Thứ hai, 20/05/2024 | 15:57 GMT+7

Việt Nam làm chủ công nghệ sản xuất phụ gia, tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng

09/04/2024

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc hóa dầu - Bộ Công Thương đã nghiên cứu thành công phụ gia ECOAL giúp tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng thông qua việc tiết giảm chi phí năng lượng và giảm phát thải khí ô nhiễm cho cho lò đốt trong công nghiệp sử dụng than.

Nghiên cứu xuất phát từ thực tế
Trữ lượng than trên thế giới lớn hơn nhiều lần so với trữ lượng các nhiên liệu hóa thạch khác (dầu mỏ và khí đốt). Xu hướng tiếp tục phát triển nhiệt điện than, cũng như các quá trình công nghiệp có sử dụng than, đối với nguồn than có chất lượng kém và ngày càng suy giảm chất lượng đã dẫn đến sự gia tăng sử dụng nhiên liệu không theo thiết kế và hậu quả là làm suy giảm các đặc tính kinh tế, kỹ thuật và môi trường. Cụ thể là, chất lượng than cấp thực tế cho các nhà máy thường không ổn định hoặc không đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu chất lượng so với thiết kế. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất vận hành của hệ thống lò hơi và thiết bị phụ trợ như: làm giảm hiệu suất cháy, các hệ thống cung cấp/chế biến than, khử bụi, thải tro xỉ làm việc trong điều kiện nặng nề hơn, tiêu thụ điện tự dùng cao hơn...
Trước hiện trạng nêu trên, nhiều giải pháp đã được đề xuất/thử nghiệm như: Thực hiện nâng cấp cải tạo lò hơi, tuabin, tuần hoàn khói, thu hồi khói thải, lắp đặt thiết bị cân để giám sát tiêu thụ nhiên liệu và thay thế thiết bị của nhà máy cho các nhà máy hiện đang vận hành; Sử dụng kết hợp với năng lượng tái tạo; Sử dụng than trộn với tỷ lệ thích hợp của than anthracite và bitum hoặc á bitum; Áp dụng công nghệ siêu tới hạn và trên siêu tới hạn cải tiến cho tất cả nhà máy nhiệt điện than sử dụng than nhập khẩu. Tuy nhiên, việc áp dụng mỗi giải pháp trên đều không đơn giản và tốn rất nhiều chi phí đầu tư, đồng thời nhà máy cần dừng hoạt động trong thời gian chuyển đổi.
Có thể thấy, việc đốt cháy nhiên liệu rắn hiệu quả hơn nhờ sử dụng các phương pháp hiện có, bao gồm cả phụ gia nhiên liệu, là một vấn đề quan trọng, cấp thiết và cần được quan tâm trong công nghiệp lò đốt. Tuy nhiên, việc sử dụng các chất phụ gia nhiên liệu để đốt than hiệu quả hơn vẫn chưa được nghiên cứu nhiều và chúng hầu như chưa thể hiện được hiệu quả áp dụng. 
Là quốc gia nằm trong số các nước đang phát triển, các ngành công nghiệp sử dụng năng lượng than ở Việt Nam rất đa dạng, như nhiệt điện than, xi măng, luyện kim, hóa chất, phân bón, giấy, dệt may, gốm sứ,... Tương đồng với nhiều nước trên thế giới, ở Việt Nam, nguồn nhiệt điện đang chiếm tỉ trọng cao nhất trong cơ cấu nguồn điện và đóng vai trò quan trọng trong đảm bảo cung cấp điện cho phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030 và các năm sau. Nhu cầu sử dụng than cho các nhà máy nhiệt điện trong 10 - 20 năm tới vẫn rất lớn. 
Nắm bắt được như cầu thực tiễn và những thách thức về khoa học và công nghệ, đồng thời có năng lực phát triển các chế phẩm có tính năng nâng cao hiệu quả quá trình cháy, ngay từ năm 2013, Phòng Thí nghiệm trọng điểm (PTNTĐ) Công nghệ lọc, hóa dầu - Bộ Công Thương đã xây dựng chiến lược phát triển công nghệ sản xuất sản phẩm phụ gia nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng nói chung, phụ gia tiết kiệm nhiên liệu cho các hoạt động giao thông, vận tải, xây dựng và công nghiệp, nói riêng. Trong đó có việc thực hiện Dự án sản xuất thử nghiệm “Hoàn thiện công nghệ chế tạo phụ gia tiết kiệm than và giảm khí thải cho lò đốt trong công nghiệp sử dụng than”.  Đề tài do GS.TS. Vũ Thị Thu Hà làm chủ nhiệm.
Tăng hiệu quả sử dụng năng lượng
Mục tiêu chính của Dự án là hoàn thiện công nghệ và hệ thống thiết bị chế tạo phụ gia tiết kiệm than và giảm khí thải cho lò đốt trong công nghiệp sử dụng than, qui mô 200 lít/mẻ; Sản xuất thử nghiệm 600 lít phụ gia tiết kiệm than và giảm khí thải cho lò đốt trong công nghiệp sử dụng than; Triển khai ứng dụng thử nghiệm phụ gia tiết kiệm than và giảm khí thải trong lò đốt công nghiệp sử dụng than.
Phụ gia ECOAL đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuât, môi trường cao. (Ảnh: PTNTĐ Công nghệ Lọc, Hóa dầu)
Sau gần ba năm triển khai dự án, đội ngũ nghiên cứu của GS.TS. Vũ Thị Thu Hà đã thiết lập được quy trình công nghệ hoàn thiện chế tạo phụ gia tiết kiệm than và giảm khí thải cho lò đốt trong công nghiệp sử dụng than, với quy mô 460 lít/mẻ, gồm hai quy trình thành phần: Quy trình tổng hợp hợp chất có chỉ số khúc xạ mol cao, quy mô 50kg sản phẩm/mẻ; Quy trình sản xuất phụ gia đa năng trên cơ sở các hợp chất có chỉ số khúc xạ mol cao, quy mô 460 lít/mẻ. Kết quả cho thấy quy mô công suất của bộ quy trình đã tăng gấp hơn hai lần so với công suất đăng ký trong thuyết minh dự án sản xuất thử nghiệm. 
Đề tài đã thiết lập được hệ thống thiết bị chế tạo phụ gia tiết kiệm than và giảm khí thải cho lò đốt trong công nghiệp sử dụng than, quy mô 460 lít/mẻ, trên cơ sở khai thác một số thiết bị sẵn có của cơ quan chủ trì dự án. Hệ thiết bị bao gồm: 02 thiết bị phản ứng có khuấy, có gia nhiệt, đầy đủ hệ thống bích nạp liệu, cửa xả đáy, thể tích 1.000 lít; 01 bồn chiết có khuấy, thể tích 400 lít; 01 hệ thống cô quay chân không, thể tích 50 lít; 01 thiết bị phối trộn siêu âm, phát siêu âm 3000W; có buồng phản ứng với đầu dò bằng Titan, kết nối với thùng chứa bên ngoài (200 lít, có khuấy) để có thể tuần hoàn hỗn hợp; 01 thiết bị lọc cặn cơ học; Các phụ trợ khác.
Với quy trình và hệ thống thiết bị có được, nhóm nghiên cứu đã tiến hành sản xuất thử nghiệm thành công phụ gia tiết kiệm than và giảm khí thải cho lò đốt trong công nghiệp sử dụng than. Khối lượng sản phẩm phụ gia thu được từ quá trình sản xuất thử nghiệm là 691 lít, vượt 15% so với khối lượng đã được đăng ký trong thuyết minh Dự án sản xuất thử nghiệm.
Chế phẩm ECOAL giúp tăng cường hiệu quả cháy đối với các loại than có chất lượng xấu, khó bắt cháy (Ảnh: Báo Công Thương)
Với chế phẩm ECOAL, đội ngũ nghiên cứu tiến hành thử nghiệm trên lò hơi đốt than dạng ghi xích với tỷ lệ một lít phụ gia cho 143 tấn than. Kết quả cho thấy, phụ gia ECOAL cho phép tăng hiệu suất sinh hơi cho nhiên liệu lên 11,77% (tương đương với giảm định mức tiêu thụ nhiên liệu khi sản xuất một tấn hơi), tăng áp suất hơi trung bình trong nồi 12,6%, giảm 22,3% lượng xỉ sinh ra khi sản xuất một tấn hơi.
Ngoài ra, quá trình thử nghiệm còn được tiến hành tại lò nung clinker của Nhà máy xi măng Tân Thắng. Sự có mặt của chế phẩm ECOAL cho phép hoặc nâng tỷ lệ than nhiệt phân đốt kèm than cám 4a từ 25% lên 30%, hoặc nâng tỷ lệ than nhiệt phân đốt kèm than cám 5a từ 0% lên 20%, so với trường hợp không sử dụng ECOAL.
Tác động của việc sử dụng chế phẩm hữu cơ ECOAL đến các đặc tính cháy của nhiên liệu kém chất lượng trong lò nung clinker tại Nhà máy sản xuất xi măng Tân Thắng trong thử nghiệm này là rất đáng chú ý. So với trường hợp sử dụng nguyên liệu đối chứng, là tổ hợp nhiên liệu gồm 75% (khối lượng) than cám 4a và 25% than than nhiệt phân và không sử dụng phụ gia (75%-4a), sự có mặt của phụ gia ECOAL cho phép lò nung clinker vận hành ổn định với các tổ hợp nhiên liệu có chất lượng xấu hơn nhiều, gồm tổ hợp 80% than cám 5a và 20% than nhiệt phân (80%-5a-ECOAL) và tổ hợp 70% than cám 4a và 30% than nhiệt phân (70%-4a-ECOAL).
Về hiệu quả kỹ thuật, các phương án nhiên liệu nêu trên đều đảm bảo năng suất sản xuất và chất lượng clinker theo yêu cầu. Ngoài ra, sự có mặt của phụ gia ECOAL giúp giảm đáng kể hiện tượng mảng bám thành lò.
Hiệu quả kinh tế cao
Các kết quả của nghiên cứu cho thấy chế phẩm ECOAL là phụ gia tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng thông qua việc tiết giảm chi phí năng lượng và giảm phát thải khí ô nhiễm cho lò đốt trong công nghiệp sử dụng than, rất phù hợp để áp dụng trong các quá trình đốt than và/hoặc các nhiên liệu rắn thay thế than (sinh khối, rác thải, muội rắn từ quá trình nhiệt phân lốp,…) ở các nhà máy xi măng, nhiệt điện, hóa chất, luyện kim. ECOAL cũng phù hợp với các quá trình sử dụng nhiên liệu là khí đốt.
Chia sẻ về hiệu quả kinh tế, GS. TS. Vũ Thị Thu Hà cho biết: Nếu một nhà máy xi măng 2 triệu tấn xi măng/năm, sử dụng khoảng 600 lít/năm phụ gia ECOAL, thu được hiệu quả ròng là 50 tỷ/năm, tức là trung bình hiệu quả kinh tế (tính theo lít) mà phụ gia ECOAL mang lại là 83.000.000 VNĐ/lít. Tùy từng cách thức vận hành tối ưu của nhà máy và tùy thuộc giá than trên thị trường, con số này có thể thay đổi ít nhiều, nhưng về cơ bản thường không dưới 50.000.000 VNĐ/lít. Đó là chưa kể lợi ích mang lại từ việc giảm chi phí cạo lò, bảo dưỡng lò nhờ sử dụng phụ gia ECOAL.
"Hiệu quả giảm khí thải HC, CO, muội là rất đáng kể khi sử dụng phụ gia ECOAl. Điều này giúp giảm tải cho các thiết bị xử lý khí thải, từ đó tăng tuổi thọ, giảm chi phí bảo dưỡng, dẫn đến giảm chi phí xử lý (đối với các nhà máy hiện đại có trang bị hệ thống xử lý khí thải). Những điều này trực tiếp góp phần giảm giá thành cho các sản phẩm của các doanh nghiệp sử dụng phụ gia, dẫn đến tăng năng lực cạnh tranh cho các doanh nghiệp này, từ đó tăng năng lực cạnh tranh của toàn bộ nền kinh tế."GS. TS. Vũ Thị Thu Hà nhấn mạnh.
Phụ gia ECOAL đã đươc ứng dụng thành công trên dây chuyền sản xuất clinker của Nhà máy xi măng Tấn Thắng. (Ảnh: Báo Công Thương)
Về hiệu quả môi trường, quá trình sản xuất phụ gia hầu như không phát sinh phế thải thứ cấp, đồng thời tiêu tốn ít năng lượng. Đặc biệt, việc ứng dụng phụ gia ECOAL giúp nâng cao hiệu suất đốt, từ đó giúp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Bên cạnh đó, phụ gia ECOAL còn góp phần giảm đáng kể phát thải khí ô nhiễm CO và NOx (tương ứng đến 74,9% và 11,2%). Đối với các quá trình sản xuất công nghiệp có trang bị hệ thống xử lý khí thải đạt tiêu chuẩn qui định, điều này vẫn đặc biệt có ý nghĩa, bởi vì việc sử dụng phụ gia sẽ giúp giảm tải cho hệ thống xử lý khí thải, qua đó góp phần giảm chi phí xử lý, tăng tuổi thọ cho hệ thống xử lý khí thải.
Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã và đang được lãnh đạo Đảng và Nhà nước quan tâm và coi là một trong những trụ cột quan trọng để đảm bảo an ninh năng lượng cũng như giúp cho ngành năng lượng phát triển bền vững. Năm 2020, Nghị quyết số 55 của Bộ Chính Trị về “Chiến lược phát triển ngành năng lượng đến 2030, định hướng đến năm 2045” đã nêu rõ tiết kiệm năng lượng phải được coi là quốc sách quan trọng và là trách nhiệm của mọi tổ chức, cá nhân. Tiết kiệm năng lượng có những lợi ích rất to lớn như bảo tồn nguồn năng lượng quốc gia; Bảo vệ môi trường, giảm rác thải, hiệu ứng nhà kính; Giúp cho ngành năng lượng nói riêng và nền kinh tế nói chung phát triển bền vững. Theo đánh giá của Bộ Công Thương, tiềm năng tiết kiệm năng lượng của Việt Nam đang có dư địa lớn trong rất nhiều ngành và lĩnh vực, như với ngành công nghiệp đạt khoảng 15-30%. Sử dụng phụ gia ECOAL đảm bảo tiết kiệm năng lượng và sử dụng năng lượng hiệu quả đến trên 10%. Trong khi đó, giải pháp áp dụng phụ gia ECOAL vô cùng đơn giản về kỹ thuật, đồng thời không đòi hỏi phải đầu tư cho xây dựng mới hoặc cải hoán cơ sở hạ tầng sẵn có. Do đó, có thể khẳng định, phụ gia ECOAL thực sự là một trong những giải pháp độc đáo và hiệu quả để góp phần đạt được mục tiêu Quốc gia trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm cường độ năng lượng, giảm khí thải, hiệu ứng nhà kính như cam kết của Chính phủ tại thỏa thuận Paris 2015 và gần đây nhất là COP26  năm 2021.
Như vậy, có thể nói, hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và môi trường mà chuỗi giá trị sản phẩm phụ gia ECOAL mang lại là vô cùng to lớn. Điều này chứng tỏ dự án sản xuất thử nghiệm đã thu được kết quả có giá trị khoa học và ý nghĩa thực tiễn vô cùng to lớn và công nghệ sản xuất phụ gia của Dự án sản xuất thử nghiệm là công nghệ có hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và môi trường rất cao. 
Sau khi kết thúc Dự án, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc, hóa dầu tiếp tục liên kết với Công ty Cổ phần DG Technology sản xuất và phân phối sản phẩm phụ gia phụ gia tiết kiệm than và giảm khí thải cho lò đốt trong công nghiệp sử dụng than đến các hộ tiêu thụ lớn. Mặt khác, tiếp tục mở rộng thị trường sản phẩm trong nước và sẽ phát triển sang thị trường quốc tế thông qua việc hợp tác với các chuyên gia trong lĩnh vực cung cấp năng lượng toàn cầu. 
Đến nay, sản phẩm phụ gia đã được PTNTĐ Công nghệ lọc, hóa dầu đưa vào ứng dụng thương mại tại Nhà máy xi măng Tân Thắng công suất 2 triệu tấn xi măng/năm, thuộc Tập đoàn TH. Tùy theo giá nhiên liệu tăng hay giảm, mỗi năm nhà máy tiết giảm được từ 92 - 172 tỷ đồng chi phí nhiên liệu phục vụ sản xuất. Đặc biệt, đến nay nhờ sử dụng chế phẩm ECOAL cho quá trình đốt than trong lò nung clinker, Nhà máy xi măng Tân Thắng đã thành công trong việc sử dụng 100% nhiên liệu than cám 6a, thay thế than thiết kế là than cám 4a. Đây là thành tựu công nghệ đặc biệt có ý nghĩa, không chỉ ở Việt Nam mà cả trên thế giới, vì hiện tại chưa có nhà máy xi măng nào trên thế giới thành công trong việc sử dụng 100% than phẩm cấp thấp hơn rất nhiều so với phẩm cấp than thiết kế, trong khi vẫn đảm bảo được chế độ vận hành ổn định, đảm bảo năng suất và chất lượng clinker. 
 Anh Thư