Đánh giá và đề xuất các giải pháp khả thi nhằm tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường đối với một số lò hơi công nghiệp

Để giải quyết các vấn đề trên, việc đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường đã được áp dụng cho lò hơi sẽ góp phần hỗ trợ các doanh nghiệp tiếp cận và đưa ra các l

ĐỖ TRẦN MỘNG THỦY

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHẢ THI

NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

ĐỐI VỚI MỘT SỐ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Quản lý môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, 06 /2010

LỜI CÁM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tâm từ thầy cô, gia đình và bạn bè Điều đầu tiên tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn của mình, Thầy Phùng Chí Sỹ, người đã định hướng và quan tâm giúp đỡ, đóng góp ý kiến về mặt chuyên môn cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa đã tận tâm truyền đạt kiến thức đến bao thế hệ sinh viên và học viên để chúng tôi có hành trang vững chắc đi tiếp cuộc hành trình tri thức

Cho tôi được gửi lời cảm ơn chân thành vì sự giúp đỡ đầy nhiệt tình và cởi mở của thầy Nguyễn Ngọc Hải – Trung Tâm Kiểm Định và Huấn Luyện Kỹ Thuật An Toàn Lao Động Thành phố Hồ Chí Minh, thầy Lý Ngọc Minh – Viện Khoa Học Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Bên cạnh đó, trong suốt quá trình làm luận văn, tôi cũng đã nhận được sự hỗ trợ

nhiệt tình từ các anh chị thuộc Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường – ENTEC, Công

ty TNHH KT – CN – MT Long Trường Vũ, trong việc cung cấp các số liệu liên quan đến đề tài tôi đang thực hiện

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè, những người thân yêu nhất đã hỗ trợ, động viên, khuyến khích tôi hoàn thành chương trình học một cách thành công Tôi hy vọng thành quả của luận văn ngày hôm nay không chỉ của riêng tôi mà sẽ được chia sẻ đến những người xung quanh để cùng hoàn thiện

và phát triển, đó chính là cách tôi gửi lời cảm ơn đến tất cả mọi người đã tin tưởng

và giúp đỡ cho tôi trong suốt thời gian qua

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06/2010

Học viên

Đỗ Trần Mộng Thủy

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Lò hơi công nghiệp là thiết bị quan trọng để sinh hơi cao áp phục vụ cho sản xuất Trong tình hình nền công nghiệp Việt Nam ngày càng phát triển, nhiều nhà máy sản xuất được mở ra trên khắp cả nước, theo đó cơ hội cho loại thiết bị này được đưa vào sử dụng trong sản xuất ngày càng nhiều

Tuy nhiên việc sử dụng lò hơi còn nhiều lãng phí về năng lượng và gây ô nhiễm môi trường Để giải quyết các vấn đề trên, việc đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường đã được áp dụng cho lò hơi sẽ góp phần hỗ trợ các doanh nghiệp tiếp cận và đưa ra các lựa chọn phù hợp với điều kiện thực tiễn dựa trên các đánh giá về lợi ích kinh tế đạt được cũng như mặt hạn chế của giải pháp Bên cạnh đó, một nghiên cứu điển hình của một giải pháp cụ thể trong số rất nhiều giải pháp được nêu ra nhằm tạo ra một cái nhìn cụ thể hơn đối với bài toán tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường khả thi trong thực tiễn sử dụng lò hơi công nghiệp

Sự phát triển kinh tế gắn liền với tình hình ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, trong đó ứng dụng được giải pháp tiết kiệm năng lượng vào sản xuất, đặc biệt là đối với thiết bị lò hơi cũng góp phần không nhỏ trong việc bảo vệ chất lượng môi trường xung quanh và tiết kiệm chi phí trong sản xuất

ABSTRACT

Industrial boiler is important equipment supplying high-pressured steam which is used for production In the situation of rapid industrial development in Vietnam, there are many factories established in whole country, thus, opportunity for using this type of device is more and more

However, use of boilers is still caused energy waste and environmental pollution

To solve these problems, offer of the applied solutions for energy saving and environmental protection will support the enterprises to approach and make choices, which are suitable for practical conditions based on the evaluation of the economic benefits achieved as well as limitations of the solution Besides, a case study of a specific solution among the mentioned solutions is quoted to create a specific view for feasible energy saving and environmental protection in the practice

The economic development associated with environmental pollution is more and more increasing, including application of energy saving measures in production, especially for boilers, which also contributes to protect the surrounding environmental quality and to save the production expenditures

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN I TÓM TẮT LUẬN VĂN II ABSTRACT III MỤC LỤC IV DANH MỤC BẢNG VIII DANH MỤC HÌNH X

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRONG SỬ DỤNG LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 9

1.1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TIẾT KIỆM NĂNG LƯƠNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRONG SỬ DỤNG LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 9

1.1.1 Các loại tổn thất nhiệt 9

1.1.1.1 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài (Q2, q2) 11

1.1.1.2 Tổn thấp nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học (Q3, q3) 13

1.1.1.3 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học (Q4, q4) 14

1.1.1.4 Tổn thất nhiệt tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh (Q5, q5) 14

1.1.1.5 Tổn thất do nhiệt vật lý của tro xỉ (Q6, q6) 14

1.1.2 Nguyên nhân dẫn đến tổn thất năng lượng và ô nhiễm môi trường 15

1.1.2.1 Do các vấn đề về nhiên liệu 16

1.1.2.2 Do phản ứng cháy và nhiệt độ 19

1.1.2.3 Do xả đáy không hợp lý 22

1.1.2.4 Do bề mặt truyền nhiêt bị đóng cáu cặn 22

1.1.2.5 Do bức xạ nhiệt trên bề mặt thiết bị với môi trường ngoài 23

1.1.2.6 Do vận hành 24

1.1.2.7 Do các yếu tố liên quan đến cấu tạo thiết bị 24

1.1.2.8 Các sự cố rủi ro trong cháy nổ 24

1.2 NHẬN XÉT CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU 25

1.2.1 Nhận xét chung 25

1.2.2 Đề xuất hướng nghiên cứu 26

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG CỦA LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 28 2.1 ĐÁNH GIÁ VỀ CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRONG SỬ DỤNG LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 28

2.1.1 Vận hành hệ số không khí thừa ở nhiệt độ thích hợp 29

2.1.2 Kiểm soát cáu cặn để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt 30

2.1.3 Giải pháp bảo ôn lò hơi giảm thất thoát nhiệt do tỏa nhiệt 33

2.1.4 Thu hồi nhiệt và tận dụng nhiệt thải 34

2.1.5 Lựa chọn nhiên liệu theo hướng kinh tế và thân thiện với môi trường 36

2.1.6 Giảm áp suất hơi nước của lò hơi 43

2.1.7 Điều tiết thay đổi tốc độ của quạt, thiết bị quạt gió và bơm 43

2.1.8 Gia nhiệt không khí đốt 43

2.1.9 Thay thế lò hơi 44

2.1.10 Các giải pháp kỹ thuật trong xử lý khói thải lò hơi 47

2.2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ CÁU CẶN LÒ HƠI ĐỂ TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 48

2.2.1 Nguyên nhân hình thành cáu cặn 48

2.2.2 Tác hại do cáu cặn gây ra 54

2.2.3 Phương pháp xử lý cáu cặn 57

2.2.3.1 Phương pháp ngăn ngừa cáu cặn 57

2.2.3.2 Tẩy cáu cặn khi thiết bị đã bị đóng cáu 63

2.2.3.3 Đánh giá khả năng thu hồi vốn của giải pháp hạn chế và xử lý cáu cặn 65

2.3 NHẬN XÉT 69

CHƯƠNG 3 HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG VÀO LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP TẠI

MỘT SỐ DOANH NGHIỆP 71

3.1 HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG LÒ HƠI CÔNG NGIỆP TẠI MỘT SỐ DOANH NGHIỆP 71

3.2 ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TẠI CÁC DOANH NGHIỆP NGHIÊN CỨU 79

3.2.1 Nhóm kiểm soát cáu cặn để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt 80

3.2.2 Nhóm giải pháp thu hồi nhiệt và tận dụng nhiệt thải 84

3.2.2.1 Thu hồi nước ngưng 84

3.2.2.2 Tận dụng nhiệt thải 85

3.2.3 Các nhóm giải pháp khác 88

3.3 NHẬN XÉT 89

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH ẢNH HƯỞNG CÁU CẶN ĐẾN TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TẠI CÔNG TY HIANG KIE 90

4.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY HIANG KIE INDUSTRIES 90

4.2 HIỆN TRẠNG LÒ HƠI TRƯỚC KHI TẨY CÁU CẶN 93

4.2.1 Thông số lò hơi 93

4.2.2 Hiện trạng lò hơi và tình hình sử dụng nhiên liệu 93

4.2.2.1 Sơ đồ hoạt động của thiết bị lò hơi 93

4.2.2.2 Hiện trạng chất lượng nước lò hơi 94

4.2.2.3 Tình hình sử dụng nhiên liệu tại công ty Hiang Kie 100

4.3 TẨY CÁU TẠI LÒ HƠI TẠI CÔNG TY HIANG KIE 102

4.4 KẾT QUẢ SAU KHI THỰC HIỆN TẨY CÁU 108

4.4.1 Đánh giá lượng nhiên liệu 108

4.4.2 Đánh giá về mức độ giảm tải khí thải gây ô nhiễm môi trường 110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112

1 KẾT LUẬN 112

2 KIẾN NGHỊ 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

PHẦN PHỤ LỤC 117

PHỤ LỤC I TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 118

PHỤ LỤC II CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT GIẢM THIỂU Ô NHIỄM VÀ PHÒNG CHỐNG SỰ CỐ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 129

PHỤ LỤC III MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 139

PHỤ LỤC IV TIÊU CHUẨN KIỂM SOÁT KHÍ THẢI 143

PHỤ LỤC V HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH LÒ HƠI 147

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 127

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên q2 13

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn của dầu FO sử dụng ở Việt Nam 17

Bảng 1.3 Mối liên hệ giữa các loại tổn thất và nguyên nhân gây ra tổn thất năng lượng 25

Bảng 2.1 Hệ số không khí thừa đối với từng loại nhiên liệu 29

Bảng 2.2 Giá nhiên liệu tại Việt Nam 36

Bảng 2.3 So sánh các thành phần hóa chất của các loại nhiên liệu khác nhau 37

Bảng 2.4 Hệ số phát thải của quá trình đốt dầu FO 39

Bảng 2.5 Bảng hàm lượng của các chất ô nhiễm trong ống khói lò hơi (mg/m3) 39

Bảng 2.6 Chi phí để sản xuất 01 tấn hơi bão hòa 40

Bảng 2.7 Các thông số cơ bản của dầu DO và dầu FO 41

Bảng 2.8 Ưu nhược điểm của từng giải pháp tiết kiệm nhiên liệu 46

Bảng 2.9 Các chất lắng trong lò hơi 51

Bảng 2.10 Quan hệ giữa độ dày cáu cặn và tổn thất nhiên liệu 55

Bảng 2.11 Giới hạn kiểm soát nước lò hơi 62

Bảng 2.12 Chi phí đầu tư trong triển khai phương án A 65

Bảng 2.13 Chi phí đầu tư trong triển khai phương án B 67

Bảng 2.14 So sánh khả thực hiện của 02 phương án 67

Bảng 3.1 Danh sách các công ty được khảo sát 71

Bảng 3.2 Khối lượng nhiên liệu trong 01 ngày của mỗi doanh nghiệp 74

Bảng 3.3 Tải lượng ô nhiễm đối với lò đốt dầu 77

Bảng 3.4 Tải lượng ô nhiễm đối với lò hơi đốt củi 77

Bảng 3.5 Tải lượng ô nhiễm đối với lò đốt than 78

Bảng 3.6 Tổng tiền tiết kiệm của doanh nghiệp khi hạn chế sự hình thành 1,5mm cáu cặn bám trên bề mặt thiết bị trong thời gian 06 tháng 81

Bảng 3.7 Tải lượng ô nhiễm của khí thải giảm được trong 6 tháng đối với lò đốt dầu

82

Bảng 3.8 Tải lượng ô nhiễm của khí thải giảm được trong 6 tháng đối với lò đốt củi 83

Bảng 3 9 Tải lượng ô nhiễm của khí thải giảm được trong 6 tháng đối với lò đốt than 83

Bảng 4.1 Kết quả mẫu nước sau khi qua hệ thống khử khoáng 95

Bảng 4.2 Kết quả mẫu nước lò hơi 95

Bảng 4.3 Cáu cặn bám trên bề mặt ống lửa 98

Bảng 4.4 Khối lượng nhiên liệu đốt trong 04 tháng đầu năm 2010 tại công ty Hiang Kie 101

Bảng 4.5 Thành phần phần trăm của các thành phần trong trấu 110

Bảng 4.6 Lượng giảm thải các khí thải của Hiang Kie sau quá trình tẩy cáu, đơn vị: kg/ngày 110

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt trong lò hơi 10

Hình 1.2 Đồ thị mô tả quan hệ giữa hệ số không khí thừa và qmin 12

Hình 1.3 Các vị trí tổn thất nhiệt trong lò hơi 15

Hình 1.4 Biểu đồ nguyên nhân – kết quả dẫn tới tổn thất năng lượng và ô nhiễm môi trường 16

Hình 1.5 Các quá trình cháy hoàn hảo, tốt và cháy không tốt 19

Hình 1.6 Sự phân bố các chất khí xung quanh hạt than 20

Hình 1.7 Đồ thị mô tả ảnh hưởng cáu cặn theo nhiệt độ của các đường ống kim loại trong lò hơi 21

Hình 1.8 Ảnh hưởng của mồ hóng và cáu cặn lên bề mặt truyền nhiệt 23

Hình 2.1 Các phương pháp xử lý nước cho lò hơi 31

Hình 2.2 Độ hòa tan của các chất tạo thành cáu chủ yếu có trong nước 32

Hình 2.3 Độ hòa tan của một số hợp chất dễ hòa tan có trong nước 32

Hình 2.4 Nồng độ cực đại của SiO2 trong nước lò 33

Hình 2.5 Lò hơi tại công ty Hiang kie (KCN Long Thành, Đồng Nai) 34

Hình 2.6 Sơ đồ sử dụng các bộ tiết kiệm nhiên liệu trong hệ thống lò hơi 36

Hình 2.7 Hình ảnh lò hơi đốt than thủ công 44

Hình 2.8 Cấu tạo lò hơi đốt thủ công 45

Hình 2.9 Hai dạng cáu cặn bám trên thành ống lửa 50

Hình 2.10 Cáu cặn bám trên ống lửa 52

Hình 2.11 Ghỉ sắt bám trên ống lửa 52

Hình 2.12 Cáu cặn bám trên thành ống nước 53

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên nhân - hệ quả của quá trình hình thành cáu cặn 53

Hình 2.14 Biểu đồ tương quan giữa độ dày cáu cặn và mức tiêu hao năng lượng 55

Hình 2.15 Một vụ nổ lò hơi do cáu cặn tại Samutprakarn, Thái Lan 57

Hình 2.16 Thiết bị khử sắt và khử độ cứng của nước cấp trước khi đưa vào lò 59

Hình 2.17 Đường cong phần trăm xả đáy đối với đường kính xả đáy là 2inch 60

Hình 2.18 Cân bằng TDS trong xả đáy nước lò 60

Hình 3.1 Lò hơi ống nước ghi cố đinh của công ty Hiang Kie 86

Hình 3.2 Mặt trong của lò hơi 87

Hình 4 1 Hình ảnh hoạt động của Công ty Hiang Kie 92

Hình 4.2 Sơ đồ vận hành lò hơi tại Công ty Hiang Kie 94

Hình 4.3 Thử mẫu nước sau khi qua bộ khử khoáng, kết quả nước sau xử lý không đạt, ngày 07/02/2010 95

Hình 4.4 Ngưỡng an toàn đối với vật liệu sắt 99

Hình 4.5 Sản phẩm ăn mòn của sắt được giải phóng khi pH giảm 99

Hình 4.6 Mẫu nước lò trước khi tẩy cáu cặn 100

Hình 4.7 Biểu đồ sử dụng nhiên liệu trong 4 tháng đầu năm tại công ty Hiang Kie 102

Hình 4.8 Sơ đồ tẩy lò tại Công ty Hiang kie 102

Hình 4.9 Quy trình tẩy rửa 104

Hình 4.10 Cáu cặn chảy ra cùng với nước trong giai đoạn vệ sinh lò 107

Hình 4.11 Nước xả sau vệ sinh đã trong hơn khi cáu cặn đã được vệ sinh sạch 107

Hình 4.12 Ống lửa trước khi tẩy 108

Hình 4.13 Ống lửa sau khi tẩy 108 Hình 4.14 Lớp gỉ sắt hình thành ngay trên bề mặt ống lửa khi lò không có nước 109

GUSP : Ultrasonic Scale Preventer

KCN : Khu công nghiệp

LNG : Liquefied natural gas

LPG : Liquefied Petroleum gas

LSHS : Low sulfur heavy stock

NPO : Non products Output

RO : Reverse Osmosis

SCR : Selective Catalytic Reduction

SNCR : Selective Non Catalytic Reduction

VOC : Volatile organic compound

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Lò hơi công nghiệp là thiết bị sử dụng phổ biến cách đây hơn 200 năm, để tạo hơi

và nước nóng cho quá trình sản xuất, chạy đầu máy xe lửa… Tại Việt Nam, lò hơi xuất hiện từ thế kỷ XIX - khi Thực dân Pháp tổ chức khai thác tài nguyên - một lượng lớn các tài nguyên được khai thác phải được chuyên chở đi khắp nơi làm nảy sinh yêu cầu nâng cấp phương tiện giao thông có tải trọng cao, sức chuyên chở lớn

và giá thành thấp từ đó phương tiện tàu hỏa và tàu thủy được đánh giá là phương tiện chuyên chở phù hợp nhất, điều này đã góp phần đưa lò hơi lần đầu tiên chính thức có mặt trong lĩnh vực của một ngành kinh tế tại Việt Nam

Ngày nay, lò hơi có mặt tại hầu hết các lĩnh vực, từ chế biến nông sản, thực phẩm, sản xuất giấy, chế biến nước giải khát, sản xuất điện năng Hơi (nước) nóng ở nhiệt độ và áp suất nhất định có thể vận hành các thiết bị, động cơ, sấy khô sản phẩm, vì vậy, lò hơi giữ một vai trò rất quan trọng trong sản xuất

Việc sử dụng lò hơi để tạo hơi có áp cao hoặc nước nóng cần nhiên liệu cho quá trình đốt cháy để chuyển năng lượng từ dạng hóa năng sang nhiệt năng Quá trình chuyển hóa tạo ra một lượng các khí thải, các khí thải này đã làm gây ô nhiễm môi trường Ngoài ra sử dụng lò hơi không đúng quy cách và thiếu an toàn sẽ gây nổ lò hơi và các sự cố đáng tiếc khác

Tuy nhiên, trong thời điểm hiện nay, nền công nghiệp ngày càng phát triển, đa dạng hóa về ngành nghề và tăng nhanh về số lượng các đơn vị sản xuất, theo đó

số lượng lò hơi cũng tỷ lệ thuận với đà phát triển Các cơ quan kiểm định chất

lượng lò hơi vẫn chưa đủ nguồn lực để kiểm soát đầy đủ về chất lượng tất cả các lò hơi trong khu vực thuộc quyền kiểm tra Trong khi đó, việc vận hành, chế độ bảo dưỡng và an toàn đối với các lò hơi tại các doanh nghiệp còn tùy thuộc vào chi phí đầu tư và nhận thức của doanh nghiệp, vào trình độ chuyên môn của người trực tiếp vận hành Vì vậy các rủi ro trong an toàn vận hành cùng với việc xử lý khí thải trong quá trình đốt lò nhiều doanh nghiệp còn bỏ ngỏ nên các việc đảm bảo độ an toàn đối với người lao động, khu vực dân cư lân cận cũng như bảo vệ môi trường cần phải được xem xét trên nhiều khía cạnh

Tại Việt Nam, việc sử dụng lò hơi an toàn và hiệu quả còn nhiều vấn đề bất cập Nhiều doanh nghiệp còn chưa áp dụng đầy đủ các biện pháp để bảo vệ thiết bị cũng như tiết kiệm năng lượng trong quá trình hoạt động Đa số lò hơi hoạt động ở áp suất vừa và nhỏ (<20 kgf/cm2), tiêu chuẩn kiểm soát một số chỉ tiêu nước trong lò hơi không có, các hướng dẫn an toàn trong vận hành và các khóa huấn luyện cho người trực tiếp điều khiển thiết bị còn thiếu, chi phí để đào tạo huấn luyện của doanh nghiệp đầu tư cũng không cao

Tại Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, nhiều doanh nghiệp chưa đạt được nhiều kết quả trong các giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường Vì vậy, việc triển khai giải pháp tiết kiệm năng lượng cho lò hơi tại các doanh nghiệp vẫn còn chưa phổ biến, và gặp nhiều khó khăn đặc biệt các doanh nghiệp vừa và nhỏ Vì vậy, đánh giá các giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường là một phần của việc phân tích lợi ích kinh tế và tính khả thi của giải pháp trong áp dụng thực tế, giúp cho doanh nghiệp nhìn nhận đúng giá trị của giải pháp mang lại, chủ động trong việc lựa chọn giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường phù hợp với từng doanh nghiệp

2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG LÒ HƠI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Tình hình nghiên cứu và sử dụng lò hơi công nghiệp ở nước ngoài

Tại Canada, mục tiêu giảm phát thải các khí gây hiệu ứng nhà kính và mưa axit đã được chính phủ ký trong Nghị định thư Kyoto, mục đích cắt giảm lượng khí thải từ những năm 2008 - 2012 xuống còn 6% so với mức phát thải năm 1990

Tại Brazin, việc sử dụng các nhiên liệu có nguồn gốc từ nông nghiệp đã được định hình và triển khai, ở Uberlândia - Brazin, vỏ của những loại cây lấy gỗ được sử dụng để làm nhiên liệu đốt cho lò hơi, tạo ra 70% nguồn điện của trạm phát và 100% trong số đó đã chuyển thành hơi, tiết kiệm 60.000 tấn dầu FO mỗi năm và góp phần làm giảm hiệu ứng nhà kính

Trong việc sử dụng lò hơi, có nhiều cách để thực thi nhằm bảo vệ môi trường: tái sử dụng nguồn nhiệt, cực tiểu hóa việc sử dụng năng lượng hay tạo ra lượng ô nhiễm ở mức tối thiểu Sự thay đổi cấu tạo buồng đốt, ghi lò nhằm cải tiến lò từ mức độ sử dụng các loại nhiên liệu thuộc dạng hóa thạch sang các lò hơi sử dụng các nhiên liệu sinh học thân thiện với môi trường, điều này không những cắt giảm được mức

độ ô nhiễm khí thải mà còn giúp cho một số quốc gia hoàn thành được cam kết đã

ký trong nghị định thư Kyoto (1997)

Một số lò hơi không còn sử dụng nhiên liệu truyền thống như than, khí tự nhiên hay dầu mà còn sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra nước nóng Tuy nhiên, loại lò hơi này chỉ sử dụng thích hợp cho đối tượng hộ gia đình Bên cạnh đó, một số nơi tận dụng các phế thải từ hoạt động sản xuất để làm nhiên liệu đốt trong lò hơi Tại nhà máy bột giấy và bột giấy PT Pindo deli lắp đặt nồi hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) và

sử dụng bùn giấy làm nhiên liệu thay thế : đặt ở phía tây Java – Indonesia

Mục tiêu cắt giảm khí thải và tiết kiệm năng lượng luôn được cả thế giới quan tâm, đặc biệt trong thế kỷ XXI, điều này càng trở nên có ý nghĩa và mang tính sống còn đối với nhiều quốc gia nói chung và các doanh nghiệp có nhu cầu sử dụng nhiều năng lượng trong hoạt động sản xuất

Tình hình nghiên cứu và sử dụng lò hơi công nghiệp trong nước

Tại Việt Nam, nhiên liệu dầu FO, than đá được sử dụng phổ biến, nhưng trong thời điểm hiện nay, giá dầu đang tăng, việc sử dụng than đá gây ô nhiễm môi trường, vì vậy các nghiên cứu hay các dự án triển khai về việc tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường đã và đang thực hiện nhằm đạt mục tiêu tiết kiệm chi phí, giảm nhiên liệu và bảo vệ lò môi trường khi sử dụng thiết bị này

Ngày 17/8/2004, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 153/2004/QĐ-TTg phê duyệt ban hành "Định hướng chiến lược phát triển bền vững ở Việt Nam" hay còn gọi "Chương trình Nghị sự 21 của Việt Nam" Trong đó đưa ra 9 vấn đề cần ưu tiên trong quá trình phát triển môi trường, vấn đề ưu tiên thứ sáu (6) giảm ô nhiễm không khí ở các đô thị và khu công nghiệp và ưu tiên thứ chín (9) thực hiện các biện pháp làm giảm nhẹ biến đổi khí hậu và hạn chế những tác hại của biến đổi khí hậu,

phòng và chống thiên tai” là kim chỉ nam định hướng các chiến lược, chính sách, hành động bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên

Nhiều hội thảo dự án nghiên cứu về các giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường đã đươc tổ chức

- Hội thảo “Thúc đẩy hiệu suất trong công nghiệp thông qua tối ưu hóa hệ thống

và các tiêu chuẩn quản lý năng lượng” tại thành phố Hồ Chí Minh, đây là dự

án có sự hợp tác với lại GEF (Quỹ môi trường toàn cầu) do Văn phòng Tiết kiệm Năng lượng (Bộ Công thương), dự án sẽ được triển khai vào tháng 07/2010

- Dự án nồi hơi đốt trấu của Công ty Dầu thực vật Cái Lân chi nhánh tại Cần Thơ (Calofic Cần Thơ), được triển khai vào tháng 7-2007 Dự án góp phần giảm được vấn nạn “rác thải” trấu tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

- Cải tiến lò hơi đốt than cám ghi tĩnh áp dụng cho lò có công suất 10 tấn/h trở xuống tại Công ty CP Phân bón và Hóa chất Cần Thơ (KCN Trà Nóc)

- Lò hơi công nghệ tầng sôi hoạt động tự động và liên tục gần giống như lò dầu FO: tự động cấp liệu, giữ áp suất, bơm cấp nước, ổn định lớp sôi và chất lượng hơi ổn định, công nhân vận hành thuận tiện, không có thao tác cấp than và lấy

vệ môi trường không chỉ mang lại lợi ích cho cộng động mà ngay chính người thực

hiện cũng đạt được các lợi ích về mặt kinh tế, xã hội, nâng cao hình ảnh của sản phẩm từ đó làm tăng sức cạnh tranh trong thị trường

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đề tài tập trung nghiên cứu những nội dung bao gồm:

1) Tổng quan hiện trạng sử dụng lò hơi và các nghiên cứu cải tiến đối với lò hơi công nghiệp

2) Thống kê các giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường của lò hơi công nghiệp

- Bảo ôn toàn bộ đường ống và bồn chứa (kể cả đường ống thu hồi nước ngưng

- Tối ưu hóa quá trình đốt cháy nhiên liệu (kiểm soát Ôxy dư)

- Tận dụng nhiệt thải

- Thay thế nhiên liệu

- Xử lý khói thải trước khi xả thải…

4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích nghiên cứu của đề tài là tìm ra giải pháp khả thi trong tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường đối với lò hơi công nghiệp

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường đối với lò hơi công nghiệp, trong đó, đối tượng nhiên liệu và khí thải được xem xét trong toàn bộ đề tài

Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm nhiên liệu bằng cách kiểm soát và xử lý cáu cặn đối với lò hơi đốt trấu tại Công ty Hiang Kie

Phạm vi nghiên cứu

Đề tài chỉ tập trung vào lò hơi công nghiệp, trong phạm vi đó, đề tài không nghiên cứu lò hơi của ngành nhiệt điện

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài sẽ sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp phương pháp khảo sát thực tế để thực hiện

Các phương pháp lý thuyết bao gồm:

- Phương pháp thống kê: Sử dụng thống kê nguồn nghiên cứu, các nguồn thải

- Phương pháp phân tích tổng hợp

- Phương pháp so sánh

- Lấy ý kiến chuyên gia: Lấy ý kiến của các chuyên gia môi trường: như PGS.TS Phùng Chí Sỹ - Viện Kỹ thuật Nhiệt Đới, các chuyên viên trong Trung tâm công nghệ môi trường Entec, thạc sĩ Lý Ngọc Minh - Viện Khoa Học Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường, giảng viên trường Đại Học Công nghiệp Chuyên gia làm việc trong ngành lò hơi: thạc sĩ Nguyễn Ngọc Hải – Phó Giám Đốc Trung Tâm Kiểm Định và Huấn Luyện Kỹ Thuật An Toàn Lao Động thuộc Sở Lao động Thương Binh và Xã Hội thành phố Hồ Chí Minh, nhằm tham khảo phương pháp luận thực hiện và các giải pháp tiết kiêm nhiên liệu và bảo vệ môi trường

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học cho cơ quan chủ quản, các nhà quản lý môi trường và các cơ quan kiểm định lò hơi tham khảo để có hoạch định trong công tác kiểm tra và bảo vệ môi trường đối với thiết bị lò hơi công nghiệp

Ý nghĩa thực tế

Theo dự kiến, kết quả của luận văn là kết quả đánh giá về khả năng tiết kiệm nhiên liệu với bảo vệ môi trường nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp

Hỗ trợ cho doanh nghiệp trong việc tìm hiểu về các giải pháp tiết kiệm năng lượng

và bảo vệ môi trường đang được sử dụng hiện nay và chủ động lựa chọn giải pháp phù hợp với chính doanh nghiệp đó

8 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu mối liên quan giữa giải pháp kiểm soát cáu cặn trong vấn đề tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường thông qua tải lượng ô nhiễm của khí thải giảm theo lượng nhiên liệu tiết kiệm được

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRONG

SỬ DỤNG LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP

1.1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TIẾT KIỆM NĂNG LƯƠNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRONG SỬ DỤNG LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP

Lò hơi công nghiệp và phân loại lò hơi công nghiệp được trình bày trong Phụ lục I

1.1.1 Các loại tổn thất nhiệt

Khi đốt lò, một lượng nhiệt được cấp vào lò để đun nóng nước tạo ra hơi bão hòa, tuy nhiên, không phải lượng nhiệt cấp vào buồng đốt sẽ được sử dụng hoàn toàn trong việc chuyển hóa hơi mà một phần trong số đó đã bị tổn thất do nhiều nguyên nhân khác nhau Sự hao phí nhiên liệu trong quá trình đốt được thể hiện bởi sơ đồ sau đây (xem hình 1.1):

Hình 1.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt trong lò hơi

Nguồn: Ủy ban Năng suất Quốc gia Ấn Độ, 2006, hướng dẫn sử dụng năng lượng hiệu quả trong ngành công nghiệp Châu Á ,thiết bị nhiệt – thu hồi nhiệt thải

Như vậy, lượng nhiên liêu tiêu hao và không tạo ra nhiệt hữu ích chiếm 26,2% Điều này cũng có nghĩa: nếu chi phí cho nhiên liệu trong tháng là 100 triệu đồng thì doanh nghiệp sẽ mất 26 triệu do quá trình đốt

Phương trình cân bằng nhiệt của lò hơi[05]

Qdv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 kJ/kg nl (CT 1.1)

Qdv : Nhiệt lượng cung cấp cho lò hơi khi đốt 1kg nhiên liệu

Q1 : Nhiệt có ích

Q2 : Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài

Q3 : Cháy không hoàn toàn về hóa học

Q4 : Cháy không hoàn toàn về cơ học

Q5 : Tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh

Q6 : Nhiệt vật lý của tro xỉ

Hoặc : 100% = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 (%) (CT 1.1’)

Lò hơi công nghiệp đảm bảo các thiết kế trong kỹ thuật làm giảm các tổn thất nhiệt trong quá trình cháy (từ Q2 đến Q6) Bao gồm các kiểm soát:

- Hệ số không khí thừa

- Kỹ thuật thiết kế buồng lửa

- Kiểm soát nhiệt độ đốt

- Chất lượng nước đầu vào

Kiểm soát các chỉ tiêu kỹ thuật tốt sẽ giúp cho lò hơi đảm bảo các yếu tố an toàn và

sử dụng năng lượng hợp lý, tiết kiệm nhiên liệu, giảm tải lượng khí thải và nhiệt độ khói thải vào môi trường

1.1.1.1 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài (Q2, q2)

Khói thải có nhiệt độ cao thải ra ngoài mang theo nhiệt lượng vào môi trường

Có 02 yếu tố ảnh hưởng đến q2 : nhiệt độ và hệ số không khí thừa (α)

a Hệ số không khí thừa (α)

Hệ số không khí thừa càng lớn thì q2 càng lớn, nhưng khi α quá nhỏ sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình cháy làm tổn thất q3, q4 nên ta phải chọn hệ số α sao cho tổng của q2, q3, q4 là nhỏ nhất

Gọi qmin là tổng của q2, q3, q4, khi đó: qmin = q2 + q3 + q4

Hình 1.2 Đồ thị mô tả quan hệ giữa hệ số không khí thừa và qmin

Nguồn: Phạm Lê Dzần – Nguyễn Công Hân, 2005, Công nghệ lò hơi và mạng nhiệt

Theo đồ thị của hình 1.10, để qmin đạt được giá trị nhỏ nhất thì α nằm trog khoảng 1,2 < α<1,3

b Yếu tố nhiệt độ

Nhiệt độ khói thải tăng từ 12 – 160C thì q2 tăng khoảng 1% [5], như vậy để giảm tổn thất do q2 gây ra thì nhiệt độ khói thải phải giảm Trên thực tế điều này có liên quan đến chi phí do gia tăng kim loại để tăng bề mặt truyền nhiệt, dẫn tới nguy cơ gây ăn mòn điện hóa càng cao đối với lò sử nhiên liệu dầu có chứa lưu huỳnh

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên q2

Loại lò hơi Nhiệt độ khói thải (0C) Tổn thất q2 (%)

Nguồn Công nghệ lò hơi và mạng nhiệt – Phạm Lê Dzần

Nhiệt độ khói thải trong ống khói cao còn phụ thuộc vào mức độ cặn xỉ bám trên thành ống khói làm tăng nhiệt trở của khói dẫn đến nhiệt độ khói thải và tăng sự thất thoát của q2

1.1.1.2 Tổn thấp nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học (Q3, q3)

Trong quá trình cháy, nhiều yếu tố làm cho quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn, trong đó các thành phần khí CO, CH4, H2, vẫn còn khả năng cháy được nhưng vẫn được tìm thấy ở trong khói thải Đối với đốt nhiên liệu chất rắn và chất lỏng, trong nhiều thành phần chưa cháy hết thì khí CO chiếm nhiều hơn cả Vì vậy có thể sử dụng công thức tính gần đúng đối với q3 như sau:

CO: thành phần thể tích của Cacbonmonoxit trong khói

q3 của lò đốt than phun không lớn hơn 0,5%, nếu lớp nhiên liệu đốt lớn thì q3

khoảng 1 – 4%, đốt nhiên liệu lỏng và khí là 1 – 3%

Q3, q3 phụ thuộc vào hệ số không khí thừa, nhiên liệu và phương thức hỗn hợp nhiên liệu, hình dáng và kích thước buồng lửa, nhiệt độ trong buồng lửa Nếu không khí dư, phản ứng cháy diễn ra hoàn toàn thì q3 giảm Nhưng nếu quá dư sẽ làm giảm nhiệt độ của buồng đốt khi đó q3 tăng Bên cạnh đó, cấu tạo buồng lửa ngắn, nhỏ và xung quanh là các ống nước thì q3 dễ tăng

1.1.1.3 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học (Q4, q4)

Trong quá trình cháy, một số thành phần rắn không cháy hết và bay theo khói thải, hoặc lẫn vào tro xỉ và lọt qua ghi

Kgnl Kj

A K

K a K

K a K

K a

Q

lv l

l l x

x x b

b

100

]100100

100[

1.1.1.4 Tổn thất nhiệt tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh (Q5, q5)

Tổn thất nhiệt q5 thường nhỏ, và đạt khoảng 0,5 – 3,5%

1.1.1.5 Tổn thất do nhiệt vật lý của tro xỉ (Q6, q6)

Tro xỉ là sản phẩm trong quá trình cháy, chúng là những thành phần trơ không cháy,

xỉ thải vẫn còn nhiệt độ cao thải ra ngoài sẽ làm tổn thất lượng nhiệt vào môi trường

kg Kj t C

Đối với lò ghi hay lò than phun thải xỉ khô: nhiệt độ tro xỉ thải là 600 – 7000C, thải

xỉ lỏng: 1.400 – 1.5000C

Cx: Nhiệt dung riêng của tro xỉ, 0,8 – 1,2kJ/kg.độ

ax: Tỉ lệ tro rơi theo xỉ

Alv : Thành phần làm việc của tro

1.1.2 Nguyên nhân dẫn đến tổn thất năng lượng và ô nhiễm môi trường

Tiêu hao năng lượng trong quá trình vận hành lò hơi xuất phát từ nhiều nguyên nhân, dưới đây là hình ảnh các vị trí xảy ra các tổn thất nhiệt, xem hình 1.3

Hình 1.3 Các vị trí tổn thất nhiệt trong lò hơi

Nguồn: CIBO, 1997, Energy Efficiency Handbook

Có nhiều nguyên nhân gây tổn thất năng lượng và ô nhiễm môi trường, hình 1.4 mô

tả biểu đồ nguyên nhân – kết quả về tổn thất năng lượng và ô nhiễm môi trường

Hình 1.4 Biểu đồ nguyên nhân – kết quả dẫn tới tổn thất năng lượng và ô nhiễm môi trường

1.1.2.1 Do các vấn đề về nhiên liệu

Mỗi loại nhiên liệu có sự khác nhau về chất và thành phần cấu tạo nên khi đốt, mức

độ ảnh hưởng đến môi trường cũng khác nhau Cấu tạo của các thành phần C, H, O,

S có trong nhiên liệu cũng quyết định đến khả năng cháy của nhiên liệu đồng thời

sự có mặt của các chất thải khí trong khói thải sau khi cháy Trong đó, nếu phần trăm H chiếm càng cao thì khả năng tỏa nhiệt càng nhiêu Trong khi đó, phần trăm

C càng cao chưa hẳn nhiên liệu bắt lửa tốt nhất

Nhiên liệu của lò hơi được sử dụng từ nhiều nguồn, từ khí thiên nhiên (LNG), khí hóa lỏng (LPG), dầu nhẹ DO, dầu nặng FO, đến than đá (ở Việt Nam chủ yếu là

than gầy, than antraxit), đặc biệt các nhiên liệu củi, gỗ và các phụ phẩm của nông nghiệp cũng được tận dụng làm nhiên liệu

Đối với nhiên liệu dầu dùng cho lò hơi: độ nhớt cao dẫn tới tình trạng dầu không bơm được, đôi khi làm cho bộ lọc tắc, bên cạnh đó lớp Cacbon đóng lại trong bộ lọc hay dầu có lẫn tạp chất tạo ra nhiều cặn dầu cũng gây nên tình trạng tắc ở béc phun, tạo nhiều khói đen và mồ hóng trong quá trình cháy Mặc khác, nếu dầu chứa quá nhiều nước hay dầu nhũ tương không đạt chất lượng sẽ làm cho dầu khó đốt, làm tóe lửa ở đầu đốt, tạo khói đen và gia tăng độ ẩm của buồng đốt, làm quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn Bên cạnh đó nước chứa nhiều ion muối khoáng dễ gây ăn mòn ở bề mặt bên trong của lò Một trong những tiêu chuẩn về nhiên liệu dầu đạt chất lượng được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn của dầu FO sử dụng ở Việt Nam

Nguồn:Sở KH&CN Tp.HCM, 1998, xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp - Xử lý khói lò hơi - Tập 2, sổ tay hướng dẫn

Đối với khía cạnh môi trường, dầu FO hoặc nhũ tương có hàm lượng lưu huỳnh khá cao, từ 3% trở lên điều này góp phần gây ô nhiễm môi trường do khả năng tạo ra các khi SO2, SO3, trong khói thải, các khí này sau khi đi vào môi trường không khí

sẽ tiếp tục tác dụng với hơi nước tạo ra dạng axit theo mưa rơi xuống làm tổn hại đến thiên nhiên và con người

Đối với than đá, ở Việt Nam, than đá chủ yếu là than antraxit có hàm lượng Cacbon rất cao, chiếm từ 95 – 98%, nhưng Hydro lại rất thấp vì vậy nhiệt trị của than không cao Bên cạnh đó, than này chứa hàm lượng chất bốc (Vc) thấp, khoảng từ 2-9%, nên khó cháy, nhiệt độ bắt lửa rất cao Vì vậy đối với loại than này, bài toán tạo ra lượng nhiệt tối ưu phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật đốt

Nhiên liệu củi, than có chứa Nitơ, nên nhiệt độ buồng cháy phải được kiểm soát hợp

lý để hạn chế việc phát sinh NOvà NO2 Trong các phản ứng cháy, nhiệt độ lò dưới

30000C, Nitơ trong nhiên liệu sẽ đi theo khói thải ra ngoài dưới dạng N2 tự do, tuy nhiên nếu nhiệt độ trong buồng đốt vượt quá 3.0000C thì NO tạo ra rất nhiều và tốc

độ từ NO chuyển sang NO2 là rất nhanh, đặc biệt việc tạo ra NOx không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà trong phản ứng tạo ra NOx là phản ứng thu nhiệt nên kéo nhiệt độ của buồng đốt xuống làm tiêu hao nhiên liệu Các loại nhiên liệu như củi

và phụ phẩm nông sản thường có độ ẩm (Wlv) khá cao, từ 20-50%, trừ gỗ thông và phi lao có độ ẩm thấp hơn, Wlv khoảng từ 5-10% Thông thường nhiệt trị của loại nhiên liệu này khá thấp

Với các nhiên liệu là khí thiên nhiên (LNG) chủ yếu là Methane được xem là sạch hơn các nhiên liệu khác vì quá trình cháy ít gây tro, không gây mài mòn thiết bị và các sản phẩm cháy không có nhiều thành phần khí gây ô nhiễm môi trường Trong khi đó, các nhiên liệu liên quan đến nhiên liệu hóa thạch chứa nhiều Cacbon, hydro bên cạnh đó còn có nhiều tạp chất của lưu huỳnh, Nitơ, muối nên quá trình đốt tạo

ra các khí gây ô nhiễm

1.1.2.2 Do phản ứng cháy và nhiệt độ

Trong phản ứng cháy, nếu ôxy đủ cho phản ứng cháy hoàn toàn thì trong thành phần khói thải bao gồm XO2, CO2, và ôxy dư (trong đó XO2: là oxit của một chất nào đó) Nhưng nếu ôxy không đủ, các thành phần trong nhiên liệu không cháy hoàn toàn thì thành phần khí trong khói thải chủ yếu là khí ở dạng trung gian hoặc các thành phần ban đầu chưa cháy hết: XO2, cacbua hydro, CO, N2, CH4, bụi Theo như Ủy ban Năng suất Quốc gia Ấn Độ đánh giá quá trình đốt cháy, với phản ứng cháy của Cacbon, nếu sản phẩm sinh ra tạo ra nhiều Cacbonmonoxit (CO) hơn

là Cacbondioxit (CO2) thì nhiệt năng của hệ thống bị hao hụt khá nhiều, do nhiệt lượng của mỗi sản phẩm sinh ra là khác nhau Phản ứng cháy giữa Cacbon[9] có trong nhiên liệu như sau:

C + O2  CO2 + 8.048 kcal/kg Cacbon

C + 0,5O2  CO + 2.430 kcal/kg Cacbon

Trong trường hợp oxi quá dư thì NOx sẽ sinh ra, tuy nhiên với phản ứng tạo ra NOx

là phản ứng thu nhiệt, làm giảm nhiệt lượng trong buồng đốt điều này sẽ làm gia tăng nhiên liệu đốt Do vậy việc kiểm soát chỉ số không khí thừa không hợp lý sẽ tạo ra các khí ô nhiễm trong quá trình cháy theo đường khói thải vào môi trường Nhiệt độ quá thấp cũng làm cho hàm lượng Nitơ trong các nhiên liệu củi hay gỗ không cháy mà sẽ ở dạng Nitơ tự do trong khói thải, tuy nhiên ở nhiệt độ cao Nitơ

sẽ chuyển về dạng oxit Nitơ ảnh hưởng đến nhiệt lượng của buồng đốt

Hình 1.5 Các quá trình cháy hoàn hảo, tốt và cháy không tốt

Nguồn: Cục sử dụng năng lượng hiệu quả, 2004

Khi sử dụng nhiên liệu là than, hệ số không khí thừa đóng vai trò quyết định đến hàm lượng CO2 hay CO trong khí thải[5] Sự phân bố các chất khí xung quanh hạt than được trình bày trong hình 1.6

Hình 1.6 Sự phân bố các chất khí xung quanh hạt than

Nguồn: Phạm Lê Dzần – Nguyễn Công Hân, 2005, Công nghệ lò hơi và mạng nhiệt, trang 56

Đối với lò dầu, nhiệt độ buồng cháy không đạt đến nhiệt độ tự cháy của dầu (530 –

5800C) sẽ làm cho khói tạo ra có màu nâu đen với nhiều mụi khói và mồ hóng bám trên bề mặt thiết bị.Bên cạnh đó, nhiệt độ trong buồng đốt rất quan trọng, nhiệt độ không hợp lý sẽ làm cho nhiên liệu không cháy hoàn toàn, đối với nhiên liệu dầu,

làm cho ngọn lửa cháy không dài Nhiệt độ không kiểm soát sẽ phát sinh nhiều NO2

như đã nói Nếu nhiệt độ cao hơn 1.2000C, hầu như sản phẩm cháy của Cacbon chủ yếu là CO

Nhiệt độ trong nước càng cao thì xu hướng hình thành muối kết tinh và các cặn kết tủa càng nhiều làm cản trở khả năng truyền nhiệt diễn ra trên bề mặt phía trong thiết

bị với nước Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn rất lớn đến xu hướng hình thành và phát triển của cáu cặn Ảnh hưởng cáu cặn theo nhiệt độ lên các đường ống kim loại trong lò hơi được trình bày trong hình 1.7

Hình 1.7 Đồ thị mô tả ảnh hưởng cáu cặn theo nhiệt độ của các đường ống kim loại trong lò hơi

Nguồn: CIBO, 1997, Energy Efficiency Handbook

Theo đồ thị trên, đối với lò công suất tỏa nhiệt 750.000kcal/m2 giờ hoạt động tại áp suất 105kg/cm2, cho thấy: tất cả các loại cáu cặn trong đồ thị đều có xu hướng tăng theo nhiệt độ, tuy nhiên tùy thuộc vào đặc tính của từng loại cáu cặn mà độ dày của cáu bám trên ống kim loại có sự khác nhau Cáu Magieum phosphate đóng dày trên ống kim loại nhanh hơn so với cặn Sodiumaluminium silica Trong khi đó, cặn calcium phosphate đạt độ dày cực đại khi đóng trên ống kim loại tại nhiệt độ

khoảng 400C, oxit sắt từ hình thành và bám nhiều trên ống kim loại ở khoảng nhiệt

độ từ 50 - 900C

1.1.2.3 Do xả đáy không hợp lý

Xả đáy là một giải pháp bắt buộc phải thực hiện nhằm loại bỏ các tạp chất lơ lửng của nước lò ra khỏi thiết bị nhờ vào ống xả đáy Mỗi lần xả đáy hệ thống mất một lượng nhiệt và nước nhất định, tuy nhiên nếu xả không hợp lý thì mục đích xả đáy

sẽ không đạt và làm tổn hao chi phí

1.1.2.4 Do bề mặt truyền nhiêt bị đóng cáu cặn

Nước trong tự nhiên chứa nhiều tạp chất, các ion muối khoáng và các chất khác, khi nguồn nước này được chọn để cấp vào lò hơi nhưng không qua các quy trình xử lý thích hợp sẽ gây ra các cáu cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt của lò hơi Lớp cáu cặn này có khả năng truyền nhiệt rất kém, vì vậy gây cản trở khả năng truyền nhiệt

từ ống lò vào trong môi chất (nước) Đối với môi trường bên trong lò hơi, trong thời gian lò vận hành, với điều kiện nhiệt độ và áp suất làm việc luôn cao thì xu hướng hình thành cáu cặn trong nước càng diễn ra nhanh hơn, tạo các muối kết tinh và các cặn kết tủa Các cặn: CaCO3, MgCO3, CaSO4, CaSiO3, Fe(OH)3 thường xuất hiện trong lò hơi

Hình 1.8 mô tả sự chênh lệch nhiệt độ để chuyển một lượng nhiệt giống nhau giữa

02 ống kim loại, đối với ống có cáu cặn bám dày, nhiệt độ cần thiết để chuyển cùng một lượng nhiệt đã tăng rất cao so với ống không bị dính bám cáu cặn

Hình 1.8 Ảnh hưởng của mồ hóng và cáu cặn lên bề mặt truyền nhiệt

Nguồn Technical manual, 1989, Central boiler plants

Nhiên liệu tăng lên do cáu cặn làm cho tải lượng phát thải các khí ô nhiễm vào môi trường cũng tăng theo

Mồ hóng và các muội than trong nhiên liệu sản sinh trong quá trình đốt bám trên bề mặt cũng làm tăng nhiêt độ khói thải dẫn đến tổn thất nhiệt do khói thải mang theo Nhiệt độ khói thải cao làm ảnh hưởng đối với các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh, đối với nhiên liệu không chứa lưu huỳnh (như LPG và LNG) nhiệt độ đọng sương gần

500C, nhưng nếu có 1% S thì nhiệt độ tăng lên 1300C, và cứ tăng thêm 1% S thì nhiệt

độ đọng sương tăng lên 100C, hình thành axit sulfuric và axit sulfurơ gây ăn mòn thiết

bị cũng như làm ô nhiễm môi trường

1.1.2.5 Do bức xạ nhiệt trên bề mặt thiết bị với môi trường ngoài

Trong quá trình hoạt động, nhiệt độ trên bề mặt thiết bị lò hơi luôn cao hơn nhiệt độ môi trường, vì vậy trên bề mặt thiết bị xảy ra sự tỏa nhiệt, mất nhiệt do tỏa nhiệt càng cao khi bảo ôn lò và đường ống kém

1.1.2.6 Do vận hành

Trong quá trình đưa nhiên liệu vào lò và chọc ghi đối với lò than, hàm lượng bụi vào môi trường tăng cao Đối với lò hơi đốt than thủ công, tro từ buồng đốt sẽ được rơi tự do qua ghi xuống hộp chứa tro, sau đó tro sẽ được cào ra theo các cửa lấy tro Hàm lượng bụi trong môi trường xung quanh thường cao trong thời điểm này, và thường phát tán theo gió bay xung quanh khu vực làm việc

1.1.2.7 Do các yếu tố liên quan đến cấu tạo thiết bị

Kích thước buồng lửa có ảnh hưởng đến khả năng cháy của nhiên liệu, đối với lò hơi ống nước ghi cố định và đốt dạng thủ công, xung quanh buồng lửa là các ống nước, cấu trúc của ghi lò nếu có khe hở quá lớn sẽ làm cho nhiên liệu cháy chưa hết lọt qua khỏi ghi rơi xuống hộp tro xỉ, khe hở quá nhỏ thì không khí không cung cấp

đủ cho sự cháy Tuy nhiên đây là yếu tố tổn thất nhiên liệu không tránh khỏi đối với loại lò kiểu như trên

1.1.2.8 Các sự cố rủi ro trong cháy nổ

Sự cố lò hơi cháy nổ là do áp suất bên trong lò hơi tăng lên quá cao vượt khỏi mức

an toàn trong thiết kế mà hệ thống chịu được Ngoài ra, đối với các lò hơi đốt dầu

và đốt khí, việc lưu trữ các loại nhiên liệu này phải được tuân thủ theo đúng các yêu cầu kỹ thuật và các yêu cầu an toàn tránh các sự cố cháy nổ tạo nhiều chất độc hại, nguy hiểm đến tính mạng của người lao động và cơ sở vật chất tại nơi làm việc

1.2 NHẬN XÉT CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU

1.2.1 Nhận xét chung

Hoạt động của lò hơi tạo nhiều chất thải bao gồm khí thải và nhiệt thải, làm tiêu tốn một khoản chi phí vận hành không thấp, vì vậy tối ưu hóa trong việc sử dụng nhiệt chính là cách để tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường, cân bằng nhiệt góp phần xác định được những tổn thất nhiệt có thể và không thể tránh khỏi, xác định nguyên nhân chính xác sẽ giúp cho chương trình kiểm soát được thực hiện hiệu quả để kiểm soát ô nhiễm môi trường và thất thoát nhiên liệu Các nguyên nhân làm tổn thất năng lượng được trình bày ở bảng 1.3

Bảng 1.3 Mối liên hệ giữa các loại tổn thất và nguyên nhân gây ra tổn thất năng lượng

Q2 Nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa, đặc biệt, nếu như

đường ống bị đóng nhiều mồ hóng và cáu cặn làm tăng nhiệt trở, nhiệt độ của khói thải tăng và q2 tăng

Q3 Nhiệt độ cháy trong buồn lửa và hệ số không khí thừa, đặc

1.2.2 Đề xuất hướng nghiên cứu

Trong phạm vi đề tài, tác giả sẽ quan tâm đến các giải pháp tiết kiệm năng lượng, cụ thể là tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường hiện đang được áp dụng tại Việt Nam, tùy thuộc vào từng điều kiện của mỗi doanh nghiệp mà việc lựa chọn giải pháp tiết kiệm là khác nhau Trong số các giải pháp tiết kiệm năng lượng, tác giả mong muốn đánh giá sơ bộ hiệu quả của từng giải pháp và từ đó lựa chọn giải pháp tiết kiệm năng lượng khả thi nhất để đánh giá chi tiết hơn

Việc đánh giá các giải pháp là một hình thức để người sử dụng thiết bị có nhiều thông tin trong quá trình đưa ra quyết định lựa chọn giải pháp thích hợp Mỗi ngành công nghiệp có có xu hướng lựa chọn từng loại lò hơi khác nhau, do đó cấu tạo của mỗi lò sẽ có những giải pháp kỹ thuật phù hợp để giải quyết bài toán về tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường

Tuy nhiên, xét toàn diện, các nguyên nhân dẫn đến 02 vấn đề trên thuộc 02 nhóm: (i) nhóm do yếu tố vận hành (ii) nhóm do yếu tố thiết bị Đối với nhóm thứ hai, các yếu tố thay đổi để làm giảm các tổn thất nhằm tiết kiệm nhiên liệu và môi trường khó có thể thực hiện, ví dụ: do cấu trúc buồng đốt, do cấu tạo của ghi, do đầu đốt Đối với nhóm này, muốn cải tiến chỉ có giải pháp cải tiến hoặc thay thế mới thiết bị Đối với các nguyên nhân phát sinh trong nhóm 1, điểm quan trọng là xác định các điểm sai trong vận hành để sửa chửa và điều chỉnh Vì vậy, tập trung vào nhóm này, các giải pháp đưa ra cũng mang tính khả thi hơn, một cải tiến dù nhỏ cũng có thể mang lại hiệu quả lớn Trong những giải pháp đưa ra, đề tài này chỉ có thể chọn được 01 giải pháp về đánh giá giải pháp kiểm soát cáu cặn đối với tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường Đây là một giải pháp không khó về mặt lý thuyết, nhưng trên thực tế giải pháp này chưa mang lại hiệu quả cao do năng lực vận hành và nhận thức của doanh nghiệp Thực tế cũng cho thấy, nhiều doanh nghiệp không chịu đầu

tư chi phí trong suốt quá trình vận hành và chấp nhận mua lò mới ngay cả trong điều kiện lò cũ hoạt động trong tình trạng thiếu an toàn