Ngành Công nghiệp xi măng là một ngành tiêu hao năng lượng rất lớn, để
sản xuất ra một tấn clinker theo công nghệ lò nung tiên tiến phải tiêu tốn 730.000-
800.000 kcal tương đương với 110-120kg than tiêu chuẩn, đồng thời thải ra ngoài
không khí lượng khí thải rất lớn 2500 - 2800m3 ở nhiệt độ từ 350-3800C với nồng
độ bụi trung bình 50mg/Nm3 gây ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính. Để sản
xuất ra một tấn xi măng phải tiêu tốn 90-100Kwh điện. Nhiều công ty xi măng trên
thế giới đã tận dụng nhiệt thải của lò nung clinker để phát điện, tự cung cấp gần 30% nhu cầu điện để sản xuất xi măng, đồng thời đã góp phần quan trọng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính, là giải pháp tối ưu.
a. Sơ lược nguyên lý công nghệ sử dụng nhiệt thải ở nhiệt độ thấp của lò nung
clinker để phát điện
- Gió nóng có nhiệt độ cao 300 - 3500C ra khỏi máy làm nguội clinker sau khi qua máy lọc bụi phân ly, hiệu suất cao được dẫn đến nồi hơi nhiệt dư ở đầu lò (nồi hơi AQC) sau đó được dẫn vào hệ thống thoát khí đầu lò. Bụi thu về từ thiết bị lọc bụi và nồi hơi AQC được đưa vào hệ thống vận chuyển clinker đầu lò.
- Khí thải nhiệt độ cao 350 - 3800C từ tháp trao đổi nhiệt đuôi lò được dẫn
đến nồi hơi đuôi lò (nồi hơi SP). Khí thải ra từ nồi hơi ở nhiệtđộ thấp 2500C được
dẫn đến máy sấy, nghiền nguyên liệu. Bụi thu hồi từ nồi hơi đuôi lò sẽ được đưa vào hệ thống dẫn bụi của lò nung.
- Bề mặt tiếp nhận nhiệt của nồi hơi AQC được phân ra làm 2 đoạn, đoạn I
là đoạn sản sinh ra hơi nước, đoạn II là đoạnsinh ra nước nóng. Nước bão hoà ở
nhiệt độ 1350C do nồi hơi sinh ra sẽ được cấp vào đoạn I của nồi hơi AQC và cho
nồi hơi SP, hơi nước quá nhiệt 1,6 MPa - 3000C do đoạn I nồi hơi AQC sản sinh ra
sẽ là hơi nước chính, sau khi kết hợp với hơi nước quá nhiệtcó cùng tham số do nồi
- Dùng hơi quá nhiệt quay turbine dẫn động máy phát điện. Nước ngưng tụ của turbine sẽ được bơm vào đoạn nước nóng của nồi hơi AQC, sau khi tăng nhiệt, nước sẽ cấp cho nồi hơi.
- Máy phát điện là loại máy xoay chiều thông thường. Thông qua thanh cái 6 (10) Kv của trạm biến áp tổng, máy sẽ vận hành mạnh song song với mạch điện tại chỗ.
b. Những thiết bị chính của trạm
Trên cơ sở nghiên cứu phân tích, xác định các thông số về nhiệt của lò
nung clinker, khối lượng khí thải ở đầu lò và cuối lò, nhiệt độ, áp suất, lượng khí cần thiết để sấy, nghiền nguyên liệu, cung cấp các tham số kỹ thuật tin cậy để xây dựng trạm phát điện, chọn lựa một phương án khoa học và chính xác, chọn lựa thiết
bị thích hợp, đồng bộ có công suất Ảnh hưởng. Có thể nêu lên một số thiết bị chính
sau đây:
- Turbine hơi nước kiểu Ảnh hưởngvới trạm điện.
- Máy phát điện đồng bộ với turbine hơi nước là máy phát điện xoay chiều
thông thường.
- Hệ thống nước làm nguội tuần hoàn, đáp ứng nhu cầu sử dụng nước làm
nguội của trạm điện.
- Trang bị một hệ thống xử lý nước bằng phương pháp hoá học gồm bộ thiết
bị lọc 2 cấp nối tiếp để đáp ứng nhu cầu nước dùng cho nồi hơi của trạm điện.
- Trang bị một hệ thống điều khiển máy tính DCS đồng bộ nhằm đáp ứng
nhu cầu vận hành của trạm điện.
- Trang thiết bị hệ thống dẫn tải khí nóng từ tháp trao đổi nhiệt về nồi hơi SP,
khí thải từ máy làm nguội clinker về nồi hơi AQC, hệ thống dẫn hơi nước quá nhiệt về turbine khí, hệ thống cấp nước, đường dây dẫn tải điện.
c. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật của dự án sử dụng nhiệt thừa của lò nung clinker để phát điện
Từ những năm 70 của thế kỷ trước một số quốc gia đã nghiên cứu thiết kế
các trạm sử dụng nhiệt thừa ở nhiệt độ thấp của lò nung clinker để phátđiện. Đặc
biệt là ở Nhật Bản, kỹ thuật này đã trở nên thành thục, người Nhật đã nghiên cứu, liên tục cải tiến, chế tạo các loại nồi hơi tận dụng nhiệt dư và các turbine hơi nước sử dụng loại hơi nước có chất lượng vừa và thấp (kiểu khí vào có áp lực hỗn hợp). Thực tiễn vận hành trên 10 năm của hàng chục nhà máy đã chứng minh rằng kỹ thuật thành thục, đáng tin cậy và có tính linh hoạt cao.
Trung Quốc đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị đồng bộ cho các trạm phát điện sử dụng nhiệt dư, trang bị cho hàng chục nhà máy sản xuất xi măng trong nước từ loại lò nung clinker 1200 tấn/ngày đến 2500 tấn/ngày, 4000 tấn/ngày, 5000 tấn/ngày với tháp trao đổi nhiệt 4 tầng, 5 tầng với công suất máy phát điện
2500 Kw, 4500 Kw, 7500 Kw, 9000 Kw nhiệt dư nhiệt độ thấp sẽ phát ra được 34 -
40 Kwh/1 tấn clinker với giá chi phí thấp từ 1-1,5 cent/Kwh đã góp phần giảm tối
đa giá thành sản xuất xi măng, đồng thời đã góp phần tiết kiệm năng lượng quốc gia, bảo vệ môi trường, đem lại lợi ích kinh tế xã hội cao.
Một nhà máy xi măng với lò nung 4000 tấn clinker/ngày với công nghệ
NSP, xây dựng trạm sử dụng nhiệt dư để phát điện có công suất 7000 Kw với vốn
đầu tư toàn bộ xấp xỉ 6-7 triệu USD, sẽ phát điện 50 triệu Kwh/năm, tự cung cấp
cho sản xuất nhà máy trên 30% nhu cầu điện toàn nhà máy với giá chi phí sản xuất
1 - 1,5 cent/Kwh, lợi nhuận hàng năm 1,5 - 2 triệu USD, thời gian thu hồi vốn dưới
3 năm.
- Khí thải của lò nung clinker ở nhiệt độ 350 - 3800C với khối lượng lớn
2000 - 2500 m3/tấn clinker, với lò nung có công suất 4000 tấn clinker/ngày sẽ thải
ra 10 triệu m3/ngày với nồng độ bụi từ 50 - 100 mg/Nm3 sẽ gây hiệu ứng nhà kính,
ô nhiễm môi trường sinh thái nghiêm trọng. Nhưng khi nó được qua hệ thống hấp thụ nhiệt và chuyển thành điện năng của trạm sử dụng nhiệt dư để phát điện làm
giảm nhiệt độ 100 - 2000C và giảm nồng độ bụi trong khí thải xuống mức
30mg/Nm3sẽ góp phần cải thiện môi trường, giảm hiệu ứng nhà kính.
- Khí thải sau khi qua hệ thống hấp thụ nhiệt vào công đoạn phía sau với
nhiệt độ thấp giúp chocác thiết bị hoạt động ổn định hơn, giảm hư hỏng, tăng tuổi
thọ máy nghiền bột sống, quạt gió, lọc bụi, tĩnh điện, hiệu suất lọc bụi tăng. Lượng bụi thu hồi từ nồi hơi được đưa vào silô tồn trữ góp phần tăng sản lượng.
- Sử dụng khí thải của lò nung clinker để phát điện sẽ tiết kiệm được lượng
nhiên liệu 340 - 420g than tiêu chuẩn/Kwh. Với lò nung clinker 4000t/ngày, lượng
phát điện 50 triệu Kwh sẽ tiết kiệm được từ 17.000t - 21.000t/năm than tiêu chuẩn.
Bảng 1.3 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếucủa trạm phát điện cho các loại công suất lò nung clinker
TT Thông số kinh tế kĩ thuật
của trạm phát điện Đơn vị
Chỉ số cho các lò nung (tấn clinker/ ngày) 2500T 4000T 5000T
1 Công suất lắp đặt Mw 4,5 7,5 9,0
2 Công suất phát điện bình
quân Mw 4,0 7,0 8,6
3 Thời gian hoạt động/ năm Giờ 7200 7200 7200
4 Lượng phát điện/ năm Mwh 28800 50000 62000
5 Cán bộ kĩ thuật vận hành
trạm Người 10 10 10
6 Tổng mức đầu tư Triệu USD 1,0 6-7,0 8,0
7 Giá điện trung bình VNĐ/Kwh 200-300 200-300 200-300