Chia sẻ

Tiết kiệm năng lượng luôn là một lĩnh vực kỹ thuật được giới công nghệ quan tâm. Trong những năm qua lĩnh vực này đã đạt được các kết quả hết sức khả quan. Nhờ việc sử dụng kỹ thuật thu hồi nhiệt từ khí thải và nước thải để sử dụng trở lại, hiệu suất sử dụng nhiệt năng của các dây chuyền công nghiệp có thể đạt tới trên 90%, điều mà cuối thế kỷ 20 rất ít người coi là hiện thực.

Các nhà máy sản xuất, bao gồm nhiệt điện, luyện kim, xi măng, hóa chất, gạch, gốm sứ, dệt, nhuộm, ép nhựa, chế biến thực phẩm, đường, cà phê, chè… đều sử dụng các lò đốt nhiên liệu để tạo ra nhiệt độ cao trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, chỉ có một phần nhỏ năng lượng được sử dụng để tạo thành sản phẩm, trong khi phần lớn bị phát tán ra ngoài qua khí thải và nước làm mát, gây ra lãng phí tài nguyên và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.

Với sự tiến bộ của các thiết bị thu hồi nhiệt hiện đại, ta có thể tận dụng hầu hết năng lượng thải ra để tái sử dụng trong quá trình sản xuất, giúp giảm lượng khí thải và các chất độc hại như CO2 và SO2 đến mức từ 50% đến 80%. Áp dụng các biện pháp tiết kiệm năng lượng cũng có thể giảm thiểu tác động của hiện tượng nóng lên trái đất và các thay đổi khí hậu khác. Vì vậy, tận dụng năng lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy là một giải pháp tiết kiệm và bảo vệ môi trường hiệu quả mà các nhà sản xuất nên tích cực áp dụng.

1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị thu hồi nhiệt.

Tái sử dụng nhiệt thải bao gồm nhiều công đoạn kỹ thuật khác nhau, trong đó việc thu hồi nhiệt là công đoạn chính. Nhiệt năng thải ra được chuyển đến một quá trình khác, trực tiếp hoặc qua phương tiện trung gian. Có nhiều dạng trao đổi nhiệt với các phương tiện trung gian khác nhau và áp dụng cho các trường hợp sử dụng khác nhau. Thông thường, lượng nhiệt năng thu hồi được sử dụng ngay tại chỗ, dòng khí thải được sử dụng để làm nóng không gian và sấy nóng không khí cung cấp cho sự cháy.

Với những quá trình công nghệ không liên tục, sự thải ra nhiệt và sự tái sử dụng nhiệt không thể thực hiện đồng thời, nhiệt lượng thu hồi cần đưa vào những ngăn giữ nhiệt hoặc thiết bị trao đổi nhiệt. Các thiết bị thu hồi nhiệt thường được cấu tạo bởi các tấm chuyển nhiệt, ống vận chuyển nhiệt tuần hoàn, ống vận chuyển nhiệt theo nguyên lý mao dẫn, ống vận chuyển nhiệt theo nguyên lý trọng lực, rotor hấp thụ nhiệt và máy bơm nhiệt. Hệ thống trao đổi nhiệt giữa khí thải hoặc nước từ nhà máy thải ra với không khí và nước sạch đi vào nhà máy được sử dụng để tận dụng nhiệt năng tái sử dụng.

2. Thu hồi nhiệt theo nguyên tắc dòng ngược chiều

Phương pháp tái sử dụng nhiệt này hiệu quả và được sử dụng rộng rãi trong nhiều quá trình công nghệ. Nhiệt năng được chuyển từ khí thải hoặc nước thải sang không khí hoặc nước sạch trong buồng trao đổi nhiệt. Không khí sạch hoặc nước sạch được sấy nóng và sử dụng trong các quá trình sản xuất khác. Buồng trao đổi nhiệt bao gồm các ống bằng kim loại với các cánh tản nhiệt. Khí thải và không khí sạch được bơm vào từ các đầu của buồng trao đổi nhiệt và thoát ra ở đầu kia. Các nhà máy có nồi hơi còn thu hồi được nước ngưng tụ để sử dụng lại.

Phương pháp trên là hiệu quả và được sử dụng rộng rãi trong nhiều quy trình công nghệ. Nó sử dụng buồng trao đổi nhiệt để truyền nhiệt năng từ khí thải hoặc nước thải sang không khí sạch hoặc nước sạch. Không khí sạch sau khi được sấy nóng có thể được sử dụng trong quá trình sản xuất có yêu cầu nhiệt độ thấp hơn hoặc được sử dụng để đốt cháy nhiên liệu. Nước sạch cũng sau khi được làm nóng có thể được sử dụng trong các quy trình sản xuất khác hoặc được bơm vào nồi hơi.

Buồng trao đổi nhiệt được bao bọc bởi vật liệu cách nhiệt và có các ống dẫn nhiệt bằng kim loại với cánh tản nhiệt ở cả mặt trong và ngoài. Khí thải có nhiệt độ cao được bơm vào từ một đầu của buồng và thoát ra ở đầu kia. Không khí sạch được bơm vào các ống kim loại trong buồng từ phía đầu ra của khí thải và thoát ra một đường ống riêng ở phía đầu vào của khí thải. Nước thải cũng được thu hồi nhiệt và các nhà máy có nồi hơi cũng có thể thu hồi lại nước ngưng tụ để sử dụng lại.

3. Hiệu suất các thiết bị thu hồi nhiệt

Hệ thống thu hồi nhiệt đã được áp dụng từ giữa thế kỷ 20, nhưng ban đầu không hiệu quả do giá nhiên liệu thấp và giá thành thiết bị cao. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, ngành sản xuất vật liệu và thiết bị thu hồi nhiệt đã đạt được tiến bộ đáng kể, dẫn đến việc các thiết bị này được sử dụng rộng rãi hơn. Hiệu suất của thiết bị thu hồi nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước, cấu tạo buồng trao đổi nhiệt, vật liệu làm ra thiết bị và đặc điểm quá trình sản xuất. Các thiết bị thu hồi nhiệt theo nguyên tắc dòng ngược chiều có thể thu hồi tới 80% nhiệt lượng trong khí thải và nước thải, giúp tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu lên trên 90%. Việc tái sử dụng nhiệt năng để sưởi ấm trong sinh hoạt ở các nước sứ lạnh cũng được thực hiện từ lâu. Hãng Vailand đã tung ra thị trường loại thiết bị có kèm hệ thống tái sử dụng nhiệt từ khí thải với hiệu suất nhiệt 95%. Ngoài ra, không khí từ các khu văn phòng, khách sạn và nhà ở cũng có thể được thu hồi để sưởi nóng không khí sạch trước khi bơm vào nhà.

4. Sau bao lâu thì thu hồi được vốn

Việc tái sử dụng nhiệt năng không chỉ giảm thiểu chi phí năng lượng thông qua việc giảm bớt nhiên liêu đưa vào ban đầu, mà còn làm giảm bớt chi phí đầu tư cho các lò đốt và hệ thống ống khói, tháp lạnh… Các dây chuyền công nghiệp được xây dựng mới trong những năm gần đây thường có hệ thống thiết bị tái sử dụng nhiệt, thiết kế đồng bộ với khu vực đốt nhiên liệu, nồi hơi và hệ thống khí thải, nước thải. Phần tiết kiệm chi phí do việc thu nhỏ lò đốt, thu nhỏ các ống khói, ống thoát khí thải… còn lớn hơn toàn bộ chi khí cho hệ thống tái sử dụng nhiệt.

Trước đây nhà máy cán nhựa Laufenberg (CHLB Đức) hàng năm tiêu thụ cho sản xuất một lượng khí đốt trị giá 2 triệu Euro. Sau khi lắp đặt 3 hệ thống thiết bị tái sử dụng nhiệt với tổng chi phí 150 ngàn Euro, đã hạ mức tiêu thụ nhiên liệu xuống còn 1/3, tiết kiệm mỗi năm khoảng 1,4 triệu Euro.

Các biện pháp tái sử dụng nhiệt năng đã tạo ra một cuộc cách mạng kỹ thuật nhiệt, giúp các công ty giảm giá thành sản phẩm, giành lại thị trường và giảm lượng khí thải CO2. Việt Nam cần áp dụng công nghệ này để tăng sức cạnh tranh và bảo vệ môi trường. Tác giả sẽ giới thiệu các biện pháp tái sử dụng nhiệt năng khác trong các bài tiếp theo.

Ứng dụng thực tế của tiết kiệm năng lượng:

Tiết kiệm năng lượng được thực hiện cho lò hơi tận dụng nhiệt từ các nguồn nhiệt có sẵn để sản xuất hơi như:

+ Nhiệt tỏa ra từ các chu trình sản xuất hóa chất có các phản ứng hóa học sinh nhiệt. Lượng nhiệt tỏa ra này cần được giải phóng trước khi chuyển qua công đoạn sản xuất tiếp theo, đảm bảo nhiệt độ môi chất nằm trong phạm vi yêu câu của công nghệ. Do đó người ta thiết kế lò hơi tận dụng lượng nhiệt này để sản xuất hơi. Các phản ứng trong quy trình sản xuất hóa chất sinh nhiệt như: Khí hóa nhiên liệu, tổng hợp amoniac ( N₂ + 3H₂ -> 2NH₃ + 22 kCal), Oxi hóa Sulphur dioxit ( 2SO₂ + O₂ -> 2 SO₃ + 45 kCal), chuyển đổi Amonia thành Nitric oxide ( 4NH₃ + 5 O₂ -> 4NO + 6H₂O + 3O₂ kCal ) ……

+ Thu hồi nhiệt thải từ các chu trình sản xuất khác. Lượng nhiệt này nếu không tận dụng sẽ bị thải ra môi trường gây lãng phí : Nhiệt thải lò đốt sản xuất hóa chất như đốt dịch đen trong sản xuất giấy; Nhiệt thải lò đốt rác, Nhiệt thải lò luyện thép, sản xuất xi măng…

Tận dụng các nguồn nhiệt sẵn có để sản xuất hơi không những tiết kiệm được chi phí sản xuất mà còn giảm thiểu phát thải môi trường.

Than Việt chia sẻ về việc tiết kiệm năng lượng. Các thông tin và yêu cầu chi tiết, Quý vị liên hệ.