>> Kinh nghiệm thu hồi nhiệt thải (P2)
Công nghệ phát điện WHR ở nhiệt độ trung bình và thấp đã được ứng dụng trong ngành xi măng của Nhật Bản và các nước phát triển Tây Âu từ thập niên 1970 và đầu thập niên 1980. Sau khi công nghệ này được đưa vào Trung Quốc trong thập niên 1990, các nhà cung cấp bản địa đã thiết kế và chế tạo được các thiết bị chính của WHR, tối ưu hóa thêm công nghệ và đưa vào nhiều tiến bộ kỹ thuật mới. Và kết quả là các hệ thống WHR đã được sử dụng phổ biến trong công nghiệp xi măng Trung Quốc.
Phát điện WHR trong nhà máy xi măng chủ yếu sử dụng gió thải từ hệ thống thiết bị ghi làm nguội clinker và tháp trao đổi nhiệt. Hệ thống này có thể giúp các nhà máy sản xuất sản xuất ra năng lượng điện tối đa mà không ảnh hưởng đến việc chế tạo clinker cả về chất lượng và khối lượng, và không làm tăng tiêu thụ nhiệt năng. Trong các điều kiện sản xuất thông thường, các dây chuyền sản xuất có tiêu hao nhiệt cao hơn sẽ sản xuất được nhiều điện năng hơn.
Hầu hết các dự án phát điện WHR hiện nay vẫn sử dụng công nghệ chu trình Rankine, đặc biệt là hệ thống Rankine hơi nước. Các dự án nhỏ, không yêu cầu người vận hành và ít phải bảo trì kỹ thuật, chủ yếu sử dụng chu trình Rankine hữu cơ (ORC). Từ thập niên 1980, đã xuất hiện giải pháp thứ ba là chu trình Kalina.
Trong công nghiệp xi măng, phát điện WHR được phát triển theo ba giai đoạn:
- Phát điện WHR nhiệt độ cao và trung bình;
- Phát điện WHR có nồi hơi đốt phụ trợ;
- Phát điện WHR ở nhiệt độ trung bình và nhiệt độ thấp.
Tuy nhiên, đến nay công nghệ phát điện WHR nhiệt độ cao và trung bình không còn thích hợp sử dụng trong các nhà máy xi măng, do dòng gió thải có nhiệt độ thấp. Hệ thống nồi hơi đốt phụ trợ đòi hỏi mức tiêu thụ than cao hơn và vì vậy sử dụng năng lượng kém hiệu quả. Còn lại là công nghệ phát điện WHR ở nhiệt độ trung bình và nhiệt độ thấp, công nghệ này không tiêu tốn thêm nhiên liệu, không phát thải gây ô nhiễm và có chỉ số hoàn vốn tốt.
Công nghệ nhiệt động lực NKK
Công ty trách nhiệm hữu hạn Năng lượng và Môi trường Nanjing Kesen Kenen (NKK) cung cấp công nghệ chu trình Rankine hơi nước, chỉ cần có 01 nhân công trong 01 ca vận hành. Ngoài ra, công ty còn cung cấp công nghệ ORC không cần người vận hành.
Công nghệ KS-I
Về hệ thống nhiệt động lực học, NKK có thể cung cấp 03 hệ thống công nghệ KS-I, như sau:
- Áp suất đơn (hình 1);
- Áp suất kép (hình 2);
- Thu hồi nhiệt nhanh (hình 3).
Bảng 01 đưa ra các chỉ tiêu so sánh giữa 03 phương án lựa chọn khác nhau. Từng hệ thống đều có những ưu điểm riêng, điều kiện vận hành cụ thể của nhà máy xi măng sẽ quyết định loại hệ thống cần được trang bị.
Hệ thống áp suất đơn được khuyến cáo khi dòng nhiệt gió thải có thể được sử dụng hoàn toàn trong hệ thống này (nhiệt độ đầu ra của nồi hơi AQC khoảng 90 ÷ 100oC). Hệ thống này đơn giản, thuận tiện cho vận hành và đòi hỏi tiêu hao năng lượng cũng như mức đầu tư thấp.
Hệ thống áp suất kép và hệ thống thu hồi nhiệt nhanh sẽ được xem xét, cân nhắc khi hệ thống áp suất đơn không thể tận dụng hết được nhiệt gió thải. Tuy nhiên, hệ thống áp suất kép sẽ được ưu tiên vì vận hành bằng hơi quá nhiệt áp suất thấp sẽ cho công suất phát điện cao hơn so với công suất phát điện bằng hơi bão hòa áp suất thấp. Hệ thống áp suất kép cũng yêu cầu tiêu hao điện thấp hơn. Hệ thống thu hồi nhiệt nhanh sẽ được khuyến nghị khi nhiệt độ gió thải từ hệ thống ghi làm nguội có dao động đáng kể.
Khi chọn hệ thống áp suất kép hoặc hệ thu hồi nhiệt nhanh, tỷ lệ lưu lượng dòng hơi áp suất thấp chiếm vào khoảng 10 ÷ 30% dòng hơi chính.
Công nghệ KS-II
NKK tiếp tục phát triển công nghệ KS-I bằng cách bổ sung thêm công nghệ quá nhiệt thứ cấp, tạo ra hệ thống áp suất đơn KS-II, áp suất kép và thu hồi nhiệt nhanh, mang lại hiệu suất phát điện cao hơn (xem hình 4).
Nếu nhiệt độ gió thải từ khoang giữa ghi làm nguội cao hơn (khoảng 380 ÷ 420oC), nhưng nhiệt độ gió thải của tháp trao đổi nhiệt lại thấp hơn 330oC, thì dòng hơi quá nhiệt có nhiệt độ thấp (<300oC) từ nồi hơi tháp trao đổi nhiệt sẽ được đưa đến bộ quá nhiệt chung có nhiệt độ cao (GSH) trong nồi hơi AQC. Hơi từ tháp trao đổi nhiệt và các nồi hơi AQC sau đó được gia nhiệt, thông thường đến khoảng 360 ÷ 380oC hoặc cao hơn 50 ÷ 60oC so với nhiệt độ trong hệ thống KS-I.
Công nghệ KS-III
Công nghệ KS-III (xem hình 5) khai thác năng lượng nhiệt thừa theo cấp tại hệ thống ghi làm nguội clinker. Tại khoang giữa hệ ghi làm nguội, có 02 điểm trích gió nóng, một điểm có nhiệt độ cao 480 ÷ 550oC và một điểm nhiệt độ trung bình 330 ÷ 380oC. Hơi quá nhiệt có nhiệt độ thấp từ AQC và các nồi hơi tháp trao đổi nhiệt sẽ được gia nhiệt lên đến khoảng 430oC bằng dòng gió nóng có nhiệt độ cao, nhằm phát điện tối đa. Tương tự như các công nghệ KS-I và KS-II, công nghệ KS-III có 3 kiểu hệ thống nhiệt động lực là áp suất đơn, áp suất kép và thu hồi nhiệt nhanh.
Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng số 2 năm 2015)