Giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống nồi hơi nhiệt thừa tại Công ty Luyện đồng Lào Cai

GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG NỒI <br /> HƠI NHIỆT THỪA TẠI CÔNG TY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI<br /> KS. PHẠM ANH HẢI<br /> KS. PHẠM THANH LIÊM<br /> KS. TRẦN TRUNG HIẾU<br /> <br />      Viện Khoa học Công nghệ Mỏ­Vinacomin<br /> <br /> Triển khai chương trình sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong  <br /> Tập đoàn Công nghiệp Than ­ Khoáng sản Việt Nam năm 2010, Viện Khoa <br /> học Công nghệ Mỏ ­ Vinacomin đã tiến hành kiểm toán năng lượng tại Công <br /> ty Luyện đồng Lào Cai. <br /> Theo kết quả  kiểm toán năng lượng, do các thiết bị  của nồi hơi nhiệt  <br /> thừa hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (tiếp xúc với khói nhiệt độ cao, <br /> có chứa SOx, NOx, bề mặt giàn ống nhận nhiệt bám bụi nhiều) nên hiệu suất <br /> hấp thụ  nhiệt đầu vào thấp. Vì vậy, việc nâng cao hiệu suất sử  dụng năng <br /> lượng (nhiệt đầu ra) của nồi hơi đang là vấn đề được doanh nghiệp đặc biệt <br /> quan tâm. <br /> 1. Giới thiệu hệ thống nồi hơi nhiệt thừa <br /> Trước khi đưa vào lò SKS quặng được đưa tới phân xưởng chuẩn bị, <br /> tại đây quặng được trộn liệu với tỉ lệ cụ thể với các thành phần tinh quặng <br /> đồng, trợ  dung (như  đá thạch anh), than và liệu phản hồi (chính là các thành  <br /> phần từ xỉ của lò SKS được đưa về tuyển lại). Hỗn hợp được pha trộn với tỉ <br /> lệ nhất định được đưa qua hệ thống băng tải sẽ được đưa tới các bunke chứa, <br /> từ đây bằng các máy nạp liệu đĩa và nạp liệu rung nguyên liệu sẽ  được đưa <br /> tới các băng tải từ số 1 tới số 5 để cấp tới lò SKS.<br /> Để  duy trì sự  cháy cho lò SKS, ngoài thành phần của nguyên liệu cấp <br /> vào còn có Oxy, khí nén và dầu DO (sử  dụng khi cần gia nhiệt thêm cho lò  <br /> hoặc duy trì nhiệt độ của lò). Sản phẩm của lò SKS là Sten ­ nguyên liệu đưa <br /> tới Lò chuyển với hàm lượng 45% Cu, và xỉ lò sẽ được đem tuyển lại. <br /> <br /> <br /> <br /> <br />           <br /> (a) (b)<br /> <br /> 1<br />  Hình 1.1. Hệ thống lò chuyển SKS<br /> a) Lò SKS, b) Dàn ống sinh hơi bộ trao đổi nhiệt<br /> Khói lò SKS sẽ  được dùng để  tận dụng trong nồi hơi nhiệt thừa (xem  <br /> hình 1.2), nhiệt độ của khói lò sau khi ra khỏi lò SKS khoảng 8070C. <br /> Nồi hơi nhiệt thừa (bộ trao đổi nhiệt) được cấu tạo gồm các ống sinh <br /> hơi lắp trên đường  ống khói ra của lò SKS, các  ống sinh hơi này được chia  <br /> làm 2 phần với tên gọi là bộ  trao đổi nhiệt bức xạ  và bộ  trao đổi nhiệt đối  <br /> lưu. Nước lạnh sau khi làm mềm và xử lý oxy được bơm cấp vào bao hơi, khi  <br /> bao hơi đang hoạt động bình thường thì lượng nước được bổ xung phụ thuộc  <br /> vào mức nước bao hơi.Trong bao hơi gồm có 2 thành phần là hơi quá nhiệt <br /> bão hòa và nước, hơi quá nhiệt bão hòa được đưa qua phục vụ  sản xuất và  <br /> sinh hoạt đặt biệt là để phục vụ phân xưởng điện phân, xử lý bùn dương cực  <br /> và kho dầu qua hệ  thống  ống góp phân phối hơi. Để  duy trì nhiệt độ  và áp <br /> suất trong bao hơi (nhiệt độ khoảng 3000C, áp suất 20kg/cm2), nước trong bao <br /> hơi được bơm tuần hoàn vào các giàn  ống sinh hơi của bộ trao đổi để  nhận  <br /> nhiệt từ khói lò, sau khi đi qua bộ trao đổi nhiệt nước thành hơi bão hòa đi lên <br /> bao hơi, tại đây hơi bão hòa ngưng tụ 1 phần thành nước còn một phần là hơi.<br /> Hệ  thống quạt khói (hai quạt 110kW hoạt động luân phiên) tạo nên áp <br /> suất âm tại chụp khói lò SKS, do có áp suất âm khói lò được hút đi qua bộ <br /> trao đổi nhiệt với tốc độ hợp lý để giàn ống nhận nhiệt hiệu quả nhất, đảm  <br /> bảo nhiệt độ đầu ra của khói lò 380oC±200C <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1.2. Lưu trình công nghệ nồi hơi nhiệt thừa<br /> Dòng khói ra khỏi bộ trao đổi nhiệt sau khi trao đổi nhiệt sẽ được xử lý <br /> bằng hệ  thống lọc bụi tĩnh điện nhằm thu lại lượng bụi lẫn trong khói lò,  <br /> <br /> 2<br /> đưa sang sản xuất Axít (nhiệt độ lúc này khoảng 3800C).<br /> 2. Đề  xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ  thống nồi hơi nhiệt  <br /> thừa<br /> 2.1. Bảo ôn bao hơi của nồi hơi nhiệt thừa<br /> Theo kết quả kiểm toán, hiện tại lớp vỏ bọc bảo ôn bao hơi đã bị hỏng <br /> gây thất thoát nhiệt năng, giảm hiệu suất sinh hơi, ảnh hưởng tới môi trường  <br /> làm việc xung quanh do hơi nóng tỏa ra từ bao hơi. Ngoài ra, trong không khí <br /> có lẫn khí SO2 cùng với hơi nước sẽ tạo một lượng a xít làm cho vỏ bao hơi  <br /> bị  ăn mòn, giảm tuổi thọ  của thiết bị  dẫn đến chi phí bảo dưỡng và đầu tư <br /> tăng lên, hiệu quả sử dụng thiết bị giảm.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Vị trí hỏng bảo ôn bao hơi<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.1. Bao hơi của nồi hơi nhiệt thừa<br /> Giải pháp đề xuất cho khâu này là tiến hành bọc bảo ôn bao hơi và bảo <br /> dưỡng toàn bộ thiết bị phụ trợ đi kèm như các ống thủy, đồng hồ  áp suất và <br /> nhiệt độ. Dưới đây là phần tính toán tiềm năng tiết kiệm năng lượng với giải <br /> pháp bảo ôn vỏ bọc bao hơi tránh thất thoát nhiệt (bảng 2.1).<br /> Bảng 2.1. Tiềm năng tiết kiệm khi áp dụng giải pháp bảo ôn bao hơi<br /> Kết quả<br /> TT Đại lượng Kí hiệu Đơn vị<br /> trước sau<br /> 1 Dữ liệu cơ sở        <br /> 1.1 Chiều dài bao hơi l m 4,1 4,12<br /> 1.2 Đường kính bao hơi d m 1,4 1,42<br /> 1.3 Diện tích bề mặt ngoài bao hơi F m2 18,02 18,37<br /> <br /> 1.4 Nhiệt độ vách ngoài bao hơi tw 0<br /> C 190 40<br /> <br /> 1.5 Nhiệt độ môi trường tf 0<br /> C 30 30<br /> <br /> <br /> 3<br />  1.6 Nhiệt độ trung bình tm 0<br /> C 110 35<br /> <br /> 1.7 Độ chênh nhiệt độ ∆t 0<br /> C 160 10<br /> <br /> 1.8 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường Q W 11.648 3.041<br /> <br /> 2 Tiềm năng tiết kiệm        <br /> 2.1 Nhiệt lượng tổn thất tính theo giờ Qt kJ/h 41.933 10.948<br /> 2.2 Số giờ vận hành trong một năm h giờ 8322 8322<br /> 2.3 Nhiệt trị của dầu Qtlv kJ/kg 42.500 42.500<br /> <br /> 2.4 Tổn thất dầu trong một năm Bt kg 8.210,936 2.143,669<br /> Lượng dầu tiết kiệm trong một <br /> 2.5   kg   6.067,267<br /> năm<br /> Lượng dầu tiết kiệm trong một <br /> 2.6   Lít   6.973,870<br /> năm<br /> 2.7 Giá nhiên liệu   1000 đồng/lít   10,5<br /> 2.8 Tiền tiết kiệm trong một năm   1000 đồng   73.226<br /> 2.9 Chi phí đầu tư 1000 đồng 36.549<br /> 3 Thời gian hoàn vốn năm 0.49<br /> <br /> 2.2. Giải pháp tiết kiệm điện năng cho hệ thống quạt khói nồi hơi nhiệt <br /> thừa<br /> Giới thiệu hệ thống quạt hút đang sử dụng.<br /> Thông số thiết kế của quạt khói<br /> Công suất: 110kW<br /> Lưu lượng: 68120m3/h<br /> Áp suất: 3062pa<br /> Hiện tại hệ thống quạt hút đang hoạt động bình thường, thực hiện hút <br /> khói đầu ra của lò SKS và lò Chuyển, do chu trình hoạt động của hai lò không  <br /> giống nhau nên việc vận hành quạt cũng phải tương  ứng với việc vận hành <br /> lò. Hiện tại quạt đang được điều chỉnh tốc độ  bằng phương pháp thủ  công,  <br /> điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh chiết áp trên biến tần. Khi lò <br /> SKS chạy tốc độ biến tần đặt 30Hz, khi cả lò Chuyển và lò SKS chạy thì tần <br /> số được chuyển lên đặt ở tần số 45Hz. Tần số được chọn ở 2 mốc 30Hz và  <br /> 40Hz là dựa vào kinh nghiệm, tốc độ được chọn sao cho không có hiện tượng  <br /> phụt khói đầu ra tại  ống khói. Do việc điều chỉnh tốc độ  không tự  động và  <br /> liên tục nên hiệu quả kinh tế đem lại tuy đã có nhưng chưa phải là tối đa.<br /> Giải pháp điều chỉnh tốc độ quạt tự động:<br /> <br /> <br /> <br /> 4<br />  Vùng làm việc của quạt hút là phía trước quạt, hiệu suất của quạt đạt <br /> được do việc tạo áp suất âm phía trước. Do đó việc điều chỉnh tốc độ  quạt  <br /> cũng phải dựa trên nguyên tắc tạo ra áp suất âm lớn nhất sao cho không khí <br /> đủ lưu thông. Sơ đồ nguyên tắc điều khiển xem hình 2.2 dưới đây:<br /> Giá trị đặt<br /> <br /> <br /> <br /> Đ ồng hồ  Động cơ <br /> Biến tần Áp suất<br /> áp suất quạt hút<br /> <br /> <br /> <br /> Cảm biến <br /> áp suất<br /> <br /> <br /> Hình 2.2. Sơ đồ nguyên tắc điều khiển<br /> Nguyên lý hệ thống:<br /> Cảm biến áp suất đưa tín hiệu áp suất liên tục lên đồng hồ  áp suất. <br /> Trong đồng hồ  áp suất thực hiện phân tích giá trị  áp suất hiện tại, thực hiện <br /> đối chiếu áp suất hiện tại với giá trị  đặt (thuật toán PID). Khi áp suất âm <br /> hiện tại nhỏ hơn giá trị đặt tức là quạt đang quay nhanh tạo ra áp suất âm nhỏ <br /> hơn, đồng hồ đưa tín hiệu sang biến tần ra lệnh giảm tần số đầu ra (khi giảm <br /> tần số  đầu ra thì động cơ  quạt hút chạy chậm lại), khi áp suất âm hiện tại <br /> lớn hơn giá trị đặt thì quá trình ra lệnh cho biến tần tăng tần số cấp cho động  <br /> cơ.<br /> Tính toán tiềm năng tiết kiệm<br /> Bảng 2.2. Tính toán tiết kiệm trong 1 tiếng sử dụng<br /> Trước khi lắp thiết bị tiết kiệm Sau khi lắp thiết bị tiết kiệm<br /> Hiệ Tiết <br /> % Pđc Hiệu  Ptth<br /> Vi tri đo đêm<br /> ̣ ́ ́ Pđm Ptb u Pdc f kiệ<br /> Tải suất  sau suất  ụ<br /> m<br /> kW kW h % kW Hz kW h % kW kW<br /> 110,0 22,3 20,3 85,5 19,1 30,0<br /> Quạt khói 0 9 5 0 4 0 11,49 91,00 12,62 9,77<br /> <br /> Bảng 2.3 Tính toán tiết kiệm trong 1 năm và thời gian hoàn vốn.<br /> Thời gian  Thời gian  Tổng điện  Tổng tiền <br /> P Tiết  máy chạy  hoạt động  năng tiết  điện tiết  Dự kiến  Thời gian <br /> kiệm trong ngày trong năm kiệm kiệm đầu tư hoàn vốn<br /> (kW) ( giờ) (ngày) (kWh) (1000 đồng) (1000 đồng) (năm)<br /> 9,77 24 356 83.474 83.474 8.190 0,10<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 5<br /> 2.3. Giải pháp thay thế  động cơ  bơm nước nóng (bơm tuần hoàn bao  <br /> hơi) và bơm dung dịch ăn mòn hóa học cao, bơm axit bằng bơm từ tính<br /> Cấu tạo bơm từ tính:<br /> Bơm từ  được chia làm 2 khoang riêng rẽ, khoang động cơ  1 và buồng  <br /> bơm 2, hai khoang có khoảng tiếp giáp được làm bằng vật liệu dẫn từ, trong <br /> khoang động cơ có roto 3 và nam châm vĩnh cửu 4, trong buồng bơm 2 có cánh  <br /> bơm 5 và nam châm vĩnh cửu 6 (xem hình 2.3).<br /> 2<br /> 1<br /> 4 3<br /> 6<br /> <br /> <br /> 5<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.3. Cấu tạo của bơm từ<br /> Nguyên tắc hoạt động: Khi roto 3 quay kéo theo nam châm vĩnh cửu 4 quay <br /> theo, nam châm vĩnh cửu 4 và 6 liên kết với nhau bằng lực từ, khi nam châm 4 <br /> quay kéo theo nam châm 6 quay, cánh bơm 6 gắn liền với nam châm 6 nên  <br /> cũng quay theo.<br /> Ưu điểm<br /> + Do kết cấu kiểu 2 khoang liên kết với nhau bằng lực từ  nên dung <br /> dịch của buồng bơm không thể sang khoang động cơ, khoang động cơ làm kín <br /> hoàn toàn<br /> + Kết cấu chống  ăn mòn đơn giản chỉ  phụ  thuộc vào vật liệu làm <br /> buồng bơm không cần secmăng làm kín như kết cấu bơm chuyền thống.<br /> Nhược điểm<br /> + Momem cản trên cánh bơm nhỏ phụ thuộc vào lực từ liên kết giữa 2  <br /> nam châm.<br /> + Lưu lượng và áp suất bơm nhỏ.<br /> Ước tính tiềm năng tiết kiệm:<br /> Bảng 2.4. Ước tính tiềm năng tiết kiệm<br /> Nội dung Tiền (1000 đồng)<br /> <br /> 6<br />  Đầu tư bơm từ (kiểu mới) 40.000<br /> Tiết kiệm chi phí bảo dưỡng 600<br /> Tiết   kiệm   chi   phí   thay   bơm   (kiểu  20.000<br /> cũ)<br /> Tồng tiền tiết kiệm 20.600<br /> Thời gian hoàn vốn (năm) 1,94<br /> 3. Kết luận<br /> Qua kết quả kiểm toán năng lượng tại Công ty Luyện đồng Lào Cai chi <br /> phí tiết kiệm năng lượng cho khi áp dụng các giải pháp cho hệ thống nồi hơi  <br /> nhiệt thừa khoảng 177,29 triệu đồng/năm, chi phí đầu tư  khoảng 84,73 triệu <br /> đồng. Với việc áp dụng các giải pháp tiết kiệm được đề  xuất Công ty sẽ <br /> giảm được tiêu thụ năng lượng, qua đó nâng cao hiệu quả  sản xuất và giảm <br /> chi phí sản xuất sản phẩm.<br /> Bảng 3.1. Thống kê chi phí đầu tư và tiền tiết kiệm<br /> Chi phí đầu tư Tiền tiết kiệm<br /> TT Hạng mục<br /> (1000 đồng) (1000 đồng)<br /> 1 Tiết kiệm năng lượng cho nồi hơi nhiệt <br /> thừa 36.549 73.226<br /> 2 Tự động điều chỉnh tốc độ 8.190 83.474<br /> 3 Thay thế bơm từ 40.000 20.600<br /> Tổng cộng 84.739 177.30<br /> Với hiệu quả đem lại rõ ràng của giải pháp đề  xuất bọc bảo ôn vỏ  bao  <br /> hơi nồi hơi nhiệt thừa, Công ty đã tiến hành áp dụng giải pháp và thiết bị <br /> đang hoạt động ổn định, môi trường làm việc xung quanh cải thiện, nâng cao  <br /> tuổi thọ thiết bị và hiệu quả làm việc của toàn Công ty.<br /> 4. Tài liệu tham khảo<br /> ­ Báo cáo kiểm toán năng lượng Công ty Luyện đồng Lào Cai. Viện KHCN  <br /> Mỏ ­ Vinacomin. 2010.<br /> ­ Phạm Lê Dần, Nguyễn Công Hân. Công nghệ lò hơi và mạng nhiệt. 2007.<br /> ­ Hoàng Đình Tín. Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt. 2007.<br /> ­ Đặng Văn Đào. Kỹ Thuật Điện.1994.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 7<br />