Tổng quan nghiên cứu

Ngành nhiệt điện đốt than đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu sản xuất điện năng của Việt Nam, chiếm khoảng 25,2% tổng công suất điện năm 2010 và dự kiến tăng lên 51,6% vào năm 2030. Tuy nhiên, quá trình đốt than phát sinh lượng lớn các chất ô nhiễm không khí như bụi, CO, SO₂, NOₓ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng và môi trường. Việc xác định chính xác hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí từ các nhà máy nhiệt điện đốt than là cần thiết để quản lý và kiểm soát ô nhiễm hiệu quả.

Luận văn tập trung nghiên cứu hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí tại ba nhà máy nhiệt điện tiêu biểu ở miền Bắc Việt Nam: Uông Bí, Quảng Ninh và Cao Ngạn, trong giai đoạn từ năm 2009 đến 2011. Mục tiêu chính là xác định hệ số phát thải bụi, CO, SO₂, NOₓ nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam, góp phần nâng cao độ chính xác trong đánh giá tải lượng phát thải và hỗ trợ các nhà quản lý môi trường đưa ra các giải pháp kiểm soát hiệu quả.

Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong bối cảnh nhu cầu điện năng tăng trung bình 12-15% mỗi năm, đồng thời giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của ngành nhiệt điện đốt than đến chất lượng không khí và sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Khái niệm hệ số phát thải: Là tỷ lệ giữa lượng chất ô nhiễm phát thải và đơn vị nhiên liệu tiêu thụ hoặc sản phẩm điện sinh ra, được biểu diễn bằng gam chất ô nhiễm trên kg than hoặc kWh điện.
  • Mô hình cân bằng vật chất: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để tính toán lượng chất ô nhiễm phát sinh dựa trên thành phần nguyên tố của nhiên liệu và sản phẩm cháy.
  • Phương pháp quan trắc phát thải: Lấy mẫu khí thải và đo nồng độ các chất ô nhiễm tại nguồn thải để xác định chính xác lượng phát thải.
  • Khái niệm công nghệ lò hơi đốt than: Phân biệt hai công nghệ chính là lò hơi than phun (PC) và lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB), ảnh hưởng đến mức độ phát thải các chất ô nhiễm.
  • Khái niệm hệ thống xử lý khí thải: Bao gồm thiết bị lắng bụi tĩnh điện (ESP), hệ thống xử lý SO₂ bằng đá vôi, và các thiết bị kiểm soát NOₓ.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu thu thập từ ba nhà máy nhiệt điện Uông Bí, Quảng Ninh và Cao Ngạn trong các năm 2009-2011, tập trung vào lượng than tiêu thụ, sản lượng điện, nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu khí thải theo phương pháp lấy mẫu đẳng khí động (isokinetic) tại các vị trí trên đường dẫn khí thải vào ống khói hoặc trên thân ống khói, đảm bảo tính đại diện và độ chính xác cao.
  • Thiết bị đo: Sử dụng thiết bị lấy mẫu bụi METLAB (Thụy Điển), máy đo nhanh khí thải Drager MSI-PRO2 (Đức) và Kane May – 9106 Quintox.
  • Phân tích số liệu: Tính toán nồng độ trung bình các chất ô nhiễm, chuyển đổi về điều kiện tiêu chuẩn (25°C, 1 atm), xác định lưu lượng khí thải dựa trên vận tốc và tiết diện ống khói, từ đó tính lượng phát thải và hệ số phát thải theo khối lượng nhiên liệu và sản phẩm điện.
  • Timeline nghiên cứu: Quan trắc tại nhà máy Uông Bí ngày 06/04/2011, Quảng Ninh ngày 07/04/2011, Cao Ngạn ngày 03/09/2012; phân tích và tổng hợp kết quả trong năm 2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nồng độ bụi trong khí thải: Nhà máy Uông Bí có nồng độ bụi trung bình 263,27±47,70 mg/Nm³, cao gấp gần 10 lần so với nhà máy Quảng Ninh (28,53±2,64 mg/Nm³). Nhà máy Cao Ngạn không lấy mẫu bụi do hệ thống xử lý bụi không ổn định.
  2. Nồng độ CO: Nhà máy Cao Ngạn có nồng độ CO trung bình 231,67±12,83 mg/Nm³, cao hơn đáng kể so với Uông Bí (240,50±36,95 mg/Nm³) và Quảng Ninh (116,73±8,68 mg/Nm³).
  3. Nồng độ SO₂: Nhà máy Uông Bí có nồng độ SO₂ cao nhất với 1121,39±175,73 mg/Nm³, tiếp theo là Cao Ngạn 144,40±9,52 mg/Nm³ và thấp nhất là Quảng Ninh 34,50±4,51 mg/Nm³.
  4. Nồng độ NOₓ: Nhà máy Quảng Ninh có nồng độ NOₓ cao nhất 575,18±17,58 mg/Nm³, tiếp theo là Uông Bí 401,61±51,56 mg/Nm³ và Cao Ngạn 413,33±12,15 mg/Nm³.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt nồng độ bụi giữa Uông Bí và Quảng Ninh được giải thích bởi hiệu suất xử lý bụi tĩnh điện và hệ thống xử lý SO₂ ướt tại Quảng Ninh, cùng với tuổi đời thiết bị và chất lượng than sử dụng. Than tại Uông Bí có hàm lượng tro cao hơn, dẫn đến lượng bụi phát thải lớn hơn.

Nồng độ NOₓ cao tại Quảng Ninh do sử dụng công nghệ lò hơi than phun với nhiệt độ buồng lửa cao (~1200°C) và hàm lượng nitơ trong than cao hơn. Ngược lại, Cao Ngạn sử dụng công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn với nhiệt độ buồng lửa thấp (~800°C) giúp giảm phát thải NOₓ mặc dù hàm lượng nitơ trong than cao nhất (0,95%).

Nồng độ SO₂ thấp tại Quảng Ninh nhờ hệ thống xử lý SO₂ bằng đá vôi hiệu quả (95%), trong khi Uông Bí chưa có hệ thống xử lý SO₂, dẫn đến nồng độ SO₂ cao nhất. Cao Ngạn dù dùng than có hàm lượng lưu huỳnh cao (2,34%) nhưng nhờ công nghệ tầng sôi tuần hoàn và đốt kèm đá vôi nên lượng SO₂ phát thải được giảm đáng kể.

Kết quả cho thấy công nghệ lò hơi và hệ thống xử lý khí thải đóng vai trò quyết định trong việc kiểm soát phát thải các chất ô nhiễm không khí. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nồng độ các chất ô nhiễm giữa ba nhà máy, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt và hiệu quả công nghệ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp hệ thống xử lý khí thải: Các nhà máy nhiệt điện, đặc biệt là những nhà máy cũ như Uông Bí, cần đầu tư nâng cấp hoặc thay thế thiết bị lắng bụi tĩnh điện và lắp đặt hệ thống xử lý SO₂ để giảm phát thải bụi và khí SO₂, nhằm đạt tiêu chuẩn môi trường trong vòng 2-3 năm tới.
  2. Áp dụng công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn: Khuyến khích xây dựng và chuyển đổi sang công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn tại các nhà máy mới và cải tạo nhà máy hiện hữu để giảm phát thải NOₓ và SO₂, đồng thời tăng hiệu suất đốt cháy.
  3. Tăng cường quan trắc và kiểm soát phát thải: Thiết lập hệ thống quan trắc khí thải tự động, liên tục và bảo trì định kỳ để đảm bảo dữ liệu phát thải chính xác, phục vụ công tác quản lý môi trường hiệu quả trong vòng 1 năm.
  4. Đào tạo và nâng cao nhận thức nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về vận hành thiết bị xử lý khí thải và quản lý môi trường cho cán bộ kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu phát thải trong vòng 6 tháng.
  5. Xây dựng bộ hệ số phát thải chuẩn cho ngành nhiệt điện Việt Nam: Dựa trên kết quả nghiên cứu, xây dựng và cập nhật bộ hệ số phát thải phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam để phục vụ công tác kiểm kê và quản lý phát thải trong vòng 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường và chính sách: Giúp xây dựng chính sách kiểm soát ô nhiễm không khí, quy chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn vận hành nhà máy nhiệt điện.
  2. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành nhà máy nhiệt điện: Cung cấp kiến thức về công nghệ lò hơi, hệ thống xử lý khí thải và phương pháp xác định hệ số phát thải để tối ưu hóa hoạt động và giảm thiểu ô nhiễm.
  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ môi trường: Là tài liệu tham khảo khoa học về phương pháp quan trắc, phân tích và đánh giá phát thải khí thải trong ngành nhiệt điện.
  4. Các tổ chức tư vấn và doanh nghiệp đầu tư năng lượng: Hỗ trợ đánh giá tác động môi trường, lựa chọn công nghệ và thiết bị xử lý khí thải phù hợp với yêu cầu phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ số phát thải là gì và tại sao quan trọng?
    Hệ số phát thải là tỷ lệ giữa lượng chất ô nhiễm phát thải và đơn vị nhiên liệu hoặc sản phẩm điện. Nó giúp ước tính lượng phát thải tổng thể, phục vụ quản lý môi trường và lập kế hoạch giảm thiểu ô nhiễm.

  2. Tại sao nồng độ bụi tại nhà máy Uông Bí cao hơn nhiều so với Quảng Ninh?
    Do than sử dụng có hàm lượng tro cao hơn, thiết bị lắng bụi tĩnh điện đã xuống cấp và thiếu hệ thống xử lý SO₂ ướt tại Uông Bí, trong khi Quảng Ninh có hệ thống xử lý hiện đại và than có hàm lượng tro thấp hơn.

  3. Công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn có ưu điểm gì?
    Công nghệ này cho phép đốt than có chất lượng kém, giảm phát thải NOₓ và SO₂ nhờ nhiệt độ buồng lửa thấp và đốt kèm đá vôi, giúp tiết kiệm chi phí xử lý khí thải và bảo vệ môi trường.

  4. Phương pháp lấy mẫu khí thải isokinetic là gì?
    Lấy mẫu isokinetic là phương pháp lấy mẫu khí thải với tốc độ hút mẫu bằng tốc độ dòng khí trong ống khói, đảm bảo mẫu đại diện và chính xác về thành phần bụi và khí ô nhiễm.

  5. Làm thế nào để giảm phát thải SO₂ tại các nhà máy nhiệt điện?
    Có thể giảm phát thải SO₂ bằng cách sử dụng than có hàm lượng lưu huỳnh thấp, áp dụng công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn đốt kèm đá vôi, hoặc lắp đặt hệ thống xử lý SO₂ sau đốt như tháp phun hấp thụ đá vôi.

Kết luận

  • Đã xác định được hệ số phát thải các chất ô nhiễm bụi, CO, SO₂, NOₓ tại ba nhà máy nhiệt điện đốt than tiêu biểu ở Việt Nam, phản ánh đúng đặc điểm công nghệ và nhiên liệu sử dụng.
  • Công nghệ lò hơi và hệ thống xử lý khí thải ảnh hưởng quyết định đến mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí.
  • Công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn giúp giảm phát thải SO₂ và NOₓ hiệu quả hơn so với lò hơi than phun truyền thống.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng bộ hệ số phát thải phù hợp với điều kiện Việt Nam, hỗ trợ công tác quản lý môi trường ngành nhiệt điện.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cấp công nghệ, tăng cường quan trắc và đào tạo nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí từ các nhà máy nhiệt điện đốt than trong thời gian tới.

Hành động tiếp theo: Các nhà quản lý và kỹ sư vận hành cần áp dụng kết quả nghiên cứu để cải thiện hệ thống xử lý khí thải, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi và cập nhật dữ liệu hệ số phát thải nhằm nâng cao hiệu quả quản lý môi trường.