Thu hồi nhiệt để tiết kiệm năng lượng

Thu hồi nhiệt để tiết kiệm năng lượng
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 hơn 90%, điều mà cuối thế kỷ 20 ít người nghĩ tới. Các nhà máy nhiệt điện, luyện kim, xi măng, hóa chất, gạch, gốm sứ, thủy tinh, dệt, nhuộm, ép nhựa, chế biến thực phẩm, đường, cà phê, chè... đều có các lò đốt sử dụng than, dầu, ga hoặc điện năng để tạo ra nhiệt độ cao trong quá trình sản xuất. Lượng nhiên liệu thật sự hữu ích thường chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng số nhiên liệu bị đốt cháy, thường chỉ từ 5-30%. Phần lớn phần nhiệt năng còn lại đi theo khí thải, nước thải hoặc nước làm nguội máy... thoát ra môi trường. Ðiều này không những gây lãng phí tài nguyên, mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và khí quyển trái đất.

Với các thiết bị thu hồi nhiệt hiện đại, người ta có thể tận dụng hầu hết nhiệt năng thải ra để đưa trở lại quá trình sản xuất. Mặt khác, nếu tận dụng triệt để nhiệt lượng sinh ra từ các quá trình đốt, lượng CO2 và SO2 cùng các chất khí độc hại do công nghiệp sinh ra có thể giảm từ 50-80%.

Hiệu suất các thiết bị thu hồi nhiệt

Hệ thống các thiết bị thu hồi nhiệt đã được áp dụng từ những năm giữa thế kỷ 20. Tuy nhiên, lúc đầu hiệu quả thu hồi nhiệt còn rất thấp, giá nhiên liệu cũng còn thấp và giá thành thiết bị rất cao nên ít được áp dụng. Trong những năm gần đây, ngành sản xuất vật liệu và thiết bị thu hồi nhiệt đã đạt được những tiến bộ đáng kể, đồng thời tương quan giữa giá nhiên liệu và giá thiết bị đã thay đổi rất nhiều nên các thiết bị thu hồi nhiệt được rất nhiều nhà công nghệ sử dụng. 

Hiệu suất của thiết bị thu hồi nhiệt phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo buồng trao đổi nhiệt, vật liệu làm ra thiết bị, vào nhiệt độ của nước thải, khí thải và các đặc điểm của quá trình sản xuất. Hiệu suất thu hồi nhiệt càng cao nếu buồng trao đổi nhiệt càng dài và vật liệu làm ống với cánh tản nhiệt có hệ số dẫn nhiệt cao.

Khi thiết kế hệ thống thu hồi nhiệt cần thực hiện một bài toán tối ưu để tìm ra giải pháp kinh tế nhất. Các thiết bị thu hồi nhiệt theo nguyên tắc dòng ngược chiều cho phép thu hồi tới 80% số nhiệt lượng trong khí thải và nước thải, đưa hiệu quả sử dụng nhiên liệu lên tới hơn 90%.

Hãng Vailand (EU) chuyên sản xuất các thiết bị dùng ga hoặc dầu để đun nước cung cấp cho lò sưởi và sinh hoạt đã tung ra thị trường loại thiết bị có kèm hệ thống tái sử dụng nhiệt từ khí thải với hiệu suất nhiệt 95%. Việc tái sử dụng nhiệt năng để sưởi ấm trong sinh hoạt ở các nước xứ lạnh cũng đã được thực hiện từ nhiều năm nay. Không khí từ các khu văn phòng, khách sạn và nhà ở thoát ra theo hệ thống thông gió cũng mang theo một lượng nhiệt đáng kể và cũng được thu hồi để sưởi nóng không khí sạch trước khi bơm vào nhà.

Sau bao lâu thì thu hồi vốn?

Việc tái sử dụng nhiệt năng không chỉ giảm chi phí năng lượng thông qua việc giảm bớt nhiên liệu 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 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 phí cho hệ thống tái sử dụng nhiệt.

Trước đây, Nhà máy Cán nhựa Laufenberg (CHLB Ðức) 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 nghìn euro, mức tiêu thụ nhiên liệu đã hạ xuống còn một phần ba, mỗi năm tiết kiệm khoảng 1,4 triệu euro.

Công ty CP dệt nhuộm TH (quận Tân Bình, TP.HCM) tiêu thụ mỗi ngày 4 tấn than. Hãng Ðức Simon nhận lắp đặt cho công ty hệ thống tái sử dụng nhiệt năng và cam kết sẽ hạ 50% mức tiêu thụ than hiện nay. Với số tiền để ra từ số nhiên liệu tiết kiệm được trong 72 ngày, Công ty TH đã có thể trang trải toàn bộ chi phí xây dựng hệ thống thu hồi nhiệt.

Một hệ thống tái sử dụng nhiệt khác có quy mô và các chỉ tiêu kỹ thuật tương đương như vậy sẽ được lắp đặt tại Công ty Gốm sứ PH (Bình Dương). Giám đốc hãng Ðức, ông Simon, cho biết, mức tiết kiệm thực tế sẽ khoảng 75%, nhưng ông chỉ hứa ở mức 50% để lường trước mọi khó khăn trong quá trình chuyển giao công nghệ.

Việc áp dụng các biện pháp tái sử dụng nhiệt năng trong những năm qua ở các nước công nghiệp đã tạo nên một cuộc cách mạng về kỹ thuật nhiệt, góp phần giúp nhiều hãng công nghiệp hạ đáng kể giá thành sản phẩm, giành lại thị trường tiêu thụ và thoát ra khỏi nguy cơ phá sản. Một số nước còn áp dụng chính sách tài chính đặc biệt hỗ trợ cho các hãng áp dụng công nghệ tái sử dụng nhiệt năng trong thời gian đầu. Các nước có lượng khí thải cao rất coi trọng công nghệ này, xem như một biện pháp hàng đầu để giảm lượng CO2, thực hiện nghị định thư Kyoto về bảo vệ khí quyển trái đất. Các DN công nghiệp Việt Nam cần nắm bắt công nghệ này để hạ giá thành và tăng sức cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời góp phần cải thiện môi trường khí quyển./.