Ứng dụng hệ thống cánh khuấy chống đóng bám thay thế cánh khuấy truyền thống của hệ thống kết tinh trong nhà máy alumin ở Việt Nam
Tóm tắt Bài báo giới thiệu ứng dụng hệ thống cánh khuấy chống đóng bám thay thế cánh khuấy truyền thống (mái chèo) của hệ thống kết tinh nhà máy alumin. Hiện tại, các nhà máy sản xuất alumina ở Việt Nam, các bồn kết tinh đều đang sử dụng hệ thống cánh khuấy kiểu truyền thống có nhiều nhược điểm: thường xuyên đóng bám trên thành bồn, cánh khuấy, lắng đáy bồn, tuổi thọ cánh khuấy thấp, chi phí sản xuất cao. Với việc ứng dụng hệ thống cánh khuấy chống đóng bám làm giảm đóng bám trong bồn kết tinh, tăng tuổi thọ cánh khuấy và giảm chi phí sản xuất. Từ khóa: cánh khuấy, bồn kết tinh, đóng bám
1. Đặt vấn đề.
Hiện tại, hai nhà máy sản xuất alumina ở Việt Nam (alumin Lâm Đồng, alumin Nhân Cơ), các bồn kết tinh đều đang sử dụng hệ thống cánh khuấy kiểu truyền thống (dạng mái chèo). Các cánh khuấy này trong vận hành công nghệ có các nhược điểm sau:
- Trong quá trình vận hành các bồn kết tinh thường xuyên bị huyền phù hydrate đóng bám tích tụ trong bồn rất nhanh với số lượng lớn tại đáy bồn và thành bồn. Hiện tại, Nhà máy alumin Lâm Đồng đang phải sử dụng chu kỳ vệ sinh (khoảng từ 4 - đến 12 tháng vận hành một lần tùy vị trí của từng bồn). Khi vệ sinh các bồn kết tinh phải được tách khỏi dây chuyền vận hành để thực hiện. Công tác vệ sinh kéo dài khoảng 15 ngày và chi phí mỗi lần vệ sinh 1 bồn hết khoảng 1 tỷ đồng.
- Khi thiết bị phải tạm dừng hoạt động do sự cố (hệ thống cánh khuấy hoặc mất điện đột ngột) thì huyền phù hydrate sẽ lắng xuống đáy bồn làm cho hệ thống cánh khuấy không thể khởi động hoạt động trở lại. Điều này dẫn đến phải tháo toàn bộ huyền phù ra khỏi bồn, vệ sinh bồn thì mới có thể đưa thiết bị vào vận hành trở lại. Trường hợp này, chi phí khắc phục để đưa các bồn trở lại hoạt động bình thường là rất cao. Đây là nhược điểm chính của hệ thống cánh khuấy truyền thống làm ảnh hưởng rất lớn đến tính an toàn vận hành của dây chuyền công nghệ.
- Mỗi lần dừng thiết bị để vệ sinh hoặc do sự cố sẽ ảnh hưởng lớn tới vận hành công nghệ ổn định và ảnh hưởng tới công suất chung toàn nhà máy và chất lượng sản phẩm alumin.
- Tuổi thọ của hệ thống cánh khuấy thấp, đặc điểm huyền phù đặc và phân bố không đều, thường xuyên bị lắng đọng tạo ra trở lực lớn nên cánh khuấy cong vênh, chi phí sửa chữa bảo dưỡng lớn.
- Kết cấu nặng nề (hệ thống cánh khuấy nặng hơn 40 tấn), với momen truyền động lớn dẫn tới ảnh hưởng đến tuổi bền của thanh bồn. Sau một thời gian hoạt động thành bồn dễ bị xuyên thủng, bị móp méo.
- Chi phí năng lượng cao do phải dùng khí nén cao áp để hỗ trợ lưu chuyển huyền phù giữa các bồn;
- Khó nâng cao được hàm lượng rắn lỏng trong huyền phù nên hạn chế trong việc nâng cao năng suất kết tinh.
Dưới đây là một số hình ảnh thực tế về huyền phù hydrate đóng bám trong các bồn kết tinh của Nhà máy alumin Lâm Đồng:
Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng dạng cánh khuấy mới để khắc phục các nhược điểm nêu trên của hệ thống cánh khuấy truyền thống đang sử dụng hiện hữu tại Nhà máy alumin Lâm Đồng và Nhân Cơ là cần thiết.
2. Tổng quan hệ thống cánh khuấy chống đóng bám theo công nghệ dòng chảy xoáy - Swirl flow
Thời gian gần đây, giải pháp sử dụng hệ thống cánh khuấy chống đóng bám theo công nghệ dòng chảy xoáy - Swirl flow (viết tắt là cánh khuấy dạng SF) đang được ứng dụng để thay thế cánh khuấy truyền thống của hệ thống kết tinh tại nhiều nhà máy alumin trên thế giới. Các ưu điểm của công nghệ cánh khuấy này có thể khắc phục được hầu hết các nhược điểm của cánh khuấy truyền thống để tăng tính ổn định, an toàn vận hành và hiệu quả sản xuất của nhà máy alumin.
Công nghệ cánh khuấy này là kết quả nghiên cứu công nghệ cánh khuấy giảm thiểu đóng bám và nâng cao hàm lượng chất rắn trong các bồn kết tinh đã được nghiên cứu và phát triển bởi Riotinto Alcan và đã được áp dụng thành công tại một số nhà máy chế biến khoáng sản của Riotinto Alcan, trong đó có nhà máy Alumina Queens land - Úc (QAL).
Công nghệ cánh khuấy dạng SF là sử dụng cánh khuấy dạng tuốc bin hướng trục được lắp đặt phía trên của bồn kết tinh để tạo ra dòng xoáy nâng chất rắn lơ lửng trong bồn, giảm thiểu khả năng đóng bám của chất rắn trong bồn kết tinh.
Công nghệ của cánh khuấy dạng SF được thể hiện ở hình dưới đây:
Năm 2019, theo thoả thuận phối hợp nghiên cứu giữa Narime và một Viện nghiên cứu triển khai của Úc, hai Bên đã tổ chức khảo sát hệ thống kết tinh Nhà máy alumin Lâm Đồng, xây dựng mô hình nghiên cứu, thiết kế và vận hành thử nghiệm hệ thống cánh khuấy trên mô hình của thiết bị thực tế và theo nguyên lý SF để áp dụng trực tiếp cho các bồn kết tinh của Nhà máy alumin Lâm Đồng.
Kết quả thí nghiệm trên các mô hình, mô phỏng (tỷ lệ 1:14) theo hệ thống cánh khuấy hiện hữu của alumin Lâm Đồng và các dạng cánh khuấy chống đóng bám theo công nghệ SF cho thấy:
- Cánh khuấy SF phù hợp với hệ thống công nghệ kết tinh, khử silic của Nhà máy alumin Lâm Đồng.
- Khắc phục được tất cả các nhược điểm của hệ thống cánh khuấy kiểu truyền thống.
- Các ưu điểm nổi bật so với công nghệ cánh khuấy truyền thống như:
+ Giảm thiểu hiện tượng đóng bám trong các bồn kết tinh, qua đó kéo dài chu kỳ vệ sinh thiết bị (8-24 tháng), tăng hiệu quả sử dụng thiết bị (thời gian vận hành, thể tích hiệu dụng);
+ Có thể nâng được hàm lượng chất rắn (từ 500g/l lên 1000 g/l) để nâng công suất hệ thống, qua đó nâng cao năng suất và hiệu suất kết tinh của hệ thống;
+ Cánh khuấy có thể tự khởi động lại được khi huyền phù bị lắng do sự cố phải dừng thiết bị trong thời gian dài hoặc nhà máy bị sự cố mất điện, qua đó nâng mức độ an toàn cho hệ thống công nghệ;
+ Chỉ tiêu tiêu hao năng lượng cho cánh khuấy nhỏ hơn dạng cánh khuấy truyền thống, nhờ đó giảm chi phí năng lượng, chi phí vận hành sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị...
+ Không sử dụng khí nén cao áp để vận chuyển huyền phù giữa các bồn kết tinh, qua đó giảm tiêu hao năng lượng điện cho vận hành công nghệ;
+ Kết cấu hệ thống nhỏ gọn, đơn giản hơn hệ thống cánh khuấy truyền thống với tuổi thọ làm việc cao (tuổi thọ không dưới 10 năm), nhờ vậy giảm được chi phí vận hành sửa chữa, bảo dưỡng...
+ Không cần lắp đặt tấm chắn sóng tạo dòng chảy rối trên thành trong bồn kết tinh, nhờ vậy giảm tải cho kết cấu bồn.
Dưới đây là hình ảnh thiết bị mô phỏng tỷ lệ 1:14
Đây là hình ảnh vận hành mô hình mô phỏng thử nghiệm hiện hữu và cánh khuấy dạng SF cho bồn kết tinh số 14 của Nhà máy alumin Lâm Đồng:
Kết quả khảo sát vận hành thực tế các hệ thống kết tinh đang sử dụng tại Úc của Riotino Alcan cho thấy, ngoài các ưu điểm nhận thấy qua vận hành mô phỏng trong phòng thí nghiệm, hệ thống cánh khuấy chống đóng bám theo công nghệ SF cho thấy:
- Giảm thiểu hiện tượng đóng bám trong các bồn kết tinh, qua đó kéo dài chu kỳ vệ sinh thiết bị (8-24 tháng mới phải vệ sinh), tăng năng suất kết tinh nhờ tăng thời gian vận hành thiết bị và thể tích hiệu dụng của bồn;
- Nâng cao năng suất và hiệu suất kết tinh của hệ thống nhờ việc tăng hàm lượng chất rắn trong huyền phù đến 1000 g/l (cánh khuấy truyền thống chỉ vận hành được ở mức 500g/l).
- Cánh khuấy có thể tự khởi động lại được khi huyền phù bị lắng do sự cố phải dừng thiết bị trong thời gian dài hoặc nhà máy bị sự cố mất điện, qua đó nâng mức độ an toàn cho hệ thống công nghệ;
- Chỉ tiêu tiêu hao năng lượng cho cánh khuấy nhỏ hơn dạng cánh khuấy truyền thống, nhờ đó giảm chi phí năng lượng, chi phí vận hành.
- Không sử dụng khí nén cao áp để vận chuyển huyền phù giữa các bồn kết tinh, qua đó giảm tiêu hao năng lượng điện cho vận hành công nghệ;
- Kết cấu hệ thống nhỏ gọn, đơn giản hơn hệ thống cánh khuấy truyền thống với tuổi thọ làm việc cao (tuổi thọ không dưới 10 năm), nhờ vậy giảm được chi phí vận hành
- Tuổi thọ hệ thống cánh khuấy cao gấp 3 lần hệ thống cánh khuấy truyền thống, do đó giảm chi phí sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị ...
- Không cần lắp đặt tấm chắn sóng tạo dòng chảy rối trên thành trong bồn kết tinh, tải trọng hệ thống cánh khuấy SF nhỏ, nhờ vậy giảm tải cho kết cấu bồn.
Sơ đồ lắp đặt cơ bản hệ thống cánh khuấy dạng SF cho bồn kết tinh Nhà máy alumin Lâm Đồng:
Đánh giá khả năng ứng dụng
3.1. Lợi ích kinh tế
Việc nghiên cứu thành công thử nghiệm hệ thống cánh khuấy dạng SF thay thế công nghệ cánh khuấy truyền thống hệ thống bồn kết tinh Nhà máy alumin Lâm đồng cho thấy, khi áp dụng vào thực tế mang lại các hiệu quả và lợi ích kinh tế sau:
- Nâng cao tính ổn định, an toàn vận hành và hiệu quả sản suất cho các nhà máy alumin trong nước.
- Nâng cao năng suất dây chuyền sản xuất hiện hữu.
- Giảm chi phí vận hành, bảo dưỡng.
Việc nghiên cứu triển khai chế tạo trong nước các hệ thống cánh khuấy dạng SF thay thế công nghệ cánh khuấy truyền thống và thay thế thiết bị nhập khẩu sử dụng cho hệ thống bồn kết tinh nhà máy alumin trong nước sẽ mang lại các hiệu quả và lợi ích kinh tế sau:
- Làm chủ công nghệ, thiết bị để tổ chức sản xuất trong nước do đó giá thành sản phẩm được giảm đáng kể (thấp hơn khoảng 30% so với thiết bị nhập khẩu).
- Góp phần để Việt Nam từng bước làm chủ được công nghệ, thiết kế, chế tạo thiết bị và giảm chi phí đầu tư xây dựng các nhà máy sản xuất alumin trong dự án khai thác và chế biến bauxite trong tương lai, tại Tây Nguyên theo quy hoạch phát triển ngành công nghiệp bauxite của Chính phủ. Qua đó, Việt Nam có thể tự chủ trong đầu tư xây dựng phát triển công nghiệp khai thác Bauxite, chế biến alumin thành ngành công nghiệp phát triển.
3.2. Khả năng ứng dụng
Định hướng phát triển ngành công nghiệp sản xuất alumin và luyện nhôm, xây dựng mới và nâng công suất các nhà máy sản xuất alumin thì số lượng các nhà máy alumin được xây dựng ở Việt nam trong tương lai là rất lớn [1].
Với hàng loạt dự án dự kiến xây dựng nhà máy sản xuất alumin trong tương lai, việc trong nước nghiên cứu, làm chủ và đưa vào sản xuất thử nghiệm các công nghệ mới tiên tiến, sẵn có và tin cậy cho các khu vực công nghệ dây chuyền sản xuất alumin để thay thế hàng nhập khẩu là việc làm cần thiết. Trong đó, thị trường ứng dụng hệ thống cánh khuấy dạng SF là rất khả quan cho các nhà thiết kế, chế tạo, tích hợp hệ thống trong nước cho các nhà máy sản xuất alumin (mỗi nhà máy alumin có thể áp dụng tối thiểu 23 cánh khuấy dạng SF cho các bồn kết tinh và khử silic) và các nhà máy chế biến khoáng sản khác theo phương pháp thuỷ phân.
3.3. Nhu cầu thị trường trong nước
Hiện tại, Việt Nam có hai nhà máy sản xuất alumin Lâm Đồng và Nhân Cơ đang hoạt động ổn định, được đánh giá là có hiệu quả cao.
Trong tương lai gần, Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam đã có chủ trương tiếp tục đầu tư mở rộng các nhà máy alumin hiện có và xây dựng thêm các nhà máy alumin mới phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Chủ trương đầu tư nâng công suất hai nhà máy alumin Lâm Đồng và Nhân cơ, xây dựng thêm dây chuyền sản xuất alumin thứ hai, công suất 1,2-1,25 triệu tấn alumin cho từng nhà máy là [2]:
- Nâng công suất Nhà máy alumin Lâm Đồng và Nhân Cơ lên khoảng 800 ngàn tấn alumin/năm.
- Đầu tư mới 02 dây chuyền sản xuất alumin thứ hai, công suất 1,2 - 1,25 triệu tấn alumin trên mặt bằng Nhà máy alumin Lâm Đồng và Nhân Cơ.
- Đầu tư mới nhà máy sản xuất alumin công suất 2 triệu tấn alumin/năm tại mỏ 1.5 (Quảng Sơn, Đăk Nông).
Như vậy, số lượng sản phẩm dự án trong tương lai có thể lên đến không dưới 500 sản phẩm với doanh thu quy đổi về thời điểm hiện tại là nhiều nghìn tỷ đồng.
4. Kết luận
Việc triển khai ứng dụng hệ thống cánh khuấy chống đóng bám dạng dòng chảy xoáy của bồn kết tinh cho các nhà máy sản xuất alumin của Việt Nam trong tương lai là rất lớn và hoàn toàn khả thi; đồng thời sẽ góp phần từng bước thay đổi hiện trạng nội địa hóa thiết bị nhà máy alumin theo định hướng của Chính phủ, từng bước vươn lên làm chủ việc tính toán, thiết kế công nghệ chế tạo, hướng tới phát triển bền vững, không phụ thuộc vào bên ngoài.
Tài liệu tham khảo
[1] Quyết định 167/2007/QĐ-TTg ngày 01/11/2007 về việc “Phê duyệt Quy hoạch vùng thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng quặng bauxit giai đoạn 2007 – 2015, có xét đến năm 2025.
[2] Tờ trình số 2580/TTr-TKV ngày 01/6/2020 và thông báo kết luận Hội nghị Ban thường vụ Đảng ủy Tập đoàn số 1754-TB/ĐU ngày 05/6/2020.
https://khcncongthuong.vn/
