Phân xưởng sản xuất điện - hơi của Nhà máy Lọc dầu (NMLD) Dung Quất được thiết kế với 4 lò hơi siêu cao áp A-4001A/B/C/D (trong điều kiện bình thường, 3 lò vận hành và 1 lò dự phòng) để sản xuất hơi nước dùng cho việc chạy máy phát điện và cung cấp cho các phân xưởng công nghệ trong nhà máy. Theo thiết kế, tại cùng một thời điểm vận hành, mỗi lò hơi chỉ đốt một loại nhiên liệu nhất định là khí Fuel Gas (FG) hoặc dầu Fuel Oil (FO). Trước tháng 8-2018, các lò hơi được vận hành với 2 lò đốt FG và 1 lò đốt FO.
Khi sản lượng khí FG của nhà máy tăng cao do có sự thay đổi về chế độ vận hành hoặc chủng loại dầu thô, trong một số trường hợp, mặc dù đã điều chỉnh công suất vận hành của lò hơi đốt FO về mức tối thiểu (tiêu thụ dầu FO giảm về mức tối thiểu) và tăng công suất của hai lò hơi đốt FG 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 phối hợp với Ban Vận hành sản xuất, nhà thầu O&M và nhà cung cấp thiết bị đã 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 góp phần làm giảm chi phí năng lượng của nhà máy, hạn chế việc xả thải gây ô nhiễm môi trường.
Hiệu quả cao - Chi phí thấp
Sau khi xem xét tình trạng cân bằng của 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 hai loại nhiên liệu FG và FO trong cùng một lò hơi) để sử dụng hết lượng FG phát sinh.
Có 2 kỹ thuật đốt kép có thể áp dụng cho một lò hơi, đó là đốt hai loại nhiên liệu 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 bảo đảm 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.
Quá trình áp dụng sáng kiến tưởng 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 đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và lò hơi vận hành với hiệu suất cao nhất. Nhóm tác giả đã nghiên cứu và làm việc với nhà cung cấp thiết bị Cerrey và được tư vấn đốt FG ở đầu đốt trên cùng, 2 đầu đốt phía dưới đốt FO để các ống gia nhiệt ở phía trên không hấp thụ quá nhiều nhiệt (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 đầu đốt trên cùng đốt FG, 2 đầu đốt phía dưới đốt FO theo như khuyến cáo của Cerrey, tuy nhiên, 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, với lần lượt các đầu đốt ở trên, ở giữa và ở dưới đốt FG, 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 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 nước 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 phía dưới trên mô hình lò hơi của Cerrey, 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 Nghiên cứu và phát triển) 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, nguồn khí nhiên liệu FG đã được sử dụng triệt để, chấm dứt tình trạng xả thải, lượng dầu FO tiêu thụ 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 dụng tối đa nguồn nhiên liệu có chi phí thấp hơn.
Kỹ sư Trần Thế Sang cho biết: Trong trường hợp sản lượng FG của nhà máy không quá cao và chi phí đốt LPG thấp hơn so với dầu FO thì với việc áp dụng giải pháp đốt kép, BSR có thể hóa hơi LPG để làm nhiên liệu thay thế cho một phần dầu FO.
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. Tại một số thời điểm, đốt LPG để thay thế cho một tấn dầu FO sẽ tiết kiệm được khoảng 100 USD và BSR đã áp dụng rất hiệu quả cho các tháng 7, 8 và 9-2019. Tính riêng tháng 8-2019, BSR đã tiết kiệm được khoảng 250.000 USD nhờ sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế FO.
Tuy nhiên, hiện tại BSR vẫn phải duy trì lượng tiêu thụ FO tối thiểu khoảng 4 tấn/giờ để bảo đảm độ tin cậy vận hành của các lò hơi. Việc nghiên cứu giải pháp để sử dụng LPG thay thế hoàn toàn cho dầu FO còn lại mà vẫn bảo đảm 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.
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 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
