Một lò hơi sẽ đốt hai loại nhiên liệu cùng một lúc, mỗi đầu đốt sử dụng cả hai loại nhiên liệu FG và FO.
• Ưu điểm của phương án đốt kép trên cùng một đầu đốt:
- Ưu điểm lớn nhất của phương án này là độ linh động trong vận hành rất cao, trong trường hợp mất nguồn khí nhiên liệu (FG) hoặc dầu FO thì lị hơi vẫn có thể tiếp tục vận hành nguồn nhiên liệu cịn lại mà khơng cần phải thay đổi đầu đốt;
- Hiệu suất của lò đốt sẽ được cải thiện do FO sẽ cháy triệt để hơn dưới tác động của ngọn lửa từ nguồn FG;
• Nhược điểm:
- Phải thực hiện cải hoán/ thay đổi các đầu đốt, pilot, đường ống cấp nguồn khí nhiên liệu (FG) cho các pilot và các thiết bị liên quan;
- Việc cải hốn phức tạp, khối lượng cơng việc lớn, thời gian thực hiện cải hoán kéo dài.
Nhận xét chung:
Phương án đốt kép trên cùng một đầu đốt cho phép nâng cao độ tin cậy vận hành nhờ tính linh động cao. Tuy nhiên, do chi phí đầu tư lớn nên chỉ phù hợp cho tình huống lượng khí nhiên liệu (FG) xả thải lớn và liên tục.
❖ Kết luận
Đốt kép hai loại nhiên liệu trong cùng một lò hơi cho phép sử dụng tối đa lượng khí nhiên liệu (FG) sinh ra từ quá trình chế biến dầu thơ vào mục đích năng lượng, giảm thiểu việc xả thải ra đuốc đốt, tiết kiệm chi phí năng lượng, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành của Nhà máy;
Phương án đốt kép trên các đầu đốt khác nhau với ưu điểm khơng cần cải hốn phần cứng, cơng việc cải hốn đơn giản, chi phí cải hốn thấp nên là phương án khả thi, có thể áp dụng để vận hành lị hơi cho trường hợp lượng khí nhiên liệu (FG) xả thải của Nhà máy không nhiều và không liên tục như hiện nay.
Phương án đốt kép trên cùng một một đầu đốt sẽ cải thiện đáng kể độ linh động vận hành, nâng cao độ tin cậy của cụm phân xưởng điện hơi nhưng có chi phí đầu tư cao nên chỉ phù hợp cho tình huống lượng khí nhiên liệu (FG) xả thải lớn và liên tục nên có thể xem xét, áp dụng trong tương lai.
III.3.1.3 Đề xuất chạy mơ phỏng q trình cháy bên trong buồng đốt (CFD test) cho quá trình đốt kép
III.3.1.3.1 Kết quả chạy mơ phỏng q trình cháy bên trong buồng đốt (CFD test) a. Vận tốc và vectơ vận tốc
Trường vận tốc được thể hiện trong Hình 3.1 và Hình 3.2. Khí động học bên trong lò là khá khác nhau giữa hai cấu hình nung và khơng phân bố đồng đều giữa mỗi cấp đốt. Vận tốc cao xảy ra trên một quãng đường dài hơn khi đầu đốt đốt bằng khí trong khi khi đầu đốt đốt bằng dầu đốt, vận tốc cao xảy ra gần lối ra của đầu đốt. Mơ hình dịng vận tốc có tác động lớn đến trường nhiệt độ, đường viền ngọn lửa phát sáng và sự hấp thụ nhiệt trong lò, sẽ được thảo luận ở các phần tiếp theo.
Top gas / Middle-Bottom oil at 75% load
Top gas / Middle-Bottom oil at 40% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 75% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 40% load
HVCH: Phạm văn Dũng GVHD: TS. Lê Thị Như
Top gas / Middle-Bottom oil at 75% load
Top gas / Middle-Bottom oil at 40% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 75% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 40% load
Hình 3.2 Vector vận tốc tại đường tâm của lò hơi
b. Các đường bao nhiệt độ và thông số nhiệt lượng
Các đường bao nhiệt độ được thể hiện trong Hình 3.3 nhiệt độ khơng được phân bố đều bên trong lò trong cả hai trường hợp. Hơn nữa, ở 75% tải có nhiệt độ cao chạm đến thành dưới khi đốt dưới cùng đốt với dầu nhiên liệu và thành trên trong trường hợp đốt trên cũng đốt với dầu nhiên liệu. Điều này có nghĩa là sự hấp thụ nhiệt cao hơn trên thành trên cùng của lò trong trường hợp đầu đốt trên cùng đốt với dầu nhiên liệu như trong Hình 3.4. Đối với trường hợp của đầu đốt dưới đốt bằng dầu nhiên liệu, thành dưới được phủ bằng vật liệu chịu lửa nên nhiệt lượng truyền vào các ống nước không đáng kể. Thơng lượng nhiệt cho cả hai cấu hình như trong hình 3.4 và hình 3.5 khơng
đối xứng giữa hai cấu hình có thể có tác động đến sự lưu thơng nước sẽ được thực hiện bởi nhà cung cấp thiết bị (Cerrey)
Top gas / Middle-Bottom oil
at 75% load
Top gas / Middle-Bottom oil at 40% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 75% load
Top-Middle oil / Bottom gas
at 40% load
HVCH: Phạm văn Dũng GVHD: TS. Lê Thị Như
Top gas / Middle-Bottom oil at 75% load
Top gas / Middle-Bottom oil at 40% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 75% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 40% load
Hình 3.4 Dịng nhiệt trên thành lị bên trái-phía sau
Top gas / Middle-Bottom oil at 75% load
Top gas / Middle-Bottom oil at 40% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 75% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 40% load
c. Đường viền ngọn lửa sáng
Các đường viền ngọn lửa được thể hiện trên Hình 3.6 và hình 3.7. Các đường viền này thể hiện các vùng có nhiệt độ đủ cao để bất kỳ hạt cacbon nào chưa cháy hết có thể trở thành sợi đốt và phát ra ánh sáng. Các bề mặt iso được tô màu theo nhiệt độ khí cục bộ như được chỉ ra trong phần chú thích ở dưới cùng của mỗi hình. Màu sắc khơng phải là màu đại diện cho màu sắc có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Có thể nhận thấy rằng đường viền ngọn lửa với nhiên liệu khí dài hơn đường viền ngọn lửa với dầu nhiên liệu. Ngọn lửa dài thu được với một đầu đốt đốt bằng khí nhiên liệu là do mơ hình kim phun khí. Mơ hình kim phun lỗ khí có nhiều lỗ tập trung mang lại hiệu ứng tương tự như có một lỗ khí lớn hơn mà khơng có bất kỳ góc phun nào. Đường viền ngọn lửa với dầu nhiên liệu trông giống như bốn ngọn lửa nhỏ riêng lẻ với nhau là do hình dạng vịi phun dầu.
Top gas / Middle-Bottom oil at 75% load
Top gas / Middle-Bottom oil at 40% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 75% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 40% load
HVCH: Phạm văn Dũng GVHD: TS. Lê Thị Như
Top gas / Middle-Bottom oil at 75% load
Top gas / Middle-Bottom oil at 40% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 75% load
Top-Middle oil / Bottom gas at 40% load
Hình 3.7 Đường viền ngọn lửa sáng từ các bức tường lị phía trên bên phải
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 lò 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 lò 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 lị 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