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. 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.

(a)

(b)
Hình 1.1. Hệ thống lò chuyển SKS
1


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


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
TT

Đại lượng

Kí hiệu

Đơn vị

Kết quả

trước

1

sau

Dữ liệu cơ sở

1.1

Chiều dài bao hơi

l

m

4,1

4,12

1.2

Đường kính bao hơi

d

m

1,4

1,42

1.3

Diện tích bề mặt ngoài bao hơi

F

m2

18,02

18,37

1.4

Nhiệt độ vách ngoài bao hơi

tw

0

190

40

1.5

Nhiệt độ môi trường

tf

0

30

30

1.6

Nhiệt độ trung bình

tm

0

110

35

1.7

Độ chênh nhiệt độ

∆t

0

160

10

3

C
C
C
C


1.8
2

Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường

Q

W

11.648

3.041

Tiềm năng tiết kiệm

2.1

Nhiệt lượng tổn thất tính theo giờ

Qt

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

Qtlv

kJ/kg

42.500

42.500

2.4

Tổn thất dầu trong một năm

Bt

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

2.7

Giá nhiên liệu

2.8

Tiền tiết kiệm trong một năm

1000 đồng

73.226

2.9

Chi phí đầu tư

1000 đồng

36.549

3

1000 đồng/lít

Thời gian hoàn vốn

năm

10,5

0.49

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:

4


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
%
Hiệu
Pđc
Hiệu
Tiết
Pđm
Ptb
Pdc
f
Ptthụ
Tải suất
sau
suất
kiệm
kW
kW
h%
kW
Hz

kW
h%
kW
kW
19,1
110,00 22,39 20,35 85,50
4 30,00 11,49 91,00 12,62 9,77

Quạt khói

Bảng 2.3 Tính toán tiết kiệm trong 1 năm và thời gian hoàn vốn.
P Tiết
kiệm
(kW)

Thời gian
máy chạy
trong ngày
( giờ)

Thời gian
hoạt động
trong năm
(ngày)

Tổng điện
năng tiết
kiệm
(kWh)

Tổng tiền
điện tiết
kiệm
(1000 đồng)

Dự kiến đầu
tư
(1000 đồng)

Thời gian
hoàn vốn
(năm)

9,77

24

356

83.474

83.474

8.190

0,10

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).
5


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
Nội dung

Tiền (1000 đồng)

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

Tồng tiền tiết kiệm

20.600

Thời gian hoàn vốn (năm)

1,94

3. Kết luận

6


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

TT

Chi phí đầu tư
(1000 đồng)

Hạng mục

1
Tiết kiệm năng lượng cho nồi hơi nhiệt thừa
2
Tự động điều chỉnh tốc độ
3
Thay thế bơm từ
Tổng cộng

36.549
8.190
40.000
84.739

Tiền tiết kiệm
(1000 đồng)
73.226
83.474
20.600
177.30

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.

7