(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu sử dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện mông dương trong sản xuất vật liệu xây dựng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Nhiên NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO XỈ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG TRONG SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Nhiên NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO XỈ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG TRONG SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thị Loan Hà Nội – Năm 2016 Lời cảm ơn Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Loan hướng dẫn em chu đáo tận tình suốt trình em nghiên cứu hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy cô cán Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, truyền đạt hướng dẫn cách tổng hợp kiến thức quý báu suốt hai năm học vừa qua giúp đỡ em thực luận văn điều kiện tốt Tôi xin cảm ơn cử nhân Bùi Thị Như Quỳnh, Trần Thị Phương cộng tác với triển khai nghiên cứu lĩnh vực chuyên môn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới bác Nguyễn Văn Chất Nguyễn Thị Nhung chủ 02 xưởng sản xuất gạch giúp đỡ tơi hồn thành q trình thực nghiệm Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè bên cạnh động viên giúp đỡ suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 01 năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Nhiên i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tro xỉ 1.1.1.Tro bay đặc tính .3 1.1.3 Các nghiên cứu tái sử dụng tro xỉ Thế giới Việt Nam 11 1.2 Tổng quan Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương (NMNĐ) 21 1.3 Tổng quan công nghệ sản xuất gạch .25 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Đối tượng nghiên cứu .30 2.2 Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1 Phương pháp thu thập liệu 30 2.2.2 Phương pháp thí nghiệm 30 2.2.3 Phương pháp thực nghiệm .34 2.2.4 Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết thu được, từ đánh giá tính khả thi đề tài 37 2.2.5 Phương pháp nghiên cứu phân tích lợi ích mơi trường mở rộng 38 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Kết thí nghiệm xác định thành phần, tính chất tro đáy 39 3.1.1 Độ ẩm 39 ii 3.1.2 pH 40 3.1.3 Tỉ trọng thể rắn 40 3.1.4 Thành phần kim loại nặng .41 3.1.5 Thành phần khoáng 41 3.2 Kết thực nghiệm với ứng dụng sản xuất gạch từ tro đáy 43 3.1.1 Gạch nung truyền thống 43 3.1.2 Đối với gạch ép không nung (xi măng cốt liệu) 45 3.3.3 Tính tốn lợi ích kinh tế 49 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 60 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 .4 Bảng 1.2: Thành phần hóa học tro bay quốc gia [29] .5 Bảng 1.3: Thành phần hóa học tro bay Ba Lan từ nguồn nguyên liệu khác .6 Bảng 1.4: Kích thước hạt tro đáy từ nhà máy nhiệt điện Mỹ Bảng 1.5: Một số tính chất vật lý tro đáy .8 Bảng 1.6: Các thành phần hóa học tro đáy tiêu biểu Bảng 1.7: Nồng độ số nguyên tố vi lượng tro đáy (mg/kg) .9 Bảng 1.8: Khác biệt thành phần hóa học tro đáy sau đốt than [8] 10 Bảng 1.9: Sản lượng phần trăm sử dụng tro bay số nước 11 Bảng 1.10: Tro bay từ nhà máy nhiệt điện giai đoạn 2010-2030 [3] 20 Bảng 1.11: Khả xử lý ô nhiễm tro đáy .18 Bảng 3.1: Kết đo độ ẩm tro đáy NMNĐ Mông Dương 39 Bảng 3.2: Kết đo pH 40 Bảng 3.3: Kết đo tỉ trọng tro đáy 40 Bảng 3.4: Hàm lượng số kim loại nặng tro đáy .41 Bảng 3.5: Các thành phần khống tro đáy NMNĐ Mơng Dương 42 Bảng 3.6: Kết phân tích mẫu gạch nung 44 Bảng 3.7: Kết phân tích độ nén gạch xi măng cốt liệu .47 Bảng 3.8: Kết phân tích độ hút nước mẫu gạch xi măng cốt liệu 48 Bảng 3.9: Thơng số tính tốn lợi nhuận thu .51 Bảng 3.10: Giá thành sản xuất 01 viên gạch .52 Bảng 3.11: Giá thành sản xuất 01 viên gạch xi măng cốt liệu 53 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bản đồ thể vị trí khu vực NMNĐ Mơng Dương 22 Hình 1.2: Hình ảnh bãi thải NMNĐ Mơng Dương 25 Hình 1.3: Sơ đồ quy trình nung gạch lị nung tuynel .25 Hình 1.4: Hình ảnh mẫu gạch mộc sau qua công đoạn ép đưa phơi 27 Hình 1.5: Sơ đồ quy trình ép gạch từ mạt đá + xi măng 28 Hình 1.6: Hình ảnh mẫu gạch xi măng cốt liệu với nhiều hình dạng 29 Hình 2.1: Hình ảnh tro đáy xi măng ngun liệu thực nghiệm .36 Hình 2.2: Hình ảnh trình trộn tro đáy, xi măng nước 37 Hình 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch nung 43 Hình 3.2: Hình ảnh sản phẩm gạch mộc từ 02 tỷ lệ .44 Hình 3.3: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch xi măng cốt liệu 45 Hình 3.4: Hình ảnh sản phẩm gạch xi măng cốt liệu tỷ lệ (xi măng:tro đáy : nước = 1:7 : 1,5) 46 Hình 3.5: Hình ảnh sản phẩm gạch xi măng cốt liệu từ theo tỷ lệ 46 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt ASTM C618 Giải nghĩa Tiêu chuẩn tro bay, puzolan thiên nhiên nung không nung CFB Đốt than tầng sơi tuần hồn (Circulating Fluidized Bed) EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam (Electricity of Vietnam) KLN Kim loại nặng MKN Mất nung NMNĐ Nhà máy nhiệt điện Mông Dương PCC Công nghệ đốt than phun TCVN Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam TKV Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam vi MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp nước ta năm gần kéo theo gia tăng chất thải, đặc biệt ngành cơng nghiệp lượng Tại nước ta có nhiều Nhà máy nhiệt điện sử dụng nguồn nhiên liệu than hàng năm lượng tro xỉ phế thải thải lớn, gây ảnh hưởng đến môi trường Thống kê cho thấy, công suất phát điện Nhà máy điện đốt than nước 5.000MW chạy than antraxit nước, với lượng tiêu thụ hàng năm vào khoảng 16 triệu than Lượng tro xỉ thải 5,7 triệu Từ năm 2013, riêng lượng tro xỉ thải hàng năm nhà máy nhiệt điện đốt than Tập đồn Than - Khống sản Việt Nam (TKV) phát đủ cơng suất ước tính khoảng 2,8 triệu tấn/năm Dự báo đến năm 2030, tổng công suất nhiệt điện đốt than nước tăng lên khoảng 77.000MW, kéo theo lượng than tiêu thụ 176 triệu lượng tro xỉ thải đạt 35 triệu tấn/năm [9] Điều đặt tốn lớn mơi trường, bãi thải, chi phí xử lý cần đáp ứng Những năm gần việc tái sử dụng tro xỉ ý chi phí xây dựng bãi thải chi phí đổ thải tăng, nhiều Nhà máy áp dụng biện pháp tái sử dụng nguồn tro xỉ thải nhằm giảm thiểu nguồn thải tiết kiệm chi phí Năm 2005, nhà máy điện đốt than Mỹ tái sử dụng 40% tro xỉ ứng dụng khác [20] Một lợi môi trường khác tái sử dụng tro xỉ thay nguyên liệu nguyên sơ khác, tiết kiệm chi phí để khai thác chế biến chúng Việc tái sử dụng tro xỉ vật liệu công nghệ chủ yếu xuất phát từ chất tro xỉ: có kết cấu tương tự cát sỏi, ứng dụng việc sản xuất vật liệu xây dựng Vì vậy, việc nghiên cứu tìm giải pháp công nghệ để xử lý nguồn phế thải nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường tạo sản phẩm có ích cho xã hội việc làm có ý nghĩa Theo nghiên cứu ứng dụng thực hiện, vật liệu xây dựng đặc biệt loại gạch làm từ tro xỉ có đặc tính cách âm tốt đất nung, chống thấm, chịu nhiệt độ cao Với cơng nghệ sản xuất vậy, quy trình thích hợp với sở sản xuất vật liệu xây dựng thủ cơng nhỏ vừa vốn đầu tư không nhiều, tái sử dụng nguồn tro xỉ thải Từ đặc tính đó, việc áp dụng nguyên liệu vào sản xuất cần thời gian để người dân thấy tính loại gạch với nhiều ưu điểm, giá thành giảm so với loại gạch sản xuất từ loại nguyên liệu truyền thống gạch nung sử dụng đất sét, gạch xi măng cốt liệu sử dụng mạt đá Xuất phát từ thực tiễn trên, tiến hành thực đề tài: ‘‘Nghiên cứu sử dụng tro xỉ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương sản xuất vật liệu xây dựng” Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu, tận dụng tro đáy Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương làm vật liệu xây dựng Nội dung nghiên cứu: - Tổng quan tro xỉ, lượng xả thải phương pháp tận dụng tro xỉ Việt Nam Thế giới; - Nghiên cứu tính chất vật lý, thành phần hóa học tro xỉ (tro đáy) nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1; - Đề xuất biện pháp tái sử dụng tro đáy phương pháp sản xuất gạch nung gạch xi măng cốt liệu; - Tính tốn lợi ích kinh tế tận dụng nguồn tro đáy, lợi ích thay nguồn nguyên liệu đất sét sản xuất gạch nung mạt đá sản xuất gạch xi măng cốt liệu Bảng 3.8: Kết phân tích độ hút nước mẫu gạch xi măng cốt liệu Khối lượng viên gạch Khối Độ hút nước TCVN (g) lượng (%) 6477:2011 STT Đã sấy Bão hịa nước bị khơ nước hút (g) Từng viên 5,23 6,01 78 5,2 5,67 6,58 91 5,78 6,78 7,35 57 5,9 Mẫu (tro đáy:xi măng 6:1) Mẫu (mạt đá : xi măng ≤ 14 (%) 6:1) Mẫu (tro đáy: xi măng 7:1) Ghi chú: TCVN 6477:2011: Tiêu chuẩn quốc gia gạch xi măng cốt liệu Nhận sét: So sánh 03 kết phân tích độ hút nước mẫu gạch, nhận thấy độ thấm nước viên gạch từ mẫu tốt Các tiêu độ hút nước ba mẫu gạch nằm ngưỡng so với TCVN 6477:2011: Tiêu chuẩn quốc gia gạch xi măng cốt liệu với số độ hút nước không lớn 14% (Kết đính kèm phụ lục luận văn) Vậy, tỷ lệ phối trộn nguyên liệu tối ưu là: “Tro đáy : xi măng : nước” = “6: 1: 1,5” 48 3.3.3 Tính tốn lợi ích kinh tế Để tính tốn lợi ích kinh tế cách chi tiết cho việc tận dụng tro đáy thay nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng, nội dung luận văn xin trình bày phần tính lợi ích kinh tế sau: - Lợi ích từ việc tiết kiệm chi phí xử lý, tăng thời gian sử dụng bãi thải tro đáy; - Lợi ích từ việc bán tro đáy; - Lợi ích từ nhà sản xuất gạch từ việc thay nguyên liệu truyền thống nguyên liệu tro đáy 3.3.3.1 Lợi ích kinh tế từ việc tiết kiệm chi phí xử lý, tăng thời gian sử dụng bãi thải Hiện tro đáy Nhà máy nhiệt điện Mông Dương I thải Bãi thải Bãi thải có diện tích 50 cơng suất 10 triệu m3 vịng năm Vậy công suất năm bãi thải là: 10 : = 1,667 triệu m3 Chi phí xây dựng bãi thải 98 tỷ VND Chi phí để xử lý m3 tro đáy là: 98.000.000.000 : 10.000.000 = 9.800 (VND/ m3) Như với m3 tro đáy tận dụng hay với m3 bãi thải để trống, ta tiết kiệm 9.800 VND tiền xử lý Như vậy, năm tiết kiệm được: 9.800 × 1.667.000 = 16.336.600.000 (VND) Vậy, tận dụng tốt nguồn tro đáy thải ra, ta tiết kiệm khoản tiền lớn, kéo dài thời gian sử dụng bãi thải góp phần bảo vệ mơi trường 3.3.3.2 Lợi ích kinh tế từ việc bán tro đáy Theo tính tốn thiết kế, NMNĐ Mơng Dương tạo lượng tro sau: - Lượng tro lò (khi sử dụng than chất lượng cao): 55,73 (tấn/giờ) 49 - Lượng tro lò (khi sử dụng than chất lượng thấp): 62,6 (tấn/giờ) - Lượng tro trung bình lị (khi sử dụng than chất lượng cao chất lượng thấp): khoảng 59 (tấn/giờ) - NMNĐ Mơng Dương có lị, tổng lượng tro thải là: 4×59=236 (tấn/giờ) Giả sử NMNĐ Mơng Dương vận hành 10 tháng/năm (6 tháng mùa khô tháng mùa mưa) Như vậy, tổng số tro thải năm là: 236 tấn/giờ x 24 giờ/ngày x 300 ngày = 1.699.200 (tấn tro) Lượng tro bao gồm 60% tro đáy 40% tro bay Vậy số tro đáy thải năm là: 1.699.200 (tấn) x 0,6 = 1.019.520 (tấn) Với giá bán tro đáy 10.000 (VNĐ/tấn) Nếu bán hết lượng tro đáy năm NMNĐ Mơng Dương thu về: 1.019.520 (tấn) × 10.000 = 10.019.520.000 (VNĐ) Vậy tìm đầu cho tro đáy, năm NMNĐ Mơng Dương có khoản thu lớn từ việc bán tro đáy 3.3.3.3 Lợi ích kinh tế từ việc thay nguyên liệu truyền thống tro đáy Để tính tốn lợi ích kinh tế đạt việc sử dụng tro đáy làm vật liệu xây dựng, ta dựa thơng số tính tốn trình bày bảng 3.9: 50 Bảng 3.9: Thơng số tính tốn lợi nhuận thu STT Gạch đất nung Gạch từ tro đáy, xi măng Đất sét đồi, tro đáy Tro than (Xỉ than) Than Xi măng Chi phí máy móc Chi phí máy móc Chi phí nhà xưởng Chi phí nhà xưởng Chi phí nhân cơng Chi phí nhân cơng Chi phí quản lý Chi phí quản lý Chi phí điện nước Chi phí điện nước Vận chuyển + chi phí thương Chi phí thương mại + vận mại chuyển Qua số liệu thu thập từ xưởng gạch, tính tốn giá thành để sản xuất viên gạch thể bảng sau: Gạch nung: Tính tốn chi phí sản xuất 10000 gạch với quy cách gạch 300 x 150 x 50 (mm), gạch đặc Để sản xuất 10000 gạch: - Với nguyên liệu đất sét đồi, lượng đất sét đồi m3, than cám 1,2 (tương đương 0,8m3); - Nguyên liệu tro đáy tro đáy (tương đương 2m3 tro đáy, tỷ lệ quy đổi sử dụng m3 = 1,5 tấn), đất sét đồi 1m3 - Dựa vào giá thành vật liệu thị trường tại, ta tính tốn giá thành sản xuất 01 viên gạch trình bày bảng 3.10: 51 + Giá thành mua m3 đất sét đồi: 25.000 (đồng/m3 đất) + Giá thành mua tro đáy: 10.000 (đồng/tấn) + Các chi phí điện nước, nhân cơng tính theo giá xưởng sản xuất gạch Bảng 3.10: Giá thành sản xuất 01 viên gạch Gạch truyền thống Nguyên liệu cần Gạch từ tro đáy Giá thành Nguyên liệu cần (đồng/viên) Than cám 300 Đất sét đồi Giá thành (đồng/viên) Tro đáy Đất sét đồi Công 200 Công 200 Điện, nước 100 Điện 100 Khấu hao 15 Khấu hao 15 Máy móc 100 Máy móc 100 Tổng giá thành 720 Tổng giá thành 425 Vậy, qua bảng tính tốn giá trị sản xuất viên gạch nung từ tro đáy có giá trị thấp so với gạch từ đất sét 295 (đồng/viên) Gạch xi măng cốt liệu Với tỷ lệ sử dụng tro đáy mạt đá hỗn hợp với xi măng quy trình sản xuất gạch xi cốt liệu giống dựa vào giá trị mua vật liệu mạt đá, tro đáy để tính tốn lợi ích kinh tế thu được: 52 - Giá thành mua mạt đá: 250.000 đồng/tấn mạt đá, tương đương sản xuất 5000 viên gạch xi măng cốt liệu kích thước 150 x 150 x 50 (mm) - Giá thành mua xi măng: 1.500.000 đồng/tấn xi măng (Theo mức giá vật liệu xây dựng năm 2015 thành phố Hà Nội) - Các tỷ giá chi phí nhân cơng, điện nước tính dựa theo chi phí xưởng sản xuất Bảng 3.11: Giá thành sản xuất 01 viên gạch xi măng cốt liệu Gạch từ mạt đá Nguyên liệu cần Gạch từ tro đáy Giá thành Nguyên liệu Giá thành (đồng/viên) cần (đồng/viên) Mạt đá 50 Tro đáy Xi măng 600 Xi măng 600 Công 100 Công 100 Phơi sấy 30 Phơi sấy 15 Điện, nước 100 Điện, nước 100 Khấu hao 15 Khấu hao 15 Tổng giá thành 895 Tổng giá thành 833 Vậy, qua bảng tính tốn nhận thấy: Với quy trình, tỷ lệ sử dụng, gạch xi măng cốt liệu có giá trị sản xuất thấp so với gạch xi măng cốt liệu từ mạt đá 62 (đồng/viên) 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua kết nghiên cứu, phân tích thành phần, tính chất tro đáy, phân tích chất lượng mẫu gạch so sánh với tiêu chuẩn tương ứng, tác giả xin đưa số kết luận:  Tro đáy nhà máy nhiệt điện Mơng Dương có đặc tính lí hóa đặc trưng hàm lượng nung