MỞ ĐẦU Sản xuất điện sử dụng than đã đƣợc áp dụng từ lâu trên thế giới, nó là loại hình sản xuất điện đơn giản và rẻ tiền nhất hiện nay. Bên cạnh đó sản xuất điện từ sức gió và nƣớc cũng đã và đang đƣợc khuyến khích phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của ngƣời dân. Ở Việt Nam, cho đến nay cả nƣớccó 26 nhà máy nhiệt điện sử dụng than đang vận hành cho công suất 13810 MW và tiêu thụ khoảng 47,8 triệu tấn than mỗi năm. Theo quy hoạch ngành điện, dự kiến đến năm 2020 sẽ có thêm 30 nhà máy nhiệt điện sử dụng than đƣợc đƣa vào vận hành, nâng công suất mỗi năm lên 50000 MW.
Việc tăng công suất của các nhà máy nhiệt điện dẫn đến mỗi năm sẽ làm phát thải ra môi trƣờng khoảng 60 triệu tấn tro, xỉ. Sản xuất điện từ nguồn nhiên liệu than có ý nghĩa tích cực to lớn về mặt kinh tế; tuy vậy nó cũng gây ra nhiều vấn đề môi trƣờng nhƣ bụi, khí thải độc hại, nƣớc thải, chất thải rắn, đặc biệt là là tro xỉ và tro bay. Quảng Ninh là một tỉnh có nhiều tài nguyên khoáng sản, đặc biệt là than đá, thuận lợi cho phát triển các nhà máy điện sử dụng than. Một trong số các nhà máy nhiệt điện lớn thuộc tỉnh Quảng Ninh là nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh.
Nhà máy đặt tại Phƣờng Hà Khánh, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh. Nhà máy đƣợc xây dựng vào năm 2002 với tổng công suất 1200 MW, gồm bốn tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 300 MW. Từ khi đi vào hoạt động năm 2011, nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh thuộc Công ty cổ phần nhiệt điện Quảng Ninh đã quan tâm đến công tác xử lý môi trƣờng để đảm bảo hàm lƣợng bụi và khí NOx trong khí thải lò hơi nằm trong giới hạn cho phép. So sánh các thông số bụi và NOx thiết kế theo TCVN 5939 – 1995 với quy định của QCVN 22: 2009/BTNMT thì phát thải bụi và NOx từ khí thải của các lò hơi nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh chƣa đáp ứng yêu cầu.
Đã có những báo cáo về thực trạng công nghệ sản xuất của nhà máychỉ ra nhiều vấn đề môi trƣờng của nhà máy cần quan tâm nhƣ nƣớc thải, khí thải và vấn đề chất thải rắn. Tuy nhiên các vấn đề này chỉ đƣợc quan tâm hạn chế, đặc biệt là vấn đề quản lý và xử lý tro xỉ. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Để đóng góp vào việc nâng cao hiệu quả thu hồi và sử dụng tro bay của Nhà máy Nhiệt điện Quảng Ninh, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu “Đánh giá thực trạng công nghệ sản xuất của nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu suất thu hồi, tái sử dụng tro bay của nhà máy”. Đề tài nghiên cứu nhằm mục tiêu: Phân tích, đánh giá công nghệ sản xuất của Nhà máy Nhiệt điện Quảng Ninh, từ đó đề xuất giải pháp nâng cao hiệu suất thu hồi và sử dụng tro bay phát sinh của nhà máy.
Nội dung nghiên cứu gồm: - Phân tích, đánh giá quy trình công nghệ sản xuất điện của Nhà máy Nhiệt điện Quảng Ninh và những vấn đề môi trƣờng liên quan đến quy trình sản xuất của nhà máy. - Đánh giá việc thu hồi và sử dụng của tro bay của Nhà máy Nhiệt điện Quảng Ninh. - Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu suất thu hồi và sử dụng tro bay của nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.
Nhà máy nhiệt điện đốt than 1. Nhu cầu điện năng của Việt Nam Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến năm 2030 đƣợc Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt hiệu chỉnh tại Quyết định số 28 năm 2016 (quy hoạch điện VII điều chỉnh) có đề ra mục tiêu cụ thể đến năm 2020 điện thƣơng phẩm đạt 235 tỷ kWh, con số này tăng lên 2030 tỷ kWh vào năm 2030. Nhƣ vậy nhu cầu dùng điện hiện nay đang tăng cao. Ngoài việc phát triển các nguồn năng lƣợng từ thủy điện và một phần điện gió và điện mặt trời nếu không phát triển nhiệt điện than sẽ không đủ điện để đáp ứng phát triển kinh tế xã hội.
Nhiệt điện than vẫn là nguồn phát điện hợp lý nhất, hiệu quả nhất, đáp ứng nhu cầu điện năng rất lớn của đất nƣớc. Nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện đốt than Nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện bao gồm các loại chính: than, dầu. Than là nhiên liệu chính của nhà máy nhiệt điện đốt than. Tùy vị trí xây dựng nhà máy nhiệt điện than và nguồn than cung ứng mà than đốt sẽ có các đặc trƣng khác nhau.
Đặc tính quan trọng của than là hàm lƣợng C trong than, độ ẩm, độ tro, chất bốc và nhiệt trị của than. Nhiên liệu dầu: Nhà máy nhiệt điện than có thể sử dụng dầu để đốt hỗ trợ quá trình khởi động lò. Nhiên liệu đốt có thể sử dụng dầu DO hoặc dầu FO tùy thuộc vào thiết kế của hệ thống đốt nhiên liệu của nhà máy. Công nghệ sản xuất của nhà máy nhiệt điện đốt than Trên thế giới, hiện nay có ba quy trình công nghệ đƣợc áp dụng trong các nhà máy nhiệt điện: Chu trình Rankin áp dụng trong các nhà máy nhiệt điện đốt than; Chu trình Brayton áp dụng trong các nhà máy nhiệt điện khí; và Chu trình hỗn hợp áp dụng để tận thu năng lƣợng thừa ở các nhà máy nhiệt điện khí.
Dƣới đây là sơ đồ chu trình Rankin trong nhà máy nhiệt điện đốt than. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Chu trình Rankincủa nhà máy nhiệt điện đốt than Trong chu trình Rankin (hình 1.1), nhiệt do đốt than đƣợc chuyển vào làm bốc hơi nƣớc trong thiết bị lò hơi. Dòng hơi nóng sinh ra liên tục từ thiết bị lò hơi đƣợc dẫn truyền đến tuabin hơi để làm quay tuabin gắn với động cơ điện.
Hơi nƣớc sau khi quay tuabin sẽ ngƣng đọng trong thiết bị bình ngƣng để trở lại lò hơi. Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện than theo chu trình Rankin đƣợc bày trong hình 1. Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện đốt than Các nhà máy nhiệt điện đốt than thƣờng có hiệu suất nhiệt không cao, khoảng 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 40 %, tuy nhiên nhờ tăng áp suất và nhiệt độ hơi nên hiệu suất chuyển hóa nhiệt thành điện có thể cao hơn. Các nhà máy nhiệt điện đốt than thƣờng thải ra lƣợng khí thải và bụi lớn, bao gồm: bụi than và bụi đá, khí SO2, NO2; cũng nhƣ một lƣợng lớn chất thải rắn, tro bụi, đồng thời tiêu thụ một lƣợng nƣớc lớn khoảng 142 lít nƣớc làm mát.
Bên cạnh đó lƣợng than chƣa cháy còn lại khá nhiều trong xỉ lò ở mức cao (15- 20 %) gây ra lãng phí tài nguyên than. Một số sản phẩm phụ là chất thải rắn của các nhà máy nhiệt điện đốt than nhƣ: thạch Cao (CaSO4)2.H2O, tro bay và tro xỉ có thể tận dụng để tạo ra sản phẩm có ý nghĩa kinh tế. Các thiết bị chính của nhà máy điện là lò hơi, tua bin và máy phát điện. Trong đó, lò hơi là thiết bị quan trọng nhất và vận hành phức tạp nhất.
Tại đây không khí nóng cùng bụi than đƣợc đƣa vào buồng lửa qua vòi phun và cháy ở điều kiện tối ƣu để đạt đƣợc hiệu suất cháy cao. Bột than đƣợc đƣa vào buồng đốt theo phƣơng pháp gián tiếp: than đƣợc đƣa qua máy nghiền, qua phễu chứa than rồi mới vào buồng đốt. Than đƣợc cấp nhờ hệ thống băng chuyền từ kho than vào máy nghiền. Nhiệt có đƣợc trong các phản ứng cháy truyền nhiệt cho nƣớc trong các dàn ống và sinh hơi.
Hỗn hợp hơi nƣớc sinh ra đƣợc đƣa lên bao hơi. Từ bao hơi, hơi bão hòa đƣợc gia nhiệt thành hơi quá nhiệt nhờ các bộ quá nhiệt của lò hơi với nhiệt độ và áp suất cao để cấp hơi đƣa vào vận hành tuabin. Tuabin quay làm quay roto máy phát điện và điện sinh ra qua máy biến thế rồi phát lên lƣới điện. Hơi nƣớc sau khi làm quay tuabin đƣợc làm mát và ngƣng tụ thành nƣớc ngƣng trong bình ngƣng, từ đây nƣớc ngƣng qua các bình gia nhiệt, khử khí bộ hâm và đƣợc cấp cho lò hơi, thành chu trình kín.
Nƣớc bổ sung cho lƣợng mất mát của chu trình nhiệt đƣợc khử khoáng và đƣa vào bình ngƣng. Sản phẩm cháy là khói sinh ra trong quá trình cháy đƣợc quạt hút khói đƣa qua các bộ quá nhiệt, bộ hâm, qua hệ thống xử lý bụi (hệ thống lọc bụi tĩnh điện) và qua thiết bị khử lƣu huỳnh, sau đó xả vào môi trƣờng qua ống khói. Lƣợng tro xỉ phát sinh trong quá trình đốt than sẽ đƣợc đƣa qua hệ thống thải xỉ và đƣợc bơm thải đổ vào bãi thải tro xỉ của nhà máy. Phƣơng pháp thải tro xỉ là phƣơng pháp ƣớt.
Nhà máy sẽ bơm nƣớc vào đƣờng ống thải xỉ để đẩy xỉ về bãi chứa. Nƣớc làm mát bình ngƣng tuabin đƣợc lấy từ hạ lƣu sông hoặc từ nƣớc biển ven bờ. Sau đó nƣớc làm mát đƣợc thải ra kênh dẫn để hạ nhiệt độ trƣớc khi dẫn trả lại sông. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh đƣợc xây dựng trên diện tích đất 2.539,4 m2thuộc tổ 33, khu 5, phƣờng Hà Khánh, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh. Sơ đồ vị trí nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh đƣợc nêu trong hình 1. Sơ đồ vị trí nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh Nhà máy nằm cách thành phố Hạ Long khoảng 9 km về phía Tây Bắc, cách bến phà Bãi Cháy khoảng 7,0 km về phía Đông Bắc. Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu vực nhà máy Địa điểm nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh nằm cạnh bến Rót của Xí nghiệp than 905, ở bờ trái của sông Diễn Vọng thuộc phƣờng Hà Khánh, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh.
Phía Bắc nhà máy giáp sông Diễn Vọng, 3 mặt còn lại là núi bao quanh. Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh phía Bắc giáp sông Diễn Vọng, 3 mặt còn lại nằm giáp với chân núi có độ cao đỉnh từ 60 ÷ 90 m, sƣờn dốc 10 ÷ 20o. Mặt bằng khu vực tƣơng đối thấp và bằng phẳng, nghiêng ra phía sông. Cao độ khu vực thay đổi từ 0,8 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Phía giáp núi là đất đá hỗn tạp từ trên núi kéo xuống, còn khu vực giáp bờ sông là bùn, đầm lầy.