Đốt kép lò hơi ở NMLD Dung Quất - một giải pháp, đa lợi ích

Khi sản lượng khí FG của Nhà máy tăng cao do thay đổi chế độ vận hành và chủng loại dầu thô. Mặc dù đã điều chỉnh công suất vận hành của lò hơi đốt FO về mức tối thiểu và tăng công suất vận hành của 2 lò hơi đốt FG lên tối đa, để tăng lượng tiêu thụ FG nhưng cũng không thể sử dụng hết, một lượng FG được xả thải qua đuốc đốt của Nhà máy và gây lãng phí. Theo thống kê, lượng FG xả thải ra đuốc đốt từ giữa năm 2017 đến giữa năm 2018 khoảng 370 tấn (nếu áp theo giá thị trường tại thời điểm đó thì lượng khí FG này có giá trị khoảng 194.000 USD).

Với mục đích sử dụng hiệu quả, triệt để dòng khí FG sinh ra từ quá trình chế biến dầu thô, Ban Nghiên cứu và Phát triển đã phối hợp với các ban liên quan, Nhà thầu O&M và Nhà cung cấp thiết bị nghiên cứu và áp dụng thành công giải pháp đốt kép tại các lò hơi của Phân xưởng sản xuất Điện - Hơi. Giải pháp đã giảm khối lượng dầu FO trung bình gần 1.700 tấn/tháng trong năm 2018 so với năm 2017, giúp Công ty tiết kiệm khoảng 4,8 triệu USD/năm và hạn chế việc xả thải khí FG ra đuốc đốt gây lãng phí, ô nhiễm môi trường.

Đốt kép trong lò hơi, hiệu quả cao - chi phí thấp

Với nhận định như đã nêu, sau khi xem xét tình trạng cân bằng mạng nhiên liệu, lịch sử và chế độ vận hành của NMLD Dung Quất, nhóm kỹ sư của BSR đã bắt tay vào việc nghiên cứu giải pháp đốt kép (đốt cùng lúc FG, FO trong cùng một lò hơi) để sử dụng hết lượng FG phát sinh.

Có 2 kỹ thuật đốt kép áp dụng trong một lò hơi, là đốt hai loại nhiên liệu trên cùng một đầu đốt và đốt hai loại nhiên liệu trên các đầu đốt khác nhau. Giải pháp đốt kép trên cùng một đầu đốt cho phép thay đổi tỷ lệ giữa các loại nhiên liệu một cách dễ dàng, rất thuận lợi cho việc duy trì trạng thái vận hành ổn định của lò hơi. Tuy nhiên, để áp dụng giải pháp này thì cần phải thực hiện những cải hoán lớn, bao gồm thay thế đầu đốt, cải hoán hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống điều khiển của lò hơi. Chi phí để thực hiện việc cải hoán rất lớn, khoảng 1 triệu USD/lò hơi.

Với mục tiêu tối ưu hóa quá trình sản xuất với chi phí thấp nhất, nhóm tác giả tiếp tục nghiên cứu giải pháp đốt kép trên các đầu đốt khác nhau. Theo đó, trong cùng một lò hơi (có 3 đầu đốt được bố trí theo phương thẳng đứng), 2 đầu đốt sẽ đốt FO và 1 đầu đốt sẽ đốt FG. Với giải pháp này, cần phải cải hoán hệ thống điều khiển nhiên liệu của lò hơi sao cho tỷ lệ giữa FO và FG luôn ở mức tối ưu, nhằm đảm bảo quá trình cháy bên trong buồng đốt xảy ra triệt để và hiệu suất của lò hơi ở mức cao nhất. Việc cải hoán này được thực hiện bởi các kỹ sư BSR, Nhà thầu O&M nên không tốn bất kỳ chi phí nào.

Qua trình áp dụng sáng kiến tưởng rằng diễn ra trơn tru, tuy nhiên vấn đề kỹ thuật đặt ra là nhiệt độ và chiều dài ngọn lửa của FG và FO không giống nhau, đốt FG ở đầu đốt nào trong 3 đầu đốt để không làm ảnh hưởng đến tình trạng kỹ thuật của lò hơi, chất lượng hơi nước và lò hơi vận hành với hiệu suất cao nhất. Nhóm tác giả tiếp tục nghiên cứu và được Nhà cung cấp thiết bị Cerrey tư vấn đốt FG ở đầu đốt trên cùng và 2 đầu đốt phía dưới đốt FO, để các ống gia nhiệt ở phía trên không hấp thụ quá nhiều nhiệt của đầu đốt phí dưới (do ngọn lửa của FO có bức xạ nhiệt cao hơn so với ngọn lửa của FG).

Cuối tháng 8/2018, BSR đã thử nghiệm chế độ đốt kép tại lò hơi A4001A với 1 đầu đốt trên cùng đốt FG, 2 đầu đốt phía dưới đốt FO theo như khuyến cáo của Cerrey. Tuy nhiên, chế độ đốt kép như trên cho kết quả không như mong đợi; ngọn lửa của FO quá ngắn, không giống với ngọn lửa bình thường của dầu FO và nhiệt độ của hơi nước không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, mặc dù lò hơi đã được vận hành ở công suất cao. Một thử nghiệm khác được triển khai tại lò hơi A-4001C, khi đốt FG ở đầu đốt bên dưới và 2 đầu đốt còn lại đốt FO. Kết quả thử nghiệm cho thấy tình trạng kỹ thuật của lò hơi A-4001C tốt nhất khi đốt FG ở đầu đốt bên dưới, nhiệt độ của hơi nước (505 độ C) phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, ngọn lửa của dầu FO và của FG gần giống với bình thường, nhiệt độ đầu vào và đầu ra bộ hâm nóng tối ưu nhất.

Để làm rõ sự khác biệt giữa kết quả thử nghiệm của BSR và khuyến cáo của Nhà cung cấp thiết bị, nhóm tác giả đã phối hợp với Cerrey đánh giá sự phân bố của nguồn nhiệt bên trong buồng đốt khi đốt FG ở đầu đốt bên dưới trên mô hình lò hơi của Cerrey và kết quả đánh giá cho thấy, việc đốt kép như vậy không làm ảnh hưởng đến tình trạng kỹ thuật của lò hơi và nhiệt độ của hơi nước phù hợp với kết quả thử nghiệm của BSR.

Kỹ sư Trần Thế Sang - Ban Vận hành sản xuất nhận định: Trên cơ sở các thông số vận hành, các lò hơi có tình trạng kỹ thuật bình thường khi áp dụng chế độ đốt kép. Từ khi áp dụng giải pháp (31/8/2018), nguồn khí nhiên liệu FG đã được sử dụng triệt để, chấm dứt tình trạng xả thải, kết quả cụ thể nhất là lượng tiêu thụ dầu FO đã giảm rất đáng kể so với năm 2017.

Giải pháp mở ra cơ hội mới

Ngoài lợi ích về mặt năng lượng nhờ vào việc sử dụng triệt để nguồn khí FG, giải pháp đốt kép còn mở ra cơ hội cho BSR để tiết giảm chi phí vận hành bằng cách sử khí LPG làm nhiên liệu đốt thay cho khí FG. Kỹ sư Trần Văn Sang cho biết: Tại một số thời điểm, trong trường hợp điều kiện vận hành không đủ khí FG và giá sản phẩm khí LPG giảm, chi phi đốt LPG sẽ thấp hơn so với chi phí đốt FO. LPG là một sản phẩm của NMLD Dung Quất, cung ứng ra thị trường với sản lượng lớn, sử dụng chủ yếu cho việc đun nấu hộ gia đình.

Theo số liệu thống kê, vào các tháng đầu năm 2019, chi phí đốt LPG đều thấp hơn so với chi phí đốt dầu FO. Theo một nghiên cứu mới đây, tại một số thời điểm nếu đốt LPG thay thế cho một tấn dầu FO sẽ tiết kiệm được khoảng 100 USD. Giải pháp đốt kép là cơ hội để BSR sử dụng LPG hóa hơi làm nhiên liệu thay cho dầu FO nhằm tăng hiệu quả kinh tế và thực tế BSR đã áp dụng rất hiệu quả cho các tháng 7, 8 và 9/2019. Tính riêng tháng 8/2019, BSR đã tiết giảm được khoảng 250.000 USD nhờ vào việc sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế cho FO.

Giải pháp đốt kép đã mang lại lợi ích to lớn cho BSR, tuy nhiên, hiện tại BSR vẫn phải duy trì lượng nhiên liệu FO tối thiểu khoảng 4 tấn/giờ để đảm bảo độ tin cậy vận hành của các lò hơi (có hai nguồn nhiên liệu cấp cho lò hơi, nếu một trong hai nguồn gặp sự cố thì hệ thống vẫn hoạt động bình thường nhờ vào nguồn nhiên liệu còn lại). Việc nghiên cứu giải pháp để sử dụng LPG thay thế hoàn toàn cho dầu FO còn lại, mà vẫn đảm bảo duy trì trạng thái vận hành bình thường của các lò hơi trong mọi tình huống, sẽ được BSR tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hiệu quả vận hành của Nhà máy.

Một trong những động lực thúc đẩy sự quyết tâm của nhóm tác giả đi tìm giải pháp mới là Tổ chức Hàng hải quốc tế 2020 (IMO 2020), từ ngày 01/01/2020 trở đi, tất cả các tàu biển sẽ phải giảm thiểu lượng lưu huỳnh oxit dưới 85%. Quy định này sẽ áp dụng trên toàn cầu và khắp các ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu ở vùng biển khơi. Điều đó đồng nghĩa với việc các tàu phải sử dụng nhiên liệu hàng hải với hàm lượng lưu huỳnh tối đa là 0,5% so với mức giới hạn hiện nay là 3,5%. Chất lượng dầu FO của BSR đáp ứng được tiêu chuẩn này, vậy nên giải pháp đốt kép này mở ra cơ hội mới cho BSR trong kinh doanh dầu FO và “giải pháp hiệu quả - chi phí thấp” sẽ tiếp tục là lựa chọn của BSR trong thời gian tới, kỹ sư Trần Thế Sang cho biết thêm.

Ông Nguyễn Sơn Lâm - Trưởng Ban Nghiên cứu và Phát triển đánh giá: Việc nghiên cứu và áp dụng thành công giải pháp đốt kép tại các lò hơi của BSR thể hiện khả năng sáng tạo, chuyên nghiệp, tinh thần dám nghĩ, dám làm của người lao động BSR. Giải pháp đã mang lại lợi ích to lớn, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh của Nhà máy, bảo vệ môi trường. Chỉ sau 8 tháng áp dụng, giải pháp đã tiết kiệm được một khối lượng nhiên liệu lớn (1.144,523 tấn dầu FO, tương đương 599.727 USD). Ngoài ra, giải pháp còn cho phép BSR linh hoạt thay đổi sử dụng nguồn nhiên liệu có chi phí thấp (LPG hoặc FO), tiết giảm chi phí năng lượng khi điều kiện thị trường thuận lợi.

Trong thời gian tới, BSR sẽ tiếp tục đẩy mạnh công tác nghiên cứu và áp dụng các giải pháp kỹ thuật để không ngừng nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh, trong đó, những giải pháp kỹ thuật có chi phí thấp là ưu tiên hàng đầu.