Phõn tớch cỏc tiềm năng tiết kiệm năng lƣợng trong hệ thống hơi

Một phần của tài liệu Nghiên cứu tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các lò hơi công nghiệp ở việt nam (Trang 57)

3.2.1. Cỏc biện phỏp tiết kiệm năng lượng trong lũ hơi

Từ việc phõn tớch cỏc tổn thất nhiệt, ta cú cỏc biện phỏp sử dụng năng lƣợng hiệu quả trong hệ thống lũ hơi nhƣ sau:

- Kiểm soỏt hệ số khụng khớ thừa; Lắp đặt thiết bị thu hồi nhiệt - Làm sạch bề mặt trao đổi nhiệt của lũ hơi; Tăng cƣờng xử lý nƣớc. - Lắp đặt bộ điều khiển xả lũ tự động; Thu hồi nhiệt từ nƣớc xả lũ.

- Thờm/ khụi phục lớp vật liệu chịu lửa; Giảm số lũ hơi vận hành; Chuyển đổi nhiờn liệu.

- Tối ƣu húa hoạt động của bộ khử khớ.

3.2.1.1. Kiểm soỏt hệ số khụng khớ thừa

Trong thực tế, cần một lƣợng khớ thừa để đảm bảo quỏ trỡnh chỏy tối ƣu. Mức độ khớ thừa này cú thể dao động tuỳ thuộc thiết kế lũ, loại lũ, nhiờn liệu và cỏc

47

biến số của quỏ trỡnh chỏy. Quản lý quỏ trỡnh chỏy hợp lý yờu cầu cung cấp đủ lƣợng oxy cho buồng lửa để đốt chỏy tất cả nhiờn liệu nhƣng khụng đƣợc thờm quỏ nhiều khụng khớ để đảm bảo rằng lƣợng nhiệt tổn thất là nhỏ nhất. Thụng thƣờng đối với lũ hơi, lƣu lƣợng cấp nhiờn liệu đƣợc điều khiển bởi ỏp suất hơi đầu cấp. Nếu ỏp suất đầu cấp giảm, bộ điều khiển sẽ tăng lƣu lƣợng cấp nhiờn liệu cho lũ hơi để sinh thờm hơi, đƣa ỏp suất trở lại điểm cài đặt. Ngƣợc lại, nếu ỏp suất tăng, lƣu lƣợng cấp nhiờn nhiệu sẽ giảm đi để làm giảm lƣợng hơi sinh ra. Khi lƣu lƣợng nhiờn liệu cấp vào lũ hơi thay đổi, lƣu lƣợng khụng khớ tƣơng ứng phải thay đổi để duy trỡ quỏ trỡnh đốt chỏy thớch hợp. Cú hai dạng chớnh của điều khiển quỏ trỡnh đốt chỏy:

- Điều khiển vị trớ - Tự động cắt lƣợng oxy

a. Điều khiển vị trớ

Quỏ trỡnh điều khiển lƣu lƣợng khụng khớ cấp đƣợc thực hiện bởi cỏc truyền động cơ khớ từ van khụng khớ tới bộ điều khiển. Nú thƣờng đƣợc gọi là điều khiển vị trớ do van giú sẽ cú 1 vị trớ dựa trờn vị trớ của bộ điều khiển lƣu lƣợng giú. Cần chỳ ý rằng, loại điều khiển này khụng dựa trờn bất kỳ tham số oxy hay khớ chỏy đƣợc đo. Oxy và khớ chỏy đƣợc định kỳ đo để thiết lập quan hệ giữa bộ điều khiển cấp giú và bộ điều khiển cấp nhiờn liệu.

48

“Điều chỉnh lũ hơi” là một phƣơng phỏp vận hành tốt nếu đƣợc điều chỉnh định kỳ dựa trờn việc xỏc định lại mối quan hệ giữa nhiờn liệu và khụng khớ. Nú cú thể đảm bảo rằng lƣợng khụng khớ sẽ đƣợc giảm thiểu với giới hạn của bộ điều khiển vị trớ trờn hỡnh 3.1.

b. Điều khiển tự động cắt lượng ụxy

Với phƣơng phỏp điều chỉnh tự động cắt lƣợng oxy, lƣợng giú cấp đƣợc điều chỉnh bằng cỏch kết hợp van điều chỉnh nhiờn liệu và nồng độ oxy đo đƣợc trong khúi thải. Dựa trờn đƣờng đặc tớnh mỏ đốt của nhà sản xuất, thiết bị điều chỉnh lƣu lƣợng giú (van giú) đƣợc cấp 1 tớn hiệu từ bộ điều khiển giú cấp giống nhƣ đối với điều khiển vị trớ. Nhƣng bờn cạnh đú, lƣợng oxy cú trong khúi đƣợc đo liờn tục và mối liờn hệ chặt chẽ hơn sẽ đƣợc xỏc lập nhằm giảm thiểu lƣợng khụng khớ thừa. Tớn hiệu điều khiển đƣợc thờm vào này sẽ giảm lƣợng giú cấp và do đú sẽ làm giảm hệ số khụng khớ thừa. Phƣơng phỏp này cú hiệu quả hơn và tin cậy hơn so với phƣơng phỏp điều chỉnh vị trớ. Hỡnh 3.2 cung cấp 1 sơ đồ của nguyờn lý điều khiển cắt lƣợng oxy tự động. Tại một số nhà mỏy, bộ điều khiển này đƣợc kết hợp với một bộ điều khiển tốc độ quạt cấp giú sẽ làm giảm lƣợng điện tiờu hao so với điều khiển van giú nhƣ trƣờng hợp điều khiển vị trớ.

Hỡnh 3.2. Hệ thống điều khiển cắt lượng oxy tự động. [11]

Dựa trờn cụng nghệ điều khiển thƣơng mại hiện cú, bảng 3.1 cung cấp mức oxy và khụng khớ thừa khi vận hành của cỏc lũ hơi vận hành ở cỏc điều kiện khỏc nhau theo cả hai phƣơng phỏp. Thụng thƣờng, giỏ trị lƣợng oxy thừa cao ứng với tải của

49

mỏ đốt thấp và giỏ trị oxy thấp tƣơng ứng với trƣờng hợp tải mỏ đốt cao. Lƣợng khụng khớ thừa đƣợc đƣa trong bảng chỉ cú tớnh chất tham khảo. Hàm lƣợng oxy chứa trong khúi cần đƣợc đo và hệ số khụng khớ thừa sẽ đƣợc tớnh toỏn từ thành phần nhiờn liệu và hàm lƣợng oxy trong khúi. [11]

Bảng 3.1. Thụng số lượng khụng khớ thừa.

3.2.1.2. Lắp đặt thiết bị thu hồi nhiệt

Cú 3 dạng thiết bị thu hồi nhiệt chớnh thƣờng thấy trong cụng nghiệp gồm: - Bộ hõm nƣớc cấp

- Bộ sấy khụng khớ

- Hệ thống thu hồi nƣớc ngƣng từ khúi thải

Cỏc loại thiết bị thu hồi nhiệt trong cỏc hệ thống hơi cụng nghiệp sẽ phụ thuộc rất nhiều vào nhiờn liệu đang đƣợc sử dụng và thiết kế lũ hơi tƣơng ứng. Hầu nhƣ tất cả cỏc lũ hơi cụng nghiệp cú (hoặc phải cú) bộ hõm nƣớc cấp. Hầu hết, cỏc lũ hơi dựng nhiờn liệu rắn và cỏc nhiờn liệu cú độ ẩm cao đều cú bộ sấy khụng khớ. Một số lƣợng đỏng kể cỏc lũ hơi cụng nghiệp và lũ hơi nhà mỏy nhiệt điện cú bộ hõm nƣớc cấp và bộ sấy khụng khớ. Nồi hơi đốt nhiờn liệu sạch (khớ thiờn nhiờn, khớ mờ-tan, dầu diesel, …) cú thể sử dụng hệ thống thu hồi nƣớc ngƣng từ khúi thải tựy vào yờu cầu tổng thể của hệ thống nhiệt.

50

Bộ hõm nƣớc cấp là một thiết bị trao đổi nhiệt đƣợc lắp đặt nhằm trao đổi nhiệt năng giữa khúi và nƣớc cấp vào lũ hơi. Nú là một dạng thiết bị thu hồi năng lƣợng đƣợc lắp rất phổ biến trong cỏc hệ thống hơi. Cỏc cụng nghệ về vật liệu và thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt hiện nay cho phộp tạo ra độ tăng nhiệt độ lớn và trở lực nhỏ với bề mặt trao đổi nhiệt gọn nhẹ. Bờn cạnh đú, bộ hõm nƣớc cấp rất nhỏ gọn và thƣờng khụng gõy ra một sự thay đổi về cấu trỳc hay kớch thƣớc nào của hệ thống.

b. Bộ sấy khụng khớ

Bộ sấy khụng khớ cấp nhiệt cho khụng khớ trƣớc khi thổi vào lũ hơi bằng cỏch lấy nhiệt từ khúi lũ. Thiết bị trao đổi nhiệt này giống nhƣ bộ hõm nƣớc cấp nhƣng thay vỡ nhiệt đƣợc truyền cho nƣớc cấp sẽ đƣợc sử dụng để làm núng khụng khớ. Kết quả là sẽ làm giảm lƣợng nhiờn liệu tiờu hao và qua đú làm tăng hiệu suất lũ.

Do quỏ trỡnh trao đổi nhiệt xảy ra giữa khớ – khớ, bộ sấy khụng khớ cú kớch thƣớc lớn và thƣờng gõy ra tổn thất ỏp suất lớn. Hầu hết cỏc lũ hơi cụng nghiệp sử dụng bộ sấy khụng khớ đều cú 1 quạt hỳt khúi cƣỡng bức để thắng đƣợc trở lực của đƣờng khúi và trỏnh hiện tƣợng ỏp suất dƣơng ở buồng lửa.

Bờn cạnh đú, cần đảm bảo trỏnh đƣợc hiện tƣợng đọng sƣơng axit trờn đƣờng ống khúi do nhiệt độ khúi giảm quỏ thấp. Giới hạn nhiệt độ khúi thấp nhất phụ thuộc vào hàm lƣợng lƣu huỳnh cú trong nhiờn liệu. Hiện tƣợng đọng sƣơng trong khúi lũ sẽ tạo ra axit sunfuric cú tớnh ăn mũn rất cao dẫn tới cỏc chi tiết kim loại bị mũn và giảm độ tin cậy của lũ hơi. Ngoài axit sufuric, nếu nhiệt độ giảm thấp hơn nữa sẽ dẫn tới sự hỡnh thành axit cacbonic. Đõy khụng phải là vấn đề cần quan tõm trong khoảng thời gian ngắn vỡ axit này là 1 axit yếu nhƣng trong khoảng thời gian dài sẽ gõy nờn tỡnh trạng hỏng húc của cỏc thiết bị kim loại trờn đƣờng ống khúi nếu cỏc thiết bị này khụng đƣợc bố trớ hợp lý.

c. Hệ thống thu hồi nước ngưng từ khúi thải

Hơi nƣớc là một sản phẩm của quỏ trỡnh chỏy và nú thƣờng tồn tại trong khúi dƣới pha hơi và đƣợc thải ra ngoài. Tuy nhiờn, lƣợng hơi nƣớc này chứa một lƣợng năng lƣợng đỏng kể cú thể thu hồi khi hơi nƣớc cú thể ngƣng tụ lại. Cỏc thiết bị thƣơng mại dạng này đƣợc thiết kế đặc biệt cho những lũ hơi đốt nhiờn liệu chỏy

51

sạch (khớ thiờn nhiờn, khớ metan, khớ propan, dầu, biomass - đảm bảo nhiờn liệu khụng cú lƣu huỳnh, quỏ trỡnh đốt khụng cú bụi) để thu hồi nhiệt ẩn của hơi nƣớc từ khúi lũ. Thiết bị thƣờng đƣợc biết tới nhƣ là hệ thống thu hồi nƣớc ngƣng từ khúi thải.

Tựy theo nhiờn liệu, bộ thu hồi nhiệt này cú thể nõng hiệu suất lũ hơi tới hơn 10 %. Để tăng cƣờng lƣợng ngƣng tụ trong dũng khúi, nhiệt độ khúi sẽ đƣợc hạ xuống dƣới nhiệt độ đọng sƣơng. Thƣờng thỡ nhiệt độ này khoảng 60 oC đối với khớ thiờn nhiờn và nhiệt độ khúi càng giảm thỡ lƣợng nhiệt thu hồi càng cao.

Chỳ ý rằng, nguồn nhiệt thu đƣợc sẽ nằm dƣới nhiệt độ đọng sƣơng của khúi thải, do đú trong nhà mỏy cần cú nhu cầu nhiệt ở nhiệt độ thấp để sử dụng lƣợng nhiệt này. Bộ thu hồi nhiệt này cú thể thu hồi một lƣợng lớn nhiệt năng nhƣng nhiệt độ của nú là rất thấp. Cỏc ứng dụng trong cụng nghiệp yờu cầu cấp nhiệt ở nhiệt độ thấp nhƣ nhà mỏy chế biến thực phẩm, lũ hơi với nƣớc cấp hoàn toàn là nƣớc mới, nhà mỏy dệt may hay trạm cấp nƣớc núng thƣờng là địa chỉ ứng dụng tốt cho loại thiết bị này [11]

3.2.1.3. Làm sạch bề mặt trao đổi nhiệt

Bề mặt trao đổi nhiệt bị bỏm bẩn theo thời gian. Bụi bẩn trờn bề mặt trao đổi nhiệt dẫn tới nhiệt trở truyền nhiệt sẽ tăng lờn và nhiệt độ khúi thải cao. Nhƣ đó trỡnh bày ở cỏc phần trờn, điều này sẽ làm giảm hiệu suất của lũ hơi khỏ nhiều do một lƣợng lớn năng lƣợng sẽ thoỏt ra ngoài cựng với khúi thải. Do vậy, bề mặt trao đổi nhiệt cần cú những quỏ trỡnh bảo dƣỡng cú tớnh phũng chống và dự bỏo để cố gắng làm sạch định kỳ bề mặt trao đổi nhiệt trong lũ hơi.

Bỏm bẩn bề mặt trao đổi nhiệt phớa ngọn lửa phụ thuộc vào nhiờn liệu, đối với khớ đốt và cỏc nhiờn liệu chỏy sạch nú cú thể đƣợc bỏ qua hoặc khụng tồn tại. Đối với dầu nặng và nhiờn liệu rắn đƣợc sử dụng trong lũ hơi, cú một lƣợng đỏng kể tro và muội than đƣợc hỡnh thành trờn ống của lũ hơi. Chỳng cần phải đƣợc loại bỏ với một hệ thống thổi sạch muội hiệu quả. Hệ thống thổi sạch muội này bao gồm những mũi phun phun hơi cú ỏp suất cao hoặc khớ nộn để tỏch phần muội bỏm trờn ống. Cỏc lũ hơi cụng nghiệp với hệ thống thổi sạch muội này sẽ đƣợc thiết lập

52

chế độ thổi định kỳ cho cỏc phần khỏc nhau của lũ hơi. Điều này hết sức quan trọng để đảm bảo hệ thống làm việc ổn định. Bỏm bẩn phớa ngọn lửa sẽ trực tiếp làm tăng nhiệt độ khúi thải và xu hƣớng này sẽ cung cấp cỏc thụng tin cú giỏ trị cho việc vận hành hiệu quả hệ thống thổi sạch muội.

Bỏm bẩn phớa nƣớc chịu sự ảnh hƣởng của chất lƣợng nƣớc và là một hàm phụ thuộc vào ỏp suất lũ hơi, chất lƣợng nƣớc cấp và tỷ lệ xả lũ. Cỏc cặn bẩn này bỏm vào bề mặt ống và gõy ra sự tăng nhiệt trở truyền nhiệt. Lớp bỏm này cần đƣợc loại bỏ bằng cơ khớ hay húa chất khi lũ dừng hoạt động. Nú làm tăng nhiệt độ của vỏch ống và gõy ra một số dạng hƣ hỏng của ống lũ. Do đú, bỏm bẩn phớa nƣớc cú ảnh hƣởng trực tiếp tới độ tin cậy cũng nhƣ hiệu suất tổng thể của lũ. Do vậy, việc làm sạch ống định kỳ và kiểm tra bỏm bẩn hàng năm là hết sức quan trọng. [11]

3.2.1.4. Cải thiện chất lượng nước cấp

Thụng thƣờng, chất lƣợng nƣớc cấp cho lũ hơi bị ảnh hƣởng lớn nhất bởi nƣớc cấp mới. Nƣớc ngƣng chớnh là loại nƣớc sạch nhất trong hệ thống hơi. Nƣớc cấp mới cần phải đƣợc xử lý trƣớc khi cấp vào hệ thống. Hệ thống xử lý nƣớc đƣợc nõng cấp sẽ cải thiện chất lƣợng nƣớc cấp vào lũ.

Nƣớc cấp mới cho lũ hơi cần phải đƣợc xử lý thớch hợp dựa theo cỏc yờu cầu về nồng độ cỏc húa chất trong nƣớc để lũ hơi hoạt động tin cậy. Việc quản lý xả lũ phụ thuộc vào 2 yếu tố: chất lƣợng nƣớc cấp và ỏp suất hoạt động. Việc đảm bảo chất lƣợng cao nhất cho nƣớc cấp mới sẽ dẫn tới sự giảm tỷ lệ lƣợng xả lũ yờu cầu. Sự giảm lƣợng xả lũ này sẽ dẫn tới giảm lƣợng năng lƣợng thất thoỏt do xả lũ. Tuy nhiờn, cần cú một chi phớ khỏ lớn để nõng cao chất lƣợng nƣớc nếu đũi hỏi cải thiện cơ sở hạ tầng hay bổ sung cỏc hệ thống nhƣ hệ thống khử khoỏng chất hay hệ thống lọc thẩm thấu ngƣợc. Thụng thƣờng, việc cải thiện chất lƣợng nƣớc bao gồm việc thay cỏc bộ khử khoỏng bằng natri hay đảm bảo quỏ trỡnh lọc thẩm thấu ngƣợc. Bảng 3.2 chỉ ra cỏc chỉ số cho phộp của cỏc thành phần trong nƣớc cấp.

53

Bảng 3.2. Tiờu chuẩn chất lượng nước bổ sung để cấp vào lũ [9]

STT Đặc tớnh thành phần Trị số cho phộp

1 Độ cứng cacbonat ≤ 0,7 mgđl/lớt

2 Hàm lƣợng ụxy hũa tan trong nƣớc ≤ 0,05 mg/lớt 3 Hàm lƣợng chất huyền phự ≤ 0,05 mg/lớt

4 Axit cacbonic tự do khụng cú

5 Độ pH 7

3.2.1.5. Lắp đặt bộ điều khiển xả lũ tự động

Cú hai dạng xả lũ thƣờng dựng trong lũ hơi cụng nghiệp: xả mặt và xả đỏy. Xả mặt là quỏ trỡnh xả liờn tục. Xả đỏy là quỏ trỡnh xả khụng liờn tục và chỉ đƣợc thực hiện giỏn đoạn để loại bỏ cỏc cặn bẩn nặng. Cơ hội tối ƣu húa này chỉ cú thể đƣợc sử dụng cho quỏ trỡnh xả mặt cũn quỏ trỡnh xả đỏy sẽ đƣợc điều khiển bằng tay. Tải của lũ hơi thay đổi theo thời gian và một cỏch lý tƣởng, tỷ lệ xả lũ cần đƣợc thay đổi để duy trỡ nồng độ húa chất hợp lý trong nƣớc lũ hơi. Hầu hết cỏc bộ điều khiển (độ dẫn hay TDS) cho nƣớc lũ hơi đều đƣợc cài đặt bởi kỹ sƣ húa chất và ngƣời vận hành lũ hơi sẽ lấy mẫu nƣớc định kỳ để đảm bảo rằng tham số của bộ điều khiển nằm trong dải cài đặt.

Trong hầu hết cỏc trƣờng hợp, điều khiển xả lũ bằng tay sẽ dẫn tới xả lũ quỏ nhiều và gõy ra một sự tổn thất năng lƣợng rất lớn. Nhƣng đụi khi việc xả lũ bằng tay khụng đủ sẽ dẫn tới chất lƣợng nƣớc lũ hơi rất kộm gõy ra sự mất an toàn cho hoạt động của lũ. Lắp đặt bộ điều khiển xả lũ tự động cho phộp giảm thiểu và chớnh xỏc húa lƣợng xả lũ đƣợc yờu cầu bởi điều kiện vận hành an toàn của lũ, do đú sẽ làm giảm tổn thất năng lƣợng khụng cần thiết. Bộ điều khiển xả lũ này kiểm soỏt độ dẫn điện của nƣớc liờn tục và điều khiển gúc mở van hay van ON/OFF để duy trỡ lƣợng xả yờu cầu. Hỡnh 3.3 cung cấp sơ đồ nguyờn lý của bộ điều khiển xả lũ tự động.

54

Hỡnh 3.3. Điều khiển xả lũ tự động [11] 3.2.1.6. Thu hồi năng lượng từ xả lũ

Thu hồi nhiệt năng từ xả lũ cú 2 cỏch và tất cả lƣợng nhiệt mất trong nƣớc xả lũ cú thể thu hồi bằng việc kết hợp 2 phƣơng phỏp sau:

- Tỏch hơi từ nƣớc xả lũ - Gia nhiệt cho nƣớc cấp mới

Dũng nƣớc xả lũ ỏp suất cao trƣớc hết đƣợc tỏch hơi vào 1 bỡnh chứa ỏp (bỡnh tỏch hơi) hoạt động ở ỏp suất thấp (thƣờng cao hơn ỏp suất bộ khử khớ một chỳt). Một phần lỏng sẽ bay hơi nhanh thành hơi ở ỏp suất thấp hơn. Phần hơi tỏch ra này sạch và cú thể đƣa vào đầu cấp hơi ỏp suất thấp hoặc cấp hơi cho bộ khử khớ hoặc hệ thống gia nhiệt nƣớc cấp. Lỏng duy trỡ trong bỡnh thu nhanh ở trạng thỏi bóo hũa (>100 oC) và cú thể vẫn đƣợc sử dụng để đốt núng cho nƣớc cấp trong bộ trao đổi nhiệt nƣớc cấp. Nƣớc xả lũ đƣợc thải ra từ hệ thống sẽ ở nhiệt độ rất gần với nhiệt

Một phần của tài liệu Nghiên cứu tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các lò hơi công nghiệp ở việt nam (Trang 57)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(115 trang)