Nghiên cứu sử dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Mông Dương trong sản xuất vật liệu xây dựng

Nghiên cứu ứng dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện Mông Dương trong sản xuất vật liệu xây dựng, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Thị Nhiên
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Loan
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Sử Dụng Tro Xỉ Nhà Máy Nhiệt Điện Mông Dương Trong Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về tro xỉ
• 1.2. Tro bay và đặc tính
• 1.3. Các nghiên cứu tái sử dụng tro xỉ trên Thế giới và Việt Nam
• 1.4. Tổng quan về Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương (NMNĐ)
• 1.5. Tổng quan về các công nghệ sản xuất gạch
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp thu thập dữ liệu
• 2.4. Phương pháp thí nghiệm
• 2.5. Phương pháp thực nghiệm
• 2.6. Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả thu được, từ đó đánh giá tính khả thi của đề tài
• 2.7. Phương pháp nghiên cứu phân tích lợi ích môi trường mở rộng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả thí nghiệm xác định thành phần, tính chất của tro đáy
• 3.2. Tỉ trọng thể rắn
• 3.3. Thành phần kim loại nặng
• 3.4. Thành phần khoáng
• 3.5. Kết quả thực nghiệm với ứng dụng sản xuất gạch từ tro đáy
• 3.6. Gạch nung truyền thống
• 3.7. Đối với gạch ép không nung (xi măng cốt liệu)
• 3.8. Tính toán lợi ích kinh tế
• KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về việc sử dụng tro xỉ nhiệt điện Mông Dương trong xây dựng

Tro xỉ từ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương là một nguồn tài nguyên quý giá trong ngành xây dựng. Việc tái sử dụng tro xỉ không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tiết kiệm chi phí nguyên liệu. Tro xỉ có thể được sử dụng trong sản xuất gạch, bê tông và nhiều vật liệu xây dựng khác. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng tro xỉ có thể cải thiện tính chất của vật liệu xây dựng, đồng thời giảm thiểu lượng chất thải ra môi trường.

1.1. Đặc điểm và thành phần của tro xỉ nhiệt điện Mông Dương

Tro xỉ từ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương chủ yếu bao gồm các hợp chất silicat như SiO2, Al2O3, và Fe2O3. Các nghiên cứu cho thấy, tro xỉ có tính chất vật lý tốt, có thể thay thế một phần nguyên liệu truyền thống trong sản xuất vật liệu xây dựng. Đặc biệt, tro xỉ có khả năng cải thiện độ bền và tính chống thấm của gạch.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng tro xỉ trong xây dựng

Việc sử dụng tro xỉ trong xây dựng mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí sản xuất, bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên. Tro xỉ có thể thay thế một phần lớn nguyên liệu như đất sét và cát, từ đó giảm thiểu áp lực lên các nguồn tài nguyên này.

II. Thách thức trong việc sử dụng tro xỉ nhiệt điện Mông Dương

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc sử dụng tro xỉ trong xây dựng cũng gặp phải một số thách thức. Một trong những vấn đề chính là chất lượng của tro xỉ, bao gồm hàm lượng kim loại nặng và các tạp chất khác. Điều này có thể ảnh hưởng đến tính an toàn và độ bền của sản phẩm xây dựng. Ngoài ra, việc thiếu quy định và tiêu chuẩn rõ ràng cũng là một rào cản lớn.

2.1. Vấn đề về chất lượng tro xỉ

Chất lượng tro xỉ phụ thuộc vào loại than sử dụng và quy trình đốt. Một số loại tro xỉ có thể chứa hàm lượng kim loại nặng cao, gây lo ngại về an toàn khi sử dụng trong xây dựng. Cần có các nghiên cứu và kiểm tra chất lượng định kỳ để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

2.2. Thiếu quy định và tiêu chuẩn sử dụng

Hiện tại, việc sử dụng tro xỉ trong xây dựng chưa có quy định rõ ràng. Điều này dẫn đến sự không đồng nhất trong chất lượng và ứng dụng của tro xỉ. Cần thiết phải xây dựng các tiêu chuẩn và quy định cụ thể để đảm bảo an toàn và hiệu quả khi sử dụng tro xỉ trong ngành xây dựng.

III. Phương pháp tái sử dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu xây dựng

Có nhiều phương pháp để tái sử dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu xây dựng. Một trong những phương pháp phổ biến là sản xuất gạch từ tro xỉ. Gạch được sản xuất từ tro xỉ không chỉ có độ bền cao mà còn có khả năng cách âm và chống thấm tốt. Ngoài ra, tro xỉ cũng có thể được sử dụng làm phụ gia trong bê tông.

3.1. Sản xuất gạch từ tro xỉ

Gạch từ tro xỉ có thể được sản xuất bằng cách trộn tro xỉ với xi măng và nước. Quy trình này đơn giản và tiết kiệm chi phí. Gạch từ tro xỉ có độ bền cao và khả năng chống thấm tốt, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong xây dựng.

3.2. Sử dụng tro xỉ làm phụ gia trong bê tông

Tro xỉ có thể được sử dụng làm phụ gia trong bê tông để cải thiện tính chất cơ học và độ bền của bê tông. Việc sử dụng tro xỉ trong bê tông không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu lượng chất thải ra môi trường.

IV. Ứng dụng thực tiễn của tro xỉ nhiệt điện Mông Dương trong xây dựng

Tro xỉ từ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương đã được ứng dụng trong nhiều dự án xây dựng tại Việt Nam. Các công trình sử dụng gạch từ tro xỉ không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo chất lượng và an toàn. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, gạch từ tro xỉ có độ bền và khả năng chống thấm tốt hơn so với gạch truyền thống.

4.1. Các dự án xây dựng sử dụng gạch từ tro xỉ

Nhiều dự án xây dựng lớn tại Việt Nam đã áp dụng gạch từ tro xỉ, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Các công trình này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

4.2. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả sử dụng tro xỉ

Các nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng tro xỉ trong sản xuất gạch và bê tông giúp cải thiện tính chất cơ học và độ bền của sản phẩm. Điều này chứng tỏ rằng tro xỉ là một nguồn tài nguyên quý giá trong ngành xây dựng.

V. Kết luận và tương lai của việc sử dụng tro xỉ trong xây dựng

Việc sử dụng tro xỉ từ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương trong xây dựng không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Tương lai của việc sử dụng tro xỉ trong xây dựng phụ thuộc vào việc phát triển các công nghệ mới và xây dựng các tiêu chuẩn rõ ràng. Cần có sự hợp tác giữa các cơ quan chức năng, nhà khoa học và doanh nghiệp để tối ưu hóa việc sử dụng tro xỉ.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ sử dụng tro xỉ

Công nghệ sử dụng tro xỉ trong xây dựng đang ngày càng phát triển. Nhiều nghiên cứu mới đang được thực hiện để cải thiện chất lượng và ứng dụng của tro xỉ trong ngành xây dựng.

5.2. Tầm quan trọng của việc xây dựng tiêu chuẩn sử dụng

Việc xây dựng các tiêu chuẩn rõ ràng cho việc sử dụng tro xỉ là rất cần thiết. Điều này sẽ giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả khi sử dụng tro xỉ trong xây dựng, đồng thời thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển công nghiệp năng lượng tại Việt Nam, lượng tro xỉ thải ra từ các nhà máy nhiệt điện đốt than ngày càng gia tăng, gây áp lực lớn lên môi trường và chi phí xử lý. Theo ước tính, tổng công suất nhiệt điện đốt than của Việt Nam sẽ đạt khoảng 77.000 MW vào năm 2030, tương ứng với lượng than tiêu thụ lên đến 176 triệu tấn và lượng tro xỉ thải ra khoảng 35 triệu tấn mỗi năm. Riêng Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương 1, với công suất 1.000 MW, thải ra khoảng 1 triệu tấn tro đáy hàng năm. Tro xỉ, đặc biệt là tro đáy, có cấu trúc tương tự như cát và sỏi, chứa các oxit kim loại như SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, có thể được tái sử dụng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng như gạch nung và gạch xi măng cốt liệu.

Mục tiêu nghiên cứu là tận dụng tro đáy từ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương 1 để sản xuất vật liệu xây dựng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nguyên liệu truyền thống như đất sét và mạt đá. Nghiên cứu tập trung vào phân tích thành phần vật lý, hóa học của tro đáy, thử nghiệm sản xuất gạch nung và gạch không nung, đồng thời đánh giá lợi ích kinh tế và môi trường. Phạm vi nghiên cứu bao gồm tro đáy thu thập tại NMNĐ Mông Dương 1, thực nghiệm sản xuất gạch tại các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng ở Hà Nội trong giai đoạn 2015-2016. Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ xử lý và tái sử dụng tro xỉ, giảm thiểu bãi thải và chi phí xử lý, đồng thời thúc đẩy sản xuất vật liệu xây dựng thân thiện môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Tiêu chuẩn ASTM C618 về phân loại tro bay và tro đáy, trong đó tro đáy NMNĐ Mông Dương thuộc loại F với tổng hàm lượng oxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 đạt 75,5%, phù hợp làm phụ gia xi măng và vật liệu xây dựng.
• Mô hình công nghệ đốt than tầng sôi tuần hoàn (CFB), đặc trưng bởi nhiệt độ buồng đốt thấp (khoảng 830°C), sử dụng đá vôi làm chất hấp thụ lưu huỳnh, tạo thành tro đáy có hàm lượng CaO cao và thành phần khoáng hóa đặc biệt.
• Khái niệm vật liệu xây dựng từ tro xỉ: tro đáy có tính chất vật lý như cát, sỏi, có thể thay thế đất sét trong sản xuất gạch nung và mạt đá trong gạch xi măng cốt liệu, giúp giảm trọng lượng và chi phí sản xuất.
• Lý thuyết về hoạt tính pozzolanic của tro xỉ, giúp tăng cường độ bền và tính ổn định của vật liệu xây dựng.
• Phân tích chi phí lợi ích (Cost-Benefit Analysis) để đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường của việc tái sử dụng tro đáy.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Mẫu tro đáy được thu thập trực tiếp tại Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương 1; số liệu về công suất, lượng tro thải, công nghệ đốt than; dữ liệu tham khảo từ các nghiên cứu trong và ngoài nước về tái sử dụng tro xỉ.
• Phương pháp phân tích vật lý và hóa học: Xác định độ ẩm, pH, tỷ trọng thể rắn, thành phần hóa học và hàm lượng kim loại nặng trong tro đáy theo tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam (QCVN 03:2008/BTNMT).
• Phương pháp thực nghiệm sản xuất gạch: Thử nghiệm sản xuất gạch nung truyền thống và gạch xi măng cốt liệu không nung với các tỷ lệ tro đáy thay thế đất sét và mạt đá khác nhau, đánh giá độ bền, độ hút nước, tính chất cơ học.
• Phương pháp chọn mẫu: Lấy 5 mẫu tro đáy đại diện cho toàn bộ lượng tro thải của NMNĐ Mông Dương 1, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy.
• Phân tích dữ liệu: Sử dụng phương pháp thống kê mô tả, so sánh với tiêu chuẩn kỹ thuật và các nghiên cứu tương tự; phân tích chi phí lợi ích để đánh giá hiệu quả kinh tế.
• Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích mẫu tro đáy trong 3 tháng đầu năm 2016; thực nghiệm sản xuất gạch trong 4 tháng tiếp theo; tổng hợp, đánh giá và hoàn thiện luận văn trong 2 tháng cuối năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tính chất vật lý và hóa học của tro đáy NMNĐ Mông Dương 1: Độ ẩm trung bình khoảng 2,02%, pH kiềm trung bình 9,9, tỷ trọng thể rắn trung bình 2,656 g/cm³. Thành phần hóa học chủ yếu gồm SiO2 (53,03%), Al2O3 (14,15%), Fe2O3 (3,9%), CaO (14%), phù hợp tiêu chuẩn loại F theo ASTM C618. Hàm lượng kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Cr đều nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 03:2008/BTNMT.

2. Hiệu quả sản xuất gạch nung sử dụng tro đáy: Thay thế 66% đất sét bằng tro đáy trong phối liệu gạch nung cho kết quả gạch đạt độ bền cơ học tương đương gạch truyền thống, giảm trọng lượng gạch do tỷ trọng tro đáy thấp hơn đất sét. Gạch nung có khả năng cách âm, chống thấm và chịu nhiệt tốt hơn.

3. Sản xuất gạch xi măng cốt liệu không nung: Tỷ lệ tro đáy:xi măng:nước = 7:1:1,5 cho sản phẩm gạch có độ nén đạt trên 20 MPa, độ hút nước thấp, phù hợp tiêu chuẩn xây dựng. So với gạch sử dụng mạt đá truyền thống, gạch tro đáy giảm chi phí nguyên liệu khoảng 15-20%.

4. Lợi ích kinh tế và môi trường: Tính toán cho thấy việc sử dụng tro đáy thay thế nguyên liệu truyền thống giúp tiết kiệm chi phí sản xuất gạch khoảng 25%, đồng thời giảm diện tích bãi thải tro xỉ, hạn chế ô nhiễm môi trường do bụi và kim loại nặng. Lợi ích kinh tế ước tính đạt hàng trăm triệu đồng mỗi năm cho quy mô sản xuất vừa và nhỏ.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân tích thành phần tro đáy phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về tro xỉ từ công nghệ CFB, đặc biệt hàm lượng CaO cao do quá trình khử lưu huỳnh bằng đá vôi. Tính kiềm cao của tro đáy giúp cải thiện tính chất vật liệu xây dựng, tăng cường độ bền và khả năng chống thấm. So sánh với các nghiên cứu tại Mỹ và châu Âu, tro đáy NMNĐ Mông Dương có đặc tính tương đồng, phù hợp để ứng dụng trong sản xuất gạch nung và gạch không nung.

Thí nghiệm sản xuất gạch cho thấy tro đáy có thể thay thế một phần lớn nguyên liệu truyền thống mà không làm giảm chất lượng sản phẩm, thậm chí còn cải thiện một số tính năng như cách âm và chịu nhiệt. Việc sử dụng tro đáy trong gạch xi măng cốt liệu cũng giúp giảm chi phí nguyên liệu và trọng lượng sản phẩm, thuận lợi cho vận chuyển và thi công.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ bền và độ hút nước của các loại gạch thử nghiệm, bảng phân tích thành phần hóa học tro đáy và bảng tính toán lợi ích kinh tế. Kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của việc tái sử dụng tro đáy NMNĐ Mông Dương trong sản xuất vật liệu xây dựng, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm tài nguyên.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng quy trình thu hồi và xử lý tro đáy đồng bộ tại NMNĐ Mông Dương nhằm đảm bảo chất lượng tro đáy ổn định, giảm độ ẩm và loại bỏ tạp chất, phục vụ cho sản xuất vật liệu xây dựng. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; chủ thể: Ban quản lý nhà máy và các đơn vị kỹ thuật.

2. Phát triển các cơ sở sản xuất gạch nung và gạch xi măng cốt liệu sử dụng tro đáy tại các vùng lân cận nhà máy, tập trung vào quy mô vừa và nhỏ để tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, giảm chi phí vận chuyển. Thời gian: 2 năm; chủ thể: doanh nghiệp vật liệu xây dựng, chính quyền địa phương.

3. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn sử dụng tro đáy trong sản xuất vật liệu xây dựng phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo an toàn môi trường và chất lượng sản phẩm. Thời gian: 1 năm; chủ thể: Bộ Xây dựng, Bộ Tài nguyên và Môi trường.

4. Tuyên truyền, đào tạo và nâng cao nhận thức cho người dân, nhà thầu về lợi ích và tính năng của vật liệu xây dựng từ tro đáy để thúc đẩy tiêu thụ sản phẩm, đặc biệt tại các vùng nông thôn và đô thị mới. Thời gian: liên tục; chủ thể: các tổ chức chính quyền, hiệp hội ngành nghề.

5. Khuyến khích nghiên cứu mở rộng ứng dụng tro đáy trong các lĩnh vực khác như bê tông, xử lý môi trường, vật liệu cách nhiệt để đa dạng hóa sản phẩm và tăng giá trị sử dụng. Thời gian: dài hạn; chủ thể: các viện nghiên cứu, trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và kỹ sư tại các nhà máy nhiệt điện: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu và giải pháp kỹ thuật để tối ưu hóa thu hồi và tái sử dụng tro xỉ, giảm chi phí xử lý và ô nhiễm môi trường.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng: Tham khảo quy trình, tỷ lệ phối liệu và đánh giá chất lượng sản phẩm gạch sử dụng tro đáy, từ đó phát triển sản phẩm thân thiện môi trường, tiết kiệm chi phí nguyên liệu.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học môi trường, vật liệu xây dựng: Cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp phân tích và thực nghiệm về tro xỉ nhiệt điện, mở rộng nghiên cứu ứng dụng tro đáy trong công nghiệp.

4. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và xây dựng: Là tài liệu tham khảo để xây dựng chính sách, tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định về quản lý chất thải công nghiệp và phát triển vật liệu xây dựng bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Tro đáy là gì và khác gì so với tro bay?
   Tro đáy là phần tro thô, có kích thước lớn, nằm ở đáy lò đốt than, không bay theo khí thải; trong khi tro bay là phần tro mịn, bay theo khí thải ra ngoài. Tro đáy có tỷ trọng thấp, cấu trúc xốp, phù hợp làm vật liệu xây dựng.

2. Tro đáy từ NMNĐ Mông Dương có an toàn khi sử dụng trong xây dựng không?
   Hàm lượng kim loại nặng trong tro đáy nằm trong giới hạn cho phép theo quy chuẩn quốc gia, không gây ô nhiễm môi trường và an toàn cho người sử dụng khi được xử lý đúng quy trình.

3. Tỷ lệ tro đáy thay thế nguyên liệu truyền thống trong sản xuất gạch là bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy có thể thay thế khoảng 66% đất sét trong gạch nung và 85-90% mạt đá trong gạch xi măng cốt liệu mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm.

4. Lợi ích kinh tế khi sử dụng tro đáy trong sản xuất gạch là gì?
   Giúp giảm chi phí nguyên liệu khoảng 15-25%, giảm chi phí xử lý và bãi thải tro xỉ, đồng thời tạo ra sản phẩm vật liệu xây dựng có giá thành cạnh tranh và thân thiện môi trường.

5. Có thể áp dụng công nghệ này ở các nhà máy nhiệt điện khác không?
   Có thể, đặc biệt với các nhà máy sử dụng công nghệ đốt than tầng sôi tuần hoàn (CFB) và có nguồn tro đáy tương tự, tuy nhiên cần khảo sát đặc tính tro đáy cụ thể để điều chỉnh quy trình phù hợp.

Kết luận

• Tro đáy NMNĐ Mông Dương 1 có thành phần hóa học và tính chất vật lý phù hợp tiêu chuẩn loại F theo ASTM C618, an toàn cho ứng dụng xây dựng.
• Thí nghiệm sản xuất gạch nung và gạch xi măng cốt liệu sử dụng tro đáy cho kết quả sản phẩm đạt chất lượng kỹ thuật, giảm trọng lượng và chi phí nguyên liệu.
• Việc tái sử dụng tro đáy góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tiết kiệm diện tích bãi thải và chi phí xử lý chất thải.
• Đề xuất xây dựng quy trình thu hồi, xử lý tro đáy đồng bộ, phát triển cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng từ tro đáy và hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu ứng dụng tro đáy trong các loại vật liệu xây dựng khác và triển khai thực tế tại các nhà máy nhiệt điện khác trên cả nước.

Hành động ngay hôm nay để thúc đẩy phát triển vật liệu xây dựng xanh, giảm thiểu ô nhiễm và tận dụng nguồn tài nguyên tro xỉ dồi dào từ các nhà máy nhiệt điện!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về tro xỉ Trong các nhà máy nhiệt điện, sau quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá phần phế thải rắn tồn tại dưới hai dạng: Tro thu được trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện là tro bay (fly ash), tro thu được ở đáy của quá trình đốt tầng sôi gọi là tro đáy (bottom ash).Tro bay và đặc tính Trước đây ở châu Âu cũng như ở Vương quốc Anh phần tro này thường được cho là tro của nhiên liệu đốt đã được nghiền mịn [32]. Nhưng ở Mỹ, loại tro này được gọi là tro bay bởi vì nó thoát ra cùng với khí ống khói và “bay” vào trong không khí. Và thuật ngữ tro bay (fly ash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện.

Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại:  Loại F: Hàm lượng CaO ít hơn 8%  Loại CI: Hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%  Loại C: Hàm lượng CaO lớn hơn 20% Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618. Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay được phân làm hai loại là loại C và loại F [11] được trình bày trong bảng 1.  Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM C618:  Tro bay là loại F nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70%.  Tro bay là loại C nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%.

Cụ thể, quá trình phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618 được trình bày trong bảng 1.1: 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 [11] Các yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM Đơn vị Lớn nhất Nhóm Nhóm C618 /nhỏ nhất F C Yêu cầu hóa học Tổng hàm lượng % nhỏ nhất 70 50 (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) SO3 % lớn nhất 5 5 Hàm lượng ẩm % lớn nhất 3 3 Hàm lượng mất khi nung (MKN) % lớn nhất 5 5 Yêu cầu hóa học không bắt buộc Chất kiềm % 1,5 1,5 Yêu cầu vật lý Độ mịn (+325) % lớn nhất 34 34 Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 % nhỏ nhất 75 75 ngày) Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (28 % nhỏ nhất 75 75 ngày) Lượng nước yêu cầu % lớn nhất 105 105 Độ nở trong nồi hấp % lớn nhất 0,8 0,8 Yêu cầu độ đồng đều về tỷ trọng % lớn nhất 5 5 Yêu cầu độ đồng đều về độ mịn % lớn nhất 5 5  Các đặc trưng của tro bay Thành phần hóa học trong tro bay: Tro bay của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] quá trình phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá [16]. Thông thường, tro ở đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải ra. Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngoài ra còn có một số kim loại nặng như Cd, Ba, Pb, Cu, Zn,. Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện.

Thành phần hóa học của tro bay tại một số quốc gia được trình bày trong bảng 1.2: Thành phần hóa học của tro bay tại các quốc gia [29] Thành phần Tỷ lệ (% khối lượng) Châu Âu Mỹ Trung Quốc Ấn Độ Australia SiO2 28,5-59,7 37,8-58,5 35,6-57,2 50,2-59,7 48,8-66,0 Al2O3 12,5-35,6 19,1-28,6 18,8-55,0 14,0-32,4 17,0-27,8 Fe2O3 2,6-21,2 6,8-25,5 2,3-19,3 2,7-14,4 1,1-13,9 CaO 0,5-28,9 1,4-22,4 1,1-7,0 0,6-2,6 2,9-5,3 MgO 0,6-3,8 0,7-4,8 0,7-4,8 0,1-2,1 0,3-2,0 Na2O 0,1-1,9 0,3-1,8 0,6-1,3 0,5-1,2 0,2-1,3 K2 O 0,4-4,0 0,9-2,6 0,8-0,9 0,8-4,7 1,1-2,9 P2O5 0,1-1,7 0,1-0,3 1,1-1,5 0,1-0,6 0,2-3,9 TiO2 0,5-2,6 1,1-1,6 0,2-0,7 1,0-2,7 1,3-3,7 MnO 0,03-0,2 - - 0,5-1,4 - SO3 0,1–12,7 0,1–2,1 1,0–2,9 - 0,1–0,6 MKN 0,8–32,8 0,2–11,0 - 0,5-5,0 - 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Tùy thuộc vào loại nhiên liệu mà thành phần hóa học trong tro bay thu được khác nhau. Các nhà khoa học Ba Lan tiến hành nghiên cứu thành phần hóa học của tro bay với hai nguồn nguyên liệu sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện của nước này là than nâu và than đen [34] và được trình bày tại bảng 1.3: Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu [34] Loại tro Thành phần bay SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaO Than đen ZS-14 54,1 28,5 5,5 1,1 1,9 1,8 ZS-17 41,3 24,1 7,1 1,0 2,0 2,7 Than nâu ZS-13 27,4 6,6 3,8 1,0 8,2 34,5 ZS-16 47,3 31,4 7,7 1,6 1,9 1,7 Kết quả trên cho thấy, thành phần của các loại tro bay có được sau quá trình đốt cháy than đen (ZS-14 và ZS-17) và mẫu tro bay có được sau quá trình đốt cháy than nâu (ZS-16) là các nhôm silicat. Còn mẫu tro bay có được sau quá trình đốt cháy than nâu (ZS-13) là loại canxi silicat. Các thí nghiệm khảo sát thành phần hóa học trong các mẫu tro bay ở các nước khác cũng đã được tiến hành và thu được các kết quả tương tự.

Đa số các mẫu tro bay ở Trung Quốc có thành phần chủ yếu là SiO2 và Al2O3, hàm lượng của chúng vào khoảng 650 g/kg đến 850 g/kg. Các thành phần khác bao gồm lượng than chưa cháy, Fe2O3, MgO và CaO. Tro bay Trung Quốc chứa hàm lượng than chưa cháy cao là do hệ thống lò đốt ở các nhà máy nhiệt điện ở Trung Quốc. Theo tiêu chuẩn phân loại ASTM C618 thì tro bay Trung Quốc thuộc loại C hay tro bay có chất lượng thấp.

Điều 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng của tro bay ở Trung Quốc [12]. Tro đáy và đặc tính tro đáy Tro đáy là loại to và thô hơn tro bay, có màu xám đen, dạng hạt, xốp. Tro đáy không thể bay theo khí thải và nằm ở dạng vật liệu thô ở đáy lò đốt. Khi than được đốt cháy thì có khoảng 20% tro đáy nằm ở dưới đáy lò.

Tính chất vật lý của tro đáy: Các kết quả nghiên cứu cho thấy tro đáy có kích thước các hạt không đồng đều từ 0,1mm đến 50 mm và kết cấu bề mặt xốp. Tro đáy có kích thước từ hạt sỏi cho đến cát mịn. Tro đáy có kích thước như hạt cát, thường có tỷ lệ lọt sàng 45mm là 50-90%, tỷ lệ lọt sàng 0.42mm là 10-60%, lọt sàng 0.075mm là 0-10% và kích thước lớn nhất là hơn 19mm. Kích thước hạt tro đáy từ các Nhà máy nhiệt điện tại Mỹ được trình bày trong bảng 1.4: Kích thước hạt tro đáy từ các nhà máy nhiệt điện ở Mỹ [30] Kích thước NM Glasgow NM New Haven NM Moundsville (mm) 38 100 99 100 19 100 95 100 9,5 100 87 73 4,75 90 77 52 2,36 80 57 32 1,18 72 42 17 0,6 65 29 10 0,3 56 19 5 0,15 35 15 2 0,075 9 4 1 Nguồn: Moulton và lyle, 1973 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Tro đáy có tỷ trọng thấp, dao động từ 2,3 – 3.

Với tỷ trọng thấp, tro đáy có kết cấu hạt xốp, vì vậy mà có thể dễ dàng nghiền nhỏ. Tỷ trọng của tro đáy phụ thuộc vào từng loại than, công nghệ đốt than của từng nhà máy nhiệt điện và các phương pháp xử lý và lưu trữ tro đáy. Tính chất vật lý đặc trưng của tro đáy được trình bày trong bảng 1.5: Một số tính chất vật lý của tro đáy [10] Kích thước Tỷ trọng Tỷ trọng khối Diện tích bề mặt riêng (mm) (g/cm3) (g/cm3) (m2/g) 0,1 – 50 2,3 – 3,0 1,15 – 1,76 0,17 – 1 Thành phần hóa học của tro đáy: Thành phần hóa học chính của tro đáy bao gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3 và một số hợp chất khác. Các thành phần hóa học tiêu biểu trong tro đáy được trình bày tại bảng 1.6: Các thành phần hóa học của tro đáy tiêu biểu [10] STT Thành phần Hàm lượng 1 MKN 1,72 2 SiO2 53,03 3 Fe2O3 3,9 4 Al2O3 14,15 5 CaO 14 6 MgO 1,91 7 SO3 7,44 8 K2O 2,36 9 Na2O 0,0 10 TiO2 0,66 11 CaSO4 5,69 Nguồn: Viện vật liệu xây dựng, 2010 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nồng độ một số kim loại nặng trong thành phần của tro đáy được thể hiện trong bảng 1.7: Nồng độ một số nguyên tố vi lượng trong tro đáy (mg/kg) [11] Than STT Thành phần Than bùn Than á bitum Than bitum antraxit 1 As - 25-30 1,8 <5 2 B - 321-467 15,3 - 3 Ba 62-109 428-523 - - 4 Cd <5 0,5-0,6 0,3 <2 5 Co 3-7 10-13 17,5 6 Cr 47-194 65-99 47 21-30 7 Cu 18-121 33-49 32 42-80 8 Hg 0,4-1,6e - - <0,5 9 Li 4-30e 93402-147295 28 - 10 Mn 97-328e 34-53 991 - 11 Ni 30-293 16-29 30 - 12 Pb 5-33 59-99 2,6 62-80 13 Zn 33-226 - 47 1250-2000 Thành phần hóa học của tro đáy phụ thuộc vào chủng loại than đã sử dụng và công nghệ đốt than ở các nhà máy nhiệt điện.

Hiện tại, các Nhà máy nhiệt điện hầu hết sử dụng loại than đá hoặc than nâu. Sự khác nhau bày được trình bảy trong bảng 1.8: 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.8: Khác biệt về thành phần hóa học của tro đáy sau khi đốt than [8] Thành phần hóa học Than đá Than nâu Tổng hàm lượng (SiO2, Al2O3, Fe2O3), % 75 – 78 50 – 60 Hàm lượng SO3, % 0,15 8 – 10 Hàm lượng CaO, % 0,8 15 Đối với các nhà máy điện sử dụng than trong nước, tỷ lệ than không cháy hết còn lại trong tro rất cao, vào khoảng 20-30%. Để đảm bảo đạt chỉ tiêu làm phụ gia xi măng, tro phải đưa qua dây chuyền xử lý tro xỉ để tuyển tro nhằm giảm lượng carbon không cháy hết trong tro còn khoảng dưới 6%. Theo các báo cáo nghiên cứu khoa học, quá trình thu hồi tro xỉ không đơn giản bởi phần lớn các nhà máy nhiệt điện đang hoạt động tại Việt Nam đều chưa có hệ thống thu hồi chất thải, hoặc có nhưng hiệu quả thấp và không đồng đều.

Đối với các nhà máy như Nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình, Phả Lại I, Uông Bí sử dụng công nghệ đốt than phun PCC, chất thải, khí SOx phần lớn thoát ra môi trường. Ngoài ra, nguồn cung cấp than nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện thường sử dụng là loại than chất lượng thấp, có độ tro lớn hơn 32%, thậm chí đến 45% nên các nhà máy nhiệt điện thải ra một lượng tro xỉ khá lớn, có thể từ 20-30% lượng than sử dụng.