3.3.1. Các giải pháp nâng cao hiệu suất thu hồi
Từ những phân tích, đánh giá về những mặt mạnh và hạn chế của dây chuyền công nghệ sản xuất điện và công nghệ thu hồi tro bay ở phần trên, có thể đề xuất các giải pháp để nâng cao hiệu suất thu hồi tro bay tại nhà máy:
3.3.1.1. Thay thế nhiên liệu đốt
Than: Từ các kết quả nghiên cứu, than nhà máy đang sử dụng là than cám Hịn
Gai có chất lƣợng xấu, nhiệt trị thấp, độ tro cao (29,74 %) có thể thay thế bằng loại than có chất lƣợng tốt hơn, độ tro thấp hơn để giảm phát thải tro bay và xỉ của nhà máy.
Dầu: Nhƣ phân tích ở trên, hệ thống vịi phun dầu đốt phục vụ khởi động lò ban
đầu đƣợc thiết kế để đốt dầu DO. Tuy nhiên hiện nay nhà máy đang sử dụng dầu FO để đốt. Vì vậy trong thời gian tới, đề xuất thay thế dầu FO bằng dầu DO để tăng hiệu quả đốt, tạo lƣợng nhiệt cao nhất cho sản xuất điện.
3.3.1.2. Nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống ESP
Bụi tro bay của nhà máy đƣợc thu gom khô bằng hệ thống lọc bụi tĩnh điện. Vì vậy giải pháp nâng cao hiệu suất thu hồi tro bay là nâng cấp, cải tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện ESP.
Đối với mỗi tổ máy của Nhà máy Nhiệt điện Quảng Ninh, sẽ tiến hành thay thế các máy biến áp chỉnh lƣu thƣờng bằng máy biến áp chỉnh lƣu cao tần có điện áp làm việc 83+2 kV; Thay thế cải tạo tất cả bản cực lắng, cực phóng, thanh đỡ, búa gõ, sứ cách điện trong trƣờng lọc bụi bằng loại tốt hơn cho tất cả các trƣờng lọc bụi của hệ thống ESP.
3.3.1.3. Lắp đặt thêm thiết bị xử lý khí NOx
Để đáp ứng quy chuẩn mơi trƣờng, nồng độ NOx trong khói thải đầu ra đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng 510 mg/Nm3 thì nhà máy phải lắp đặt thêm hệ thống xử lý NOx kiểu có xúc tác (SCR) trên đƣờng khói đi lị. Vị trí lắp đặt tại đầu ra bộ hâm nƣớc đƣợc chỉ ra ở hình 3.7. Amonia từ xe chuyên dụng của nhà cung cấp sẽ đƣợc cấp vào 2 bình chứavà cấp đến bình hịa trộn bằng khí nén, đƣa qua các vịi phun đặt trƣớc bình phản ứng xúc tác và phun vào đƣờng khói để khử NOx.
+ Hệ thống tích trữ amonia: 2 bình dung tích 95 m3. + Máy nén 2 cái,
+ Bơm amonia 2 cái,
+ Hệ thống bốc hơi amonia gồm 3 bình bốc hơi và 3 bình chứa, mỗi bình 1,5 m3 (02 làm việc và 1 dự phòng) và các thiết bị đo lƣờng, điều khiển, giám sát,
+ Các thiết bị chính trong hệ thống SCR cho 1 tổ máy:
- Hệ thống giàn phun, bộ hồ trộn và bình phản ứng xúc tác (Catalyst Reactor) 02 bộ (mỗi nhánh 1 bộ đi kèm là hệ thống thổi bụi bằng hơi, kích thƣớc sơ bộ của lị phản ứng 6,60 m x 8,5 m x 10,0 m (dài x rộng x cao).
- Quạt cấp khơng khí hồ trộn (Dilution air Fan): 2 x 100 %.
Hình 3. 7. Vị trí dự kiến lắp đặt hệ thống khử NOx (SCR)
Khi NH3 dƣ trong khí thải sau bộ SCR trong điều kiện phù hợp về độ phân bố hoà trộn, vùng nhiệt độ thích hợp sẽ phản ứng với SO3 trong khí thải tạo thành NH4HSO4 và (NH4)2SO4. (NH4)2SO4 là dạng chất bột và khơ, một phần là chất lỏng sệt nó có thể dính trên bề mặt và bị thiêu kết. Trong vận hành bình thƣờng nếu xảy ra hiện tƣợng trên thì hầu nhƣ NH4HSO4 sẽ bị thiêu kết trên bề mặt ở phần cuối của bộ sấy khơng khí và sẽ đƣợc thải ra ngoài theo tro bay ở phễu bộ sấy khơng khí.Một phần rất nhỏ NH4HSO4 và (NH4)2SO4 bay theo dịng khí thải vào hệ thống ESP.Thơng thƣờng
hệ thống ESP cũng đƣợc vận hành ở khoảng nhiệt độ 145-150 oC khả năng thiêu kết của H4HSO4 trên các tấm bản cực của hệ thống ESP là rất thấp nhƣng vẫn có thể xảy ra điều này, làm giảm khả năng phóng điện của cực phóng và khả năng hút của cực lắng. Ngoài ra (NH4)2SO4 lẫn vào trong tro bay cũng có thể làm giảm điện trở của tro bay dẫn đến giảm hiệu suất của hệ thống ESP. Cả hai hiện tƣợng trên tác động tiêu cực đến hiệu suất của hệ thống ESP nhƣng mức độ suy giảm là không đáng kể. Để giảm sự hình thành NH4HSO4 và (NH4)2SO4 thì phải giảm sự hình thành SO3, có một số giải pháp nhƣ thay đổi nguồn than có hàm lƣợng lƣu huỳnh thấp, đốt than trộn, hoặc phun chất hấp thụ vào trong đƣờng khói, hình 3.8. Khi phun
chất hấp thụ vào trong đƣờng khói có thể giảm đƣợc sự hình thành SO3 nhƣng cũng lại ảnh hƣởng đến các hệ thống khác và tăng chi phí vận hành.
Hình 3.8. Sơ đồ phun chất hấp thụ vào trong dịng khói
Kinh nghiệm trên thế giới đã chứng minh rằng giải pháp tốt nhất là điều khiển hàm lƣợng NH3 dƣ trong giải thiết kế cho phép sẽ không ảnh hƣởng đến vận hành của hệ thống ESP và các hệ thống phía sau.
NH4+ + OH- ↔ NH3 + H2O
NH4 phân tử hoà tan dễ dàng giải phóng khỏi dung dịch thành khí NH3 tự do, có mùi nặng, làm ngƣời sử dụng khó chấp nhận. Các nghiên cứu chỉ ra rằng nếu trong tro xỉ chứa hợp chất NH4 khơng vƣợt q 100 ppm thì sẽ khơng phát hiện hoặc tìm thấy
Thiết bị ESP Lị hơi Bộ khử NOx Bộ sấy khơng khí ống khói FGD Chất hấp thụ
mùi NH3. Vì vậy để đảm bảo khơng có vấn đề gì xảy ra trong quá trình sử dụng tro xỉ, hàm lƣợng hợp chất NH4 chứa trong tro xỉ hơn không lớn hơn 100 ppm.
3.3.2. Đề xuất các giải pháp sử dụng tro bay của nhà máy nhiệt điện
Qua tìm hiểu các ví dụ về ứng dụng sử dụng tro bay ở trong nƣớc và thế giới ở phần tổng quan cho thấy, tro bay là một nguyên liệu tiềm năng tuyệt vời dùng để sản xuất vật liệu xây dựng nhƣ xi măng pha trộn, gạch tro bay, gạch ốp lát và các khối rỗng trong xây dựng.
3.3.2.1. Sử dụng tro bay sản xuất bê tông thương phẩm
Hiện nay một Công ty Hàn Quốc ở Hải Dƣơng đang sử dụng thiết bị tổng hợp đa tính năng để sản xuất bê tông, xi măng hỗn hợp, vữa (vữa khơ, vữa rót khơng co ngót), phụ gia bê tơng và vữa các loại từ tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại. Đây là Cơng ty có các thiết bị tiên tiến nhập khẩu 100 % từ Hàn Quốc với dây chuyền công nghệ sản xuất khép kín, ít gây ảnh hƣởng tới mơi trƣờng.Các quy trình cơng nghệ đƣợc trình bày nhƣ dƣới đây [10]:
* Quy trình sản xuất bê tơng thƣơng phẩm:
Tại nhà máy, tro bay đƣợc bơm vào silo nguyên liệu kín, qua hệ thống xử lý ly tâm, các hạt phân tử nhỏ, nhẹ rơi xuống silo thành phẩm, còn các hạt lớn đƣợc chuyển vào silo phế thải. Sau khi lọc tuyển, ngoài phần cấp bán cho khách hàng, một phần tro đạt chất lƣợng sẽ đƣợc Công ty sử dụng trộn với xi măng, cát, đá, nƣớc cùng các chất phụ gia bằng thiết bị tổng hợp đa tính năng để tạo thành bê tơng, xi măng hỗn hợp và các loại vữa, phụ gia dùng cho vữa và bê tông.
Theo yêu cầu của mác bê tông và khối lƣợng bê tông cần cung cấp,nạp các dữ liệu vào máy tính, sau đó vào số mẻ cần phải trộn, khi đó hệ thống điều khiển sẽ tự động tính tốn và thực hiện phối trộn vật liệu.
- Chuyển xi măng và tro bay lên silo chứa, cốt liệu đƣợc xe xúc vận chuyển vào bunke chứa, nƣớc và phụ gia đƣợc chuẩn bị sẵn ở các thùng đựng trung gian.
- Hệ thống định lƣợng sẽ hoạt động, thực hiện đồng thời 3 công việc là cân cốt liệu, cân xi măng và cân nƣớc, phụ gia.
- Cân cốt liệu đƣợc thực hiện theo nguyên tắc cộng dồn: Đầu tiên mở cửa xả bunke chứa đá 1, khi đã xả đủ thì đóng cửa xả bunke chứa đá 1, đồng thời mở cửa xả chứa đá 2 và tiếp tục mở cửa xả bunke chứa cát, khi cát đã đủ thì cửa xả đƣợc đóng lại…Q trình này đƣợc diễn ra cho đến khi cân xong cốt liệu.
- Cân hỗn hợp xi măng và tro bay: mở cửa xả đáy silô chứa xi măng và tro bay, khi cân đủ xi măng thì vít tải ngừng lại.
- Cân nƣớc và phụ gia: nƣớc đƣợc bơm vào thùng cân sau đó mới cân đến phụ gia.
- Sau khi đã định lƣợng xong, thùng trộn quay, băng tải quay hoạt động xả cốt liệu xuống băng tải để chuyển lên phễu chờ trung gian, sau khi trộn xong một mẻ bê tơng thì mở cửa xả thùng chờ cho vật liệu vào cối trộn. Sau khi cốt liệu đã đƣợc xả hết vào thùng trộn thì bắt đầu xả xi măng, nƣớc và phụ gia. Thời gian trộn của cối trộn cƣỡng bức là khoảng 1s. Hết thời gian trộn thì hỗn hợp bê tơng đƣợc xả vào xe chuyên chở bê tông. Khi xả hết bê tơng thì cửa thùng trộn đóng lại và hệ thống điều khiển lại tiếp tục thực hiện mẻ trộn tiếp theo.
Tồn bộ quy trình đƣợc vận hành khép kín và hồn tồn tự động, hạn chế tối đa khói bụi, khí thải cũng nhƣ tiếng ồn ảnh hƣởng đến môi trƣờng và sức khỏe con ngừời.
3.3.2.2. Sản xuất xi măng hỗn hợp
Nhƣ ở phần tổng quan đã nghiên cứu, tro bay có thể ứng dụng để sản xuất xi măng hỗn hợp. Theo quy định, tổng lƣợng phụ gia khống trong xi măng hỗn hợp tính theo khối lƣợng khơng lớn hơn 40 %, trong đó phụ gia đầy khơng lớn hơn 20 %. Phụ gia khoáng là các vật liệu khống vơ cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, đƣợc phân ra thành 2 loại là phụ gia khống hoạt tính và phụ gia đầy. Theo nguồn gốc tạo thành, phụ gia khống hoạt tính có 2 loại tự nhiên và nhân tạo. Tro xỉ nhiệt điện là phụ gia khống hoạt tính nhân tạo.Nhƣ vậy tro bay có thể đƣa vào làm chất độn sản xuất xi măng hỗn hợp.
Thuyết minh quy trình cơng nghệ sản xuất:
Theo yêu cầu của loại xi măng và khối lƣợng xi măng cần cung cấp, nhân viên sản xuất đƣa các dữ liệu vào máy tính, khi đó hệ thống điều khiển sẽ tự động làm việc. Các nguyên liệu tro bay, xi măng, và chất phụ gia đƣợc đƣa vào các silo chứa tƣơng ứng với tỷ lệ tro bay: xi măng: chất phụ gia là 15: 5: 1. Hệ thống định lƣợng sẽ hoạt động, thực hiện đồng thời 3 công việc là cân tro bay, cân xi măng và cân phụ gia. Từ các silo chứa nguyên liệu đƣợc chuyển qua hệ thống trung chuyển tới máy trộn. Tại đây toàn bộ nguyên liệu đƣợc trộn đều và qua băng tải guồng xoắn chuyển tới silo thành phẩm. Lúc này thành phẩm đƣợc xả vào xe vận chuyển hoặc xả xuống thiết bị
đóng gói thành bao hồn thiện và cấp đi các cơng trình.Lƣợng xi măng hỗn hợp sản xuất ra là 3 m3/mẻ.
3.3.2.3. Sản xuất gạch tro bay không nung
Gạch tro bay không nung hiện nay đang đƣợc ƣa chuộng sử dụng vì tính kinh tế và thân thiện với môi trƣờng. Tuy nhiên các nhà máy sản xuất gạch tro bay trong nƣớc cịn ít và chƣa đƣợc phát triển. Do vậy nghiên cứu đã đề xuất quy trình sản xuất gạch tro bay khơng nung nhƣ sau:
Các nguyện vật liệu bao gồm: tro bay, xỉ, đá vôi, cát, xi măng và thạch cao sau khi qua phễu định lƣợng theo tỷ lệ phối trộn quy định đƣợc đƣa vào cối trộn cùng nƣớc để trộn đều, tạo sự kết dính trƣớc khi đƣa vào khn định hình. Tồn bộ quy trình sản xuất đƣợc theo dõi qua internet để kiểm soát hoạt động sản xuất do vậy sẽ hạn chế đƣợc tác động xấu đối với môi trƣờng và con ngƣời.
Gạch từ khn định hình cần sấy khơ bằng các nguồn năng lƣợng sẵn có tại cơ sở sản xuất và đƣợc dƣỡng hộ để thành tạo thành gạch thành phẩm. Toàn bộ dây chuyền sản xuất đƣợc vận hành hoàn tồn tự động. Sản xuất gạch tro bay khơng nung có ý nghĩa rất lớn đối với mơi trƣờng vì không cần sử dụng nhiệt nên giảm sự tiêu dùng năng lƣợng so với sản xuất gạch nung truyền thống. Việc sản xuất gạch tro bay không nung sẽ tận dụng đƣợc một lƣợng đáng kể tro bay và xỉ than đƣợc tạo ra từ các nhà máy nhiệt điện đốt than. Tiết kiệm 84 % năng lƣợng đầu vào so với sản xuất gạch nung truyền thống, giảm sự phát thải CO2.
Về chất lƣợng sản phẩm: gạch tro bay khơng nung có chất lƣợng tốt, đảm bảo đáp ứng các u cầu về xây dựng cơng trình.
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận
Từ các kết quả nghiên cứu trong luận văn có thể rút ra các một số kết luận sau: 1. Công nghệ sản xuất điện của Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh là cơng nghệ lị hơi đốt than phun. Đây là cơng nghệ tiên tiến và hiện đang đƣợc áp dụng phổ biến trên thế giới.
2. Các nguồn chất thải: Tro bay, nƣớc thải và khí thải đã đƣợc xử lý đảm bảo theo Quyết định số 767/QĐ-BTNMT của Bộ Tài Nguyên và môi trƣờng về việc phê duyệt báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng dự án nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh ngày 18 tháng 6 năm 2003. Tuy nhiên nồng độ NOx và bụi trong khí thải đo đƣợc tƣơng ứng 616 mg/m3 (vƣợt 1,2 lần) và 116,06 mg/Nm3 (vƣợt 1,13 lần) vẫn cao hơn giới hạn cho phép so với QCVN 22: 2009/BTNMT cột B là 510 mg/m3 và 102 mg/Nm3.
3. Điện áp của hệ thống lọc bụi tĩnh điện không đạt giá trị tối ƣu nên hệ thống lọc bụi tĩnh điện khơng loại bỏ đƣợc hết bụi trong khí thải, hệ thống lọc bụi tĩnh điện ESP loại bỏ đƣợc 696.341 tấn/năm; nhà máy mới tiêu thụ đƣợc 12,9 % lƣợng tro bay sinh ra trong q trình sản xuất. Phần cịn lại đƣợc chứa trong bãi chứa xỉ.
4. Đã đề xuất 03 giải pháp sau đây để nâng cao hiệu suất thu hồi tro bay của nhà máy đó là: thay thế nhiên liệu đốt, nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống ESP, lắp đặt thêm thiết bị xử lý khí NOx và đề xuất 03 giải pháp để tận dụng lƣợng tro bay của nhà máy đó là làm bê tơng thƣơng phẩm, làm xi măng hỗn hợp, và làm gạch tro bay không nung.
Khuyến nghị
Qua nghiên cứu đề tài, có thể thấy: (i) than cấp cho nhà máy sử dụng chất lƣợng thấp, độ tro cao và nhiên liệu dầu FO đốt phụ trợ khởi động lò hơi chƣa đúng với thiết kế vòi đốt dầu DO, (ii) Điện áp cấp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện chƣa đạt yêu cầu và nhà máy chƣa có hệ thống khử NOx nên nồng độ bụi, khí NOx phát sinh cịn cao, (iii) việc sử dụng tro bay của nhà máy cịn hạn chế. Từ đó tác giả đƣa ra một số khuyến nghị nhƣ sau:
+ Thay thế loại than có chất lƣợng tốt hơn, có độ tro thấp và hàm lƣợng S thấp hơn. Đồng thời thay thế nhiên liệu dầu FO hiện tại bằng dầu DO.
+ Cải tạo, thay thế tất cả các bản cực lắng, cực phóng, sứ cách điện trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện ESP bằng loại tốt hơn và nâng điện áp hoạt động lên 35-70 kV để đảm bảo yêu cầu làm việc đạt hiệu suất cao nhất.
+ Lắp đặt thêm thiết bị khử NOx (bộ khử SCR) để đảm bảo NOx đạt giới hạn cho phép của QCVN 22: 2009/BTNMT, cột B theo yêu cầu hiện hành.
+ Tận dụng tro bay thu đƣợc tại nhà máy làm nguyên liệu cho một số ngành sản xuất vật liệu xây dựng nhƣ bê tông thƣơng phẩm, xi măng hỗn hợp, gạch tro bay không nung.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng (2011), QCVN 40: 2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.
2. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng (2009), QCVN 22: 2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải nhà máy nhiệt điện.
3. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng (2009), QCVN 07: 2009/BTNMT– Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại.