d. Đường bao nhiệt độ tại mặt phẳng đầu vào thiết bị siêu gia nhiệt (Super heater)
Khi lò hoạt động ở tải 75%, rõ ràng là ngọn lửa khí nhiên liệu (FG) tạo ra nhiệt độ cao hơn nhiều ở mặt phẳng đầu vào superheater. Do đó, khi đốt nhiên liệu Gas ở đầu đốt đáy, nhiệt độ hơi cao hơn nhiều do ngọn lửa gas đi vào vùng 2ry super heater trực tiếp.
Hình 3.9 Hình ảnh nhiệt độ lò ở đầu, giữa và đáy ở tải 75% khí nhiên liệu FG
Hình 3.10 Hình ảnh nhiệt độ lò ở đầu, giữa và đáy ở tại 40% đốt dầu FO
HVCH: Phạm văn Dũng GVHD: TS. Lê Thị Như
III.3.1.3.2 Các thơng số hoạt động của lị và nhận xét từ kết quả chạy mô phỏng
quá trình cháy bên trong buồng đốt
a. Các thơng số hoạt động của lị khi áp dụng chế độ đốt kép
Các thơng số hoạt động của lị khi áp dụng chế độ đốt kép được trình bày ở bảng 3.1
Bảng 3.1 Các thông số hoạt động của lò khi áp dụng chế độ đốt kép
Loại dầu Đơn vị Hỗn hợp 66% FO 33% FG Hỗn hợp 66% FO 33% FG Phần trăm tải % 75 40 Tải lò kg/hr 147,000 78,400 Nhiệt độ hơi ra °C 505.00 505.00 Áp suất vận hành bar (g) 104.94 104.94 Nhiệt độ nước cấp °C 112 112
Nhiệt độ hơi bảo hòa °C 316.111 316.111
Tốc độ xả liên tục % 1 1
Nhiệt độ khói vào bộ hâm nước
°C 381.111 347.222
Nhiệt độ khói thỏi ra ống khói °C 173 151
Nhiệt độ mơi trường khơng khí °C 36 36
Độ ẩm khơng khí % 100 100
Lưu lượng khí vào kg/hr 193,154 102,276
Lưu lượng khí tuần hồn kg/hr 0 0
Lưu lượng khí vào đầu đốt kg/hr 182,529 96,650
Oxy thừa % 15 15
Loại dầu đốt (Fuel Oil) kg/hr 7,844 4,153
Loại dầu đốt (Fuel Gas Summer)
kg/hr 0 0
Fuel fired (Fuel Gas Actual) kg/hr 2,781 1,473 Nhiệt trị cao của nhiên liệu cấp
vào
Gcal/h 118.7643 62.8860
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu cấp vào
Gcal/h 110.6912 58.6112
Nhiệt thế thể tích của buồng lữa
kcal/m3h 360,042 190,646
Nhiệt thế diện tích kcal/m2h 361,598 191,467
- Đốt kép FG và FO sẽ không làm cho các ống gia nhiệt bên trong lò bị hư hỏng sớm hơn do ống bị quá nhiệt ở bất kỳ công suất nào;
- Kết quả tính tốn thơng số tuần hồn của nồi hơi khi đốt kép cho thấy khơng có yếu tố nào gây ra vấn đề quá nhiệt lâu dài cho các ống gia nhiệt;
- Kết quả chạy mô phỏng cho thấy, đốt FO ở burner phía trên có thể sẽ làm cho các ống gia nhiệt nằm ngang, trên đỉnh lị bị khơ một phần, các ống này sẽ bị quá nhiệt và sẽ bị hư hỏng sớm hơn. Tuy nhiên, trong điều kiện lị hơi của BSR, kết quả tính tốn thơng số tuần hoàn nồi hơi khẳng định trạng thái hai pha ổn định luôn luôn tồn tại bên trong ống gia nhiệt, do đó, sẽ khơng có mối nguy gây hư hỏng các ống gia nhiệt ở phần mái cho dù đốt FO ở burner phía trên ở cơng suất lị hơi từ 40% đến 75%.
III.3.1.4 Đề xuất thử nghiệm và kết quả thử nghiệm với lò A-4001-C của Nhà máy lọc dầu Dung Quất ở chế độ đốt kép
III.3.1.4.1 Thơng số kỹ thuật trong q trình chạy thử nghiệm đốt kép lị A-4001-C
Trên cơ sở kết quả chạy mơ phỏng q trình cháy bên trong buồng đốt và ý kiến tư vấn của nhà cung cấp thiết bị (Nhà thầu Cerry) lò hơi (A-4001-C) đã được thử nghiệm chế độ đốt kép (02 burners đốt FO và 01 burner đốt FG trong thời gian 31/08/2018 đến 31/10/2018. Kết quả thử nghiệm như sau:
- Ngày 22/8/2018, thử nghiệm đốt kép cho lị hơi A-4001A với burner phía trên đốt FG, burner ở giữa và burner phía dưới đốt FO theo như khuyến cáo của nhà cung cấp thiết bị (Cerrey). Tuy nhiên, với chế độ vận hành như trên, nhiệt độ của hơi nước không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật (Min 495oC), ngọn lửa của FO
rất ngắn và sáng, khơng giống với ngọn lửa bình thường của dầu FO.
- Từ ngày 23/8/2018, BSR tiếp tục thử nghiệm đốt kép cho lò hơi A-4001C với lần lượt các burner phía trên, ở giữa và phía dưới đốt FG, hai burner còn lại đốt FO. Kết quả thử nghiệm cho thấy tình trạng kỹ thuật của lị hơi A-4001C tốt nhất khi đốt FG ở burner phía dưới, nhiệt độ của hơi nước đạt 505oC, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, ngọn lửa của dầu FO và của FG gần giống với bình thường, nhiệt độ khí thải đầu vào và đầu ra bộ hâm nước (Economizer) là tốt nhất.
Tình trạng kỹ thuật của lị hơi A-4001-C khi đốt 100% FO và khi đốt kép (FG + FO) được thể hiện ở bảng 3.2
Bảng 3.2 Tình trạng kỹ thuật của lị hơi A-4001-C khi đốt 100% FO và khi đốt kép
Chế độ vận hành Đốt 100% FO Đốt kép
HVCH: Phạm văn Dũng GVHD: TS. Lê Thị Như
Ngọn lửa FG burner N/A Clear
Ngọn lửa FO burner Bình thường Bình thường
Nhiệt độ steam (OC) 485-505 500-505
Oxy dư (%) 3.2-4.4 3.2-4.4
Nhiệt độ đầu vào Economizer (OC) 355-385 355-385 Nhiệt độ đầu ra Economizer (OC) 170-195 160-203
III.3.1.4.2 Kết quả kiểm tra bên trong lò hơi A-4001C sau khi áp dụng giải pháp đốt kép
Tại báo cáo kiểm tra tình trạng thiết bị số 19-135/IR-INS, ngày 06/4/2019 của Ban
KTTB, tình trạng kỹ thuật của lị hơi A-4001C sau khi áp dụng giải pháp đốt kép (từ 31/8/2018 đến 31/10/2018 và từ 05/1/2019 đến 23/2/2019) như sau:
- Chưa phát hiện các hư hỏng hay bất thường bên trong lị hơi có liên quan đến việc đốt kép
- Một số đoạn ống gia nhiệt bị phồng lên ở mức độ chấp nhận được, tuy nhiên, hiện tượng này cũng xảy ra với các lị hơi khác mặc dù khơng áp dụng đốt kép. Mặt khác, theo ý kiến của nhà cung cấp thiết bị, hiện tượng ống gia nhiệt bị phồng lên hồn tồn khơng liên quan đến việc đốt kép bên trong lò đốt
- Mức độ bám bẩn tại dàn ống của các bộ quá nhiệt, các bộ hâm nước và lượng muội lị (carbon cháy khơng hồn tồn) ở khu vực tường lò đều giảm, lớp muội tơi xốp hơn so với trường hợp đốt hồn tồn bằng dầu FO, q trình làm sạch lị thuận lợi, dễ dàng hơn. Một số hình ảnh kiểm tra so sánh tình trạng vệ sinh bên trong lị A-4001-C (đốt kép) và lò hơi A-4001-A (đốt dầu FO).
Hình 3.12 cho phép chúng ta so sánh tình trạng bề mặt quan sát được trước khi làm vệ
sinh của lò đốt dầu FO và lò đốt kép (FO+ FG).
Boiler A4001A – 100% FO – Economizer
Trước khi làm sạch
Boiler A4001C – FO & FG – Economizer
Boiler A-4001A – 100% FO – Wall tube
Trước khi làm sạch
Boiler A4001C – FO & FG – Wall tube
Trước khi làm sạch
Boiler A-4001A – 100% FO – Wall tube
Trước khi làm sạch
Boiler A4001C – FO & FG – Wall tube
Trước khi làm sạch
HVCH: Phạm văn Dũng GVHD: TS. Lê Thị Như
III.3.1.5 Khối lượng FG thu hồi khi áp dụng giải pháp đốt kép MFGTH = MFO MIN - MFO TT - MLPG HH
MLPG HH = MLPG TT - MLPG MIN
Trong đó
MFGTH: Khối lượng FG thu hồi (đã được qui đổi thành khối lượng dầu FO) MFO MIN: Khối lượng dầu FO tiêu thụ tối thiểu trước khi áp dụng đốt kép MFO TT: Khối lượng dầu FO tiêu thụ thực tế khi áp dụng đốt kép
MLPG HH: Khối lượng LPG hóa hơi bổ sung khi áp dụng đốt kép (đã được qui đổi thành khối lượng dầu FO)
MLPG TT: Khối lượng LPG hóa hơi thực tế khi áp dụng đốt kép
MLPG MIN: Khối lượng LPG hóa hơi tối thiểu trước khi áp dụng đốt kép.
Bảng 3.3 Bảng tính khối lượng khí nhiên liệu (FG) thu hồi khi áp dụng đốt kép
Giai đoạn đốt kép MFGTH MFO MIN (tấn/giờ) MFO TT (tấn/giờ) MLPG HH (tấn/giờ) MLPG TT (tấn/giờ) MLPG MIN (tấn/giờ) Ghi chú tấn tấn/giờ LPG FO (*) 31/08 - 8/10/18 702,172 0,750 5,8 4,891 0,143 0,159 0,528 0,385 11/10 - 21/10/18 -109,200 -0,455 5,8 5,773 0,434 0,482 0,819 0,385 Không thu hồi 03/12 - 7/12/18 47,026 0,490 5,8 5,138 0,155 0,172 0,540 0,385 05/01 - 22/02/19 -952,689 -0,845 5,8 5,735 0,819 0,910 1,204 0,385 Không thu hồi 27/02 - 17/04/19 155,556 0,130 5,8 4,783 0,799 0,887 1,184 0,385 19/04 - 13/05/19 239,769 0,370 5,8 5,159 0,244 0,271 0,629 0,385 Tổng 1.144,523 Ghi chú:
(*): Khối lượng LPG hóa hơi bổ sung được qui đổi thành khối lượng dầu FO Khối lượng dầu FO tiêu thụ tối thiểu trước khi áp dụng đốt kép là 5,8 tấn/giờ Khối lượng LPG hóa hơi tối thiểu trước khi áp dụng đốt kép là 0,385 tấn/giờ.
Kết luận:
❖ Đốt kép với burner phía dưới đốt FG khơng làm ảnh hưởng tiêu cực đến vận hành và tuổi thọ của các lò hơi;
❖ Việc áp dụng chế độ đốt kép tại các lò hơi, nhà máy lọc dầu Dung Quất đã mang lại những lợi ích đáng kể cho Nhà máy, bao gồm:
- Tận dụng tối đa nguồn khí nhiên liệu sinh ra từ q trình chế biến dầu thơ, hạn chế việc xả thải FG ra đốt đuốc (flare), tiết kiệm được một khối lượng đáng kể dầu FO do phí mơi trường
- Cải thiện đáng kể tình trạng bám bẩn bên trong lị đốt, giảm thời gian và chi phí làm sạch lị
- Cho phép đốt LPG thay thế cho một phần nhiên liệu FO để tăng lợi nhuận cho Nhà máy trong trường hợp chi phí đốt LPG thấp hơn chi phí đốt dầu FO.
- Mặc dù giải pháp đốt kép đã thu hồi một lượng đáng kể khí nhiên liệu vào mục đích năng lượng, tuy nhiên, trong một số trường hợp, khi sản lượng FG quá cao (sử dụng xúc tác ZSM-5, chế biến dầu nhẹ, v.v.) thì một lượng FG vẫn được xả thải ra flare, gây lãng phí. Vì vậy, giải pháp đốt 100% khí nhiên liệu thay cho đuốc đốt cũng cần được tính đến.
III.3.2 Đánh giá giải pháp đốt 100% khí nhiên liệu (FG) tại lị hơi của phân xưởng điện hơi
III.3.2.1 Bảng phân tích cân bằng khí nhiên liệu trường hợp các phân xưởng công nghệ Nhà máy lọc dầu Dung Quất gặp sự cố khi 3 lò vận hành với 100% khí nhiên liệu (FG)
Bảng phân tích này được lấy ở tình huống điển hình ngày 30/12/2019.
Bảng 3.4 Bảng phân tích cân bằng FG cho trường hợp ở tình huống điển hình ngày 30/12/2019
STT Tình huống bất thường Dự kiến FG thiếu hụt (MW)
1 Trong điều kiện vận hành bình thường Khơng 2 Phân xưởng CCR dừng, dẫn đến mất nguồn khí nhiên liệu
từ p/x CCR Không
3 COB (CO-Boiler) dừng đột xuất -2.2
4 Lỗi từ phân xưởng cung cấp khí nhiên liệu
(Vaporizers failures) -90
5 Phân xưởng RFCC dừng và MAB (Main Air Blower) dừng -106.1 6 Phân xưởng RFCC dừng và MAB (Main Air Blower) vẫn
hoạt động -175.5
HVCH: Phạm văn Dũng GVHD: TS. Lê Thị Như
- Ở giai đoạn vận hành bình thường và trường hợp phân xưởng CCR dừng dẫn đến mất nguồn khí nhiên liệu (FG) từ phân xưởng CCR thì thiết bị hóa hơi LPG, phân xưởng cấp khí nhiên liệu (U37) đủ khả năng cung cấp khí nhiên liệu cho Nhà máy
- 04 tình huống bất thường (i) CO-Boiler dừng đột xuất (ii) lỗi thiết bị hóa hơi
LPG, phân xưởng U37 (iii) Phân xưởng RFCC dừng và MAB dừng (iv) phân
xưởng RFCC dừng và MAB vẫn hoạt động thì để đảm bảo giữ vững vận hành Nhà máy thì giải pháp sa tải (load shedding) cần được ưu tiên tính đến.
Nhóm tác giả sẽ đề xuất một số giải pháp sau:
III.3.2.2 Một số giải pháp hành chính (chương trình sa tải) cho một số tình huống xấu như phân xưởng RFCC dừng và MAB (Main Air Blower) vẫn hoạt động
- Vận hành lò đốt (Heater) phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) ở chế độ hỗn hợp FG + FO (0.5 tấn/ giờ). Hành động này cho phép chuyển nhanh từ nguồn khí nhiên liệu (FG) sang nguồn dầu đốt FO
- Khi tình huống xấu (phân xưởng RFCC dừng và MAB (Main Air Blower) giảm nhanh tiêu thụ khí nhiên liệu tại lị đốt, phân xưởng chưng cất dầu thơ (CDU) cịn 35MWvà chuyển sang đốt dầu FO
- Dừng khẩn cấp phân xưởng LCO-HDT để cắt giảm khoảng 30 MW.
❖ Một số hành động tại phịng chưng cất dầu thơ (Area 1)
- Dừng khẩn cấp X-1301
- Giảm 2 tấn / giờ hơi trung áp (MP) đến tháp T-1202 - Giảm 2 tấn / giờ hơi cao áp (HP) đến tháp T-1301 - Dừng một máy nén C-1202
- Giảm 50% hơi cao áp (HP) đến E-1121 (giảm 011-FV-034) - Giảm 50% hơi trung áp đến thiết bị trao đổi nhiệt E-2316, E-2308
❖ Một số hành động tại phòng chưng cất dầu cặn (Area 2)
- Ngừng sử dụng hơi thấp áp (LP) đến tháp T-2101 - Giảm tải WGC đến tải tối thiểu (Min load)
- Dừng khẩn cấp máy nén C-2101
- Dừng khẩn cấp thiết bị tách bụi tĩnh điện X-1507 - Dừng WGC.
- Giảm 50% hơi thấp áp tới tháp T-1901
- Giảm 50% hơi đến thiết bị trao đổi nhiệt E-1803/E-1805, TK-1801, TK-1802
❖ Một số hành động tại phòng sản xuất điện hơi (Utility)
- Tăng tải lị hơi sử dụng khí nhiên liệu
- Cài đặt 040-PIC-014-A ở áp suất 3.6 kg/cm2.g
- Dừng 01 bơm nước biển dẫn động bằng động cơ điện
❖ Một số hành động tại phòng sản xuất hạt nhựa (Area PP)
- Dừng máy đùn (Extruder)
❖ Một số hành động tại phòng thiết bị ngoại vi (OMS)
- Ngừng các hoạt động trộn, chuyển bể và xuất hàng
- Giảm 50% hơi thấp áp đến các bể chứa dầu thô tại phân xưởng U-60
Chi tiết bảng tính tốn giảm/ sa tải để bù vào lượng khí FG mất đi cho trường hợp xấu nhất phân xưởng RFCC dừng và MAB (Main Air Blower) như phụ lục 3 đính kèm.
III.3.2.3 Lắp đặt thêm thiết bị hóa hơi khí nhiên liệu (LPG Vaporizer) tại phân xưởng cung cấp khí nhiên liệu (U37)
Theo dữ liệu phân tích tại mục III.3.2.1 trong vận hành bình thường, cùng với lượng
FG sinh ra từ các phân xưởng công nghệ, các thiết bị hóa hơi LPG vaporizer có thể cấp bổ sung FG vào hệ thống khí nhiên liệu, đủ để vận hành cả 3 lị hơi với 100% FG. Tuy nhiên, cơng suất dự phịng của các LPG vaporizer q thấp, không đủ để bổ sung nguồn FG cho Nhà máy khi xảy ra sự cố mất nguồn FG từ các phân xưởng công nghệ;
Lắp đặt thêm thiết bị hóa hơi song song với các thiết bị hóa hơi LPG vaporizer hiện hữu sẽ tăng cơng suất/cơng suất dự phịng của hệ thống khí nhiên liệu, cho phép vận hành cả 3 lò hơi với 100% FG và khi xảy ra sự cố mất nguồn FG từ các phân xưởng cơng nghệ, hệ thống thiết bị hóa hơi mới sẽ bổ sung đủ nguồn FG cho Nhà máy, duy trì trạng thái vận hành bình thường của các lị hơi.
HVCH: Phạm văn Dũng GVHD: TS. Lê Thị Như
CHƯƠNG IV. TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI SỬ DỤNG TỒN
BỘ KHÍ NHIÊN LIỆU (FG) THAY CHO DẦU ĐỐT (FO)
Hiệu quả kinh tế khi sử dụng FG thay thế cho FO sẽ được xem xét, đánh giá theo 03 phương án.
Tùy điều kiện công nghệ vận hành tại Nhà máy, cân bằng vật liệu khí nhiên liệu (FG) nhà máy sản xuất được sẽ xem xét, áp dụng cho phù hợp.
IV.1 Phương án 1: Tính hiệu quả kinh tế cho phương án đốt kép (2 đầu đốt FO, 1 đầu đốt FG)
IV.1.1 Phương pháp tính tốn
Hiệu quả kinh tế của phương án sẽ tính tốn theo 9 bước được trình bày trong bảng 4.1.
Bảng 4.1 Phương pháp tính tốn hiệu quả kinh tế phương án đốt kép STT Nội dung Kết quả Đơn vị tính STT Nội dung Kết quả Đơn vị tính
1
Lượng FO dùng tối thiểu khi chưa áp dụng giải pháp (Tính cho 1 lị hơi vận hành 100%