GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆSẢN XUẤT Trong các nhà máy điện thường sử dụng 3 loại nhiên liệu là: rắn, lỏng, khí.. Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện được mô tả như
Trang 1CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG
Năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống xã hội của chúng ta, xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao Tiêu thụ năng lượng trên thế giới gia tăng liên tục, từ năm 1976 đến năm 2006 tổng mức tiêu thụ năng lượng trên thế giới tăng từ khoảng 6
tỷ tấn đổi đổi ra dầu (TQD) lên đến 12 TQD Trong đó năng lượng hoá thạch chiếm 80 % tổng lượng năng lượng nêu trên, năng lượng sinh khối chỉ chiếm khoảng 10 %, còn lại là 10 % năng lượng điện sơ cấp, nguồn năng lượng này được sản xuất gồm 55 % là năng lượng tái tạo mà chủ yếu
là thuỷ điện, còn 45% là năng lượng hạt nhân Khoảng từ năm 2000, mức tiêu thụ năng lượng hoá thạch tăng trưởng ngày càng cao, đặc biệt cùng với sự tăng trưởng kinh tế của các nước đang phát triển
1.Tiềm năng năng lượng ở Việt Nam:
Việt Nam có tiềm năng lớn về các nguồn khoáng sản năng lượng và đang được huy động tích cực để phục vụ cho sự phát triển nền kinh tế xã hội Đến nay các nhà địa chất đã phát hiện và xác định được tiềm năng dầu khí ở các bể trầm tích khoảng 4,3 tỷ tấn dầu quy đổi, trong đó trữ lượng là 1,2 tỷ tấn và trữ lượng dầu khí có khả năng thương mại là 814,7 triệu tấn Tổng tài nguyên khoáng sản than của bể than Quảng Ninh đạt trên 10 tỷ tấn, trong đó trữ lượng đạt hàng tỷ tấn Than lignit ở dưới sâu đồng bằng sông Hồng với tiềm năng khoảng 200 tỷ tấn là nguồn năng lượng lớn cho thế kỷ 21 Như vậy đây là nguồn nhiên liệu dồi dào cho sự phát triển của ngành nhiệt điện đốt than, đốt dầu và khí thiên nhiên Ưu thế của ngành phát triển năng lượng nhiệt điện là nguồn nhiên liệu ổn định hơn và chi phí đầu tư thấp hơn so với ngành thủy điện
2 Ngành nhiệt điện ở Việt Nam:
Nhu cầu về năng lượng điện ở Việt Nam hiện nay vẫn tiếp tục tăng từ
14-16%/năm trong thời kỳ 2011-2015 và sau đó giảm dần xuống 11.15%/năm trong thời kỳ 2016-2020 và 7.4-8.4%/năm cho giai đoạn 2021-2030 Vì vậy sản lượng điện hàng năm cũng đang tăng mạnh, tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng do nhiều lý do khách quan và chủ quan Tính đến năm 2011 sản lượng điện
Trang 2kWh Trong đó nhiệt điện đóng vai trò hết sức quan trọng chiếm khoảng 48-52% tổng sản lượng điện Nhìn chung hàng năm tốc độ tăng trưởng sản lượng điện đạt từ 12-15% so với năm trước
Để đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ điện, nhiệt điện đang được ưu tiên lựa chọn và phát triển vì nguồn nguyên liệu ổn định, chi phí xây dựng thấp và thời gian thi công nhanh hơn so với thủy điện Nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất nhiệt điện hiện nay là than, dầu và khí tự nhiên Theo tổng kết của tập đoàn than khoáng sản Việt Nam, trữ lượng than của nước ta khoảng 10 tỉ tấn, trong đó
đã thăm dò tìm kiếm 3,5 tỉ tấn chủ yếu là than atraxit, loại than này đang được khai thác với quy mô lớn và có khả năng đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng than trong nước và một phần xuất khẩu Ngoài ra, trữ lượng than nâu ở Việt Nam cũng rất lớn nhưng hiện nay vẫn chưa khai thác được nhiều; theo Bộ Công Thương năm
2011 tổng sản lượng dầu khai thác được khoảng 25 triệu tấn/năm, khí thiên nhiên đạt khoảng 9 tỷ m3/năm…và sản lượng khai thác hàng năm đều tăng hơn
so với năm trước từ 2-10% Đây là những loại nhiên liệu sẵn có ở Việt Nam, với các mỏ than lớn tập trung chủ yếu ở tỉnh Quảng Ninh, các mỏ dầu khí tập trung
ở miền trung và miền nam Chính vì vậy mà các nhà máy nhiệt điện cũng được phân bố một cách hợp lý dọc theo chiều dài đất nước Các nhà máy nhiệt điện đốt than tập trung chủ yếu ở miền Bắc như nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Thái Bình, Hải Phòng, Uông Bí, Cẩm Phả, Ninh Bình…còn các nhà máy nhiệt điện tua bin khí được xây dựng ở miền trung và miền nam như nhà máy nhiệt điên Phú Mỹ, Vũng Áng, Nhơn Trạch, Duyên Hải 3…
Trang 3
CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT
Trong các nhà máy điện thường sử dụng 3 loại nhiên liệu là: rắn, lỏng, khí Hóa năng của năng lượng điện được biến đổi thành năng lượng nhiệt và điện Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện được mô tả như sau:
Hóa năng Nhiệt năng Cơ Điện của nhiên liệu của hơi năng năng
Các nhà máy nhiệt điện chia thành nhà máy nhiệt điện ngưng hơi và nhà máy nhiệt điện rút hơi Năng lượng dùng trong các nhà máy nhiệt điện là các nhiên liệu rắn: than đá, than bùn,…, nhiên liệu lỏng và các loại dầu đốt, nhiên liệu khí được dùng nhiều là khí tự nhiên, khí lò cao từ các nhà máy luyện kim các lò luyện than cốc
Tua bin
phá t
Trang 4Hình 1 Quy trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện
1 Kho chứa nhiên liệu 9 Bơm nước ngưng tụ
2 Vận chuyển nhiên liệu 10 Bình gia nhiệt hạ áp
3 Bộ sấy nhiên liệu 11 Bình chứa khí
4 Nồi hơi 12 Bơm cấp nước
5 Tua bin 13 Bình gia nhiệt cao áp
6 Máy phát điện 14 Bơm hơi nước
7 Bình ngưng tụ 15 Bộ sấy nhiên liệu
Trang 58 Bình tuần hoàn 16 Quạt khói
17 Quạt gió
Than từ kho nhiên liệu 1 qua hệ thống vận chuyển nhiên liệu để vào bộ sấy 3 rồi sau đó vào lò hơi 4 Trong lò hơi xảy ra quá trình phản ứng cháy, chuyển nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi nước Khói từ lò hơi qua bộ bơm nước ngưng tụ
14, bộ sấy không khí 15, quạt khói 16 đẩy khói vào ống khói đẩy ra ngoài Nước
từ bình khí 11 được bơm cấp nước 12 bơm qua bình gia nhiệt cao áp 13, bộ bơm nước 14 rồi vào lò hơi 4 Trong lò hơi nước nhận nhiệt năng từ nhiên liệu cháy, biến thành hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao
Hơi nước ra lò được đưa vào tua bin hơi 5 Tại tua bin nhiệt năng của hơi nước được biến thành cơ năng, làm quay tua bin, áp suất và nhiệt độ của hơi giảm xuống tua bin làm quay máy phát điện để biến cơ năng thành điện năng và đưa vào lưới điện qua máy biến áp tang áp 6 Hơi nước khi ra khỏi tua bin có áp suất
và nhiệt độ thấp
Mang theo một năng lượng đáng kể vào bình ngưng tụ 7 Tại đây hơi nước được ngưng lại thành nước bởi nước tuần hoàn do bơm tuần hoàn 8 đẩy vào Nước từ bình ngưng tụ 7 được bơm ngưng 9 đưa trở lại bình khí 14 qua bình gia nhiệt hạ
áp 10 Một phần hơi nước được trích từ tua bin để cung cấp cho bình gia nhiệt cao áp 13, bình khử khí 11 và bình gia nhiệt hạ áp 10
Trang 6CHƯƠNG 3 CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG VÀ ĐẶC
TRƯNG NGUỒN THẢI
Khí thải được tạo ra chủ yếu từ quá trình đốt nhiên liệu trong lò hơi, với lưu lượng rất lớn chủ yếu mang theo tro bụi và một số khí gây ô nhiễm như SOx,
lại trong nhà máy, các hợp chất hữu cơ bay hơi bị rò rỉ từ đường ống dẫn, thiết bị, cũng như từ các quá trình ở trong nhà máy
- Bụi ảnh hưởng sức khỏe con người: trẻ em, người già, những người mắc bệnh về đường hô hấp sẽ bị ảnh hưởng nhiều nhất Các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10 µm có thể đi vào tận phế nang gây viêm nhiêm phế quản, hạt nhỏ hơn 2,5 µm có thể đi vào tận màng phổi và đọng lại trong lá phổi gây viêm phổi, sơ hóa phổi, nếu nồng độ cao và kéo dài có thể dẫn đến ung thư Một số bệnh đối với hệ tiêu hóa: gây rối loạn tuyến nước bọt, rối loạn hệ tiêu hóa, viêm da dày, viêm nhiễm đường ruột làm giảm khả năng tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng Đối với da: dị ứng da, viêm da, lở loét da, mụn trứng cá…
- Ảnh hưởng đến hệ sinh thái, mùa màng: bụi lắng đọng trên bề mặt lá cây nếu không có nước mưa rửa sạch thì sẽ ngăn cản quá trình quang hợp và trao đổi chất, làm cho cây chậm phát triển, hệ sinh thái bị tổn thất nặng nề
- Bụi phát tán ra môi trường làm giảm độ trong suốt của khí quyển, cản trở
tầm nhìn, hư hỏng thiết bị, giảm tuổi thọ của công trình, làm mất giá trị mỹ quan
- SOx có thể thâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp hoặc hệ tiêu hóa SOx cũng có thể xâm nhập qua da và gây các chuyển đổi hóa học sẽ làm
- SOx bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành H₂SO₄ tạo ra hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của thực vật, hệ sinh thái, làm chua đất và ăn mòn kim loại
Trang 7- NO₂ kích thích mạnh đường hô hấp, tác động đến hệ thần kinh và phá hủy
mô tế bào phổi Khi nó có nồng độ 100 ppm có thể gây tử vọng cho người và
- NO₂ cũng là tác nhân gây ra hiệu ứng nhà kính
Nhu cầu sử dụng nước ở nhà máy nhiệt điện là rất lớn nên vấn đề nước thải là không thể tránh khỏi, nước thải nhà máy nhiệt điện có nguồn gốc từ các quá
- Nước làm mát: thải ra từ quá trình làm mát bình ngưng và các thiết bị phụ, thường thì có nhiệt độ cao, thành phần và các tích chất ít biến đổi so với
- Nước thải ô nhiễm dầu: do các sự cố rò rỉ dầu, quá trình rửa thiết bị có sử
- Nước xả lò hơi: khi vận hành lò hơi để tránh tình trạng đóng cặn lắng trong các bộ quá nhiệt người ta thường bổ sung thêm các hóa chất chống đóng cặn
- Nước thải tro xỉ: có lưu lượng lớn, thường để thải 1 tấn tro xỉ phải tốn 4m³ nước Nước thải tro có độ đục cao, hàm lượng cặn lớn Đây là nguồn gây ô
- Nước thải sinh hoạt: với lượng công nhân lớn nên đây cũng là vấn đề cần quan tâm Nước thải sinh hoạt thường có hàm lượng BOD, COD cao, độ màu
- Nước rửa thiết bị và nước mưa chảy tràn: có độ đục cao, chứa các ion kim loại, có chứa dầu mỡ, hàm lượng chất rắn lớn
Chủ yếu là tro xỉ từ quá trình đốt nhiên liệu, thạch cao từ quá trình xử lý SO₂, một phần là chất rắn sinh hoạt, các thiết bị hư hỏng
- Hàm lượng tro cao , 10% là xỉ lò được thải ra là nhờ hệ thống tháo xỉ Phần còn lại là tro bay theo khói sẽ được tách ra khỏi khối khí thải nhờ hệ thống lọc bụi Lượng tro xỉ này được thải theo một hệ thống kín và đưa ra một hồ
- Quá trình xử lý SO₂ đã tạo ra một lượng lớn thạch cao
- Quá trình sinh hoạt làm việc phát sinh thêm lượng chất thải rắn như: bao bì, thức ăn thừa, giấy, chai lọ, nhựa…và một số chất thải từ trang thiết bị hỏng
Trang 8Với các vấn đề trên thì chúng ta cần phải có một hệ thống xử lý khí thải nhà máy hợp lý trước khi thải khí ra môi trường để tránh gây ra các hậu quả nghiêm trọng cho môi trường và con người
Trang 9CHƯƠNG 4 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
Ⅰ Các phương án xử lý:
1 Các phương pháp xử lý bụi:
a/ Xử lý theo phương pháp khô:
* Buồng lắng:
Buồng lắng là một không gian dạng hình hộp chữ nhật có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện của đường ống dẩn khí vào, nhằm giảm vận tốc dòng khí xuống rất nhỏ khi đi vào buồng lắng Vì vậy, các hạt bụi
có đủ thời gian lắng xuống đáy thiết bị dưới tác dụng của trọng lực và được giữ lại ở đó mà không bị dòng khói mang theo Buồng lắng được ứng dụng để lọc bụi thô, hạt bụi có kích thước lớn hơn 50µm
- Ưu điểm:
+ Chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành thấp
+ Tổn thất áp lực qua thiết bị thấp (50 đếm 130 Pa)
+ Nhiệt độ làm việc cao (>500°C)
+ Có thể xử lý cả bụi khô và bụi kết dính
+ Góp phần làm nguội dòng khí
- Nhược điểm:
+ Cồng kềnh, chiếm diện tích, cần có không gian lớn lắp đặt
+ Chỉ xử lý được bụi thô, có kích thước lớn từ 60 µm – 70 µm trở lên + Phải làm sạch thủ công định kỳ
* Thiết bị lọc bụi ly tâm:
Thiết bị lọc bụi ly tâm hay còn gọi là xiclon Có cấu tạo gồm thân hình trụ tròn, phía dưới thân hình trụ có phễu thu bụi và dưới cùng là ống thu bụi Không khí mang bụi đi vào ở phần trên của thiết bị theo đường ống có phương tiếp tuyến với thân hình trụ, vì vậy dòng khí vào chuyển động theo đường xoắn ốc từ trên xuống Nhờ vào lực ly tâm mà các hạt bụi có xu hướng tiến về phía thành ống rồi va chạm vào đó, mất động năng và rơi xuống phễu hứng bụi Khi dòng khí chạm vào đáy phễu thì bị dội ngược lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc và đi ra ngoài theo đường
Trang 10ống thoát khí được lắp cùng trục với thân thiết bị Để có được hiệu suất lọc bụi cao người ta thường bố trí hai hay nhiều xiclon theo kiểu mắc nối tiếp, song song hoặc theo kiểu chùm
- Ưu điểm:
+ Chế tạo đơn giản
+ Khả năng làm việc liên tục
+ Nhiệt độ làm việc đến 1000°C
+ Hiệu quả đối với bụi cỡ nhỏ (gần 100% đối với bụi có d >15µm, trên 60% đối với bụi có d >5µm)
+ Trở lực hầu như cố định và không lớn (250- 1500N/m²)
- Nhược điểm:
+ Không hiệu quả đối với bụi có d< 5µm
+ Thành thiết bị dễ bị ăn mòn
+ Không áp dụng cho bụi có tính kết dính cao
+ Gây ồn
* Thiết bị lọc bụi tĩnh điện:
- Ưu điểm:
+ Hiệu suất thu hồi bụi cao, đạt tới 99%
+ Chi phí năng lượng thấp
+ Có thể thu được các hạt bụi có kích thước nhỏ tới 0,1µm và nồng độ bụi từ vài gam đến 50g/m³
+ Chịu được nhiệt độ cao ( có thể tới 500°C)
+ Có thể tự động hóa điều khiển hoàn toàn
- Nhược điểm:
+ Vốn đầu tư lớn
+ Nhạy với thay đổi dòng khí
+ Chiếm diện tích lớn
+ Không sử dụng được cho khí thải chứa chất dễ gây cháy nổ, vì thường xuyên xuất hiện các tia lửa điện
b/ Phương pháp ướt: thiết bị lọc bụi kiểu ướt
- Ưu điểm:
+ Dễ chế tạo, giá thành thấp nhưng hiệu quả lọc bụi cao
+ Có thể lọc được bụi có kích thước <0,1µm
+ Có thể làm việc với khí có nhiệt độ và độ ẩm cao mà một số các thiết bị khác không thể đáp ứng được như lọc bằng túi vải, lọc bằng điện
Trang 11+ Lọc được cả khí độc hại bằng quá trình hấp thụ , bên cạnh đó còn sử dụng như thiết bị làm nguội
+ Sử dụng để xử lý cả bụi có tính chất cháy nổ, hoặc bụi có tính kết dính
- Nhược điểm:
+ Bụi thải ra dưới dạng bùn cặn gây khó khan cho việc thu gom bụi đồng thời làm phức tạp cho hệ thống thoát nước và xử lý nước thải
+ Dòng khí thoát ra khỏi thiết bị mang theo lượng hơi nước có thể gây ăn mòn các thiết bị ở phía sau thiết bị lọc như đường ống, ống khói,
+ Trong trường hợp khói thải chứa nhiều chất dễ ăn mòn như: SO , CO ,₂ ₂
… cũng có khả năng làm cho các đường ống và thiết bị bị ăn mòn vì vậy cần phải sử dụng những vật liệu chống gỉ như inox, chất dẻo hoặc mạ các thiết bị đó
2 Các phương pháp xử lý SO : ₂
a/ Phương pháp hấp thụ:
Xử lý SO2 bằng vôi là phương pháp này được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi.Trong tháp hấp thụ, dòng khí thải mang khí SO2 đi từ dưới lên trên qua
bộ phận phân phối khí, dòng dung dịch hấp thụ đi từ trên xuống qua hệ thống giàn phun Khi SO2 tiếp xúc với dung dịch hấp thụ thì xảy ra quá trình hấp thụ SO2 tạo thành thạch cao, dòng khí sạch qua bộ khử ẩm rồi đi
ra ngoài, còn dung dịch sau hấp thụ được trộn với dung dịch hấp thụ mới
và tiếp tục được sử dụng đến khi nồng độ thạch cao trong dung dịch trên
60 % thì được tháo ra nhờ hệ thống tách thạch cao.Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:
CaCO + SO CaCO + CO₃ ₂ ₃ ₂
CaO + SO CaSO₂ ₃
2CaSO + O 2CaSO₃ ₂ ₄
Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung
- Ưu điểm:
Trang 12+ Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng
+ Hiệu quả xử lý cao, tiêu tốn chất hấp thụ ít và điện năng tiêu thụ thấp + Độ tin cậy và giá trị lợi ích cao, sản phẩm phụ có độ ổn định cao
* Hấp thụ SO2 bằng MgO hoặc ZnO:
từ lâu, nhưng nghiên cứu ứng dụng trong công nhgiệp mới được thực hiện gần đây chủ yếu là do các nhà khoa học công nghệ của Liên Xô cũ
sunfit magiê Trong thiết bị hấp thụ xảy ra các phản ứng sau:
MgSO + H O + SO = Mg(HSO )₃ ₂ ₂ ₃ ₂
Mg(OH) + Mg( HSO ) = 2MgSO + 2H O₂ ₃ ₂ ₃ ₂
Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở dạng MgSO 6H O và MgSO 3H O rơi xuống thành cặn lắng Tỉ lệ rắn: lỏng ₃ ₂ ₃ ₂ trong huyền phù là 1:10 Độ pH ở đầu vào là 6,8 – 7,5; còn ở đầu ra là 5,5 – 6,0
Sunfat magiê được hình thành do oxit hóa sunfit magiê:
MgSO + O MgSO₃ ₂ ₄
dùng để sản xuất axit sunfuric
- Ưu điểm:
+ Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ
+ Thu được axit sunfuric, hiệu quả làm sạch cao
- Nhược điểm:
+ Quy trình công nghệ phức tạp
+ Không phân giải hoàn toàn sulfat khi nung
+ Tổn hao MgO khá nhiều
* Xử lý SO bằng các chất hấp thụ hữu cơ:₂
Xử lí khí SO trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng ₂
dụng phổ biến là các amin thơm như anilin C H NH , toluđin ₆ ₅ ₂