Tính toán xây dựng hệ thống đồng phát nhiệt điện cho công ty dệt may (calculation and setting up a cogeneration unit for the textile company)

TÍNH TOÁN XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN CHO CÔNG TY DỆT MAY Luận văn này gồm 5 chương với những nội dung như sau: - Tìm hiểu về nhu cầu và hiện trạng năng lượng Việt Nam. - Giới thiệu hệ thống đồng phát. - Tìm hiểu hiện trạng phát triển công nghệ đồng phát ở nước ta và đối tượng áp dụng công nghệ đồng phát. - Nghiên cứu đề xuất sơ đồ hệ thống đồng phát cho công ty Dệt may. - Lựa chọn thông số và tính toán sơ đồ nhiệt: + Chọn kiểu tuabin và các thông số hơi từ nhà sản xuất. + Tính toán lưu lượng và thông số hơi + Tính toán hệ thống bơm cấp, bơm ngưng - Tính toán lựa chọn các thiết bị: + Chọn lò hơi và tính toán các thiết bị phụ trợ hệ thống lò hơi gồm: quạt hút, quạt ...gió, ống khói. + Tính toán các thiết bị: bình phân ly, bình gia nhiệt nước bổ sung. - Tính toán, so sánh hiệu quả chi phí năng lượng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ - BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

TÍNH TOÁN XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN CHO CÔNG TY DỆT MAY

(CALCULATION AND SETTING UP A COGENERATION UNIT FOR THE TEXTILE COMPANY)

TÍNH TOÁN XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN CHO

CÔNG TY DỆT MAY

Luận văn này gồm 5 chương với những nội dung như sau:

- Tìm hiểu về nhu cầu và hiện trạng năng lượng Việt Nam

- Giới thiệu hệ thống đồng phát

- Tìm hiểu hiện trạng phát triển công nghệ đồng phát ở nước ta và đối tượng áp dụng

công nghệ đồng phát

- Nghiên cứu đề xuất sơ đồ hệ thống đồng phát cho công ty Dệt may

- Lựa chọn thông số và tính toán sơ đồ nhiệt:

+ Chọn kiểu tuabin và các thông số hơi từ nhà sản xuất

+ Tính toán lưu lượng và thông số hơi

+ Tính toán hệ thống bơm cấp, bơm ngưng

- Tính toán lựa chọn các thiết bị:

+ Chọn lò hơi và tính toán các thiết bị phụ trợ hệ thống lò hơi gồm: quạt hút, quạt .gió, ống khói

+ Tính toán các thiết bị: bình phân ly, bình gia nhiệt nước bổ sung

- Tính toán, so sánh hiệu quả chi phí năng lượng

Trang bìa i

Nhiệm vụ luận văn ii

Nhận xét giáo viên hướng dẫn iii Nhận xét giáo viên phản biện v Lời cảm ơn vii Tóm tắt luận văn viii Mục lục ix Danh sách hình vẽ xii Danh sách bảng biểu xiv Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN 1

1.1 Nhu cầu và hiện trạng năng lượng trong công nghiệp 1

1.1.1 Điện năng 2

1.1.2 Nhiệt năng 4

1.1.3 Vấn đề phát thải trong sản xuất năng lượng 6

1.1.4 Cơ hội phát triển công nghệ đồng phát 7

1.2 Khái niệm về Đồng phát 8

1.3 Ưu điểm của Đồng phát 10

1.4 Hiện trạng công nghệ Đồng phát ở Việt Nam 11

1.4.1 Ngành công nghiệp mía đường 11

1.4.2 Khu công nghiệp quy mô lớn – Formosa 14

1.4.3 Nhà máy giấy Bãi bằng 15

Chương 2 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT 17

2.1 Đối tượng áp dụng 17

2.1.1 Tổng quan về Công ty Dệt may A 18

2.2.1 Tình hình sử dụng và cung cấp nhiệt năng 20

2.2.2 Tình hình sử dụng và cung cấp điện năng 25

2.3 Đề xuất phương án Đồng phát nhiệt điện 27

2.3.1 Các phương án đề xuất 27

2.3.2 Lựa chọn sơ đồ hệ thống Đồng phát cho Công ty Dệt may A 30

Chương 3 LỰA CHỌN THÔNG SỐ VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT 32

3.1 Thông số hơi ban đầu 32

3.2 Thông số hơi sau tuabin và hơi trích 35

3.3 Xác định trạng thái hơi nước trong các tầng tuabin, xây dựng trạng thái……

… làm việc của hơi trên giản đồ I_s 36

3.4 Xác định lưu lượng các dòng hơi 38

3.4.1 Lưu lượng hơi tại cửa trích 1 38

3.4.2 Lưu lượng hơi phân ly từ cửa trích 1 39

3.5 Công suất điện của tổ máy 40

3.6 Tính lưu lượng các dòng phụ 41

3.7 Công suất bơm 43

3.7.1 Bơm cấp 43

3.7.2 Bơm ngưng 44

3.8 Xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của sơ đồ nhiệt 45

3.9 Xác định kích thước các ống dẫn chính 46

3.9.1 Đoạn ống dẫn hơi từ lò hơi đến tuabin và từ tuabin đến các thiết

bị trao đổi nhiệt cho nhu cầu sấy, nhuộm, định hình vải 47

3.9.2 Đoạn ống dẫn nước ngưng chính 47

3.9.3 Đoạn ống dẫn nước cấp 48

Chương 4 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ 50

4.1 Lò hơi 50

4.2 Tính toán một số thiết bị phụ trên đường cấp không khí và thải khói của………

….lò hơi…… 52

4.2.1 Tính toán quá trình cháy 52

4.2.2 Tính toán công suất quạt và kích thước ống khói 58

4.3 Kích thước thiết bị gia nhiệt nước bổ sung bằng nước xả lò 60

4.4 Tính chọn kích thước bình phân ly 62

4.4.1 Bình phân ly PL1 62

4.4.2 Bình phân ly PL2 65

Chương 5 TỔNG KẾT 67

5.1 Kết quả lựa chọn và tính toán phương án Đồng phát 67

5.2 So sánh hiệu quả năng lượng 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

Hình 1.1 Các lĩnh vực sử dụng năng lượng ở Việt Nam giai đoạn 2010 – 2030, Đơn

Hình 1.2 Biểu đồ nguồn cung điện Việt Nam [10] 3

Hình 1.3 Biểu đồ công suất nguồn điện cả nước 2016-2018 [10] 3 Hình 1.4 Sơ đồ cơ bản hệ thống hơi nước 5

Hình 1.5 Phát thải khí nhà kính năm 2010 và dự báo tới năm 2020 và 2030 (Kịch ……… bản thông thường BAU) và mục tiêu 2030 [8] 6

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống đồng phát 8

Hình 1.7 Hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống đồng phát [12] 10

Hình 1.8 Quy trình sản xuất của nhà máy mía đường [15] 11

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý, tổ máy VN-1 14

Hình 2.1 Quy trình công nghệ xưởng dệt nhuộm 19

Hình 2.2 Máy nhuộm vải 20

Hình 2.3 Máy sấy vải 21

Hình 2.4 Máy căng kim định hình vải 21

Hình 2.5 Lò hơi nhà máy dệt A (chụp tại hiện trường) 22

Hình 2.6 Hình ảnh và sơ đồ nguyên lý hoạt động lò dầu tải nhiệt 23

Hình 2.7 Tuabin đối áp 28

Hình 2.8 Tuabin ngưng hơi có cửa trích 29

Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống Đồng phát 30

Hình 3.1 Đồ thị t-s thể hiện quá trình tăng nhiệt độ 32

Hình 3.2 Đồ thị thể hiện quá trình tăng áp suất 33

Hình 3.3 Thông số ban đầu kết đôi [21] 34

Hình 3.4 Mặt cắt tuabin đối áp có cửa trích điều chỉnh 35

Hình 3.6 Trao đổi nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt TĐN1 38

Hình 3.7 Bình phân ly PL1 39

Hình 3.8 Trao đổi nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt TĐN2 40

Hình 3.9 Các dòng hơi phụ 41

Hình 3.10 Bình phân ly PL2 42

Hình 3.11 Ví dụ bố trí bơm cấp 44

Hình 3.12 Ví dụ bố trí bơm ngưng 45

Hình 3.13 Các thông số cơ bản của hệ thống 48

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống lò hơi tầng sôi tuần hoàn 50

Hình 4.2 Sơ đồ mặt cắt ngang lò hơi đề xuất 51

Hình 4.3 Nguyên lý hoạt động bình gia nhiệt nước bổ sung 61

Hình 4.4 Trao đổi nhiệt bình gia nhiệt nước bổ sung 61

Hình 4.5 Biểu đồ chọn bình phân ly (Spirax Sarco) 63

Hình 4.6 Thông số kích thước bình phân ly PL1 64

Bảng 1.1 Tỷ lệ nhiệt năng/điện năng cùng một số thông số kỹ thuật khác [6] 9

Bảng 2.1 Thông tin chung về công ty dệt may A 18

Bảng 2.2 Bảng thông số kỹ thuật lò hơi tầng sôi 23

Bảng 2.3 Bảng thông số kỹ thuật lò dầu tải nhiệt 25

Bảng 2.4 Tổng kết điện năng tiêu thụ của công ty 26

Bảng 3.1 Vật liệu ứng với nhiệt độ hơi [21] 33

Bảng 3.2 Tiêu chuẩn tuabin Hitachi 34

Bảng 3.3 Các kết quả chính 49

Bảng 4.1 Thành phần than cám [12] 52

Bảng 4.2 Enthalpy của khói thải và khói trong buồng lửa theo nhiệt độ 54

Bảng 4.3 Các tổn thất nhiệt và hiệu suất lò hơi 57

Bảng 5.1 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 67

Bảng 5.2 Bảng so sánh chi phí năng lượng 68

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN

1.1 Nhu cầu và hiện trạng năng lượng trong công nghiệp

Năng lượng là một ngành kinh tế quan trọng và cơ bản của một quốc gia Việc phát triển ngành năng lượng kéo theo hàng loạt các công nghiệp khác như cơ khí, sản xuất vật liệu xây dựng Nhiều lĩnh vực có nhu cầu rất cao về điện năng và nhiệt năng như luyện kim, gia công kim loại, chế biến thực phẩm, hoá chất, dệt Một nền kinh tế càng phát triển thì càng cần nhiều năng lượng Thông qua chỉ số tiêu thụ năng lượng bình quân theo đầu người, có thể phán đoán trình độ phát triển kinh tế, kỹ thuật và văn hoá của một quốc gia

Trong những năm gần đây, Việt Nam đã đạt được nhiều thành tựu về kinh tế trong quá trình hội nhập với thế giới Sự tăng trưởng kinh tế liên tục với tốc độ cao giúp cải thiện mức sống của người dân nước ta cũng làm nhu cầu sử dụng năng lượng tăng lên,

dự kiến tới 8,1-8,7% trong giai đoạn 2001-2020 Trong lĩnh vực công nghiệp, nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng nhanh: từ 4,36 triệu tấn dầu quy đổi - TOE (2000) lên 16,29 triệu TOE (2010); 23,74 triệu TOE (2015) và đến 33,12 triệu TOE (2020) [9]

Hình 1.1 Các lĩnh vực sử dụng năng lượng ở Việt Nam giai đoạn 2010 – 2030, Đơn

vị: KTOE [9]

Hình 1.1 cho thấy tình hình sử dụng năng lượng ở các lĩnh vực tại Việt Nam (2010

-2030), trong đó công nghiệp và giao thông vận tải là những lĩnh vực tiêu tốn nhiều năng lượng Năm 2015, tổng năng lượng tiêu thụ toàn quốc của Việt Nam là khoảng 65 triệu TOE Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn đến 2050 đề

ra mục tiêu phấn đấu đảm bảo cung cấp năng lượng cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2020 đạt khoảng 100-110 triệu TOE năng lượng sơ cấp, khoảng 310-320 triệu TOE vào năm 2050

Tuy nhiên, một trong những lí do khiến tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng là hiệu quả sử dụng năng lượng của Việt Nam còn thấp Hiện nay, để tạo ra 1000USD GDP, Việt Nam phải tiêu tốn 600kg dầu tương đương Con số này hiện đang cao gấp 1,5 lần

so với Thái Lan và gấp 2 lần mức bình quân của thế giới Như vậy, năng lượng bao gồm điện năng và nhiệt năng là lĩnh vực đang rất được quan tâm ở nước ta hiện nay với những

cơ hội phát triển và thách thức không nhỏ

1.1.1 Điện năng

Trong ngành năng lượng, điện năng chiếm phần lớn trong nhu cầu năng lượng,

theo báo cáo của EVN, cùng với sự phát triển của các ngành kinh tế quốc dân, ngành năng lượng, điện lực đã có bước phát triển nhanh, về cơ bản đảm bảo nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế - xã hội Tiêu thụ điện trong những năm gần đây tăng với tốc độ cao, bình quân 12,04 %/năm trong giai đoạn 2003-2018, điện thương phẩm năm

2018 đạt 192,1 tỷ kWh, tăng 5,5 lần so với năm 2003 (34,9 tỷ kWh) [13]

Theo dự báo từ nay đến năm 2030, nhu cầu sử dụng điện sẽ tiếp tục tăng trưởng ở mức cao Trong bối cảnh nền kinh tế nước ta đang chuẩn bị các điều kiện bước vào giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa, ngành điện cần phải đảm bảo sản xuất 265-278 tỷ kWh vào năm 2020 và khoảng 572-632 tỷ kWh vào năm 2030 [13]

Biểu đồ hình 1.2 thể hiện tình hình nguồn cung điện và dự phóng theo Quy hoạch

điện VII cho thấy nhu cầu điện tăng mạnh trong giai đoạn 2015 đến 2030, tăng trưởng mạnh mẽ về quy mô và có sự chuyển dịch trong cơ cấu tiêu thụ do ảnh hưởng sự phát triển của nhóm khách hàng công nghiệp, xây dựng Mức phụ tải đỉnh (nhu cầu điện cao nhất trong một giờ) năm 2014 đã lên đến 22GW, tăng gấp 2,5 lần trong vòng 10 năm

Hình 1.2 Biểu đồ nguồn cung điện Việt Nam [10]

Tuy nhiên tính tới hết năm 2018, công suất nguồn điện tại Việt Nam chậm hơn với

kế hoạch như thể hiện ở biểu đồ hình 1.3

Hình 1.3 Biểu đồ công suất nguồn điện cả nước 2016-2018 [10]

Trong các năm 2021-2023, dự đoán hệ thống điện sẽ không đáp ứng nhu cầu điện

và nhiều khả năng xảy ra tình trạng thiếu điện tại miền Nam

Tình trạng thiếu điện miền Nam có thể tăng cao hơn hoặc kéo dài ra cả giai đoạn đến 2025 do phụ tải tăng trưởng cao, cùng với đó lượng nước về các hồ thủy điện kém hơn trung bình nhiều năm; Nguồn khí Lô B, khí Cá Voi Xanh chậm tiến độ và Các dự

án nguồn điện mới tiếp tục bị chậm tiến độ so với cập nhật hiện nay (mỗi dự án nhiệt điện than 1.200 MW tại miền Nam bị chậm tiến độ sẽ làm mức độ thiếu điện tại miền Nam tăng thêm từ 7,2-7,5 tỷ kWh/năm) [10]

Từ năm 2026 - 2030, nếu tiến độ các nguồn điện đáp ứng như dự kiến thì việc cung ứng điện may ra mới được cải thiện

Như vậy có thể thấy việc đảm bảo cung ứng điện toàn toàn quốc trong thời gian tới sẽ có nhiều rủi ro mà EVN đã chỉ ra được nguyên nhân chính như: các nguồn điện

đã được khởi công xây dựng để đưa vào vận hành trong 5 năm tới rất thấp so với yêu cầu tại Quy hoạch điện VII điều chỉnh

Cụ thể theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh trong 5 năm 2018-2022, tổng công suất các nguồn điện dự kiến đưa vào vận hành là 34864 MW, trong đó nhiệt điện là 26000

MW Thực tế hiện nay chỉ có 7 dự án NĐ than/760 MW đã được khởi công và đang triển khai xây dựng Như vậy, còn trên 18000 MW/26000 MW các dự án nhiệt điện than

dự kiến vào vận hành trong 5 năm tới nhưng đến nay chưa được khởi công xây dựng và

sẽ ảnh hưởng rất lớn đến việc cung ứng điện các năm tiếp theo [11]

Có thể thấy Việt Nam đang là một trong những nước tiêu thụ điện nhiều nhất Đông Nam Á và giá điện tăng trong thời gian tới là tất yếu Từ hiện trạng và nhận định trên, việc gia tăng hiệu quả trong sử dụng và sản xuất điện là rất cần thiết, cần có những biện pháp và hướng đi đúng đắn để ngành điện Việt Nam có thể phát huy hết tiềm năng

và đáp ứng nhu cầu trong tương lai

1.1.2 Nhiệt năng

Nhiệt năng là một dạng năng lượng không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực sản xuất như: nhà máy giấy, chế biến thực phẩm, dệt may, mía đường, ngành nhựa – chất dẻo, dược phẩm, Chi phí sản xuất nhiệt năng chiếm tỷ trọng lớn trong tổng chi phí sản xuất của nhà máy, do vậy việc sản xuất và sử dụng hiệu quả nhiệt năng ở các nhà máy này rất quan trọng Ví dụ như trong ngành dệt may, một ngành công nghiệp trọng điểm, đồng

thời là mũi nhọn về xuất khẩu của nước ta, tiêu hao nhiệt trên đơn vị sản phẩm còn khá cao do bởi còn nhiều lãng phí trong quá trình sản xuất Nếu áp dụng những phương pháp tiết kiệm năng lượng một cách đồng bộ, doanh nghiệp dệt may có thể giảm được khoảng 20% chi phí năng lượng cho sản xuất mà trong đó tối ưu hóa hệ thống lò hơi là một giải pháp được quan tâm

Hình 1.4 là một sơ đồ hệ thống hơi nước tổng quát trong công nghiệp

Hình 1.4 Sơ đồ cơ bản hệ thống hơi nước

Thiết bị lò hơi với nhiệm vụ chủ yếu là sản xuất hơi nước cho các nhu cầu về sấy, gia nhiệt, nấu, thanh trùng và đôi khi là cả nhu cầu phát điện trong các nhà máy sử dụng công nghệ đồng phát Để tiết kiệm năng lượng, thiết bị lò hơi được ưu tiên sử dụng là các lò hơi có hiệu suất cao, công suất phù hợp tránh tình trạng non tải, đồng thời phải được vệ sinh định kỳ không để bám cáu cặn trong lò Bên cạnh đó cần bố trí, lắp đặt đường ống hơi hợp lý, giảm thất thoát nhiệt trong quá trình phân phối hơi

Các lò hơi ở Việt Nam có dải công suất từ nhỏ đến lớn, nhưng đa số còn có hiệu suất nhiệt thấp nên suất tiêu hao nhiên liệu cao và lượng khí độc hại phát thải vào môi trường lớn Vì vậy, việc nâng cao hiệu suất, tiết kiệm năng lượng đối với lò hơi nói riêng

cũng như hệ thống cung cấp nhiệt nói chung được các doanh nghiệp quan tâm, nhất là khi hiện nay giá nhiên liệu có xu hướng ngày càng tăng

1.1.3 Vấn đề phát thải trong sản xuất năng lượng

Có thể thấy điện năng và nhiệt năng chiếm tỷ trọng rất lớn, có vai trò quyết định trực tiếp đến sự phát triển của ngành năng lượng Việt Nam qua đó giúp cho nền kinh tế Việt Nam đi lên, nhưng song song đó ô nhiễm môi trường cũng đang là một trong những vấn đề mà ngành năng lượng Việt Nam đang phải đối mặt và cần phải tìm cách hạn chế

Với tiềm năng kinh tế lớn cùng sự gia tăng rất nhanh chóng và vai trò chủ đạo của

ngành năng lượng trong phát thải quốc gia được thể hiện ở hình 1.5, để tăng sức cạnh

tranh của các sản phẩm và dịch vụ của nước ta, giảm lượng khí phát thải, cụ thể hóa các giải pháp phát thải khí nhà kính, vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đang được quan tâm ở nhiều cấp độ khác nhau

Hình 1.5 Phát thải khí nhà kính năm 2010 và dự báo tới năm 2020 và 2030 (Kịch

bản thông thường BAU) và mục tiêu 2030 [9]

Việt Nam đã và đang huy động những nguồn lực trong nước và quốc tế nhằm hỗ trợ cho phát triển điện lực, đảm bảo cung cấp đủ điện với chất lượng ngày càng cao, giá điện hợp lý cho phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Trong đó tập trung tối ưu hóa

việc sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên năng lượng cũng như thúc đẩy việc sử dụng năng lượng sạch, năng lượng tái tạo, thay đổi từ mô hình điện tập trung cho đến mô hình điện phân bố

1.1.4 Cơ hội phát triển công nghệ đồng phát

Như vậy, trong bối cảnh kinh tế Việt Nam đang tăng trưởng nhanh, đòi hỏi nhu cầu năng lượng ngày càng lớn, để đảm bảo cung cấp năng lượng tin cậy và tối ưu hóa việc sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên năng lượng Việt Nam cần phát huy cao nhất mức độ sử dụng năng lượng hiệu quả

Vì công nghệ có nhu cầu năng lượng đa dạng, những phương pháp gia tăng hiệu suất năng lượng của các ngành công nghiệp rất là đa dạng Trong đó đồng phát đang là một trong những phương pháp gia tăng hiệu suất năng lượng, giảm mức độ phát thải đáng chú ý và cần được phát triển nhất Đối với một nhà máy công nghiệp khi hoạt động cần cả điện và nhiệt năng (dưới dạng nhiệt) cùng một lúc Thông thường, nhà máy công nghiệp có hợp đồng cung cấp điện với một công ty năng lượng để cung cấp một lượng điện nhất định cho nhà máy Có nhiều loại hợp đồng cung cấp điện khác nhau, nhưng nói chung một nhà máy công nghiệp trả một chi phí nhất định cho lượng điện mua từ lưới điện Điện cung cấp cho lưới điện từ các nhà máy điện trung tâm hoạt động trên cơ

sở chu trình Rankine điển hình với hiệu suất nhiệt 35-42% Điều này có nghĩa là có một lượng lớn tổn thất năng lượng vào môi trường xung quanh (thông qua tháp làm mát, nước sông, …) tại khu vực phát điện Nhà máy công nghiệp cũng mua nhiên liệu từ một công ty năng lượng để vận hành nồi hơi hoặc các thiết bị gia nhiệt quá trình cháy trực tiếp để đáp ứng nhu cầu nhiệt của nó

Ở hệ thống đồng phát, một nhà máy công nghiệp với một hệ thống hơi nước có thể vận hành một chu trình đỉnh, trong đó nó tạo ra điện thông qua một tua bin hơi nước và sau đó sử dụng hơi thoát đáp ứng các nhu cầu nhiệt của các quá trình Hiệu suất nhiệt chung của hệ thống đồng phát nhiệt điện đó có thể là 70% hoặc cao hơn Đây là lý do chính để thực hiện các cơ hội tối ưu hóa đồng phát trong các hệ thống công nghiệp Có thể có một số lượng đáng kể tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm chi phí bao gồm một cấu hình cung cấp điện có độ tin cậy cao với đồng phát nhiệt điện trong các nhà máy công nghiệp

1.2 Khái niệm về đồng phát

Hệ thống đồng phát (hay còn gọi là: Nhiệt Điện kết hợp), trong thực tế còn dùng

trực tiếp từ tiếng Anh – Cogeneration, là hệ thống cung cấp đồng thời cả năng lượng điện và nhiệt, và đôi khi cả năng lượng cơ học, trong một hệ thống tích hợp duy nhất

Hình 1.6 là một ví dụ về hệ thống đồng thời phát điện và cấp nhiệt tập trung với đầy đủ

các hệ thống xử lí chất phát thải đảm bảo tiêu chuẩn về môi trường

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống đồng phát

Theo sơ đồ trên, đây là công nghệ biến đổi năng lượng từ các nguồn phế thải sinh khối như bã mía, trấu, mùn cưa, gỗ vụn… để cung cấp năng lượng chạy lò hơi, sau đó hơi nước từ lò hơi được dùng chạy tuabin phát điện (thường là tuabin đối áp, tuabin ngưng hơi có cửa trích) Phần hơi nước sau khi ra khỏi tuabin phát điện vẫn còn một phần nhiệt năng sẽ được dùng để cấp cho các hộ tiêu thụ nhiệt như: lò nấu, lò sưởi… để phục vụ mục đích công nghiệp

Các hệ thống đồng phát có thể được chia thành ba loại kích thước cơ bản: hệ thống nhỏ có công suất dưới 50 kW, phù hợp với nhà ở một mặt bằng; hệ thống trung bình 50-

500 kW, phù hợp cho các doanh nghiệp vừa (bệnh viện, khách sạn, căn hộ, nhà hàng và trung tâm giải trí); và các hệ thống lớn lớn hơn 500 kW và phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp lớn [6]

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn hệ thống đồng phát phù hợp, một số thông

số cụ thể cần lưu ý là:

● Tỷ lệ nhiệt năng/điện năng

● Chất lượng năng lượng nhiệt cần thiết

● Nguồn nhiên liệu sử dụng

sẽ được lắp đặt (Bảng 1.1) Tỷ lệ nhiệt năng/điện năng được định nghĩa là tỷ lệ năng

lượng nhiệt so với điện theo yêu cầu của cơ sở tiêu thụ Trong nhiều tài liệu người ta còn dùng giá trị nghịch đảo của nó (Công suất điện/Công suất nhiệt), gọi là chỉ số đồng phát (Cogeneration Index)

Bảng 1.1 Tỷ lệ nhiệt năng/điện năng cùng một số thông số kỹ thuật khác [6]

Có thể thấy, hệ thống đồng phát tuabin hơi nước có thể cung cấp một phạm vi tỷ

lệ nhiệt năng/điện năng lớn

1.3 Ưu điểm của Đồng phát

Trong các nhà máy điện thông thông thường, nhiệt năng còn dư sau khi chạy tuabin thường không được sử dụng, hầu hết thải ra môi trường, hiệu suất của các nhà máy này thường vào khoảng 40-55% Trong khi đó, hệ thống đồng phát tận dụng một cách hiệu quả nhiệt năng dư này một cách trực tiếp nên tổng hiệu suất của hệ thống đồng phát lớn hơn nhiều so với hệ thống nhiệt, điện riêng lẻ, hiệu suất hệ thống này đạt tới 75-95%

(như minh họa ở hình 1.7)

Hình 1.7 Hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống đồng phát [12]

Như đã thấy, hiệu suất của các hệ thống nhiệt, điện riêng lẻ không cao, hiệu quả

sự dụng nhiên liệu thấp, hao phí năng lượng lớn, dẫn đến lượng phát thải cao trong khi các lượng tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt cùng với sự biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính ngày càng tăng Đồng phát là hệ thống hiệu quả

về kinh tế, giúp giảm mức phát thải, tiết kiệm nhiên liệu, thông qua đó còn giúp giảm bớt chi phí cho quá trình vận chuyển, lưu trữ nhiên liệu, tăng tuổi thọ thiết bị ( giảm hao mòn)

Ngoài ra, do có thể tự cung cấp điện nên khi vào giờ cao điểm hoặc do sự cố dẫn đến mất nguồn điện cung cấp cho sản xuất, hệ thống Đồng phát giúp đảm bảo nguồn điện được duy trì liên tục, ổn định cho khu vực đó

Như vậy, công nghệ đồng phát cung cấp một nguồn năng lượng ổn định và hiệu quả cao Đồng phát làm giảm mức phát thải và tận dụng các sản phẩm thải được đưa vào sử dụng sản xuất, làm giảm sự phụ thuộc vào mạng điện lưới quốc gia và tăng độ

an toàn, ổn định của nguồn điện Và là giải pháp cung cấp năng lượng điện và nhiệt được ứng dụng để có thể cải thiện cả về mặt kinh tế và môi trường

1.4 Hiện trạng công nghệ đồng phát ở Việt Nam

Ở Việt Nam, công nghệ đồng phát đã đươc ứng dụng trong các nhà máy công nhiệp quy mô vừa và lớn, điển hình như ngành công nghiệp Mía đường, khu công nghiệp Formosa-Nhơn Trạch-Đồng Nai, nhà máy giấy Bãi Bằng,…

1.4.1 Ngành công nghiệp mía đường

Ngành công nghiệp mía đường hiện nay có vai trò quan trọng đối với Việt Nam Ngành mía đường đã từ khá lâu sử dụng phụ phẩm để sản xuất nhiệt, điện, và thực sự là một trong những ngành đi đầu trong sản xuất năng lượng tái tạo tại Việt Nam Hiện nay

có 41 nhà máy mía đường tiêu thụ 155,000 tấn mía/ngày [15] , tạo nên lượng bã mía dư

thừa lớn trong quy trình luyện đường thô (Hình 1.8)

Hình 1.8 Quy trình sản xuất của nhà máy mía đường [15]

Bã mía được tận dụng để làm nguyên liệu đốt lò hơi, tạo hơi cho tuabin từ đó hơi trích từ tuabin hầu hết được dẫn vào chạy công nghệ nhà máy mía đường, phần còn lại đưa bình khử khí Hơi sau khi được sử dụng cho công nghệ của nhà máy sẽ được đưa

về bồn chứa, tại đây sẽ có các công nghệ xử lý lượng đường và các chất bẩn khác trong nước rồi được đưa đi bổ sung vào lò hơi tiếp tục hệ thống tuần hoàn nhiệt

Nhìn chung, quy trình sản xuất đường khá đơn giản, không đòi hỏi nhiều kỹ thuật cao, phức tạp so với các mặt hàng khác So với thế giới thì Việt Nam có công nghệ sản xuất đường tương đương về chất lượng đường Tuy nhiên quy mô và chất lượng thiết bị

và khả năng tiết kiệm nhiên liệu thì kém hơn Vì vậy, nhiều nhà máy đã đầu tư phát hệ thống đồng phát để tăng hiệu quả sản xuất, điển hình như:

- Công ty cổ phần Mía đường Nhiệt điện Gia Lai, hiện nay nhà máy có công suất

ép 6000 tấn mía nguyên liệu/ngày, tương đương 1200000 tấn mía/năm Trong vụ

ép năm 2015, công ty đã đầu tư 2,4 tỷ đồng để lắp đặt thêm 1 lò hơi cao áp 22,5

MW với công suất 150 tấn/giờ để đốt hết lượng bã thừa cung cấp điện năng và

nhiệt năng cho toàn công ty, ngài ra còn phát điện lên điện lưới quốc gia [16]

Thành công của dự án không chỉ đem lại lợi nhuận cho doanh nghiệp mà còn góp phần nâng cao năng lực nguồn cho hệ thống, giải quyết tình trạng thiếu điện cục

bộ tại địa phương, tạo thêm công việc ổn định cho người dân trên địa bàn tỉnh AyunPa và các vùng lân cận; đảm bảo nguồn năng lượng đáp ứng nhu cầu phát

triển kinh tế - xã hội, đảm bảo an ninh quốc phòng trên địa bàn

- Công ty cổ phần Đường Ninh Hòa, công ty đang triển khai xây dựng nhà máy

nhiệt điện sử dụng bã mía tại xã Ninh Xuân, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa, công suất đạt 30 MW với tổng mức đầu tư trên 345 tỷ đồng Đến nay, đã bán được

cho EVN 5,56 triệu kWh với giá 603 đồng/kWh Nhà máy có hệ thống lò hơi công

suất 170 tấn hơi/giờ, áp suất 6,8 Mpa, một tua bin kiểu đối áp, máy phát điện công suất 30000 Kw và các hệ thống thiết bị trọn bộ đi kèm hệ thống đường dây 110

kV truyền tải dài 5km đấu nối với hệ thống điện lưới quốc gia [16]

- Công ty cổ phần Mía đường Thành Thành Công Tây Ninh, ngay từ khi xây dựng

từ năm 1995, Công ty cổ phần Mía đường Thành Thành Công Tây Ninh đã xác

định xây dựng hệ thống phát điện từ bã mía thay vì xử lý thô như hầu hết nhà máy đường thời đó

Từ khi đi vào hoạt động năm 1997 đến nay, cụm thiết bị lò hơi công suất 235 tấn hơi/giờ và hai tuabin phát điện tổng công suất 24.000 kW, là một trong những trung tâm đồng phát nhiệt điện hiện đại và lớn nhất Việt Nam Lượng điện bã mía của công chủ yếu phục vụ sản xuất đường, phần còn lại được đưa lên lưới điện quốc gia của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), mỗi ngày đơn vị này bán cho EVN khoảng 360000 kWh, cả vụ là 50000000 kWh, với giá bán điện cho EVN hiện tại là 5,8 cent/kWh [16]

Nhiều dự án khác cũng đang mở rộng như dự án Sơn Dương, Sơn La… Tính đến tháng 6/2018, đã có 9 nhà máy mía đường đầu tư công nghệ Đồng phát với tổng công suất lắp đặt đặt khoảng 351,6 MW [16]

Theo Hiệp hội Mía đường Việt Nam (VSSA), mỗi năm các nhà máy đường ép trên

15 triệu tấn mía, tương đương 4,5 triệu tấn bã mía Nếu lượng bã này được sử dụng và khai thác hiệu quả để phát điện sẽ tạo ra lượng điện tương đương 1,2 – 1,4 tỷ kWh Đây

là dự án năng lượng tái tạo, sử dụng bã mía để sản xuất điện, giải quyết ô nhiễm môi trường và cung cấp điện lên lưới quốc gia chủ yếu vào mùa khô (từ tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau), đồng thời tăng doanh thu cho doanh nghiệp và giải quyết việc làm cho người lao động

“Nếu có giải pháp đồng bộ, cơ chế khuyến khích, thực hiện tái cơ cấu hiệu quả thì đến năm 2030 Việt Nam sẽ có thể đạt 40 triệu tấn mía, sản xuất được 4,7 triệu MWh, tương ứng tổng công suất phát 1600 MW và lượng điện thương phẩm lên lưới có thể đạt 50-60% (2,8 triệu MWh), tương ứng công suất đấu nối vào lưới điện quốc gia 900MW " – ông Phạm Ngọc Doanh, Chủ tịch hiệp hội mía đường Việt Nam cho biết [16]

Theo Hiệp hội Mía đường Việt Nam điện sản xuất từ bã mía là nguồn năng lượng tái tạo nhiều tiềm năng Nguồn bã mía được sử dụng để phát điện sẽ đáp ứng đáng kể cho nhu cầu điện trong mùa khô, giảm áp lực cho các nhà máy thủy điện đang thiếu nước, đảm bảo tính an toàn và thuận lợi cho việc cấp điện tại khu vực nông thôn

1.4.2 Khu công nghiệp quy mô lớn – Formosa

Trong những năm gần đây, tại Việt Nam công nghệ Đồng phát được ứng dụng quy

mô lớn, như khu công nghiệp Formosa, Nhơn Trạch, Đồng Nai, với sản lượng điện:

2324516 MW/năm và sản lượng hơi nước 48 tấn/h gồm 3 tổ máy cung cấp ổn định hơi

và nước sản xuất cho các nhà máy nằm trong phân khu Formosa và các nhà máy khác trong Khu công nghiệp Nhơn Trạch III [17] Điện năng được cấp vào lưới điện nội bộ 110kV nối với trạm biến thế sau đó tải vào đường dây 22kV cung cấp điện cho các nhà máy, điện năng dư thừa sẽ được tải lên mạng điện lưới điện quốc gia qua đường biến

thế 220kV, được mô tả ở Hình 1.9

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý, tổ máy VN-1

Sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy nhiệt điện xác định nội dung chủ yếu của quá trình công nghệ biến đổi nhiệt năng thành điện năng trong nhà máy Bao gồm các thiết

bị nhiệt chính và phụ Hiện tại, nhà máy sử dụng than nhập khẩu từ Nga và Indonesia làm nguồn nhiên liệu đốt chính tại 3 tổ máy Than lưu trữ trong kho được chuyển tới máy nghiền than bằng băng tải kín

Than đạt yêu cầu được chứa trong phễu nằm phía trên và được đưa vào máy nghiền qua các máy cấp than Than sau khi nghiền được phân ly để đảm bảo kích cỡ hạt than

theo yêu cầu Các hạt thô sẽ được quay trở lại máy nghiền để tiếp tục giảm kích cỡ Than sẽ được đưa vào lò đốt thông qua hệ thống phun than và các van gió nóng sơ cấp vận chuyển để phun vào lò Các vòi phun phát thải NOx thấp được sử dụng để đáp ứng giới hạn phát thải NOx ra môi trường Buồng đốt NOx thấp có các nguồn cấp gió phân thành cấp 1, 2 thông qua phần mềm điều khiển 2 nguồn cấp gió này để có được nhiệt độ đốt thấp (khoảng 800 ÷ 1000oC)

Việc lắp đặt hệ thống Đồng phát cũng khuyến khích và thúc đẩy sự đầu tư của các công ty Đài Loan và thế giới về dệt , sợi hóa học, hóa phẩm vào khu công nghiệp Nhơn Trạch III Trình độ kỹ thuật ngành dệt và công nghiệp hóa sợi được cải thiện và nâng cấp, đồng thời góp phần thúc đẩy sự phát triển khu công nghiệp hóa phẩm đầu tiên và tiên tiến tại Việt Nam

1.4.3 Nhà máy giấy Bãi bằng

Nhà máy giấy Bãi Bằng tọa lạc tại thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ là một tổ hợp công nghiệp khép kín sản xuất bột, giấy, điện hơi, nước, hóa chất Với mục tiêu sản xuất theo hướng xanh, bền vững, nhiều năm qua, nhà máy luôn chủ động hoàn thiện cải tạo nâng cấp, đầu tư chiều sâu công nghệ nhằm tiết kiệm năng lượng

và sử dụng một cách hợp lý, hiệu quả nhất nguồn nguyên liệu trong nước

Gần đây, nhà máy Giấy Bãi Bằng tiếp tục đầu tư hệ thống xử lý nước thải vi sinh công suất thiết kế 30000 m3/ngày đêm nhằm xử lý toàn bộ nước thải trong quá trình sản xuất Nhờ vậy, toàn bộ lượng nước thải sản xuất, sinh hoạt sau xử lý đều đạt yêu cầu trước khi thải ra môi trường Nguồn dịch đen thải ra trong công đoạn nấu và rửa bột giấy được tách ra để quay vòng trở lại và đưa vào thiết bị phản ứng theo công nghệ cô đốt để thu hồi hóa chất, từ đó sản xuất điện và hơi phục vụ sản xuất Công đoạn này vừa giúp tiết kiệm hóa chất cho quá trình nấu bột giấy, vừa tiết kiệm điện khi chạy lại máy, đồng thời giảm đến 90% lượng khí mang mùi ra môi trường do không phải xả dịch đen mỗi khi vệ sinh bể Theo thống kê của nhà máy Giấy Bãi Bằng, việc tận dụng dịch đen để sản xuất hơi thu hồi cho phát điện góp phần đáp ứng hơn 25-30% nhu cầu năng lượng của nhà máy trong quá trình sản xuất và có công suất phát hơi 45 tấn/giờ [18]

Từ những thành công thu được, nhà máy đang tiến hành đầu tư mới một lò hơi đốt rác để vừa xử lý triệt để nguồn chất thải rắn (vỏ cây, mùn cưa) phát sinh trong quá trình

sản xuất, vừa sử dụng nguồn chất thải rắn này sản xuất hơi để tái phục vụ sản xuất

Nhận xét:

Từ những trường hợp ứng dụng công nghệ đồng phát trên, có thể thấy Việt Nam đang có rất nhiều cơ hội để tạo dựng một hệ sinh thái năng lượng và đang có những bước phát triển nhất định giúp định hình nguồn năng lượng sạch tại nước ta, hiện tại đang có nhiều nhà máy, khu công nghiệp nghiên cứu áp dụng công nghệ trên Nhiều doanh nghiệp quy mô vừa và nhỏ cũng đang rất quan tâm đến công nghệ đồng phát nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và sử dụng năng lượng

để phát điện, nâng cao hệ số sử dụng của tổ máy tuabin nhiệt, giải pháp công nghệ làm tăng hệ số sử dụng năng lượng nhiệt tổng hợp góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

Hiện nay, tại các cơ sở sản xuất công nghiệp có sử dụng nồi hơi làm nguồn cung cấp hơi nước cho nhu cầu kỹ thuật đang lãng phí rất lớn do đầu tư các thiết bị không đồng bộ từ khi xây dựng mua sắm, hoặc do thay đổi cơ cấu sản xuất trong quá trình sản xuất kinh doanh Nếu đầu tư hệ thống đồng phát, các doanh nghiệp có thể tự chủ tạo ra nguồn điện tại chỗ phục vụ cho nhu cầu sản xuất kinh doanh của mình, góp phần giảm

sự quá tải về nhu cầu điện năng trong tổng nhu cầu tiêu thụ điện của quốc gia, nhất là trong hiện trạng có nguy cơ thiếu điện vào năm 2020, trường hợp dư thừa có thể nối điện lưới, bán lại cho mạng lưới điện quốc gia Mặt khác, doanh nghiệp còn sử dụng hiệu quả nguồn nhiên liệu, vốn giá cả đang ngày càng tăng cao

Hệ thống đồng phát cũng có nhiều nhiều kích cỡ khác nhau được thiết kế và lắp đặt để phù hợp với quy mô cần được lắp đặt Các hệ thống quy mô lớn được ứng dụng trong các khu công nghiệp, các hệ thống thống quy mô nhỏ phù hợp cho dịch vụ thương mại và công nghiệp nhẹ như sản xuất giấy, dệt may,… Ngành may mặc ở VN đang đóng vai trò lớn trong nền kinh tế, bao gồm xuất khẩu Các công ty Dệt may là những công

ty sử dụng năng lượng trọng điểm bao gồm cả nhiệt năng và điện năng Vì thế, luận văn lựa chọn công ty Dệt may A làm đối tượng nghiên cứu Mục đích của luận văn là nghiên cứu đề xuất phương án đồng phát nhiệt điện áp dụng cho công ty dệt may A để thay thế cho hệ thống cấp nhiệt truyền thống hiện nay

2.1.1 Tổng quan về Công ty Dệt may A

Công ty CP Dệt may A là một trong những công ty dệt may hàng đầu của Việt Nam về quy mô cũng như chất lượng sản phẩm Có vị trí địa lý cũng như đặc điểm sản xuất như bảng sau:

Bảng 2.1 Thông tin chung về công ty dệt may A [7]

Sản phẩm chính Sợi, vải, hàng may mặc

Năng lực sản xuất (đơn vị SP/ngày)

Sợi: 400,000 tấn/tháng

Vải dệt: 1,000,000 mét/tháng

Sản phẩm may: 1.500,000 sản phẩm/tháng

Số giờ làm việc (giờ/ngày) 24 giờ

Số ngày làm việc trong năm

(ngày/năm)

365 ngày

Quy mô công ty bao gồm ba xưởng với các thiết bị chính bao gồm:

- Phân xưởng sợi : hệ thống máy nén khí, hệ thống điều không, các máy sản xuất khác

- Phân xưởng dệt : hệ thống máy nén khí, hệ thống máy se, máy dệt…

- Phân xưởng nhuộm : các máy nhuộm cao áp, hệ thống máy nén khí, lò hơi, lò dầu

Các phân xưởng này sử dụng nhiều điện năng từ lưới Có 2 hệ thống cung cấp nhiệt là hệ thống hơi nước và hệ thống dầu tải nhiệt

Với mục tiêu đề xuất phương án đồng phát điện cấp nhiệt chúng ta cần biết rõ nhu cầu và tình hình cung cấp nhiệt hiện nay của công ty như thế nào Dựa theo báo cáo

kiểm toán năng lượng thực hiện năm 2018, nhiệt năng chủ yếu cung cấp cho xưởng dệt

nhuộm Quy trình sản xuất xưởng này như hình 2.1

Hình 2.1 Quy trình công nghệ xưởng dệt nhuộm

Sợi đầu vào

Điện

Nhiệt

Nhiệt

Nguyên liệu đầu vào là các loại sợi được đưa qua các máy dệt để dệt thành vải Tùy theo các loại vải yêu cầu khác nhau mà đi qua các máy dệt khác nhau : máy dệt khí, máy dệt kiếm Năng lượng cung cấp cho các máy dệt kiếm là điện năng, năng lượng cung cấp cho máy dệt khí là điện năng và khí nén (áp suất yêu cầu từ 5 – 6 bar)

Vải được dệt xong đưa qua máy kiểm hàng để kiểm tra chất lượng vải dệt rồi đưa qua máy xả Sau khi xả xong vải được đưa đi nhuộm, vắt và sấy khô Tiếp đến vải được đưa đi định hình và làm mềm rồi đưa qua máy kiểm hàng để kiểm tra chất lượng vải Sau đó vải được đưa đi đóng gói, thành phẩm để bán hay đưa vào làm nguyên liệu cho

xí nghiệp may Trong tất cả các công đoạn trên hầu hết các công đoạn đều sử dụng năng lượng điện để vận hành các động cơ Ngoài ra, các công đoạn nhuộm, công đoạn sấy và công đoạn định hình vải cần lượng nhiệt năng lớn Hiện tại nhuộm được cung cấp bằng hơi nước, sấy và định hình vải được cung cấp bằng dầu tải nhiệt

2.2 Tình hình sử dụng và cung cấp năng lượng tại công ty A

2.2.1 Tình hình sử dụng và cung cấp nhiệt năng

Như vừa trình bày ở trên, sử dụng năng lượng nhiệt nhiều nhất đó chính là công đoạn nhuộm, công đoạn sấy và công đoạn định hình vải

 Công đoạn nhuộm: năng lượng nhiệt dùng để cung cấp nhiệt ổn định cho các bầu nhuộm trong suốt quá trình nhuộm, công đoạn này cần hơi ở nhiệt độ khoảng

120oC (áp suất khoảng 3 bar), sử dụng máy nhuộm để nhuộm vải (Hình 2.2)

Năng lượng điện chủ yếu dùng để vận hành bơm tuần hoàn nước nhuộm trong suốt quá trình nhuộm

Hình 2.2 Máy nhuộm vải

 Công đoạn sấy: năng lượng nhiệt dùng để cung cấp nhiệt độ ổn định cho các

buồng sấy trong máy sấy (hình 2.3), công đoạn này nhiệt độ sấy lên khoảng

170-180oC nên sử dụng dầu tải nhiệt để có thể đáp ứng nhiệt độ này Năng lượng điện cung cấp cho công đoạn sấy chủ yếu dùng để vận hành các quạt gió tuần hoàn trong các buồng sấy

Hình 2.3 Máy sấy vải

 Công đoạn định hình vải: Sử dụng máy căng kim định hình vải (Hình 2.4), năng

lượng nhiệt dùng để cung cấp nhiệt độ ổn định cho quá trình định hình vải, công đoạn này cần hơi nhiệt độ khoảng 140oC (áp suất 5-6 bar)

Hình 2.4 Máy căng kim định hình vải

Để đáp ứng như cầu nhiệt trên, công ty sử dụng 2 thiết bị cung cấp nhiệt Nhiên liệu sử dụng là thán cám Indo gồm: 1 lò hơi tầng sôi và 1 lò dầu tải nhiệt sử dụng than

cám và mùn cưa ép nhằm cung cấp nhiệt năng cho công nghệ sản xuất (đổi than bằng mùn cưa) Than cám có nhiệt trị 5500 kcal/kg và mùn cưa éo có nhiệt trị 4000 kcal/kg

Hơi nước được cung cấp bởi một lò hơi tầng sôi có sơ đồ nguyên lý như hình 2.5

Hình 2.5 Lò hơi nhà máy dệt A (chụp tại hiện trường)

Nguyên lý hoạt động: Lò hơi được thiết kế lò ống nước tuần hoàn tự nhiên có 2

balong nằm ngang Balong trên và balong dưới liên kết với nhau bằng các ống nước đối lưu Các ống góp bố trí xung quanh buồng đốt và liên kết với balong bằng các ống nước bức xạ Nhiên liệu được đốt trong buồng lửa tuần hoàn nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình cháy được truyền cho dàn ống bức xạ trong buồng lửa, khói và tro thoát khỏi thân lò tới xyclon ở đây các hạt nhẹ hơn sẽ thoát khỏi xyclon, còn các hạt nặng hơn được ly tâm thu về đáy cấp vào lò qua bộ tái cấp nhiên liệu tuần hoàn Sau đó khói đi qua dàn ống đối lưu theo đường dích dắc Cuối cùng vào bộ hâm nước và qua bộ sấy không khí được

bố trí ở phía trên dàn ống sinh hơi đối lưu Khói được dẫn qua thiết bị xử lý khói để xử

lý trước khí quạt hút khói thải ra môi trường

- Lò hơi có thông số kỹ thuật như bảng 2.2

Bảng 2.2 Bảng thông số kỹ thuật lò hơi tầng sôi

Công suất nhiệt của lò hơi tầng sôi: Qh = Dh.(ih –inc)= 14000 kW (được làm tròn)

Với Dh = 20000 kg/h và hơi bão hòa tại áp suất 7 bar, tra bảng “nước và hơi nước

Chọn nhiệt độ nước cấp: 60oC, ta có inc = 4,2.60 = 252 kJ/kg

Lò dầu tải nhiệt và sơ đồ nguyên lý kiểu nằm đốt mùn cưa ép viên trên ghi xích

cho công đoạn sấy thể hiện ở hình 2.6

Công suất thiết kế(kg/giờ) 20000

Số giờ làm việc trong năm (giờ/năm) 6912

Tiêu thụ nhiên liệu trung bình (tấn/ngày) 30

Áp suất hơi bão hòa tại đầu ra lò hơi(bar) 7

Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi(oC) 50 - 70

Nhiệt độ khói thải(oC) 190 - 200

Hình 2.6 Hình ảnh và sơ đồ nguyên lý hoạt động lò dầu tải nhiệt

Nguyên lý hoạt động: Dầu được bơm tuần hoàn đi vào được làm nóng đến nhiệt

độ yêu cầu sau đó đi tới hộ dùng nhiệt, sau khi trao đổi nhiệt năng dầu quay trở lại để tiếp tục làm nóng Dầu sau khi được làm nóng có thể tích tăng cao (nhiệt độ tăng 50oC

đến 300oC thì thể tích tăng 25%) do vậy cần bố trí bình giãn nở để có thể chứa được thể tích tăng thêm này và được kết nối tới bình trữ và được bơm trở lại buồng lửa lò

- Lò dầu tải nhiệt, có thông số như bảng 2.3

Bảng 2.3 Bảng thông số kỹ thuật lò dầu tải nhiệt

Công suất thiết kế (kcal/giờ) 5,000,000

Số giờ làm việc trong năm (giờ/năm) 6912

Tiêu thụ nhiên liệu trung bình (tấn/ngày) 25 – 26

Nhiệt độ dầu tại đầu ra (oC) 240 - 250

Nhiệt độ dầu vào lò hơi (oC) 220 - 240

Nhiệt độ khói thải (oC) 90 - 200

Như vậy, công suất thiết kế của lò dầu tải nhiệt quy đổi sang kW (được làm tròn số) là: Qd = 6000 kW

Tổng công suất nhiệt lắp đặt của công ty là: Q = Qh + Qd = 20000 kW

2.2.2 Tình hình sử dụng và cung cấp điện năng

Theo báo cáo kiểm toán năng lượng được thực hiện năm 2018, điện năng cung cấp cho Công ty được lấy từ hệ thống điện quốc gia Điện năng được lấy từ nguồn 22 kV, sau đó hạ áp thông qua các trạm biến áp Số lượng trạm biến áp tại công ty là 11 trạm

có dãy công suất từ 516 – 2000 kVA ; các trạm biến áp đều có lắp tụ bù tự động nhằm nâng cao hệ số công suất cos, do vậy hệ số cos đạt được của là khá cao, thường lớn hơn 0,95 Các trạm biến áp phân phối điện năng cho các khu vực như sau :

 2 trạm 2000kVA : 1 trạm phân phối cho các tòa nhà văn phòng A2 và A3, 1 trạm phân phối cho phân xưởng dệt khí và một phần phân xưởng may

 1 trạm 2000kVA và 1 trạm 1000kVA : các xưởng dệt

 1 trạm 1000kVA : xưởng may 1

 3 trạm 2000kVA : cung cấp cho phân xưởng sợi

 2 trạm 2000kVA : cung cấp cho phân xưởng nhuộm

 1 trạm 560 kVA : cung cấp khu vực nhà lò

Tổng công suất lắp đặt của các trạm 18560 kVA còn điện năng tiêu thụ thực tế của công

ty theo báo cáo kiểm toán năng lượng (làm tròn) là 5250 kW , như bảng 2.4 sau

Bảng 2.4 Tổng kết điện năng tiêu thụ của công ty

Điện năng tiêu thụ trung binhg hàng tháng của công ty có sự thay đổi khá nhiều Điện năng tiêu thụ vào tháng 2 là thấp nhất đạt khoảng 2075354 kWh điện năng tiêu thụ vào tháng 3 là cao nhất đạt khoảng 3777194 kWh Ta lấy theo số liệu tháng lớn nhất

để đảm bảo hoạt động của nhà mày

Vậy, công suất điện thực tế: N = 3777194/(30*24) = 5250 kW

Nhận xét:

Hơi nước cung cấp nhiệt năng chủ yếu cho công đoạn nhuộm tại áp suất 3 bar, thông số hơi ra của lò hơi tầng sôi là 7bar ( chỉ sử dụng một lượng ít hơi cho công đoạn định hình vải (5-6 bar)) vậy nên công ty cần lắp đặt các van giảm áp để đáp ứng nhu cầu của công đoạn nhuộm gây nên tổn thất năng lượng không thuận nghịch

Hệ thống điện và nhiệt riêng lẻ như phân tích ở Chương 1, hiệu suất của hệ thống này rất thấp gây tổn hao năng lượng và hao phí nhiên liệu lớn

Hệ thống phức tạp do phải sử dụng cả lò hơi và lò dầu chi phí lắp đặt cao, bảo trì tốn kém dẫn đến kém hiệu quả kinh tế

2.3 Đề xuất phương án Đồng phát nhiệt điện

Từ thực trạng nêu trên, đề xuất cải tiến hệ thống cung cấp hơi nước cho nhu cầu

kỹ thuật và điện của nhà máy bằng cách lắp đặt hệ thống Đồng phát nhiệt điện

Với chỉ số nhiệt năng/điện năng (Heat to Power Ratio), Q/N = 20000/5250 ≈ 4

Theo bảng 1.1 hệ thống Đồng phát cho Công ty Dệt may A sử dụng tuabin hơi nước,

với cùng loại chất đốt như trên (than cám)

2.3.1 Các phương án đề xuất

Trong hệ thống Đồng phát sử dụng tuabin hơi nước, đề xuất hai phương án sử dụng tuabin đối áp hoặc tuabin ngưng hơi có cửa trích

a) Tuabin đối áp

Tuabin đối áp là tuabin có cấu tạo đơn giản nhất và thường được sử dụng ở các hệ

thống quy mô nhỏ (Hình 2.7) Hơi có trong tuabin ở áp suất bằng hoặc cao hơn áp suất

khí quyển, tuỳ theo nhu cầu tải nhiệt Đây là lý do tại sao chúng ta lại sử dụng thuật ngữ đối áp Hơi bão hòa sau lò hơi có nhiệt độ t0 và áp suất P0 đi vào để chạy tuabin tạo ra điện năng, sau đó có thể trích hơi ở các cấp trung gian của tuabin hơi, với áp suất và nhiệt độ phù hợp với tải nhiệt Q1, Q2 Sau khi ra khỏi tuabin, hơi được nạp vào tải, tại

đó hơi giải phóng nhiệt phục vụ các nhu cầu kỹ thuật và được ngưng tụ Nước ngưng được đưa trở lại hệ thống với tốc độ dòng thấp hơn tốc độ dòng của hơi, nếu khối lượng

hơi được sử dụng trong quy trình hoặc nếu có tổn thất qua hệ thống ống Nước đã qua

xử lý bổ sung vào hệ thống có thể giữ cân bằng khối lượng

Hình 2.7 Tuabin đối áp

Hệ thống tuabin hơi đối áp có những ưu điểm sau:

 Cấu tạo đơn giản với ít thành phần

 Tránh được chi phí tốn kém cho áp suất hạ áp của tua bin

 Chi phí vốn thấp

 Giảm hoặc thậm chí không cần sử dụng nước làm mát

 Hiệu suất toàn phần cao, vì không thải nhiệt ra môi trường qua máy nén

Hệ thống tuabin hơi đối áp có những nhược điểm sau:

 Với cùng công suất đầu ra, tua bin hơi lớn hơn, vì nó phải vận hành với sự chênh lệch enthalpy của hơi thấp hơn

 Lưu lượng hơi qua tua bin phụ thuộc vào mức tải nhiệt Điện do hơi tạo ra được kiểm soát bởi tải nhiệt, điều này dẫn đến sự kém hoặc không linh hoạt trong việc phối hợp trực tiếp công suất đầu ra với tải điện Do đó, cần có sự kết hợp hai chiều với lưới mua điện hoặc bán điện dư tạo ra Có thể tăng sản xuất điện bằng cách cho hơi thoát trực tiếp ra khí quyển, nhưng cách này rất không hiệu quả Điều đó dẫn tới việc lãng phí nước lò hơi đã qua xử lý, và nhất là mang lại kết quả hoạt động năng lượng và kinh tế kém

b) Tuabin ngưng hơi có cửa trích

Ở hệ thống này (hình 2.8), hơi bão hòa sau lò hơi có áp suất và nhiệt độ P0, t0 đi

vào để quay tuabin, sau đó hơi sử dụng cho tải nhiệt có thể đạt được nhờ trích hơi từ hai cấp trung áp với áp suất và nhiệt độ phù hợp với các nhu cầu kỹ thuật (Q1, Q2) Hơi còn lại được xả tới áp suất của bình ngưng, có thể ở mức thấp khoảng 0,05 bar với nhiệt độ ngưng tương ứng khoảng 33°C và được làm mát bằng tháp giải nhiệt Nước ngưng sau

đó được bơm về lại lò hơi

Hình 2.8 Tuabin ngưng hơi có cửa trích

Hệ thống tuabin ngưng hơi có cửa trích có những ưu điểm sau:

 Tạo ra lượng điện năng lớn

 Kiểm soát được công suất điện đầu ra, không phụ thuộc vào tải nhiệt nhờ điều chỉnh tốc độ lưu lượng hơi qua tuabin

Hệ thống tuabin ngưng hơi có cửa trích có những ưu điểm sau:

 Chi phí đầu tư cao cùng với nhiều thiết bị phụ trợ

 Hiệu suất tổng thể của hệ thống thấp do trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài trong quá trình ngưng tụ

 Thường được sử dụng trong các hệ thống quy mô công nghiệp lớn, với nhiều thành phần phức tạp

2.3.2 Lựa chọn sơ đồ hệ thống Đồng phát cho Công ty Dệt may A

Có thể thấy, ưu điểm lớn nhất của tuabin ngưng hơi có cửa trích so với tuabin đối

áp là có thể kiểm soát công suất điện đầu ra, nhờ khả năng điều chỉnh lượng hơi qua tuabin ở các cửa trích, tuy nhiên hệ thống này cũng yêu cầu nhiều thiết bị phụ trợ hơn

hệ thống tuabin đối áp Vì thế hệ thống dùng tuabin ngưng hơi chỉ phù hợp cho quy mô công suất lớn, có công suất điện hàng chục MW trở lên Ở đây, công ty Dệt may A có quy mô nhỏ nên phương án phù hợp là sử dụn tuabin đối áp Đây là phương án có tính kinh tế vì sơ đồ với tuabin đối áp đơn giản, chi phí đầu tư thấp hơn nhiều so với hệ thống với tuabin ngưng hơi có cửa trích

Do công nghệ của nhà máy dệt may cần 2 dòng cung cấp nhiệt có nhiệt độ khác nhau, ta xây dựng sơ đồ tuabin đối áp có 1 cửa trích điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu đó,

hệ thống được mô tả như hình 2.9

Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống Đồng phát

Nguyên lí của hệ thống Đồng phát, hơi bão hòa ra khỏi lò hơi đi vào làm quay tuabin Ở cửa trích 1 của tuabin, hơi ở áp suất P1 sẽ được trích ra để phục vụ nhu cầu

sấy (Q1) của công ty, nước ngưng sau đó vẫn còn nhiệt độ cao sẽ đi vào bình phân ly 1 tách thành hơi có áp suất P2 gộp chung với dòng hơi ở cuối tuabin để phục vụ nhu cầu nhuộm và định hình vải (Q2), nước ngưng sau đó sẽ cùng với nước ngưng ở bình phân

ly 1 đi vào bồn nước ngưng để cấp cho lò hơi, ở đây nước cấp sẽ được bổ sung và được khử khí bằng hóa chất và được bơm về lò hơi Tại lò hơi, để tranh cáu cặn, một phần nhỏ nước tại lò hơi sẽ được xả đáy, tuy nhiên để tận dụng nhiệt lượng của phần nước xả đáy này, nó sẽ được đi vào binh phân ly 2, hơi nước phân ly thành hơi áp suất P2, gộp chung với dòng hơi ở bình phân ly 1 phục vụ nhu cầu nhuộm và định hình vải Nước sau bình phân ly 2 sau đó vẫn được tận dụng để gia nhiệt nước bổ sung do phần xả đáy mất đi và được đưa ra ngoài môi trường

Do lò hơi ở Công ty đang sử dụng lò hơi đốt than cám, vậy ta sẽ chọn lò hơi cho

hệ thống Đồng phát là lò hơi chạy bằng than cám đáp ứng được nhu cầu kỹ thuật của hệ thống Đồng phát trên

Có thể thấy công suất hệ thống Đồng phát này tương đối nhỏ nên không cần sử dụng bộ hâm nước cấp và để hệ thống đỡ phức tạp ta lựa chọn khử khí bằng hóa chất