Sử dụng hiệu quả năng lượng trong sản xuất giấy

Năm 2018, ngành sản xuất giấy Việt Nam có tỷ lệ tăng trưởng ấn tượng là 16% liên tục trong nhiều năm gần đây. Để con số này cao hơn trong năm 2019, các nhà máy sản xuất giấy cần đầu tư, nghiên cứu các hệ thuộc hệ thống lò hơi. Đây cũng là yếu tố tiên quyết giúp tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường cũng như mang lại lợi nhuận cao.

Cần thiết phải tối ưu hóa năng lượng

Hòa nhịp tăng trưởng của ngành công nghiệp, ngành sản xuất giấy Việt Nam cũng có tỷ lệ tăng trưởng ấn tượng là 16% liên tục trong nhiều năm gần đây. Sự tăng trưởng ngành một phần là do nhu cầu trong nước sử dụng giấy cho sinh hoạt và công nghiệp tăng trung bình 8% – 10% mỗi năm. Cùng với việc đẩy mạnh xuất khẩu đã góp phần vào sự phát triển mạnh mẽ của ngành giấy Việt Nam.

Với tỷ lệ chi phí dành cho năng lượng so với tổng chi phí sản xuất là khoảng 20% – 30%, việc sử dụng năng lượng hiệu quả là rất cần thiết. Tuy nhiên, việc sử dụng hiệu quả năng lượng trong sản xuất giấy, thực sự chỉ diễn ra chủ yếu ở các doanh nghiệp FDI, khi mà họ sẵn sàng đầu tư căn cơ vào các hệ thống, thiết bị cung cấp năng lượng cho nhà máy, hoặc hệ thống thiết bị sử dụng nhiều năng lượng trong quá trình sản xuất giấy, hoặc tận dụng tái chế nguồn rác thải sao cho chi phí vận hành sản xuất thấp nhất có thể, đồng thời giảm tác động không tốt đến môi trường xung quanh.

Nhờ những doanh nghiệp FDI nói trên, các doanh nghiệp sản xuất giấy trong nước đã bắt đầu tập trung vào việc đầu tư sao cho sử dụng tối đa năng lượng từ 3 khâu chính là: Hệ thống lò hơi; Hệ thống dây chuyền công nghệ sản xuất chính; Hệ thống xử lý tái chế rác thải sau sản xuất giấy thành năng lượng.

Điểm cần thiết để tối ưu hóa năng lượng chính là trong 2 khâu: hệ thống lò hơi và hệ thống xử lý tái chế rác thải sau sản xuất giấy thành năng lượng. Đây là hai khâu góp phần không nhỏ vào hiệu quả chi phí sản xuất và việc xả thải ra môi trường – một yếu tố quan trọng trong sản xuất công nghiệp hiện nay.

Hiệu quả cung cấp năng lượng từ lò hơi

Để có được hiệu quả cung cấp năng lượng (hơi) từ lò hơi, chúng ta cần chú ý lựa chọn cho các hệ thống sau: Lựa chọn hệ lưu trữ và cấp nhiên liệu đốt, lựa chọn hệ buồng đốt và lựa chọn hệ xử lý khói bụi phù hợp.

Lựa chọn hệ lưu trữ và cấp nhiên liệu đốt cần chú trọng đến nhiên liệu đốt và yếu tố kỹ thuật:  

Nhiên liệu đốt bao gồm than cám, biomass (trấu rời, trấu viên, củi băm, vỏ dừa, bã mía,…), rác từ nhà máy sản xuất ra.

Do Việt Nam là nước nông nghiệp, nên cần xem xét thế mạnh cung cấp nhiên liệu phù hợp của từng vùng miền để giảm được giá nhiên liệu và giảm chi phí vận chuyển. Chẳng hạn như vùng Đồng bằng sông Cửu Long, là vựa lúa của cả nước, có trấu, vỏ dừa. Vùng Bình Dương, Bình Phước, Khánh Hòa có nhiều cây công nghiệp, nên củi băm là lựa chọn phù hợp.

Sau khi xem xét yếu tố địa lý, nếu đã tận dụng hết thế mạnh vùng mà vẫn thiếu nhiên liệu đốt thì việc đốt kết hợp với than cám khi cần sẽ luôn đảm bảo cấp đủ nhiên liệu đốt và hiệu quả kinh tế cao nhất.

Đối với yếu tố kỹ thuật, việc lựa chọn hệ thống cấp liệu phù hợp với thực tế diện tích nhà lò, với tài chính doanh nghiệp và với yêu cầu môi trường trong nhà lò sạch đến mức độ nào. Hệ cấp nhiên liệu đốt có các lựa chọn sau:

Chọn hệ buồng đốt chính (thân lò):

Như đã nói trên, tùy theo vùng miền mà ta chọn nhiên liệu đốt khác nhau. Từ việc dùng nguyên liệu đốt khác nhau sẽ có sự lựa chọn buồng đốt chính khác nhau, chẳng hạn như:

Nhiên liệu than nhiệt trị cao (trên 5.000 Kcal/Kg), vỏ dừa, củi cây, củi trấu (lát), lỏi ngô, hoặc nhiên liệu có kích thước lớn hơn 70mm… phải dùng buồng đốt ghi xích. Lò hơi ghi xích có hiệu suất tối đa 85%.

Nhiên liệu than cám nhiệt trị thấp (dưới 5.000 Kcal/Kg), trấu rời, trấu viên, vỏ hạt điều, mùn cưa, bã mía, bã cà-phê, rác nhựa (băm nhỏ)… dùng lò hơi tầng sôi không tuần hoàn BFBC. Lò hơi tầng sôi dạng này có hiệu suất 87%, là dòng lò hơi được sử dụng phổ biến nhất trong ngành giấy Việt Nam.

Ngoài ra, những nhiên liệu khó đốt như than cám có độ bốc thấp, vụn gỗ MDF, hoặc lò công suất lớn trên 300 TPH, người ta thường dùng lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFBC). Lò hơi tầng sôi tuần hoàn có ưu điểm sẽ mang các nhiên liệu cháy chưa hết quay ngược về lò đốt lần 2, do đó hiệu suất của lò sẽ cao, tối đa là 90%.

Mặc dù nhìn tổng thể các thân lò của các nhà chế tạo có vẻ giống nhau, nhưng thực tế lò hoạt động có hiệu quả tiết kiệm năng lượng và ít phát tán khói bụi hay không lại phụ thuộc rất nhiều vào 3 yếu tố chính sau: Thiết kế cơ sở và thiết kế chi tiết của lò hơi; Công nghệ máy móc thực hiện các thiết kế; Vật liệu thép của các hạng mục cấu thành lò.

Đây là 3 yếu tố chính tạo nên chất lượng của lò hơi và góp phần xây dựng thương hiệu của nhà chế tạo lò hơi. Để tăng hiệu suất cho lò hơi, nhà chế tạo còn lắp thêm các bộ gia nhiệt khí, gia nhiệt gió để tăng nhiệt trước khi vào buồng đốt, nhằm tăng hiệu suất. Để đường ống lâu bị ăn mòn, người ta lắp thêm bộ khử khí oxy cho nước (Deaerator).

Lựa chọn hệ xử lý khói bụi phù hợp:

Với sự phát triển liên tục về chất lượng sống tại Việt Nam, yêu cầu về môi trường sạch trong sản xuất ngày càng khắt khe. Chính vì vậy, doanh nghiệp sản xuất luôn tìm giải pháp tối ưu trong kiểm soát xả thải ra môi trường trong quá trình vận hành lò hơi cũng như vận hành dây chuyền sản xuất.

Một hệ lọc khói bụi hiệu quả phải bao gồm: Cyclone đa cấp và lọc túi (hoặc tháp lọc).

Nguyên lý lọc bụi khói là như trên, nhưng chi tiết chế tạo, thiết kế và vật liệu sẽ quyết định khả năng lọc khói bụi tốt và độ bền của thiết bị.

Ngoài lọc khói bụi cơ bản trên, trong trường hợp đốt rác sẽ có các bộ khử khí độc hại SOx, NOx, acid phát ra trong quá trình đốt rác. Ở điểm này, Martech hiện là một trong ít những nhà chế tạo trong nước đi tiên phong trong giải pháp này.

Sau khi lọc khói bụi như trên, ở đầu ống khói ra sẽ không thấy khói bay lên mà chỉ có hơi nóng bay ra, đáp ứng tiêu chuẩn khắc khe về bảo vệ môi trường của Quốc gia.

Ngoài ra còn có kết hợp đốt rác với than cám để chuyển rác ngành giấy thành năng lượng. Lò hơi cấp hơi cho sản xuất, đồng thời chạy turbine phát điện cho nhà máy chủ động sản xuất, giảm chi phí. Hệ thống có tên Co-Generation đang được áp dụng nhiều tại các nhà máy tầm trung và lớn.

Sau khi chọn ba hệ (cấp liệu, thân lò, xử lý khói bụi) đúng với yêu cầu thực tế của nhà máy, việc ứng dụng điều khiển tự động PLC/SCADA góp phần rất quan trọng trong việc tự động kết hợp vận hành đồng bộ, đúng liều lượng, đúng nhu cầu, kịp thời, an toàn, vệ sinh, ít hao nhiên liệu và nguồn nhân lực… sẽ góp phần nâng cao đáng kể hiệu quả vận hành lò và giảm thiểu thải ra môi trường.

Tiết kiệm tiền tỷ!

Nếu chúng ta nắm rõ chức năng và lợi ích của các hệ thuộc hệ thống lò hơi, việc ra quyết định mang lại lợi ích về năng lượng, cũng là lợi ích về chi phí sẽ rất cao.

Dưới đây là một phép tính lợi nhuận thực tế.

     So sánh lợi ích khi dùng lò hơi hiệu suất cao và lò hơi hiệu suất thấp

Từ câu chuyện thành công của một nhà máy sản xuất giấy ở Bến Tre, ban đầu dùng 2 lò hơi ghi tĩnh (10TPH x 2) của nhà cung cấp, sau khi được chuyên viên của Martech Boiler tư vấn, khách hàng đã được nhiều lợi ích hơn như sau:

Dương Quốc Bảo
Công ty TNHH Mạc Tích (Martech Boiler)