Để thực hiện lựa chọn các nhà máy nhiệt điện phù hợp với quá trình quan trắc phát thải thủy ngân, 06 nhà máy nhiệt điện đã được khảo sát thực tế với các tiêu chí cụ thể, bao gồm:
- Mức độ hoạt động ổn định của nhà máy;
- Hiện trạng các thiết bị kiểm soát khí thải (ESP, FGD,...);
- Vị trí quan trắc khí thải trên ống khói phải đảm bảo phù hợp với thiết bị, phương pháp quan trắc, đảm bảo an toàn trong quá trình thao tác;
- Thuận thiện trong quá trình lắp đặt, thiết lập các trang thiết bị quan trắc.
Kết quả sau quá trình khảo sát, 03 nhà máy nhiệt điện được lựa chọn về cơ bản phù hợp với các tiêu chí lựa chọn, cụ thể là các nhà máy nhiệt điện:
Vị trí lấy mẫu tại các nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh, Phả Lại và Ninh Bình được mô tả chi tiết tại Bảng 2.2.
Bảng 2.2 Vị trí ấ ẫu t i 03 nhà nhiệt iện
STT Lo i mẫu lấy Vị trí
I Nhiệt điện Quảng Ninh
Thủy ngân trong
khí thải (Hg) Tại sàn thao tác với độ cao 60m của ống khói số 3 (sau hệ thống ESP)
Bụi (PM)
Than đầu vào Từ bồn chứa nguyên liệu trước khi vào buồng đốt
Tro bay Từ đáy silo của hệ thống ESP Tro đáy lò Từ bồn chứa tro đáy của buồng đốt
II Nhiệt điện Phả Lại
Thủy ngân trong khí thải (Hg)
Tại sàn thao tác với độ cao 35m của ống khói số 2 (sau hệ thống ESP)
Than đầu vào Từ bồn chứa nguyên liệu trước khi vào buồng đốt Tro bay Từ đáy silo của hệ thống ESP
Tro đáy lò Từ bồn chứa tro đáy của buồng đốt
III Nhiệt điện Ninh Binh
Thủy ngân trong khí thải (Hg)
Tại sàn thao tác với độ cao 25m của ống khói số 3 (sau hệ thống ESP)
Bụi (PM) Tại sàn thao tác với độ cao 25m của ống khói số 3 (sau hệ thống ESP)
Than đầu vào Từ bồn chứa nguyên liệu trước khi vào buồng đốt Tro bay Từ đáy silo của hệ thống ESP
Các vị trí lấy mẫu được trình bày trong Hình dưới đây.
Quá trình quan trắc thủy ngân và bụi tại nhà máy Nhiệt điện Quảng Ninh
Quá trình quan trắc thủy ngân và bụi tại nhà máy Nhiệt điện Phả Lại
Quá trình quan trắc thủy ngân và bụi tại nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình
Bảng 2.3 Mẫu qu n trắ thu thập và ph n tí h t i 03 nhà STT Lo i ẫu ấ ƣ ng Số Mã số ẫu
I Nhiệt điện Quảng Ninh
Thủy ngân trong
khí thải (Hg) 10 QN-1, QN-2, QN-3, QN-4, QN-5, QN-6, QN-7, QN-8, QN-9, QN-10 Bụi (PM) 15 PM-1, PM-2, PM-3, PM-4, PM-5, PM-6, PM-7, PM-8, PM-9, PM-10, PM-11, PM-12, PM-13, PM-14, PM-15 Than đầu vào 4 TQN-7, TQN-8, TQN-9, TQN-10
Tro bay 3 AQN-1, AQN-2, AQN-3
Tro đáy lò 3 XQN-1, XQN-2, XQN-3
II Nhiệt điện Phả Lại
Thủy ngân trong
khí thải (Hg) 3 PL1, PL2, PL3
Than đầu vào 0 TPL-1, TPL-2, TPL-3, TPL-4
Tro bay 4 APL-1, APL-2, APL-3
Tro đáy lò 3 XPL-1, XPL-2, XPL-3 Thủy ngân trong
khí thải (Hg) 3 PL1, PL2, PL3
III Nhiệt điện Ninh Bình
Thủy ngân trong
khí thải (Hg) 10 NB-1, NB-2, NB-3, NB-4, NB-5, NB-6, NB-7, NB-8, NB-9, NB-10 Bụi (PM) 15 PM-16, PM-17, PM-18, PM-19, PM-20, PM-21, PM-22, PM-23, PM-24, PM-25, PM-26, PM-27, PM-28, PM-29, PM-30 Than đầu vào 4 TNB-1, TNB-2, TPL-3, TPL-4
Tro bay 3 APL-1, APL-2, APL-3
Tro đáy lò 3 XPL-1, XPL-2, XPL-3
Trong quá trình thực hiện quan trắc tại 03 nhà máy nhiệt điện, tổng số mẫu được thu thập và phân tích bao gồm: 23 mẫu thủy ngân trong khí thải, 30 mẫu bụi trong khí thải, 12 mẫu than nguyên liệu (than antraxit), 9 mẫu tro bay và 9 mẫu xỉ đáy lò.
Chƣơng 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiện tr ng ho t ộng ủ nhà nhiệt iện:
3.1.1. Nhiệt điện Quảng Ninh:
Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh có công suất (4x300 MW) do Tập đoàn Điện khí Thượng Hải - Trung Quốc (SEC) thiết kế, chế tạo, cung cấp thiết bị, xây dựng, lắp đặt, thí nghiệm và chạy thử. Hầu hết các thiết bị của Nhà máy là do SEC chế tạo. Thiết kế tổng thể nhà máy do Viện thiết kế Tây Bắc - Trung Quốc (NWEPDI). Phần lò hơi là do Tập đoàn ALSTOM của Pháp thiết kế với công nghệ đốt kiểu than phun (PC).
Công ty Cổ phần nhiệt điện Quảng Ninh nằm ở phía Đông Bắc tỉnh Quảng Ninh tại phường Hà Khánh, thành phố Hạ Long, thuộc vùng có trữ lượng than lớn nhất cả nước, thuận lợi cho sản xuất và cung ứng điện năng cho hệ thống điện quốc gia.
Công ty Cổ phần Nhiệt điện Quảng Ninh có 2 nhà máy là nhiệt điện Quảng Ninh 1 và Quảng Ninh 2 có tổng công suất 1.200 MW, sản lượng là 7,2 tỷ kWh/năm. Nguyên liệu đầu vào là hỗn hợp than cám 5A, 5B, và 6A được cung cấp từ các mỏ trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh. Theo báo cáo của Công ty, năm 2016, nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh (1 và 2) đã sản xuất được 6,23 tỷ kWh, tiêu thụ khoảng 2.987.545 tấn than. Theo báo cáo của Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh, lượng than tiêu thụ và các chất thải phát sinh trong năm 2016 đượng tổng hợp trong Bảng sau.
Bảng 3.1. Lƣ ng than tiêu thụ và tro, xỉ phát sinh của Nhiệt iện Quảng Ninh Than tiêu
thụ Tro bay phát sinh Tro ò ph t sinh Khí thải
(kg/năm) (kg/năm) % tỷ lệ
than (kg/năm) % tỷ lệ than (m3/năm)
3.219.552.760
930.874.800 29%
117.412.320 3,65% 42.409.253 Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh đã lắp đặt các hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) và hệ thống khử lưu huỳnh (FGD) nhằm xử lý khí thải. Theo thiết kế hệ thống xử lý chất thải của Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh có khả năng xử lý 104,7m3/h với 2 hệ thống xử lý khí thải: hệ thống lọc bụi tĩnh điện, hệ thống khử lưu huỳnh. Nhà máy đã lắp đặt trạm quan trắc khí thải tự động, liên tục đo nồng độ khí O2, CO2, CO, NOx, SOx, PM.
3.1.2. Nhiệt điện Phả Lại:
Nhà máy nhiệt điện Phả Lại được xây dựng trên địa bàn thị trấn Phả Lại huyện Chí Linh tỉnh Hải Dương cạnh sông Lục Đầu Giang với diện tích trên 300 ha. Nhà máy có hai dây truyền, dây truyền I được khởi công xây dựng vào ngày 17/5/1980 do Liên Xô cũ giúp đỡ với công suất 440 MW gồm 4 tổ máy, 8 lò hơi. Hệ thống phát điện bao gồm 4 tổ hợp turbin kiểu K-100-90-7, công suất mỗi tổ hợp là 110 MW, 3000 vòng/phút, hoạt động bằng hơi nước.
Turbin chuyển hóa năng lượng của hơi nước từ lò hơi thành điện năng.
Dây truyền II được khởi công xây dựng vào tháng 6 năm 1998 do nguồn vốn ODA của Nhật Bản với công suất thiết kế 600MW gồm hai tổ máy và hai lò hơi theo khối 1 lò - 1 máy, với tiêu hao nhiên liệu khoảng 125 tấn than/giờ.
Nhiên liệu sử dụng gồm 2 loại than là than Vàng Danh và than hỗn hợp. Cả hai loại than đều có độ tro và hàm lượng Sulfur cao, Nitrogen thấp.
Bảng 3.2 Đặ iể th n t i Nhiệt iện Phả L i
Hà ƣ ng Than Vàng Danh Th n trộn
Tro (%) 32.7 30.5
Sulfur (%) 1.1 0.69
Nitrogen (%) 0.56 0.69
Nguồn: Báo cáo từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại, 2016
Theo báo cáo của Nhà máy nhiệt điện Phả lại năm 2016, lượng than sử dụng và tro, xỉ phát thải của Nhà máy được tổng hợp trong Bảng sau.
Bảng 3.3 ƣ ng th n sử dụng và tro, xỉ ph t thải ủ Nhiệt iện Phả L i Than tiêu
thụ Tro bay phát sinh Tro ò ph t sinh Khí thải
(kg/năm) (kg/năm) % tỷ lệ
than (kg/năm) (kg/năm) (m3/năm) 3.353.675.000 419.644.490 13% 15.581.950 0,46% 189.216.000.000
3.1.3. Nhiệt điện Ninh Bình:
Nhà máy nhiệt điện Ninh Bình có địa chỉ tại phường Thanh Bình, thành phố Ninh Bình. Nhà máy được xây dựng vào năm 1974 và là một trong những nhà máy điện đầu tiên ở Việt Nam. Diện tích nhà máy là 144.496 m2
và diện tích bãi chứa xỉ là 97.176 m2.
Nhà máy nhiệt điện Ninh Bình với công nghệ do Trung Quốc thiết kế, cung cấp thiết bị và chỉ đạo thi công xây dựng trong những năm đầu thập kỷ
70. Công suất thiết kế của Nhà máy là 100 MW với 4 tổ máy (4 x 25 MW). Nhà máy sử dụng công nghệ đốt than phun truyền thống (nhiên liệu sử dụng là than Anthracite Hòn Gai - Cẩm Phả - Quảng Ninh). Theo báo cáo của Nhà máy nhiệt điện Ninh Bình năm 2016, lượng than sử dụng và tro, xỉ phát thải của Nhà máy được tổng hợp trong Bảng sau.
Bảng 3.4 Khối ƣ ng th n tiêu thụ hàng nă ủ Nhiệt iện Ninh B nh Than tiêu
thụ Tro bay phát sinh Tro ò ph t sinh Khí thải
(kg/năm) (kg/năm) % tỷ lệ
than (kg/năm) (kg/năm) (m3/năm) 393.550.000 120.000.000 30% 1.800.000 0,46% 5.184.000
3 2 Mứ ộ ph t thải Thủ ng n ủ nhà Nhiệt iện:
3.2.1. Xác định hàm lượng Thủy ngân trong than dùng cho nhiệt điện
3.2.1.1. Hàm lượng thủy ngân trong than tại các mỏ khai thác
Mẫu than được lấy từ các mỏ than đều trải dài trong khu vực tỉnh Quảng Ninh, Các mỏ than được chọn để thực hiện việc quan trắc đều có sản lượng than lớn và là nguồn cung cấp than chính cho các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam.
Bảng 3.5 Hà ƣ ng trung nh ủ thủ ng n trong th n t i STT Tên th n Lo i th n Số ƣ ng ẫu Hà ƣ ng thủ ng n trung bình (mg/kg) 1 Hòn Gai (MHG) Anthracite 6 0,159 2 Hà Lầm (MHL) Anthracite 4 0,165 3 Hà Tu (MHT) Anthracite 5 0,093
4 Mạo Khê (MMK) Anthracite 6 0,408
5 Núi Béo (MNB) Anthracite 4 0,141
6 Nam Mẫu (MNM) Anthracite 4 0,960
7 Uông Bí (MUB) Anthracite 3 0,139
8 Vàng Danh (MVR) Anthracite 3 1,503
Kết quả phân tích mẫu than tại các mỏ được trình bày chi tiết tại Phụ lục 1. Hàm lượng thủy ngân trung bình trong than tại các mỏ được mô tả trên đồ thị dưới đây.
H nh 3.2 Hà ƣ ng thủ ng n trung nh ủ th n t i ƣ qu n trắ
Từ biểu đồ trên có thấy hàm lượng Hg trung bình trong các mẫu than đo được tại mỏ Vàng Danh (1,503 mg/kg) cao hơn 3,37 lần so với giá trị trung bình giữa các mỏ và gấp 16,11 lần so với mỏ than có hàm lượng Hg trong than thấp nhất là Hà Tu. Mỏ vàng Danh và Nam mẫu là mỏ có vị trí khá gần nhau, cùng thuộc khu vực Uông Bí và có hàm lượng Hg trong than cao hơn hẳn các mỏ tại các khu vực khác.
So sánh với một số quốc gia khác cũng cho thấy hàm lượng Hg trung bình trong than tại một số mỏ thuộc khu vực Quảng Ninh (0,446 mg/kg) là tương đối phù hợp với số nước, tuy nhiên đối với than tại khu vực Châu Âu, Châu Phi và Nam Mỹ, hàm lượng Hg trong than Anthraxite tại Việt Nam là tương đối cao.
Bảng 3.6 So s nh hà ƣ ng Hg trong th n t i Việt N và ột số nƣớ Quố gi Lo i th n Hà ƣ ng Hg trung bình trong than (mg/kg) Khoảng gi trị (mg/kg)
Nguồn tài iệu
Vietnam Anthracite 0.446 0.08-1.51 Giá trị đo được China Bituminous 0.147 0.009-1.134 Tsinghua University, 2011 China Subbituminous 0.145 0.008-2.248 China Anthracite 0.15 0.009-0.541 China Lignite 0.28 0.030-1.527
Thailand Lignite 0.12 0.02-0.57 Finkelman, 2004 Indonesia Lignite 0.11 0.02-0.19 Finkelman, 2003
Australia Bituminous 0.215 0.03-0.4 Pirrone et al., 2001 Turkey Bituminous 0.11 0.03-0.66 Finkelman, 2003 Czech Rep Bituminous 0.25 <0.02-0.73 Finkelman, 2003 Egypt Bituminous 0.12 0.04-0.36 Finkelman, 2003
New
Zealand Anth.+Bit. 0.31 0.02-0.6 Finkelman, 2004 Romania Bituminous 0.21 0.07-0.46 Finkelman, 2003 Russia Bituminous 0.11 <0.02-0.84 Finkelman, 2004
Peru Subbituminous 0.27 0.04-0.63 Finkelman, 2004 South America Bituminous 0.08 0.01-0.95 Tanzania Lignite 0.12 0.04-0.22 Zambia Bituminous 0.6 <0.03-3.6 Zimbabwe Bituminous 0.08 <0.03-0.5 Botswana Bituminous 0.09 0.04-0.15
3.2.1.2. Hàm lượng Thủy ngân trong than tại một số nhà máy nhiệt điện
Bên cạnh việc lấy mẫu than tại các mỏ than, một số mẫu than đầu vào của các nhà máy nhiệt điện cũng được thu thập và đánh giá hàm lượng Hg trong than. Các nhà máy đã thu thập mẫu than bao gồm: Cẩm Phả, Mông Dương, Quảng Ninh, Uông Bí, Hải Phòng và Ninh Bình.
Kết quả phân tích Hg trong than đầu vào tại một số nhà máy nhiệt điện cho thấy hàm lượng Hg trong than của các nhà máy nhiệt điện nằm trong khoảng 0,11 - 0,51 mg/kg. Riêng nhiệt điện Uông Bí có hàm lượng Hg trong than cao hơn các nhà máy còn lại (trong khoảng 1,62-3,26 mg/kg), kết quả này tương đối phù hợp với loại than sử dụng của nhà máy được khai thác từ khu vực mỏ Vàng Danh và Mạo Khê. Trong khi đó, các nhà máy còn lại sử dụng than phối trộn từ nhiều khu vực khác nhau của Quảng Ninh. Kết quả phân tích Hg trong than đầu vào của các nhà máy được thể hiện tại Hình 9 (số liệu phân tích mô tả tại Phụ lục 2).
3.2.1.3. Hàm lượng halogen và một số kim loại trong than
Ở nhiệt độ cao trong lò hơi của các nhà máy điện than, Hg tồn tại trong than đá tồn tại chủ yếu ở dạng nguyên tố thủy ngân (Hg0
). Theo Báo cáo UNEP POG năm 2010, các thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí thông thường (ESP, FGD) có rất ít khả năng để kiểm soát thủy ngân dạng nguyên tố (Hg0) vì các thiết bị này không có khả năng phản ứng hay hòa tan thủy ngân dạng nguyên tố. Tuy nhiên, tồn tại cùng với thủy ngân là các halogen có trong than, chúng có thể chuyển đổi oxit thủy ngân thành các phức Hg-halogen như: HgCl2, HgBr2.
Vì vậy, hàm lượng Cl trong than đã được tiến hành phân tích để đánh giá về khả năng tạo thành các phức Hg-halogen trong quá trình đốt than. Ngoài thông số thủy ngân, các thông số như: asen, selen, natri, canxi cũng được tiến hành phân tích để đánh giá đồng thời chất lượng than ở từng mỏ. Kết quả trung
Bảng 3.7 Kết quả (C , N , Se, As, C ) trung nh trong th n t i 08 th n Hàm ƣ ng Đơn vị Gi trị nh nhất Gi trị ớn nhất Trung bình Ca % 0.01 0.56 0.15 Na % 0.01 0.27 0.09 Se mg/kg 0.76 7.74 2.81 As mg/kg 3.41 48.14 16.71 Cl g/kg 0.02 2.17 0.60
Kết quả phân tích cho thấy, than tại mỏ Hà Tu có hàm lượng Ca là cao nhất (0,56%), mỏ Hòn Gai có hàm lượng Na trong than cao nhất (0,27%) so với các mỏ con lại. Than tại mỏ Mạo Khê có hàm lượng Se (7,74 mg/kg) và As (48,14 mg/kg) cao hơn các mỏ còn lại. Trong khi đó nồng độ As trong mẫu than tại mỏ Vàng Danh có giá trị trong khoảng 3,41-6,52 mg/kg. Như vậy cho thấy nồng độ As trong than tại một số mỏ của khu vực Quảng Ninh có sự biến động khá lớn.
Hàm lượng Cl trong mẫu than tại mỏ than Hà Lầm có kết quả cao nhất với 2,17 g/kg. Hàm lượng Cl trung bình tại 08 mỏ là 0,69 g/kg. So sánh với kết quả phân tích than tại một số nước cho thấy hàm lượng Cl trung bình trong than tại 08 mỏ của Quảng Ninh là tương đồng so với một số nước như: Trung Quốc là 0,31 g/kg (Tsinghua University, 2011), Ấn Độ trong khoảng 0,33-1,4 g/kg (CIMFR, 2014).
Hình 3.3 Kết quả ph n tí h Hg trong th n ầu vào t i ột số nhà nhiệt iện
3.2.1.4. Hàm lượng Thủy ngân trong than các điểm nghiên cứu:
Để đánh giá khách quan về nồng độ thủy ngân và một số hóa chất có trong than, 05 mẫu than trên tổng số mẫu tại các mỏ đã được chuyển đến các phòng thí nghiệm thuộc VinaControl để tiến hành phân tích đối chiếu.
Dựa trên kết quả phân tích của các phòng thí nghiệm về các thông số trong 05 mẫu than, số liệu phân tích sẽ được đánh giá thông qua độ chụm (RPD), được tính theo công thức sau:
| |
Trong đó:
RPD: phần trăm sai khác tương đối của mẫu đúp; A: kết quả phân tích lần thứ nhất;