Ứng dụng mô hình Berliand đánh giá sự lan truyền ô nhiễm không khí Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng, Xã Vĩnh Tân, Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận

Ứng dụng mô hình Berliand đánh giá sự lan truyền ô nhiễm không khí Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng, Xã Vĩnh Tân, Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận” làm bài nghiên cứu ứng dụng mô hình hóa, để từ đây có thể tạo ra một tài liệu trực quan làm tiền đề để tạo nên các mô hình quản lý khí thải từ nhà máy phát thải ra môi trường không khí xung quanh từ đó nhằm nâng cao chất lượng không khí để người dân và thiên nghiên không bị ảnh hưởng bởi khói bụi từ nhà mát nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng.

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÍ

TIỂU LUẬN MÔN HỌC BỘ MÔN: MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

NĂM HỌC 2021 – 2022

Bình Dương, 2021

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÍ

Đề tài:

Ứng dụng mô hình Berliand đánh giá sự lan truyền ô nhiễm không khí Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng, Xã Vĩnh

Tân, Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận

GVHD: ThS Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết SVTH: Nguyễn Lê Trung Dũng

Lớp: D19MTKT01 MSSV: 1924403010190 Email: dungnguyen3301@gmail.com

Bình Dương, 2021

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về mô hình Berliand 3

1.2 Tổng quan về nhà máy 4

1.2.1 Vị trí địa lý và hiện trạng khu đất 4

1.2.2 Sản phẩm và công suất sản xuất 5

1.2.3 Quy trình sản xuất 5

1.2.4 Nhu cầu nhiên liệu 6

1.2.5 Nhu cầu máy móc thiết bị 6

1.2.6 Tác động môi trường không khí 7

1.2.7 Giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí 7

1.3 Tổng quan về điều kiện khí tượng và môi trường khu vực nghiên cứu 7

1.3.1 Điều kiện khí tượng 7

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

2.1 Nội dung nghiên cứu 9

2.1.1 Thu thập số liệu 9

2.1.2 Chạy mô hình Berliand 10

2.1.3 Đánh giá sự lan truyền chất ô nhiễm trong không khí từ nhà máy 10

2.2 Phương pháp nghiên cứu 10

2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu 10

2.2.2 Phương pháp mô hình hóa 11

2.2.3 Phương pháp so sánh 13

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 15

3.1 Kết quả thu thập số liệu 15

3.1.1 Số liệu về nguồn phát thải 15

3.1.2 Số liệu về môi trường 15

3.2 Kết quả chạy mô hình 15

3.2.1 Kết quả tính toán các thông số trung gian của mô hình.15 3.2.2 Kết quả tính toán sự lan truyền các chất ô nhiễm 15

3.3 Đánh giá kết quả chạy mô hình 20

3.4 Thảo luận 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Nhiệt độ không khí xung quanh khu vực nhà máy Đơn vị: oC 7

Bảng 1 2 Chất lượng không khí xung quanh 8

Bảng 2 1 Số liệu về nguồn phát thải của nhà máy 9

Bảng 2 2 Số liệu về thông số phát thải 9

Bảng 2 3 Tải lượng và nồng độ các chất ô nhiễm sau xử lý 9

Bảng 2 4 Đặc điểm gió tại khu vực nhà máy 10

Bảng 2 5 Giá trị giới hạn của các thông số trong không khí xung quanh .13

Bảng 2 6 Nồng độ của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghệp nhiệt điện 14

Bảng 3 1 Số liệu về nguồn thải 15

Bảng 3 2 Số liệu về hàm lượng ô nhiễm 15

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Bản đồ vệ tinh nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng 5

Hình 1 2 Sơ đồ quy trình sản xuất điện tại nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng 6

Hình 3 1 Biểu đồ mô phỏng lan truyền Bụi 21

Hình 3 2 Biểu đồ mô phỏng lan truyền NOx 21

Hình 3 3 Biểu đồ mô phỏng lan truyền SO2 21

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề

Theo điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011- 2020

có xét đến năm 2030 (Quy hoạch điện VII điều chỉnh), đến năm 2020, tổng công suấtcác nhà máy nhiệt điện than khoảng 26.000 MW (chiếm 42,7% công suất nguồn toàn

hệ thống), sản xuất khoảng 131 tỷ kWh (chiếm 49,3% sản lượng điện) Theo đó, từ

2011, hàng loạt nhà máy nhiệt điện than công suất lớn (600 - 1.200 MW) trên cả nướcliên tục được đưa vào vận hành Nhiệt điện than ngày càng khẳng định vai trò lànguồn điện chủ lực, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

Cho đến nay, tổng kết năm 2019, tổng công suất điện cả nước đạt 54.880 MW,trong đó nhiệt điện than đạt 20.200 MW chiếm 36,1%, nhưng có giá trị rất cao về sảnxuất ra điện lượng Sản lượng do nhiệt điện than phát ra chiếm 150 tỷ kWh trong tổng

số 231 tỷ kWh điện cả năm của Việt Nam Bởi lẽ, nhiệt điện than là nguồn điện ổnđịnh quanh năm, số giờ lên tới 7.000 giờ/năm, do thiếu điện nên gần đây thườngxuyên vận hành tới 8.000 giờ/năm, hiện chưa có nguồn điện nào đạt được điều kỷ lụcnhư vậy

Để sản xuất đủ điện nhằm đáp ứng nhu cầu của nền kinh tế, Việt Nam hiện vẫndựa nhiều vào các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than Cùng với lượng phát thải lớn,các nhà máy nhiệt điện than còn tác động nhiều mặt đến môi trường và sức khỏe conngười, trong đó nguy cơ ô nhiễm không khí đang hiện hữu Nhiều nghiên cứu chothấy, khói thải từ các nhà máy nhiệt điện than có các thành phần bụi rắn, các khí như

CO2, NO, SO2, HCl, NO2, N2O và SO3 và hầu hết đều có hại đối với môi trường Bụiphát thải từ các ống khói thường có kích thước rất nhỏ, phát tán xa hàng chục km, cónguy cơ thâm nhập vào đường hô hấp của con người Trong bụi còn chứa một số kimloại độc hại như chì, asen, đồng, kẽm… Khí thải nhà máy nhiệt điện than cũng chứacác axit như SOx, NOx khí Clo, H2S Các khí này tác dụng với hơi nước có trong khíquyển tạo thành các đám mây axit, ngưng tụ thành mưa axit làm hủy hoại đất đai, mùamàng, các kết cấu kim loại, gây các bệnh ngoài da và bệnh đường hô hấp…Bên cạnh

đó, các khí như CO2, NOx có trong khói thải còn tạo hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độtrái đất tăng cao Nhiều nghiên cứu cho rằng hiện tượng trái đất nóng lên do các nhàmáy nhiệt điện than thải ra chiếm tới 20% tổng số lượng CO2 thải vào khí quyển Nếutính thêm sự phát tán khí NOx, CH4 thì sự tác động hiệu ứng nhà kính do sử dụng thanvào khoảng 22%

Từ vấn đề trên, em đã chọn đề tài “Ứng dụng mô hình Berliand đánh giá sự lantruyền ô nhiễm không khí Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng, Xã Vĩnh Tân,Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận” làm bài nghiên cứu ứng dụng mô hình hóa, để

từ đây có thể tạo ra một tài liệu trực quan làm tiền đề để tạo nên các mô hình quản lýkhí thải từ nhà máy phát thải ra môi trường không khí xung quanh từ đó nhằm nângcao chất lượng không khí để người dân và thiên nghiên không bị ảnh hưởng bởi khóibụi từ nhà mát nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng

Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá sự lan truyền khí thải của nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộngbằng cách ứng dụng mô hình Berliand mô phỏng quá trình lan truyền không khí từ cácnguồn thải xác định

Đối tượng nghiên cứu

Môi trường không khí tại nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng và môitrường không khí xung quanh nhà máy

Phạm vị nghiên cứu

Địa điểm: Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng, Xã Vĩnh Tân, Huyện TuyPhong, Tỉnh Bình Thuận

Thời gian: 2014-2015

Ý nghĩa nghiên cứu

Mô hình được sự lan truyền các chất ô nhiễm do các ống khói thải tại nhà máynhiệt điện Vĩnh Tân 4 gây ra

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về mô hình Berliand

Mô hình thống kê thủy động dựa trên lý thuyết nửa thứ nguyên (còn gọi là môhình K) là một trong ba nhóm mô hình chính về khí theo sự phân loại của tổ chức khítượng thế giới Mô hình này được trường phái khoa học do Berliand (Nga) đứng đầunghiên cứu và áp dụng ở Liên Xô Ở Việt Nam, mô hình này đã được nghiên cứu vàtriển khai từ những năm 70 của thế kỷ trước cho một số công trình, dự án

Mô hình Berliand phù hợp cho việc áp dụng vào phạm vi ô nhiễm gần nguồn

và các nguồn điểm cao

Mô hình Berliand được xây dựng khi các điều kiện sau đây được thực hiện:

 Công suất của nguồn điểm phát thải là liên tục và coi là quá trình dừng

 Thành phần khuếch tán rối theo chiều gió nhỏ hơn rất nhiều so với thànhphần khuếch tán rối theo phương vuông góc với chiều gió

 Tốc độ thẳng đứng thường nhỏ so với tốc độ gió nên có thể bỏ qua, trục

z thường lấy chiều dương hướng lên trên, do đó đối với bụi nặng thìthành phần Vz sẽ bằng tốc độ rơi của hạt (dấu âm), còn đối với chất ônhiễm khí và bụi nhẹ thì Vz = 0

 Bỏ qua hiện tượng chuyển “pha” của chất ô nhiễm cũng như không xétđến chất ô nhiễm được bổ sung trong quá trình khuếch tán

 Điều kiện ban đầu: Điều kiện ban đầu của bài toán lan truyền các chất ônhiễm trong môi trường không khí được thiết lập trên cơ sở định luậtbảo toàn vật chất (t=0, x = 0, y = 0, z = H)

 Điều kiện biên: Lớp không khí khảo sát thường giới hạn bởi mặt đất,còn độ cao thường là vô hạn hoặc hữu hạn tuỳ theo sự phân lớp của khíquyển Thông thường điều kiện biên được thiết lập cho hai trường hợp:

 Điều kiện xa vô cùng: nồng độ của chất ô nhiễm giảm dần khi ra xa vôtận

 Điều kiện bề mặt trải dưới:

 Nếu bề mặt trải dưới có chứa nước (sông, hồ, ao, biển ) thì khả nănghấp thụ chất ô nhiễm của nước rất lớn nên nồng độ chất ô nhiễm tại mặttrải dưới được xem như bằng không

 Nếu bề mặt trải dưới là khô thì điều kiện phản xạ của mặt trải dưới là rấtlớn, do đó các dòng chất thải đến mặt trải dưới bị phản xạ hoàn toàn vàokhí quyển

Các ký hiệu dùng trong mô hình:

₋ C (x, y, z): Nồng độ chất ô nhiễm tại vị trí có tọa độ (x, y, z)

₋ D: đường kính trong miệng ống khói (m)

₋ R: bán kính trong miệng ống khói (m)

₋ h: chiều cao ống khói (m)

₋ Q/M: công suất nguồn thải chất ô nhiễm (g/s)

₋ L: lưu lượng khí thải (m3/s)

₋ ω0 –vận tốc khí thoát ra khỏi miệng ống (m/s)

₋ Tb: nhiệt độ tạp chất khí thoát ra khỏi miệng ống khói (K)

₋ v/u10: vận tốc gió (m/s) tại độ cao 10m

₋ u1: vận tốc gió (m/s) tại độ cao 1m

₋ T: nhiệt độ không khí xung quanh tại mặt đất (K)

₋ ΔT = Tb –T (hiệu nhiệt độ của tạp chất khí thoát ra khỏi miệng ống

₋ và nhiệt độ không khí xung quanh)

₋ n: hệ số lưu ý sự biến đổi tốc độ gió theo độ cao n

₋ k0: Kích thước khuếch tán rối ngang (m)

₋ k1:hệ số khuếch tán rối đứng tại độ cao 1 m so với mặt đất (m2/s)

Tọa độ đại lý tương đối:

Kinh độ: 108048’00’’

Vĩ độ: 11020’00’’

b Hiện trạng khu đất

Phạm vi dự án có nền địa hình thoải dần về phía bờ biển theo hướng Đông Bắc,hướng Nam – Đông Nam giáp biển Đông, hướng Tây Bắc giáp đường QL 1A, hướngTây Nam giáp xã Vĩnh Hào, Tuy Phong, Bình Thuận và hướng Đông Bắc giáp xãPhước Diêm, Ninh Phước, Ninh Thuận

1.2.2 Sản phẩm và công suất sản xuất

Sản phẩm tại nhà máy: điện

Công suất sản xuất: 1x600 MW

Sản lượng điện sản xuất khoảng 3,9 tỷ kWh/năm

Ngày 22/4/2019, Dự án Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 MR đã thực hiện hòalưới điện lần đầu thành công Trong năm 2021, nhà máy đội ngũ các kỹ sư và côngnhân của nhà máy đã thực hiện công tác quản lý, vận hành tối ưu 3 tổ máy với côngsuất cao, kết hợp với công tác bảo dưỡng, sửa chữa kịp thời các hư hỏng phát sinh nêncác tổ máy luôn trong trạng thái khả dụng tốt, vận hành an toàn, liên tục Qua đó, sảnlượng điện tăng cao, hiệu quả trong sản xuất điện, đáp ứng nhu cầu phụ tải của hệthống lưới điện quốc gia, nhất là trong các tháng mùa khô Đồng thời, đơn vị cũng đãtriển khai thực hiện tốt công tác bảo vệ môi trường, các chỉ số phát thải như: bụi, khói,nước thải đều thấp hơn chỉ tiêu cho phép trong đánh giá tác động môi trường…

1.2.3 Quy trình sản xuất

Hình 1 1 Bản đồ vệ tinh nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở

rộng

1.2.4 Nhu cầu nhiên liệu

- Than bituminous/sub- bituminous nhập khẩu

- Dầu DO Dùng để mồi lò và đốt hỗ trợ 9000 tấn/năm – 1,38tấn/h

1.2.5 Nhu cầu máy móc thiết bị

a Lò hơi

Lò hơi thông số trên tới hạn (SC), tái sấy một lần, đốt than phun, gió-khói cânbằng

Công suất tối thiểu của lò đốt than không đốt dầu hỗ trợ: 30-40%

Công suất tối đa của lò khi đốt dầu: 30%

Hiệu suất lò hơi: 86,7%

Máy phát điện phải được kết nối trực tiếp với trục turbine, là loại nằm ngang,đồng bộ, 3 pha, hệ thống làm mát bằng nước và hydro.

- Bãi thải xỉ: chứa được lượng tro xỉ trong 5 năm

1.2.6 Tác động môi trường không khí

- Khí thải từ ống khói nhà máy: nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng sử dụngthan nhập khẩu từ Indonesia hoặc Úc làm nhiên liệu đốt chính Tong quá trìnhvận hành sẽ phát sinh các chất gây ô nhiễm không khí bao gồm bụi, SO2, NOx

- Ngoài sử dụng than Bituminous và Sub- Bituminous làm nhiên liệu đốt chính,nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng còn sử dụng nhiên liệu lỏng DO làmnhiên liệu phụ để khởi động lò đốt và đốt hỗ trợ ở phụ tải thấp <30% Sau khi

tổ hợp máy đã khởi động động và hòa lưới, lò hơi sẽ vận hành bằng than bột

mà không cần đốt hỗ trợ bằng dầu

1.2.7 Giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí

Thiết bị kiểm soát khí thải: lọc bụi trong khí thải (ESP) với hiệu suất 99,13%,các biện pháp đốt giảm phát thải NOx, lắp đặt bộ khử NOx (SCR) với hiệu suất 65%,khử lưu huỳnh bằng nước biển (SW-FGD) với hiệu suất 90%

- Đối với khí SO2: lắp đặt hệ thống khử FGD (flue gas desulphurisation)

- Đối với khí NOx: lắp đặt hệ thống khử SCR (selective catalyst redution)

- Đối với bụi: lọc bụi tĩnh điện ESP

1.3 Tổng quan về điều kiện khí tượng và môi trường khu vực

nghiên cứu

1.3.1 Điều

kiện khí tượng

a Nhiệt độ không khí

- Nhiệt độ trung bình năm: 27,1oC

- Giá trị nhiệt độ lớn nhất tính đến năm 2014: 39,4oC

- Giá trị nhiệt độ nhỏ nhất tính đến năm 2014: 16,1oC

- Chế độ nhiệt giữa các tháng trong năm không có sự khác biệtnhiều

Bảng 1 1 Nhiệt độ không khí xung quanh khu vực nhà máy Đơn

vị: o C

TB 24,8 24,9 26,6 29,2 28,7 28,5 28,4 27,6 26,9 26,1 25,2 27,9 27,1Max 33,1 33,8 36,5 37,4 39,4 38,8 37,6 38,6 37,0 34,7 33,9 32,7 39,4Min 17,0 17,6 18,1 21,0 22,1 22,6 23,2 21,0 22,0 21,0 27,8 16,1 16,1

d Gió

- Hướng gió chia 2 mùa rõ rệt: tháng 4-9 hướng gió là gió mùa TâyNam và Đông Nam Tháng 10-3 năm sau hướng gió là gió mùaĐông Bắc và gió Bắc

- Tốc độ gió lớn nhất thường do các cơn bão biển gây ra Vị trícông trình tuy nằm sát bờ biển nhưng các trận bão đổ bộ trực tiếp

ít xuất hiện, chủ yếu chịu ảnh hưởng bởi hoàn lưu bão và áp thấpnhiệt đới

e Chất lượng môi trường không khí xung quanh

Bảng 1 2 Chất lượng không khí xung quanh

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu

2.1.1 Thu thập số liệu

Đề tài thu thập những số liệu sau để phục vụ qua quá trính tính toán lan truyềnkhí thải bằng mô hình Berliand:

- Số liệu về nguồn phát thải của nhà máy:

Bảng 2 1 Số liệu về nguồn phát thải của nhà máy

Nhiên liệu than tiêu thụ (tấn/h) 258,7

Số giờ hoạt động trong năm (h/năm) 6500

Lưu lượng khí thải (Nm3/s) 619

Nhiệt độ khí thải tại ống khói (oC) 80

Đường kính ống khói (m) 6,4

Chiều cao ống khói (m) 210

% Sulfur trong than (%) 0,85

Tiêuchuẩn vềkhí thải tạimiệng ốngkhói(mg/Nm3)

Hiệu suấtkhử yêucầu (%)

Hiệu suấtkhử chọn(%)

Nồng độsau xử lý(mg/Nm3)

Tải lượngphát thảisau xử lý(g/s)

- Số liệu về điều kiện khí tượng khu vực xung quanh nhà máy:

Nhiệt độ không khí xung quanh: 27,1oC

Bảng 2 4 Đặc điểm gió tại khu vực nhà máy

Tháng Hướng gió

chủ đạo

Tần suất xuất hiện gió

Tôc độ gió trung bình

(m/s)

4-9 Tây Nam

Đông Nam

6,15

14,412,610-3 Đông Bắc

Bắc

19,97,5

15,416,5Tốc độ gió trung bình đo đạc được tại các trạm quan trắc: 3,1 m/s

2.1.2 Chạy mô hình Berliand

Xác định các thông số để nhập liệu như:

- Chiều cao ống khói

- Đường kính trong của miệng ống khói

- Thời điểm chạy mô hình là tháng mấy

- Vận tốc khí thải phụt ra khỏi miệng ống khói

- Tải lượng các chất ô nhiễm

- Nhiệt độ khói thải

- Nhiệt độ môi trường

đã sử dụng hệ thống xử lý khói thải ô nhiễm công nghệ cao nên việc phát sinh ô nhiễm

từ nhà máy là không xảy ra

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu

Tham khảo, tổng hợp tài liệu:

- Báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng, XãVĩnh Tân, Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận

- Sách: Giáo trình mô hình hóa môi trường

- Số liệu khí tượng từ trạm Phan Rang

2.2.2 Phương pháp mô hình hóa

Bảng 2 6 Nồng độ của các thông số ô nhiễm trong khí thải công

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1 Kết quả thu thập số liệu

3.1.1 Số liệu về nguồn phát thải

Bảng 3 1 Số liệu về nguồn thải

Chiều cao ống khói (m) 210

Đường kính ống khói (m) 6,4

Lưu lượng khí thải (m3/s) 619

Nhiệt độ khói thải (oC) 80

Bảng 3 2 Số liệu về hàm lượng ô nhiễm

Thông số Nồng độ (mg/Nm3) Tải lượng (g/s) QCVN

3.2 Kết quả chạy mô hình

3.2.1 Kết quả tính toán các thông số trung gian của mô hình

3.2.2 Kết quả tính toán sự lan truyền các chất ô nhiễm

a Bụi

- Tại vị trí 100m

- Tại vị trí 200m