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

ĐẠI HỌC QUỐC GIÁ TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

ĐỖ TRẦN MỘNG THỦY

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHẢ THI
NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG
ĐỐI VỚI MỘT SỐ LỊ HƠI CƠNG NGHIỆP
Chun ngành: Quản lý mơi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, 06 /2010


i

LỜI CÁM ƠN
Để hồn thành luận văn này, tơi đã nhận được sự giúp đỡ tận tâm từ thầy cô, gia
đình và bạn bè. Điều đầu tiên tơi 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 chun mơn cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tơi hồn
thành luận văn.
Tơi 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 tơi có hành
trang vững chắc đi tiếp cuộc hành trình tri thức.
Cho tơi 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
Tồn Lao Động Thành phố Hồ Chí Minh, thầy Lý Ngọc Minh – Viện Khoa Học
Công Nghệ và Quản Lý Mơi Trường.

Bên cạnh đó, trong suốt q trình làm luận văn, tơi 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 tơi hồn 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 hồn thiện
và phát triển, đó chính là cách tơi 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


ii

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Lị hơi cơng nghiệp là thiết bị quan trọng để sinh hơi cao áp phục vụ cho sản xuất.
Trong tình hình nền cơng 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 ơ nhiễm
mơi trường. Để giải quyết các vấn đề trên, việc đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng
lượng và bảo vệ mơi trường đã được áp dụng cho lị 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 mơi trường khả thi trong thực tiễn sử dụng lị hơi cơng
nghiệp.
Sự phát triển kinh tế gắn liền với tình hình ơ nhiễm mơi 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 khơng nhỏ trong việc bảo vệ chất lượng mơi
trường xung quanh và tiết kiệm chi phí trong sản xuất.


iii

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.


iv

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 LỊ HƠI CƠNG NGHIỆP ........ 9
1.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TIẾT KIỆM NĂNG LƯƠNG VÀ BẢO VỆ MƠI
TRƯỜNG TRONG SỬ DỤNG LỊ HƠI CƠNG NGHIỆP ...................................... 9
1.1.1. Các loại tổn thất nhiệt ............................................................................ 9
1.1.1.1. Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngồi (Q2, q2).................. 11
1.1.1.2. Tổn thấp nhiệt do cháy khơng hồn tồn 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 mơi trường ngồi ...... 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

v

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 LỊ HƠI CƠNG NGHIỆP 28
2.1. ĐÁNH GIÁ VỀ CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ BẢO VỆ
MÔI TRƯỜNG TRONG SỬ DỤNG LỊ HƠI CƠNG NGHIỆP............................ 28
2.1.1. Vận hành hệ số khơng 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 ơn lị 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 khơng khí đốt ....................................................................... 43
2.1.9. Thay thế lị hơi..................................................................................... 44
2.1.10. Các giải pháp kỹ thuật trong xử lý khói thải lị hơi ............................. 47
2.2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ CÁU CẶN LÒ HƠI ĐỂ TIẾT KIỆM
NHIÊN LIỆU VÀ BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG......................................................... 48
2.2.1. Ngun 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

vi

CHƯƠNG 3 HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG
LƯỢNG VÀ BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG VÀO LỊ HƠI CÔNG NGHIỆP TẠI
MỘT SỐ DOANH NGHIỆP .............................................................................. 71
3.1. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG LỊ HƠI CƠNG 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 sốt 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. Thơng số lị hơi .................................................................................... 93
4.2.2. Hiện trạng lị 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 lị hơi .......................................... 94
4.2.2.3. Tình hình sử dụng nhiên liệu tại công ty Hiang Kie.............. 100
4.3. TẨY CÁU TẠI LỊ HƠI TẠI CƠNG 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 ơ nhiễm mơi trường .......... 110

vii

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 Ơ NHIỄM VÀ
PHỊNG CHỐNG SỰ CỐ LỊ HƠI CƠNG NGHIỆP ..................................... 129
PHỤ LỤC III MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ
TÀI ..................................................................................................................... 139
PHỤ LỤC IV TIÊU CHUẨN KIỂM SỐT KHÍ THẢI ................................. 143
PHỤ LỤC V HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH LÒ HƠI ......................................... 147
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ............................................................................... 127


viii

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 khơng 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 ơ nhiễm trong ống khói lị hơi (mg/m3) .... 39

Bảng 2.6 Chi phí để sản xuất 01 tấn hơi bão hịa.................................................... 40
Bảng 2.7 Các thơng 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 sốt nước lị 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 ơ nhiễm đối với lị đốt dầu ...................................................... 77
Bảng 3.4 Tải lượng ơ nhiễm đối với lị 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


ix

Bảng 3.7 Tải lượng ơ nhiễm của khí thải giảm được trong 6 tháng đối với lò đốt dầu
.............................................................................................................................. 82
Bảng 3.8 Tải lượng ơ nhiễm của khí thải giảm được trong 6 tháng đối với lò đốt củi
.............................................................................................................................. 83
Bảng 3. 9 Tải lượng ơ 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 khống. ............................. 95
Bảng 4.2 Kết quả mẫu nước lị 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


x

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt trong lị hơi ............................................................ 10
Hình 1.2 Đồ thị mơ tả quan hệ giữa hệ số khơng khí thừa và qmin .......................... 12
Hình 1.3 Các vị trí tổn thất nhiệt trong lị 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 q trình cháy hồn hảo, tốt và cháy khơng 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 lị 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 lị hơi .................................................. 31
Hình 2.2 Độ hòa tan của các chất tạo thành cáu chủ yếu có trong nước ................. 32
Hình 2.3 Độ hịa tan của một số hợp chất dễ hịa tan có trong nước ...................... 32
Hình 2.4 Nồng độ cực đại của SiO2 trong nước lị ................................................. 33
Hình 2.5 Lị hơi tại cơng 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 lị hơi .............. 36
Hình 2.7 Hình ảnh lị hơi đốt than thủ cơng ........................................................... 44
Hình 2.8 Cấu tạo lị hơi đốt thủ cơng ..................................................................... 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 lị 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


xi

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 lị ..................................................... 60
Hình 3.1 Lị hơi ống nước ghi cố đinh của cơng ty Hiang Kie ............................... 86
Hình 3.2 Mặt trong của lị hơi ................................................................................ 87
Hình 4. 1 Hình ảnh hoạt động của Cơng ty Hiang Kie ........................................... 92
Hình 4.2 Sơ đồ vận hành lị hơi tại Cơng ty Hiang Kie .......................................... 94
Hình 4.3 Thử mẫu nước sau khi qua bộ khử khoáng, kết quả nước sau xử lý khơng
đạt, ngày 07/02/2010 ............................................................................................. 95
Hình 4.4 Ngưỡng an toàn đối với vật liệu sắt ......................................................... 99
Hình 4.5 Sản phẩm ăn mịn của sắt được giải phóng khi pH giảm.......................... 99
Hình 4.6 Mẫu nước lị 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 lị tại Cơng 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 lị ................... 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 lị khơng có nước . 109

xii

DANH MỤC VIẾT TẮT
CT

:

Công thức

DO

:

Diesel Oil

FO

:

Fuel Oil

GEF

:

Global Environment facility.

GHG

:

Greenhouse gas

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


1

MỞ ĐẦU

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Lị hơi cơng nghiệp là thiết bị sử dụng phổ biến cách đây hơn 200 năm, để tạo hơi
và nước nóng cho q 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 thơng có tải trọng cao, sức chun 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 lị 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 khơ sản
phẩm, vì vậy, lò hơi giữ một vai trò rất quan trọng trong sản xuất.
Việc sử dụng lị hơi để tạo hơi có áp cao hoặc nước nóng cần nhiên liệu cho q
trình đốt cháy để chuyển năng lượng từ dạng hóa năng sang nhiệt năng. Q trình

chuyển hóa tạo ra một lượng các khí thải, các khí thải này đã làm gây ơ nhiễm mơi
trường. Ngồi ra sử dụng lị hơi khơng 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


2

lượng lò hơi vẫn chưa đủ nguồn lực để kiểm sốt đầy đủ về chất lượng tất cả các lị
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 chun mơn của người trực tiếp
vận hành. Vì vậy các rủi ro trong an tồn vận hành cùng với việc xử lý khí thải
trong q 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 mơi trường
cần phải được xem xét trên nhiều khía cạnh.
Tại Việt Nam, việc sử dụng lị hơi an tồn 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 q trình hoạt động. Đa số lị hơi hoạt động ở áp
suất vừa và nhỏ (<20 kgf/cm2), tiêu chuẩn kiểm sốt một số chỉ tiêu nước trong lị
hơi khơng có, các hướng dẫn an toàn trong vận hành và các khóa huấn luyện cho
người trực tiếp điều khiển thiết bị cịn 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 mơi trường. Vì vậy, việc
triển khai giải pháp tiết kiệm năng lượng cho lò hơi tại các doanh nghiệp vẫn cịn
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 mơi 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.


3

2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG LỊ HƠI TRONG VÀ NGỒI
NƯỚC
Tình hình nghiên cứu và sử dụng lị hơi cơng nghiệp ở nước ngồi
Việc sử dụng các loại nhiên liệu có nguồn gốc nhiêu liệu hóa thạch gây ra các hiệu
ứng tiêu cực đến mơi trường khơng khí. Đặc biệt, khí hiệu ứng nhà kính (GHG) gây
ra sự ấm lên toàn cầu, làm mức nước biển tăng trong những năm gần đây. Theo
trung tâm nghiên cứu thời tiết và khí hậu Australia, mực nước biển tăng cao 3cm so
với năm 1993. Nếu mức tăng này không được hạn chế trong tương lai thì hậu quả sẽ
làm ảnh hưởng đến 10% dân số thế giới đang sinh sống ở khu vực thấp hơn mực
nước biển. Hiện tượng này đã nhận được sự quan tâm của cả thế giới trong hơn một
thập niên vừa qua.
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 nơng 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 lị 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 lị hơi sử dụng các nhiên
liệu sinh học thân thiện với môi trường, điều này không những cắt giảm được mức


4

độ ơ nhiễm khí thải mà cịn giúp cho một số quốc gia hoàn thành được cam kết đã
ký trong nghị định thư Kyoto (1997).
Một số lị hơi khơng cịn 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 lị 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 cịn
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 lị hơi cơng 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 lị 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 cịn
gọi "Chương trình Nghị sự 21 của Việt Nam". Trong đó đưa ra 9 vấn đề cần ưu tiên
trong q trình phát triển mơi trường, vấn đề ưu tiên thứ sáu (6) giảm ơ nhiễm
khơng 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,

5

phòng và chống thiên tai” là kim chỉ nam định hướng các chiến lược, chính sách,
hành động bảo vệ mơi 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 mơi trường tồn cầu) do Văn phịng Tiết
kiệm Năng lượng (Bộ Cơng 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 lị có cơng suất 10 tấn/h trở
xuống tại Cơng ty CP Phân bón và Hóa chất Cần Thơ (KCN Trà Nóc).

-

Lị hơi cơng nghệ tầng sơi 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, cơng nhân vận hành thuận tiện, khơng có thao tác cấp than và lấy
xỉ thủ cơng.

-

Cơng nghệ mới lị hơi tầng sôi tiết kiệm nhiên liệu trường Đại Học Bách Khoa
Đà Nẵng: dùng than cám và phụ phẩm.

-

Đề tài nghiên cứu sử dụng nhiệt của động cơ diezel để đốt nóng nước lị hơi
cho tàu thủy của Thạc sỹ Nguyễn Ngọc Hải v.v....

Ngoài ra, một số dự án, các đề tài của địa phương thuộc các sở ban ngành, các
doanh nghiệp thực hiện nhằm đảm bảo mục tiêu tiết kiệm nhiên liệu, giảm chi phí
đầu tư. Việc khuyến khích các doanh nghiệp thực hiện tiết kiệm năng lượng và bảo
vệ mơi trường khơng chỉ mang lại lợi ích cho cộng động mà ngay chính người thực


6

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 lị hơi
cơng nghiệp.

2)

Thống kê các giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ mơi trường của lị hơi
cơng nghiệp.

-

Bảo ơn tồn bộ đường ống và bồn chứa (kể cả đường ống thu hồi nước ngưng.

-

Tối ưu hóa q trình đốt cháy nhiên liệu (kiểm sốt Ơxy dư).

-

Tận dụng nhiệt thải.

-

Thay thế nhiên liệu.

-

Xử lý khói thải trước khi xả thải….

-

Sử dụng những cơng nghệ mới…

-

Thay thế lị hơi khác...

3)

Phân tích đánh giá một số giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ mơi trường
trong sử dụng lị hơi cơng nghiệp.

4)

Lựa chọn giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ mơi trường bằng giải pháp
kiểm sốt và xử lý cáu cặn đối với lị hơi cơng nghiệp.

5)

Nghiên cứu trường hợp điển hình về áp dụng giải pháp kiểm sốt cáu cặn
nhằm tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường tại Công ty Hiang kie, KCN
Long Thành, Đồng Nai.

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 mơi trường đối với lị hơi cơng nghiệp


7

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 lị hơi cơng nghiệp, trong đó, đối tượng nhiên liệu và khí thải
được xem xét trong tồn bộ đề tài.
Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm nhiên liệu bằng cách kiểm sốt và xử lý cáu cặn đối
với lị hơi đốt trấu tại Công ty Hiang Kie.
Phạm vi nghiên cứu
Đề tài chỉ tập trung vào lị hơi cơng nghiệp, trong phạm vi đó, đề tài khơng nghiên
cứu lị 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 chun gia mơi 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.


8

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 lị hơi tham khảo để có hoạch định
trong cơng tác kiểm tra và bảo vệ môi trường đối với thiết bị lị hơi cơng 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 thơng qua tải lượng ơ nhiễm của khí thải giảm theo
lượng nhiên liệu tiết kiệm được


9

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

SỬ DỤNG LỊ HƠI CƠNG NGHIỆP
1.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TIẾT KIỆM NĂNG LƯƠNG VÀ BẢO VỆ
MƠI TRƯỜNG TRONG SỬ DỤNG LỊ HƠI CƠNG NGHIỆP
Lị hơi cơng nghiệp và phân loại lị hơi cơng 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 lị để đun nóng nước tạo ra hơi bão hịa,
tuy nhiên, khơng phải lượng nhiệt cấp vào buồng đốt sẽ được sử dụng hồn tồn
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):


10

Hình 1.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt trong lị 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 lị hơi[05]
Qdv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6

kJ/kg nl

(CT 1.1)


11

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 ngồi

Q3

:

Cháy khơng hồn tồn về hóa học

Q4

:

Cháy khơng hồn tồn về cơ học

Q5

:

Tỏa nhiệt ra mơi trường xung quanh

Q6

:

Nhiệt vật lý của tro xỉ

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

(CT 1.1’)

Lị hơi cơng 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 khơng khí thừa

-

Kỹ thuật thiết kế buồng lửa

-

Kiểm sốt 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 mơi trường.
1.1.1.1. Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngồi (Q2, q2)
Khói thải có nhiệt độ cao thải ra ngồi mang theo nhiệt lượng vào mơi trường
Có 02 yếu tố ảnh hưởng đến q2 : nhiệt độ và hệ số khơng khí thừa (α)
a. Hệ số khơng khí thừa (α)
Hệ số khơng 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


12

Hình 1.2 Đồ thị mơ tả quan hệ giữa hệ số khơng khí thừa và qmin
Nguồn: Phạm Lê Dzần – Nguyễn Cơng Hân, 2005, Cơng nghệ lị 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
mịn điện hóa càng cao đối với lị sử nhiên liệu dầu có chứa lưu huỳnh.