Giải pháp tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu quả sản xuất

1. 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 theo một 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, đưa qua hệ thống băng tải tới các bunke chứa, từ đây bằng các máy cấp liệu đĩa và cấp 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.

Khói lò SKS sẽ được dùng để tận dụng trong nồi hơi nhiệt thừa (hình 2), nhiệt độ của khói lò sau khi ra khỏi lò SKS khoảng 807 ⁰C.

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 sung 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, đặc 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 300 ⁰C, áp suất 20kg/cm ²), 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 một 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 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 là 380 ⁰C±20 ⁰C.

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 380 ⁰C).

2. Đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống nồi hơi nhiệt thừa

a) 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 SO ₂cùng với hơi nước sẽ tạo một lượng axít 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.

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. Bảng 1 trình bày tiềm năng tiết kiệm năng lượng với giải pháp bảo ôn vỏ bọc bao hơi tránh thất thoát nhiệt.

b) Giải pháp tiết kiệm điện năng cho hệ thống quạt khói nồi hơi nhiệt thừa

Hệ thống quạt hút đang sử dụng.

Thông số thiết kế của quạt khói: công suất: 110kW; lưu lượng: 68120m ³/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. 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 nấc 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 tuy đã có hiệu quả kinh tế 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 lý điều khiển tự động quạt hút gió được mô tả trên hình 4.

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.

Bảng 1. Tiềm năng tiết kiệm khi áp dụng giải pháp bảo ôn bao hơi

Bảng 2. Tính toán tiết kiệm trong 1 giờ sử dụng

Bảng 3. Tính toán tiết kiệm trong 1 năm và thời gian hoàn vốn

Bảng 4. Thống kê chi phí đầu tư và tiền tiết kiệm

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý điều khiển quạt hút

c) Giải pháp thay thế động cơ bơm nước nóng (bơm tuần hoàn bao hơi) và bơm dung dịch ăn mòn hóa học cao, bơm axít 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 (hình 5).

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 (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:Momen 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:Các bơm đang sử dụng tại Công ty có giá thành đến 20 triệu đồng/cái chỉ có thời gian sử dụng trong 6 tháng, cùng với các chi phí bảo dưỡng thay thế đến 600.000 đ/năm. Nếu được thay thế bằng các bơm từ có thời gian hoạt động ít nhất là 2 năm với giá thành 40 triệu đồng/ cái thì tính ra hàng năm Công ty sẽ tiết kiệm được đến 20,6 triệu đồng.

3. Kết luận:

Qua kết quả kiểm toán năng lượng tại Công ty Luyện đồng Lào Cai, tiền tiết kiệm năng lượng 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.

Với hiệu quả rõ ràng, Công ty đã tiến hành áp dụng giải pháp đề xuất bọc bảo ôn vỏ bao hơi nồi hơi nhiệt thừa và thiết bị đang hoạt động ổn định, nâng cao tuổi thọ thiết bị và hiệu quả sản xuất, cải thiện môi trường xung quanh.