CHƯƠNG 1 NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN Ở VIỆT NAM VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1. Sơ lược về các nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam Theo tổng sơ đồ phát triển Điện lực Việt Nam giai đoạn 2006÷2025, tính đến năm 2010 tổng công suất các nhà máy điện nước ta là hơn 19.000 MW, trong đó thủy điện chiếm 35,9%, nhiệt điện khí dầu 34,6%, nhiệt điện than 25,2%, điện mua ngoài chiếm 4,3%. Trong hơn một thập kỷ qua, nhu cầu sử dụng điện tăng trung bình khoảng 12% trên một năm [11]. 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. Những năm gần đây, tỷ trọng ngành nhiệt điện đốt than vẫn có xu hướng tăng dần. Các nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam phần lớn thuộc tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) hoặc tập đoàn than - khoáng sản Việt Nam (TKV), một phần nhỏ khác thuộc nhà máy sở hữu, tuy nhiên công suất thường nhỏ (ví dụ: Nhà máy nhiệt điện thuộc nhà máy đạm Hà Bắc có 4 tổ máy với tổng công suất 36MW, nhà máy nhiệt điện thuộc nhà máy giấy Bãi Bằng có 2 tổ máy với tổng công suất 32MW) [11]. Các nhà máy nhiệt điện đốt than tập trung chủ yếu ở miền Bắc, sử dụng nhiên liệu chính là than antraxit ở Quảng Ninh, tiếp đó là than nâu ở Na Dương, Đầm Rì.
Đặc điểm về công suất, công nghệ đốt, năm vận hành của một số nhà máy nhiệt điện đốt than tại Việt Nam được trình bày trong Bảng 1. Các nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam Công Công Năm Thuộc Nguồn suất Hãng/nước Tên nhà máy nghệ vận sở tham thiết kế chế tạo đốt hành hữu khảo (MW) Ninh Bình (Ninh Bình) 4x25 Trung Quốc 1974 EVN Uông Bí (Quảng Ninh) 2x55 Liên Xô cũ 1975 EVN Uông Bí mở rộng (Quảng Ninh) 1x300 Trung Quốc 2009 EVN Phả Lại 1 (Hải Dương) 4x400 Than Liên Xô cũ 1983 EVN phun Mitsu [9], Phả Lại 2 (Hải Dương) 2x300 2003 EVN (Nhật Bản) [11] Quảng Ninh 1 (Quảng Ninh) 2x300 Trung Quốc 2009 TKV Quảng Ninh 2 (Quảng Ninh) 2x300 Trung Quốc 2010 TKV Na Dương (Lạng Sơn) 2x55 Trung Quốc 2004 TKV Cao Ngạn (Thái Nguyên) 2x50 Trung Quốc 2006 TKV Tầng Sơn Động (Bắc Giang) 2x110 Trung Quốc 2008 TKV [9], sôi Hải Phòng (Hải Phòng) 2x400 Trung Quốc 2008 EVN [12] tuần Cẩm Phả1 (Quảng Ninh) 1x300 Trung Quốc 2009 TKV hoàn Cẩm Phả 2 (Quảng Ninh) 1x300 Trung Quốc 2010 TKV Mạo Khê (Quảng Ninh) 2x220 Trung Quốc 2010 TKV Theo dự kiến của tập đoàn điện lực EVN, trong những năm tới nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng khoảng 15% hàng năm, tỉ lệ với tốc độ tăng trưởng GDP. Để đáp ứng nhu cầu điện năng cho phát triển đất nước, bên cạnh việc xây dựng thêm các nhà máy thủy điện, phong điện, điện hạt nhân, v., thì nhiệt điện đốt than đang được quan tâm hàng đầu. Đến năm 2030, dự kiến tổng công suất các nhà máy điện sẽ là khoảng 146.800 MW, trong đó thủy điện chiếm 11,8%, thủy điện tích năng chiếm 3,9%, nhiệt điện than 51,6%, nhiệt điện khí dầu 18,5%, điện sử dụng năng lượng tái tạo 9,4%, điện hạt nhân và nhập khẩu 4,8%.
Do đó, trong tương lai các 4 nhà máy nhiệt điện đốt than vẫn sẽ đóng vai trò chủ đạo trong cơ cấu sản xuất điện năng của Việt Nam [13]. Tuy nhiên, mặt trái của sự phát triển về số lượng các nhà máy nhiệt điện đốt than là những tác động xấu đến môi trường gây ra trong quá trình sản xuất điện bao gồm: khí thải, tiếng ồn, nước thải, chất thải rắn. Trong đó chất lượng môi trường không khí bị ảnh hưởng bởi nhiều chất ô nhiễm khác nhau như bụi, CO, SO2, NO X,.Mức độ phát thải các chất ô nhiễm này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại nhiên liệu sử dụng, công nghệ sử dụng hay tuổi thọ của thiết bị,. Mặc dù, tình hình ô nhiễm môi trường không khí tại các nhà máy nhiệt điện đốt than này đã được cải thiện nhiều so với trước kia như một số các nhà máy cũ được thay thế và lắp đặt hệ thống xử lý bụi tĩnh điện (ví dụ: nhà máy nhiệt điện Ninh Bình, nhà máy nhiệt điện Uông Bí, nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn.), các nhà máy mới được xây dựng có lắp đặt thiết bị xử lý SO2 (ví dụ: nhà máy nhiệt điện Sơn Động, nhà máy nhiệt điện Hải Phòng, nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh,.), tuy nhiên, quy mô các công trình xử lý khí thải vẫn còn nhỏ, vốn đầu tư cho công trình không cao, nhiều nhà máy có hệ thống đo lượng các chất ô nhiễm nhưng đã bị hỏng hoặc không còn hoạt động gây khó khăn trong việc kiểm soát ô nhiễm [12], [15], [16], [17].2 trình bày hệ thống xử lý khí thải của một số nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam.
Hệ thống xử lý khí thải của một số nhà máy nhiệt điện đốt than Thiết bị Thiết bị xử Thiết bị xử lý Tên nhà máy Loại than sử dụng xử lý lý bụi SO2 NOX ESP Ninh Bình Không có (η=99%) ESP Uông Bí Không có (η=98%) Xử lý lưu Uông Bí mở ESP huỳnh bằng đá rộng (η=98%) vôi (η=85%) ESP Không có Phả Lại 1 Không có (η=99%) Than antraxit Quảng Ninh Xử lý lưu ESP Phả Lại 2 huỳnh bằng đá (η=99%) vôi (η=95%) Xử lý lưu Quảng ESP huỳnh bằng đá Ninh1,2 (η=99,78%) vôi (η=95%) ESP Mạo Khê (η=99,8%) ESP Cẩm Phả1,2 (η=99%) Than antraxit ở mỏ than ESP Cao Ngạn Khánh Hòa, Núi Hồng Lò CFB (η=90%) (η=99%) (Thái Nguyên) Than nâu ở mỏ than Na Lọc bụi Na Dương Dương (Lạng Sơn) kiểu túi Than nâu ở mỏ than ESP Sơn Động Đồng Rì (Bắc Giang) (η=99%) Nguồn: [9], [11], [12] Trong thời gian tới, ngành nhiệt điện nói chung và nhiệt điện đốt than nói riêng sẽ vẫn tăng cao dần về số lượng, nếu vấn đề giảm thiểu khí thải từ các nhà máy trên không được quan tâm đúng mức thì tải lượng các khí độc hại sẽ tăng theo 6 tỷ lệ tương ứng, vì vậy việc nghiên cứu các công nghệ mới, tìm hiểu sâu hơn về các vấn đề liên quan tới nhiệt điện đốt than là cần thiết, nhằm mang lại hiệu quả về kinh tế mà vẫn bảo vệ tốt môi trường. Công nghệ lò hơi sử dụng trong nhiệt điện đốt than ở Việt Nam Trong các nhà máy nhiệt điện đốt than, lò hơi là một bộ phận quan trọng trong đó xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình cháy sẽ truyền cho nước trong lò để biến nước thành hơi, làm quay tua bin, phục vụ cho việc sản xuất điện năng [8]. Các nhà máy điện đốt than tại Việt Nam đang hoạt động áp dụng 2 công nghệ lò hơi đốt than phổ biến đó là: • Công nghệ đốt than phun • Công nghệ đốt than tầng sôi. Trong công nghệ đốt than tầng sôi có 2 dạng chính là công nghệ đốt than tầng sôi tuần hoàn và công nghệ đốt than tầng sôi áp lực.
Hiện nay, các nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam thường sử dụng hai loại công nghệ lò hơi chủ yếu là công nghệ lò hơi than phun và công nghệ lò tầng sôi tuần hoàn còn lò hơi tầng sôi áp lực là một công nghệ mới, đòi hỏi kỹ thuật vận hành cao và chi phí đầu tư lớn nên tính thương mại chưa cao [3]. Vì vậy, trong đề tài này tập trung chủ yếu vào 2 loại lò hơi: than phun và tầng sôi tuần hoàn. Lò hơi than phun (PC) [3] * Nguyên lý làm việc: Nhiên liệu và không khí được qua vòi phun số 3 vào buồng lửa số 1, tạo thành hỗn hợp cháy và được đốt cháy trong buồng lửa, nhiệt độ ngọn lửa có thể đạt tới 1. Nhiệt lượng tỏa ra khi nhiên liệu cháy trong buồng lửa truyền cho nước trong các ống của dàn ống sinh hơi 2 làm cho nước tăng dần nhiệt độ đến sôi, trong ống sẽ là hỗn hợp hơi nước.
Hỗn hợp hơi nước trong ống sinh hơi 2 sẽ chuyển động đi lên, tập trung vào bao hơi số 5. Trong bao hơi số 5, hơi bão hòa sẽ tách ra khỏi nước, nước tiếp tục đi xuống theo ống xuống 4 đặt ngoài tường lò. Ống xuống được 7 nối với ống lên bằng ống góp dưới, nên nước lại sang ống sinh hơi số 2 để tiếp tục nhận nhiệt. Hơi bão hòa từ bao hơi số 5 sẽ đi theo các ống dẫn hơi số 6 vào các ống xoắn của bộ quá nhiệt số 7.
Ở bộ quá nhiệt, hơi bão hòa chuyển động trong các ống xoắn sẽ nhận nhiệt từ khói nóng chuyển động phía ngoài ống để biến thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao hơn và đi vào ống góp để sang tuabin hơi. Hơi từ tua bin về bộ quá nhiệt trung gian 8 để quá nhiệt rồi lại quay trở về tua bin. Ở đây, ống sinh hơi số 2 đặt phía trong tường lò nên môi chất trong ống nhận nhiệt và sinh hơi liên tục do đó trong ống sinh hơi 2 là hỗ hợp hơi và nước, còn ống xuống 4 đặt ngoài tường lò nên môi chất trong ống 4 không nhận nhiệt do đó trong ống 4 là nước. Nhiên liệu được phun vào và cháy lơ lửng trong buồng lửa.
Qúa trình cháy nhiên liệu xảy ra trong buồng lửa và đạt đến nhiệt độ rất cao, từ 13000C đến 1900 0C, chính vì vậy hiệu quả trao đổi nhiệt bức xạ giữa ngọn lửa và dàn ống sinh hơi rất cao, lượng nhiệt dàn ống sinh hơi thu được từ ngọn lửa là do trao đổi nhiệt bức xạ. Để hấp thu có hiệu quả nhiệt lượng bức xạ của ngọn lửa, người ta bố trí các dàn ống sinh hơi 2 xung quanh tường buồng lửa. Khói ra khỏi buồng lửa sẽ đi vào vào bộ quá nhiệt. Ở đây khói chuyển động ngoài ống truyền nhiệt cho hỗn hợp hơi nước chuyển động trong ống.
Khói ra khỏi bộ quá nhiệt có nhiệt độ còn cao, để tận dụng phần nhiệt thừa của khói khi ra khỏi bộ quá nhiệt, ở phần sau nó người ta đặt thêm bộ hâm nước 9 và bộ sấy không khí 11. Bộ hâm nước có nhiệm vụ gia nhiệt cho nước để nâng nhiệt độ của nước từ nhiệt độ ra khỏi bình gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi và cấp vào bao hơi 5. Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình cấp nhiệt cho nước để thực hiện quá trình hóa hơi nước trong lò.