Tiết kiệm năng lượng cho nồi hơi nhiệt thừa

GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG NỒI HƠI NHIỆT THỪA TẠI CÔNG TY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI KS.. Theo kết quả kiểm toán năng lượng, do các thiết bị của nồi hơi nhiệt thừa hoạt động tro

GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG NỒI HƠI NHIỆT THỪA TẠI CÔNG TY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI

KS PHẠM ANH HẢI

KS PHẠM THANH LIÊM

KS TRẦN TRUNG HIẾU

Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Vinacomin

Triển khai chương trình sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam năm 2010, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin đã tiến hành kiểm toán năng lượng tại Công ty Luyện đồng Lào Cai

Theo kết quả kiểm toán năng lượng, do các thiết bị của nồi hơi nhiệt thừa hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (tiếp xúc với khói nhiệt độ cao, có chứa

SOx, NOx, bề mặt giàn ống nhận nhiệt bám bụi nhiều) nên hiệu suất hấp thụ nhiệt đầu vào thấp Vì vậy, việc nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng (nhiệt đầu ra) của nồi hơi đang là vấn đề được doanh nghiệp đặc biệt quan tâm

1 Giới thiệu hệ thống nồi hơi nhiệt thừa

Trước khi đưa vào lò SKS quặng được đưa tới phân xưởng chuẩn bị, tại đây quặng được trộn liệu với tỉ lệ cụ thể với các thành phần tinh quặng đồng, trợ dung (như đá thạch anh), than và liệu phản hồi (chính là các thành phần từ xỉ của lò SKS được đưa về tuyển lại) Hỗn hợp được pha trộn với tỉ lệ nhất định được đưa qua hệ thống băng tải sẽ được đưa tới các bunke chứa, từ đây bằng các máy nạp liệu đĩa và nạp liệu rung nguyên liệu sẽ được đưa tới các băng tải từ số

1 tới số 5 để cấp tới lò SKS

Để duy trì sự cháy cho lò SKS, ngoài thành phần của nguyên liệu cấp vào còn có Oxy, khí nén và dầu DO (sử dụng khi cần gia nhiệt thêm cho lò hoặc duy trì nhiệt độ của lò) Sản phẩm của lò SKS là Sten - nguyên liệu đưa tới Lò chuyển với hàm lượng 45% Cu, và xỉ lò sẽ được đem tuyển lại

Hình 1.1 Hệ thống lò chuyển SKS

a) Lò SKS, b) Dàn ống sinh hơi bộ trao đổi nhiệt Khói lò SKS sẽ được dùng để tận dụng trong nồi hơi nhiệt thừa (xem hình 1.2), nhiệt độ của khói lò sau khi ra khỏi lò SKS khoảng 8070C

Nồi hơi nhiệt thừa (bộ trao đổi nhiệt) được cấu tạo gồm các ống sinh hơi lắp trên đường ống khói ra của lò SKS, các ống sinh hơi này được chia làm 2 phần với tên gọi là bộ trao đổi nhiệt bức xạ và bộ trao đổi nhiệt đối lưu Nước lạnh sau khi làm mềm và xử lý oxy được bơm cấp vào bao hơi, khi bao hơi đang hoạt động bình thường thì lượng nước được bổ xung phụ thuộc vào mức nước bao hơi.Trong bao hơi gồm có 2 thành phần là hơi quá nhiệt bão hòa và nước, hơi quá nhiệt bão hòa được đưa qua phục vụ sản xuất và sinh hoạt đặt biệt là để phục vụ phân xưởng điện phân, xử lý bùn dương cực và kho dầu qua hệ thống ống góp phân phối hơi Để duy trì nhiệt độ và áp suất trong bao hơi (nhiệt độ khoảng 3000C, áp suất 20kg/cm2), nước trong bao hơi được bơm tuần hoàn vào các giàn ống sinh hơi của bộ trao đổi để nhận nhiệt từ khói lò, sau khi đi qua bộ trao đổi nhiệt nước thành hơi bão hòa đi lên bao hơi, tại đây hơi bão hòa ngưng

tụ 1 phần thành nước còn một phần là hơi

Hệ thống quạt khói (hai quạt 110kW hoạt động luân phiên) tạo nên áp suất âm tại chụp khói lò SKS, do có áp suất âm khói lò được hút đi qua bộ trao đổi nhiệt với tốc độ hợp lý để giàn ống nhận nhiệt hiệu quả nhất, đảm bảo nhiệt

độ đầu ra của khói lò 380oC±200C

Hình 1.2 Lưu trình công nghệ nồi hơi nhiệt thừa

Dòng khói ra khỏi bộ trao đổi nhiệt sau khi trao đổi nhiệt sẽ được xử lý bằng hệ thống lọc bụi tĩnh điện nhằm thu lại lượng bụi lẫn trong khói lò, đưa sang sản xuất Axít (nhiệt độ lúc này khoảng 3800C)

2 Đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống nồi hơi nhiệt thừa

2.1 Bảo ôn bao hơi của nồi hơi nhiệt thừa

Theo kết quả kiểm toán, hiện tại lớp vỏ bọc bảo ôn bao hơi đã bị hỏng gây thất thoát nhiệt năng, giảm hiệu suất sinh hơi, ảnh hưởng tới môi trường làm việc xung quanh do hơi nóng tỏa ra từ bao hơi Ngoài ra, trong không khí có lẫn khí SO2 cùng với hơi nước sẽ tạo một lượng a xít làm cho vỏ bao hơi bị ăn mòn, giảm tuổi thọ của thiết bị dẫn đến chi phí bảo dưỡng và đầu tư tăng lên, hiệu quả

sử dụng thiết bị giảm

Vị trí hỏng bảo ôn bao hơi

Hình 2.1 Bao hơi của nồi hơi nhiệt thừa

Giải pháp đề xuất cho khâu này là tiến hành bọc bảo ôn bao hơi và bảo dưỡng toàn bộ thiết bị phụ trợ đi kèm như các ống thủy, đồng hồ áp suất và nhiệt

độ Dưới đây là phần tính toán tiềm năng tiết kiệm năng lượng với giải pháp bảo

ôn vỏ bọc bao hơi tránh thất thoát nhiệt (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Tiềm năng tiết kiệm khi áp dụng giải pháp bảo ôn bao hơi

trước sau

1 Dữ liệu cơ sở

1.3 Diện tích bề mặt ngoài bao hơi F m 2 18,02 18,37 1.4 Nhiệt độ vách ngoài bao hơi t w 0C 190 40

1.8 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường Q W 11.648 3.041

2 Tiềm năng tiết kiệm

2.1 Nhiệt lượng tổn thất tính theo giờ Q t kJ/h 41.933 10.948 2.2 Số giờ vận hành trong một năm h giờ 8322 8322 2.3 Nhiệt trị của dầu Q tlv kJ/kg 42.500 42.500 2.4 Tổn thất dầu trong một năm B t kg 8.210,936 2.143,669 2.5 Lượng dầu tiết kiệm trong một năm kg 6.067,267 2.6 Lượng dầu tiết kiệm trong một năm Lít 6.973,870

2.8 Tiền tiết kiệm trong một năm 1000 đồng 73.226

2.2 Giải pháp tiết kiệm điện năng cho hệ thống quạt khói nồi hơi nhiệt thừa

Giới thiệu hệ thống quạt hút đang sử dụng.

Thông số thiết kế của quạt khói

Công suất: 110kW

Lưu lượng: 68120m3/h

Áp suất: 3062pa

Hiện tại hệ thống quạt hút đang hoạt động bình thường, thực hiện hút khói đầu ra của lò SKS và lò Chuyển, do chu trình hoạt động của hai lò không giống nhau nên việc vận hành quạt cũng phải tương ứng với việc vận hành lò Hiện tại quạt đang được điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thủ công, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh chiết áp trên biến tần Khi lò SKS chạy tốc độ biến tần đặt 30Hz, khi cả lò Chuyển và lò SKS chạy thì tần số được chuyển lên đặt ở tần số 45Hz Tần số được chọn ở 2 mốc 30Hz và 40Hz là dựa vào kinh nghiệm, tốc độ được chọn sao cho không có hiện tượng phụt khói đầu ra tại ống khói Do việc điều chỉnh tốc độ không tự động và liên tục nên hiệu quả kinh tế đem lại tuy đã có nhưng chưa phải là tối đa

Giải pháp điều chỉnh tốc độ quạt tự động:

Vùng làm việc của quạt hút là phía trước quạt, hiệu suất của quạt đạt được

do việc tạo áp suất âm phía trước Do đó việc điều chỉnh tốc độ quạt cũng phải dựa trên nguyên tắc tạo ra áp suất âm lớn nhất sao cho không khí đủ lưu thông

Sơ đồ nguyên tắc điều khiển xem hình 2.2 dưới đây:

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên tắc điều khiển

Nguyên lý hệ thống:

Cảm biến áp suất đưa tín hiệu áp suất liên tục lên đồng hồ áp suất Trong đồng hồ áp suất thực hiện phân tích giá trị áp suất hiện tại, thực hiện đối chiếu

áp suất hiện tại với giá trị đặt (thuật toán PID) Khi áp suất âm hiện tại nhỏ hơn giá trị đặt tức là quạt đang quay nhanh tạo ra áp suất âm nhỏ hơn, đồng hồ đưa tín hiệu sang biến tần ra lệnh giảm tần số đầu ra (khi giảm tần số đầu ra thì động

cơ quạt hút chạy chậm lại), khi áp suất âm hiện tại lớn hơn giá trị đặt thì quá trình ra lệnh cho biến tần tăng tần số cấp cho động cơ

Tính toán tiềm năng tiết kiệm

Bảng 2.2 Tính toán tiết kiệm trong 1 tiếng sử dụng

Vị trí đo đếm Trước khi lắp thiết bị tiết kiệm Sau khi lắp thiết bị tiết kiệm

Pđm Ptb Tải % Hiệu

suất Pdc f

Pđc sau

Hiệu suất Ptthụ

Tiết kiệm

Quạt khói 110,00 22,39 20,35 85,50

19,1

4 30,00 11,49 91,00 12,62 9,77

Bảng 2.3 Tính toán tiết kiệm trong 1 năm và thời gian hoàn vốn.

P Tiết

kiệm

Thời gian

máy chạy

trong ngày

Thời gian hoạt động trong năm

Tổng điện năng tiết kiệm

Tổng tiền điện tiết kiệm

Dự kiến đầu tư

Thời gian hoàn vốn (kW) ( giờ) (ngày) (kWh) (1000 đồng) (1000 đồng) (năm)

2.3 Giải pháp thay thế động cơ bơm nước nóng (bơm tuần hoàn bao hơi) và bơm dung dịch ăn mòn hóa học cao, bơm axit bằng bơm từ tính

Cấu tạo bơm từ tính:

Bơm từ được chia làm 2 khoang riêng rẽ, khoang động cơ 1 và buồng bơm 2, hai khoang có khoảng tiếp giáp được làm bằng vật liệu dẫn từ, trong khoang động cơ có roto 3 và nam châm vĩnh cửu 4, trong buồng bơm 2 có cánh bơm 5 và nam châm vĩnh cửu 6 (xem hình 2.3)

Hình 2.3 Cấu tạo của bơm từ

Nguyên tắc hoạt động: Khi roto 3 quay kéo theo nam châm vĩnh cửu 4 quay

theo, nam châm vĩnh cửu 4 và 6 liên kết với nhau bằng lực từ, khi nam châm 4 quay kéo theo nam châm 6 quay, cánh bơm 6 gắn liền với nam châm 6 nên cũng quay theo

Ưu điểm

+ Do kết cấu kiểu 2 khoang liên kết với nhau bằng lực từ nên dung dịch của buồng bơm không thể sang khoang động cơ, khoang động cơ làm kín hoàn toàn

+ Kết cấu chống ăn mòn đơn giản chỉ phụ thuộc vào vật liệu làm buồng bơm không cần secmăng làm kín như kết cấu bơm chuyền thống

Nhược điểm

+ Momem cản trên cánh bơm nhỏ phụ thuộc vào lực từ liên kết giữa 2 nam châm

+ Lưu lượng và áp suất bơm nhỏ

Ước tính tiềm năng tiết kiệm:

Bảng 2.4 Ước tính tiềm năng tiết kiệm

Đầu tư bơm từ (kiểu mới) 40.000 Tiết kiệm chi phí bảo dưỡng 600 Tiết kiệm chi phí thay bơm (kiểu cũ) 20.000

Thời gian hoàn vốn (năm) 1,94

3 Kết luận

Qua kết quả kiểm toán năng lượng tại Công ty Luyện đồng Lào Cai chi phí tiết kiệm năng lượng cho khi áp dụng các giải pháp cho hệ thống nồi hơi nhiệt thừa khoảng 177,29 triệu đồng/năm, chi phí đầu tư khoảng 84,73 triệu đồng Với việc áp dụng các giải pháp tiết kiệm được đề xuất Công ty sẽ giảm được tiêu thụ năng lượng, qua đó nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí sản xuất sản phẩm

Bảng 3.1 Thống kê chi phí đầu tư và tiền tiết kiệm

(1000 đồng)

Tiền tiết kiệm

(1000 đồng)

1 Tiết kiệm năng lượng cho nồi hơi nhiệt thừa 36.549 73.226

2 Tự động điều chỉnh tốc độ 8.190 83.474

Với hiệu quả đem lại rõ ràng của giải pháp đề xuất bọc bảo ôn vỏ bao hơi nồi hơi nhiệt thừa, Công ty đã tiến hành áp dụng giải pháp và thiết bị đang hoạt động ổn định, môi trường làm việc xung quanh cải thiện, nâng cao tuổi thọ thiết

bị và hiệu quả làm việc của toàn Công ty

4 Tài liệu tham khảo

- Báo cáo kiểm toán năng lượng Công ty Luyện đồng Lào Cai Viện KHCN Mỏ

- Vinacomin 2010

- Phạm Lê Dần, Nguyễn Công Hân Công nghệ lò hơi và mạng nhiệt 2007

- Hoàng Đình Tín Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt 2007

- Đặng Văn Đào Kỹ Thuật Điện.1994