tối ưu hóa vận hành lò hơi công nghiệp

Trong thời điểm hiện nay khi giá nhiên liệu có xu hướng ngày càng tăng cao, đòi hỏi các công ty, xí nghiệp cần phải quan tâm đến việc cải thiện hiệu suất của lò hơi, tận dụng các nguồn n

Tối ưu hóa Vận hành Lò hơi Công nghiệp

Tiết kiệm nhiên liệu

Gia tăng tuổi thọ thiết bị

Kiểm soát quy trình - Giảm thiểu lỗi vận hành

Tối ưu hóa Vận hành Lò hơi Công nghiệp

Tiết kiệm Chi phí Sản xuất – Bảo vệ Môi trường

Theo ước tính sơ bộ hiện có khoảng 2.000 lò hơi các loại

đang được sử dụng ở Việt Nam, trong đó chủ yếu là ở các

ngành công nghiệp, có công suất từ 1 tấn/ giờ đến 300 tấn/

giờ Trong công nghiệp sản xuất, chế biến ở Việt Nam

thường sử dụng các lò hơi có công suất vừa và nhỏ, có

các ưu điểm là nhỏ gọn, vận hành đơn giản, có thể đáp

ứng được các yêu cầu về tăng giảm phụ tải của nhà máy

Trong thời điểm hiện nay khi giá nhiên liệu có xu hướng

ngày càng tăng cao, đòi hỏi các công ty, xí nghiệp cần phải

quan tâm đến việc cải thiện hiệu suất của lò hơi, tận dụng

các nguồn năng lượng, hạn chế thấp nhất các thất thoát có

thể xảy ra

Thông qua quá trình kiểm toán năng lượng, quá trình theo

dõi hiệu suất và các thông số vận hành trong lò hơi, các

nhà máy có thể cân nhắc các giải pháp để sử dụng lò hơi

một cách hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, nhằm giảm chi

phí sản xuất, tăng khả năng cạnh tranh và góp phần bảo vệ

môi trường

Những thất thoát chủ yếu trong quá trình

vận hành lò hơi

Hiệu suất hoạt động của lò hơi sẽ giảm dần theo thời

gian do quá trình cháy kém, bề mặt truyền nhiệt bị

hỏng, hoặc do quá trình vận hành và bảo trì kém hiệu

quả Ngay cả với một lò hơi mới, việc suy thoái chất

lượng nhiên liệu và chất lượng nước có thể dẫn đến

việc hoạt động kém hiệu quả của lò hơi Sự cân bằng nhiệt có thể giúp nhận diện được những mất mát nhiệt có thể và không thể tránh khỏi, từ đó đề ra những giải pháp khắc phục hiệu quả

Sơ đồ cân bằng nhiệt của lò hơi

Tỷ lệ phân phối năng lượng trong lò hơi đốt than

12,7% thất thoát nhiệt do khói lò lô 8,1% thất thoát nhiệt do hơi nước trong khói lò 1,7% thất thoát nhiệt do độ ẩm trong nhiên liệu 0,3% thất thoát nhiệt do độ ẩm trong không khí 2,4% thất thoát nhiệt do cặn chưa cháy

1,0% thất thoát nhiệt do bức xạ và những nguồn khác

73,8% nhiệt thu được trong hơi nước

LÒ HƠI

Các cách giảm thiểu thất thoát

trong vận hành lò hơi

Nguyên nhân thất thoát Cách giảm thiểu thất thoát

thuật lò đốt, quá trình vận hành và bảo dưỡng

hóa quá trình gia tải và cải thiện kỹ thuật đầu đốt

buồng đốt tốt hơn

Kiểm soát không khí và phân tích khói lò

Để quá trình cháy đạt hiệu quả tối ưu, về nguyên tắc

lượng không khí cấp cho quá trình cháy thực tế phải

lớn hơn lượng khí cần thiết Trong thực tế, để đạt

được quá trình cháy tối ưu, lượng CO2 và O2 trong

khói lò phải đạt được ở mức sau:

 O2 = 2 – 3%

Công ty GFD có các thiết bị phân tích khói lò hiện đại

có cài đặt sẵn chương trình để tính toán hiệu suất cháy của lò hơi sau khi nhập các thông tin về nhiên liệu đốt

Lập chương trình máy tính theo dõi hiệu suất lò hơi

Việc lập chương trình máy tính theo dõi hiệu suất lò

hơi một cách liên tục trong quá trình vận hành sẽ giúp

phát hiện kịp thời và nhanh chóng điều chỉnh lại hệ

thống khi có điều bất thường xảy ra

Có thể sử dụng phần mềm excel đơn giản và thuận

tiện để theo dõi hiệu suất lò hơi dựa vào Phương

pháp tính toán trực tiếp Từ các thông số đo đạc hằng

ngày như lượng than và nước sử dụng, nhiệt độ than

và nước, áp suất làm việc, công nhân vận hành lò có thể thiết lập chương trình Excel theo dõi hiệu suất lò hơi

cung cấp các giải pháp thiết thực tiết kiệm năng lượng cho lò hơi

Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực lò hơi và hệ

thống cơ nhiệt, các chuyên gia của công ty GFD đem

đến các giải pháp thiết thực về tiết kiệm năng lượng

cho lò hơi Chúng tôi hiểu rằng mọi giải pháp phải

xuất phát từ các nhu cầu cụ thể của từng khách hàng,

phải thiết kế phù hợp với thực trạng sản xuất và đem

lại hiệu quả kinh tế rõ ràng

Chúng tôi quan niệm rằng mọi giải pháp phải

được bắt đầu từ yếu tố con người, phải được sự

nhất trí từ ban lãnh đạo, sự cam kết của đội ngũ

kỹ sư, và sự nghiêm túc thực hiện của các công

nhân vận hành trực tiếp

Rút kinh nghiệm từ thực tế vận hành, kiểm tra và hiểu chỉnh lò hơi, chúng tôi đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho lò hơi bao gồm các cơ hội tiết kiệm năng lượng từ:

 Quá trình cháy

 Quá trình truyền nhiệt

 Các thất thoát có thể tránh được

 Tiêu thụ năng lượng của thiết bị phụ trợ

 Chất lượng nước

 Quá trình xả đáy

Kiểm soát nhiệt độ khói lò

Nhiệt độ khói lò nên để càng thấp càng tốt Tuy vậy,

cũng không nên để quá thấp có thể làm cho hơi nước

trong khói thải ngưng tụ lại trên tường lò Điều này

đặc biệt quan trọng khi nhiên liệu chứa nhiều lưu

huỳnh do nhiệt độ khói lò thấp có thể dẫn đến việc ăn

mòn điểm sương của lưu huỳnh

Nhiệt độ điểm sương của các nhiên liệu thông dụng

sử dụng cho lò hơi thường biến đổi trong khoảng

60oC đến 120oC Tuy nhiên để bảo vệ hệ thống khói tránh khỏi ăn mòn thì phải giữ nhiệt độ của khói lò cao hơn nhiệt độ điểm sương, thông thường nhiệt

độ của khói lò phải được giữ trong khoảng 120o

C đến 180oC tùy thuộc vào loại nhiên liệu và hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu

Gia nhiệt trước cho nước nhiên liệu bằng bộ hâm nước

Thông thường, khói lò khi ra khỏi lò hơi 3-pass dạng

vỏ (lò hơi ống lửa) hiện đại sẽ có nhiệt độ khoảng 200

đến 300oC Đây là một tiềm năng cho việc tận dụng

nhiệt từ các khói lò này Nhiệt độ khói lò thoát ra có

thể sử dụng để hâm nước, khi đó nhiệt độ khói lò sẽ

giảm xuống và nhiệt độ nước nhập liệu sẽ được làm

tăng lên Nếu nhiệt độ nước nhập liệu tăng lên 15%

có thể làm tăng hiệu quả sử dụng nhiệt lên 3%

Cấu tạo bộ hâm nước

Gia nhiệt cho không khí tham gia quá trình cháy

Gia nhiệt cho không khí tham gia quá trình cháy là một

giải pháp lựa chọn khác so với việc gia nhiệt cho nước

nhập liệu Để tăng hiệu quả sử dụng nhiệt lên 1% thì

nhiệt độ không khí phải được gia tăng lên khoảng

20oC

Các đầu đốt hiện đại có thể chịu được không khí được

gia nhiệt trước có nhiệt độ cao, do đó có thể cân nhắc

xem xét lắp đặt các bộ trao đổi nhiệt tại đầu ra của

khói lò để gia nhiệt trước cho không khí

Giảm thiểu quá trình cháy không triệt để

Quá trình cháy không triệt để có thể là do không khí bị

thiếu hụt hoặc do lượng nhiên liệu dư thừa, hoặc cũng

có thể là do nhiên liệu được phân phối kém Điều này

có thể nhận biết rõ ràng từ màu sắc hoặc mùi của khói

và cần thiết phải có sự điều chỉnh ngay lập tức

▪ Đối với lò hơi đốt dầu hoặc ga, sự hiện diện của

CO hoặc khói có mùi (đối với lò hơi đốt dầu) với

lượng khí dư trung bình hoặc cao cho thấy hệ

thống đầu đốt có vấn đề Nguyên nhân có thể do

sự phối trộn kém giữa nhiên liệu và không khí tại

đầu đốt Dầu cháy kém có thể do độ nhớt không

thích hợp, đầu phun bị mòn hoặc bị các bonhoas, do bộ phân tán bị suy thoái

▪ Đối với lò hơi đốt than, các bon chưa cháy hết

có thể tồn tại trong xỉ hoặc tro bay ra ngoài, và thất thoát này có thể chiếm trên 2% lượng nhiệt cung cấp cho lò hơi Kích cỡ than không đồng nhất có thể là một trong những nguyên nhân làm cho quá trình cháy không triệt để Đối với lò ghi xích, tảng lớn có thể cháy không hết, hoặc các hạt nhỏ mịn làm tắc nghẽn đường không khí làm phân bố không khí kém

Kiểm soát lượng không khí dư

Trong thực tế luôn cần một lượng không khí dư để

đảm bảo cho quá trình cháy được triệt để và đảm bảo

thỏa mãn những điều kiện về khói lò đối với một số

nhiên liệu Mức không khí dư tối ưu để lò hơi đạt hiệu

suất cao nhất chỉ đạt được khi tổng những thất thoát

do quá trình cháy không triệt để và thất thoát do nhiệt

trong khói lò là nhỏ nhất

Việc kiểm soát lượng không khí dư đạt đến mức tối ưu

sẽ dẫn đến việc làm giảm thất thoát qua khói lò Theo

kinh nghiệm của chúng tôi, khi giảm lượng không khí

dư đi 1% sẽ làm tăng 0,6% hiệu quả sử dụng năng

lượng Các biện pháp để kiểm soát lượng không khí

dư gồm:

▪ Sử dụng các bộ phân tích oxy cầm tay và các

đồng hồ đo gió để định kỳ cung cấp số liệu cho người vận hành để điều chỉnh tốc độ gió đạt mức tối ưu

▪ Sử dụng bộ phân tích ôxy liên tục, gắn kết với

hệ thống đồng hồ đo gió lò để người vận hành

có thể liên tục điều chỉnh tốc độ dòng không khí

Tránh thất thoát nhiệt do bức xạ và đối lưu

Bề mặt ngoài của vỏ lò hơi khá nóng so với môi trường

xung quanh, do đó có sự mất nhiệt từ bề mặt này ra

môi trường

Lắp đặt các lớp cách nhiệt ở thành lò và đường ống

có thể giảm lượng thất thoát này Các loại vật liệu cách nhiệt thường được sử dụng là amiang, calcium silicate, sợi khoáng, mica, đất nung, v.v

Giảm sự thất thoát do đóng cặn và bồ hóng

Ở lò hơi đốt than và dầu, bồ hóng tích tụ trên các ống

sẽ đóng vai trò như một lớp cách nhiệt cản trở quá

trình truyền nhiệt Bất kỳ lớp bám cặn nào cũng nên

được làm sạch theo định kỳ Sự gia tăng nhiệt độ của

khói lò có thể cho thấy lượng bồ hóng đã tích tụ quá

nhiều Sự gia tăng nhiệt độ của khói lò cũng có thể do

nguyên nhân có đóng cặn trên bề mặt tiếp xúc với

nước Do đó, đối với bề mặt tiếp xúc nước cần phải

lưu tâm đến các quá trình xử lý nước và cần phải làm

sạch đường ống để tránh việc đóng cặn Ước tính

cho thấy khi nhiệt độ khói lò tăng 22oC sẽ làm giảm

năng lượng có ích đi 1%

Nhiệt độ khói lò nên được kiểm tra và ghi chép định

kỳ để có thể phát hiện khi lượng bồ hóng tích tụ quá

nhiều Khi nhiệt độ khói lò tăng cao hơn 20oC so với nhiệt độ khói lò tại thời điểm vừa mới được làm sạch thì cần phải tiến hành làm sạch bồ hóng Do đó cần gắn một đồng hồ nhiệt tại đáy của ống khói để theo dõi nhiệt độ khói lò

Các thành phần hóa học quan trọng nhất trong nước tác động chủ yếu tới sự hình thành cặn trong lò hơi chủ yếu là muối canxi và magie, còn được gọi là các muối “độ cứng” Ngoài ra, sự hiện diện của silic trong nước cũng dẫn đến việc hình thành các cặn silicat cứng Chúng có thể kết hợp với muối cãni và magie tạo ra canxi silicate và magie silicate vốn có

độ dẫn nhiệt rất thấp

Phương pháp ngăn ngừa tạo cáu cặn trong lò hơi

Kiểm soát xả đáy

Quá trình xả đáy rất quan trọng để có thể duy trì tổng

lượng chất rắn hòa tan ở mức độ cho phép Nếu để

tổng lượng chất rắn hòa tan quá cao sẽ nhanh chóng

dẫn đến việc hình thành cáu cặn bên trong lò hơi

Tuy nhiên, quá trình xả đáy cần phải được kiểm soát

tốt nếu không sẽ gây ra lãng phí rất lớn Với một

lượng xả đáy khoảng 10% trong lò hơi có áp suất

15kg/cm2 sẽ làm giảm tới 3% năng lượng có ích

Thông thường có 2 dạng hệ thống xả đáy: 1) Hệ

thống xả đáy tức thời (gián đoạn) – có thể vận hành

thủ công hoặc điều khiển tự động theo thời gian; và

2) Hệ thống xả đáy liên tục

Tùy theo từng dạng hệ thống, các chuyên gia GFD sẽ

tư vấn điều chỉnh mức độ và thời gian xả đáy phù

hợp với mức tải của lò hơi

Kiểm soát sự biến đổi của quạt và bơm

Kiểm soát sự biến đổi tốc độ là giải pháp quan trọng

để đạt mục tiêu tiết kiệm năng lượng Thông thường,

không khí cho quá trình cháy được kiểm soát bằng

việc đóng mở các tấm chắn được lắp đặt ở bộ quạt

gió lò

Tuy nhiên các tấm chắn này thường hoạt động không chính xác, gây nên sự điều khiển kém ở đầu

và cuối của quá trình vận hành Nhìn chung nếu nhu cầu tải hơi của lò hơi là biến động thì nên cân nhắc thay thế các tấm chắn này bằng bộ biến tần

Giảm áp suất hơi của lò hơi

Có thể giảm được từ 1 đến 2% lượng nhiên liệu tiêu

thụ nếu áp dụng phương pháp này Áp suất hơi thấp

sẽ dẫn đến nhiệt độ hơi bão hòa thấp từ đó dẫn đến

giảm thất thoát nhiệt trên hệ thống đường ống phân

phói, trên các van và các đầu nối Việc giảm áp suất

cũng sẽ làm giảm sự rò rỉ của hơi cung cấp tại các

van, đầu nối đồng thời giảm nhiệt độ của nước trong

bao hơi và làm giảm thất thoát nhiệt tại các bề mặt

tiếp xúc với nước nóng Nhiệt độ nước trong bao hơi

giảm sẽ làm giảm nhu cầu gia nhiệt trước cho nước

cấp Ngoài ra, việc giảm áp suất sẽ làm giảm nhiệt độ

khói lò, điều này sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất

của lò hơi

Tuy nhiên, cần lưu ý là việc giảm áp suất lò hơi sẽ

làm cho quá trình sôi trong lò hơi xảy ra dữ dội hơn làm cho nước bị lôi cuốn vào hệ thống hơi Việc cung cấp hơi nước kém chất lượng này sẽ làm hư hỏng và ăn mòn các van, đầu nối, đường ống, và làm quá tải bẫy hơi Ngoài ra, do hơi nước ở áp suất thấp có tỷ trọng và enthalpy thấp nên tốc độ cung cấp hơi cần phải được tăng cường để có thể cung cấp đủ lượng nhiệt theo yêu cầu Tốc độ cung cấp hơi tăng sẽ làm tăng thất thoát do ma sát và dẫn đến giảm áp suất trong hệ thống cung cấp hơi, khiến cho lượng hơi cung cấp bị thiếu hụt Các chuyên gia GFD có thể cân nhắc lợi ích và những hệ quả của phương pháp này, và tính toán giảm áp suất theo từng giai đoạn của lò hơi

Kiểm soát mức tải của lò hơi

Hiệu suất cao nhất của lò hơi đạt được không phải ở

mức đầy tải (100% công suất thiết kế) mà ở khoảng

70% của mức tải tối đa Nếu mức tải của lò hơi thấp

hơn nữa thì hiệu suất cũng có khuynh hướng giảm

Lập kế hoạch sử dụng lò hơi hợp lý

Do hiệu suất tối ưu của lò hơi đạt được ở mức

65-85% của chế độ đầy tải, cho nên để đạt hiệu suất cao

thì nên thường xuyên vận hành lò hơi ở chế độ tải

cao phù hợp, thay vì vận hành ở chế độ tải thấp

Thay thế lò hơi mới

Tiềm năng tiết kiệm từ việc thay thế mới lò hơi phụ

thuộc vào sự thay đổi theo dự tính về hiệu suất chung

của lò hơi Sự thay thế lò hơi sẽ khả thi về mặt kinh tế

nếu như lò hơi hiện hữu quá cũ, không hiệu quả hoặc

không có khả năng sử dụng các nhiên liệu thay thế rẻ

tiền hơn Nghiên cứu tính khả thi của việc thay thế lò hơi mới cần tính toán đến tất cả các yếu tô, bao gồm khả năng cung cấp nhiên liệu dài hạn và các kế hoạch phát triển của công ty

Chúng tôi cùng Khách hàng

đưa ra Giải pháp và thực hiện Kế hoạch

Tối ưu hóa vận hành hệ thống lò hơi là mong muốn của

các doanh nghiệp sản xuất Chúng tôi hiểu rằng có

những rào cản, khó khăn về mặt kỹ thuật, trình độ công

nhân vận hành, cũng như nguồn tài chính Các chuyên

gia của GFD luôn làm việc sâu sát với Khách hàng để

am hiểu tình hình sản xuất thực tế, đặc thù của doanh

nghiệp, từ đó cùng với Khách hàng đưa ra những giải

pháp có tính khả thi cao và một kế hoạch cụ thể để

từng bước thực hiện và đem lại kết quả rõ ràng Chúng

tôi cam kết mang lại các giá trị hiện thực, được thể hiện

ngay ở chi phí nhiên liệu, điện tiết kiệm được ở tháng

tiếp theo sau khi áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng

lượng

Các bước làm việc của chúng tôi như sau:

Bước 1: Khảo sát sơ bộ

Các chuyên gia sẽ cùng Khách hàng liệt kê quy trình

công nghệ, danh sách thiết bị, vẽ sơ đồ dòng sản xuất

tổng thể; thu thập số liệu về tiêu thụ và chi phí đầu vào

của nguyên liệu thô, hóa chất và năng lượng (điện và

nhiên liệu) Các số liệu sẽ được trình bày dưới dạng đồ

thị để giúp phân tích các hoạt động và các xu hướng

trong quá trình sản xuất, xác định các bất thường

Các chuyên gia sẽ cùng Khách hàng xác định khu vực

trọng tâm để đánh giá về tiêu hao năng lượng và cơ hội

tiết kiệm năng lượng

Bước 2: Phân tích các dòng năng lượng

Các chuyên gia sẽ khảo sát đo đạc định lượng các yếu

tố đầu vào – đầu ra của tổng thể khu vực sản xuất, từ

đó lập cân bằng vật liệu và năng lượng, bao gồm cả

các tổn thất Từ đó các chuyên gia sẽ tính toán và chốt

số liệu nền làm cơ sở để đánh giá hiệu quả của các giải

pháp tiết kiệm năng lượng

Khi đã xác định các tổn thất, các chuyên gia sẽ phân

tích nguyên nhân Nguyên nhân có thể do con người,

hoặc quy trình, hoặc nguyên liệu, hoặc thiết bị

Bước 3: Lựa chọn giải pháp khả thi

Các chuyên gia sẽ cùng Khách hàng đề xuất các cơ hội tiết kiệm năng lượng Mỗi cơ hội sẽ được phân tích khả thi về kỹ thuật, kinh tế và môi trường Mỗi

cơ hội có thể được tiến hành đồng thời cac giải pháp

về quản lý bảo dưỡng, tập huấn nhân viên, tối ưu hóa quy trình, tổ chức

Các cơ hội được lựa chọn cần được sự thống nhất giữa Chuyên gia và Khách hàng, các cấp và các khâu thực hiện

Bước 4: Thực hiện và duy trì

Các chuyên gia sẽ cùng Khách hàng thực hiện TKNL Khách hàng cần duy trì thực hiện TKNL thường xuyên để đạt hiệu quả cao nhất