Kỹ THUậT KIểM SOÁT Ô NGHIễM KHÔNG KHÍ

Theo tính toán đến năm 2015 khi các nhà máy thủy điện lớn như Sơn La, Tuyên Quang hoàn tất xây dựng và đi vào vận hành thì tiềm năng thủy điện của Việt Nam cơ bản được khai thác hết. Trong khi đó tốc độ tăng trưởng phụ tải liên tục tăng cao, vài năm trở lại đây luôn có tình trạng thiếu điện về mùa khô

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

-OOO

-TIỂU LUẬN

KỸ THUẬT KIỂM SOÁT Ô NGHIỄM KHÔNG KHÍ

Đề tài:

“Vấn đề ô nhiễm bụi và kiểm soát ô nhiễm bụi trong ngành nhiệt điện Việt Nam”

Giảng viên : TS Nghiêm Trung Dũng Nhóm sinh viên : Nguyễn Đức Long

Phạm Kim Ngọc Trần Quang Trung Lớp : Kỹ thuật môi trường

Lời nói đầu……… 1

Chương 1 Giới thiệu ngành nhiệt điện Việt Nam……… 2

1 1 Xu thế gia tăng nhiệt điện trong cơ cấu ngành điện Việt Nam……… 2

1 2 Quy hoạch điện VI – chiến lược phát triển ngành điện Việt Nam giai đoạn 2006 – 2015 tầm nhìn đến 2025……… 2

Chương 2 Công nghệ sản xuất nhiệt điện……… 6

2 1 Sơ đồ công nghệ sản xuất nhiệt điện……… 6

2 2 Nhiên liệu……… 7

Chương 3 Vấn đề ô nhiễm bụi của ngành nhiệt điện Việt Nam……… 8

3 1 Hiện trạng ô nhiễm bụi của ngành nhiệt điện Việt Nam……… 8

3 2 Kiểm soát ô nhiễm bụi trong ngành nhiệt điện Việt nam……… 12

Kết luận và Kiến nghị……… ………. 16

Danh mục tài liệu tham khảo……… 17

LỜI NÓI ĐẦU

Tiểu luận môn học Kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí với đề tài “ vấn đề ô

nhiễm bụi và kiểm soát ô nhiễm bụi trong ngành nhiệt điện Việt Nam” gồm 3 chương được

phân công viết như sau:

Chương 1 Giới thiệu ngành nhiệt điện Việt Nam do Trần Quang Trung viết;

Chương 2 Công nghệ sản xuất nhiệt điện do Phạm kim Ngọc viết;

Chương 3 Vấn đề ô nhiễm bụi của ngành nhiệt điện Việt Nam do Nguyễn ĐứcLong viết

Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn tiểu luận này còn có những thiếu sót về cả nộidung và hình thức trình bày Chúng em rất mong nhận được sự nhận xét, góp ý của Thầy vàCác bạn

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU NGÀNH NHIỆT ĐIỆN VIỆT NAM

1 1 Xu hướng gia tăng nhiệt điện trong cơ cấu ngành điện Việt Nam

Theo tính toán đến năm 2015 khi các nhà máy thủy điện lớn như Sơn La, TuyênQuang hoàn tất xây dựng và đi vào vận hành thì tiềm năng thủy điện của Việt Nam cơ bảnđược khai thác hết Trong khi đó tốc độ tăng trưởng phụ tải liên tục tăng cao, vài năm trởlại đây luôn có tình trạng thiếu điện về mùa khô Trong khi đó ngành nhiệt điện có nhiều ưuđiểm: chi phí đầu tư ban đầu tương đối thấp, thời gian xây dựng ngắn, nguồn điện ổn địnhkhông phụ thuộc vào thời tiết, có thể chủ động được nguồn nhiên liệu Do đó lựa chọn pháttriển ngành nhiệt điện đang là hướng đi chiến lược

Trong thời gian tới hệ thống điện Việt Nam sẽ có sự thay đổi đáng kể trong cơ cấunguồn Theo đó, tỷ trọng thủy điện giảm dần, còn tỷ trọng nhiệt điện tăng mạnh (hình 1 1

và hình 1 2 [1]), bên cạnh đó trong tương lai không xa sẽ có sự góp mặt của điện nguyên tử

và các nguồn điện “sạch”

Hình1 1 Tỷ lệ công suất các nhà máy nhiệt điện so

với thủy điện Hình 1 2 Tỷ lệ công suất của các nhà máy nhiệtđiện

1 2 Quy hoạch điện VI – chiến lược phát triển ngành điện Việt Nam giai đoạn 2006 – 2015 tầm nhìn đến 2025

Ngày 18 tháng 7 năm 2007 Thủ tướng chính phủ ký quyết định 110/2007/QĐ – TTg

phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến năm

2025 (gọi tắt là quy hoạch điện VI) thể hiện quan điểm phát triển bền vững ngành điện Việt

Nam

Căn cứ vào đó, tốc độ phát triển ngành điện Việt Nam được dự báo khoảng 18 –20% một năm, cụ thể, giai đoạn 2006 – 2015 trung bình một năm tăng thêm 3000MW, còngiai đoạn 2010 – 2015 trung bình một năm tăng thêm 7000MW Nhu cầu và kế hoạch pháttriển nguồn điện cho trong bảng 1 1[2]

Bảng 1 1 Nhu cầu và kế hoạch phát triển nguồn điện

2009

2012

2015

Ghi chú:

NĐ – Nhiệt điện TBKHH – Turbine khí hỗn hợp

EVN – Tập đoàn điẹn lực Việt Nam

VINACOMIN – Tập đoàn Than – Khoáng sản Việt Nam

PVN – Tập đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam

LILAMA – Tổng công ty lắp máy Việt Nam

AES – Một tập đoàn kinh doanh điện lực của Mỹ

CSG – Công ty lưới điện Phương Nam Trung Quốc

IPP – Dự án đầu tư độc lập

BOO – Xây dựng-Sở hữu-Kinh doanh

BOT – Xây dựng-Kinh doanh-Chuyển giao

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHIỆT ĐIỆN

2 1 Sơ đồ công nghệ sản xuất nhiệt điện [3]

Theo dạng năng lượng cấp đi thì các nhà máy nhiệt điện được chia làm hai loại:+ Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi: chỉ cung cấp điện;

+ Nhà máy phát điện và nhiệt kết hợp: cung cấp điện và nhiệt hơi

Ở Việt Nam hầu hết là các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi và chỉ có các nhà máy phátđiện và nhiệt kết hợp cỡ nhỏ như nhà máy điện đạm Hà Bắc và một số nhà máy đường

Sơ đồ công nghệ của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi như hình 2 1

Hình 2 1 Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

Lò hơi dùng nhiệt do đốt nhiên liệu biến nước thành hơi nước quá nhiệt Hơi nướcquá nhiệt đi vào turbine Ban đầu, hơi nước quá nhiệt giãn nở trong cánh tĩnh của turbine(ống tăng tốc) để tăng động năng sau đó đập vào cánh động của turbine làm turbine quay vàsinh công chạy máy phát điện Hơi nước ra khỏi turbine ở trạng thái bão hòa ẩm đi vào bìnhngưng Tại đây, hơi nước bão hòa ẩm ngưng tụ thành nước lỏng sôi và nhả nhiệt cho nướclàm mát bình ngưng Nước ngưng qua thiết bị khử khí rồi tuần hoàn lại lò hơi

Sơ đồ công nghệ của nhà máy phát điện và nhiệt không khác nhiều so với nhà máynhiệt điện ngưng hơi, như hình 2 2

Hình 2 2 Nhà máy phát điện và nhiệt kết hợp

2 2 Nhiên liệu

2 2 1 Thành phần của nhiên liệu [3]

Thành phần của nhiên liệu rắn và lỏng thường được đánh giá theo phần trăm khốilượng của cacbon, hydro, lưu huỳnh, nitơ, oxy, độ trovà độ ẩm:

C+H+S+O+N+A+W=100

Trong đó:

+ C có thể chiếm đến 95%, khi cháy C tỏa nhiệt lượng lớn khoảng33520kJ/kg;

+ H có khoảng <10%, khi cháy H tỏa nhiệt lượng lớn gấp 4 lần C;

+ S có mặt trong nhiên liệu làm xấu tính chất làm việc của nhiên liệu, khi cháy

S tỏa nhiệt lượng bằng 1/3 của C nhưng sinh ra SO2, SO3 gây ô nhiễm môitrường và ăn mòn thiết bị;

+ N là thành phần vô ích trong nhiên liệu, làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu,mặt khác khi nhiên liệu cháy ở dưới 1000oC thì N được giải phóng ở dạng tự

do nhưng trên 1000oC thì N cháy sinh ra NOx gây ô nhiễm môi trường

+ O cũng làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu, hơn nữa O vốn có nhiều trongkhông khí nên không cần thiết có mặt trong nhiên liệu;

+ Độ tro (A)

Tro của nhiên liệu là phần rắ ở dạng khoáng còn lại khi nhiên liệu cháy Sự

có mặt của nó làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu

+ Độ ẩm (W)

Độ ẩm là lượng nước có trong nhiên liệu Vì lượng nước này mà nhiệt trị củanhiên liệu giảm xuống, hơn nữa khi nhiên liệu cháy cần tiêu tốn nhiệt lượng

để bay hơi lượng nước này

Thành phần của nhiên liệu khí thì đặc trưng bởi hàm lượng các chất hydrocacbua(CH4, C2H6, C3H8,…) tính theo phần trăm thể tích

Chất bốc và cốc cũng là đặc tính quan trọng của nhiên liệu Chất bốc là một sảnphẩm thể khí do các liên kết hữu cơ của nhiên liệu bị phân tích ở nhiệt độ cao Chất bốcsinh ra trước khi có quá trình cháy, chất bốc cũng cháy được Cốc là phần rắn cháy đượccủa nhiên liệu sau khi tạo chất bốc

2 2 2 Các nhiên liệu dùng trong ngành nhiệt điện Việt Nam

a Than

+ Than antraxit khai thác ở vùng mỏ Quảng Ninh;

+ Than bitum nhập khẩu từ Indonesia và Australia;

+ Than nâu ở bể than đồng bằng sông Hồng, loại này chưa được khai thác màtính làm nguồn dự trữ trong tương lai

b Dầu: DO, FO

c Khí: khí thiên nhiên và khí mỏ dầu

CHƯƠNG 3 VẤN ĐỀ Ô NHIỄM BỤI CỦA NGÀNH

NHIỆT ĐIỆN VIỆT NAM

3 1 Hiện trạng ô nhiễm bụi của ngành nhiệt điện Việt Nam

Bụi là hệ phân tán:

+ Môi trường phân tán: không khí;

+ Pha phân tán: những hạt rắn, hạt lỏng hay hạt rắn – lỏng có kích thướckhoảng từ lớn hơn kích thước phân tử đến 500μm

Thường phân loại bụi theo kích thước hạt bụi:

+ Bụi lắng: hạt bụi có kích thước lớn hơn 100μm;

+ Bụi lơ lửng: hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 100μm

Hành vi của các loại bụi trên rất khác nhau Bụi lắng có khả năng lắng đọng nhanhnhờ trọng lực Bụi lơ lửng tuân theo quy luật chuyển động của môi trường khí nên thời gianlưu rất dài

Một đặc trưng khác của bụi, đó là thành phần hóa học của bụi, phụ thuộc nguồn haycông nghệ sản xuất Ví dụ: bụi than, bụi uranium, bụi khoáng vô cơ, bụi phóng xạ, bụi gỗ,

…

Bụi của ngành nhiệt điện (bụi tro) chủ yếu là bụi lơ lửng có thành phần hóa học:

AlO2¿2

SiO2,2CaO.SiO2,CaO,CaSO4,CaCO3,Carbon,Ca¿ [4]

Bụi tro có thể hấp phụ tốt các kim loại nặng và các chất hữu cơ khác hay có khi làmầm bệnh Bụi tro gây hại tới sức khỏe con người phần lớn qua đường hô hấp như gây

bệnh bụi phổi và ung thư Cơ chế gây bệnh ở đây có thể là do kích thước bụi hay thànhphần hóa học

Bụi tro cũng tham gia vào nhiều quá trình hóa lý khác ảnh hưởng xấu tới môi trường

và cân bằng sinh thái

Bảng 3 1 so sánh hàm lượng bụi lơ lửng tổng số cơ sở trong khí thải nhà máy nhiệtđiện theo QCVN22:2009/BTNMT với hàm lượng bụi lơ lửng tổng số cho phép trong khôngkhí xung quanh theo QCVN05:2009/BTNMT

Bảng 3 1 So sánh hàm lượng TSP Hàm lượng TSP cơ sở trong

khí thải nhiệt điện (mg/Nm 3)

Hàm lượng TSP cho phép trong

không khí xung quanh (μg/Nm 3)

A B (theo loại nhiên liệu) Trung bình 1

giờ Trung bình24h Trung bìnhnăm

Nguồn phát thải bụi toàn cầu ước tính do các quá trình công nghệ (43%), giao thôngvận tải (13%), sản xuất điện năng (12%) và các nguồn khác[5] (hình 3 1)

Hình 3 1 Các nguồn phát thải bụiBảng 3 2 đánh giá một số nguồn phát thải bụi ở Việt Nam trong một năm khoảngthời gian 1996 – 1997 [6]

Bảng 3 2 Phát thải bụi ở Việt Nam giai đoạn 1996 – 1997

Như trên cho thấy phần lớn bụi được phát thải từ các nguồn cố định mà chủ yếu là

từ quá trình đốt nhiên liệu trong các loại lò công nghiệp và các công đoạn gia công vật liệudạng hạt

Vấn đề ô nhiễm bụi của nhà máy nhiệt điện chủ yếu nằm trong giai vận hành Trong

đó, phần lớn bụi được sinh ra từ lò hơi đốt nhiên liệu rồi thải ra qua ống khói Ống khói nhàmáy nhiệt điện thường cao 80 – 250m, khói thải thường chứa hàm lượng bụi lớn khoảng 10– 30g/m3 và có thể lan truyền xa hàng chục km [7] Đối với nhà máy nhiệt điện đốt thancòn có một phần bụi sinh ra từ bộ phận chuẩn bị nhiên liệu (nghiền than và vận chuyển bộtthan), lượng bụi này gây ô nhiễm trực tiếp không khí khu vực sản xuất

Lượng nhiên liệu tiêu tốn ở các nhà máy điện là rất lớn do đó lượng bụi sinh ra cũngrất lớn nhưng điều này phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ và loại nhiên liệu sử dụng.Nhưng cần chú ý là nhà máy nhiệt điện quy mô càng lớn càng có điều kiện áp dụng côngnghệ tiên tiến và vận hành các hệ thống xử lý bụi như cyclone hay lắng bụi tĩnh điện (EPS)nhờ đó có thể giảm nhiều lượng phát thải bụi Đối với loại nhiên liệu thì nhà máy nhiệt điệnđốt than gây ô nhiễm nhất, sau đó là đốt dầu và khí đốt (không chỉ kể riêng bụi mà cả cáckhí độc hại khác) Ước tính lượng bụi do các nhà máy nhiệt điện thải vào khí quyến theosản lượng điện và loại nhiên liệu sử dụng cho trong bảng 3 3 [8]

Bảng 3 3 Phát thải bụi ở các nhà máy điện theo sản lượng điện và loại nhiên liệu

• A – Độ tro của than.

Hiện nay tính toán lượng phát thải bụi (hay các chất ô nhiễm khác) ở Việt Namthường được tiến hành theo phương pháp gián tiếp thông qua các hệ số phát thải:

MTSP= BξA

Trong đó:

MTSP – Lượng phát thải TSP (bụi lơ lửng tổng số), kg;

B – Lượng than (hoặc than quy đổi) sử dụng, kg;

ξ – Hệ số phát thải;

A = 10 – 25 (đối với Việt Nam)

Hệ số phát thải phụ thuộc vào ngành sản xuất và trình độ công nghệ Chú ý rằng các

hệ số phát thải đang được dùng cũng dựa nhiều vào các tài liệu nước ngoài chẳng hạn nhưcủa WHO do thiếu các nghiên cứu trong nước

Theo phương pháp trên Tiến sĩ Nguyễn Hồng Khánh (Viện Công nghệ môi trường –Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) cùng các cộng sự đã tính toán lượng phát thải bụitrong năm 2001 từ các nguồn ở miền Bắc (từ Ninh Bình trở ra) như trong bảng 3 4 [9]

Bảng 3 4 Lượng phát thải bụi ở miền Bắc năm 2001

Một mặt khác chúng ta có thể khẳng định còn rất nhiều nhà máy nhiệt điện chưatuân thủ các văn bản pháp luật về bảo vệ môi trường, thực thi thiếu nghiêm túc Chẳng hạn,

trong Quyết định 64/ 2003/QĐ – TTg của Thủ tướng chính phủ phê duyệt “Kế hoạch xử lý triệt để các cơ sở môi trường nghiêm trọng” có nêu tên các nhà máy nhiệt điện: nhà máy

nhiệt điện Chụt – Khánh Hòa, nhà máy nhiệt điện Tuy Hòa – Phú Yên, nhà máy nhiệt điệnKon Tum – Kon Tum, nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1,2 – Hải Dương, nhà máy nhiệt điệnUông Bí – Quảng Ninh Nhưng cho đến thời điểm tháng 8/2008 mới chỉ có nhà máy nhiệt

điện Phả Lại 1,2 – Hải Dương và nhà máy nhiệt điện Uông Bí – Quảng Ninh nghiêm túcthực hiện lắp đặt hệ thống xử lý chất thải [1]

3 2 Kiểm soát ô nhiễm bụi trong ngành nhiệt điện Việt Nam

3 2 1 Tăng cường mức độ phát tán bụi

Phương án tăng cường mức độ phát tán bụi thể hiện ở 2 điếm:

+ Quy hoạch vị trí xây dựng thích hợp;

+ Tính toán ống khói cho phù hợp

Về quy hoạch vị trí xây dựng các nhà máy nhiệt điện thường gần nguồn nhiên liệu

và xa trung tâm phụ tải vì chi phí vận tải nhiên liệu đến thường lớn hơn nhiều chi phítruyền tải điện năng đi, phải xa khu dân cư để tránh tác hại của ô nhiễm môi trường và cànggần nguồn nước làm mát Ngoài ra còn phải chú ý đến điều kiện địa hình, khí hậu tránh xảy

ra trường hợp tương tự như nhà máy nhiệt điện Ninh Bình xây dựng trong bóng khí độngcủa núi Cánh Diều do đó đã từng gây sự cố ô nhiễm không khí nghiêm trọng cho thị xãNinh Bình

Chiều cao ống khói phù hợp sẽ phát huy tác dụng rất lớn tăng cường phát tán chất ônhiễm (bụi và khí độc hại) Để tính chiều cao ống khói cần biết mức phát thải, nhiệt độkhói, tốc độ khói, hàm lượng và thành phần chất ô nhiễm, các giá trị cho phép theo tiêuchuẩn môi trường và đặc tính vùng đang xét Ví dụ: các nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Uông

Bí đều xây dựng các ống khói cao 200m; nhà máy điện Ninh Bình xây dựng ống khói mớicao 130m thay thế ống khói cũ cao 80m; nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I dự tính xây dựngống khói cao 180m [10]

3 2 2 Giảm thiểu phát thải bụi tại nguồn

● Thay thế nhiên liệu từ than sang dầu hay khí sẽ làm giảm đáng kể lượng bụi phátthải nhưng cách này có thể chỉ khả thi đối với các nhà máy nhiệt điện than cũ đang có điềukiện tài chính chuyển đổi công nghệ

● Tuần hoàn tái sử dụng bụi nhiệt điện bằng công nghệ tiên tiến lò hơi tầng sôituần hoàn (kết hợp với kỹ thuật cháy than sạch) Nguyên tắc ở đây là hiệu suất đốt nhiênliệu một lần thường thấp nên bụi nhiệt điện vẫn còn có thể đốt tiếp Các nhà máy nhiệt điệnthan khởi công xây dựng trong vài năm gần đây đều áp dụng công nghệ lò hơi tầng sôi tuầnhoàn, ví dụ nhà máy nhiệt điện than Mông Dương I khởi công năm 2008

3 2 3 Xử lý bụi

Các phương án tăng cường mức độ phát tán bụi hay giảm thiểu phát thải bụi tạinguồn sẽ đồng thời giảm thiếu ô nhiễm dạng khí (NOx, SO2 và các khí độc hại khác) tuynhiên không thể giải quyết triệt để bụi mà phương án hiệu quả nhất là xử lý bụi

Hiện tại, các nhà máy nhiệt điện đã vận hành lâu năm hay đang xây dựng đều cóđiều kiện kinh tế lắp đặt và vận hành hệ thống lắng bụi tĩnh điện (EPS) có hiệu suất caotrên 95% ,hơn hẳn các hệ thống xử lý bụi khác (như hệ thống cyclone hay lọc bụi ướt hiệusuất thấp khoảng 70 – 80%) Ví dụ: giai đoạn 1998 – 200 nhà máy nhiệt điện Ninh Bìnhthay thế 4 thiết bị lọc bụi nước bằng thiết bị lắng bụi tĩnh điện với hiệu suất làm việc 99%;cuối năm 2006 nhà máy nhiệt điên Uông Bí cũng đưa vào vận hành 4 thiết bị lắng bụi tĩnhđiện với hiệu suất làm việc trên 97% [1]; nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I tính toán khi vậnhành nếu bộ lắng bụi tĩnh điện đạt hiệu suất thiết kế 99,65% thì phát thải bụi cực đại 126,20mg/Nm3 vẫn trong giới hạn cho phép [10].

Thiết bị lắng bụi tính điện [11]

a Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

Thiết bị lắng bụi tĩnh điện gồm một dây kim loại tiết diện bé 1 được căng theo trụccủa ống kim loại 2 nhờ đối trọng 3 (hình 3 2) Dây kim loại 1 cách điện với các bộ phậnkhác tại vị trí 4 Dây kim loại 1 nối với cực âm của một nguồn cao thế (thường từ -40 đến-60 kV) một chiều Dây kim loại 1 gọi là điện cực quầng Ống kim loại 2 nối đất gọi là điệncực lắng