẵng, đặt xã Hòa Sơn, huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng, đốt than cục có cơng suất thiết kế hơi/h, kiểu ống nước ống lửa hai ba lông Sản lượng trung bình lị đo qua đồng hồ lưu lượng nước nóng gắn đường nước cấp 4,1 t/h, áp suất vận hành lò bar, nhiệt độ khói thải đo đồng hồ nhiệt độ hiển thị số cửa thoát khỏi lò 235°C Hiệu suất lò trung bình điều kiện vận hành thực tế xác định theo phương pháp cân nghịch 73,8% Sau đo đạc khảo sát trạng vận hành lị hơi, tác giả tính tốn thiết kế, chế tạo [6] lắp đặt hâm nước có cơng suất định mức 500 kW, sử dụng ống thép đúc DN25, cánh chữ nhật phẳng SUS304 dày 0,5mm, bước cánh 20 mm Bộ hâm nước đặt họng thu khói lị phía trước thu vào quạt khói Hình Theo tính tốn, sau lắp đặt hâm nước vào nhiệt độ khói thải giảm xuống cịn 170°C hiệu suất lò tăng lên đến 77,2% Hình Hình ảnh hâm nước lắp vào lị đốt than Kết vận hành thực tế Để xác định hiệu thân hâm nước tác giả giữ nguyên tình trạng hoạt động lò ban đầu, sau lắp đặt, kiểm nghiệm hâm, lò đưa vào vận hành với chế độ hoạt động bình thường Để tăng hiệu hâm, tác giả chuyển đổi chế độ cấp nước vào lò từ chế độ ban đầu On-Off (bơm nước cấp hoạt động mực nước lò xuống mức thấp đóng mực nước đạt mức cao) thành chế độ cấp nước liên tục [7] 4.1 Kết lò đốt dầu FO Bảng thể thơng số lị trước sau lắp đặt hâm nước Bảng Kết lò đốt dầu FO Tình trạng Nhiệt độ khói Hiệu suất thải (t°C) (%) Tiêu hao nhiên liệu (kg/h) Khơng có hâm 220 81,1 176,1 Có hâm 175 83,2 170,2 Các số liệu nhiệt độ khói thải, tiêu hao nhiên liệu sản lượng số liệu trung bình đo ngày vận hành bình thường, giá trị hiệu suất giá trị tính toán theo phương pháp cân nghịch từ số liệu đo số liệu đo đạc từ máy phân tích khói thải KEN Plus 900 Có thể thấy, số liệu tính tốn thiết kế ban đầu xác trùng với số liệu đo đạc trung bình Với chi phí đầu tư ban đầu cho hâm chi phí liên quan khác 155 triệu đồng, lợi ích kinh tế mang lại việc lắp đặt hâm nước tiết kiệm nhiên liệu tính cho ngày vận hành bình thường 70,8 kg dầu FO/ngày, tương đương 795.000 đồng/ngày (đơn giá dầu FO 11.200 đồng/kg) Vì vậy, thời gian thu hồi vốn giản đơn khoảng 195 ngày vận hành [8] Với kết trên, thấy rằng, việc lắp đặt thêm hâm nước cho lò hiệu cần thiết 4.2 Kết lò đốt than cục Bảng thể thơng số lị đốt than cục trước sau lắp đặt hâm nước Trần Thanh Sơn, Phan Quí Trà 50 Bảng Kết lị đốt than cục Tình trạng Nhiệt độ khói Hiệu suất Tiêu hao nhiên thải (toC) (%) liệu (kg/h) Khơng có hâm 235 73,8 357,7 Có hâm 170 77,2 342,2 Các số liệu nhiệt độ khói thải, tiêu hao nhiên liệu sản lượng số liệu trung bình đo tuần vận hành bình thường Cịn hiệu suất giá trị tính toán theo phương pháp cân nghịch từ số liệu đo đạc số liệu đo đạc từ máy phân tích khói thải KEN Plus 900 Có thể thấy, số liệu tính tốn thiết kế ban đầu xác trùng với số liệu đo đạc trung bình Với chi phí đầu tư ban đầu cho hâm chi phí liên quan khác 155 triệu đồng, lợi ích kinh tế mang lại việc lắp đặt hâm nước tiết kiệm nhiên liệu tính cho ngày vận hành bình thường 186 kg than/ngày, tương đương 855.000 đồng/ngày (đơn giá than cục mà công ty mua 4.600 đồng/kg) Vì vậy, thời gian thu hồi vốn giản đơn khoảng 250 ngày vận hành Với kết trên, thấy rằng, việc lắp đặt thêm hâm nước cho lò hiệu cần thiết Theo tính tốn, tác giả hồn tồn tận dụng nhiệt khói thải mang nhiều điều kiện mặt lắp đặt thực tế vận hành lò doanh nghiệp nên công suất hâm xác định Nếu việc tận dụng nhiệt khói thải mang triệt để kết tốt nhiều Trên tính đến hiệu mặt nhiên liệu tiết kiệm Ngoài ra, việc lắp đặt hâm nước cịn giúp giảm phát thải khí, nhiệt nhiễm hạ giá thành sản xuất cho doanh nghiệp Kết luận Hiện nay, lị cơng nghiệp miền Trung, Tây Nguyên nói riêng nước nói chung, phần lớn có hiệu suất thấp Vì vậy, khả nâng cao hiệu suất cho lò điều kiện chưa thay lị hiệu suất cao hồn tồn có khả thi Qua khảo sát, tính tốn đánh giá thực tế cho lò đốt loại nhiên liệu điển hình khác nhau, nhận thấy việc lắp đặt thêm hâm nước cần thiết hiệu Việc lắp đặt thêm hâm nước cải tiến chế độ cấp nước nâng cao hiệu suất lị lên 2,1%÷5% Mặt khác, chi phí đầu tư cho việc lắp đặt hâm nước không lớn mặt lắp đặt gọn nên nói, hầu hết lị vận hành chưa có hâm nước áp dụng Thời gian thu hồi vốn giản đơn cho việc lắp đặt thêm hâm nước thường từ đến 12 tháng, tùy thuộc lò hơi, dự án cụ thể TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thanh Sơn, “Nghiên cứu sử dụng chương trình SSAT để đánh giá hệ thống cơng nghiệp”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, Số 3,.2014, trang 56-59 [1] Hoàng Ngọc Đồng, Hồng Ngọc Đồng Đào Ngọc Chân, Lị thiết bị đốt, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nô ̣i, 2008 [2] J N Kitto and S C Stultz, Steam-Its generation and use, Babcock and Wilcox Co., Edi 41, 2005 [3] Paul Dockrill, F Friedrich, Boiler and heater, CIPEC, 2001 [4] B Hải, D.H Đức H.M Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1999 [5] www.hde.vn [6] D Lindsley, Boiler control systems, McGraw-Hill, 1992 [7] Bộ Công thương, Tài liệu hướng dẫn quản lý lượng (BBT nhận bài: 11/8/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 24/8/2017) ... nhận thấy việc lắp đặt thêm hâm nước cần thiết hiệu Việc lắp đặt thêm hâm nước cải tiến chế độ cấp nước nâng cao hiệu suất lị lên 2,1%÷5% Mặt khác, chi phí đầu tư cho việc lắp đặt hâm nước không... ngày vận hành [8] Với kết trên, thấy rằng, việc lắp đặt thêm hâm nước cho lò hiệu cần thiết 4.2 Kết lò đốt than cục Bảng thể thơng số lị đốt than cục trước sau lắp đặt hâm nước Trần Thanh Sơn,... nghiệp Kết luận Hiện nay, lò cơng nghiệp miền Trung, Tây Ngun nói riêng nước nói chung, phần lớn có hiệu suất thấp Vì vậy, khả nâng cao hiệu suất cho lò điều kiện chưa thay lò hiệu suất cao hồn