Nghiên cứu các sự cố có thể về phát thải khí ra môi trường trong các nhà máy nhiệt điện công suất lớn

Nghiên cứu các sự cố có thể về phát thải khí ra môi trường trong các nhà máy nhiệt điện công suất lớn Nghiên cứu các sự cố có thể về phát thải khí ra môi trường trong các nhà máy nhiệt điện công suất lớn luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN BÁ GIAO

NGHIÊN CỨU CÁC SỰ CỐ CÓ THỂ VỀ PHÁT THẢI KHÍ

RA MÔI TRƯỜNG TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

CÔNG SUẤT LỚN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT NHIỆT

Hà Nội, 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN BÁ GIAO

NGHIÊN CỨU CÁC SỰ CỐ CÓ THỂ VỀ PHÁT THẢI KHÍ

RA MÔI TRƯỜNG TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được xuất phát

từ yêu cầu phát sinh trong công việc để hình thành hướng nghiên cứu Các số liệu

có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả trình bày trong luận văn được thu thập trong quá trình nghiên cứu là trung thực

Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2018

Tác giả

NGUYỄN BÁ GIAO

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu các sự cố có thể về phát thải khí

ra môi trường trong các nhà máy nhiệt điện công suất lớn” đã được hoàn thành

trong thời gian từ tháng 02 năm 2017 đến tháng 09 năm 2018 tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Hồng Sơn - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy đã hướng dẫn và có ý kiến chỉ dẫn quý báu trong quá trình em làm luận văn Em xin chân thành cảm ơn Các Thầy Cô giáo trong Viện Công Nghệ Nhiệt Lạnh đã cho nhiều ý kiến đóng góp quý báu để bản luận văn được hoàn thiện hơn Em cũng xin cảm ơn các Thầy Cô giáo cán bộ thuộc Viện Đào tạo sau Đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Cuối cùng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới những người thân trong gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ để tôi hoàn thành bản luận văn này

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình và người thân đã khuyến khích, động viên và là chỗ dựa tinh thần cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Hà Nội, ngày 29 tháng 09 năm 2018 Tác giả

NGUYỄN BÁ GIAO

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

4 Phương pháp nghiên cứu 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

6 Điểm mới của luận văn 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 Các sự cố đã xảy ra trong các nhà máy Nhiệt điện ở Việt Nam 6

1.2 Lượng phát thải khí từ các nhà máy nhiệt điện ở nước ta hiện nay 10

1.3 Ảnh hưởng của phát thải đối với sức khỏe con người và môi trường 11

1.3.1 Ảnh hưởng của bụi 11

1.3.2 Ảnh hưởng của NOx 11

1.3.3 Ảnh hưởng của SOx 13

1.4 Yêu cầu về môi trường 15

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ PHÁT THẢI 17

2.1 Cơ sở lý thuyết hình thành phát thải ở các nhà máy nhiệt điện đốt than 17

2.1.1 Cơ chế hình thành bụi 17

2.1.2 Cơ chế hình thành NOx 18

2.1.2.1 Cơ chế hình thành NOx nhiệt 19

2.1.2.2 Cơ chế hình thành NOx tức thời 19

2.1.2.3 Cơ chế hình thành NOx nhiên liệu 20

2.1.3 Cơ chế hình thành SOx 24

2.1.3.1 Cơ chế chung hình thành SOx 24

2.1.3.2 Cơ chế hình thành SO3 trong lò hơi 25

2.2 Các hệ thống xử lý phát thải khí, bụi tại NMNĐ Vũng Áng 1, Thái Bình 2 25

2.2.1 Mô tả chung về hệ thống thiết bị SCR của NMNĐ Vũng Áng 1 26

2.2.2 Mô tả chung về hệ thống thiết bị lọc bụi tĩnh điện ESP (Electrostatic precipitator) của NMNĐ Thái Bình 2 28

2.2.3 Mô tả chung về hệ thống thiết bị khử SOx tại NMNĐ Thái Bình 2 29

2.3 Yêu cầu môi trường tại NMNĐ Vũng Áng 1 và Thái Bình 2 32

2.4 Tính toán lượng phát thải khi đốt than 33

2.4.1 Thông số than cấp cho NMNĐ Vũng Áng 1 và Thái Bình 2 33

2.4.2 Thông số hiệu suất vận hành các hệ thống xử lý phát thải NMNĐ Vũng Áng 1 và Thái Bình 2 33

2.5 So sánh chỉ số về phát thải khí, bụi tại các NMNĐ Vũng Áng 1 và Thái Bình 2 so với yêu cầu môi trường 35

2.6 Đánh giá thực trạng của hệ thống và kiến nghị 36

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG PHÁT TÁN KHÍ THẢI 39

3.1 Giới thiệu phương pháp mô phỏng số CFD 39

3.2 Các bước mô phỏng đối tượng 39

3.3 Mô phỏng sự chuyển động dòng khói ra khỏi ống khói 40

3.3.1 Các phương trình chủ đạo dòng chất lưu 40

3.3.2 Miền tính toán và điều kiện biên 42

3.4 Kết quả mô phỏng 44

CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG NGỪA KHẮC PHỤC CÁC SỰ CỐ 51 4.1 Các sự cố có thể xảy ra về phát thải khí ra môi trường 51

4.1.1 Sự cố về công nghệ 51

4.1.2 Sự cố về hệ thống thiết bị 51

4.2 Hệ thống khử NO x - SCR 52

4.2.1 Một số sự cố về thiết bị và cách khắc phục 53

4.2.2 Các bất thường, sự cố thường gặp: 53

4.2.3 Bảo dưỡng hệ thống SCR 54

4.2.4 Lịch kiểm tra, bảo dưỡng: 55

4.2.5 Cải tiến thiêt bị SCR 56

4.3 Hệ thống lọc bụi tĩnh điện: Các sự cố có thể, nguyên nhân và cách xử lý 58

4.3.1 Các sự cố và nguyên nhân, cách khắc phục đối với bản thể ESP 58

4.3.2 Đối với bộ MBA-chỉnh lưu 61

4.3.3 Vận hành hệ thống 63

4.3.4 Bảo dưỡng hệ thống 70

4.3.5 Sự cố thực tế đã xẩy ra và phương án cải tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện tại NMNĐ Uông Bí 1 74

4.4 Hệ thống khử SOx – FGD 78

4.4.1 Các sự cố thường gặp, nguyên nhân và cách xử lý: 78

4.4.2 Kiểm tra và bảo dưỡng các thiết bị trong hệ thống (FGD) 81

4.5 Các giải pháp khắc phục và trách nhiệm trong trường hợp xảy ra sự cố về phát thải khí 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Ô nhiễm khói bụi ở Nhà máy Nhiệt điện Cẩm Phả 2

Hình 1.2 Phát thải bụi, khí thải tại Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 6

Hình 2.1 Giới thiệu một ví dụ về quan hệ giữa lượng hình thành các loại NOx với nhiệt độ buồng lửa 18

Hình 2.2 Biểu thị quá trình phân hủy N trong nhiên liệu thành N chất bốc và N cốc 21

Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tỷ lệ chuyển hóa Nitơ 22

Hình 2.4 Lộ trình chủ yếu phản ứng oxy hóa NH3 23

Hình 2.5 Lộ trình phản ứng phân hủy NOx 24

Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống khử NOx tại NMNĐ Vũng Áng 1 26

Hình 2.7 Mô hình 3D hệ thống khử NOx tại NMNĐ Vũng Áng 1 26

Hình 2.8 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện NMNĐ Thái Bình 2 29

Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống thiết bị khử SOx bằng đá vôi 30

Hình 2.10 Hệ số hoạt động của chất xúc tác theo thời gian 37

Hình 3.1 Miền tính toán của mô hình 42

Hình 3.2 Mặt chiếu bằng ống khói 42

Hình 3.3 Hướng gió thổi từ trái sang phải (T-P) 43

Hình 3.4 Hướng gió thổi từ trước ra sau (T-S) 43

Hình 3.5 Sự phân bố mật độ của khói: a) T-P; b) T-S 45

Hình 3.6 Sự phân bố các đường streamline mô tả sự thay đổi mật độ khói 45

Hình 3.7 Sự phân bố mật độ dòng khói ở độ cao cách miệng ống khói 10 m 46

Hình 3.8 Sự phân bố mật độ dòng khói ở độ cao cách miệng ống khói 20 m 46

Hình 3.9 Bản đồ vệ tinh khu vực NMNĐ Thái Bình 2 (Tỉ lệ 1:500) 48

Hình 3.10 Sơ đồ tổng mặt bằng NMNĐ Thái Bình 2 49

Hình 3.11 Thực tế phát thải tại nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1 50

Hình 4.1 Hệ thống khử NOx bằng Ure/Ammonia NMNĐ Vũng Áng 1 52

Hình 4.2 Sơ đồ bố trí bổ sung thêm 1 lớp SCR 57

Hình 4.3 Thiết bị khử bụi tĩnh điện 58

Hình 4.4 Sơ đồ công nghệ hệ thống khử SOx Nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2 78

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Ước tính phát thải khí Bụi, SO2 ,NOx hàng năm do đốt than 10 Bảng 1.2 Giới hạn nồng độ SO2 gây độc đối với sức khỏe con người 14 Bảng 1.3 Giới hạn nồng độ SO2 gây độc đối với thực vật 14 Bảng 1.4 Nồng độ khí thải công nghiệp nhiệt điện theo loại nhiên liệu sử dụng 15 Bảng 2.1 Thành phần của than antraxit cám 5 17 Bảng 2.2 Thông số than của NMNĐ Vũng Áng 1 33 Bảng 2.3 Thể tích thành phần của sản phẩm cháy (hệ số không khí thừa 1,4) tính trên 1kg than 34 Bảng 3.1 Thông số điều kiện biên 44 Bảng 4.1 Hiệu quả cái tiến thiết bị SCR 57

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam ngày càng sử dụng nhiều các nhà máy Nhiệt điện hiện đại để sản xuất điện Theo Quy hoạch điện VII Điều chỉnh, đến năm 2030 nhiệt điện than với

tỷ trọng gần 50% trong cơ cấu nguồn điện của Việt Nam Lượng than dự báo cần tiêu thụ cho điện là 120 triệu tấn mỗi năm, trong đó khoảng hơn 80 triệu tấn phải nhập khẩu [1] Hướng đi này sẽ mang lại rủi ro rất lớn cho an ninh năng lượng quốc gia và sức khỏe của người dân

Các lò hơi đốt than phun ở nước ta hiện nay đã được thiết kế chế tạo đốt than

ổn định, song hiệu suất còn thấp, tỷ lệ carbon chưa cháy hết trong tro còn cao Đặc biệt là đối với các lò hơi đốt than antraxit Việt Nam, loại than cháy ít khói, hàm lượng carbon (C) trong than cao, song chất bốc (V) thấp, hàm lượng tro xỉ (A) cao nên khó bắt cháy và khó cháy kiệt, hàm lượng độc hại như lưu huỳnh (S), nitơ (N) trong than cao Chính vì vậy, hiện nay, thành phần carbon còn lại trong tro xỉ ở các nhà máy nhiệt điện cũ đều rất cao như: Phả Lại: 12-18%, Ninh Bình: 15 - 35%, Uông Bí cũ: 30 - 40%, ) [2] Tại nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 với công nghệ tiên tiến và công suất 2x600 MW thì hàm lượng C còn lại trong tro do không cháy hết vẫn ở mức cao so với số liệu tính toán thiết kế Đặc biệt, quá trình cháy than antraxit còn tạo ra lượng lớn các khí độc hại như SOx, NOx, gây ô nhiễm môi trường xung quanh ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái và chất lượng sống con người trong khu vực bị ảnh hưởng

Một trong những địa bàn bị ảnh hưởng nặng nề ở nước ta là Quảng Ninh

hiện có 7 nhà máy nhiệt điện than, tổng công suất 4.150 MW, chiếm 16% tổng sản

lượng điện cả nước [1] Trong số này, chỉ có 2 khu vực nằm xa khu dân cư, là Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê và Nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1, 2 Theo quy hoạch, Quảng Ninh sẽ có thêm khoảng 4-5 nhà máy nhiệt điện nữa, trong đó có Nhà máy nhiệt điện Thăng Long, công suất 600MW, được khởi công xây dựng tháng 10/2014, tại huyện Hoành Bồ

Hình 1.1 Ô nhiễm khói bụi ở Nhà máy Nhiệt điện Cẩm Phả

(Nguồn: Báo Môi trường 2017)

Mới đây, báo cáo tổng hợp về tác động môi trường và xã hội của than và nhà máy nhiệt điện than Việt Nam, của Trung tâm Phát triển Sáng tạo Xanh (GreenID - một tổ chức phi lợi nhuận thuộc Liên hiệp các Hội Khoa học kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) là tổ chức đi tiên phong trong thúc đẩy ngành năng lượng bền vững) chỉ

ra, các nhà máy nhiệt điện than ảnh hưởng đến chất lượng môi trường, sức khỏe con người ngay từ giai đoạn xây dựng và vận hành Trong cuộc khảo sát được tiến hành bởi GreenID đối với người dân sống xung quanh hai dự án nhà máy nhiệt điện than trong quá trình xây dựng (Duyên Hải và Thái Bình), 100% người dân cho rằng, chất lượng không khí thấp hơn kể từ khi dự án bắt đầu [3]

Đối với các nhà máy đã vận hành, nghiên cứu cũng chỉ ra tác động ô nhiễm tới nguồn nước và không khí trong quá trình đốt than trong nồi hơi và xử lý tro xỉ than Theo đó, phần lớn các nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam đang sử dụng công nghệ cũ (lò hơi dưới tới hạn) với hiệu suất tương đối thấp Điều này đồng nghĩa, khí thải gây ô nhiễm cao hơn so với công nghệ khác Nghiên cứu tại Nhà máy nhiệt điện than Mạo Khê cho thấy, nồng độ các kim loại nặng, các chất độc hại trong nguồn nước đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép

Đáng nói, việc gây ảnh hưởng sức khỏe của người dân xung quanh dự án nhà máy nhiệt điện than đã được phản ánh khá rõ nét Cuộc khảo sát năm 2015 của GreenID cho thấy, 73% hộ gia đình sống tại khu vực Nhà máy nhiệt điện than Duyên Hải cho biết họ phải tăng chi phí chăm sóc sức khỏe đáng kể so với trước khi nhà máy hoạt động 51% số người được hỏi gần khu vực nhà máy điện Vũng Áng cũng cho rằng sức khỏe thể chất và tinh thần của họ bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm nước Theo đó, người dân mắc bệnh về đường hô hấp cao nhất (69%), tiếp theo là các bệnh về mắt (32%), da (26%) và các bệnh tiêu hóa (19%)

Tại TP Hạ Long, Quảng Ninh, nơi tập trung các mỏ than chính và nhà máy điện than Quảng Ninh, tần suất nhập viện của người dân khu vực này trong năm

2014 cao hơn so với những năm trước, 77% hộ gia đình có người mắc bệnh đường

hô hấp, trong đó 44% hộ có người mắc các bệnh mãn tính [3]

Đối với các nhà máy đã vận hành, nghiên cứu cũng chỉ ra tác động ô nhiễm tới nguồn nước và không khí trong quá trình đốt than trong nồi hơi và xử lý tro xỉ than Theo đó, phần lớn các nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam đang sử dụng công nghệ cũ (lò hơi dưới tới hạn) với hiệu suất tương đối thấp Điều này đồng nghĩa, khí thải gây ô nhiễm cao hơn so với công nghệ khác Nghiên cứu tại Nhà máy nhiệt điện than Mạo Khê cho thấy, nồng độ các kim loại nặng, các chất độc hại trong nguồn nước đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép [4]

Với lý do trình bày trên đây có thể nhận thấy, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu các sự cố có thể về phát thải khí ra môi trường trong các nhà máy nhiệt điện công suất lớn” có ý nghĩa thực tiễn nhằm lường trước nguy cơ, có giải pháp hạn

chế, khắc phục trong quá trình vận hành, cũng như quy hoạch vùng phát triển nhà máy nhiệt điện ở nước ta

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về hình thành phát thải ở các nhà máy nhiệt điện đốt than, tìm hiểu thực trạng về phát thải khí, các sự cố có thể xẩy ra ở các nhà máy nhiệt điện đốt than, và tiến hành mô phỏng quá trình phát tán khí thải ra môi trường

ở các nhà máy nhiệt điện

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Quá trình cháy than nói chung và quá trình phát thải ra môi trường tại khu vực có các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam

4 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết vấn đề đặt ra luận văn đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu

lý thuyết kết hợp với mô phỏng bằng phần mềm

Nội dung nghiên cứu lý thuyết: Các cơ chế hình thành khí thải trong quá trình cháy; đưa ra các giải pháp hạn chế rủi ro về phát thải khí, mô phỏng quá trình phát thải khí SOx, ,NOx , bụi ra môi trường bằng phương pháp mô hình

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài nêu ra được hiện trạng phát thải khí, và mô phỏng sự phát tán khí thải

ra môi trường ở các nhà máy nhiệt điện Từ đó đề xuất các giải pháp phòng ngừa, hạn chế và khắc phục các sự cố về phát thải khí ra môi trường Đưa ra giải pháp về vận hành, bảo dưỡng thiết bị nhằm hạn chế, phòng ngừa, ứng phó với các sự cố có thể về phát thải khí trong các nhà máy nhiệt điện nói chung, và cụ thể là các nhà máy nhiệt điện đốt than nói riêng

6 Điểm mới của luận văn

- Đã đưa ra hiện trạng phát thải khí và bụi của các nhà máy nhiệt điện, nêu ra các sự cố có thể xảy ra về phát thải khí và bụi trong quá trình vận hành nhà máy nhiệt điện than

- Đã ứng dụng mô phỏng để dự báo trường phát thải bụi, khí SOx , NOx ra môi trường tại các khu vực lân cận các nhà máy nhiệt điện Mô phỏng sự khuếch tán phát thải khí và bụi với các kịch xảy ra sự cố để lường trước, hạn chế, khắc phục, phản ứng phù hợp các sự cố về phát thải khí cũng như quy hoạch khu vực phát triển các nhà máy nhiệt điện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Các sự cố đã xảy ra trong các nhà máy Nhiệt điện ở Việt Nam

Trong thời gian qua, mặc dù các nhà máy nhiệt điện đã cải thiện công nghệ

để đảm bảo yêu cầu bảo vệ môi trường, song qua thanh tra đối với các nhà máy nhiệt điện, Tổng cục Môi trường đã phát hiện nhiều nơi vi phạm, thậm chí một số nhà máy còn để xảy ra sự cố môi trường đáng tiếc

Hình 1.2 Phát thải bụi, khí thải tại Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải

Đây là khẳng định của Liên minh Năng lượng bền vững Việt Nam (VSEA) trong kiến nghị được tổ chức này gửi tới Chính phủ, Bộ Công Thương và Bộ Tài Nguyên & Môi trường khi nói tới nguy cơ gây ô nhiễm môi trường do nhiệt điện than Mới đây, Bộ Công thương đã đưa ra danh sách 30 dự án có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường trên toàn quốc với các nhà máy nhiệt điện chiếm số lượng chủ yếu

VSEA cho biết, theo các nghiên cứu được tổ chức này thực hiện trong những năm qua, các nhà máy than và nhiệt điện than như Hải Phòng I&II, Quảng Ninh,

Thái Bình I&II, Mạo Khê, Vĩnh Tân II, Vũng Áng I &II, và Duyên Hải I đang là nguồn gây ô nhiễm không khí, nước và ảnh hưởng tới sinh kế của người dân địa phương Tuy nhiên người dân, các tổ chức xã hội và thậm chí ngay cả chính quyền tại các địa phương này lại không thể tham gia giám sát việc thực hiện kế hoạch bảo

vệ môi trường của các dự án trên

Điển hình như một số sự cố môi trường nỗi bật dưới đây:

- Nhà máy điện Vĩnh Tân 2

Ô nhiễm do khói bụi do sự cố thải khói đen nhà máy đã xảy ra vào lúc 8 giờ ngày ngày 2 tháng 7 năm 2015, trong quá trình vận hành tổ máy số 2 của Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 2 (Công suất 1.244MW) đã xảy ra sự cố Theo Báo Mới đưa tin, sự cố do nghẹt đường dẫn tro từ phễu thu tro tại bộ lọc bụi tĩnh điện về silo tro dẫn đến tình trạng xả khói thải màu đen ra môi trường Cũng tại nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2, tháng 1/2016, bãi xỉ than của nhà máy bị tố để tro bụi phát tán, ô nhiễm nặng, dân tình bức xúc [22]

- Nhà máy điện Vĩnh Tân 4

Sau đó cũng tại khu vực này một vụ nổ lớn diễn ra tại nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 (2x 600MW), huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận vào ngày 7 tháng 3 năm 2017 khiến hai người bị bỏng 20% và 35% Bộ Công Thương phát đi thông cáo cho hay: "Lúc 10:45 hôm 7/3 tại công trường Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 xảy ra hiện tượng cháy kèm theo khói và lửa bốc lên tại cột ống khói của nhà máy." "Toàn bộ các tổ máy của Vĩnh Tân 4 đã ngừng vận hành thử nghiệm từ ngày 24/2/2017." Thông tin được Bộ Công Thương cho biết Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã có báo cáo về vụ nổ tại nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân, xác định nguyên nhân là do công nhân hàn lắp ghép thiết bị đường ống [23]

- Cụm Nhà máy nhiệt điện Uông Bí

Sự cố về thải khói đen trong quá trình khởi động xảy ra ở nhiều dự án nhà máy Nhiệt điện than trên cả nước Cụm Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí khí thải đen

đã được nêu lên trên phương tiện thông tin đại chúng [24]

Năm 2014 tại cụm Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí (bao gồm UBMR1 công suất 300MW và dự án UBMR2 công suất 330 MW), trong quá trình khởi động thử nghiệm lò UBMR2, các hệ thống lọc bụi chưa thể kích hoạt khi công suất chưa đủ nên khói thải ra môi trường chưa được khử bụi Do hệ thống xử lý khí thải của nhà máy đang bị lỗi nên có khí thải đen xả ra Theo một số người dân địa phương cho biết: thỉnh thoảng ống khói của nhà máy nhiệt điện Uông Bí là “xì” khói đen ào ạt

ra môi trường khiến nhiều người dân lo lắng

“Qua điều tra, chúng tôi được biết, nhiều năm qua, người dân TP Uông Bí luôn lo ngại với nạn ô nhiễm môi trường, nhất là ô nhiễm không khí và nguồn nước

do sản xuất than, điện Nó đã trở thành nỗi bức xúc của nhân dân TP Uông Bí (Quảng Ninh) Bụi than cộng với bụi từ ống khói nhà máy nhiệt điện, nhà máy xi-măng, làm cả TP Uông Bí ngột ngạt trong khói bụi Đã đến lúc các cơ quan chức năng cần phải vào cuộc, cần yêu cầu các doanh nghiệp ký cam kết trách nhiệm với môi trường để đời sống người dân được an toàn.” [24]

Trước những kiến nghị của cử tri và chỉ đạo của tỉnh, ngày 18/01/2017, Sở Tài nguyên & Môi trường phối hợp với UBND TP Uông Bí đã kiểm tra thực địa công tác bảo vệ môi trường của Nhà máy nhiệt điện Uông Bí - Công ty Nhiệt điện Uông Bí

Theo kết quả kiểm tra, trong thời gian gần đây, công tác bảo vệ môi trường của nhà máy đã tốt hơn nhiều so với trước kia Song đôi lúc vẫn còn hiện tượng xả khói bụi ra môi trường, chủ yếu là vào các thời điểm Công ty phải thực hiện khởi động lại lò hơi theo lệnh điều độ của Tập đoàn điện lực Việt Nam, tuy nhiên chỉ diễn ra trong khoảng thời gian ngắn

Với các NMNĐ công suất lớn hiện nay như NMNĐ Vũng Áng 1, NMNĐ Thái Bình 2 thông thường được thiết kế 2 tổ máy với công suất 2x600MW Lượng than tiêu thụ đối với than antraxit 5 sẽ là trên dưới 500 tấn/giờ [29] Một trong những vấn đề nhức nhối nhất về môi trường hiện nay tại các Nhà máy nhiệt điện than (NMNĐT) là xử lý nước thải, khí, bụi thải, xử lý tro xỉ thải, Bộ Tài nguyên và

Môi trường nêu rõ

Đối với khí thải, bụi thải, trong quá trình khởi động, chạy thử nhà máy nhiệt điện hoặc vận hành nhà máy với công suất nhỏ hơn 40% công suất thiết kế, nhiều NMNĐT sử dụng dầu FO, HFO để đốt nên không đưa được hệ thống lọc bụi tĩnh điện vào hoạt động trong thời gian này, đã gây ô nhiễm bụi và ảnh hưởng tới dân cư khu vực xung quanh và gây ra các khiếu kiện Bên cạnh đó, bụi phát sinh tại khu vực silo tro bay có thể xảy ra khi hệ thống trộn ẩm tro làm việc không hiệu quả, gây

ô nhiễm bụi cục bộ tại khu vực silo tro bay Đó là chưa kể quá trình bốc dỡ than tại khu vực cảng than bằng gầu ngoạm có thể xảy ra trình trạng than rơi vãi tại khu vực cảng than Than rơi vãi có thể cuốn vào nước mưa chảy tràn, gây ảnh hưởng tới môi trường nước tại khu vực

Trong thời gian tới, để kiểm soát vấn đề ô nhiễm môi trường tại các NMNĐT, Bộ Tài nguyên và Môi trường khẳng định sẽ thắt chặt hơn nữa công tác đánh giá tác động môi trường (ĐTM) đối với các dự án NMNĐT và buộc chủ dự án phải tuân thủ đúng, đầy đủ các nội dung trong báo cáo ĐTM được phê duyệt Đồng thời, đề nghị Bộ Xây dựng sớm ban hành tiêu chuẩn, quy chuẩn để tái sử dụng tro,

xỉ làm vật liệu xây dựng (gạch, xi măng, bê tông, san lấp) theo chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ tại Quyết định số 1696/QĐ-TTg ngày 23/9/2014 để giải quyết tồn trữ tro xỉ của các trung tâm điện lực/NMNĐT Bộ cũng sẽ phối hợp chặt chẽ với các địa phương trong việc thanh tra, kiểm tra đối với các NMNĐT, kiên quyết xử lý nghiêm các hành vi vi phạm về bảo vệ môi trường để chấn chỉnh công tác bảo vệ môi trường tại các cơ sở này [6]

Các phát thải chủ yếu gây ô nhiễm môi trường trong vận hành nhà máy nhiệt điện đốt than bao gồm các thành phần sau: phát thải tro bụi sau cháy, phát thải khí ô xít lưu huỳnh (SOx), phát thải các ô xít của ni tơ (NOx), sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái động thực vật trong vùng bị ảnh hưởng Hiện nay số lượng nhà máy chưa nhiều, nhưng theo sơ đồ điện VII thì số lượng nhà máy sẽ còn tăng nhiều nữa đặc biệt khi nhà máy đã cũ do sử dụng nhiều năm Để đáp ứng tốt yêu cầu ngày càng cao về môi trường thì việc nghiên cứu phát

thải khí ra ngoài môi trường tác động đến các khu vực dân cư xung quanh là đòi hỏi cấp thiết của xã hội hiện nay

1.2 Lượng phát thải khí từ các nhà máy nhiệt điện ở nước ta hiện nay

Các thành phần ô nhiễm chủ yếu trong khí thải các nhà máy nhiệt điện than gồm:

- Bụi phát sinh từ tro trong than;

- NOx phát sinh từ Nitrogen trong không khí và trong nhiên liệu khi cháy ở nhiệt độ cao;

- SOx phát sinh từ hàm lượng lưu huỳnh trong than;

Ngoài ra trong quá trình đốt than cũng tạo ra khí CO nên phải tuân thủ theo QCVN 22-2009/BTNMT [7] và khí CO thoát ra ngoài không khí lại tạo CO2 Khí

CO2 tuy không phải là thành phần ô nhiễm trực tiếp tác động lên sức khỏe con người và hệ sinh thái nhưng gây hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ toàn cầu, nên cần được kiểm soát theo các thỏa thuận quốc tế

Các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) đốt than ở Việt Nam thải ra môi trường lượng NOx hàng năm trung bình tăng 9,2% [7]

Khí SOx là tên gọi chung của các oxyde SO2 và SO3 do lưu huỳnh trong nhiên liệu cháy Trong quá trình cháy nhiên liệu (than/dầu), lưu huỳnh có trong nhiên liệu sẽ tham gia quá trình cháy và tạo thành sản phẩm cháy bao gồm SO2 và

SO3 Tuy nhiên, tỉ lệ SO2 là chủ yếu và có thể coi SOx chính là khí SO2

Theo số liệu tính toán của báo cáo đánh giá môi trường chiến lược của Quy hoạch điện 7, lượng khí SO2 trong khí thải nhà máy nhiệt điện than theo các năm là:

1.3 Ảnh hưởng của phát thải đối với sức khỏe con người và môi trường

1.3.1 Ảnh hưởng của bụi

Trong phổi người, bụi có thể là nguyên nhân gây kích thích cơ học gây khó khăn cho các hoạt động của phổi, chúng có thể gây nên các bệnh về đường hô hấp nói chung bụi tro và mồ hóng ảnh hưởng đến sức khỏe con người như gây bệnh hen suyễn, viêm cuống phổi, bệnh khí thủng, bệnh viêm cơ phổi bụi khói được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu có thể chứa các HC đa vòng

Bụi góp phần chính vào ô nhiễm do hạt lơ lửng và các sol khí, có tác dụng hấp thụ và khuếch tán ánh sáng mặt trời, làm giảm độ trong suốt của khí quyển loại ô nhiễm này hiện là vấn đề ô nhiễm không khí thành thị nghiêm trọng nhất, các nghiên cứu cho thấy mối liên kết chặt chẽ giữa ô nhiễm không khí và tử vong, chúng gây tác hại đối với thiết bị và mối hàn điện, làm giảm năng suất cây trồng, gây nguy hiểm cho giao thông đường bộ

1.3.2 Ảnh hưởng của NO x

- Ảnh hưởng đến sức khỏe con người:

NOx có thể đi sâu vào phổi con người do ít hòa tan trong nước Khi vào được trong phổi, 80% lượng NOx bị giữ lại Trong các chất của NOx, độc tính của NO2cao hơn rất nhiều lần so với NO NO gây kích ứng và là một chất khí cực độc Khi hít phải, nó gây ra viêm phổi, mà sau một khoảng thời gian có thể phát triển thành chứng bị phù Tiếp xúc với nồng độ 100 ppm gây ra nguy hiểm và ở 200 ppm có thể dẫn đến chết người NO khi xâm nhập vào cơ thể có thể tác dụng với hồng cầu trong máu,làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu dẫn đến khả năng thiếu máu [8]

- Ảnh hưởng đến động thực vật:

làm giảm sự quang hợp NO và NO2 làm giảm sự quang hợp với nhiều mức độ khác nhau đối với cùng thời gian tác động Sự giảm quang hợp đạt đến trạng thái cân bằng đối với NO nhanh hơn đối với NO2 và sau khi môi trường hết ô nhiễm, sự quay trở lại trạng thái ban đầu đối với NO nhanh hơn đối với NO2

Gây mưa axit: Nước mưa của khí quyển sạch có giá trị pH khoảng 55,6

Nếu trong thành phần không khí có NOx, nó sẽ tác dụng với hơi nước trong khí

quyển, tạo thành axit HNO3 hoặc HNO2 làm các giọt nước mang tính axit (pH giảm

còn khoảng 4,2) Mưa chứa các axit này gọi là mưa axit Trong khí quyển, các hợp

chất NOx chiếm 12% các oxit có khả năng gây mưa axit Mưa axit làm tăng độ axit

của đất, hủy diệt rừng, thiệt hại mùa màng, nhiễm độc cây trồng, gây nguy hại cho

các sinh vật và con người

Do mưa axit mà đất bị axit hóa, làm tăng khả năng hòa tan của một số kim

loại nặng trong nước, gây ô nhiễm hóa học, các kim loại nặng được cây hấp thụ đi

vào nguồn thực phẩm, gây nhiễm độc cho người và gia súc [8]

- Hiệu ứng nhà kính

Các hợp chất NOx góp phần gây nên hiệu ứng nhà kính do chúng có khả

năng hấp thụ các tia sáng phản xạ từ Mặt trời xuống Trái Đât có bước sóng dài

Chính điều này đã giúp “sưởi ấm” Trái Đất N2O là một trong những thủ phạm gây

gia tăng hiệu ứng nhà kính N2O chiếm 5% trong tổng số các chất có khả năng gây

hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng tăng nhiệt độ của nó khoảng 0,8 K Khả năng làm

nóng của N2O gấp 206 lần khí cacbonic Mặc dù nồng độ của N2O thấp hơn 1000

lần so với CO2 nhưng N2O tiến vào môi trường với tốc độ lớn hơn [8]

- Thủng tầng ozon

Nếu trong khí quyển tồn tại NO2 sẽ xảy ra phản ứng:

ClOo + NO2 → Cl- O-N O (Clorinitrat) (1.1)

O

Clorinitrat là hợp chất tương đối bền, nó có ý nghĩa đối với việc làm giảm

chu trình phân hủy ozon do giảm việc tạo thành Clo qua phản ứng với NO2 NO làm

tăng quá trình phá hủy tầng ozon theo các phản ứng sau ứng [8]:

O3 + hv → O* + O2 (1.2) O* + NO2 → NO + O2 (1.3)

NO + O3 → NO2 + O (1.4)

N2O được biết đến là một chất tuy không làm thủng tầng ozon nhưng lại làm mỏng tầng ozon

- Khói mù quang hóa

Sự oxy hóa và hình thành khói quang hóa được biết đến như là mối nguy hiểm môi trường và sức khỏe chính của sự phát thải khí NOx Tuy nhiên, mối lo ngại về sự ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của khí NOx vẫn đang được nghiên cứu NOx chiếm một tỷ lệ đáng kể ở các khu vực ô nhiễm đô thị, nitơ oxit chịu trách nhiệm về sự xuất hiện với tần suất cao các bệnh về đường hô hấp, như viêm phế quản, viêm phổi và nhiễm trùng do virus Sự liên quan của chúng đến sự lắng đọng axit; một trong ba axit bị phân hủy đó là axit nitric cũng là một mối nguy hại đối với môi trường và sức khỏe con người [12]

1.3.3 Ảnh hưởng của SO x

Khí sulphur dioxyde (SO2) là một chất khí không màu, không cháy, có vị hăng Trong quá trình quang hóa hay có xúc tác, SO2 dễ bị oxy hóa và biến thành sulphur trioxyde SO3 trong khí quyển

Khí SO2 là loại khí độc không chỉ đối với con người mà còn đối với động thực vật và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường

- Đối với sức khỏe con người:

SO2 là chất có tính kích thích, dễ hòa tan trong nước và được hấp thụ hoàn toàn rất nhanh khi hít thở ở đoạn trên của đường hô hấp Ở nồng độ thấp (1-5ppm)

sẽ xuất hiện sự co thắt tạm thời các cơ mềm của khí quản và ở nồng độ cao hơn, khí

SO2 gây xuất tiết nước nhầy và viêm tấy thành phế quản, gây khó thở

SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan bởi nước bọt Cuối cùng chúng có thể xâm nhập vào

hệ tuần hoàn

Khi tiếp xúc với bụi, SO2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2 – 3 µm

Bảng 1.2 Giới hạn nồng độ SO 2 gây độc đối với sức khỏe con người [13]

Trong máu, SO2 tham gia vào nhiều phản ứng hóa học và gây rối loạn chuyển hóa đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza, tạo ra methemoglobin để chuyển Fe2+ (hòa tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở

- Đối với thực vật:

Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2 được trình bày ở bảng 1.3:

Bảng 1.3 Giới hạn nồng độ SO2 gây độc đối với thực vật [13]

0,03 Ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau quả 0,15-0,3 Gây độc kinh niên

1-2 Chấn thương lá cây sau tiếp xúc

- Đối với môi trường

Mưa axit rơi xuống mặt đất sẽ rửa trôi hết các dưỡng chất và mang kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, gây tác hại xấu đến sinh vật thủy sinh và các loài cá Rừng bị hủy diệt và sản lượng cây trồng giảm sút Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc

- Đối với các thiết bị trong nhà máy nhiệt điện

Ngoài những ảnh hưởng của khí SOx gây ra đối với môi trường, con người, sinh vật như đề cập ở trên Khí SOx sản sinh ra trong nhà máy nhiệt điện còn gây ra các tác hại ngay trong các thiết bị của nhà máy nhiệt điện như các đường ống dẫn khói thải ra ống khói, các thiết bị bên trong hệ thống khử SOx khi nhiệt độ của khói thải thấp hơn nhiệt độ đọng sương Khi đó sẽ có hiện tượng ngưng tụ khí SOx và hơi nước trong hỗn hợp khói thải qua phản ứng:

Hơi ẩm axít sunfuric trong hỗn hợp khói thải gây ra ăn mòn nhanh chóng bề mặt của thiết bị như đường ống thép, thiết bị bồn bể, đường khói thải Do vậy để có thể chống lại sự ăn mòn này đòi hỏi các đường ống, thiết bị phải chế tạo bằng các vật liệu chống ăn mòn và điều này làm tăng chi phí sản xuất thiết bị và chi phí vận hành [13]

1.4 Yêu cầu về môi trường

Tiêu chuẩn môi trường dành cho các nhà máy nhiệt điện trước đây được quy định tại TCVN 5939:1995, theo đó chỉ tiêu nồng độ SOx trong khói thải của NMNĐ đều ở mức cao (1.500 mg/m3

tc) phù hợp với công nghệ nhà máy tại thời điểm đó Như vậy có thể thấy rằng, đối với NMNĐ xây dựng và vận hành trước năm 1995 (sử dụng công nghệ cũ và lạc hậu) thì quy định về khí thải SOx ở mức độ cao 1500 mg/m3tc (như mục A) Hiện nay sự phát thải khí SOx trong nhà máy nhiệt điện được quy định tại tiêu chuẩn QCVN 22:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về khí thải công nghiệp nhiệt điện

Bảng 1.4 Nồng độ khí thải công nghiệp nhiệt điện theo loại nhiên liệu sử dụng [5]

STT Thông số

Nồng độ, mg/m3Trước

Với các NMNĐ xây dựng và lắp đặt sau năm 1995 quy định về nồng độ khí thải bụi, NOx ,SOx , có yêu cầu nghiêm ngặt hơn Chính vì vậy các NMNĐ đã xây dựng/vận hành gần đây và đang xây dựng bắt buộc phải trang bị công nghệ xử lý khí thải hiện đại, hiệu suất khử bụi, NOx , SOx cao, cần có các quy trình vận hành, bảo dưỡng thiết bị các hệ thống xử lý khí thải phù hợp và hiệu quả để đáp ứng yêu cầu về môi trường

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ PHÁT THẢI

2.1 Cơ sở lý thuyết hình thành phát thải ở các nhà máy nhiệt điện đốt than

Như đã đề cập ở chương trước, sản phẩm cháy của nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) đốt than gồm nhiều thành phần như: NO, NO2, N2O, CO2, H2O, SO2, O2,

N2… Trong đó ta xét đến các thành phần gây ô nhiễm trong khí thải các nhà máy nhiệt điện than gồm:

- Bụi phát sinh từ tro trong than;

- NOx phát sinh từ Nitrogen trong không khí và trong nhiên liệu khi cháy ở nhiệt độ cao;

- SOx phát sinh từ hàm lượng lưu huỳnh trong than;

2.1.1 Cơ chế hình thành bụi

Thành phần của than nói chung có các thành phần nguyên tố cac bon, hydro, oxy, nitro, lưu huỳnh… Theo số liệu của antraxit 5b được cho ở bảng 2.1 dưới đây [21]:

Bảng 2.1 Thành phần của than antraxit cám 5

Ta biết rằng, ở điều kiện vận hành, sau quá trình đốt cháy than sẽ tạo ra các sản phẩm cháy gồm CO2, CO, H2O, các khí NOx, SOx, và lượng sản phẩm rắn gồm

Thông số than cấp cho nhà máy

tro than gồm xỉ và tro bay Tro bay theo dòng khói thải sẽ ra khỏi buồng đốt tạo thành bụi và cần được xử lý trước khi thải vào môi trường

2.1.2 Cơ chế hình thành NO x

Nitơ ôxyt sinh ra trong quá trình đốt cháy bột than chủ yếu là NO và NO2 gọi chung là NOx, ngoài ra còn một ít N2O Trong quá trình đốt bột than, lượng NOx hình thành và thải ra có quan hệ mật thiết với điều kiện cháy như phương thức đốt đặc biệt

là nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa

Phụ thuộc vào nguồn gốc nitơ (N) người ta phân biệt ba loại NOx là NOx nhiệt,

NOx tức thời, và NOx nhiên liệu [9]

Hình 2.1 Giới thiệu một ví dụ về quan hệ giữa lượng hình thành các loại NOx với

nhiệt độ buồng lửa [9]

Khi đốt than bột, NOx nhiên liệu là chủ yếu, chiếm khoảng 60%-80% tổng số

NOx Còn NOx nhiệt sinh ra phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ cháy, khi nhiệt độ cháy đủ cao, NOx nhiệt có thể chiếm đến 20% tổng NOx Trong lúc đó NOx tức thời chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ trong quá trình đốt bột than [9]

2.1.2.1 Cơ chế hình thành NO x nhiệt

Theo cơ chế này, NO được hình thành thông qua các phản ứng gốc giữa các phân tử O2 và N2 khi đốt nhiên liệu không chứa N2, chẳng hạn khí thiên nhiên, khí hóa than NOx nhiệt sinh ra do Nitơ (N2) trong không khí tạo thành dưới dạng nhiệt

độ cao trong qúa trình cháy

Cơ chế hình thành có thể biểu thị bằng phản ứng dây chuyền không phân nhánh của Zeldovich dưới đây :

đã cháy hết (khói) nồng độ của gốc O bằng nồng độ cân bằng tình theo phân rã ôxy phân tử (O2):

Trong đó: M là phần tử có tác dụng về mặt năng lượng

Không chỉ phản ứng phân rã nhiệt (1.1) mà cả phản ứng quyết định vận tốc (1.4) đều cần nhiều nhiệt (ΔH=508kJ/mol và ΔH=315kJ/mol) và do năng lượng hoạt hóa lớn nên sự hình thành NO theo cơ chế này phải từ nhiệt độ t > 1400 oC mới

có ý nghĩa [10]

2.1.2.2 Cơ chế hình thành NO x tức thời

Khi khí hydrocacbon cháy trong không khí thì hàm lượng NO trong ngọn lửa tăng rất nhanh Quá trình này không thể miêu tả bằng cơ chế NO nhiệt Lần đầu tiên năm 1971 Fenimore gọi NO hình thành trong thời gian rất ngắn này là NO tức thời (Prompt-NO) Trong các ngọn lửa thực tế, NO tức thời nằm trong giới hạn chỉ từ 5÷50ppm (part per million-phần triệu) So với NO nhiệt trong các ngọn lửa công

nghiệp có thể bỏ qua NO tức thời Song trong các buồng đốt Turbine khí, NO tức thời lại chiếm một phần đáng kể Trên cơ sở nhiều thí nghiệm nhiều tác giả cho rằng

cơ chế NO tức thời được kích thích bởi các phản ứng nhanh trong 1÷2ms giữa các gốc hydrocacbon và các phân tử Nitơ Gốc CHi được coi là quan trong nhất trong các phản ứng này

CHi=0,1,2… + N2 ⇌ HCN+ NHi = 0,1 (2.5) ⇌ HCN+ NHi = 0,1,2 (2.6) Phụ thuộc vào mức độ hỗn hợp và điều kiện phản ứng tiếp theo của các gốc vừa mới tạo thành (CHN, CN, NHi) có thể tạo nên NO hoặc trở lại N2

Tức là khi đốt nhiên liệu là hỗn hợp Cacbonhydro với nồng độ nhiên liệu quá đặc, ở xung quanh khu vực phản ứng sẽ tạo thành NOx Đó là do CHi sinh ra khi đốt nhiên liệu va đập vào N2 trong không khí tạo thành CN, HCN, sau đó bị oxy hóa tạo thành NOx NOx tức thời là do N2 trong không khí dùng để đốt cháy bị oxy hóa tạo

ra Xét từ nguồn gốc N2 tạo thành NOx, thì tương tự như NOx nhiệt, ngược lại nó rất giống với cơ chế hình thành NOx nhiên liệu Thực ra sau khi N2 và CHi phản ứng tạo thành HCN, thì NOx nhiên liệu đi theo lộ trình phản ứng hoàn toàn giống nhau

Có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng, NOx tức thời ít phụ thuộc vào nhiệt độ Thông thường, khi đốt ở nhiệt độ thấp các nhiên liệu Cacbonhydro không chứa Nitơ, mới chú ý tới NOx tức thời, vì khi nhiệt độ quá 1500 oC, thì NOx nhiệt là tác dụng chủ yếu [10]

Trong than hàm lượng nitơ chiếm 0,5÷2,5% chúng ở dạng hợp chất nguyên

tử nitơ kết hợp với cabuahydrô thành hợp chất có liên kết mạch vòng, hoặc xích trong than (C5H5N, C5H5NH2) Loại hợp chất nitơ trong nhiên liệu bị nhiệt phân và oxy hóa tạo thành được gọi là NOx nhiên liệu

Cơ chế hình thành NOx nhiên liệu rất phức tạp, nên mặc dù nhiều năm nay nhiều học giả trên thế giới đã tiến hành rất nhiều công trình nghiên cứu về lý luận cũng như thực tế để làm rõ cơ chế hình thành và phân hủy NOx nhiên liệu, nhưng cho đến nay vẫn chưa rõ ràng Thực tế cho thấy, khi đốt than bột, khoảng 70 – 90%

là NOx nhiên liệu, cho nên NOx sinh ra chủ yếu do đốt cháy Nitơ trong nhiên liệu Việc nghiên cứu cơ chế hình thành và phân hủy NOx nhiên liệu có ý nghĩa quan trọng đối với việc khống chế NOx thải ra trong quá trình đốt cháy một cách hiệu quả

Hình 2.2 Biểu thị quá trình phân hủy N trong nhiên liệu thành N chất bốc và N cốc

Tổng kết quá trình nghiên cứu những năm gần đây, cơ chế hình thành NOxnhiên liệu có những quy luật sau:

a Trong điều kiện đốt cháy bình thường, các hợp chất hữu cơ của Nitơ bị nhiệt phân trước tiên thành HCN, NH3 và CN là những sản phẩm trung gian cùng tách ra cùng với chất bốc, nên gọi là Nitơ chất bốc Sau khi Nitơ bốc theo chất bốc vẫn còn hợp chất Nitơ trong cốc, gọi là Nitơ cốc Hình 1.1 là sơ đồ mô tả quá trình nitơ trong nhiên liệu phân hủy thành nitơ chat bốc và cốc

Nghiên cứu trên thế giới cho thấy khi lượng chất bốc tách ra khoảng (10 - 15%) tổng lượng chất bốc trong than thì N chất bốc mới bắt đầu tách ra Tỷ lệ N chất bốc và N cốc trong nhiên liệu có quan hệ mật thiết với từng loại than, nhiệt độ nhiệt phân và tốc độ gia nhiệt Khi thành phần chất bốc của nhiên liệu cao, nhiệt độ nhiệt phân và tốc độ gia nhiệt tăng lên thì N chất bốc tăng lên còn N cốc sẽ giảm theo hình 1.2 [9]

Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tỷ lệ chuyển hóa Nitơ

b Trong Nitơ (N) chất bốc, hợp chất Nitơ (N) chủ yếu nhất là HCN và NH3 Trong Nitơ chất bốc, tỷ lệ HCN và NH3 không chỉ quyết định bởi tính chất hóa học của than và chất bốc, mà có quan hệ mật thiết với tính chất hóa học của N kết hợp với các loại Cacbonhydro của nhiên liệu, đồng thời có quan hệ với điều kiện đốt cháy như nhiệt độ, hệ số không khí thừa… Quy luật đó như sau:

Đối với than có khói, trong Nitơ chất bốc, tỷ lệ HCN lớn hơn NH3, như trong than Việt Nam thì Nitơ chất bốc NH3 là chủ yếu Đối với than không khói thì N chất bốc trong HCN và NH3 tương đối ít

Khi N nhiên liệu kết hợp với C6H5NH2, HCN là sản phẩm nhiệt phân chủ yếu ban đầu, khi N nhiên liệu tồn tại dưới hình thức khác thì NH3 lại là sản phẩm chủ yếu của phản ứng nhiệt phân

Trong N chất bốc lượng HCN và NH3 tăng lên khi nhiệt độ tăng lên, nhưng khi nhiệt độ vượt quá 1000o

C – 1100oC thì hàm lượng NH3 đạt đến bão hòa

Khi nhiệt độ tăng lên, N nhiên liệu chuyển hóa thành HCN với tỷ lệ lớn hơn chuyển thành NH3

c Lộ trình phản ứng chủ yếu của HCN trong nitơ chất bốc:

Lộ trình phản ứng chủ yếu của HCN trong Nitơ chất bốc:

Nitơ (N) chất bốc cùng được tách ra với thành phần chất bốc sau khi gặp oxy trong quá trình đốt cháy chất bốc, sẽ tiến hành một loạt phản ứng Từ lộ trình phản ứng trên có thể thấy, HCN trong N chất bốc bị oxy hóa thành NCO, có thể có hai lộ trình phản ứng quyết định bởi điều kiện phản ứng mà NO gặp tiếp theo Trong môi

trường oxy hóa NCO sẽ tiếp tục oxy hóa thành NO, nếu gặp môi trường hoàn nguyên, thì NCO sẽ phản ứng cho NH, lúc đó trong môi trường oxy hóa NH tiếp tục oxy hóa thành NO, NH thành nguồn tạo ra NO, đồng thời còn có thể cùng với NO mới tạo thành, tiền hành phản ứng hoàn nguyên, làm cho NO hoàn nguyên thành

N2, lúc đó NH lại là chất hoàn nguyên NO [9]

Hình 2.4 Lộ trình chủ yếu phản ứng oxy hóa NH3

Từ lộ trình trên, NH3 có thể là nguồn hình thành NO, cũng có thể trở thành chất hoàn nguyên NO Dưới nhiệt độ cháy thông thường, NOx nhiên liệu chủ yếu là

NOx hoàn nguyên

Ta biết NOx tạo thành trong môi trường oxy hóa khi gặp môi trường hoàn nguyên (đốt nhiên liệu giàu hoặc thiếu oxy) sẽ hoàn nguyên thành phân tử N2, đó gọi là phân hủy NOx hay sự hoàn nguyên NOx Cho nên, nồng độ NOx tạo thành ban đầu sẽ không bằng NOx khi thải ra, vì khi thay đổi điều kiện cháy, có thể làm cho

NOx hình thành bị phân hủy, hoàn nguyên trở lại Nitơ, hình 1.4 thể hiện lộ trình phản ứng phân hủy

Nồng độ NOx phát thải của thiết bị đốt than quyết định bởi kết quả tổng hợp của phản ứng tạo thành NOx và phản ứng hoàn nguyên hoặc phân hủy NOx

Như đã giới thiệu, quá trình hình thành và phân hủy NOx nhiên liệu là vô cùng phức tạp, có 3 dạng lộ trình phản ứng và rất nhiều phương trình phản ứng Đến nay đã phát hiện ra ít nhất 251 loại phương trình phản ứng có quan hệ đến quá trình hình thành và phân hủy NOx

2.1.3 Cơ chế hình thành SO x

Trong quá trình cháy, lưu huỳnh bị oxy hóa để tạo thành sulphur dioxyde

SO2 bởi phản ứng đơn giản:

Tốc độ phản ứng này rất cao bởi nhiệt độ quá trình cháy Thông thường 95% của lưu huỳnh trong nhiên liệu sẽ bị oxy hóa thành SO2 Do sự có mặt của vài kim loại không cháy được (như vanadium V) sẽ là chất xúc tác để tạo thành sulphur trioxyde SO3 theo phản ứng:

90-SO2 + 1/2O2 SO3 (2.7)

Ở nhiệt độ cao của quá trình cháy, với sự giới hạn của oxy, quá trình khí hóa của hydrogen với lưu huỳnh để tạo thành hydrogen sulfide dưới xúc tác là thành phần các bon trong than:

S + H  H S (2.8)

Sự hình thành hydrogen sulfide theo phản ứng trên chính là khí cháy được trong giai đoạn sau đó để tạo thành sulphur dioxyde và nước theo phản ứng:

H2S + 3/2O2 SO2 + H2O (2.9) Trong khói thải của quá trình cháy, SO3 và H2S có thể tồn tại (chỉ khoảng 1% trong toàn bộ phát thải của lưu huỳnh) và thành phần chính của SOx trong khói thải

là SO2 Gần như 100% sự phát thải SOx trong quá trình cháy là xuất phát từ lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu

Lưu huỳnh nguyên tố S trong than có hai dạng lưu huỳnh vô cơ và lưu huỳnh hữu cơ Nhiệt độ nóng chảy của lưu huỳnh nguyên tố khoảng 1150C và nhiệt độ sôi

là 4440C Trong quá trình cháy than, lưu huỳnh bị oxy hóa thành các khí như là SO2

và SO3, và khí SO2 là chủ yếu vì quá trình oxy hóa thành SO2 diễn ra rất nhanh chóng Phản ứng ban đầu hình thành SO3 trong ngọn lửa là:

SO2 + O + M  SO3 + M (2.10) Phản ứng này diễn ra nhanh gần vùng cháy với sự có mặt của nguyên tử oxygen (O) Lượng SO3 gần ngọn lửa xuất hiện ban đầu qua phản ứng:

SO3 + HO2 HOSO2 + O2 (2.11)

Về sự hình thành SO3 trong giai đoạn đầu với lượng không khí thừa từ 10 đến 30%, các phản ứng hình thành SO3 trong dải nhiệt độ 593 – 427°C xảy ra tại vùng của bộ hâm nước Lò hơi hoạt động với không khí thừa từ 10 đến 30%, khoảng 0,65% chuyển hóa lưu huỳnh trong than (S) thành SO3 Ngoài ra, quá trình hình thành SO3 này là kết quả phản ứng giữa SO2 với phân tử oxy dưới xúc tác bởi oxyde sắt có trong xỉ và bề mặt ống của buồng lửa Cơ chế phản ứng còn phụ thuộc vào điều kiện vận hành và thiết kế trong đó có nồng độ SO2, thành phần xỉ, diện tích trao đổi nhiệt sự phân bố nhiệt đô khói và bề mặt ống, hệ số không khí thừa [13]

2.2 Các hệ thống xử lý phát thải khí, bụi tại NMNĐ Vũng Áng 1, Thái Bình 2

Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả có cơ hội được tiếp cận tìm hiểu

và làm việc tại 2 NMNĐ là Vũng Áng 1 (đã đi vào hoạt động) và Thái Bình 2 đang

trong quá trình xây dựng và chuẩn bị vận hành chạy thử Về cơ bản 2 NMNĐ này

có thông số thiết kế tương tự nhau về công suất, công nghệ và nhiên liệu đốt than

Hệ thống xử lý phát thải sau buồng đốt là tương tự về hệ thống SCR khử NOx , lọc bụi tĩnh điện ESP Riêng đối với hệ thống FGD khử SOx, tại NMNĐ Vũng Áng 1

áp dụng công nghệ hấp thụ SOx dùng nước biển, NMNĐ Thái Bình 2 áp dụng công nghệ hấp thụ SOx bằng sữa đá vôi như trình bày cụ thể trong nội dung luận văn

2.2.1 Mô tả chung về hệ thống thiết bị SCR của NMNĐ Vũng Áng 1

Chức năng của hệ thống khử NOx bằng ammonia có xúc tác: Mục đích của

hệ thống khử NOx bằng ammonia có chất xúc tác chuyển đổi khí thải NOx sau buồng đốt của lò hơi thành khí nitơ và hơi nước theo đúng yêu cầu tiêu chuẩn phát thải (QCVN 22:2009) Phạm vi của hệ thống khử NOx bằng ammonia có xúc tác với các thông số khói thải (lưu lượng, áp suất nhiệt độ, nồng độ), sơ đồ nguyên lý hệ thống khử NOx của NMNĐ Vũng Áng 1 được thể hiện như trên Hình 2.6, trên cơ sở

đặc tính than sử dụng cho NMNĐ Thái Bình 2 theo Bảng 2.2

Hệ thống thiết bị SCR bao gồm các bộ phận sau:

- Hệ thống lưu trữ và bốc dỡ ammonia lỏng:

Ammonia khan (NH3 99,5% hoặc nhiều hơn) sẽ được bốc rỡ ra khỏi xe bồn

và được lưu trữ vào bồn chứa ammoniac lỏng Hệ thống bốc dỡ và lưu trữ ammonia bao gồm máy nén khí ammonia và bể chứa ammonia Hệ thống này được lắp đặt cùng với một hệ thống phun nước khẩn cấp bao gồm các thiết bị: van an toàn, đường ống, phụ kiện, giá đỡ, van và các loại phụ kiện hỗ trợ

- Hệ thống cung cấp ammonia

Hệ thống cung cấp Ammonia bao gồm thiết bị hóa hơi và bình lưu giữ Ammonia khan từ bồn chưa sẽ chuyển vào thiết bị hóa hơi với áp suất thấp hơn áp suất của bể chứa amonia Thiết bị hóa hơi sẽ sử dụng hơi tự dùng để hóa hơi Ammonia lỏng thành khí ammonia

- Hệ thống pha loãng ammonia

Hệ thống này bao gồm quạt không khí pha loãng, thiết bị ammonia / không khí, đường ống cấp amoniac, van và các phụ kiện kèm theo Thiết bị cung cấp không khí pha loãng sẽ cung cấp không khí từ khí quyển để pha loãng khí ammonia Khí nhiệt độ khói thải lò hơi đạt đến 311℃ hệ thống van đóng mở, van điều khiển

sẽ được mở và van điều khiển lưu lượng Amonia sẽ điều khiển lưu lượng ammonia dựa trên tín hiệu của máy phân tích NOx, NH3, O2 Ammonia pha loãng được phun vào đường khói; sau đó đi vào tháp phản ứng chất xúc tác (SCR reactor)

- Khử NO x bằng phun ammonia co chất xúc tác

Hệ thống này là hệ thống giảm phát thải NOx sau khi đốt Trong hệ thống SCR, ammonia pha loãng sẽ được bơm vào dòng khí khói như chất làm giảm chất xúc tác trong quá trình phản ứng, để đạt được mức giảm phát thải NOx theo yêu cầu thiết kế

Các hỗn hợp khí lò và khí ammonia phản ứng với chất xúc (Catalyst VO2O5, TiO2) tác trong khi đi qua các lớp xúc tác Ammonia khi có chất xúc tác phản ứng với các oxit nitơ trong Khí lò, và NOx chuyển thành hơi nitơ và hơi nước theo các phản ứng (2.10÷2.12) Phản ứng thực tế sẽ xảy ra khi khói đi qua các lớp chất xúc tác trong tháp phản ứng SCR Mỗi hệ thống SCR có 2 lò phản ứng, và mỗi lò có ba lớp xúc tác cho hoạt động và một lớp dự phòng

Hiệu suất khử NOx của hệ thống SCR theo chế độ vận hành là 41% [16] và nồng độ phát thải là CNOx = 668,2 mg/m3

2.2.2 Mô tả chung về hệ thống thiết bị lọc bụi tĩnh điện ESP (Electrostatic precipitator) của NMNĐ Thái Bình 2

Tương tự các nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ đốt than phun hiện nay, Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1 và Thái Bình 2 sử dụng lò PC với các thông số hơi cận tới hạn Các sản phẩm cháy trong lò hơi cuốn theo dòng khói ra ngoài ống khói bao gồm cả các hạt bụi Thông thường, nồng độ các hạt thải trong khói dao động từ

10 ~ 40 g/m3 với kích cỡ nhỏ hơn 80μm, bao gồm phần lớn là các hạt tro có kích cỡ nhỏ hơn 40 micron và một phần các hạt than không cháy hết với kích cỡ lớn hơn 40 micron

Theo tiêu chuẩn môi trường cho phép áp dụng cho dự án Nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 2 là tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 22:2009 về phát thải bụi, nồng độ bụi cho phép ra khỏi ống khói phải nhỏ hơn 200 mg/m3

Do đó, để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường đối với dự án này, nhất thiết phải có biện pháp thu hồi các hạt bụi Tương tự NMNĐ Vũng Áng 1, NMNĐ Thái Bình hiện tại áp dụng hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP)

Nguyên lý cơ bản của hệ thống khử bụi tĩnh điện dựa trên việc tích điện cho

các hạt tro trong dòng khói để thu hồi và thải đi Các bộ phận cơ bản của thiết bị khử bụi bao gồm vỏ và kết cấu bao che, các cực phóng, cực lắng, hệ thống rung gõ, các máy biến áp chỉnh lưu, kết cấu đỡ, phễu tro…

Một điện trường được tạo ra giữa các cực phóng và cực lắng Khi dòng khói

đi qua điện trường này, các hạt bụi sẽ bị nhiễm điện âm và bị hút về phía các bề mặt thu bụi của bản cực lắng ngang qua dòng khói

Căn cứ theo chiều dày cho phép của lớp bụi bám trên bản cực, định kỳ hệ thống búa gõ sẽ tác động lên các bản cực làm các mảng hạt bụi bám trên các bản cực sẽ rơi xuống phễu thu tro phía dưới và được thải ra hệ thống thải tro xỉ hoặc silô tro

Đây là thiết bị được áp dụng phổ biến và hiệu quả trong các nhà máy nhiệt điện có hiệu suất khử bụi lên tới 99,88% [28]với mật độ hạt bụi trong khói ở đầu ra thiết bị nhỏ hơn 100mg/m3

Hình 2.8 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện NMNĐ Thái Bình 2

2.2.3 Mô tả chung về hệ thống thiết bị khử SO x tại NMNĐ Thái Bình 2

Do buồng lửa than phun không thích hợp với việc xử lý khí thải trong buồng lửa nên các hệ thống FGD hiện nay phải lắp đặt riêng trên đường khói thải ở vùng

nhiệt độ khói thấp Tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu và vị trí đặt NMNĐ mà hệ thống FGD có thể dùng công nghệ sử dụng đá vôi và sử dụng nước biển

Ta xem xét lò hơi đốt than phun của NMNĐ Thái Bình 2 (công suất tổ máy cao nhất ở Việt Nam hiện nay cùng với một số NMNĐ khác như Vũng Áng 1, NMNĐ Long Phú 1…) do hãng Babcook Wilcox sản xuất và cấp thiết bị Nguyên

lý hoạt động của hệ thống là công nghệ ướt (WFGD) sử dụng nguyên liệu hấp thụ

SOx là đá vôi được minh họa ở Hình 2.9 [30] dưới đây:

- Hệ thống chuẩn bị đá vôi: đá vôi tại kho chứa được đưa xuống phễu chứa đá vôi (có trang bị sàng để loại các cục đá vôi có kích thước lớn hơn

20mm) bằng máy ủi; từ phễu chứa, đá vôi được vận chuyển lên si lô đá vôi thông qua hệ thống gầu múc và băng tải; đá vôi tại si lô sẽ được cấp vào máy nghiền đá vôi vằng các băng tải cấp; đá vôi sau khi nghiền được vận chuyển về bồn chứa (có nước và máy khuấy để hòa tan thành nước bùn đá vôi) Từ đây nước bùn đá vôi được bơm vào tháp hấp thụ

- Hệ thống tháp hấp thụ: Dòng khói thải từ lò hơi được đưa vào từ bên dưới của tháp hấp thụ (độ cao lớn hơn mực nước vôi trong có trong tháp) đi lên phía trên đỉnh tháp; nước và đá vôi sau khi nghiền được hòa trộn thành dung dịch nước vôi trong và được bơm lên các giàn phun (hệ thống vòi phun) được bố trí bên trên tháp hấp thụ và phun tạo thành dòng ngược chiều với dòng khói thải nhằm tăng cường

độ tiếp xúc và hòa tan khí SOx có trong khói

- Hệ thống thu gom và tách nước thạch cao: Sau khi sự kết tinh thạch cao trong tháp hấp thụ xảy ra, hỗn hợp thạch cao hòa tan và nước (hỗn hợp bùn thạch cao) sẽ được bơm chuyển về bộ phân ly Tại đây, hỗn hợp bùn thạch cao sẽ được phân ly tách nước thành thạch cao ở dạng rắn Sau đó thạch cao rắn sẽ chuyển qua

bộ lọc chân không và đổ vào kho chứa bằng băng tải thạch cao (trong trường hợp bộ lọc không vận hành thì thạch cao sẽ chuyển về bồn chứa bùn thạch cao)

- Hệ thống dẫn khói thải: Hệ thống dẫn khói thải được thiết kế có thể vận hành trong trường hợp sự cố (trong thời gian ngắn) Có trang bị bộ gia nhiệt khói GGH (kiểu quay lấy nhiệt từ khói nóng đầu vào và gia nhiệt khói sạch đầu ra) để nâng nhiệt độ khói sạch lên trên 65oC nhằm tránh hiện tượng đọng sương bên trong đường dẫn khói thải (gây ăn mòn thiết bị) Các thiết bị được kết nối với đường dẫn khói thải bằng các bộ giãn nở và các van khói

- Hệ thống xả thải: Bao gồm bồn chứa khẩn cấp: dùng để chứa hỗn hợp nước vôi trong, nước thạch cao trong tháp hấp thụ trong trường hợp bảo dưỡng tháp hấp thụ (phải rút hết nước trong tháp) Các mương xả thải có nhiệm vụ thu gom, lưu trữ chất lỏng và bùn trong hệ thống FGD và đưa ngược lại hệ thống theo một chu kì kín [30]