4. CHƯƠNG 4 - PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VIỆC SỬ DỤNG KHÍ CVX TÍCH HỢP LÀM NHIÊN LIỆU CHO NHÀ MÁY LỌC DẦU
4.2. Ph n tích, đánh giá, lựa chọn các phương án nhiên liệu phù hợp khi sử
Trên cơ sở thành phần khí CVX như Bảng 2.6, xem xét hướng sử dụng khí CVX-CTU phối trộn với nhiên liệu khí FG-NCMR. Trong nội dung này, phần đánh giá đối với khí CVX trước xử lý CO2 (CVX-GTP) được bổ sung để thấy rõ hơn về ý nghĩa của công đoạn tách loại CO2 trong khí CVX để làm nhiên liệu cho Nhà máy sau NCMR.
4.2.1. Phân t ch, đánh giá phương án nhiên liệu theo nhiệt trị và chỉ số Wobbe Index
Nhiệt trị và WI của các nguồn FG (theo thiết kế), khí CVX được sử dụng làm nhiên liệu theo thiết kế NMLD khi NCMR được tính toán và thể hiện ở Bảng 4.2.
Bảng 4.2. Nhiệt tr và WI của các nguồn khí nhiên liệu
Tính
chất Đơn vị
FG (NMLD
hiện hữu) FG -NCMR CVX
Mùa đông (1)
Mùa hè (2)
Sai số giữa
(1) và (2),
%
Thông thườn
g (3)
Sai số giữa (1) và (3), %
CVX- GTP
(4)
Sai số giữa (1) và (4), %
CVX- CTU
(5)
Sai số giữa (1) và (5), %
LHV, tt MJ/Nm3 25,9 32,6 26% 36,4 41% 22,5 -13% 32,3 25%
LHV, kl MJ/kg 48,2 47,4 -2% 46 -5% 19,4 -60% 38,2 -21%
HHV, tt MJ/Nm3 27,3 34,1 25% 38 39% 23,6 -14% 33,9 24%
HHV, kl MJ/kg 53,7 52,3 -3% 50,7 -6% 21,5 -60% 42,3 -21%
WI MJ/Nm3 42,4 46,8 10% 48,5 14% 24,9 -41% 42 -1%
Dựa vào Bảng 4.2 có nhận xét như sau:
Trong các nguồn FG của NMLD hiện hữu và sau NCMR thì FG mùa đông của nhà máy hiện hữu có nhiệt trị theo thể tích thấp nhất và ở mức 25,9 MJ/Nm3, trong khi đó FG sau NCMR có nhiệt trị theo thể tích cao nhất ở mức 36,4 MJ/Nm3;
Khí CVX sau GTP (CVX-GTP) có nhiệt trị thấp hơn khoảng 13% và WI thấp hơn 41% so với nguồn FG mùa đông khi thiết kế của NMLD hiện hữu do đó việc sử dụng nguồn khí này để làm nhiên liệu sẽ gặp khó khăn vì khó có thể cung cấp đủ nhiệt lượng đáp ứng yêu cầu thay thế đối với các thiết bị đốt hiện hữu nếu không có sự cải hoán;
Khí CVX-CTU có nhiệt trị và WI cao hơn so với khí CVX-GTP. Chỉ số WI của khí CVX-CTU thấp hơn 1% so với trường hợp khí mùa đông nên việc sử dụng nguồn khí này là khả thi.
Hệ thống FG của NMLD sau NCMR được nâng cấp với việc bổ sung đường ống phân phối đến các phân xưởng mới lắp đặt có tiêu thụ FG và đường ống thu gom từ các phân xưởng mới lắp đặt có tạo ra khí FG.
Lượng khí CVX có khả năng sử dụng làm nhiên liệu cho NMLD sau NCMR được ước lượng trong Bảng 4.3.
Bảng 4.3. Ước tính lượng khí CVX có khả năng được sử dụng làm nhiên liệu của NMLD sau NCMR
Trường hợp
(Xét chênh lệch WI: 4÷5%) FG
Hiện hữu NCMR 1. Khí CVX-GTP
%tt tối đa [= tt CVXmax/(tt CVXmax + tt FG)] 30,7 7,4
Sản lượng khí CVX-GTP (max), Tr.m3/năm 154 28
Tăng công suất của hệ thống FG, %tt 40,2 7,9
Nhiệt lượng khí CVX-GTP cung cấp, MW 108 19
% nhiệt lượng thay thế (nhiệt CVX-GTP/nhiệt FO) 22 4 2. Khí CVX-CTU
%tt tối đa [= tt CVXmax/(tt CVXmax + tt FG)] 57,8 30,8
Sản lượng khí CVX-CTU (max), Tr.m3/năm 686 223
Tăng công suất của hệ thống FG, %tt 137 40,4
Nhiệt lượng khí CVX-CTU, MW 486 156
% nhiệt lượng thay thế (nhiệt CVX-CTU/nhiệt FO) 100 32 Từ bảng trên có thể đưa ra một số nhận xét như sau:
Đối với nguồn khí CVX-GTP:
Nguồn khí CVX-GTP có thể thay thế tối đa 22% lượng nhiệt FO khi sử dụng khí thiết kế hiện hữu của nhà máy và tối đa 4% khi sử dụng khí thiết kế NCMR.
Đối với khí CVX-CTU:
Nguồn khí CVX-CTU có khả năng thay thế 100% lượng nhiệt FO khi sử dụng khí thiết kế hiện hữu của Nhà máy nhưng chỉ thay thế tối đa 32% khi sử dụng khí thiết kế NCMR.
4.2.2. Tính toán định hướng phối trộn khí CVX với khí FG-NCMR theo chỉ số Wobbe Index
Trong mục này sẽ xét các trường hợp phối trộn vào mạng hệ thống khí FG- NCMR đối với các loại khí CVX như sau.
4.2.2.1. Trộn khí CVX-GTP (hàm lượng CO2: 30% mol) vào m ng FG-NCMR Trộn khí CVX-GTP vào mạng FG-NCMR kết quả tính toán như trong Bảng 4.4.
Bảng 4.4. Chỉ số WI theo các tỉ lệ trộn khí CVX-GTP vào FG-NCMR Tỉ lệ pha trộn và WI tương ứng
1 Tỉ lệ FG-NCMR %mol 100% 93,1% 0%
2 Tỉ lệ của khí CVX-GTP %tt 0% 6,9% 100%
3 WI KJ/Nm3 46.781 45.164 26.346
Từ số liệu Bảng 4.4 có thể đưa ra một số nhận xét và kết luận như sau:
Để đạt được chỉ số WI thiết kế (FG mùa đông), tỉ lệ phối trộn tối đa khí CVX- GTP vào mạng FG-NCMR là 6,9%mol. Điều này rất khó khả thi trong vận hành. Nếu pha trộn với tỉ lệ lớn hơn thì chỉ số WI sẽ vượt thiết kế và sẽ ảnh hưởng toàn bộ các lò hơi/lò đốt của các phân xưởng công nghệ và phụ trợ làm ảnh hưởng đến vận hành của NMLD sau NCMR.
Mặt khác, tỉ lệ phối trộn khí CVX-GTP vào FG-NCMR là quá nhỏ nên không hiệu quả kinh tế.
Loại bỏ phương án sử dụng khí CVX-GTP để phối trộn vào khí FG-NCMR và không tiếp tục tính toán.
4.2.2.2. Trộn khí CVX-CTU (hàm lượng CO2:1 %mol) vào m ng FG-NCMR Chỉ số WI của CVX-CTU được trình bày ở Bảng 4.2.
Khí CVX-CTU có chỉ số WI đạt được chỉ số WI thiết kế (FG mùa đông nằm trong sai số 4÷5%), tỉ lệ phối trộn tối đa khí CVX-CTU vào mạng FG-NCMR là 100%mol hay có thể nói là có khả năng thay thế hoàn toàn. Điều này khả thi trong vận hành và được sử dụng để tiếp tục tính toán cho các phần tiếp theo.
4.3. Tính toán kiểm tra lò hơi A-4001A/B/C/D (U040) và lò đốt H-1201 theo phương án phối trộn khí CVX-CTU vào mạng khí FG-NCMR
4.3.1. Thành phần khí nhiên liệu phối trộn khí CVX-CTU vào hệ thống khí khí đốt FG-NCMR (U037)
Hệ thống khí nhiên liệu NMLD Dung Quất sau khi NCMR gần như cân bằng giữa cung và cầu trong toàn bộ hệ thống khi vận hành bình thường cho cả 02 trường hợp BC-MG và BC-MD và thừa một ít đốt kết hợp với dầu FO cho CO Boiler (ở U015) và các lò hơi (U040) sẽ sử dụng dầu FO là chủ yếu. Do đó khi trộn CVX-CTU vào hệ thống FG-NCMR chính bằng lượng thay thế cho toàn bộ các lò hơi vận hành bằng FO và điển hình là các lò hơi của U040.
Dựa trên lưu lượng khí FG (trước khi trộn) của hệ thống khí đốt U037 (15001- 037-PFD-0010-001-1.B), tiêu hao khí CVX-CTU cho U040 để sản xuất hơi nước và lượng hơi nước khi vận hành bình thường trường hợp BC-MG (600 tấn/h) sau NCMR, các tính toán sau đây nhằm xác định tỉ lệ trộn và thành phần khí phối trộn Mixed Gas.
Kết quả tính toán được thể hiện trên Bảng 4.5.
Bảng 4.5. Tính toán các thông số c n bằng nhiệt và khối lượng khi ha trộn Mixed Gas
STT Th ng số Đơn vị Giá trị Chú thích 1 Lượng HHP theo yêu cầu kg/h 600.000 U040 Design basic 2 CVX-CTU
2.1 CVX-CTU/Hơi tiêu thụ Kg/Kg 0,084 2.2
Lưu lượng hơi nước sản xuất đối với mỗi lò hơi sau NCMR
Kg/h 178.000 2.3 Lưu lượng CVX-CTU Kg/h 14.910
2.4 LHV của CVX-CTU KJ/Nm3 32.235 Kết quả mô phỏng
2.5 KLPT của CVX-CTU 18,76 Kết quả mô phỏng
2.6 Lưu lượng CVX-CTU Nm3/h 17.812
2.7 LHV GJ/h 574
2.8 CVX-CTU LHV/Hơi nước KJ/Kg 3.225 2.9
Tổng LHV để sản xuất 600 tấn hơi HHP/h tại U040 với 04 lò
GJ/h 1.935
2.10
Tổng lượng CVX-CTU để sản xuất 600 tấn hơi HHP/h tại U040 với 04 lò, tt
Nm3/h 60.042
2.11
Tổng lượng CVX-CTU để sản xuất 600 tấn hơi HHP/h tại U040 với 04 lò, kl
Kg/h 50.258
3 FG-NCMR 15001-037-JSD- 001-A1
(U037) 3.1 Tổng FG-NCMR trước khi
hòa trộn Kg/h 41.404 PFD BC-MG U037
3.2 Nhiệt trị FG-NCMR KJ/kg 39.283 PFD U037 (stream 1) BC-MG
3.3 Tổng LHV của FG-NCMR
trước khi trộn GJ/h 1.626,47
3.4 LHV của FG-NCMR KJ/kg 39.542 Kết quả mô phỏng 3.5 Tổng lượng FG-NCMR Kg/h 41.133
STT Th ng số Đơn vị Giá trị Chú thích 4 Tổng Mixed FG đến U040
4.1 LHV của Mixed Gas KJ/Nm3 33.689 Kết quả mô phỏng
4.2 KLPT của Mixed Gas 19,47 Kết quả mô phỏng
4.3 LHV của Mixed Gas KJ/kg 38.773,58 4.4
Mixed Gas sử d ng tại U040 (để sản xuất 600 tấn hơi/h)
Kg/h 49.917 5 Tỉ lệ phối trộn
5.1 CVX-CTU %kl 54,99
5.2 FG-NCMR %kl 45,01
6
Tổng Mixed Gas sau phối trộn (cung ứng cho nhà máy)
Kg/h 91.391
Từ đó tiến hành tính toán bằng phần mềm mô phỏng được thành phần khí Mixed Gas sau khi trộn như Bảng 4.6.
Bảng 4.6. Thành phần khí nhiên liệu (Mixed Gas) sau khi trộn CVX-CTU vào FG- NCMR
Cấu tử %mol(1) Ghi chú
H2O 0,335
N2 13,047
CO 0,468
CO2 1,348
H2S 0,000
H2 15,184
METHANE 54,597
ETHYLENE 4,040
ETHANE 4,901
PROPENE 1,141
PROPANE 1,783
BUTENE1 0,033
IBUTENE 0,028
CYBU 0,000
T2BUTENE 0,051
Cấu tử %mol(1) Ghi chú
C2BUTENE 0,055
IBUTANE 1,047
BUTANE 0,966
CP 0,000
1PENTENE 0,006
PENTANE 0,219
IPENTANE 0,096
HEXANE 0,222
HEPTANE 0,261
O2 0,000
SO2 0,000
AR 0,000
OCTANE 0,010
NONANE 0,010
T2PENTEN 0,009
C2PENTEN 0,005
BENZENE 0,092
3M1BUTEN 0,004
2M1BUTEN 0,006
2M2BUTEN 0,022
4MCPEN 0,002
2MHP 0,010
Các th ng số khác
KLPT pha hơi 19,468
Vapor Specific Enthalpy KJ/kg 262,035
Vapor CP KJ/kgoC 1,991
WI KJ/Nm3 45.325
Ghi chú: (1): Lượng pha trộn 41.133 kg/h (FG-NCMR) và 50.258 kg/h (CVX- CTU) cho U040 để sản xuất 600.000 kg/h hơi HHP.
Căn cứ vào Bảng 4.6 có thể thấy chỉ số WI của khí Mixed Gas là 45,3 GJ/Nm3 nằm trong giới hạn cho phép và phù hợp với thiết kế của các thiết bị. Vì vậy việc sử dụng khí Mixed Gas cho các lò tiêu thụ khí đốt là khả thi. Thành phần khí như trên được sử dụng trong đánh giá các lò đốt, lò hơi ở phần sau nhằm có được những nhận
định cụ thể và chi tiết hơn.
4.3.2. Tính toán, kiểm tr lò hơi A-4001A à lò đốt H-1201 hiện hữu khi sử dụng nhiên liệu khí Mixed Gas
4.3.2.1. Tính toán, kiểm tra lò hơi A-4001A hiện h u khi sử dụng nhiên liệu khí Mixed Gas
Do 04 lò hơi hiện hữu có cấu trúc tương tự, do đó các tính toán sau đây áp dụng cho một lò hơi đại diện lò A-4001A. Các lò A-4001B/C/D cũng sẽ tương tự. Lò hơi mới sau NCMR sẽ được xem xét chi tiết hơn trong giai đoạn tiếp theo của dự án NCMR.
Khí Mixed Gas có thành phần tại Bảng 4.6.
Kết quả tính toán lò hơi A-4001A khi chạy với thành phần khí khí phối trộn CVX-CTU vào hệ thống khí FG-NCMR ở phụ tải MCR (100%), trường hợp Base Case MG được trình bày như Bảng PL1, Phụ lục 1 của Luận văn.
Sau khi tính toán, kiểm tra, kết quả tính toán cho phép đưa ra một số nhận xét sau:
- Lò hơi có thể chạy liên tục tối đa là 94% phụ tải (do chạm điều kiện biên thiết kế áp suất béc đốt ở ngưỡng 0,627 kg/cm2g) khi sử dụng nhiên liệu là khí Mixed Gas, mặc dù chỉ số WI là thỏa mãn. Điều này là khả thi khi vận hành thực tế, thông thường NMLD Dung Quất sau NCMR vận hành các lò (5 lò) ở phụ tải khoảng 56÷61% tải (15001-040-JSD-0000-001.B1-Para) hoặc có thể vận hành tối ưu cũng như an toàn cho mạng hơi nước bằng cách vận hành phối hợp đồng thời giữa FO và CVX-CTU cho một số lò ở phụ tải tối đa và một số lò ở phụ tải thấp bằng CVX- CTU vì vậy việc vận hành toàn bộ bằng Mixed Gas là khả thi.
- Mặt khác, lò hơi thiết kế ở 110% phụ tải (không liên tục trong thời gian dài) nên có thể vận hành đạt 100% công suất khi có sự cố mạng hơi do thiếu áp.
- Đây là phương án khả thi về kỹ thuật của hệ thống FG và có thể sử dụng khí CVX để làm nhiên liệu với lượng nhiều nhất.
4.3.2.2. Tính toán, kiểm tra lò đốt H-1201 hiện h u khi khi sử dụng nhiên liệu khí Mixed Gas.
Khí Mixed Gas có thành phần khí tại Bảng 4.6 ở trên.
Kết quả tính toán, mô phỏng lò H-1201 khi chạy với thành phần khí Mixed Gas sau NCMR như Bảng PL2, Phụ lục 1 của Luận văn.
Từ kết quả tính toán, mô phỏng, có thể nhận xét như sau:
Khi vận hành bình thường sau NCMR với lưu lượng dòng nguội cần nung nóng là 114.340 kg/h, lò đốt H-1210 có thể chạy bằng khí Mixed Gas với công suất nhiệt
7,066 MW và về cơ bản không cần nâng cấp lò H-1201. Chỉ số WI đảm bảo và phù hợp.