5. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
3.2.1.1. Sơ đồ công nghệ
31
Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ luyện gang lò cao [1]
- Nhà xưởng:
Xưởng luyện gang lò cao bao gồm: hệ thống nạp liệu, máng chứa quặng (coke), than lò cao, xe liệu cầu nghiêng, tời kéo và thiết bị nạp liệu đỉnh lò, bệ mắt gió và bãi đổ gang, hệ thống lò gió nóng, hệ thống khí than thô, hệ thống làm sạch khí than kiểu khô, hệ thống xả xỉ bằng nước, hệ thống phun than giàu ôxy, gian máy đúc gang, phòng nghiền bùn, bồn chứa khí than lò cao và các hệ thống trang thiết bị đồng bộ.
- Hệ thống nạp liệu lò cao
Hệ thống nạp liệu lò cao 350m3 có nhiệm vụ nạp các nguyên liệu, nhiên liệu đã gia công xử lý cho lò cao: quặng thiêu kết, quặng vê viên, than coke và chất trợ dung. Than coke có cỡ hạt 10-25mm được đưa vào silo rồi vào thẳng lò cao thông qua hệ thống cấp liệu của lò cao. Nhiệm vụ hệ thống nạp liệu là đón than coke, quặng vê viên, chất trợ dung, tạp quặng từ bên ngoài, dung sàng để phân loại và cùng với quặng thiêu kết đưa đến máng chứa quặng của lò cao.
- Thiết bị làm mát lò cao:
+ Để bảo vệ thiết bị đỉnh lò không chuông và túi lọc bụi khí than, ở bên dưới chụp bịt kín khí than lò cao có 4 điểm lắp đặt thiết bị phun sương, khi nhiệt độ khí than đỉnh lò vượt quá giá trị cài đặt, nước được phun hướng vào trong lò để hạ nhiệt độ.
Nguyên liệu và phụ gia Lò cao Cấp gió nóng Hơi nước Than coke Nước làm mát (to = 350C) Khí thải Xỉ lò Nhiệt độ cao Nước ra sau làm mát (to = 450C)
32
+ Thiết bị làm mát than lò: ở vị trí đáy lò, nồi lò sử dụng vách làm mát mặt nhẵn, vật liệu là gang đúc xám; ở bụng lò, hông lò và phần dưới thân lò sử dụng vách làm mát gạch nhám, vật liệu là vách làm mát thép đúc; phần giữa thân lò sử dụng vách
làm gạch nhám vật liệu là gang tính dẻo cao.
- Hệ thống lên liệu:
Bao gồm vận chuyển nguyên nhiên liệu như than coke, quặng thiêu kết, quặng cục, đá vôi và vật liệu phụ trợ khác bằng băng tải đến máng quặng lò cao.
- Hệ thống đỉnh lò:
+ Đỉnh lò cao do thiết bị nạp liệu đỉnh lò, thiết bị xả và cân bằng áp bồn liệu, trạm thủy lực đỉnh lò, trạm bôi trơn, thiết bị nước làm mát và thùng bánh răng truyền động máng trượt đỉnh lò, thước thăm liệu đỉnh lò, thiết bị phun nước đỉnh lò, thiết bị máy quay đỉnh lò, thiết bị sửa chữa và khung giá đỉnh lò hợp thành.
+ Sử dụng thiết bị nạp liệu đỉnh lò không chuông liệu do Trung Quốc sản xuất, thiết bị này chủ yếu do phễu nhận liệu cố định và thùng van phần trên, bồn liệu, thùng van phần dưới, bộ bù dạng song, ống họng trung tâm, thùng bánh răng truyền động máng trượt, máng trượt và công cụ thay thế máng trượt, trạm thủy lực đỉnh lò và trạm bôi trơn hợp thành, dung tích hiệu quả bồn liệu là 16m3.
- Sàn thao tác mắt gió và bãi ra gang:
+ Sàn thao tác mắt gió và bãi ra gang có kết cấu bê tông cốt thép kiểu giá trên không, trên sàn có rải cát, bề mặt thao tác xếp một lượt gạch samốt cao 230mm. + Trên bãi ra gang bố trí rãnh ra gang chính có góc so với đường trung tâm lò cao là 80, 2 bộ tách xỉ làm mát bằng nước, 3 thùng chứa nước gang 35t, rãnh ra gang nhánh và rãnh xỉ dưới; trước lò bố trí súng bắn bùn thủy lực và máy mở lỗ ra gang thủy lực. Bãi ra gang thiết kế theo kiểu kết cấu nửa hở nửa kín. Các vị trí cửa ra gang, cửa ra xỉ, rãnh gang xỉ và thùng gang đều có nắp đậy để lọc bụi.
- Hệ thống khí than
+ Hệ thống khí than thô bao gồm: ống dẫn khí, ống nâng, ống hạ, lọc bụi trọng lực và trang thiết bị khác thuộc hệ thống. Khí than đi vào 4 ống dẫn, phía trên hợp
33
thành 2 ống nâng, cuối cùng hợp thành một ống hạ và đi vào máy lọc bụi trọng lực. Khí than thô sau khi đi qua lọc bụi trọng lực có hàm lượng bụi từ 6~10g/m3.
+ Khí than sử dụng lọc bụi túi vải kiểu khô, có 8 hộp bố trí thành 1 hàng. Thổi sạch túi vải bằng phương pháp thổi ngược xung mạch, xả bằng cơ khí.
- Hệ thống lò gió nóng:
+ Lò gió nóng là thiết bị quan trọng trong sản xuất bằng lò cao, nhiệt độ cao thấp của gió nóng ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ tiêu kỹ thuật của lò cao. Để giảm tỷ lệ than coke, tăng lượng phun than, nhiệt độ gió nóng phải đạt 1050~11500C
+ Lò cao 350m3 phối hợp 3 lò gió nóng hình cầu đốt ở đỉnh lò, phần đỉnh lò gió nóng có lắp đặt nhiều mỏ đốt hình tròn, đảm bảo hiệu quả trộn đốt khí than và không khí. Đỉnh vòm lò gió nóng kiểu đốt đỉnh là buồng đốt của lò gió nóng.
- Hệ thống xử lý xỉ:
Hệ thống xử lý xỉ sử dụng công nghệ xả xỉ bằng nước, xỉ lò cao được xả hình thành từng viên, theo máng xỉ đi vào bể xỉ để làm lắng, nước lắng trong được bơm sử dụng tuần hoàn, Xỉ nước được xe cẩu gầu ngoạm đưa tới sàn làm mát xỉ, sau đó được xe ôtô chuyển đi.
- Hệ thống phun than:
Than nguyên liệu sau khi nghiền và sấy tạo thành bột than. Bột than đạt tiêu chuẩn được cấp lên silô bột than và được 2 máy phun thổi thay nhau trực tiếp phun thổi liên tục cho lò cao một cách không gián đoạn.
- Lò sấy than:
Lò sấy than là một trong những thiết bị phụ trợ quan trọng của thiết bị nghiền than, tác dụng của lò là cung cấp môi chất sấy khô than bột để đáp ứng yêu cầu của máy nghiền than. Dẫn khí phát sinh ở lò gió nóng đến lò sấy than, lò sấy than gia nhiệt, điều chỉnh nhiệt độ để đạt được khói khí đạt tiêu chuẩn sấy khô than bột.
34 3.2.1.2. Cân bằng vật liệu và năng lượng
Cân bằng vật liệu sẽ được làm theo nguyên tắc theo dõi sổ sách lượng nguyên liệu cấp cho lò cao và lượng sản phẩm xuất đi theo từng chu kỳ sản xuất. Từ đó xác định được lượng tổn thất của các loại nguyên liệu sử dụng cho sản xuất.
Bảng 3.3. Cân bằng vật liệu tính cho 01 tấn gang lỏng
Công đoạn
Vật liệu đầu vào Vật liệu đầu ra Dòng thải
Tên Số lượng Tên Số
lượng Lỏng Rắn Khí Toàn bộ dây chuyền sản xuất gang Nguyên liệu (quặng và phụ gia) 2400 kg Gang lỏng 1000 kg Nước thải 6,80 m3 Xỉ thải 800 kg Nước bay hơi (0,68 m3/tấn sp) và Khí thải lò cao (ước tính quy đổi 95,55kWh điện /tấn sp ) Than cốc 596 kg Nước làm mát 13,59 m3 - Sử dụng nước:
Theo điều tra thực tế tại nhà máy thì tổng lượng nước cấp dùng cho toàn bộ dây chuyền sản xuất lò cao là 13,59 m3/tấn gang, lượng nước này được dùng cho các mục đích như: làm mát thân lò, lọc bụi, lọc khí than, làm nguội xỉ... Trong khi đó lượng nước cấp bổ sung cho dây chuyền sản xuất lò cao là 7,48 m3/tấn gang lỏng (nước thải và nước bay hơi), tương đương với 5.404.300 m3 nước. Với số liệu trên cho thấy công ty đang tiêu thụ nước khá cao so với định mức chung của công nghệ sản xuất gang lò cao hiện đại cũng như định mức tiêu thụ của thế giới.
35 3.2.1.3. Cân bằng năng lượng
a, Tiêu hao điện năng
- Xác định tổn thất năng lượng điện do phương thức vận hành động cơ điện tại nhà máy được tiến hành bằng cách đo công suất đầu vào và đo cường độ dòng điện của các động cơ đang hoạt động.
Công ty sử dụng rất nhiều thiết bị điện với điện áp lớn 6000V -380V, vì vậy qua khảo sát đo đạc thực tế tại công ty (được sự giúp đỡ của chuyên gia SXSH) tác giả chỉ tiến hành đo đạc, kiểm tra các thiết bị trong phạm vi máy đo cho phép và các vị trí mà công ty quan tâm.
Một số vị trí được xác định là gây tổn thất năng lượng điện được đưa ra như sau: + 03 bơm nước làm mát lên tháp số 1 có công suất động cơ là 132kW hiện đang chạy với tải gần mức 100% (công suất đo được là 125 - 140kWh) nên rất nóng phải sử dụng quạt công nghiệp để làm mát cưỡng bức. Nhiệt độ vỏ động cơ đo được 60-70oC. Như vậy các bơm này coi như không còn công suất dự trữ nên nếu có sự cố nhiệt thì không đáp ứng được.
+ Một số vị trí đầu cốt nóng như tại vị trí tủ quạt hút bụi, nhiệt độ đầu cốt đo được là 102oC, nếu không kịp thời sửa chữa sẽ dẫn đến tình trạng mất pha và mất động cơ phía sau.
+ Sử dụng điện của công nhân viên có nhiều lãng phí, nhiều vị trí vẫn bật điện, quạt, khi không có người làm việc. Điều hòa nhiệt độ đặt mặc định nhiệt độ thấp là 16-18oC gây tổn thất nhiệt lớn vì cứ tăng 01oC sẽ tiết kiệm được 6% điện, nên đặt mặc định ở 25oC sẽ tiết kiệm được 42% điện so với đặt 18oC.
+ Tại máy nén số 2 cho máy nghiền phun than, nhiệt độ đầu hút đo được là 42oC trong khi nhiệt độ môi trường là 32oC, điều này làm cho máy nén không hiệu quả cũng như phải hoạt động liên tục, làm giảm tuổi thọ máy.
+ Một số vị trí xả ẩm, van xả áp gió thừa phóng không thường xuyên mở với độ mở 18% gây tổn thất năng lượng điện quạt lớn. Ngoài ra còn rò rỉ khí nén cao áp tại một số vị trí sử dụng nhiều khí cao áp tại khu vực lò cao.
36
Hình 3.4. Sơ đồ cân bằng nhiệt
Cân bằng nhiệt được xác định theo công thức: vào = nhiệt hữu ích + nhiệt tổn thất
vµo = Nhiệt do nguyên vật liệu, phụ gia và than cốc mang vào (hay nhiệt trị của nguyên vật liệu, phụ gia, than cốc).
nhiệt hữu ích = Nhiệt cháy trong lò tạo sản phẩm gang lỏng
nhiệt tổn thất = Nhiệt khí lò + Nhiệt xỉ lò + Nhiệt do nước làm mát mang đi. Q khói lò: có nhiệt độ từ 150-200oC, chứa khí CO và bụi hỗn hợp nên khi thải sẽ gây thất thoát nhiệt lớn.
Q xỉ: nhiệt mất theo quá trình xả xỉ lò cao, hiện tại hơi nhiệt từ quá trình xả xỉ chưa được tận thu nên gây lãng phí nhiệt tại công đoạn này.
Nhiệt mất do nước làm mát mang đi. Nước ra sau khi làm mát có nhiệt độ khá cao khoảng 45oC-50oC.
Tổn thất do Q bức xạ:
Ngoài tổn thất nhiệt năng ở trên còn có những tổn thất do nhiệt bức xạ được phát hiện gây lãng phí lớn tại khu vực nhà máy luyện gang là: hệ thống ống dẫn khí nén tạo gió nóng cấp cho lò cao không bảo ôn nên gây tổn thất năng lượng nhiệt (than hoặc khí than cấp cho lò gió nóng). Không khí sau khi được quạt cao áp nén lên áp lực cao có nhiệt độ 140-150oC do không bảo ôn sẽ mất nhiệt nên tốn than hoặc khí than cấp cho lò gió nóng để tăng nhiệt. Nếu bảo ôn tốt sẽ giữ được nhiệt
Q xỉ Q khói lò Q bức xạ Q nước làm mát
Lò cao
Nhiệt của nhiên liệu (Qij)
37
của khí nén và lượng khí than tiết kiệm được có thể dùng cho mục đích khác (cấp cho nhà máy luyện thép hoặc nhà máy cán thép).
Như vậy vấn đề tiết kiệm nguyên liệu từ việc bảo ôn có tính khả thi cao và mang lại tiềm năng kinh tế lớn.
3.2.1.3. Xác định chi phí tổn thất
Tổn thất nhiệt do không bảo ôn/ bảo ôn không tốt được tính theo công thức:
)] ( 20 10 [ te ts te ts s Q Trong đó:
S là: tổn thất nhiệt qua bề mặt ống, Kcal/h.m2
te: nhiệt độ bề mặt ống, 0C
ts: nhiệt độ của môi trường xung quanh, 0C.
Dưới sự hỗ trợ của chuyên gia SXSH, tác giả đã tính được tổn thất và tiềm năng tiết kiệm khi bảo ôn như trong bảng dưới đây:
(Các số liệu sử dụng để tính toán tiết kiệm: thời gian làm việc 24/24h; 350 ngày/năm; 1kg than = 4000 đồng, nhiệt trị than 5700 kCal/kg, hiệu suất lò gió nóng 70%).
Bảng 3.4. Bảng tính tổn thất nhiệt bề mặt ống do không bảo ôn (Từ quạt
đến điểm nhập 3 lò gió nóng) Đường kính ống (m) Chiều dài ống (m) Nhiệt độ bề mặt ống (oC) Nhiệt độ môi trường (oC) Tổn thất nhiệt (kCal/h)
Tiết kiệm sau bảo ôn (kCal/h) Trước
bảo ôn 0.6 50 135 25 160611.0
132979.0 Sau bảo
ôn 0.8 50 45 25 27632.0
Tiết kiệm than (kg/h) 33.33
38
Bảng 3.5. bảng tính tổn thất nhiệt bề mặt ống do không bảo ôn (Ống nằm ngang trước 3 lò) Đường kính ống (m) Chiều dài ống (m) Nhiệt độ bề mặt ống (oC) Nhiệt độ môi trường (oC) Tổn thất nhiệt (kCal/h)
Tiết kiệm sau
bảo ôn (kCal/h) Trước bảo ôn 0.8 30 80 25 52846.2 32122.2 Sau bảo ôn 1 30 45 25 20724.0
Tiết kiệm than(kg/h) 8.05
Thành tiền (đ/năm) 270,502,737
Bảng 3.6. Bảng tính tổn thất nhiệt bề mặt ống do không bảo ôn (Ống sau lò gió nóng) Đường kính ống (m) Chiều dài ống (m) Nhiệt độ bề mặt ống (oC) Nhiệt độ môi trường (oC) Tổn thất nhiệt (kCal/h)
Tiết kiệm sau
bảo ôn
(kCal/h) Trước bảo
ôn 1.5 50 80 25 165144.4
106426.4
Sau bảo ôn 1.7 50 45 25 58718.0
Tiết kiệm than (kg/h) 26.67
Thành tiền (đ/năm) 896,222,105 Tổng tiết kiệm do bảo ôn là
1.119.823.158 + 270.502.737 + 896.222.105 = 2.286.548.000 đồng/năm
Bảng 3.7. Định giá và đặc tính của dòng thải
Dòng thải Định lượng dòng thải
Đặc tính dòng thải Định giá dòng thải Xỉ thải 800 kg Chất thải rắn có thể
làm phụ gia xi măng
Không gây tổn thất do bán được cho nhà máy xi măng.
39
định được cao và nhiệt độ cao công ty thu hồi làm chất đốt phục vụ các quá trình nhiệt trong công ty. Nước thải 6,8m3 Nhiệt độ cao và có
lẫn tạp chất có thể gây ô nhiễm môi trường
6000 đồng/m3
Theo bảng cân bằng vật liệu trên cho thấy tiêu thụ nguyên nhiên liệu, điện, nước của dây chuyền sản xuất gang ở mức khá cao. Định giá cho tổng tiết kiệm năng lượng do bảo ôn hệ thống ống dẫn khí nén khu vực lò cao là 2.286.548.000 đồng/năm. Định giá cho dòng thải lỏng là 7,576,098,000 đồng/năm. Như vậy tổng lượng tiết kiệm sẽ là 9,862,646,000 đồng/năm.
3.2.2. Đề xuất các cơ hội giảm thiểu chất thải
3.2.2.1. Phân tích nguyên nhân và đề xuất các cơ hội SXSH
Phân tích nguyên nhân và đề xuất các cơ hội SXSH được trình bày trong bảng sau:
Bảng 3.8. Phân tích nguyên nhân và tìm ra các giải pháp SXSH
Dòng thải Nguyên nhân có thể xảy ra Cơ hội SXSH 1. Tổn thất năng lượng 1.1. Do động cơ bơm làm mát chạy gần 100% tải.
1.1.1. Xem xét nâng công suất động cơ bơm từ 132 kW lên 160kW.
1.1.2. Phân phối lại phụ tải đều trên các bơm hoặc tăng thêm bơm dự trữ.
40 điện. 1.2. Do tiếp xúc
điện kém, còn rò rỉ điện...
1.2.1. Vệ sinh sạch sẽ và sửa chữa các điểm tiếp xúc điện để tránh hiện tượng mo-ve điện (chập chờn điện do tiếp xúc kém).
1.2.2. Vệ sinh sạch sẽ các dây dẫn điện bẩn và ẩm hoặc thay dây dẫn mới (nếu cần thiết).
1.2.3. Tăng cường kiểm tra tủ điện và bảo dưỡng ngay (nếu cần thiết).
1.3. Do ý thức và thao tác của công nhân chưa tốt.
1.3.1. Nâng cao ý thức tiết kiệm điện cho công nhân.
1.3.2. Đào tạo lại công nhân trong thao tác.
1.3.3. Tăng cường kiểm tra định kì các thiết bị điện.
1.3.4. Tắt các thiết bị điện khi không sử dụng (chủ yếu là điện chiếu sáng và quạt mát).
1.4. Do hệ thống tháp giải nhiệt