Giới thiệu hệ thống nồi hơi nhiệt thừa, đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống nồi hơi nhiệt thừa, giải pháp tiết kiệm điện năng cho hệ thống quạt khói nồi hơi nhiệt thừa là những nội dung chính trong bài viết Giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống nồi hơi nhiệt thừa tại Công ty Luyện đồng Lào Cai. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết để nắm bắt chi tiết.
GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG NỒI HƠI NHIỆT THỪA TẠI CƠNG TY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI KS. PHẠM ANH HẢI KS. PHẠM THANH LIÊM KS. TRẦN TRUNG HIẾU Viện Khoa học Cơng nghệ MỏVinacomin Triển khai chương trình sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong Tập đồn Cơng nghiệp Than Khống sản Việt Nam năm 2010, Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ Vinacomin đã tiến hành kiểm tốn năng lượng tại Cơng ty Luyện đồng Lào Cai. Theo kết quả kiểm tốn năng lượng, do các thiết bị của nồi hơi nhiệt thừa hoạt động trong mơi trường khắc nghiệt (tiếp xúc với khói nhiệt độ cao, có chứa SOx, NOx, bề mặt giàn ống nhận nhiệt bám bụi nhiều) nên hiệu suất hấp thụ nhiệt đầu vào thấp. Vì vậy, việc nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng (nhiệt đầu ra) của nồi hơi đang là vấn đề được doanh nghiệp đặc biệt quan tâm. 1. Giới thiệu hệ thống nồi hơi nhiệt thừa Trước khi đưa vào lò SKS quặng được đưa tới phân xưởng chuẩn bị, tại đây quặng được trộn liệu với tỉ lệ cụ thể với các thành phần tinh quặng đồng, trợ dung (như đá thạch anh), than và liệu phản hồi (chính là các thành phần từ xỉ của lò SKS được đưa về tuyển lại). Hỗn hợp được pha trộn với tỉ lệ nhất định được đưa qua hệ thống băng tải sẽ được đưa tới các bunke chứa, từ đây bằng các máy nạp liệu đĩa và nạp liệu rung ngun liệu sẽ được đưa tới các băng tải từ số 1 tới số 5 để cấp tới lò SKS Để duy trì sự cháy cho lò SKS, ngồi thành phần của ngun liệu cấp vào còn có Oxy, khí nén và dầu DO (sử dụng khi cần gia nhiệt thêm cho lò hoặc duy trì nhiệt độ của lò). Sản phẩm của lò SKS là Sten ngun liệu đưa tới Lò chuyển với hàm lượng 45% Cu, và xỉ lò sẽ được đem tuyển lại. (a) (b) Hình 1.1. Hệ thống lò chuyển SKS a) Lò SKS, b) Dàn ống sinh hơi bộ trao đổi nhiệt Khói lò SKS sẽ được dùng để tận dụng trong nồi hơi nhiệt thừa (xem hình 1.2), nhiệt độ của khói lò sau khi ra khỏi lò SKS khoảng 8070C. Nồi hơi nhiệt thừa (bộ trao đổi nhiệt) được cấu tạo gồm các ống sinh hơi lắp trên đường ống khói ra của lò SKS, các ống sinh hơi này được chia làm 2 phần với tên gọi là bộ trao đổi nhiệt bức xạ và bộ trao đổi nhiệt đối lưu. Nước lạnh sau khi làm mềm và xử lý oxy được bơm cấp vào bao hơi, khi bao hơi đang hoạt động bình thường thì lượng nước được bổ xung phụ thuộc vào mức nước bao hơi.Trong bao hơi gồm có 2 thành phần là hơi q nhiệt bão hòa và nước, hơi q nhiệt bão hòa được đưa qua phục vụ sản xuất và sinh hoạt đặt biệt là để phục vụ phân xưởng điện phân, xử lý bùn dương cực và kho dầu qua hệ thống ống góp phân phối hơi. Để duy trì nhiệt độ và áp suất trong bao hơi (nhiệt độ khoảng 3000C, áp suất 20kg/cm2), nước trong bao hơi được bơm tuần hồn vào các giàn ống sinh hơi của bộ trao đổi để nhận nhiệt từ khói lò, sau khi đi qua bộ trao đổi nhiệt nước thành hơi bão hòa đi lên bao hơi, tại đây hơi bão hòa ngưng tụ 1 phần thành nước còn một phần là hơi Hệ thống quạt khói (hai quạt 110kW hoạt động ln phiên) tạo nên áp suất âm tại chụp khói lò SKS, do có áp suất âm khói lò được hút đi qua bộ trao đổi nhiệt với tốc độ hợp lý để giàn ống nhận nhiệt hiệu quả nhất, đảm bảo nhiệt độ đầu ra của khói lò 380oC±200C Hình 1.2. Lưu trình cơng nghệ nồi hơi nhiệt thừa Dòng khói ra khỏi bộ trao đổi nhiệt sau khi trao đổi nhiệt sẽ được xử lý bằng hệ thống lọc bụi tĩnh điện nhằm thu lại lượng bụi lẫn trong khói lò, đưa sang sản xuất Axít (nhiệt độ lúc này khoảng 3800C) 2. Đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống nồi hơi nhiệt thừa 2.1. Bảo ơn bao hơi của nồi hơi nhiệt thừa Theo kết quả kiểm tốn, hiện tại lớp vỏ bọc bảo ơn bao hơi đã bị hỏng gây thất thốt nhiệt năng, giảm hiệu suất sinh hơi, ảnh hưởng tới mơi trường làm việc xung quanh do hơi nóng tỏa ra từ bao hơi. Ngồi ra, trong khơng khí có lẫn khí SO2 cùng với hơi nước sẽ tạo một lượng a xít làm cho vỏ bao hơi bị ăn mòn, giảm tuổi thọ của thiết bị dẫn đến chi phí bảo dưỡng và đầu tư tăng lên, hiệu quả sử dụng thiết bị giảm Vị trí hỏng bảo ơn bao hơi Hình 2.1. Bao hơi của nồi hơi nhiệt thừa Giải pháp đề xuất cho khâu này là tiến hành bọc bảo ơn bao hơi và bảo dưỡng tồn bộ thiết bị phụ trợ đi kèm như các ống thủy, đồng hồ áp suất và nhiệt độ. Dưới đây là phần tính tốn tiềm năng tiết kiệm năng lượng với giải pháp bảo ơn vỏ bọc bao hơi tránh thất thốt nhiệt (bảng 2.1) Bảng 2.1. Tiềm năng tiết kiệm khi áp dụng giải pháp bảo ơn bao hơi TT Kết quả Kí hiệu Đơn vị Dữ liệu cơ sở 1.1 Chiều dài bao hơi l m 4,1 4,12 1.2 Đường kính bao hơi d m 1,4 1,42 1.3 Diện tích bề mặt ngồi bao hơi F m2 18,02 18,37 1.4 Nhiệt độ vách ngồi bao hơi tw C 190 40 1.5 Nhiệt độ môi trường tf C 30 30 Đại lượng trước sau 1.6 Nhiệt độ trung bình tm 1.7 Độ chênh nhiệt độ ∆t 1.8 Nhiệt lượng tổn thất ra mơi trường Tiềm năng tiết kiệm C 110 35 C 160 10 Q W 11.648 3.041 2.1 Nhiệt lượng tổn thất tính theo giờ Qt kJ/h 41.933 10.948 2.2 Số giờ vận hành trong một năm h 8322 8322 2.3 Nhiệt trị của dầu Qtlv kJ/kg 42.500 42.500 2.4 Tổn thất dầu trong một năm Bt kg 8.210,936 2.143,669 kg 6.067,267 Lít 6.973,870 2.5 2.6 Lượng dầu tiết kiệm trong một năm Lượng dầu tiết kiệm trong một năm 2.7 Giá nhiên liệu 1000 đồng/lít 10,5 2.8 Tiền tiết kiệm trong một năm 1000 đồng 73.226 2.9 Chi phí đầu tư 1000 đồng Thời gian hồn vốn năm 36.549 0.49 2.2. Giải pháp tiết kiệm điện năng cho hệ thống quạt khói nồi hơi nhiệt thừa Giới thiệu hệ thống quạt hút đang sử dụng Thơng số thiết kế của quạt khói Cơng suất: 110kW Lưu lượng: 68120m3/h Áp suất: 3062pa Hiện tại hệ thống quạt hút đang hoạt động bình thường, thực hiện hút khói đầu ra của lò SKS và lò Chuyển, do chu trình hoạt động của hai lò khơng giống nhau nên việc vận hành quạt cũng phải tương ứng với việc vận hành lò. Hiện tại quạt đang được điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thủ cơng, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh chiết áp trên biến tần. Khi lò SKS chạy tốc độ biến tần đặt 30Hz, khi cả lò Chuyển và lò SKS chạy thì tần số được chuyển lên đặt ở tần số 45Hz. Tần số được chọn ở 2 mốc 30Hz và 40Hz là dựa vào kinh nghiệm, tốc độ được chọn sao cho khơng có hiện tượng phụt khói đầu ra tại ống khói. Do việc điều chỉnh tốc độ khơng tự động và liên tục nên hiệu quả kinh tế đem lại tuy đã có nhưng chưa phải là tối đa Giải pháp điều chỉnh tốc độ quạt tự động: Vùng làm việc của quạt hút là phía trước quạt, hiệu suất của quạt đạt được do việc tạo áp suất âm phía trước. Do đó việc điều chỉnh tốc độ quạt cũng phải dựa trên ngun tắc tạo ra áp suất âm lớn nhất sao cho khơng khí đủ lưu thơng. Sơ đồ ngun tắc điều khiển xem hình 2.2 dưới đây: Giá trị đặt Đ ồng hồ áp suất Động cơ quạt hút Biến tần Áp suất Cảm biến áp suất Hình 2.2. Sơ đồ nguyên tắc điều khiển Ngun lý hệ thống: Cảm biến áp suất đưa tín hiệu áp suất liên tục lên đồng hồ áp suất. Trong đồng hồ áp suất thực hiện phân tích giá trị áp suất hiện tại, thực hiện đối chiếu áp suất hiện tại với giá trị đặt (thuật tốn PID). Khi áp suất âm hiện tại nhỏ hơn giá trị đặt tức là quạt đang quay nhanh tạo ra áp suất âm nhỏ hơn, đồng hồ đưa tín hiệu sang biến tần ra lệnh giảm tần số đầu ra (khi giảm tần số đầu ra thì động cơ quạt hút chạy chậm lại), khi áp suất âm hiện tại lớn hơn giá trị đặt thì q trình ra lệnh cho biến tần tăng tần số cấp cho động Tính tốn tiềm năng tiết kiệm Bảng 2.2. Tính tốn tiết kiệm trong 1 tiếng sử dụng Trước khi lắp thiết bị tiết kiệm Hiệ % Pđm Ptb u Pdc Tải suất kW kW h % kW 110,0 22,3 20,3 85,5 19,1 Vi tri đo đêm ̣ ́ ́ Quạt khói Sau khi lắp thiết bị tiết kiệm Tiết Pđc Hiệu Ptth f kiệ sau suất ụ m Hz kW h % kW kW 30,0 11,49 91,00 12,62 9,77 Bảng 2.3 Tính tốn tiết kiệm trong 1 năm và thời gian hồn vốn P Tiết kiệm (kW) Thời gian máy chạy trong ngày ( giờ) Thời gian hoạt động trong năm (ngày) Tổng điện năng tiết kiệm (kWh) Tổng tiền điện tiết kiệm (1000 đồng) Dự kiến đầu tư (1000 đồng) Thời gian hoàn vốn (năm) 9,77 24 356 83.474 83.474 8.190 0,10 2.3. Giải pháp thay thế động cơ bơm nước nóng (bơm tuần hồn bao hơi) và bơm dung dịch ăn mòn hóa học cao, bơm axit bằng bơm từ tính Cấu tạo bơm từ tính: Bơm từ được chia làm 2 khoang riêng rẽ, khoang động cơ 1 và buồng bơm 2, hai khoang có khoảng tiếp giáp được làm bằng vật liệu dẫn từ, trong khoang động cơ có roto 3 và nam châm vĩnh cửu 4, trong buồng bơm 2 có cánh bơm 5 và nam châm vĩnh cửu 6 (xem hình 2.3) Hình 2.3. Cấu tạo của bơm từ Nguyên tắc hoạt động: Khi roto 3 quay kéo theo nam châm vĩnh cửu 4 quay theo, nam châm vĩnh cửu 4 và 6 liên kết với nhau bằng lực từ, khi nam châm 4 quay kéo theo nam châm 6 quay, cánh bơm 6 gắn liền với nam châm 6 nên cũng quay theo Ưu điểm + Do kết cấu kiểu 2 khoang liên kết với nhau bằng lực từ nên dung dịch của buồng bơm khơng thể sang khoang động cơ, khoang động cơ làm kín hồn tồn + Kết cấu chống ăn mòn đơn giản chỉ phụ thuộc vào vật liệu làm buồng bơm khơng cần secmăng làm kín như kết cấu bơm chuyền thống Nhược điểm + Momem cản trên cánh bơm nhỏ phụ thuộc vào lực từ liên kết giữa 2 nam châm + Lưu lượng và áp suất bơm nhỏ Ước tính tiềm năng tiết kiệm: Bảng 2.4. Ước tính tiềm năng tiết kiệm Nội dung Tiền (1000 đồng) Đầu tư bơm từ (kiểu mới) 40.000 Tiết kiệm chi phí bảo dưỡng Tiết kiệm chi phí thay bơm (kiểu 600 20.000 cũ) Tồng tiền tiết kiệm 20.600 Thời gian hoàn vốn (năm) 1,94 3. Kết luận Qua kết quả kiểm tốn năng lượng tại Cơng ty Luyện đồng Lào Cai chi phí tiết kiệm năng lượng cho khi áp dụng các giải pháp cho hệ thống nồi hơi nhiệt thừa khoảng 177,29 triệu đồng/năm, chi phí đầu tư khoảng 84,73 triệu đồng. Với việc áp dụng các giải pháp tiết kiệm được đề xuất Cơng ty sẽ giảm được tiêu thụ năng lượng, qua đó nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí sản xuất sản phẩm Bảng 3.1. Thống kê chi phí đầu tư và tiền tiết kiệm TT Hạng mục Tiết kiệm năng lượng cho nồi hơi nhiệt thừa Tự động điều chỉnh tốc độ Thay thế bơm từ Tổng cộng Chi phí đầu tư (1000 đồng) Tiền tiết kiệm (1000 đồng) 36.549 8.190 40.000 84.739 73.226 83.474 20.600 177.30 Với hiệu quả đem lại rõ ràng của giải pháp đề xuất bọc bảo ôn vỏ bao hơi nồi hơi nhiệt thừa, Công ty đã tiến hành áp dụng giải pháp và thiết bị đang hoạt động ổn định, mơi trường làm việc xung quanh cải thiện, nâng cao tuổi thọ thiết bị và hiệu quả làm việc của tồn Cơng ty 4. Tài liệu tham khảo Báo cáo kiểm tốn năng lượng Cơng ty Luyện đồng Lào Cai. Viện KHCN Mỏ Vinacomin. 2010 Phạm Lê Dần, Nguyễn Cơng Hân. Cơng nghệ lò hơi và mạng nhiệt. 2007 Hồng Đình Tín. Truyền nhiệt và tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt. 2007 Đặng Văn Đào. Kỹ Thuật Điện.1994 ... Qua kết quả kiểm tốn năng lượng tại Cơng ty Luyện đồng Lào Cai chi phí tiết kiệm năng lượng cho khi áp dụng các giải pháp cho hệ thống nồi hơi nhiệt thừa khoảng 177,29 triệu đồng/ năm, chi phí đầu tư... đưa sang sản xuất Axít (nhiệt độ lúc này khoảng 3800C) 2. Đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống nồi hơi nhiệt thừa 2.1. Bảo ơn bao hơi của nồi hơi nhiệt thừa Theo kết quả kiểm tốn, hiện tại lớp vỏ bọc bảo ơn bao hơi đã bị hỏng ... 36.549 0.49 2.2. Giải pháp tiết kiệm điện năng cho hệ thống quạt khói nồi hơi nhiệt thừa Giới thiệu hệ thống quạt hút đang sử dụng Thơng số thiết kế của quạt khói Cơng suất: 110kW Lưu lượng: 68120m3/h