MỞ ĐẦU Xu hƣớng phát triển kinh tế, xã hội bền vững, ít gây ô nhiễm môi trƣờng đang ngày càng đƣợc thế giới quan tâm và trở thành một trong những ƣu tiên hàng đầu trong chiến lƣợc phát triển của nhiều nƣớc. Ở nƣớc ta, trong những năm gần đây, quá trình đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc và phát triển đô thị đã làm gia tăng lƣợng chất thải độc hại gây ô nhiễm môi trƣờng. Tại Việt Nam, hàng năm, các ngành công nhiệp thải ra một lƣợng lớn các chất thải rắn nhƣ: tro bay nhiệt điện; xỉ lò cao; bụi từ các nhà máy ximăng; lốp cao su thải; thủy tinh thải; bùn hệ thống thoát nƣớc thải đô thị; chất thải phá dỡ công trình xây dựng; tro trấu… Chất thải rắn công nghiệp nhiệt điện (tro xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện đốt than) là một vấn đề rất đƣợc quan tâm ở nhiều nƣớc trên thế giới do lƣợng xả thải rất lớn, nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng cao, đồng thời là vấn đề quan tâm hàng đầu hiện nay trong chiến lƣợc phát triển nhiệt điện đốt than. Trong đó, tro bay là sản phẩm phế thải rắn đƣợc tạo ra do quá trình đốt than ở nhiệt độ cao tại các nhà máy nhiệt điện.
Lƣợng tro bay thải ra hiện vẫn còn nằm ở các bãi chứa, lấp đầy các hố nƣớc, sông bãi và đất ruộng gây lấn chiếm diện tích và ô nhiễm môi trƣờng. Nếu tiếp xúc với không khí có bụi tro lâu ngày sẽ gây kích ứng mắt, da, mũi, họng…ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe con ngƣời, làm giảm khả năng quang hợp của cây xanh, gây nên hiện tƣợng cây sinh trƣởng kém, cằn cỗi. Ở nhiều nƣớc trên thế giới, tro bay đƣợc sử dụng rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau (xây dựng, nông nghiệp. Tại Pháp, 99% tro xỉ than đƣợc tái sử dụng, tại Nhật Bản con số này là 80% và Hàn Quốc là 85% [61].
Tuy nhiên ở Việt Nam, lƣợng tro bay đƣợc sử dụng rất hạn chế, mới sử dụng khoảng 10-20% chủ yếu dùng làm vật liệu xây dựng, đóng gạch., phần còn lại đƣợc thải trực tiếp ra môi trƣờng, gây nên sự lấn chiếm diện tích đất, ô nhiễm môi trƣờng và lãng phí tài nguyên. Trong khi đó, biến đổi khí hậu toàn cầu đang thực sự đe dọa đến nền nông nghiệp ở Việt Nam, đặc biệt là các vùng đất khô hạn và bán khô hạn, đất canh tác nghèo dinh dƣỡng nên việc cải tạo, nâng cao độ phì nhiêu đất, tăng năng suất cây trồng, cung cấp các chất dinh dƣỡng bằng các chất cải tạo đất thân thiện môi trƣờng đƣợc xem là ƣu tiên hàng đầu và nhiều triển vọng trong phát triển bền vững. 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chính vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc ứng dụng tro bay từ nhà máy nhiệt điện phục vụ cải tạo đất” đƣợc thực hiện với mục tiêu xác lập đƣợc cơ sở khoa học để tái sử dụng tro bay cho mục đích cải tạo đất nông nghiệp nghèo dinh dƣỡng, từ đó đề xuất loại tro bay thích hợp nhất cho các ứng dụng tro bay trong cải tạo đất ở Việt Nam. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chƣơng 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.
Tổng quan về sản xuất nhiệt điện trên thế giới và ở Việt Nam Năng lƣợng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống xã hội của chúng ta, xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lƣợng ngày càng cao. Tiêu thụ năng lƣợng trên thế giới gia tăng liên tục, từ năm 1976 đến năm 2006 tổng mức tiêu thụ năng lƣợng trên thê giới tăng từ khoảng 6 tỷ tấn đổi ra dầu (TQD) lên đến 12 TQD. Trong đó năng lƣợng hoá thạch chiếm 80 % tổng lƣợng năng lƣợng nêu trên, năng lƣợng sinh khối chỉ chiếm khoảng 10 %, còn lại là 10 % năng lƣợng điện sơ cấp, nguồn năng lƣợng này đƣợc sản xuất gồm 55 % là năng lƣợng tái tạo mà chủ yếu là thuỷ điện, còn 45% là năng lƣợng hạt nhân. Khoảng từ những năm 2000, mức tiêu thụ năng lƣợng hoá thạch tăng trƣởng ngày càng cao, đặc biệt cùng với sự tăng trƣởng kinh tế của các nƣớc đang phát triển[4].
Trong tổng sản lƣợng điện năng sản xuất ra trên thế giới, phần tỷ lệ điện năng do các nguồn nhiên liệu hữu cơ chiếm tỷ trọng chủ yếu, tỷ lệ thủy điện ngày càng giảm. Tỷ lệ hạt nhân tăng rất nhanh trong các thập kỷ 70 và 80 của thế kỷ trƣớc, nhƣng mấy năm gần đây có xu hƣớng chững lại, ở một số nƣớc bắt đầu giảm. Sản lƣợng điện của 7 nƣớc G7 chiếm một nửa tổng sản lƣợng điện của thế giới. Trừ Canada là nƣớc có thủy điện chiếm khoảng 2/3 tổng sản lƣợng điện và Pháp là nƣớc có tỷ lệ điện hạt nhân tăng rất nhanh (từ 23,8% năm 1980 tăng lên 77,1% năm 1995), năm nƣớc còn lại có tỷ lên nhiệt điện dung nhiên liệu hữu cơ từ 2/3 tổng sản lƣợng điện trở lên, trong đó Mỹ và Đức có tỷ lệ nhiệt điện đốt than chiếm trên 50% trong suốt một thời gian dài mấy chục năm.
Hiện nay, ở hai nƣớc này, tỷ lệ nhiệt điện đốt than vẫn chiếm trên 50% và có xu hƣớng tăng dần[55]. Trong thập kỷ 70 và những năm đầu thập kỷ 50 của thế kỷ trƣớc, nhiều dự báo lạc quan đã dự kiến tỷ lệ điện hạt nhân có thể tới 50% tổng sản lƣợng điện của thế giới vào nửa đầu thế kỷ này. Tuy nhiên từ sau sự cố Trec-nô-bƣn (1986), các dự báo về điện hạt nhân đã chững lại; ở một số nƣớc phát triển đã có xu hƣớng giảm. Để bù lại, xu hƣớng phát triển nhiệt điện đốt than lại càng tăng lên, nhiều nhà máy điện đốt than với công suất tổ máy lớn (khoảng trên dƣới 1000MW) có thông số 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com trên tới hạn (áp suất 250-300 bar, nhiệt độ hơi 580-600oC) đã đƣợc xây dựng.
Hiện nay, hiệu suất phổ biến của nhà máy nhiệt điện đốt than là 42-43%, cá biệt tới 49- 50%.Ở những nƣớc có nhiều than nhƣ Trung Quốc, Úc, Nam Phi, Ấn Độ…tỷ lệ nhiệt điện đốt than rất cao, tới 70-80%.Nhìn chung trong vài chục năm tới, tỷ lệ nhiệt điện đốt than vẫn chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng số sản lƣợng điện năng của thế giới (Khoảng từ 40% trở lên)[4]. Việt Nam có tiềm năng lớn về các nguồn khoáng sản năng lƣợng và đang đƣợc huy động tích cực để phục vụ cho sự phát triển nền kinh tế xã hội. Đến nay các nhà địa chất đã phát hiện và xác định đƣợc tiềm năng dầu khí ở các bể trầm tích khoảng 4,3 tỷ tấn dầu quy đổi, trong đó trữ lƣợng là 1,2 tỷ tấn và trữ lƣợng dầu khí có khả năng thƣơng mại là 814,7 triệu tấn. Tổng tài nguyên khoáng sản than của bể than Quảng Ninh đạt trên 10 tỷ tấn, trong đó trữ lƣợng đạt hàng tỷ tấn.
Than lignit ở dƣới sâu đồng bằng sông Hồng với tiềm năng khoảng 200 tỷ tấn là nguồn năng lƣợng lớn cho thế kỷ 21. Nhƣ vậy đây là nguồn nhiên liệu dồi dào cho sự phát triển của ngành nhiệt điện đốt than, đốt dầu và khí thiên nhiên. Ƣu thế của ngành phát triển năng lƣợng nhiệt điện là nguồn nhiên liệu ổn định hơn và chi phí đầu tƣ thấp hơn so với ngành thủy điện. Ngoài hai nguồn năng lƣợng truyền thống thì Việt Nam cũng đang có chƣơng trình nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lƣợng mới nhƣ: năng lƣợng mặt trời, địa nhiệt, năng lƣợng gió, năng lƣợng sóng thủy triều, năng lƣợng sinh khối…[4].
Nhu cầu về năng lƣợng điện ở Việt Nam hiện nay vẫn tiếp tục tăng từ 1416%/năm trong thời kỳ 2011-2015 và sau đó giảm dần xuống 11.15%/năm trongthời kỳ 2016-2020 và 7.4%/năm cho giai đoạn 2021-2030.Vì vậy sản lƣợng điện hàng năm cũng đang tăng mạnh, tuy nhiên vẫn chƣa đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng do nhiều lý do khách quan và chủ quan.Tính đến năm 2011 sản lƣợng điện sản xuất trung bình ngày đạt 285 triệu kWh, tính trung bình năm đạt hàng trăm tỉ kWh.Trong đó nhiệt điện đóng vai trò hết sức quan trọng chiếm khoảng 48-52% tổng sản lƣợng điện. Nhìn chung hàng năm tốc độ tăng trƣởng sản lƣợng điện đạt từ 12-15% so với năm trƣớc.Để đáp ứng đƣợc nhu cầu tiêu thụ điện, nhiệt điện đốt 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com than đang đƣợc ƣu tiên lựa chọn và phát triển vì nguồn nguyên liệu ổn định, chi phí xây dựng thấp và thời gian thi công nhanh hơn so với thủy điện. Nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất nhiệt điện hiện nay là than, dầu và khí tự nhiên[4]. Nhà máy điện nhiệt là một nhà máy điện, trong đó có năng lƣợng nguồn bằng hơi nƣớc.
Nƣớc đƣợc đun nóng, chuyển thành hơi nƣớc và quay một tua bin hơi nƣớc và tuabin này làm chạy một máy phát điện. Sau khi đi qua tuabin, hơi nƣớc đƣợc ngƣng tụ trong bình ngƣng và tuần hoàn lại đến nơi mà nó đã đƣợc làm nóng, quá trình này đƣợc gọi là chu trình Rankine. Khác biệt lớn nhất trong thiết kế của nhà máy nhiệt điện là do các nguồn nhiên liệu khác nhau. Một số thiết kế thích sử dụng thuật ngữ trung tâm năng lƣợng hạn bởi vì các cơ sở đó chuyển đổi hình thức của năng lƣợng từ nhiệt năng thành điện năng.Một số nhà máy nhiệt điện cũng cung cấp năng lƣợng nhiệt cho mục đích công nghiệp, để sƣởi ấm, hoặc để khử muối trong nƣớc cũng nhƣ cung cấp năng lƣợng điện.Tuy nhiên, lƣợng khí CO2 đƣợc tạo ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch ở các nhà máy nhiệt điện khá là lớn và gây ảnh hƣởng tới môi trƣờng.
Theo tổng kết của tập đoàn than khoáng sản Việt Nam, trữ lƣợng than của nƣớc ta khoảng 10 tỉ tấn, trong đó đã thăm dò tìm kiếm 3,5 tỉ tấn chủ yếu là than atraxit, loại than này đang đƣợc khai thác với quy mô lớn và có khả năng đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng than trong nƣớc và một phần xuất khẩu. Ngoài ra, trữ lƣợng than nâu ở Việt Nam cũng rất lớn nhƣng hiện nay vẫn chƣa khai thác đƣợc nhiều; theo Bộ Công Thƣơng năm 2011 tổng sản lƣợng dầu khai thác đƣợc khoảng 25 triệu tấn/năm, khí thiên nhiên đạt khoảng 9 tỷ m3/năm…và sản lƣợng khai thác hàng năm đều tăng hơn so với năm trƣớc từ 210%. Đây là những loại nhiên liệu sẵn có ở Việt Nam, với các mỏ than lớn tập trung chủ yếu ở tỉnh Quảng Ninh, các mỏ dầu khí tập trung ở miền trung và miền nam. Chính vì vậy mà các nhà máy nhiệt điện cũng đƣợc phân bố một cách hợp lý dọc theo chiều dài đất nƣớc.