Xây dựng sổ tay hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống khí hóa than

Phan Độc Lập

Viện Luyện kim đen

1. Mở đầu

Hệ thống khí hóa than đã được lắp đặt cho các lò nung phôi thép của các dây chuyền cán thép hiện có tại các công ty sản xuất thép cán; lò sấy và nung gạch chịu lửa, gạch ốp lát tại Công ty cổ phần gạch chịu lửa Thái Nguyên và Công ty cổ phần Trúc Thôn.

Tuy nhiên việc sử dụng than đá thông qua việc sử dụng lò khí hoá than lại tạo nên nguy cơ cháy nổ và gây ô nhiễm môi trường bởi khí độc hại CO. Mặc dù hệ thống khí hóa than là khép kín và đảm bảo vệ sinh môi trường nhưng vẫn tiềm ẩn nguy cơ rò rỉ khí than và cháy nổ rất cao. Trong thực tiễn sản xuất của các đơn vị thuộc Tổng công ty Thép Việt Nam đã xảy ra các vụ tại nạn lao động nghiêm trọng, dẫn đến tử vong do hít thở phải khí CO. Để hạn chế nguy cơ này cần thiết phải có những quy định chặt chẽ trong vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống khí hóa than. Xuất phát từ yêu cầu cấp thiết này mà tại Quyết định số: 3078/QĐ-BCT ngày 22/6/2011 Viện Luyện kim đen đã được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ nghiên cứu xây dựng “Sổ tay hướng dẫn Quy trình vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống khí hóa than”, áp dụng cho các đơn vị sử dụng hệ thống khí hóa than trong Tổng công ty Thép Việt Nam.

2. Nội dung nghiên cứu

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò nung khí than

2.1.1 Cấu tạo của lò khí hóa than

Thân lò: Thân lò là lớp vỏ thép hai lớp, ở giữa chứa nước vừa có tác dụng làm nguội vừa để sản xuất hơi nước cung cấp cho bộ phận bịt kín khi thăm lửa và sử dụng cho quá trình khí hóa than. Phần trên của thân lò là đỉnh lò. Đỉnh lò có thiết kế 7 lỗ quan sát để thăm lửa và thăm dò các tầng chất đốt ở trong lò khi lò đang hoạt động. Ngoài ra còn có tấm chặn than và bộ phận phân phối than để than có thể được rải đều khi đi vào tầng chất đốt và giữ cho tầng than trên cùng được phẳng. Vị trí chính xác của tấm chắn than và bộ phận phân phối than phải được điều chỉnh và xác định khi vận hành thử nghiệm. Trên thân lò có thiết kế lỗ cho người chui vào, cửa ra khí than, cửa dẫn nước vào, ra và xả cặn. Phần dưới đáy lò là hệ thông mâm xỉ và cơ cấu bịt nước nhằm mục đích không cho khí than thoát ra, bao gồm cả cửa ra xỉ.

Ghi lò: Ghi lò sử dụng là loại quay li tâm. Tác dụng của ghi lò là đỡ tầng than và phân bố đều hỗn hợp không khí – hơi nước từ phần đế ghi lò phun vào trong thân lò để bảo đảm cho quá trình khí hóa than diễn ra bình thường. Ghi lò được cố định ở trên mâm xỉ và cùng quay tròn như mâm xỉ, do đó còn giúp cho xỉ than thoát qua dao ra xỉ và máng ra xỉ ra ngoài một cách thuận lợi. Trong mâm xỉ chứa đầy nước, vừa có tác dụng làm nguội xỉ, vừa có tác dụng bịt kín lò. Vòng bi trong mâm xỉ và đế đỡ, giá đỡ dưới nó có tác dụng đảm bảo cho sự quay quanh trục của lò hóa khí. Chỗ ống gió vào ở phần đế của mâm xỉ có thiết kế cơ cấu bịt kín bằng nước, có tác dụng bịt kín không khí và giúp cho mâm xỉ có thể quay tròn. Ngoài ra bịt kín bằng nước này còn có tác dụng xả áp để bảo vệ thiết bị khi xẩy ra sự cố cháy, nổ tại ống gió vào.

Thiết bị truyền động mâm xỉ: Thiết bị này có tác dụng làm cho mâm xỉ có thể quay tròn. Thiết bị truyền động được cấu thành bởi trạm thủy lực, đế đỡ và xi lanh. Có thể điều khiển việc bật/tắt động cơ điện để làm cho mâm xỉ xả than ra ngoài.

Cơ cấu nạp than: Than được đưa vào trong lò từ trên xuống thông qua thiết bị cấp than tự động kiểu trục lăn đôi điện động. Thiết bị này bao gồm bộ phận phân phối và bộ cấp than. Than được thiết bị nâng vận chuyển đưa vào silo than, sau đó được bộ phận cấp than chuyển tới bộ phận phân phối đưa vào trong lò. Lượng than được cấp vào lò nhiều hay ít được thực hiện bằng việc điều chỉnh tốc độ quay của bộ phận phân phối. Trống quay và lớp lót của bộ phận phân phối có chóp bịt kín để ngăn không cho khí than rò rỉ ra bên ngoài.

Thiết bị nâng vận chuyển than: Có tác dụng đưa than từ mặt đất lên silo than của máy cấp than điện động.

Bao hơi: Bao hơi có tác dụng chứa hơi nước với áp suất 0,3 MPa từ hệ thống làm nguội vỏ lò khí hóa than sinh ra. Bao hơi có thiết kế cửa hơi ra, cửa hơi nước vào, đồng hồ đo áp lực, kim đo mức hơi nước, van an toàn và các đường ống cấp thoát nước nối tiếp với hệ thống làm nguội vỏ lò.

Máng ra xỉ và dao ra xỉ: Hệ thống này cùng với mâm xỉ có tác dụng thải xỉ từ trong lò khí hóa than ra ngoài.

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của lò khí hóa than

Trong lò khí hóa than, than được cấp từ trên xuống dưới, chất hoá khí (không khí và hơi nước) được cấp từ dưới lên trên tạo ra luồng chuyển động ngược chiều sinh ra các phản ứng hoá học và sự trao đổi nhiệt lượng. Như vậy, trong lò khí hóa than sẽ hình thành nhiều khu vực. Chúng ta tạm gọi các khu vực đó là các “tầng” (xem hình 1).

2.2 Lưu trình công nghệ của hệ thống khí hóa than

Phụ thuộc vào mức độ đầu tư và yêu cầu sử dụng khí than ở dạng trực tiếp hay gián tiếp mà người ta thiết kế và chế tạo hệ thống khí hóa than theo hai sơ đồ công nghệ: Công nghệ khí hóa than nóng và công nghệ khí hóa than nguội.

2.3 Hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật

Trong khi vận hành, để duy trì tình trạng bình thường của lò khí hoá than cần thiết phải điều chỉnh các thông số kỹ thuật sau đây.

2.3.1 Độ dày của tầng nguyên liệu

– Nếu nguyên liệu than đá sử dụng có kích thước hạt lớn, hàm lượng cacbon thấp nên thao tác ở tầng than có độ dày lớn;

– Nếu nguyên liệu than sử dụng có kích thước hạt nhỏ, hàm lượng các bon không ổn định thì nên thao tác ở tầng than có độ dày thấp.

2.3.2 Quạt gió

– Lấy khả năng sản xuất làm căn cứ điều chỉnh, lượng khí than cần sản xuất tăng thì lượng gió cũng phải tăng;

– Trở lực tầng nguyên liệu trong lò và áp lực ở cửa ra lò lớn, thì áp lực ở quạt gió cũng phải tăng.

2.3.3 Nhiệt độ bão hòa

– Độ bụi trong nguyên liệu cao, độ hạt nhỏ, nên tăng nhiệt độ bão hoà;

– Nếu gió có áp lực lớn thì nhiệt độ bão hoà cũng phải tăng theo;

– Nhiệt độ tầng lửa lớn nên tăng nhiệt độ bão hoà hoặc giảm thấp áp lực bão hoà;

– Khi khí hoá than gầy, nhiệt độ bão hoà dao động từ 50 – 60 ^oC;

– Khi khí hoá than béo, nhiệt độ bão hoà dao động từ 45 – 55 ^oC.

2.4 Một số đặc điểm bất thường của hệ thống lò khí hoá than có khả năng xảy ra và cách xử lý

2.4.1 Vận hành lò khí hoá than nóng

Đặc tính biểu hiện

– Nhiệt độ trong lò vượt qua mức cho phép;

– Có lửa màu vàng hoặc trên mặt lò, lửa cháy cục bộ;

– Trong lò kết xỉ, khi thăm lửa khó đưa que thăm lửa vào. Nhiệt độ ở tầng lửa cao, khi đưa que thăm lửa ra, có lửa màu vàng trong khu tầng lửa, thậm chí làm nóng chảy que thăm lửa;

– Nồng độ khí CO₂ vượt quá tiêu chuẩn.

Nguyên nhân

– Nhiệt độ bão hoà thấp;

– Điều chỉnh sai ở tầng nguyên liệu.

Cách xử lý

– Tăng nhiệt độ bão hoà;

– Đánh vỡ xỉ, nếu không đánh vỡ được xỉ thì phải dừng lò để đánh xỉ;

– Thường xuyên thoát bụi và tiếp than vào lò, làm cho tầng nguyên liệu giữ được độ ổn định.

2.4.2 Vận hành lò khí hoá than nguội

Đặc tính biểu hiện

– Nhiệt độ ra lò thấp hơn qui định;

– Lửa trên mặt lò có màu đỏ thẫm hoặc mầu đen;

– Sau khi đốt que thăm lửa, lớp oxi hoá trên que thăm lửa có màu đỏ sẫm, thậm chí không nhìn thấy tầng lửa;

– Khí than có nồng độ khí CO, H₂ thấp, hàm lượng cacbon trong xỉ cao.

Nguyên nhân

– Nhiệt độ bão hoà quá cao;

– Điều chỉnh trong tầng nguyên liệu chưa hợp lý.

Cách xử lý

– Giảm nhiệt độ bão hoà;

– Dừng việc thoát bụi, dừng hoặc tiếp than;

– Có thể tạm thời dừng sản xuất khí hoá than;

– Chuẩn bị bình dự trữ khí than.

2.4.3 Năng suất lò khí hoá than không đạt yêu cầu

Đặc tính biểu hiện

– Trong lò có một bộ phận bị quá nhiệt;

– Lửa trong lò có màu không đều, chỗ có màu đỏ, chỗ khác có màu đen;

– Lớp oxi hoá trên que thăm lửa ở các vị trí khác nhau có màu sắc không giống nhau: Ở một số lỗ thăm lửa có màu vàng sáng, ở những chỗ thăm khác lại có màu đỏ thẫm, thậm chí không phân biệt được phần oxi hoá;

– Kết quả tổng hợp của những nguyên nhân trên làm cho nhiệt độ ra lò tăng cao;

– Chất lượng khí than giảm, hàm lượng cacbon trong bụi cao.

Nguyên nhân

– Do gió không được cung cấp đều, một số xỉ than nhỏ bị nóng chảy mà không được xử lý kịp thời;

– Khi đốt lò, kích thước của xỉ than không đồng đều, phân bố không đều;

– Cấp than vào lò không đều, bố trí nguyên liệu không hợp lý, kích thước than chênh lệch nhau quá lớn;

– Thoát bụi không đều: Lượng bụi trước và sau dao gạt bụi không đều.

Cách xử lý

– Thường xuyên kiểm tra đôn đốc, nếu phát hiện xỉ than phải xử lý ngay lập tức;

– Khi lắp đặt lò khí hoá than phải chấp hành nghiêm chỉnh yêu cầu của thiết kế. Phải chắc chắn lò ở trạng thái cân bằng mới đốt lò;

– Kiểm tra tình hình cấp than vào lò và kích thước hạt của than. Trong trường hợp cần thiết công nhân phải bốc than ra khỏi lò;

– Trong trường hợp quá phức tạp khó giải quyết, thì sau khi than nguội mới giải quyết.

3. Kết quả đạt được

Soạn thảo hoàn chỉnh sổ tay “Quy trình hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống khí hoá than” gồm các quy định phải tuân thủ theo các đề mục như sau (xem thêm phần phụ lục):

3.1 Những yêu cầu chung về đảm bảo an toàn lao động đối với công nhân vận hành hệ thống lò khí hoá than

Bao gồm 34 điều khoản quy định yêu cầu chung.

3.2 Những yêu cầu về trách nhiệm của người lao động ở từng vị trí công tác vận hành hệ thống lò khí hóa than

3.2.1 Trách nhiệm của người trưởng ca

Bao gồm 8 điều khoản quy định trách nhiệm của trưởng ca.

3.2.2 Chức trách của vị trí công nhân vận hành lò

Phạm vi làm việc của công nhân vận hành lò bao gồm máy nạp than, bình chứa hơi nước, bộ lọc bụi tĩnh điện, tháp rửa làm mát khí, máy ra xỉ, quạt gió… Chức trách của công nhân vận hành lò được quy định cụ thể cho từng vị trí làm việc. Có 10 điều khoản quy định chung cho tất cả công nhân phải tuân thủ dưới sự chỉ đạo của trưởng ca. Ngoài ra còn có các điều khoản quy định riêng cho một số vị trí cụ thể sau:

– Chức trách của công nhân trực máy tăng áp bao gồm 8 điểu khoản quy định;

– Chức trách của công nhân nạp than bao gồm 7 điểu khoản quy định;

– Chức trách công nhân hóa nghiệm bao gồm 8 điều khoản quy định.

3.3 Quy trình hướng dẫn thao tác hệ thống lò khí hoá than bao gồm các nội dung

3.3.1 Quy định chung

Bao gồm 3 điều khoản quy định chính.

3.3.2. Công tác chuẩn bị trước khi đốt lò

Bao gồm 10 điều khoản quy định chung.

3.3.3 Công tác đốt lửa lò khí hoá than

Bao gồm 6 điều khoản quy định chung.

3.4 Hướng dẫn thao tác vận hành lò khí hoá than

Bao gồm 24 điều khoản quy định người thao tác phải tuân thủ trong quá trình vận hành lò.

3.5 Hướng dẫn thao tác ngừng lò

3.5.1 Kiểm tra bảo dưỡng và dừng lò theo đúng quy định

Bao gồm 7 điều khoản quy định thao tác.

3.5.2 Dừng lò và dự trữ nhiệt

Bao gồm 15 điều khoản quy định thao tác.

3.5.3 Xử lý khi mất điện cục bộ đột ngột ở một số thiết bị

Bao gồm 7 điều khoản quy định thao tác.

3.6 Hướng dẫn thao tác vận hành hệ thống quạt gió, máy bơm nước

Bao gồm 7 điều khoản quy định hướng dân công nhân vận hành.

3.7 Hướng dẫn thao tác vận hành trạm tăng áp suất khí than

Bao gồm 5 điều khoản quy định hướng dẫn công nhân vận hành.

3.8 Hướng dẫn thao tác bộ lọc bụi tĩnh điện

Bao gồm 8 điều khoản quy định hướng dẫn công nhân thao tác.

3.9 Hướng dẫn thao tác kỹ thuật phân tích hoá nghiệm khí than

Bao gồm 21 điều khoản quy định hướng dẫn công nhân thao tác.

3.10 Hướng dẫn thao tác hệ thống tĩnh hoá khí than

Bao gồm 15 điều khoản quy định hướng dẫn công nhân thao tác.

3.11 Hướng dẫn thao tác điều khiển điện

Bao gồm 10 điểu khoản quy định hướng dẫn công nhân thao tác.

3.12 Quy trình hướng dẫn xử lý sự cố hệ thống lò khí hoá than

Có 9 bước hướng dân thực hiện khi cần phải xử lý hệ thống lò khí hóa than theo các biểu các số liệu giới hạn mức nguy hiểm.

3.13 Quy trình hướng dẫn bảo dưỡng thiết bị, máy móc của hệ thống lò khí hoá than

3.13.1 Mục đích của công tác bảo dưỡng thiết bị

Bao gồm 2 điều khoản quy định chung về mục đích của công tác bảo dưỡng thiết bị.

3.13.2 Các yêu cầu đối với công tác bảo dưỡng thiết bị

Bao gồm 11 điều khoản quy định các yêu cầu đối với công tác bảo dưỡng thiết bị.

3.13.3 Hướng dẫn thực hiện công tác bảo dưỡng thiết bị

Bao gồm 4 điều khoản hướng dẫn thực hiện công tác bảo dưỡng thiết bị.

3.13.4 Bảo dưỡng định kỳ

Bao gồm 5 điều khoản quy định hướng dẫn thao tác bảo dưỡng định kỳ.

3.14 Quy trình hướng dẫn sửa chữa thiết bị, máy móc của hệ thống lò khí hoá than

Bao gồm 13 điều khoản quy định quy trình hưỡng dẫn.

4. Kết luận

Để chuyển việc sử dụng nhiên liệu dầu nặng cho việc nung phôi cán và các loại vật liệu xây dựng khác trong các lò nung hiện nay bằng than đá, các doanh nghiệp sản xuất thép cán đã đầu tư các hệ thống khí hóa than. Trên cơ sở nghiên cứu kỹ lưỡng công nghệ và thiết bị của các hệ thống này, cùng với việc nghiên cứu các tác động tiêu cực đến môi trường và các giải pháp giảm thiểu các tác động tiêu cực này, nhóm đề tài đã nghiên cứu thành công việc xây dựng “Sổ tay quy trình hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống khí hoá than” phù hợp với điều kiện sản xuất kinh doanh của ngành sản xuất thép Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu đề tài “Xây dựng sổ tay quy trình hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống khí hoá than” do Viện Luyện kim đen thực hiện đã đáp ứng được yêu cầu giảm thiểu tác động tiêu cực của hệ thống khí hoá than đến môi trường và đảm bảo an toàn lao động, vệ sinh lao động cho người lao động tại các đơn vị trong Tổng công ty Thép Việt Nam.

“Sổ tay quy trình hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống khí hoá than” có thể được sử dụng không chỉ tại các nhà máy trực thuộc Tổng công ty Thép Việt Nam mà còn thể được áp dụng rộng rãi trong tất cả các nhà máy công nghiệp tại Việt Nam có sử dụng hệ thống trạm khí hoá than.

5. Tài liệu tham khảo

[1]. GS. TS. Bùi Hải, TS. Dương Đức Hồng, TS. Hà Mạnh Thư: Thiết bị trao đổi nhiệt, nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật Hà Nội (1999);

[2]. GS. TS. Nguyễn Sĩ Mão: Lý thuyết và thiết bị cháy, nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật Hà Nội (1999);

[3]. Quy trình vận hành khí than lò cao, lò cốc hóa – tài liệu nội bộ, Công ty CP Gang Thép Thái Nguyên (2005);

[4]. Tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác lò khí hóa than – Công ty TNHH Cơ khí nặng Tân Thái, TP. Phật Sơn, Trung Quốc (2010);

[5]. TS. Trần Thanh Sơn, Trần Việt Hưng, Nguyễn Văn Đức: Nghiên cứu thiết kế hệ thống hóa khí than phục vụ thí nghiệm – Tuyển tập báo cáo Hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học lần thứ 7 tại Đại học Đà nẵng năm 2010;

[6]. Các biện pháp kiểm soát ô nhiễm và quản lý chất thải – Bộ KHCN & MT, tháng 2/1998;

[7]. GS. TS. Trần Ngọc Chấn: Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, năm 2001./.

Tin phố biến

Thép không gỉ mác Cr14Mn14Ni3T thay cho mác Cr18Ni9T (HỆ Mn THAY Ni) dùng để chế tạo các chi tiết làm việc trong môi trường xâm thực, chịu tải và va đập.