Giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả ngành xi măng Việt Nam

Xi măng là vật liệu xây dựng thiết yếu để xây dựng nhà ở, các công trình công cộng, cầu, cống, kè sông, biển…Sản xuất xi măng là ngành công nghiệp được hình thành sớm ở Việt Nam. 

Năm 1899 nhà máy sản xuất xi măng công nghệ lò đứng thủ công đầu tiên được xây dựng và sản xuất ra những mẻ xi măng đầu tiên của Việt Nam tại Hải phòng. Từ đó đến nay, ngành công nghiệp xi măng Việt Nam không ngừng phát triển về quy mô, công nghệ sản xuất, chất lượng sản phẩm cùng với đó là sử dụng năng lượng ngày càng tiết kiệm hơn và sản xuất ngày càng thân thiện môi trường hơn.

Có thể phân lịch sử phát triển Ngành thành 4 giai đoạn [1]:

- Giai đoạn trước năm 1975: Ngành công nghiệp xi măng nước ta còn rất nhỏ bé. Ở miền Bắc chỉ có 1 nhà máy xi măng lò quay phương pháp ướt, năng lực sản xuất chưa đến 0,5 triệu tấn xi măng/năm và một vài nhà máy xi măng lò đứng thủ công lạc hậu. Ở miền Nam chỉ có nhà máy xi măng Hà Tiên cũng sử dụng công nghệ lò quay phương pháp ướt với năng lực sản xuất khoảng 0,3 triệu tấn xi măng/năm. 

- Giai đoạn từ năm 1976 đến năm1990: Xây dựng thêm nhà máy xi măng Bỉm Sơn công suất thiết kế 1,2 triệu tấn xi măng/năm, công nghệ lò quay phương pháp ướt và nhà máy xi măng Hòang Thạch công suất thiết kế 1,1 triệu tấn xi măng/năm, công nghệ lò quay phương pháp khô. Năng lực sản xuất xi măng của Việt Nam năm 1990 vẫn chưa đạt 3 triệu tấn xi măng/năm.

- Giai đoạn từ năm 1991 đến năm 2010: Là giai đoạn đẩy mạnh đầu tư các nhà máy xi măng phục vụ nhu cầu xây dựng đất nước. Điều đáng lưu ý là, từ năm 1990, tất cả các nhà máy xi măng đều sử dụng công nghệ lò quay phương pháp khô. Sau năm 1990 do nhu cầu xi măng liên tục tăng mà nguồn tài chính rất khó khăn, Bộ Xây dựng đã triển khai Chương trình 3 triệu tấn xi măng lò đứng cơ giới hóa giai đoạn 1993 – 1997. Sau này, nhiều nhà máy xi măng lò đứng cơ giới hóa chuyển đổi sang công nghệ lò quy công suất nhỏ.

Đến năm 2010 tổng công suất thiết kế toàn ngành đã đạt khoảng 69,14 triệu tấn xi măng/năm, sản lượng năm 2010 đạt khoảng 50 triệu tấn xi măng, đáp ứng đủ nhu cầu trong nước, không phải nhập xi măng từ nước ngoài.

- Giai đoạn từ năm 2011 đến nay: Là giai đoạn ngành xi măng Việt Nam đầu tư sản xuất lớn, hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, tài nguyên và thân thiện môi trường hơn.

Hiện nay, sản lượng hàng năm của Việt Nam khoảng 113 triệu tấn clanhke và 126 triệu tấn xi măng, đứng thứ 3 thế giới, chỉ sau Trung Quốc và Ấn Độ. Thực tế, có thể sản xuất trên 140 triệu tấn xi măng do vượt công suất thiết kế và tăng hàm lượng sử dụng phụ gia khi nghiền xi măng.

Quy mô công suất của các nhà máy xi măng rất đa dạng, có loại lò nhỏ, công suất thiết kế 1.000 tấn clanhke/ngày, có loại từ 2.500 đến 3000 tấn clanhke/ngày và có những lò lớn đến 12.000 tấn clanhke/ngày. 

Có thể phân quy mô công suất lò thành 3 nhóm:

- Nhóm công suất dưới 2.000 tấn clanhke/ngày: Hiện có 21 dây chuyền công nghệ, chiếm 7 % tổng công suất thiết kế (TCSTK) toàn Ngành;

- Nhóm công suất từ trên 2.000 đến dưới 3000 tấn clanhke/ngày: Hiện có 15 dây chuyền công nghệ, chiếm 11 % TCSTK toàn Ngành;

- Nhóm công suất từ từ 3.000 đến 12.000 tấn clanhke/ngày: Hiện có 53 dây chuyền công nghệ, chiếm 82 % TCSTK toàn Ngành;

Các số liệu ở bảng 1 cho thấy: Khi công nghệ sản xuất thay đổi, chi phí nhiệt nung clanhke thay đổi rất lớn. Lò quay phương pháp khô hiện đại nhất thế giới hiện nay có thể đạt mức chi phí nhiệt khoảng 650 kcal/kg clanhke.

Theo số liệu của Dự án “Điều tra, khảo sát, đánh giá tình hình tiêu thụ năng lượng trong sản xuất xi măng và đề xuất giải pháp sử dụng hiệu quả, tiết kiệm năng lượng trong sản xuất xi măng tại Việt Nam” [3]: Suất tiêu thụ nhiệt năng bình quân toàn Ngành năm 2025 là 816,1 kcal/kg clanhke, trong đó nhóm lò nhỏ (dây chuyền công suất £ 2.500 tấn clanhke/ngày) chi phí tới 876,20 kcal/kg trong khi nhóm công suất lớn (dây chuyền công suất > 6.000 tấn clanhke/ngày) có mức chi phí chỉ 769,30 kcal/kg.

Giải pháp căn cơ và toàn diện nhất để tiết kiệm năng lượng trong sản xuất xi măng là đổi mới công nghệ sản xuất, chuyển từ loại hình công nghệ lạc hậu, công suất nhỏ sang công nghệ tiên tiến, công suất lớn. Tuy nhiên, đổi mới công nghệ toàn diện đồng nghĩa với chi phí tài chính lớn và không dễ thực  hiện. Vì vậy, việc thay đổi thiết bị trong dây chuyền sản xuất và tối ưu hóa trên dây chuyền công nghệ hiện có là giải pháp thường xuyên được các nhà máy xi măng thực hiện. 

Hiện nay, các nhà máy xi măng đang triển khai áp dụng các thành tựu KHCN trong quản lý và vận hành nhà máy, số hóa, tự động hóa và tối ưu hóa tiến tới sử dụng AI trong sản xuất.

Các giải pháp đã và đang được thực hiện bao gồm: Cải tạo hệ thống vòi đốt, hệ thống tháp trao đổi nhiệt; giảm thất thoát nhiệt qua vỏ lò và hệ thống trao đổi nhiệt; tối ưu hóa vận hành hệ thống lò nung; tận dụng nhiệt thải lò nung phát điện (giải pháp này vừa tái sử dụng nhiệt thải lò nung vừa làm giảm chi phí năng lượng tổng hợp của quá trình sản xuất). 

Ngoài ra, các nhà máy xi măng cũng sử dụng nhiên liệu thay thế, đồng xử lý rác thải trong lò nung xi măng. Đồng xử lý rác thải trong lò nung xi măng đã biến lò nung thành nơi xử lý môi trường triệt để và hiệu quả.