Đốt kép lò hơi ở Nhà máy lọc dầu Dung Quất - một giải pháp, đa lợi ích

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 cũng như hạn chế việc xả thải gây ô nhiễm môi trường.

Việc triển khai đồng bộ các giải pháp tiết giảm tiêu thụ năng lượng của nhà máy lọc dầu đã mang lại một kết quả đáng khích lệ, so với năm 2017, lượng dầu FO tiêu thụ năm 2018 đã giảm trung bình gần 1.700 tấn/tháng, giúp Công ty tiết kiệm khoảng 4,8 triệu USD/năm.

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

Với nhận định như trên, sau khi xem xét tình trạng cân bằng của mạng nhiên liệu, lịch sử và chế độ vận hành của nhà máy lọc dầu 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 & 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 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 sẽ 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.

Quá 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 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, 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, 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.

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 vào việc sử dụng LPG để làm nhiên liệu thay thế cho FO.

Sử dụng LPG để làm nhiên liệu thay thế cho dầu FO đã mang lại lợi ích rất lớn cho BSR, tuy nhiên, hiện tại BSR vẫn phải duy trì lượng tiêu thụ 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 các 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 theo yêu cầu của Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO), từ ngày 01/01/2020 trở đi, các tàu biển sẽ 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 nên được dự báo sẽ có giá cao, việc sử dụng LPG làm nhiên liệu để thay thế hoàn toàn cho dầu FO vì thế cũng được kỳ vọng sẽ mang lại giá trị lớn và "giải pháp hiệu quả - chi phí thấp" sẽ tiếp tục là lựa chọn của BSR trong thời gian tới.

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.