Luận văn thạc sĩ hay nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải thủy ngân trong khí thải của một số nhà máy nhiệt điện sử dụng than antraxit trong công nghệ đốt than phun

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hay nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải thủy ngân trong khí thải của một số, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Vũ Tất Đạt
• Người hướng dẫn: Ts. Ngô Duy Bách
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải thủy ngân trong khí thải của một số nhà máy nhiệt điện sử dụng than antraxit bằng công nghệ đốt than phun (Pulveresed Combustion) tại Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Những nghiên cứu về phát thải thủy ngân trong nhiệt điện than trên thế giới và tại Việt Nam
• 1.1.1. Những nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.2. Những nghiên cứu tại Việt Nam
• 1.2. Hiện trạng phân bố và khai thác than tại Việt Nam
• 1.2.1. Hiện trạng phân bố các mỏ than
• 1.2.2. Nhu cầu sử dụng than cho ngành điện
• 1.2.3. Công nghệ đốt, sử dụng than và công nghệ kiểm soát khí thải tại các nhà máy nhiệt điện hiện nay
• 1.2.4. Hiện trạng phát triển nhiệt điện đốt than của Việt Nam
• 1.2.4.1. Các nhà máy nhiệt điện đốt than đã được lắp đặt
• 1.2.4.2. Kế hoạch xây dựng các nhà máy nhiệt điện theo Quy hoạch
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp kế thừa, thu thập số liệu, kết quả nghiên cứu
• 2.2.2. Phương pháp đánh giá mức độ phát thải thủy ngân
• 2.2.3. Thu thập và phân tích mẫu than tại các mỏ
• 2.2.4. Phương pháp và thiết bị quan trắc thủy ngân trong khí thải
• 2.2.5. Lựa chọn các nhà máy nhiệt điện sử dụng than để quan trắc
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hiện trạng hoạt động của các nhà máy nhiệt điện
• 3.1.1. Nhiệt điện Quảng Ninh
• 3.1.2. Nhiệt điện Phả Lại
• 3.1.3. Nhiệt điện Ninh Bình
• 3.2. Mức độ phát thải Thủy ngân của các nhà máy Nhiệt điện
• 3.2.1. Xác định hàm lượng Thủy ngân trong than dùng cho nhiệt điện
• 3.2.2. Đánh giá mức độ phát thải thủy ngân tại 03 nhà máy nhiệt điện
• 3.2.3. So sánh phát thải thủy ngân với các nhà máy khác trên thế giới
• 3.3. Hiệu quả giảm phát thải thủy ngân của các nhà máy nhiệt điện
• 3.3.1. Hiệu quả giảm phát thải thủy ngân của 03 nhà máy nhiệt điện
• 3.3.2. Đánh giá hiệu quả giảm phát thải thủy ngân theo kế hoạch phát triển ngành điện
• 3.4. Đề xuất một số giải pháp để kiểm soát phát thải thủy ngân
• 3.4.1. Đề xuất một số giải pháp kỹ thuật kiểm soát phát thải thủy ngân
• 3.4.2. Đánh giá hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật trong giảm thiểu phát thải thủy ngân
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giải pháp kỹ thuật giảm phát thải thủy ngân từ nhà máy nhiệt điện than

Giảm phát thải thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện than antraxit là một vấn đề cấp bách trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Thủy ngân là một trong những chất độc hại có thể gây ra nhiều tác động xấu đến sức khỏe con người và môi trường. Việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật hiệu quả không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn đảm bảo phát triển bền vững cho ngành năng lượng.

1.1. Tình hình phát thải thủy ngân từ nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các nhà máy nhiệt điện than đang là nguồn phát thải thủy ngân lớn. Theo báo cáo của UNEP, phát thải thủy ngân từ các nhà máy này chiếm tỷ lệ cao trong tổng phát thải toàn cầu. Việc kiểm soát và giảm thiểu phát thải thủy ngân là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

1.2. Tác động của thủy ngân đến sức khỏe và môi trường

Thủy ngân có khả năng tích lũy sinh học và gây ra nhiều bệnh lý nghiêm trọng cho con người. Nó có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ miễn dịch và gây ra các vấn đề về phát triển ở trẻ em. Do đó, việc giảm phát thải thủy ngân từ nhà máy nhiệt điện than là rất quan trọng.

II. Những thách thức trong việc giảm phát thải thủy ngân từ nhà máy nhiệt điện than

Việc giảm phát thải thủy ngân từ nhà máy nhiệt điện than đối mặt với nhiều thách thức. Các công nghệ hiện tại chưa đủ hiệu quả trong việc xử lý thủy ngân, và chi phí đầu tư cho các hệ thống mới thường rất cao. Hơn nữa, việc thiếu quy định chặt chẽ về phát thải cũng làm cho công tác kiểm soát trở nên khó khăn.

2.1. Công nghệ xử lý khí thải hiện tại và hạn chế

Nhiều nhà máy nhiệt điện than hiện nay sử dụng công nghệ lọc bụi tĩnh điện và hệ thống khử lưu huỳnh. Tuy nhiên, các công nghệ này chưa đủ khả năng xử lý triệt để thủy ngân, dẫn đến việc phát thải vẫn còn cao.

2.2. Thiếu quy định và chính sách kiểm soát phát thải

Việc thiếu các quy định nghiêm ngặt về phát thải thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện than đã tạo ra một khoảng trống trong công tác quản lý môi trường. Điều này cần được khắc phục để đảm bảo hiệu quả trong việc giảm thiểu ô nhiễm.

III. Phương pháp kỹ thuật giảm phát thải thủy ngân hiệu quả

Để giảm phát thải thủy ngân từ nhà máy nhiệt điện than, cần áp dụng các phương pháp kỹ thuật tiên tiến. Các giải pháp này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất điện năng.

3.1. Công nghệ khử thủy ngân trong khí thải

Công nghệ khử thủy ngân trong khí thải đang được nghiên cứu và áp dụng tại nhiều quốc gia. Các hệ thống này có thể giảm thiểu phát thải thủy ngân từ 30-50%, góp phần bảo vệ môi trường.

3.2. Sử dụng nguyên liệu đầu vào chất lượng cao

Việc sử dụng than antraxit có hàm lượng thủy ngân thấp sẽ giúp giảm thiểu phát thải ngay từ nguồn. Điều này cần được khuyến khích trong các chính sách phát triển năng lượng.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về giảm phát thải thủy ngân

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật giảm phát thải thủy ngân có thể mang lại hiệu quả cao. Các nhà máy nhiệt điện đã thực hiện các biện pháp này và ghi nhận sự giảm đáng kể trong mức độ phát thải.

4.1. Kết quả từ các nhà máy nhiệt điện áp dụng công nghệ mới

Các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam đã áp dụng công nghệ khử thủy ngân và ghi nhận sự giảm phát thải rõ rệt. Điều này cho thấy tính khả thi của các giải pháp kỹ thuật trong việc bảo vệ môi trường.

4.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế của các giải pháp

Việc đầu tư vào công nghệ giảm phát thải không chỉ mang lại lợi ích về môi trường mà còn có thể tiết kiệm chi phí cho các nhà máy trong dài hạn. Điều này cần được xem xét trong các quyết định đầu tư.

V. Kết luận và hướng đi tương lai cho giảm phát thải thủy ngân

Giảm phát thải thủy ngân từ nhà máy nhiệt điện than là một nhiệm vụ quan trọng và cấp bách. Cần có sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng, nhà đầu tư và cộng đồng để thực hiện hiệu quả các giải pháp kỹ thuật.

5.1. Tầm quan trọng của việc hợp tác trong giảm phát thải

Sự hợp tác giữa các bên liên quan là rất cần thiết để triển khai các giải pháp giảm phát thải thủy ngân. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và tính bền vững của các biện pháp.

5.2. Định hướng phát triển bền vững cho ngành nhiệt điện

Ngành nhiệt điện cần hướng tới phát triển bền vững, đảm bảo cung cấp năng lượng trong khi vẫn bảo vệ môi trường. Các giải pháp giảm phát thải thủy ngân sẽ đóng vai trò quan trọng trong định hướng này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành nhiệt điện đốt than giữ vai trò xương sống trong cơ cấu an ninh năng lượng của Việt Nam, chiếm tới 34,37% sản lượng điện quốc gia năm 2016 với tổng công suất đạt 13.000 MW. Theo Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 điều chỉnh (Quy hoạch điện VII điều chỉnh theo Quyết định số 428/QĐ-TTg), tổng công suất nhiệt điện than được định hướng chạm mốc 26.300 MW vào năm 2020 và tiến tới 55.167 MW vào năm 2030. Đi cùng quy mô công suất đó là nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu gia tăng nhanh chóng, dự kiến đạt 63 triệu tấn than năm 2020 và 129 triệu tấn than vào năm 2030.

Song hành cùng bài toán năng lượng là những áp lực nặng nề về môi trường, đặc biệt là phát thải thủy ngân (Hg) – một chất ô nhiễm độc hại bậc cao, có khả năng tồn lưu lâu trong khí quyển, di chuyển xuyên biên giới và tích lũy sinh học theo chuỗi thức ăn. Theo Báo cáo Đánh giá Thủy ngân Toàn cầu của Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc (UNEP), hoạt động đốt than toàn cầu phát thải khoảng 1.480 tấn thủy ngân vào năm 2015, chiếm 21% tổng phát thải do con người gây ra. Tại Việt Nam, theo báo cáo của Cục Hóa chất năm 2016, lượng thủy ngân phát tán vào không khí từ nhiệt điện than năm 2014 ước tính khoảng 3.484 kg/năm từ mức tiêu thụ 26,4 triệu tấn than.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xác định nồng độ, hệ số phát thải và đường đi của thủy ngân trong chu trình đốt than phun (Pulverised Combustion - PC) sử dụng than antraxit nội địa; từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải khả thi, đáp ứng các cam kết của Việt Nam khi gia nhập Công ước Minamata về Thủy ngân. Phạm vi nghiên cứu tập trung thu thập dữ liệu tại 8 mỏ than lớn vùng Đông Bắc và tiến hành quan trắc thực địa tại 3 nhà máy nhiệt điện điển hình là Nhiệt điện Quảng Ninh, Nhiệt điện Phả Lại và Nhiệt điện Ninh Bình trong năm 2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết biến đổi pha và động học nhiệt hóa của thủy ngân trong quá trình cháy tầng nhiệt cao của lò đốt than phun (PC). Trong buồng lửa nhiệt độ cao (trên 1.200°C), toàn bộ thủy ngân liên kết trong khoáng vật than antraxit bị bay hơi và chuyển thành thủy ngân nguyên tố dạng hơi (Hg0). Khi dòng khói thải nguội dần qua các bộ trao đổi nhiệt, thủy ngân nguyên tố trải qua quá trình oxy hóa đồng thể và dị thể để tạo thành thủy ngân hóa trị hai (Hg2+) hoặc hấp phụ lên bề mặt các hạt tro bay tạo thành thủy ngân liên kết hạt (Hgp).

Nghiên cứu vận dụng mô hình lợi ích đồng hành (co-benefit) của các thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí (APC). Hệ thống lọc bụi tĩnh điện dạng khô (ESP) có khả năng loại bỏ trên 95% tro bụi, đồng thời giữ lại phần lớn Hgp. Khi kết hợp ESP với tháp khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw), các ion Hg2+ tan tốt trong nước sẽ bị dung dịch huyền phù đá vôi giữ lại, nâng tổng hiệu quả xử lý thủy ngân lên khoảng 30% đến 50% ở tháp rửa và có thể đạt tới 95% khi phối hợp đồng bộ cả hệ thống lọc bụi và khử lưu huỳnh. Các khái niệm cốt lõi được áp dụng gồm: hệ số phát thải theo bộ công cụ UNEP Toolkit Level 2, hàm lượng carbon chưa cháy (UBC) trong tro bay, phụ gia halogen hóa oxy hóa kim loại nặng và quy chuẩn khí thải công nghiệp QCVN 22:2009/BTNMT.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thiết kế quy trình lấy mẫu và phân tích thực nghiệm đa thành phần với cỡ mẫu đại diện gồm 83 mẫu thực địa: 23 mẫu thủy ngân trong khí thải, 30 mẫu bụi tổng (PM), 12 mẫu than cám nguyên liệu (chủng loại 4a đến 6b), 9 mẫu tro bay từ đáy phễu lọc bụi và 9 mẫu xỉ đáy lò. Việc lựa chọn mẫu than được thực hiện theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng tại kho than thành phẩm của 8 mỏ khai thác trọng điểm thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam và Tổng công ty Đông Bắc (gồm mỏ Uông Bí, Hòn Gai, Núi Béo, Hà Tu, Hà Lầm, Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu) theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 1693:2008.

Về phương pháp phân tích khí thải, nghiên cứu sử dụng Phương pháp US EPA 30B – xác định thủy ngân từ nguồn đốt than bằng bẫy hấp phụ carbon kép (carbon sorbent traps) kết hợp thiết bị lấy mẫu Apex Instruments XC-260 với vận tốc hút chuẩn 1 lít/phút liên tục trong 30 phút. Nồng độ thủy ngân được phân tích trực tiếp tại hiện trường thông qua nguyên lý giải hấp nhiệt ở 650°C và quang phổ hấp thụ nguyên tử trên thiết bị Ohio Lumex do UNEP chuyển giao, đảm bảo độ thu hồi mẫu đạt từ 85% đến 115%. Mẫu bụi khí thải được lấy bằng hệ thống đo đẳng tốc (Isokinetic) theo US EPA Method 5 và Thông tư số 24/2017/TT-BTNMT. Việc lựa chọn phương pháp US EPA 30B bắt nguồn từ độ nhạy vượt trội ở dải nồng độ microgam, kiểm soát chặt chẽ sai số ngưng tụ và đáp ứng tiêu chuẩn đối sánh liên phòng quốc tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích 12 mẫu than antraxit đầu vào từ 8 mỏ than cho thấy hàm lượng thủy ngân trung bình dao động từ 0,022 mg/kg đến 0,085 mg/kg. Đây là mức nồng độ thủy ngân thấp hơn đáng kể so với than non và than bitum tại các quốc gia như Trung Quốc (khoảng 0,150 mg/kg) hay Mỹ (khoảng 0,110 mg/kg). Tuy nhiên, do khối lượng than tiêu thụ khổng lồ lên tới hàng triệu tấn mỗi năm cho mỗi nhà máy nhiệt điện, tổng tải lượng phát thải thủy ngân tích lũy ra môi trường vẫn ở mức rất đáng báo động.

Phân bố thủy ngân trong các dòng thải chỉ ra rằng tro bay giữ lại từ 45% đến 65% tổng lượng thủy ngân đầu vào, xỉ đáy lò chỉ giữ lại dưới 5%, trong khi phần còn lại phát tán qua khí thải ống khói dưới dạng hơi Hg0 và Hg2+. Tại 3 nhà máy khảo sát, nồng độ thủy ngân trong khí thải sau hệ thống lọc bụi tĩnh điện ESP có sự chênh lệch rõ rệt:

• Nhà máy Nhiệt điện Quảng Ninh (có hệ thống ESP kết hợp tháp rửa lưu huỳnh FGDw) ghi nhận nồng độ thủy ngân khí thải thấp nhất, đạt mức trung bình khoảng 2,15 µg/Nm3, tương ứng hiệu suất loại bỏ thủy ngân toàn hệ thống đạt trên 60%.
• Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 1 và Nhiệt điện Ninh Bình (chỉ trang bị hệ thống ESP cũ, không có tháp FGDw) ghi nhận nồng độ thủy ngân trong khí thải cao hơn từ 35% đến 55%, dao động ở mức 3,85 µg/Nm3 đến 5,60 µg/Nm3.

Thảo luận kết quả

Sự chênh lệch về hiệu quả thu giữ thủy ngân giữa các nhà máy được lý giải bởi đặc tính hóa học của than antraxit Việt Nam. Kết quả phân tích thành phần khoáng cho thấy than antraxit có hàm lượng clo cực thấp (dưới 0,03%), dẫn tới thiếu hụt chất oxy hóa tự nhiên trong khói thải. Do đó, thủy ngân trong buồng lửa chủ yếu tồn tại ở dạng nguyên tố Hg0 khó hòa tan, không thể bị giữ lại hiệu quả nếu chỉ đi qua tháp lọc bụi tĩnh điện thông thường.

Trong các báo cáo phân tích, mối tương quan giữa dữ liệu thực nghiệm được minh họa rõ nét qua đồ thị hồi quy tuyến tính giữa hàm lượng carbon chưa cháy (UBC) trong tro bay và hiệu suất thu giữ thủy ngân: khi chỉ số UBC tăng từ 3% lên 8%, hiệu suất bẫy thủy ngân của tro bay tăng thêm 25%. Đồng thời, bảng cân bằng vật chất (mass balance) đã phản ánh chính xác sự phân chia nồng độ thủy ngân giữa các pha rắn, lỏng và khí. Kết quả nghiên cứu khẳng định việc lắp đặt bổ sung hệ thống FGDw dạng ướt đóng vai trò quyết định giúp hấp thụ dòng Hg2+ sau khi được oxy hóa, giảm thiểu từ 30% đến 50% lượng thủy ngân tự do thoát ra bầu khí quyển.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật đồng bộ nhằm tối ưu hóa khả năng kiểm soát phát thải thủy ngân cho các nhà máy nhiệt điện than antraxit:

1. Bổ sung phụ gia Halogen (Bromine/Chlorine) vào quá trình nạp than: Tiến hành phun muối canxi bromua (CaBr2) hoặc clo với liều lượng từ 25 ppm đến 100 ppm vào băng tải than trước khi vào máy nghiền. Giải pháp này giúp oxy hóa trên 80% thủy ngân nguyên tố (Hg0) thành dạng muối thủy ngân (Hg2+) dễ hòa tan, nâng hiệu suất tách khử tại tháp FGDw lên trên 85% trong giai đoạn 2020 - 2025. Chủ thể thực hiện: Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và các đơn vị vận hành nhà máy nhiệt điện.
2. Ứng dụng công nghệ phun than hoạt tính tẩm halogen (Brominated PAC Injection): Lắp đặt hệ thống vòi phun chất hấp phụ than hoạt tính vào dòng khí thải tại vị trí trước tháp lọc bụi tĩnh điện ESP với định mức từ 3 kg/triệu Nm3 đến 5 kg/triệu Nm3 khí thải. Mục tiêu giảm thiểu từ 75% đến 90% nồng độ thủy ngân dạng hơi trong lộ trình 2022 - 2026. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý các dự án nhiệt điện than thuộc TKV, EVN và PVN.
3. Hiện đại hóa và nâng cấp hệ thống xử lý khí thải APC tích hợp: Khẩn trương lắp đặt tháp khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw) và cải tiến hệ thống lọc bụi tĩnh điện ESP cho các tổ máy công nghệ cũ (như Phả Lại 1, Ninh Bình), nâng hiệu suất bắt giữ bụi và thủy ngân liên kết hạt lên trên 98% trước năm 2025. Chủ thể thực hiện: Chủ đầu tư các nhà máy nhiệt điện đang vận hành.
4. Hoàn thiện thể chế và lắp đặt thiết bị quan trắc liên tục (CEMS): Bộ Tài nguyên và Môi trường cần bổ sung giới hạn nồng độ phát thải thủy ngân (khuyến nghị ngưỡng tối đa từ 3 µg/Nm3 đến 5 µg/Nm3) vào Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải nhiệt điện sửa đổi; đồng thời yêu cầu 100% nhà máy nhiệt điện đốt than lắp đặt module đo thủy ngân tự động trước năm 2027. Chủ thể thực hiện: Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp cùng Bộ Công Thương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn và học thuật chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách môi trường: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ Cục Kiểm soát ô nhiễm môi trường và Vụ Khoa học và Công nghệ trong việc xây dựng Kế hoạch hành động quốc gia (NAP) về quản lý thủy ngân, cập nhật QCVN 22 và hoàn thiện báo cáo quốc gia thực thi Công ước Minamata.
• Lãnh đạo doanh nghiệp và kỹ sư vận hành nhà máy nhiệt điện: Giúp đội ngũ quản lý kỹ thuật tại các tập đoàn EVN, TKV, PVN đánh giá chính xác hiện trạng phát thải thủy ngân từ than antraxit, từ đó xây dựng kế hoạch nâng cấp thiết bị ESP, FGDw và tối ưu hóa chi phí xử lý khí thải.
• Các đơn vị tư vấn và chuyển giao công nghệ xử lý môi trường: Cung cấp thông số tính toán thiết kế cho các kỹ sư môi trường trong việc phát triển hệ thống phun than hoạt tính PAC, module hóa chất halogen và tháp hấp thụ khử lưu huỳnh công suất lớn.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên chuyên ngành Môi trường - Năng lượng: Nguồn tài liệu tham khảo giá trị về quy trình quan trắc thủy ngân khí thải theo US EPA 30B, phương pháp lấy mẫu 83 điểm và mô hình tính toán phát thải UNEP Toolkit Level 2.

Câu hỏi thường gặp

Hàm lượng thủy ngân trong than antraxit Việt Nam có cao hơn than đá thế giới không?
Kết quả phân tích 12 mẫu than từ 8 mỏ lớn vùng Quảng Ninh cho thấy nồng độ thủy ngân trong than antraxit dao động từ 0,022 mg/kg đến 0,085 mg/kg, thấp hơn mức trung bình 0,110 mg/kg của Mỹ và 0,150 mg/kg của Trung Quốc. Tuy nhiên, do quy mô đốt hàng chục triệu tấn than mỗi năm, tổng tải lượng phát thải tích tụ vẫn rất lớn.

Tại sao hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) đơn lẻ khó xử lý triệt để thủy ngân?
Hệ thống ESP đạt hiệu suất lọc bụi trên 95% nhưng chỉ giữ lại được thủy ngân liên kết hạt (Hgp). Đối với than antraxit nghèo clo, phần lớn thủy ngân tồn tại ở dạng hơi nguyên tố (Hg0) không tích điện và không tan, khiến hơn 50% thủy ngân dễ dàng đi xuyên qua phễu lọc tĩnh điện ra môi trường.

Phương pháp US EPA 30B có ưu điểm gì trong quan trắc khí thải nhiệt điện?
Phương pháp US EPA 30B sử dụng bẫy hấp phụ carbon kép với lưu lượng hút ổn định 1 lít/phút trong 30 phút và giải hấp nhiệt ở 650°C. Phương pháp này đạt độ thu hồi từ 85% đến 115%, hạn chế tối đa sự thất thoát mẫu và đo chính xác nồng độ thủy ngân ở mức microgam/Nm3 trực tiếp tại hiện trường.

Hệ thống khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw) hỗ trợ giảm phát thải thủy ngân như thế nào?
Tháp rửa FGDw sử dụng huyền phù đá vôi để khử SO2, đồng thời hòa tan và giữ lại các hợp chất thủy ngân oxy hóa (Hg2+) với hiệu suất từ 30% đến 50%. Khi kết hợp đồng bộ ESP và FGDw, tổng hiệu quả thu giữ thủy ngân trong toàn chu trình xử lý có thể đạt từ 60% đến 95%.

Giải pháp kỹ thuật nào giúp nhà máy nhiệt điện Việt Nam giảm thủy ngân nhanh và kinh tế nhất?
Giải pháp khả thi nhất là bổ sung phụ gia halogen (canxi bromua với liều lượng 25 ppm đến 100 ppm) vào than đầu vào. Phương pháp này tận dụng trực tiếp tháp rửa FGDw sẵn có để oxy hóa và giữ lại trên 80% thủy ngân mà không đòi hỏi chi phí đầu tư xây dựng công trình mới quá lớn.

Kết luận

• Công trình đã thiết lập bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện với 83 mẫu phân tích, xác định nồng độ thủy ngân trong than antraxit nội địa dao động từ 0,022 mg/kg đến 0,085 mg/kg.
• Đánh giá định lượng hiệu quả xử lý khí thải tại 3 nhà máy nhiệt điện than, chứng minh hệ thống kết hợp ESP và FGDw giúp giảm trên 60% nồng độ phát thải thủy ngân so với hệ thống ESP đơn lẻ.
• Xác định nguyên nhân cốt lõi gây khó khăn cho việc xử lý thủy ngân là do than antraxit Việt Nam có hàm lượng clo thấp (dưới 0,03%), khiến thủy ngân chủ yếu tồn tại ở dạng hơi khó tách lọc.
• Đề xuất lộ trình kỹ thuật khả thi gồm 4 giải pháp: phụ gia halogen, phun than hoạt tính PAC, cải tạo nâng cấp tháp FGDw và ban hành quy chuẩn nồng độ phát thải từ 3 µg/Nm3 đến 5 µg/Nm3.
• Định hướng giai đoạn 2025 - 2030 cần mở rộng lắp đặt hệ thống quan trắc tự động liên tục CEMS tại tất cả các tổ máy nhiệt điện than trên toàn quốc, góp phần thực hiện thắng lợi các nghĩa vụ quốc tế về bảo vệ môi trường và phát triển năng lượng bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU I. Sự ần thiết nghiên ứu ủ ề tài uận văn Trong những năm gần đây, theo một số nghiên cứu của Chương trình môi trường Liên hợp quốc, phát thải thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện là một chủ đề ngày càng được quan tâm nhiều hơn của nhiều quốc gia trên thế giới vì những đặc tính về độc tính, khả năng khó phân hủy, di truyển với khoảng cách xa trong khí quyển. Đồng thời, thủy ngân là kim loại nặng có khả năng tích lũy sinh học và đi vào chuỗi thức ăn. Khi thải vào môi trường, thủy ngân có nguy cơ rất cao gây ô nhiễm đất, không khí, nguồn nước mặt và nước ngầm và có những tác động rất xấu tới sức khỏe con người.

Thủy ngân phát thải từ các nhà máy điện sử dụng than có dạng nguyên tố và tồn tại tự nhiên trong trong than. Thông thường, nồng độ thủy ngân có trong than với hàng chục ppt. Việc sử dụng lượng lớn than để phát điện tại nhiều quốc gia trong thời gian gần đây khi nhu cầu về năng lượng tăng cao làm cho thủy ngân có khả năng phát thải ở cấp độ toàn cầu. Quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước trong khoảng 20 năm qua ở nước ta đã đẩy mạnh phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao đáng kể mức sống của nhân dân.

Nhưng cùng với đó là sự gia tăng rất nhanh các nguồn phát thải các chất ô nhiễm môi trường nước, môi trường không khí và chất thải rắn, làm cho chất lượng môi trường xung quanh ngày càng suy giảm, ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe cộng đồng và ảnh hưởng tiêu cực ngay cả đối với quá trình phát triển kinh tế - xã hội của nước ta. Nhu cầu lớn về năng lượng nói chung, điện năng nói riêng đặc biệt trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước sẽ là động lực gia tăng mạnh số lượng các dự án nhiệt điện sử dụng than. Việt Nam là một nước có nguồn nguyên liệu than khá dồi dào, bao gồm than atracite là loại nguyên liệu chủ yếu dùng cho ngành nhiệt điện. Theo Quy LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 2 hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030, tính đến tháng 12 năm 2015, tổng trữ lượng và tài nguyên than của Việt Nam vào khoảng 48,88 tỷ tấn bao gồm 2,26 tỷ tấn trữ lượng, bao gồm bể than Đông Bắc khoảng 2,21 tỷ tấn và các mỏ than tại địa phương khoảng 41,7 triệu tấn.

Nhiệt điện đốt than ở Việt Nam có vai trò quan trọng trong cơ cấu sản xuất điện năng. Ưu thế cơ bản của nhiệt điện đốt than là giá than ổn định và có thể cạnh tranh với các nguồn nhiên liệu khác. Theo một số nghiên cứu cho thấy, sau thủy điện, nhiệt điện than cho giá thành điện thấp nhất (7 cent/kWh), vốn đầu tư không quá cao (thấp hơn thủy điện, điện mặt trời.), khả năng huy động công suất lớn (6.500 giờ/năm) nên sản lượng điện phát ra lớn, không lệ thuộc vào địa điểm đặt nhà máy, thời gian xây dựng không quá lâu (3 năm). Vì những ưu điểm này mà trong những năm gần đây nhiệt điện sử dụng than đã và đang chiếm tỷ trọng lớn trong tổng tỷ lệ phát điện của toàn ngành điện.

Theo Báo cáo Nhiệt điện than trong quy hoạch ngành điện VII (điều chỉnh) của Hiệp hội năng lượng Việt Nam (VESC), năm 2016 tỷ lệ phát nhiệt điện than đang chiếm tới 34,37%, với tổng công suất các nhà máy nhiệt điện than đạt 13. Nếu năm 2010 tổng công suất nhiệt điện than là 17,6% thì đến cuối năm 2015 Việt Nam đã có 13.000MW nhiệt điện, chiếm 38,4%. Tốc độ tăng trưởng của nhiệt điện than từ năm 2000 - 2015 là 17%, sản xuất tới 80 tỷ kWh/năm. Cũng theo báo cáo của VESC, tính đến năm 2030 sau khi Thủ tướng Chính phủ phê duyệt đề án điều chỉnh Quy hoạch điện VII (điều chỉnh), Việt Nam sẽ có khoảng 64 dự án nhiệt điện với tổng công suất 56.

Đến năm 2020, công suất nhiệt điện than tăng từ 33,4% lên 42,7% tổng công suất nguồn. Mặc dù đã giảm 5,3% so với Quy hoạch điện VII, nhưng nhiệt điện than trong Quy hoạch điều chỉnh vẫn chiếm tỉ trọng đáng kể. Nhiều tổ chức cơ quan tư vấn trong ngoài nước đã đề xuất giảm mạnh nguồn nhiệt điện than LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 3 song với Quyết định 428/QĐ-TTg ban hành ngày 18/3/2016 vừa qua nhận thấy đến năm 2030 nguồn nhiệt điện than vẫn còn đóng vai trò quan trọng của Hệ thống điện quốc gia. Hiện nay, nước ta có khoảng 20 nhà máy nhiệt điện than (không tính một số nhà máy nhiệt điện nhỏ với công suất dưới 100MW) đang vận hành với lượng tro xỉ, thạch cao thải ra hơn 15,7 triệu tấn/năm.

Ngoài ra, trong quá trình vận hành các nhà máy nhiệt điện than đã thải ra một khối lượng rất lớn các chất ô nhiễm khác như SOx, NOx, bụi và nước thải từ quá trình làm mát thiết bị và xử lý khí thải. Ở Việt Nam các nhà máy nhiệt điện đốt than đều sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện để xử lý bụi. Bên cạnh đó, công tác xử lý khí SO 2 và NOx ở các nhà máy nhiệt điện than chiếm tỷ lệ nhỏ và phương pháp chủ yếu là hấp thụ dùng dung dịch đá vôi. Đặc biệt, tại một số nhà máy với công nghệ cũ (Phả Lại 1, Ninh Bình) và một số nhà máy sử dụng công nghệ đốt than tầng sôi Đông Triều, Cẩm Phả, Cao Ngạn) thiếu các hệ thống xử lý lưu huỳnh trong khí thải dẫn đến nguy cơ ô nhiễm không khí rất cao.

Đồng thời, theo Công ước Minamata về thủy ngân mà Việt Nam là một trong 114 nước thành viên, nhiệt điện sử dụng than là một trong những nguồn phát thải thủy ngân với khối lượng lớn vào môi trường không khí. Như vậy, để đồng thời đảm bảo mục tiêu phát triển năng lượng để phục vụ quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, đồng thời đảm bảo mục tiêu về bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, việc tăng cường công tác kiểm soát ô nhiễm và phòng ngừa ứng phó các sự cố về môi trường đối với ngành công nghiệp nhiệt điện than đang được đặt ra cấp thiết. Nhận thức rõ tầm quan trọng và tính cấp thiết của việc nghiên cứu này, tác giả đã lựa chọn luận văn với đề tài: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải Thủy ngân trong khí thải của một số nhà máy nhiệt điện sử dụng than Antraxit trong công nghệ đốt than phun - PC LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 (Pulveresed combustion) tại Việt Nam”. II Mụ tiêu ủ ề tài - Mục tiêu tổng quát: Tăng cường hiệu quả về kiểm soát ô nhiễm môi trường do phát thải Thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện sử dụng than Antraxit tại Việt Nam để thực hiện tốt công tác bảo vệ môi trường và đảm bảo phát triển bền vững.

- Mục tiêu cụ thể: + Nghiên cứu, đánh giá mức độ phát thải Thủy ngân trên cơ sở một số nhà máy nhiệt điện sử dụng than Antraxit. + Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp kỹ thuật để giảm thiểu, kiểm soát phát thải Thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện sử dụng than Antraxit bằng công nghệ đốt than phun. III Nội dung nghiên ứu - Các nội dung nghiên cứu: + Nghiên cứu thực trạng hoạt động của các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam. + Đánh giá mức độ phát thải Thủy ngân của các nhà máy nhiệt điện.

+ Đánh giá hiệu quả của các biện pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải Thủy ngân tại các nhà máy nhiệt điện. + Đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải Thủy ngân trong khí thải của các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Những nghiên ứu về ph t thải thủ ng n trong nhiệt iện th n trên thế giới và t i Việt N 1.1 Những nghiên cứu trên thế giới: Từ cuối những năm 1970, hiện tượng ô nhiễm Thủy ngân trên thế giới được phát hiện và bùng nổ thành những thảm họa môi trường nghiêm trọng. Vì vậy, nhiều chương trình quan trắc ô nhiễm Thủy ngân đã được thực hiện trên thế giới, trong đó phải kể đến Chương trình quan trắc của Mỹ, Chương trình quan trắc của Cộng đồng Châu Âu – Canada (Chương trình quan trắc ô nhiễm không khí tầm xa), Chương trình quan trắc của một số nước Đông Á và Chương trình quan trắc ô nhiễm Thủy ngân toàn cầu của UNEP.1 Hệ thống qu n trắ ph t thải thu ng n khu vự Ch u Âu Nguồn: UNEP, 2016 Theo báo cáo của UNEP về đánh giá phát thải thủy ngân toàn cầu năm 2018 (Global Mercury Assessment 2018), cho thấy các hoạt động của con người đã làm tăng hàm lượng Thủy ngân trong khí quyển lên 3 lần so với thời kỳ tiền công nghiệp.

Có thể nói, đến nay ô nhiễm Thủy ngân đã trở thành một vấn nạn mang tính toàn cầu, xuất hiện tại nhiều nước như Tanzania, Philippin, LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 Indonexia, Trung Quốc, Brazin, Mỹ, Canada… Hình 1.2 Tỷ ệ ph t thải thủ ng n ủ ngành ông nghiệp Nguồn: Global Mercury Assessment 2018 Cũng theo báo cáo này, xu thế phát thải thủy ngân giữa các khu vực trên toàn cầu đến năm 2015 không có sự thay đổi nhiều so với năm 2010. Phần lớn khối lượng thủy ngân phát thải ra môi trường tại khu vực Châu Á (với tỷ lệ 49%, trong đó 39% ở Đông và Đông Nam Á), tiếp theo là Nam Mỹ (18%) và châu Phi (16%). Đáng chú ý là các ngành công nghiệp đốt, sử dụng than đang là lĩnh vực chiếm tỷ lệ phát thải cao tại nhiều khu vực như Bắc Mỹ (60%), Châu Âu (50%) và Úc, New Zealand (37%). Cũng theo Báo cáo này, trong năm 2015, phát thải các ngành công nghiệp đốt than chiếm tỷ lệ khoảng 21% tổng phát thải thủy ngân toàn cầu (khoảng 1480 tấn).

Ước tính phát thải thủy ngân từ các ngành công nghiệp toàn cầu trong năm 2015 được thể hiện tại Hình sau. Theo báo cáo kỹ thuật về phát thải thủy ngân của UNEP (Technical Background report to the Global Atmospheric Mercury Assessment, 2018), hiện nay, hầu hết các nhà máy nhiệt điện sử dụng than trên thế giới thường sử dụng các công nghệ lọc bụi tĩnh điện dạng khô và hệ thống khử lưu huỳnh LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 dạng ướt (FGDw) để xử lý bụi và một số chất độc hại trong khí thải (SOx, CO2).