Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay của nhiệt điện cao ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THUỶ TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ Tên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay nhiệt điện Cao Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung ’’ Chủ nhiệm đề tài : K.S Nguyễn Trung Kiên 7610 22/01/2010 HÀ NỘI 11 /2009 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THUỶ TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ Tên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay nhiệt điện Cao Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung” Thực hợp đồng: 42.09 RD BS/HĐ – KHCN ngày 05 tháng 05 năm 2009 Bộ Công Thương Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Chủ nhiệm đề tài : K.S Nguyễn Trung Kiên Cán phối hợp : ThS Nguyễn Tuấn Anh Cơ quan chủ trì đề tài : Viện Nghiên cứu Sành sứ Thuỷ tinh Công nghiệp Đơn vị phối hợp:- Cơng ty cổ phần khống sản Thành Công - Phân Viện Khoa Học Vật liệu viện Khoa học Việt Nam Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài Nguyễn Trung Kiên Hà nơi 11/2009 Mục lục Trang Mở đầu 01 Chương Cơ sở lý thuyết chung tuyển tro bay 06 Tình hình tuyển chế biến giới 06 Tình hình tuyển chế biến Việt Nam 07 Chương Nghiên cứu khả tuyển 11 Đặc điểm thành phần vật chất tro xỉ Cao Ngạn 11 Nghiên cứu khả tuyển tro xỉ Cao Ngạn 15 Chương Ứng dụng tro bay 20 I Vật liệu dùng cho nghiên cứu 21 II Ứng dụng tro bay vào sản xuất gạch xốp 27 III Ứng dụng tro bay vào sản xuất gạch block 33 Kết luận kiến nghị 40 Kết luận 40 Kiến nghị 40 Tài liệu tham khảo 41 Phụ lục tính tốn kinh tế 42 MỞ ĐẦU Ở nhiều nước giới, tro xỉ than từ nhà máy nhiệt điện sử dụng hiệu nhiều lĩnh vực, đặc biệt xây dựng Việc sử dụng rác thải công nghiệp tro xỉ than xây dựng đường sá ln ln khuyến khích đơi điều kiện bắt buộc Tại Pháp 99% tro xỉ than tái sử dụng, Nhật Bản số 80% Hàn Quốc 85% Tại Mỹ, hiệp hội tro xỉ Mỹ thông báo năm 2005 nhà máy điện chạy than Mỹ thải 123,1 triệu tro xỉ tương đương với 40% Cơ quan môi trường Mỹ đặt mục tiêu tái sử dụng 50% lượng tro xỉ vào năm 2011 Thực việc sử dụng tro khơng phải mẻ, người biết sử dụng tro từ hai nghìn năm trước Người La Mã cổ xưa sử dụng tro núi lửa đem trộn với vôi chất phụ gia khác để xây cơng trình, nhiều số cịn tồn ngày hôm Trong công nghiệp xi măng, tro thô dùng để thay đất sét, ngun liệu để chế tạo xi măng, tro có thành phần hóa học gần tương tự đất sét Chính mà nước tiên tiến bên cạnh nhà máy nhiệt điện ln ln có nhà máy xi măng để xử dụng tro xỉ than chỗ Tro thơ cịn trộn với vật liệu kết dính xi măng để làm vật liệu đường Ngồi cịn dụng làm phân bón, việc đánh bắt cá… Tro bay (tiếng anh fly ash), phần mịn tro xỉ than phụ gia hữu dụng bê tông xi măng Gọi tro bay người ta dùng luồng khí để phân loại tro Khi thổi luồng khí định hạt thơ rơi xuống trước hạt nhỏ bay xa Trong bê tông, tro bay dùng để thay khoảng 30% xi măng nhờ nhiều ưu điểm đặc trưng hạt trịn khơng có góc cạnh hạt xi măng, giống chất bôi trơn trộn vào bê tông, giúp ta bơm bê tơng xa hơn, cao hơn, hay nhờ mà ta sử dụng nước bê tơng (nghĩa bê tơng bền hơn) mà đạt độ lưu động cần thiết bê tông Hạt tro bay nhỏ, mà len lỏi vào lỗ rỗng li ti bê tông, làm cho bề tông chặt hơn, bền Trong xây dựng khối bê tông lớn đập thủy điện, việc thay phần xi măng tro bay giúp giảm nhiệt lượng tỏa khối bê tông phản ứng thủy hóa xi măng, tránh nứt nẻ, tăng độ bền giảm giá thành xây dựng nhiều Với cơng trình nước thải, việc sử dụng tro bay bê tơng làm tăng tính bền bê tơng trước công axit Đối với nước ta, hàng năm nhà máy nhiệt điện thải khoảng 1.3 triệu tro xỉ dự kiến vào năm 2010 khoảng 2.3 triệu Phần lớn lượng tro xỉ thải nằm bãi chứa, hồ nước, bãi sông, đất ruộng, chiếm nhiều diện tích gây nhiễm mơi trường Vì việc nghiên cứu, áp dụng giải pháp xử lý sử dụng tro xỉ cần thiết Hiện nay, tro xỉ nhà máy nhiệt điện dùng than (Phả Lại 1, ng Bí, Ninh Bình khai thác, xử lý chủ yếu để làm nhiên liệu nung vôi, gạch … với khối lượng không lớn Riêng tro bay Phả Lại đánh giá có chất lượng tốt hơn, hàm lượng than chưa cháy cao sử dụng qua xử lý Được biết Tổng công ty Sông Đà nghiên cứu lắp đặt hệ thống dây chuyền để thu gom xử lý tro nhà máy Phả Lại đưa vào sử dụng cơng trình thủy điện, có thủy điện Sơn La Theo tiêu chuẩn ASTM C618 quan tâm đến loại tro bay: Loại F loại C Sự khác chủ yếu loại tro bay hàm lương ôxyt silic (SiO2), ôxyt nhôm (Al2O3) ôxyt sắt (Fe2O3) thành phần chúng Các tính chất vật liệu diễn biến độ bền theo thời gian khác tùy thuộc chủ yếu vào chất loại than đốt tạo nên chúng (ví dụ than antraxit, than bitum, hay than non) Không phải loại tro bay đạt yêu cầu ASTM 618, tro dùng làm chất thay xi măng phải đáp ứng điều kiện nghiêm ngặt tiêu chuẩn cấu trúc, ứng dụng vào mục đích khác khơng áp dụng tiêu chuẩn 3/4 tổng lượng tro phải có kích cỡ < 45µm có hàm lượng nung < 6% Phân bố kích cỡ hạt tro bay dao động thường xuyên, nguyên nhân điều kiện nghiền than đốt than thay đổi chế độ vận hành lò thay đổi Nên tro bay đem dùng làm thành phần bê tơng cần có thiết bị phân tách tro máy phân loại học có kiểm tra chất lượng đầu Tro bay loại F: Việc đốt loại than già hơn, cứng antraxit than bitum thường cho ta tro bay loại F Loại tro bay có tính pozzlanic có hàm lượng vơi (CaO) < 10% Để làm vật liệu bê tơng cần cho thêm vào loại tro chất tạo xi măng Tro loại C: Việc đốt loại than non than non hay than bán bitum tạo tro bay loại C Loại tro ngồi tính pozzlanic có có tính chất tự tạo xi măng Nếu gặp nước tự cứng lại hình thành độ bền theo thời gian Nói chung tro bay loại C chứa > 20% CaO Nhờ tính chất pozzlanic nó, tro bay ứng dụng thay cho xi măng pooclan bê tông Việc sử dụng tro bay hợp thành poozzlanic công nhận vào năm 1914, nghiên cứu sử dụng thực đáng ý năm 1937 Sử dụng tro bay chất thay phàn cho xi măng nói chung hạn chế cho tro bay loại F Nó thay tới 30% khối lượng cho xi măng pooclan làm tăng sức chịu đựng hóa học tuổi thọ bê tông Gần công nghệ trộn bê tơng có hàm lượng tro bay thay xi măng cao triển khai (Thay 50% xi măng) Đối với bê tông đầm lăn (Dùng xây dựng đập thủy điện) đạt 70% pozzocrete (Tro bay tuyển) dự án đập thủy điện Ghatghar Maharastra, Ấn Độ Dựa vào báo cáo phân tích Viện Khoa học công nghiệp Đại học Tokyo, Nhật Bản (Be402, 4-6-1 Komaba, Meguro-ku, Tokyo 153 – 8505, Japan) tro xỉ than hầu hết nhà máy nhiệt điện Việt Nam thuộc loại F, không phản ứng với nước, mà giải pháp bơm tro với nước bãi thải áp dụng triệt để, phớt lờ tác động đến môi trường Kết điều tra cho thấy môi trường đất nước quanh bãi thải bị ảnh hưởng nghiêm trọng, với hàm lượng chất độc hại kim loại nặng cao (JBIC) Việc khai thác sử dụng tro xỉ tro bay tự phát thân ngành điện nhà máy khơng có chủ trương khai thác tro khơng có điều kiện khai thác, nhân dân quanh khu vực bãi xỉ than khai thác cách tự phát, chủ yếu làm gạch xây nhà cách trộn với vài phần trăm xi măng nước Cơng ty nhiệt điện Cao Ngạn thuộc tập đồn Than & Khống sản Việt Nam cơng ty nhiệt điện đốt than theo cơng nghệ tầng sơi tuần hồn, gồm tổ máy, công suất định mức 100MW, công suất max: 128MW Được đưa vào sử dụng vận hành thương mại năm 2006, hàng năm công ty cung cấp lên lưới điện quốc gia khoảng 600 triệu KWh điện Công ty sử dụng than nhiệt trị thấp tỉnh Thái nguyên để sản xuất kinh doanh điện Với cơng nghệ đốt tầng sơi tuần hồn, có nhiệt độ buồng lửa thấp (800-900oC) trình cháy buồng lửa với đá vôi để khử lưu huỳnh nên có sản phẩm tro bay tro đáy có đặc thù riêng Theo kết phân tích cơng ty so sánh với tiêu chuẩn ASTM618 Tổng oxit cần thiết (SiO2, Al2O3, Fe2O3) thấp Hàm lượng SO3 cao Thành phần chưa cháy hết cao Việc xử lý hàm lượng nung cao nhiệt thực thành phần không đạt Hiện đa phần lượng tro xỉ nhà máy chưa sử dụng chất lượng đánh giá thấp Phần lớn sử dụng làm san lấp mặt Vì Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp đăng ký với Bộ Công Thương đề tài : “ Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay nhiệt điện Cao Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung” Hợp đồng đặt hàng sản xuất cung cấp dịch vụ nghiệp công, nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ số: 42.09 RD BS/HĐ- KHCN Ký giữ Công thương viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp ngày 05 tháng 05 năm 2009 Nhiệm vụ đề tài: - Khảo sát đánh giá nguồn tro bay nhiệt điện Cao Ngạn - Xây dựng qui trình kỹ thuật thu hồi tro bay, ứng dụng vào sản xuất vật liệu không nung - Xác định phối liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng không nung - Qui trình sản xuất gạch khơng nung gạch Block, gạch nhẹ cách âm cách nhiệt… - Ứng dụng 20 tro bay vào sản xuất vật liệu không nung CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG TUYỂN TRO BAY Tình hình tuyển chế biến giới Trên giới người ta thường sử dụng tro xỉ vào mục đích theo thứ tự giảm dần sau: - Bê tông sản phẩm bê tông - Đắp đường, đê điền đầy cấu trúc - Làm ổn định chất thải làm cứng - Vật liệu thô cho clanke xi măng - Phục hồi mỏ - Làm ổn định vùng đất - Làm đường - Vật liệu khối - Chất điền đầy tự chảy - Phụ gia khống hóa cho bê tông - Các ứng dụng khác bao gồm bê tông xốp, ngói lợp, sơn đúc kim loại chất phụ gia cho sản phẩm gỗ nhựa Các nhà máy nhiệt điện giới thường xử dụng than làm nhiên liệu tạo khối lượng tro xỉ lớn, hàng trăm triệu năm Do chất lượng tro xỉ ứng dụng vào số ngành xây dựng, phụ gia chống thấm cho bê tơng chưa đảm bảo chất lượng người ta thường áp dụng công nghệ tuyển sau: a Cơng nghệ tuyển Sau q trình đốt lị tro xỉ chứa từ 12-25% than chưa cháy hết cần tuyển để đưa hàm lượng than xuống 6% Quá trình tuyển đưa vào thuốc tập hợp dầu hỏa, diezen với chi phí từ 1,5-2 kg/tấn sản phẩm, thuốc tạo bọt sử dụng dầu thơng với chi phí 1kg/tấn sản phẩm b Cơng nghệ tuyển tĩnh điện Phương pháp dựa vào hệ số dẫn điện than tro khác để phân chia thành hai sản phẩm Sản phẩm than có hệ số dẫn điện tốt phía cực dương, sản phẩm tro có hệ số dẫn điện phía cực âm (tang quay) phương pháp thường ứng dụng với hàm lượng than thấp 12% cỡ hạt 20µm có hiệu c Cơng nghệ đốt bon Phương pháp dựa vào hiệu ứng đốt than lại tro xỉ gas để hạ hàm lượng than nhiệt độ khoảng 900 oC Tình hình tuyển chế biến Việt Nam a Công nghệ tuyển nổi: Vào năm 1994-1995 công ty DETECH tiến hành tuyển tro xỉ nhà máy nhiệt điện Phả Lại với công suất 200 tấn/ngày, nhiên giai đoạn chưa có thị trường ổn định dự án không phát triển quy mô lớn Trong năm gần nhu cầu phát triển nhà máy thủy điện cần đến phụ gia bê tông dựa nguyên liệu tro xỉ sau tuyển có hàm lượng bon nhỏ (