Những giải pháp hiệu quả để tiết kiệm năng lượng nồi hơi, Lò hơi, lo hoi, lò hơi đốt dầu, lò hơi dốt

Nồi hơi là một thiết bị giúp đưa nhiệt của quá trình đốt cháy cho nước cho đến khi nước được đun nóng hoặc thành hơi. Quá trình này đòi hỏi tiêu tốn rất nhiều nhiên liệu. Do vậy những biện pháp dưới đây có thể giúp bạn tiết kiệm hiệu quả năng lượng sử dụng nồi hơi.

Phần này bao gồm các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả liên quan đến quá trình đốt cháy, truyền nhiệt, các tổn thất có thể tránh khỏi, tiêu thụ điện phụ trợ, chất lượng nước, và xả đáy. 

Tổn thất năng lượng và các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả trong nồi hơi có thể liên quan đến quá trình đốt cháy, truyền nhiệt, các tổn thất có thể tránh khỏi, tiêu thụ điện phụ trợ cao, chất lượng nước và xả đáy. 

Các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả trong hệ thống nồi hơi bao gồm: 

1. Kiểm soát nhiệt độ khói lò 

Nhiệt độ khí lò nên càng thấp càng tốt. Tuy nhiên, nhiệt độ này không nên thấp tới mức hơi nước ở ống xả ngưng tụ ở thành ống. Điều này quan trọng với những nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao vì nhiệt độ thấp sẽ dẫn đến ăn mòn do lưu huỳnh bị đọng sương . Nhiệt độ khí lò cao hơn mức 200°C cho thấy tiềm năng thu hồi nhiệt thải. Nhiệt độ cao như vậy cũng cho thấy có cặn bám trong thiết bị truyền/thu hồi nhiệt, vì vậy cần tiến hành xả đáy sớm để làm sạch nước/hơi. 

2. Đun nóng sơ bộ nước cấp sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt 

Thông thường, khí thải của lò hơi dạng vỏ sò 3 bậc có nhiệt độ khoảng 200 đến 300 oC. Do đó, có tiềm năng thu hồi nhiệt từ khí lò. Nhiệt độ khí lò thải từ lò hơi thường được duy trì ở mức tối thiểu 200oC, để lưu huỳnh oxit trong khí lò không bị ngưng tụ và gây ra ăn mòn ở bề mặt truyền nhiệt. Khi sử dụng năng lượng sạch như khí tự nhiên, LPG hoặc dầu, lợi ích kinh tế từ thu hồi nhiệt sẽ cao hơn vì nhiệt độ khí lò có thể được duy trì ở mức dưới 200 oC. Tiềm năng tiết kiệm năng lượng phụ thuộc vao loại lò hơi và nhiên liệu sử dụng. Với lò hơi dạng vỏ sò cũ điển hình, với nhiệt độ khí lò thải ra là 260 oC, có thể sử dụng thiết bị Economizer (bộ hâm nước) để giảm xuống 200 oC, tăng nhiệt độ nước cấp 15 oC. Hiệu suất nhiệt toàn phần có thể sẽ tăng 3 %. Với lò hơi dạng vỏ sò 3 bậc sử dụng khí thiên nhiên tiên tiến, nhiệt độ khí lò thải 140 oC, sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ngưng tụ sẽ giảm nhiệt độ xuống còn 65 oC, tăng hiệu suất nhiệt lên 5 %. 

3. Sấy nóng sơ bộ không khí cấp cho lò 

Sấy nóng sơ bộ không khí cấp lò là lựa chọn thay thế cho đun nóng sơ bộ nước. Để tăng hiệu suất nhiệt lên 1 %, cần tăng nhiệt độ khí cháy lên 20 oC. Phần lớn các lò đốt dầu và gas sử dụng trong dây chuyền lò hơi là có thiết kế không phù hợp với nhiệt độ sấy khí sơ bộ cao. 

Các lò đốt hiện đại có thể chịu được nhiệt độ sấy khí sơ bộ cao hơn nhiều, vì vậy nên sử dụng thiết bị này như là bộ trao đổi nhiệt ở khí thải như là giải pháp thay thế cho thiết bị economizer, khi không gian hoặc nhiệt độ thu hồi nước cấp cao đáp ứng được yêu cầu. 

4. Quá trình cháy không hoàn tất 

Quá trình cháy không hoàn tất có thể là do thiếu không khí hoặc thừa nhiên liệu hoặc việc phân bổ nhiên liệu không hợp lý. Có thể thấy rõ khi quá trình cháy không hoàn tất nếu quan sát màu hoặc khói và cần điều chỉnh ngay. 

Với trường hợp hệ thống đốt dầu hoặc ga, CO hoặc khói (chỉ xảy ra với hệ thống đốt dầu) với mức khí dư bình thường hoặc cao sẽ cho thấy các trục trặc của hệ thống. Một nguyên nhân thường thấy của quá trình đốt cháy không hoàn tất là tỷ lệ pha trộn nhiên liệu và không khí ở lò đốt sai. Dầu cháy kém có thể là do độ nhớt không chuẩn, đầu đốt bị tắc, hiện tượng cacbon hoá ở đầu đốt và sự xuống cấp của thiết bị khuyếch tán. 

Với lò đốt than, cacbon chưa cháy có thể dẫn đến tổn thất rất lớn. Điều này xảy ra khi có carbon trong xỉ và tăng thêm lượng nhiệt cấp cho lò hơi lên hơn 2%. Kích thước than khôngđồng đều cũng có thể là một nguyên nhân khiến quá trình cháy không hoàn tất. Ở buồng lửa ghi xích, những hạt than to sẽ cháy hết, còn những hạt nhỏ và mịn sẽ làm tắc đường thông khí, gây ra phân phối không khí không đều. Với những buồng lửa phun, việc điều chỉnh gió và hệ thống cháy quá lớn có thể ảnh hưởng đến sự tổn thất cacbon. Tăng lượng hạt mịn trong than nghiền cũng có thể gây tổn thất cacbon.

Kiểm soát khí dư 

Bảng dưới đây đưa ra khối lượng trên lý thuyết khí cần để đốt với các loại nhiên liệu khác nhau. Trong tất cả các trường hợp thực tế, cần một lượng khí dư để đảm bảo quá trình cháy hoà tất, cho phép có sai số trong quá trình đốt và đảm bảo các điều kiện khí lò thích hợp đối với một số loại nhiên liệu. Lượng khí dư tối ưu cho hiệu suất cao nhất của lò hơi là khi tổng lượng tổn thất do quá trình cháy không hoàn tất và tổn thất do nhiệt thải qua khí lò được giảm thiểu. 

Mức độ khí dư này có thể dao động tuỳ thuộc thiết kế lò, loại lò, nhiên liệu và các biến số của quy trình. Mức độ khí dư này có thể được xác định thông qua các kiểm định với các tỷ lệ nhiên liệu khí khác nhau. 
 

Nhiên liệu	kg không khí cần/kg nhiên liệu	CO2 % trong khí lò đạt được trên thực tế
Nhiên liệu rắn Bã mía Coal (bitum) Than non Vỏ trấu Gỗ	3,3 10,7 8,5 4,5 5,7	10-12 10-13 9 -13 14-15 11,13
Nhiên liệu lỏng Dầu đốt LSHS	13,8 14,1	9-14 9-14

 

CÁC MỨC KHÍ DƯ ĐIỂN HÌNH VỚI CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU KHÁC NHAU (Hội đồng Năng suất quốc gia, kinh nghiệm thực tế)
Nhiên liệu	Các loại lò đốt hoặc buồng đốt	Khí dư  (% theo khối lượng)
Than nghiền	Lò  nước làm mát hoàn toàn để loại bỏ xỉ hoặc tro khô	15-20
	Lò nước làm mát một phần để loại bỏ tro khô	15-40
Than	Buồng lửa ghi cố định	30-60
	Buồng lửa ghi di động nước làm mát	30-60
	Lò ghi xích và lò ghi di động	15-50
	Buồng lửa nhiên liệu cấp dưới	20-50
Dầu nhiên liệu	Lò đốt dầu	15-20
	Lò đốt đa nhiên liệu và ngọn lửa bằng	20-30
Khí tự nhiên	Lò đốt áp suất cao	5-7
Gỗ	Dạng Dutch  (10-23 % qua ghi lò) và dạng  Hofft	20-25
Bã mía	Tất cả các lò	25-35
Dịch đen	Lò thu hồi khí và quá trình bột hoá soda	30-40

Kiểm soát khí dư ở mức tối ưu luôn giúp giảm tổn thất qua khói lò; cứ mỗi 1 % khí dư giảm sẽ giúp tăng hiệu suất khoảng 0,6 % . 

Hiện nay có các phương pháp khác nhau nhằm kiểm soát khí dư: 

- Sử dụng thiết bị phân tích Oxy cầm tay và đồng hồ đo lưư lượng khí để ghi các thông số định kỳ giúp hướng dẫn người vận hành điều chỉnh lưu lượng khí nhằm đạt được vận hành tối ưu. Có thể giảm khí dư lên tới 20% . 

- Phổ biến nhất là thiết bị phân tích Oxy liên tục với đồng hồ đo lưu lượng khí được gắn bên trong để đọc thông số, từ đó người vận hành có thể điều chỉnh lưu lượng khí. So với hệ thống trước, thiết bị này có thể giúp giảm đươc thêm 10-15 % . 

- Thiết bị phân tích Oxy liên tục tương tự có thiết bị van điều tiết điều khiển từ xa, từ đó các thông số sẽ có sẵn trong buồng điều khiển. Nhờ vậy nguời vận hành có thể kiểm soát từ xa nhiều hệ thống đốt cùng lúc. 

- Thiết bị phức tạp nhất là hệ thống điều khiển van điều tiết tự động có chi phí rất cao, chỉ phù hợp với những hệ thống lớn. 

6. Giảm thiểu tổn thất nhiệt do bức xạ và đối lưu 

Bề mặt bên ngoài của lò hơi dạng vỏ sò nóng hơn xung quanh. Do đó, bề mặt này sẽ bị tổn thất nhiệt ra xung quanh, tuỳ thuộc vào diện tích bề mặt và sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và xung quanh. 

Tổn thất nhiệt ở lò hơi dạng vỏ sò thường là tổn thất năng lượng cố định, không phụ thuộc vào đầu ra của lò hơi. Các lò hơi thiết kế hiện đại, mức tổn thất này có thể chỉ là 1.5 % tổng năng suất toả nhiệt ở mức cao nhất, nhưng sẽ tăng lên khoảng 6 %, nếu lò hơi chỉ vận hành ở mức 25 % đầu ra. 

Sửa chữa hoặc tăng cường bảo ôn sẽ giúp giảm tổn thất nhiệt qua thành và ống lò hơi. 

7. Kiểm soát xả đáy tự động 

Xả đáy liên tục không được kiểm soát sẽ rất lãng phí. Vì vậy nên lắp đặt thiết bị kiểm soát xả đáy tự động, tương ứng với độ dẫn của nước lò hơi và pH. Mỗi 10% xả đáy ở lò hơi 15kg/cm2 sẽ dẫn đến tổn thất hiệu suất là 3 %. 

8. Giảm tổn thất do cặn và muội 

Ở lò hơi đốt than và dầu, muội bám vào ống, là yếu tố cách nhiệt, cản trở trao đổi nhiệt. Cần loại bỏ muội một cách thường xuyên. Nhiệt độ khói lò tăng có thể là do muội bám nhiều quá. 

Cặn bám cũng gây ra những ảnh hưởng như vậy với nước. Nhiệt độ khí lò thải cao với mức khí dư bình thường cho thấy hoạt động truyền nhiệt kém. Hoạt động truyền nhiệt kém có thể do muội khí hoặc cặn bám. Với cặn bám ở nước cần xem xét lại quy trình xử lý nước và làm sạch ống. Ước tính, nhiệt độ khí lò cứ tăng 22oC sẽ gây ra tổn thất nhiệt ước tính khoảng 1 %. Cần thường xuyên kiểm tra và ghi lại nhiệt độ khí lò vì chỉ số này phản ánh lượng muội bám . Khi nhiệt độ khí lò vượt quá nhiệt độ của lò hơi mới được làm sạch khoảng 20 oC cũng là lúc phải loại bỏ muội. Do đó, chúng tôi đề xuất lắp đặt nhiệt kế theo thang độ tại nơi đặt ống khói để quan trắc nhiệt độ khí thải.

Ước tính, lớp muội dày 3 mm sẽ làm tăng mức tiêu thụ năng lượng lên 2,5 % do nhiệt độ khí lò tăng. Có thể phải ngừng dây chuyền theo định kỳ để làm sạch bề mặt lò bức xạ, ống, thiết bị Economizervà sấy khí để loại bỏ những muội bám khó chịu này. 

9. Giảm áp suất lò hơi 

Đây là một cách hiệu quả giúp giảm tiêu thụ nhiện liệu, nếu có thể, xuống khoảng từ 1 đến 2 %. Áp suất hơi thấp hơn sẽ giảm nhiệt độ hơi bão hoà và không thu hồi nhiệt khói lò, nhiệt độ của khói lò cũng giảm xuống ở mức tương tự. 

Hơi thường được tạo thành ở mức áp suất/nhiệt độ cao nhất của một quy trình nhất định. Trong một số trường hợp, quy trình không vận hành liên tục, và có những lúc có thể giảm áp suất lò. Nhưng cũng cần nhớ rằng, việc giảm áp suất lò hơi sẽ giảm thể tích riêng của hơi trong lò, và loại không khí ra khỏi đầu ra của lò hơi một cách hiệu quả, mang theo nước. Cán bộ phụ trách năng lượng của công ty cần xem xét những tác dụng của việc giảm áp suất một cách cẩn thận, trước khi đề xuất thực hiện. Nên giảm áp suất theo từng giai đoạn, và không nên giảm nhiều hơn 20 %. 

10. Thiết bị kiểm soát tốc độ vô cấp lắp cho quạt, quạt thổi và máy bơm 

Thiết bị kiểm soát tốc độ vô cấp là một cách hiệu quả giúp tiết kiệm năng lượng. Nhìn chung, kiểm soát khí bị ảnh hưởng bởi các van điều tiết của quạt hút cưỡng bức. Mặc dù những van điều tiết là cách kiểm soát rất đơn giản, nhưng chúng thiếu chính xác, có các đặc tính kiểm soát kém chỉ tại điểm đầu và điểm cuối của khoảng vận hành. Nhìn chung, nếu lò hơi có mức tải thay đổi, nên xem xét khả năng thay van điều tiết bằng thiết bị kiểm soát tốc độ vô cấp. 

11. Kiểm soát tải lò hơi 

Hiệu suất tối đa của lò hơi không đạt được ở mức đầy tải, mà là ở mức 2/3 đầy tải. Nếu tải lò hơi giảm xuống nữa, hiệu suất cũng có xu hướng giảm. Ở sản lượng bằng không, hiệu suất của lò hơi bằng không, và nhiên liệu đốt sẽ chỉ tạo ra tổn thất. Những hệ số ảnh hưởng đến hiệu suất lò hơi bao gồm: 

- Khi giảm tải, giá trị lưu lượng khí lò qua các ống cũng giảm. Khi lưu lượng khí giảm với cùng một diện tích truyền nhiệt sẽ làm giảm một chút nhiệt độ khí lò, làm giảm tổn thất nhiệt. 

- Ở dưới mức nửa tải, các thiết bị cháy cần thêm khí dư để đốt cháy hết nhiên liệu. Vì thế, tổn thất nhiệt tăng.

Nói chung, hiệu suất lò hơi có thể giảm đáng kể xuống dưới mức 25 % tải và nên tránh vận hành lò hơi dưới mức này càng ít càng tốt. 

12. Lịch trình vận hành lò hơi chuẩn 

Vì lò hơi đạt hiệu suất tối ưu khi hoạt động ở mức 65-85 % đầy tải, nhìn chung, vận hành ít lò hơi ở mức tải cao hơn sẽ hiệu quả hơn là vận hành nhiều lò hơi ở mức tải thấp. 

13. Thay thế lò hơi 

Tiềm năng tiết kiệm nhờ thay thế lò hơi phụ thuộc vào thay đổi của hiệu suất toàn phần dự kiến. Về mặt tài chính, giải pháp thay lò hơi sẽ rất hấp dẫn nếu lò hơi đang sử dụng có những yếu tố sau: 

- Cũ và không hiệu quả 

- Không thể sử dụng nhiên liệu thay thế rẻ tiền hơn. 

- Kích cỡ quá to hoặc quá nhỏ so với các yêu cầu hiện tại 

- Được thiết kế không phù hợp với các điều kiện tải lý tưởng 

Nghiên cứu tính khả thi cần xem xét tất cả các khả năng có sẵn nhiên liệu lâu dài và kế hoạch phát triển của công ty. Cần tính đến các yếu tố tài chính và kỹ thuật. Vì những dây chuyền lò hơi truyền thống có tuổi thọ hơn 25 năm, cần nghiên cứu kỹ trước khi tiến hành thay thế.