8 * NLN * 151 - 01/2020 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ ĐỐT THAN CHO CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Ở VIỆT NAM TRONG NHỮNG NĂM TỚI Trương Duy Nghĩa - Chủ tịch Hội KHKT Nhiệt Việt Nam Tóm tắt: Bài báo phân tích ưu khuyết điểm lị đốt than bột lị đốt lớp sơi, kiến nghị chọn cơng nghệ lị đốt cho nhà máy điện đốt than tương lai Việt Nam I Đặc điểm cấp than cho nhà máy nhiệt điện than tương lai 1.1 Nhu cầu than để sản xuất điện Theo Quy hoạch Điện VII điều chỉnh, nhu cầu than cho điện nêu bảng sau: Than cám 6a có độ tro dao động từ 35 - 40%, nhiệt trị từ 4.650 - 4.800kCal/kg; Than cám 6b có độ tro dao động từ 40 - 45%, nhiệt trị từ 4.250 - 4.350kCal/kg Than cám 6a 6b có độ tro lớn Đây yếu tố quan trọng cho việc chọn phương pháp đốt than lò TT Chủng loại than, 10 2020 2025 2030 2035 Than thương phẩm 44.313 49.415 53.130 54.795 Khả cấp than cho điện 35.000 36.300 39.800 39.500 Nhu cầu than cho điện 60.000 86.300 119.800 127.500 - Than cám antraxit (chủ yếu từ Nga, Mông Cổ, Nam Phi) để cấp bổ sung cho NMNĐ nguyên thiết kế đốt than nội địa Thiếu hụt than cho điện 88.000 - Than bitum bitum nhập cho NMNĐ nguyên thiết kế đốt than nhập Nguồn: Báo cáo chuyên đề Đề tài “Nghiên cứu đánh giá tiềm phát triển nhiệt điện than Việt Nam” PGS TS Nguyễn Cảnh Nam Đặc tính than nhập từ Úc Indonexia nêu bảng có giá trị tham khảo cịn phụ thuộc vào trường hợp mua bán than cụ thể 1.3 Đặc tính than nhập Than nhập gồm loại sau: 25.000 50.000 80.000 Lượng than thiếu hụt theo nhu cầu sản xuất điện đáp ứng nhập Lượng than nội địa cấp cho điện không đủ đáp ứng cho NMNĐT thiết kế đốt than nội địa, nhiều nhà máy phải dùng thêm than nhập Những NMNĐT thiết kế đốt than nhập chọn loại than có tỷ lệ 30% bitum 70% bitum, chủ yếu nhập từ Indonexia Úc Than nội địa cấp cho NMNĐT gồm chủ yếu loại cám 5a 5b, cám 6a 6b 1.2 Đặc tính loại than nội địa Than cám cấp cho NMĐ cám cám Than cám phân chia thành cám 5a (từ 5a1 đến 5a7) cám 5b (từ 5b1 đến 5b7), tương tự cám gồm 6a (từ 6a1 đến 6a7) cám 6b (từ 6b1 đến 6b7) Theo TCVN 8910:2015 thì: Than cám 5a có độ tro dao động từ 27 - 31%, nhiệt trị từ 5.300 - 5.600kCal/kg; Than cám 5b có độ tro dao động từ 31 - 35%, nhiệt trị từ 5.100 - 5.250kCal/kg Email: truongduynghia@gmail.com T T Thành phần Độ tro Độ ẩm Chất bốc Nhiệt trị thấp (mẫu làm việc) Đơn vị Ký hiệu % A % Than bitum Úc Than bitum Indonexia lv - 13 2-5 lv 11 - 14 25 - 30 c W % V 38 - 42 42 - 48 kCal /kg Qclv 5.700 6.200 4.100 4.400 Nhận xét: So với than cám antraxit nội địa: - Chất bốc than bitum gấp: - lần; - Chất bốc than bitum gấp lần; - Độ tro than bitum bitum bé trung bình lần; - Độ ẩm than bitum gấp lần; - Độ ẩm than bitum gấp 3,5 lần II Cơng nghệ đốt than lị NMNĐ 2.1 Các loại cơng nghệ Than đốt lị NMNĐ theo công nghệ sau: - Cháy theo lớp: cháy ghi cố định hay di động Công nghệ xuất từ cuối kỷ 19 đầu kỷ NLN * 151 - 01/2020 * 20 khơng cịn sử dụng để sản xuất điện năng; - Cháy thành lửa: than nghiền thành bột phun vào buồng đốt, cháy thành lửa phun dầu, phun khí; - Cháy xốy: dịng than xốy theo tường buồng đốt riêng gọi buồng cháy Đường dòng than xốy kéo dài, thời gian lưu dịng than buồng cháy lâu; - Cháy theo lớp sôi phát triển cháy theo lớp Dạng cháy xoáy dạng sử dụng nhiều cho lò NMNĐ, vào năm 60 70 kỷ 20 Do quãng đường cháy dài, thời gian cháy lâu, nên than dù có cỡ hạt lớn (tới 10mm) than cháy kiệt, cacbon chưa cháy cịn tro xỉ coi khơng, xỉ thải trạng thái lỏng Do nhiệt độ buồng cháy cao (tới 2.5000C) nên khí NOx sinh nhiều Vì yêu cầu giảm phát thải NOx khói thải buồng đốt xốy khơng cịn sử dụng Hiện dạng cháy theo lớp sôi cháy thành lửa hai công nghệ đốt cháy than chủ yếu lị NMNĐ Đó hai cơng nghệ đại áp dụng cho lò tương lai 2.2 Ưu khuyết điểm buồng đốt than bột 2.2.1 Ưu điểm Than nghiền thành bột với cỡ hạt bé, than khó cháy cỡ hạt bột than nhỏ Đối với than antraxit Việt Nam khó cháy nên cỡ hạt bột than phải nhỏ 90m, tỷ lệ nhỏ 70m chủ yếu Vì buồng đốt than bột có ưu điểm sau: a Thời gian cháy hết hạt bột than nhanh, không giây; b Có thể tăng khơng giới hạn thể tích buồng đốt, nghĩa tăng khơng giới hạn lượng bột than phun vào buồng đốt Điều có ý nghĩa cơng suất lị khơng bị giới hạn, mở đầu thời kỳ chấm dứt tình trạng tuabin phát điện phải có chục lị cấp hơi1 Trước Đại chiến giới thứ 2, công suất tuabin đạt 50MW cơng suất lị đạt khoảng 10 - 20 hơi/giờ nên NMNĐ có tình trạng có tới - 10 lò phục vụ tuabin Hiện (từ 1980) cơng suất lị đạt 4.200 tấn/giờ, cung cấp cho tuabin công suất 1.200 - 1.300MW c Quá trình cháy buồng đốt xảy liên tục Do trình cháy xảy ngắn nên coi lượng than cháy buồng đốt tương ứng với cơng suất phát lị Mặt khác với ưu điểm trên, việc điều khiển công suất lị thực nhanh chóng, thời gian chậm trễ điều khiển giảm nhiều Đây khác biệt lớn buồng đốt than bột với buồng đốt than theo lớp 2.2.2 Khuyết điểm Do bột than tự bốc cháy phun qua vùng trung tâm cháy buồng đốt, giai đoạn trình cháy xảy trình hạt bột than bay buồng đốt, nên cần bảo đảm để hạt than cháy kiệt khỏi buồng đốt Chính việc tổ chức q trình cháy dẫn tới buồng đốt bột than có khuyết điểm sau: a Lượng tro theo dịng khói bay khỏi buồng đốt (gọi tro bay) chiếm tỷ lệ lớn tổng lượng tro than đốt (tới 85 - 90%) lượng tro xỉ đáy lị khoảng 10 - 15% Có nhiều tro bay theo khói làm tăng mài mịn phần hấp thụ nhiệt sau buồng đốt Sự hấp thụ nhiệt chủ yếu đối lưu, nghĩa phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ lưu động khói Chính khơng thể tăng lớn tốc độ khói phần hấp thụ nhiệt đối lưu, khiến hiệu truyền nhiệt chúng bị giảm Trong phạm vi giới hạn mài mịn cho phép, tốc độ khói qua bề mặt truyền nhiệt đối lưu thường không 14m/s b Tại phía buồng đốt, trước khỏi buồng đốt vùng có nhiệt độ thấp nhiều so với vùng trung tâm cháy (có thể thấp tới 400 - 5000C) Vì vào vùng này, hạt bột than chưa cháy kiệt khó tự trì q trình cháy, nên tro bay thường có nhiều cacbon chưa cháy hết Đối với than antraxit Việt Nam, tỷ lệ cacbon chưa cháy cịn tro tới 10 - 15%, làm giảm hiệu suất lò c Đối với than có nhiệt độ chảy tro (t3) thấp, dùng phương pháp thải xỉ rắn xỉ trạng thái mềm, đóng bết lại, khó thải khỏi buồng đốt, ảnh hưởng lớn đến vận hành an tồn lị 10 * NLN * 151 - 01/2020 d Khơng thích hợp với than q xấu, khó cháy, nhiều tro Than bitum, bitum thích hợp với lò đốt kiểu phun than bột Than antraxit Việt Nam từ 6b trở khó sử dụng cho buồng đốt than bột e Phải nghiền than thành bột, phải đầu tư máy nghiền hệ thống nghiền than, tăng thêm điện tự dùng 2.3 Ưu khuyết điểm buồng đốt lớp sơi 2.3.1 Ưu điểm: a Thích hợp với nhiều loại nhiên liệu rắn có chất lượng thấp, chất bốc, nhiều tro, nhiệt trị thấp, đốt nhiên liệu có nhiệt trị từ 2.000kCal/kg tổ chức trình cháy theo lớp, tạo điều kiện để nhiên liệu cháy kiệt Các lò đại tổ chức đốt than tái tuần hoàn để than chưa cháy kiệt quay trở lại buồng đốt Vì hàm lượng cacbon tro xỉ thấp Đốt than xấu ưu điểm trội buồng đốt lớp sôi mà buồng đốt than bột không đáp ứng được, than tốt, dễ cháy bitum, bitum đốt tốt b Có thể đốt than có cỡ hạt tới 10 12mm, chí lớn nên khơng cần có hệ thống nghiền than c Nhiệt độ buồng đốt không yêu cầu cao (thường < 9000C) nên tạo NOx Vì buồng đốt lớp sôi thường không yêu cầu đặt thiết bị khử khí NOx (thiết bị SCR) d Có thể đốt than nhiều lưu huỳnh than Na Dương, hàm lượng lưu huỳnh tới 6%, gấp khoảng 10 lần so với than antraxit Quảng Ninh, cách cho đá vôi (CaCO3) với than vào buồng đốt, CaCO3 phân hủy nhiệt thành CaO, kết hợp với SO2 tạo thành CaSO4 (thạch cao) nên khơng địi hỏi phải có tháp khử SO2 (FGD) lò than bột 2.3.2 Khuyết điểm a Để tạo lớp sôi (nâng hạt bột than lên khỏi lớp), cần có quạt gió áp lực cao, điện tự dùng cho quạt tăng lên nhiều b Do tái tuần hoàn phần than chưa cháy nên dòng than chuyển động buồng đốt lớn, gấp nhiều chục lần so với lượng than tiêu thụ, gây mài mòn lớn cho bề mặt truyền nhiệt c Có yêu cầu cao đồng cỡ hạt than Cỡ hạt than không đồng khó bảo đảm ổn định lớp sơi d Cơng suất lị lớp sơi chưa đủ lớn, phổ biến đạt 300MW, lớn có Vì tổ máy tuabin công suất lớn (500 - 600MW) thường phải đặt lò - tuabin Tuyệt đại NMNĐ than dùng lị lớp sơi Việt Nam phải dùng cấu hình lị - tuabin, tổ máy 520MW (Mông Dương 1), Nam Định, Hải Dương (600MW) 2.4 Đánh giá chung lò đốt than than bột lò đốt lớp sơi 2.4.1 Lị đốt than bột: lị truyền thống, đáp ứng yêu cầu công suất lớn tổ máy tuabin hơi, sử dụng cho than bitum bitum, số lượng lò loại giới có nghìn Nhược điểm lớn lò đốt than bột khơng thích hợp với than antraxit xấu (từ cám 6b trở xuống) 2.4.2 Lị đốt lớp sơi: phát triển vào khoảng 20 - 30 năm cuối kỷ 20, đáp ứng nhu cầu đốt than xấu NMNĐ, khơng cần khử SO2 NOx khói nên lúc đầu cịn lạm dụng, gọi phương pháp đốt than (Clean coal) Tuy phương pháp đốt đại Trên giới có lị lớp sơi cơng suất 500MW dùng thơng số siêu tới hạn Lị lớp sơi chủ yếu sử dụng để đốt than xấu, loại than khơng thích hợp để đốt lị đốt than bột, song có than tốt, lị lớp sôi làm việc tốt đặc điểm trình cháy than theo lớp thích hợp với hầu hết loại than có chất lượng khác nhau, từ xấu đến tốt Việc ứng dụng lò lớp sơi giới chưa nhiều so với lị đốt than bột do: - Trên giới nhiều than antraxit xấu Than lưu thơng thị trường giới chủ yếu than bitum bitum (chiếm tới 90% tổng lượng than sử dụng cho lò hơi, nên gọi Steam coal) Than bitum bitum thuận lợi đốt lò đốt than bột Các cơng ty chế tạo lị giới có truyền thống chế tạo lò đốt than bột, việc chuyển sang chế tạo lị lớp sơi chưa phổ biến, chưa sở trường họ đó, chưa chế tạo lị lớn, đáp ứng cấu hình - cho tuabin lớn NLN * 151 - 01/2020 * 11 III Các NMNĐ đốt than Việt Nam 3.1 Các NMNĐ dùng lị lớp sơi: 3.1.1 Đang vận hành Tên NMNĐ Công suất NMĐ, MW Công suất lị hơi, MW Cơng suất tuabin, MW Thơng số 1.040 4x260 2x520 175bar - 541 C 110 2x55 2x55 130bar - 540 C Than I Các NMNĐ thuộc EVN Mông Dương 6b Mông Dương Na Dương 6b Cẩm Phả + bùn than 6b Quán Triều + Khánh Hòa II Các NMNĐ thuộc TKV Na Dương Cẩm Phả Cao Ngạn 660 115 4x165 2x55,5 2x165 2x55 180bar - 541 C 100bar - 540 C Sơn Động 220 2x110 2x110 100bar - 540 C Đông Triều 440 2x220 2x220 180bar - 541 C Nông Sơn Mạo Khê Nơng Sơn + Quảng Nam Khánh Hịa Mông Dương 30 1x30 1x30 100bar - 540 C 110 2x55 2x55 100bar - 540 C IV Các NMNĐ IPP An Khánh Thăng Long 600 2x300 2x300 178bar - 541 C Lào Cai Hòn Gai V Các NMNĐ BOT Nam Định (Hàn Quốc) Hải Dương (Malayxia) 1.200 1.200 2x600 2x600 3.1.2 Các NMNĐ xây dựng: tương lai có thêm NMNĐ dùng lị lớp sơi, chủ yếu cho giai đoạn nhà máy kể trên: Cẩm Phả 3: 2x220MW thuộc TKV (dự kiến 2020) Na Dương 2: 1x110MW thuộc TKV (dự kiến 2019) Lục Nam (Bắc Giang): 2x50MW theo IPP (dự kiến 2022 - 2023) 3.1.3 Nhận xét NMNĐ dùng lị lớp sơi Việt Nam Đều có công suất bé, từ 50 - 150MW, riêng NMNĐ Thăng Long có lị cơng suất 300MW, cấu hình lị - tuabin Đây cơng suất lị lớp sơi lớn Việt Nam Hai NMNĐ Nam Định Hải Dương, dùng tổ máy 600MW phải theo cấu hình lị - tuabin Cũng NMNĐ Mông Dương Tất NMNĐ dùng lò lớp sơi có thơng số tới hạn (siêu cao cận tới hạn) 3.1.4 Về NMNĐ Nam Định Hải Dương - NMNĐ Nam định công suất 2x600MW, dùng lị lớp sơi 300MW Teakwang (Hàn Quốc) 2x600 2x600 Cám 6b Quảng Ninh Cám 6b Quảng Ninh 180bar - 540 C 180bar - 540 C làm chủ đầu tư, dự kiến đưa vào vận hành năm 2021 - 2022, dùng than cám 6b Quảng Ninh, đầu tư theo hình thức BOT, thơng số cận tới hạn (180bar, 5400C) - NMNĐ Hải Dương cơng suất 2x600, dùng lị lớp sơi 300MW Zanakusa (Malayxia) làm chủ đầu tư, dự kiến đưa vào vận hành năm 2020 - 2021, dùng than cám 6b Quảng Ninh, đầu tư theo hình thức BOT, thông số cận tới hạn (180bar/5400C) Than cám 6b Quảng Ninh than có chất lượng xấu, phẩm cấp thấp, bảng phân loại chất lượng than theo TCVN 8910:2015, có phẩm cấp chất lượng, từ 6b1 đến 6b7, với đặc tính sau: - Cỡ hạt từ 15mm - 25mm - Độ tro khô từ 40 - 45% - Độ ẩm toàn phần từ 12 - 23% - Chất bốc khô từ - 15% - Lưu huỳnh tổng khô từ 0,9 - 3,5% - Nhiệt trị tồn phần khơ từ 4.100 4.350kCal/kg 12 * NLN * 151 - 01/2020 Do than cấp cho NMNĐ Nam Định Hải Dương than cám 6b nên NMNĐ chọn lò theo cơng nghệ lị lớp sơi Thơng số hai NMNĐ thông số cận tới hạn NMNĐ đốt than bột Vũng Áng 1, Duyên Hải 1, Vĩnh Tân 2, Thái Bình 2, có cơng suất 1.200MW với tuabin có gam cơng suất 600MW, dùng lị đốt than bột, song cấp than cám Nếu cám 5a có nhiệt trị từ 5.300 5.600kCal/kg, độ tro khơ từ 27 - 31% Như NMNĐ Nam Định Hải Dương dùng cơng nghệ lị đốt lớp sôi hợp lý công nghệ đại 3.1.5 Phương hướng sử dụng cơng nghệ lị lớp sôi cho NMNĐ tương lai Theo Quy hoạch Điện VII Điều chỉnh, có NMNĐ dùng lị lớp sơi nêu mục 3.2 Tất NMNĐ dùng lị lớp sơi dùng tổ máy công suất 300MW hầu hết đặt mỏ (NMĐ cửa mỏ) Tất NMNĐ đốt than đầu tư cho giai đoạn 2020 - 2030 xa gần khơng dùng tổ máy có cơng suất 300MW, chủ yếu 600, 800, 1.000MW than nội địa không đủ cấp cho NMĐ thiết kế đốt than nội địa nên NMNĐ đầu tư đốt than nhập (bitum bitum), loại than thích hợp cho lị đốt than bột Vì gần khơng cịn khả sử dụng cơng nghệ lị đốt lớp sơi Tuy nhiên khơng mà nói cơng nghệ lị đốt lớp sôi lạc hậu Vấn đề chủ yếu định việc chọn công nghệ đốt chất lượng than sử dụng cơng suất tổ máy Các lị cấp cho công nghiệp công suất không lớn (chủ yếu 50 hơi/giờ) nên lò lớp sôi sử dụng phổ biến 3.2 Các NMNĐ dùng lò đốt than bột 3.2.1 Đang vận hành Cơng suất NMĐ, MW Cơng suất lị hơi, MW Công suất tuabin, MW Thông số Than Ninh Bình 100 4x25 4x25 39bar 435 C Quảng Ninh Phả Lại 440 8x55 4x110 140bar 539 C Vàng Danh + Mạo Khê + Cẩm Phả + Hòn Gai Phả Lại 600 2x300 2x300 178bar 538 C Như Phả Lại ng Bí MR 1, 630 300 + 330 300 + 330 178bar 538 C Vàng Danh Nghi Sơn 600 2x300 2x300 178bar 538 C Cám Hòn Gai - Cẩm Phả Hải Phòng 1, 1.200 4x300 4x300 178bar 538 C Cám Hòn Gai Quảng Ninh 1, 1.200 4x300 4x300 178bar 538 C Cám 6a Hòn Gai Duyên Hải 1.244 2x622 2x622 178bar 538 C Cám Hòn Gai Vĩnh Tân 1.240 2x620 2x620 178bar 538 C Cám Hòn Gai 10 Duyên Hải 1.866 3x622 3x622 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum 11 Vĩnh Tân 1.800 3x600 3x600 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum 1.200 2x600 2x600 178bar 538 C Cám Hòn Gai Tên NMNĐ I Các NMNĐ thuộc EVN II Các NMNĐ thuộc PVN Vũng Áng NLN * 151 - 01/2020 * 13 3.2.2 Sẽ đưa vào vận hành Cơng suất NMĐ, MW Cơng suất lị hơi, MW Cơng suất tuabin, MW Thông số Than 1.200 2x600 2x600 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum Quảng Trạch 115 2x55,5 2x55 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum Quảng Trạch 1.600 2x600 2x600 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum Thái Bình 1.200 2x600 2x600 178bar 538 C Cám Hòn Gai Long Phú 1.200 2x600 2x600 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum Sông Hậu 1.200 2x600 2x600 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum Vĩnh Tân 1.980 3x660 3x660 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum Vũng Áng 1.200 2x600 2x600 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum Sông Hậu 2.000 2x1.000 2x1.000 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum Long Phú 1.200 2x600 2x600 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum 450 3x150 3x150 178bar - 538 C Tên NMNĐ I Các NMNĐ thuộc EVN Nghi Sơn II Các NMNĐ thuộc PVN III Các NMNĐ BOT Formosa (Đồng Nai) Formosa (Hà Tĩnh) 650 3x150 + 2x100 3x150 + 2x100 Á bitum Á bitum 178bar - 538 C TÀI LIỆU THAM KHẢO Các báo cáo chuyên đề thuộc đề tài “Nghiên cứu đánh giá tổng thể phát triển nhiệt điện Việt Nam” PGS TS Trương Duy Nghĩa, TS Nguyễn Phú Gia, PGS TS Nguyễn Cảnh Nam Quy hoạch phát triển Điện VII điều chỉnh Quy hoạch phát triển ngành than đến năm 2025, tầm nhìn đến 2035 Báo cáo kết nghiên cứu đốt than trộn than antraxit nội địa với than bitum nhập NMNĐ Ninh Bình OPTIONS OF COMBUSTION TECHNOLOGY FOR COAL - FIRED POWER PLANTS OF VIETNAM IN THE COMING YEARS Truong Duy Nghia, President - Vietnam Thermal Science and Technology Association Abstract: By identifying and analyzing the advantages and drawbacks of Pulverized Coal (PC) boilers and Circulating Fluidized Bed (CFB) ones, this article thus proposed options of combustion technology for coal-fired power plants of Vietnam in the years to come ... (Hàn Quốc) 2x600 2x600 Cám 6b Quảng Ninh Cám 6b Quảng Ninh 180bar - 540 C 180bar - 540 C làm chủ đầu tư, dự kiến đưa vào vận hành năm 2021 - 2022, dùng than cám 6b Quảng Ninh, đầu tư theo hình... kiến đưa vào vận hành năm 2020 - 2021, dùng than cám 6b Quảng Ninh, đầu tư theo hình thức BOT, thơng số cận tới hạn (180bar/5400C) Than cám 6b Quảng Ninh than có chất lượng xấu, phẩm cấp thấp, bảng... Thông số Than 1.200 2x600 2x600 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum Quảng Trạch 115 2x55,5 2x55 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum Quảng Trạch 1.600 2x600 2x600 250bar 565 C 30% bitum + 70% bitum