Một trong những cách dễ dàng và đơn giản nhất nhằm thúc đẩy nền kinh tế cũng như giảm chi phí vận hành cho doanh nghiệp là tăng hiệu suất lò hơi tầng sôi. Vì mỗi 1% hiệu suất được tăng lên gần như đồng nghĩa với việc tiết kiệm được 1% nhiên liệu. 

Do đó, điều đầu tiên bạn cần làm chính là quá trình bảo trì và bảo dưỡng lò hơi gần đây như thế nào và nồi hơi hoạt động hiệu quả. Vậy làm thế nào để nâng cao hiệu suất lò hơi tầng sôi của bạn?

Tuy nhiên, chỉ với hai điều trên thì vẫn chưa đủ, vậy làm thế nào để nâng cao hiệu suất lò hơi tầng sôi của bạn? Hãy cùng Vietnam Zero Waste tham khảo một số biện pháp dưới bài viết này nhằm thu thập được nhiều thông tin bổ ích nhé!

Những thông tin quan trọng:

• Một số biện pháp quản lý và kỹ thuật mới nâng cao hiệu suất lò hơi tầng sôi: Giảm chi phí nhiên liệu; Giảm áp suất lò hơi; Lắp đặt thiết bị kiểm soát tốc độ vô cấp; Kiểm soát tải lò hơi; Thay thế lò hơi.
• Những tổn thất thường gặp khi vận hành lò hơi tầng sôi: Tổn thất nhiệt khói thải q2; Tổn thất do cháy không hết về hóa học và cơ học q3, q4; Tổn thất nhiệt q5, q6.

Một số biện pháp quản lý và kỹ thuật mới nâng cao hiệu suất lò hơi tầng sôi

Bạn cần đưa ra biện pháp nhằm giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả bận hành và đáp ứng yêu của khách hàng, cũng như quy định địa phương. Dưới đây là một số biện pháp để nâng cao hiệu suất lò hơi tầng sôi, bao gồm:

Giảm chi phí nhiên liệu

Tiến hành chế độ pha trộn nhiên liệu tối ưu nhằm giảm chi phí nhiên liệu. Vì nhiên liệu cung cấp cho nhà máy được lấy từ các nguồn khác nhau sẽ có chất lượng và giá bán tại nhà máy cũng khác nhau. 

Vì thế, mỗi thiết bị của lò hơi tầng sôi cần phải đảm bảo các loại nhiên liệu luôn có chất lượng ổn định (các thành phần hóa học dao động không lớn), đáp ứng được yêu cầu về vận hành kinh tế (hiệu suất cao) và yêu cầu về phát thải.

Về điều này sẽ dẫn tới việc bạn cần phải giải bài toán tối ưu để tìm ra tỉ lệ pha trộn nhiên liệu và chi phí nhiên liệu tối thiểu, cũng như đáp ứng được các chỉ tiêu về nhiên liệu cho nồi hơi tầng sôi.

Để có thể giải được bài toán này bạn cần phải lập phương trình phi tuyến với các giới hạn như:

• Khả năng cung cấp của từng nguồn nhiên liệu
• Các giới hạn về phát thải (SO2, NOx)
• Các giới hạn về thành phần nhiên liệu

Giảm áp suất lò hơi

Là một trong những cách vô cùng hiệu quả giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu xuống khoảng từ 1% – 2%. Áp suất hơi thấp sẽ giảm nhiệt độ hơi bão hòa và không thu hồi nhiệt khói lò, nhiệt độ của khói lò cũng sẽ giảm xuống ở mức tương tự.

Hơi thường được tạo thành ở mức áp suất/nhiệt độ cao nhất của một quy trình nhất ở lò hơi tầng sôi. Trong một số trường hợp, quy trình này sẽ không vận hành liên tục, và có thể giảm áp suất lò. 

Tuy nhiên, bạn cần nhớ rằng việc giảm áp suất lò hơi sẽ đi kèm với giảm thể tích riêng của hơi trong lò, và loại không khí khỏi đầu ra một cách hiệu quả, mang theo nước.

Bạn 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 lưu ý không nên giảm nhiều hơn 20%.

Lắp đặt thiết bị kiểm soát tốc độ vô cấp

Lắp đặt thiết bị kiểm soát tốc độ vô cấp cho quạt, quạt thổi và máy bơm là một cách hiệu quả giúp tiết kiệm năng lượng. Việc kiểm soát khi 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 chỉ tại điểm đầu và điểm cuối của khoảng vận hành, nhưng chúng mang lại các chỉ số thiếu chính xác.

Nếu lò hơi tầng sôi có mức tải thay đổi, bạn nên xem xét khả năng thay van điều tiết bằng thiết bị kiểm soát tốc độ vô cấp.

Kiểm soát tải lò hơi

Hiệu suất tối đa của lò hơi tầng sôi không bao giờ đạt được ở mức đầy tải, mà chỉ luôn ở mức ⅔ đầy tải. Hiệu suất giảm nếu tải lò hơi được giảm xuống. Ở sản lượng bằng không, hiệu suất của lò hơi tầng sôi cũng sẽ bằng không, và nhiên liệu đốt chỉ có thể tạo ra tổn thất. Những hệ số ảnh hưởng đến hiệu suất lò hơi tầng sôi, bao gồm:

• Khi giảm tải, giá trị lưu lượng của khí lò qua các ống cũng sẽ giảm đi. Khi lưu lượng khí giảm với cùng một diện tích truyền nhiệt cũng sẽ làm giảm nhiệt độ khí lò (không đáng kể), điều này giúp giảm tổn thất nhiệt của nồi hơi.
• Ở dưới mức nửa tải, các thiết bị cháy cần thêm khí dư với mục đích cháy kiệt nhiên liệu. Do đó, tổn thất nhiệt sẽ tăng.

Nhìn chung, hiệu suất lò hơi tầng sôi có thể giảm đáng kể ở dưới mức 25% tải và bạn nên tránh vận hành lò hơi dưới mức này càng ít càng tốt.

Thay thế lò hơi

Tiềm năng tiết kiệm nhờ thay thế lò hơi còn phụ thuộc vào việc thay đổi của hiệu suất toàn phần dự kiến. Về mặt tài chính, giải pháp thay thế lò hơi rất hiệu quả nếu lò hơi tầng sôi của bạn 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
• Thiết kế không phù với các điều kiện tải lý tưởng

Việc nghiên cứu tính khả thi cần nên xem xét tất cả các khả năng có sẵn nhiên liệu lâu dài và kế hoạch phát triển của bạn. Cần tính đến các yếu tố tài chính và kỹ thuật.

Giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lò hơi tầng sôi

Các loại tổn thất thường gặp

Hiện nay, tại Việt Nam đang tồn tại hai cách tính hiệu suất lò hơi tầng sôi theo phương pháp ngược đó là:

• Tính hiệu suất lò hơi theo nhiệt trị cao (HHV)
• Tính hiệu suất lò hơi theo nhiệt trị thấp (LHV)

Đối với các nhà máy cũ, hiệu suất lò hơi tầng sôi được tính theo phương pháp nhiệt trị thấp. Phương pháp tính này, các tổn thất nhiệt sẽ bao gồm:

• Tổn thất nhiệt do khói thải mang đi: q2
• Tổn thất do cháy không hết về hóa học và cơ học: q3 và q4
• Tổn thất do tỏa nhiệt ra môi trường qua bảo ôn và xỉ: q5 và q6

Các loại lò hơi tầng sôi hiện đại ngày nay thường có tổn thất được tính theo tỷ lệ phần trăm của nhiệt cấp vào lò khoảng 8% – 10%, tức là hiệu suất của các lò hơi này khoảng 90% – 92%. Còn đối với các lò hơi tầng sôi tại các nhà máy cũ có hiệu suất được thiết kế từ 86,6% – 90,65%,  nhưng sau một thời gian dài vận hành, hiện nay hiệu suất của các lò hơi đã suy giảm nhiều. Hiệu suất thực tế chỉ đạt khoảng 74% – 84%.

Vấn đề này cần phải nói đến do ảnh hưởng của chế độ bảo dưỡng, sửa chữa và vận hành thiết bị. Vì vậy, cần phải có biện pháp giảm các tổn thất này. Một số tổn thất chính mà lò hơi tầng sôi hiện nay thường gặp phải đó là:

Tổn thất nhiệt theo khói thải q2

Tổn thất này sẽ phụ thuộc vào hệ số không khí thừa và nhiệt độ khói thải. Hệ số không khí thừa tại đuôi lò khoảng 1,4 – 1,45, lớn hơn nhiều với hệ số không khí được thiết kế (1,25 – 1,3), làm tổn thất q2 tăng.

Nguyên nhân chính làm cho hệ số không khí thừa tăng là do chế độ làm việc của hệ thống chế biến nhiên liệu bị thay đổi rất nhiều, do lọt gió lạnh vào lò và vào hệ thống chế biến. 

Hiện nay, nhiệt độ và chất lượng của nhiên liệu được cung cấp từ các nguồn trở nên xấu đi (nhiệt trị giảm, độ ẩm, độ tro tăng,…) vì thế mà hệ thống thống chế biến nhiên liệu phải làm việc quá tải, lượng không khí cần để sấy, vận tải nhiên liệu tăng nhiều, đồng thời hệ thống chế biên bị lọt gió quá nhiều làm cho lượng không khí cấp vào lò tăng hơn dự kiến.

Ngoài ra, lượng gió tăng thêm này là gió lạnh và chủ yếu được đưa vào lò hơi tầng sôi dưới dạng gió cấp 3 (có khi tới 30% tổng lượng gió), làm ảnh hưởng tới chế độ cháy, chế động khí động của buồng đốt, làm cho tổn thất do cháy không hết q4 tăng lên. Khi lượng gió (và lượng khí thải) tăng lên thì các quạt gió, quạt khói phải làm việc quá tải.

Bên cạnh đó, khi lượng gió tăng thì hệ thống sấy không khí không thể đảm bảo được nhiệt độ gió nóng (thấp hơn với nhiệt độ thiết kế 50 độ C), điều này làm cho hệ thống chế biến nhiên liệu làm việc kém đi và lò hơi tầng sôi cháy không được tốt. 

Do đó, chỉ xét riêng chế độ gió thì hệ thống chế biến nhiên liệu và lò hơi tầng sôi có quan hệ nhân quả vô cùng phức tạp, một khâu trong dây chuyển này suy giảm sẽ làm giảm đi đặc tính của khâu thứ hai và tiếp tục làm giảm nhiều đặc tính của khâu thức nhất.

Buồng đốt, đuôi lò không kín, xì hở bộ sấy không khí, lọt gió lạnh khi ra xỉ cũng sẽ khiến hệ số khí thừa tăng lên.

Tổn thất do cháy không hết về hóa học và cơ học q3, q4

Đây là yêu tố làm hiệu suất lò hơi tầng sôi suy giảm nhiều nhất. Trên thực tế, một số nhiên liệu hiện nay, đặc biệt là than antraxit Việt Nam rất khó cháy, do hàm lượng chất bốc thấp, than khó bén lửa và bén cháy ở nhiệt độ cao.

Chất lượng nhiên liệu suy giảm (chất bốc, hàm lượng tro) sẽ càng làm cho chế độ cháy trong buồng đốt của lò hơi xấu đi. Mặt khác, tổn thất nhiệt q3 và q4 còn phụ thuộc nhiều vào hệ số không khí thừa, cũng như kết cấu các vòi đốt nhiên liệu.

Hệ số không khí thừa quá nhỏ hoặc quả lớn hay vận hành ở tải thấp (nhiệt độ buồng đốt thấp) cũng sẽ làm cho các tổn thất q3 và q4 tăng lên. Thiết kế vòi đốt nhiên liệu, đai đốt không hợp lý, các khiếm khuyết vòi đốt như mòn, thủng cũng làm cho q3 và q4 tăng.

Tổn thất q4 cao tức là hàm lượng cacbon còn lại trong tro lớn (20% – 30%), gây khó khăn trong việc sử dụng tro xỉ làm phụ gia xi măng và các vật liệu xây dựng, làm cho lượng tro xỉ thải ra nhiều hơn thiết kế dẫn tới việc hệ thống thải tro xỉ làm việc quá tỉa, tình hình các bãi xỉ cũng trở nên khó khăn hơn.

Tổn thất nhiệt q5, q6

Tổn thất q5 chủ yếu là do các lớp bảo ôn bị hư hỏng, hoặc chất lượng, độ dày lớp bảo ôn không đạt yêu cầu. Các dạng tổn thất khác của lò hơi tầng sôi như: 

• Tổn thất do toả nhiệt ra môi trường bên ngoài (q5)
• Tổn thất do nhiệt của xỉ (q6) 

Cần đảm bảo được các giá trị thiết kế của các tổn thất này.

Xem thêm: Bảo ôn cách nhiệt lò hơi là gì?

Như vậy có thể kết luận rằng, đối với các lò hơi tầng sôi, trước hết bạn cần tập trung nghiên cứu các biện pháp nhằm giảm các tổn thất q2, q3 và q4.

Trên cơ sở đánh giá hiện trạng công nghệ và thiết bị, đồng thời qua phân tích các tổn thất năng lượng trong các hệ thống và thiết bị của dây chuyền sản xuất điện, có thể đề xuất các giải pháp tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả theo hai hướng chính:

• Các giải pháp kỹ thuật: nâng cấp, cải tạo, sửa chữa.
• Các giải pháp quản lý: sản xuất, sửa chữa, tổ chức.

Giải pháp khắc phục

Giảm tổn thất q2

• Cung cấp lượng khí cho lò hơi tầng sôi một cách hợp lý trong từng giai đoạn đốt cháy nhiên liệu (luôn đảm bảo rằng hệ số không khí thừa tối ưu) và giảm thiểu không khí lạnh lọt vào buồng đốt, đường khói.
• Đảm bảo chân không buồng đốt trong vận hành.
• Đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng nước cấp, nước lò nhằm giảm thiểu đóng cáu cặn trong đường ống.
• Đảm bảo nhiệt độ nước cấp lò hơi.

Hiện nay tổn thất q2 ở các lò hơi tầng sôi đang vận hành dao động từ 5,7% đến 7%. Nếu bạn giữ được mức q2 < 5% thì sẽ tăng được hiệu suất lò lên được khoảng 1% đến 2%. Điều này có ý nghĩa rất lớn, mang lại hiệu quả kinh tế đáng kế.

Giảm tổn thất q3 và q4

• Đảm bảo hệ số khí thừa tối ưu (tỉ lệ giữa nhiên liệu và không khí nóng).
• Đảm bảo chất lượng nhiên liệu cung cấp (độ ẩm, độ tro, chất bốc, nhiệt trị, cỡ hạt).
• Đảm bảo tổ chức chế độ cháy hợp lý (nhiệt độ gió nóng, tỷ lệ, tốc độ gió).

Giảm tổn thất q5 và q6

• Đảm bảo chất lượng nước bổ sung tốt, giảm lượng nước xả bẩn lò hơi tầng sôi.
• Thực hiện chế độ xả định kỳ và xả liên tục một cách hợp lý.
• Khắc phục tình trạng xì hở ở hệ thống đường ống và các van.
• Nghiên cứu, áp dụng giải pháp thu hồi và tái sử dụng nguồn nước xả từ các thiết bị (các bình, bể…).

Nếu thực hiện tốt các biện pháp trên, có thể được tổn thất q5 và q6 từ 1% đến 2%.

Trên đây là những biện pháp nhằm tăng hiệu suất lò hơi tầng sôi của bạn. Vietnam Zero Waste hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn thu thập được nhiều thông tin bổ.