Nghiên cứu các phương pháp xử lý tro xỉ trên thế giới và lựa chọn ứng dụng vào việt nam

Ở các nước như Mỹ, Nhật do chất lượng than dùng cho các NMNĐ chủ yếu là than Bitum hoặc á bitum có chất lượng tốt, độ tro trong than ít, công nghệ đốt hiện đại nên hàm lượng các bon chưa

Hà Nội – 2017

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

-

Nguyễn Văn Thạo

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ TRO XỈ TRÊN THẾ GIỚI

VÀ LỰA CHỌN ỨNG DỤNG VÀO VIỆT NAM

Chuyên ngành : Kỹ thuật nhiệt

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Báo cáo luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của riêng tôi được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu các công nghệ đã được áp dụng rộng rãi và phổ biến trên thế giới dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Hồng Sơn

Các số liệu và kết quả trong luận văn được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh mục tài liệu tham khảo Kết quả nghiên cứu chưa có ai công bố trong bất kỳ công trình từ trước đến này

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 CÁC CÔNG NGHỆ LÒ HƠI VÀ THẢI TRO XỈ TRONG CÁC NMNĐ Ở VIỆT NAM 6

1.1 Tình hình phát triển các NMNĐ ở Việt Năm từ năm 2006 đến 2015 có xét đến năm 2025 có xét đến năm 2030 6

1.2 Các công nghệ lò hơi phổ biến ở Việt Nam 10

1.2.1 Công nghệ lò than phun 10

1.2.2 Công nghệ lò đốt tầng sôi tuần hoàn 11

1.3 Các công nghệ thải xỉ phổ biến 12

1.3.1 Giới thiệu chung 12

1.3.2 Hệ thống thải xỉ đáy lò 13

1.3.3 Hệ thống thải tro bay 16

1.3.4 Hệ thống thải tro xỉ tới bãi xỉ hoặc các hộ tiêu thụ 18

1.4 Kết luận chương 1 20

CHƯƠNG 2 CÁC ỨNG DỤNG CỦA TRO XỈ VÀ TIỀM NĂNG TIÊU THỤ, SỬ DỤNG TRO XỈ 21

2.1 Các quy định về sử dụng và tiêu thụ tro xỉ của các nước trên thế giới 21

2.1.1 Austrailia 21

2.1.2 Canada 22

2.1.3 Trung Quốc 23

2.1.4 Liên minh Châu Âu 24

2.1.5 Nhật Bản 25

2.2 Tổng quan về công tác xử lý tro xỉ của các NMNĐ ở Việt Nam 26

2.3 Các ứng dụng của tro xỉ đã và sẽ thực hiện ở Việt nam 29

2.3.1 Sử dụng tro xỉ làm phụ gia trong công nghệ sản xuất xi măng 29

2.3.2 Khả năng tiêu thụ của tro xỉ cho công nghệ sản xuất gạch 32

2.3.3 Khả năng sử dụng tro xỉ làm vật liệu xây dựng và các nhu cầu khác 35

2.3.4 Nghiên cứu gia cố nền đường yếu 38

2.3.5 Nghiên cứu sử dụng tro làm bê tông đường bê tông xi măng 40

2.3.6 Sử dụng tro xỉ cho các nhu cầu khác 41

2.4 Quy hoạch phát triển sản xuất vật liệu xây dựng của Việt Nam 41

2.5 Kết luận chương 2 42

CHƯƠNG 3 CÁC CÔNG NGHỆ PHÂN LY CÁC BON CHƯA CHÁY HẾT TRONG TRO XỈ TRÊN THẾ GIỚI VÀ LỰA CHỌN ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM 44

3.1 Tổng quan 44

3.2 Đặc tính của tro xỉ các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam 44

3.3 Các công nghệ tách các bon chưa cháy trong tro bay 45

3.3.1 Công nghệ phân ly cơ khí (Classification) 45

3.3.2 Công nghệ tuyển nổi (Froth flotation) 48

3.3.3 Công nghệ phân ly tĩnh điện ma sát (Triboelectricstatic separation) 55

3.4 Lựa chọn công nghệ và phương án xử lý tro xỉ 64

3.4.1 Mục tiêu lựa chọn công nghệ và phương án xử lý 64

3.4.2 Yêu cầu 64

3.4.3 Tổng hợp các công nghệ xử lý tro bay trình bày trên 64

3.4.4 Lựa chọn công nghệ xử lý tro bay 65

3.5 Kết luận chương 3 66

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ TRO XỈ NMNĐ HẢI PHÒNG 67

4.1 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý tro xỉ cho NMNĐ Hải Phòng 67

4.1.1 Giới thiệu tổng quan về NMNĐ Hải Phòng 67

4.1.2 Thiết kế hệ thống phân ly các bon trong tro bay áp dụng cho NMNĐ Hải Phòng 67

4.2 Kết luận chương 4 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

1 Thực tiễn của Đề tài 82

2 Kiến nghị 82

3 Hướng nghiên cứu tiếp theo của Đề tài 82

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

CD Hệ số lực cản của không khí (phụ thuộc vào kích thước của hạt)

A

S Diện tích bề mặt nhô ra của hạt

QHĐVII Tổng sơ đồ quy hoạch điện VII

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Tiến độ phát triển các NMNĐ Đốt than theo QHĐ VII điều chỉnh 7

Bảng 2.1: Đặc tính tro bay quy định bởi tiêu chuẩn AS 3582 21

Bảng 2.2: Đặc tính tro bay theo tiêu chuẩn CAS 3001 22

Bảng 2.3: Quy định đặc tính tro xỉ cho sử dụng trong xi măng của Trung Quốc 24

Bảng 2.4: Đặc tính của tro bay theo tiêu chuẩn EN 450 của Liên minh Châu Âu 24

Bảng 2.5: Đặc tính của tro bay theo tiêu chuẩn JIS A6201 25

Bảng 2.6: Hiện trạng tiêu thụ tro xỉ của các NMNĐ ở Việt Nam 26

Bảng 3.1: Danh sách các nhà máy xử lý tro bay bằng công nghệ phân ly tĩnh điện [13] 60

Bảng 3.2: Tổng hợp và so sánh các công nghệ xử lý tro bay 64

Bảng 4.1: Lượng than tiêu thụ trung bình của nhà máy ở chế độ định mức 68

Bảng 4.2: Lượng tro bay, xỉ thải ra hàng năm của nhà máy ở chế độ định mức 68

Bảng 4.3: Danh mục các thiết bị chính 73

Bảng 4.4: Các thống số nguyên vật liệu đầu vào và ra dự kiến 75

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Thống kế công suất đặt, lượng than tiêu thụ, lượng tro xỉ thải ra của

các NMNĐ đốt than giai đoạn 2007-2015 7

Hình 1.2: Tiến độ phát triển các NMNĐ đốt than theo QHĐ VII điều chỉnh 8

Hình 1.3: Lò hơi đốt than phun (NMNĐ Phả Lại) 10

Hình 1.4: Mô hình lò hơi tầng sôi tuần hoàn 12

Hình 1.5: Sơ đồ điền hình của một nhà máy nhiệt điện đốt than 13

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống thải xỉ kiểu ướt NMNĐ Hải Phòng 14

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống thải xỉ khô 15

Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống thải xỉ dùng băng tải xích 16

Hình 1.9.: Hệ thống thải tro bay (Hút chân không) 17

Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống thải tro bay điển hình (kết hợp chân không và khí nén) 18

Hình 2.1: Sơ đồ sản xuất xi măng điển hình (Nhà máy xi măng Nghi Sơn) 29

Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất xi măng (Nhà máy xi măng Nghi Sơn) 30

Hình 3.1: Bộ phân ly (Air classifier) 46

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý công nghệ phân ly khí 47

Hình 3.3: Hệ thống phân ly khí nhiều tầng (nguồn: Công ty Techno Enterprise) 48

Hình 3.4: Bể tuyển nổi 49

Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ tuyển nổi và cô đặc 51

Hình 3.6: Thiết bị tuyển nổi 52

Hình 3.7: Hệ thống hút ẩm băng tải chân không (Vacuum belt filter) 53

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý của lò sấy cánh vẩy 54

Hình 3.9: Sơ đồ sấy tro bay 55

Hình 3.10: Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân ly tĩnh điện ma sát 56

Hình 3.11: Sơ đồ biểu diễn trường điện từ giữa các tấm nghiêng [11] 58

Hình 3.12: Sơ đồ phân ly 3 dòng 59

Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý tách tĩnh điện [12] 62

Hình 3.14: Sơ đồ công nghệ bộ phân ly bằng tĩnh điện STI (Separation technology, 2009) 62

Hình 3.15: Bộ phân ly tĩnh điện [12] 63

Hình 4.1: Sơ đồ thiết bị công nghệ tuyển nồi áp dụng cho NMNĐ Hải Phòng 76 Hình 4.2: Sơ đồ thiết bị công nghệ sấy áp dụng cho NMNĐ Hải Phòng 77 Hình 4.3: Sơ đồ hệ thống phân ly tĩnh điện áp dụng cho NMNĐ Hải Phòng 80

MỞ ĐẦU

Lý do lựa chọn đề tài

Tro, xỉ nhiệt điện là sản phẩm phụ của các NMNĐ sử dụng nhiên liệu rắn là than Tuỳ theo công nghệ đốt mà lượng tro, xỉ thải ra ở các NMNĐ có khác nhau Tuy nhiên, thống kê cho thấy lượng tro xỉ thải ra tương ứng với 1 MW điện vào khoảng 400 – 1600 tấn/năm Trong đó, tuỳ thuộc vào công nghệ đốt, lượng tro bay chiếm khoảng 50 – 85%, lượng xỉ đáy lò chiếm khoảng 15 – 50%

Theo Quyết định số 428/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 18/3/2016 phê duyệt điều chỉnh quy hoạch điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 (QHĐVII điều chỉnh) [2] Đến năm 2020, tổng công suất khoảng 26.000MW tiêu thụ khoảng 63 triệu tấn than; đến năm 2025 tổng công suất khoảng 47.600MW tiêu thụ khoảng 97 triệu tấn than; năm 2030 tổng công suất khoảng 55.300MW tiệu thụ khoảng 129 triệu tấn than

Như vậy, khối lượng tro xỉ thải ra rất nhiều, hiện nay phần lớn tro xỉ thải ra các bãi thải xỉ của các NMNĐ sau đó chôn cất, điều này gây ra lãng phí và ảnh hưởng đến môi trường, chỉ một phần rất nhỏ được tái xử dụng làm phụ gia xi măng hoặc vật liệu xây dựng

Nguyên nhân chính của việc chưa tái sử dụng được khối lượng lớn tro xỉ chủ yếu là hàm lượng các bon chưa cháy hết (còn gọi là hàm lượng mất khi nung-MKN) trong tro xỉ cao hơn yêu cầu/tiêu chuẩn Ngoài ra, nhà nước cũng chưa ban hành đầy

đủ các cơ chế, chế tài đủ mạnh để hướng dẫn sử dụng tro xỉ làm vật liệu phối trộn xi măng hoặc sử dụng làm vật liệu xây dựng giao thông Điều này dẫn đến việc tái xử dụng tro còn bị hạn chế

Theo Quyết định 1696/QĐ-TTg ngày 23/09/2014 và 452/QĐ-TTg ngày 12/4/2017 của Thủ tướng Chính phủ về một số giải pháp thực hiện xử lý tro, xỉ, thạch cao của các Nhà máy Nhiệt điện, nhà máy hóa chất, phân bón để làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng Các NMNĐ phải xây dựng các giải pháp thực hiện

xử lý tro xỉ Theo các kết quả phân tích mẫu tro, xỉ của một số NMNĐ đang vận hành ghi nhận các chỉ số phân tích thành phần của tro xỉ đều đáp ứng tiêu chuẩn làm vật liệu xây dựng tuy chỉ có chỉ số hàm lượng các bon chưa cháy hết (MKN)

trong tro xỉ cao hơn giới hạn cho phép vì vậy giải pháp chủ yếu là xử lý hàm lượng MKN trong tro xỉ đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn thì tro xỉ có thể được tái xử dụng với khối lượng lớn

Ở Việt Nam, ngay từ khi mới có dây chuyền 1 nhà máy nhiệt điện Phả Lại, đã

có nhiều công trình nghiên cứu tích chứa và tái sử dụng tro xỉ nhiệt điện được triển khai Tuy nhiên, lượng tro xỉ thực tế được tái sử dụng ở nước ta còn rất hạn chế Trong khi đó ở trên thế giới các nước phát triển như Mỹ, Nhật và Tây Âu tỷ lệ tái sử dụng tro xỉ là rất lớn, hầu như các nhà máy ở các nước phát triển bãi chứ tro xỉ chỉ

là bãi chứa tạm thời, tro xỉ được tái sử dụng làm vật liệu xây dựng, phụ gia xi măng

và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như làm kè biển, làm lớp lót đường Ở các nước như Mỹ, Nhật do chất lượng than dùng cho các NMNĐ chủ yếu là than Bitum hoặc á bitum có chất lượng tốt, độ tro trong than ít, công nghệ đốt hiện đại nên hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ nhỏ Do vậy, tro xỉ có thể tái xử dụng trực tiếp mà không cần xử lý thêm, tuy nhiên vẫn nhiều nhà máy áp dụng thêm công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết xuống mức thấp nhất theo yêu cầu tạo cạnh tranh trên thị trường tro xỉ

Ở trên thế giới đã áp dụng rộng rãi một số công nghệ phổ biến để phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết như: Công nghệ phân ly tro xỉ bằng tĩnh điện (ST Tribo-Electrostatic separation), công nghệ tuyển nổi (Froth flouration separation), công nghệ phân ly trọng lượng (Gravity Separation)

Để hiểu rõ hơn các công nghệ phân ly các bon trong tro xỉ trên thế giới và lựa chọn công nghệ phù hợp để áp dụng vào Việt Nam, tác giả tập trung vào nghiên cứu công nghệ, ưu nhược điểm của mỗi công nghệ để đưa ra các kiến nghị, lựa chọn áp dụng vào Việt Nam nhằm xử lý tro xỉ đáp ứng các tiêu chuẩn về phụ gia làm vật liệu xây dựng góp phần tái xử dụng tro xỉ, giảm ô nhiễm môi trường nâng cao lợi nhuận cho nhà đầu tư, giải quyết công ăn việc làm cho người lao động, tạo niềm tin cho người dân đối với tro xỉ thải ra của các NMNĐ

Lịch sử nghiên cứu

Trên thế giới, từ lâu người ta đã tuyển tro bay để lấy than tuyển đưa sử dụng lại, lấy tro tuyển dùng làm vật liệu xây dựng

Ở Việt Nam, tại các nhà máy điện như Yên Phụ (Hà Nội), Cao Ngạn (Thái Nguyên), Việt Trì (Phú Thọ), Đạm Hà Bắc (Bắc Giang) và Ninh Bình – do lượng than chưa cháy hết trong tro xỉ còn cao, nhiệt cháy của tro còn đến 3000÷4000 kCal/kg; người dân địa phương đã khai thác tro xỉ, dùng sàng thủ công tách phần than sót để nung gạch, nung vôi và làm chất đốt dân dụng (than quả bàng) Tro xỉ còn lại được trộn lẫn với bùn làm chất dính để sử dụng trực tiếp, hoặc thêm vôi để đóng gạch xỉ

Những năm 80 của thế kỷ trước, Công ty Điện lực 1 kết hợp với Bộ môn Tuyển Khoáng, Trường Đại học MỏĐịa chất đã nghiên cứu và tuyển tro xỉ ở Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn (Thái Nguyên) và nhiệt điện Phả Lại (Hải Dương) Nghiên cứu chỉ tiến hành ở phòng thí nghiệm và quy mô dây chuyền tuyển chỉ gồm

4 ngăn máy thể tích nhỏ (ở Cao Ngạn, Phả Lại và Đức Giang) Khi đó, mục tiêu nghiên cứu chỉ là để thu lại lượng than chưa cháy hết còn lẫn trong tro xỉ Do đó, đã hạn chế khả năng triển khai ứng dụng ở quy mô công nghiệp

Đầu những năm 90, Liên hiệp các Xí nghiệp xi măng áp dụng kết quả nghiên cứu của đề tài 26A-07-01 về “Nghiên cứu sử dụng tro xỉ nhiệt điện Phả Lại làm phụ gia sản xuất xi măng”, nhóm kỹ sư tuyển khoáng (Chi hội Tuyển khoáng khoá 7) nghiên cứu thiết kế và xây lắp dây chuyền tuyển tro xỉ của Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại có công suất 80.000 tấn/năm (tính theo tro tuyển) Ngày 25/3/1993, 1200 tấn xỉ tuyển đầu tiên đã được vận chuyển về nhà máy xi măng Hoàng Thạch để đưa vào sản xuất Sau đó, Bộ Xây Dựng đã quyết định cho phép sử dụng phụ gia tro xỉ Phả Lại vào sản xuất xi măng ở các nhà máy xi măng lò quay Hoàng Thạch, Bỉm Sơn và Hải Phòng Tỷ lệ pha trộn không quá 15 %, với điều kiện phụ gia tro xỉ Phả Lại phải đảm bảo yêu cầu hàm lượng MKN (than chưa cháy) < 11% Hàm lượng MKN càng thấp thì phản ứng hình thành cường độ càng nhanh và cường độ của chất liên kết đạt được càng cao

Từ năm 1997, đáp ứng yêu cầu sử dụng tro tuyển để sản xuất bê tông khối lớn trong xây dựng các đập thuỷ lợi, công trình thuỷ điện và một số công trình xây dựng dân dụng khác, xưởng tuyển này đã cung cấp hàng chục ngàn tấn tro tuyển đạt yêu cầu (có hàm lượng MKN < 6%, độ ẩm Wa < 3%) sử dụng cho các công trình như

đập Bái Thượng (Thanh Hoá), đập Tân Giang (Ninh Thuận), đâp Lòng Sông (Bình Thuận)

Năm 2006, Công ty cổ phần Bắc Sơn và Công ty cổ phần Cao Cường thực hiện 02 dự án xây dựng xưởng tuyển tro xỉ Phả Lại tại hồ Bình Giang Các xưởng này hiện đang hoạt động với công suất 5.000 – 6.000 tấn/tháng sản phẩm tro tuyển Nguồn nguyên liệu của các xưởng này là tro xỉ của hồ chứa thải Bình Giang, NMNĐ Phả Lại

Năm 2007, Ban Quản lý công trình Thuỷ điện Sơn La đã xây dựng xưởng tuyển liền kề với nhà máy nhiệt điện Phả Lại II, có công suất 10.000 tấn/tháng Đầu năm 2008 xưởng này đã đưa vào hoạt động Nguồn nguyên liệu là tro bay, lấy trực tiếp từ xilô của nhà máy nhiệt điện Phả Lại II

Năm 2008, Công ty phụ gia bê tông Phả Lại (PHALAMI), đã xây dựng xưởng tuyển tro bay nhiệt điện Phả Lại có công suất 5.000 tấn/tháng Tháng 8-2009, chính thức đưa vào hoạt động Nguồn nguyên liệu của xưởng tuyển này cũng lấy trực tiếp

từ xilo của nhà máy nhiệt điện Phả Lại II

Cuối năm 2009, Công ty cổ phần Nhiệt điện Ninh Bình đã tiến hành đầu tư xây dựng xưởng tuyển tro xỉ, công suất 20.000 tấn/năm Tháng 9/2011 xưởng đã khởi động vận hành Nguồn nguyên liệu là tro xỉ lưu giữ tại bãi thải số 1, gần kề NMNĐ Ninh Bình

Năm 2010, NMNĐ Cạo Ngạn đã đưa vào dây chuyền đóng gạch sử dụng tro

xỉ của nhà máy với công suất khoảng 20 triệu viên/năm

Năm 2011, tại nhà máy Nhiệt điện Uông Bí đã tiến hành thi công xưởng tuyển

tro xỉ với công suất 50.000 tấn/năm [3]

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Các công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ

Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu bằng lý thuyết các công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ

Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

Đề tài tập trung nghiên cứu tình hình phát triển các NMNĐ ở Việt Nam, các công nghệ lò hơi và thải tro xỉ ở Việt Nam, ứng dụng tro xỉ của các nước trên thế giới, các công nghệ phân ly các bon chưa cháy hết trong tro xỉ

Tác giả đã đưa ra được các ưu nhược điểm của các công nghệ phân ly các bon chưa cháy hết trong tro xỉ, để xuất ứng dụng từng công nghệ vào xử lý tro xỉ của từng NMNĐ Tác giả đã tính toán và thiết kế sơ bộ cho một dự án

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bằng lý thuyết và kiểm tra các số liệu thực nghiệm

đã thực hiện trên thế giới

Nội dung của luận văn gồm:

Mở đầu

Chương 1: Các công nghệ lò hơi và thải tro xỉ trong các NMNĐ ở Việt Nam Chương 2: Các ứng dụng của tro xỉ và khả năng tiêu thụ

Chương 3: Các công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro

xỉ trên thế giới, và lựa chọn áp dụng ở Việt Nam

Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý tro xỉ cho NMNĐ Hải Phòng Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1 CÁC CÔNG NGHỆ LÒ HƠI VÀ THẢI TRO XỈ TRONG CÁC

Qua hình 1.1, ta thấy rằng trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2015, Tổng công suất đặt của các NMNĐ đốt than đã tăng lên gấp 3 lần, tương đương lượng than tiêu thụ và lượng tro xỉ thải ra cũng tăng gấp 3 lần Lượng tro xỉ thải ra của các NMNĐ đốt than tính đến năm 2015 khoảng 8.415 nghìn tấn tro xỉ trong khi đó tái

sử dụng chỉ chiếm khoảng 20%, trong đó chỉ là sử dụng nhỏ lẻ chưa có quy mô công nghiệp, điều này rất lãng phí và gây ô nhiễm môi trường

Hình 1.1: Thống kế công suất đặt, lượng than tiêu thụ, lượng tro xỉ thải ra của

các NMNĐ đốt than giai đoạn 2007-2015

Ngoài ra, theo quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 [2] được thủ tướng chính phủ phê duyệt ngày 18 tháng 3 năm

2016 Trong QHĐ VII điều chỉnh, đến năm 2020 tổng công suất điện khoảng 26.000MW, tiêu thụ khoảng 63 triệu tấn than Như vậy, so với năm 2015 tổng công suất đặt của các NMNĐ đốt than tăng gấp khoảng 3 lần, đến năm 2025 tổng công suất khoảng 47.600 MW, tiêu thụ khoảng 90 triệu tấn than, đến năm 2030 tổng công suất khoảng 55.300 MW tiêu thụ khoảng 129 triệu tấn than

Bảng 1.1: Tiến độ phát triển các NMNĐ Đốt than theo QHĐ VII điều chỉnh

Hình 1.2: Tiến độ phát triển các NMNĐ đốt than theo QHĐ VII điều chỉnh

Qua bảng 1.1, tính đến năm 2020 các NMNĐ đốt than ở Việt Nam thải ra khoảng 13,72 triệu tấn tro xỉ, năm 2025 khoảng 17,77 triệu tấn và năm 2030 khoảng 23,62 triệu tấn Để tái sử dụng khối lượng lớn tro xỉ thải ra làm vật liệu xây dựng, phụ gia xi măng, vật liệu xây dựng cầu đường là rất cần thiết, giảm diện tích chiếm đất của các bãi thải xỉ, giảm thiểu tác động xấu đến môi trường

Tuy nhiên, để tái sử dụng được tro xỉ làm vật liệu xây dựng và các ứng dụng khác, một chỉ tiêu quan trọng là hàm lượng các bon chưa cháy hết (MKN) phải nhỏ hơn giá trị quy định của tro xỉ làm vật liệu xây dựng

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, nhiều công nghệ đốt than trong lò hơi của các NMNĐ đốt than đã được cải tiến nâng cao hiệu suất cháy, giảm hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ xuống Với các NMNĐ đốt than sử dụng than nhập khẩu loại bitum hoặc/và á bitum từ Australisa và Inđônêsia hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ có thể nhỏ hơn 6% (phần trăm khối lượng) do loại than nhập khẩu có chất lượng tốt (hàm lượng chất bốc cao dễ cháy, hàm lượng tro xỉ trong than thấp, dễ nghiền) tro xỉ có thể được xử dụng ngay mà không cần

phải xử lý thêm Tuy nhiên với các NMNĐ đốt than hiện nay và trong thời gian tới

đi vào vận hành sử dụng than anthraxit trong nước do than trong nước có chất lượng xấu (hàm lượng chất bốc thấp khó cháy, hàm lượng tro xỉ trong than cao, khó nghiền) Vì vậy, hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ cao (ví dụ NMNĐ Hải Phòng hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro dao động từ 15-20%) dẫn đến việc tái sử dụng khó khăn Vì vậy, cần phải phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ để đảm bảo tro xỉ đạt tiêu chuẩn quy định làm vật liệu xây dựng

Hiện tại, trên thế giới đã có một số công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ đặt hiệu quả cao được ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, ở Việt Nam công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ còn hạn chế, hoạt động chưa hiệu quả Vì vậy, cần thiết phải nghiên cứu các công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ trên thế giới để hiểu rõ ràng về công nghệ và hiệu quả, hiệu suất để lựa chọn ứng dụng vào Việt Nam

1.2 Các công nghệ lò hơi phổ biến ở Việt Nam

1.2.1 Công nghệ lò than phun

Hình 1.3: Lò hơi đốt than phun (NMNĐ Phả Lại)

Than được nghiền mịn đến kích cỡ theo yêu cầu, sau đó được gió cấp 1 đưa vào buồng lửa qua vòi đốt, trong buồng lửa hạt than được hoà trộn với không khí cấp và cháy trong không gian buồng lửa, trong tương lai công nghệ này vẫn sẽ là một lựa chọn ưu thế cho các NMNĐ Hiệu suất phát điện dự kiến sẽ tăng lên khoảng 50-53% vào năm 2020 và 55% vào năm 2050 Với công nghệ đốt than phun

xỉ đáy lò chiếm khoảng 10-20%, tro bay chiếm khoảng 80-90% Các NMNĐ ở Việt Nam đang áp dụng công nghệ này: NMNĐ Phả Lại, NMNĐ Uông Bí, NMNĐ Nình Bình, NMNĐ Quảng Ninh, NMNĐ Hải Phòng, NMNĐ Vĩnh Tân 1, NMNĐ Duyên Hải 1 và một số nhà máy khác

1.2.2 Công nghệ lò đốt tầng sôi tuần hoàn

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed Boiler - CFB Boiler)

được phát triển từ những năm 70 của thế kỷ trước Công nghệ lò hơi tuần hoàn áp dụng nguyên lý “hóa lỏng” các hạt than Than được nghiền đến kích thước phù hợp

sẽ được đưa vào buồng đốt, tại đây các hạt than được gió thổi bùng lên từ đáy buồng đốt và hạt than sẽ ở trạng thái lơ lửng trong khi cháy (trạng thái sôi) Gió tạo quá trình sôi được cấp từ đáy buồng đốt qua các vòi phun (nấm gió) đặt trên thiết bị phân phối gió (ghi phân phối) ở đáy buồng đốt Lò hơi lớp sôi tuần hoàn được đặc trưng bởi tốc

độ trượt giữa gió và hạt than cao và sự hoà trộn của các hạt rắn trong buồng đốt rất mãnh liệt Tốc độ trượt cao sẽ thúc đẩy tốc độ truyền chất và do đó nâng cao tốc độ phản ứng oxi hoá (có nghĩa là nâng cao tốc độ cháy nhiên liệu) và cũng nâng cao khả năng khử lưu huỳnh trong buồng đốt Khả năng hoà trộn mãnh liệt đủ để nhiên liệu

và các sản phẩm cháy hoà trộn với không khí cháy và các chất khử khí phát thải Trong buồng đốt lò lớp sôi tuần hoàn, gió có tốc độ cao (khoảng 4,5 – 5m/s) sẽ nâng các hạt rắn lên cao phía trên ghi, quá trình cháy được thực hiện trong toàn không gian buồng đốt với sự chuyển động mạnh mẽ của các hạt rắn, sản phẩm cháy được đưa qua hệ thống phân ly (cyclone) để phân ly các hạt than chưa cháy hết trong khói và đưa trở lại buồng đốt để cháy tiếp tạo vòng tuần hoàn cho đến khi than cháy kiệt mới thải ra ngoài [5]

Sự khác biệt của lò hơi tầng sôi tuần hoàn với lò than phun là than đốt trong lò tầng sôi có kích thước lớn hơn và được đốt cùng chất hấp thụ lưu huỳnh (đá vôi) trong buồng lửa Công nghệ này cho phép đốt các nhiên liệu chất lượng xấu và chất lượng thay đổi trong khoảng rộng, nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao Các lò hơi tầng sôi tuần hoàn hiện nay công suất đã đạt tới trên 500 MW (Nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1 công suất lò là 540MW) Với công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn khối lượng xỉ đáy lò chiểm khoảng 40-50% và tro bay chiếm khoảng 50-60% Các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam đang áp dụng loại lò này: NMNĐ Na Dương, NMNĐ Cao Ngạn, NMNĐ Mạo Khê, NMNĐ Cẩm Phả, NMNĐ An Khánh, NMNĐ Thăng Long, NMNĐ Hải Dương, NMNĐ Nam Định, NMNĐ Mông Dương 1 và một số nhà máy khác

Hình 1.4: Mô hình lò hơi tầng sôi tuần hoàn

1.3 Các công nghệ thải xỉ phổ biến

1.3.1 Giới thiệu chung

Tro xỉ trong NMNĐ đốt than được chia ra làm 2 loại điển hình: Xỉ đáy lò và tro bay, xỉ đáy lò được thu gom ở phễu đáy lò hơi, tro bay được thu gom từ phễu bộ hâm nước, bộ sấy không khí và bộ lọc bụi tĩnh điện Sự khác biệt lớn nhất giữa xỉ

và tro bay là kích thước của các hạt, hạt xỉ đáy lò có kích thước lớn hơn hạt tro bay Phụ thuộc vào công nghệ đốt khác nhau mà phần trăm khối lượng của xỉ và tro khác nhau, lò hơi tầng sôi tuần hoàn tỷ lệ phần trăm khối lượng xỉ dao động 40-50%

và tro dao động 50-60%, lò hơi đốt than phun tỷ lệ phần trăm khối lượng xỉ dao động 10-20% và tro dao động 80-90%

Hình 1.5: Sơ đồ điền hình của một nhà máy nhiệt điện đốt than

Về tổng thể, hệ thống vận chuyển và thải tro xỉ của nhà máy điện bao gồm các

hệ thống phụ sau:

- Hệ thống thải xỉ đáy lò;

- Hệ thống thải tro bay;

- Hệ thống vận chuyển tro xỉ trung gian;

- Hệ thống thải xỉ, vận chuyển tro xỉ ra nơi chứa tro xỉ (bãi xỉ);

1.3.2 Hệ thống thải xỉ đáy lò

Tuỳ thuộc vào công nghệ đốt và đặc tính của xỉ, hệ thống thải xỉ đáy lò phổ biến gồm 2 công nghệ sau: Hệ thống thải xỉ khô và hệ thống thải xỉ ướt

Công nghệ thải xỉ thủy lực (ướt):

Nước sẽ được dùng để vận chuyển xỉ, xỉ đáy lò sẽ rơi vào phễu thuyền xỉ ở đáy buồng lửa ngập trong nước, tại đây xỉ sẽ được nghiền nhỏ đến kích cỡ phù hợp bằng mày nghiền kiểu trục vít và được bơm ejectơ cao áp (jet pump) đẩy tới bể bùn

xỉ, từ bể bùn xỉ, xỉ hỗn hợp với tro bay và được bơm thải xỉ thải ra ngoài bãi xỉ

Công nghệ thải xỉ thuỷ lực gồm các thiết bị chính như sau:

- Phễu thuyền xỉ đáy lò

- Máy nghiền xỉ trục vít

- Bơm ejectơ thuỷ lực

- Hệ thống cấp nước và đường ống

Một số NMNĐ áp dụng phương pháp thải thủy lực: NMNĐ Phả Lại, Hải Phòng, Uông Bí, Quảng Ninh

1 Phễu xỉ đáy lò 2 Máy nghiền xỉ trục vít 3 Bơm tống xỉ

4 Bơm xả tràn 5 Bơm cấp nước thải xỉ 6 Bơm cấp nước

7 Bơm thải tro xỉ 8 Bơm nước thải 9 Máy khuấy

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống thải xỉ kiểu ướt NMNĐ Hải Phòng

Phương pháp thải xỉ khô:

Xỉ đáy lò được làm mát trong bộ làm mát xỉ bằng không khí hoặc nước Sau

đó xỉ được vận chuyển đến máy nghiền xỉ bằng băng tải xích Xỉ sau khi nghiền được vận chuyển đến si lo trung gian bằng vận thăng Từ si lô trung gian xỉ được vận chuyển đến silo chứa xỉ bằng khí nén

Các thiết bị chính trong hệ thống thải xỉ đáy lò:

- Các van điều khiển thải xỉ

- Bộ làm mát xỉ bằng không khí hoặc nước

- Băng tải vận chuyển xỉ

- Máy nghiền xỉ

- Vận thăng

- Si lô trung gian

- Si lô xỉ đáy lò

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống thải xỉ khô

Hầu hết các NMNĐ công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn áp dụng công nghệ thải xỉ khô do trong thành phần của xỉ đáy lò có thành phần CaO, CaSO4 do phun

đá vôi vào trong buồng lửa để khử lưu huỳnh nên không thể áp dụng công nghệ thải

xỉ thuỷ lực

Các NMNĐ áp dụng công nghệ thải xỉ khô bao gồm: Cao Ngạn, Na Dương,

An Khánh, Cẩm Phả, Mạo Khê, Sơn Động và một số nhà máy khác

Ngoài hai phương pháp thải xỉ phổ biến trên còn có một công nghệ khác cũng thường được áp dụng: Xỉ đáy lò sẽ rơi vào băng tải xích ngập nước, sau đó xỉ được làm nguội và qua máy nghiền thô sau đó xỉ được đưa vào si lô xỉ trung gian bằng băng tải, từ phễu si lô xỉ trung gian xỉ được thải ra ngoài bãi xỉ bằng ôtô hoặc được băng tải đưa qua silo chứa xỉ, từ si lô chứa, xỉ được nghiền mịn sau đó vận chuyển đến bể bùn xỉ bằng thuỷ lực từ bể bùn xỉ, xỉ sẽ được vận chuyển ra bãi xỉ bằng phương pháp thuỷ lực Một số NMNĐ áp dụng công nghệ này là NMNĐ Vũng Áng và một số nhà máy khác

Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống thải xỉ dùng băng tải xích

1.3.3 Hệ thống thải tro bay

Hầu hết các NMNĐ đều áp dụng công nghệ thải tro khô bằng khí nén hoặc hút chân không, tro bay động lại tại các phễu của bộ lọc bụi tĩnh điện, bộ sấy không khí

và bộ hâm nước, bộ SCR được khí nén hoặc hút chân không đưa đến các si lô tro bay trung gian cho từng tổ máy sau đó chuyển đến si lo dự trữ tro bay chung cho cả nhà máy Có hai phương pháp phổ biến để thải tro bay: Dùng hệ thống chân không

và dùng hệ thống khí nén

Hệ thống hút chân không:

Các quạt hút chân không tạo chân không để vận chuyển tro bay từ các phễu của bộ lọc bụi tĩnh điện, bộ sấy không khí và bộ hâm nước đến Silo tro bay Khi tới đỉnh silo, tro bay đi qua bộ lọc để tách tro bay ra khỏi dòng không khí Phía trên Silo bố trí cơ cấu khóa khí để xả tro xuống silo một cách liên tục mà không ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống chân không, nhờ đó hệ thống chân không có khả năng rút tro bay liên tục mà không cần dừng trong lúc xả tro tại bộ lọc

1 Van xả tro bay 2 Quạt sục phễu ESP 3 Bộ gia nhiệt

4 Quạt tạo chân không 5 Bộ hoà trộn tro bay và nước 6 Bộ lọc tro bay

7 Bộ phân ly 8 Quạt sục si lo tro bay 9 Bộ gia nhiệt

Hình 1.9.: Hệ thống thải tro bay (Hút chân không)

Hệ thống thải bằng khí nén:

Hệ thống này vận chuyển tro bay theo các đường ống từ đáy các phễu của bộ hâm nước, bộ sấy không khí, bộ khử bụi tĩnh điện đến Silo tro Khí vận chuyển được lấy từ các máy nén khí

Ống vận chuyển tro bằng khí nén được thiết kế để duy trì tốc độ khí thích hợp với mục đích giảm thiểu hiện tượng tro tách ra khỏi dòng khí Hệ thống ống này cũng được thiết kế sao cho giảm thiểu các đoạn cong và bố trí đủ các điểm tiếp cận nhằm xử lý chống tắc nghẽn

Dưới Silo tro có hai kiểu thiết bị xả tro với các mục đích khác nhau: Một đường xả ướt dùng nước vận chuyển tro đến bể bùn xỉ rồi từ đó thải ra bãi thải xỉ theo phương pháp thuỷ lực Một đường xả khô dùng trong trường hợp vận chuyển bằng xe tải kín với mục đích bán tro bay

Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống thải tro bay điển hình (kết hợp chân không và khí

nén)

1.3.4 Hệ thống thải tro xỉ tới bãi xỉ hoặc các hộ tiêu thụ

Tro xỉ thải ra trong quá trình vận hành nhà máy và vận chuyển ra bãi thải xỉ hoặc cấp cho các hộ tiêu thụ (trong trường hợp tro bay có thể bán được), khi đó tro bay sẽ được xả bằng đường xả khô của silo tro Tuy nhiên, khi lượng tro bay không tiêu thụ được thì toàn bộ lượng tro này sẽ được vận chuyển ra bãi xỉ cùng với xỉ đáy

lò

Tro xỉ ngoài bãi xỉ có thể được tận dụng làm vật liệu xây dựng, san lấp làm đường hoặc thay thế một phần đất sét trong sản xuất xi măng

Có hai công nghệ thải tro xỉ ra bãi xỉ:

- Kiểu khô: vận chuyển bằng xe tải hoặc băng tải (loại ống) ,

- Kiểu ướt: vận chuyển bằng thủy lực (đường ống)

Hệ thống vận chuyển kiểu khô:

Tro xỉ được các xe tải hoặc hệ thống băng tải vận chuyển tới bãi xỉ từ các silo chứa tro xỉ

Tro xỉ chuyển ra bãi xỉ trên phương tiện che kín, riêng tro bay phải dùng xe xitéc hoặc xe tải kín để vận chuyển nhằm hạn chế bụi gây ô nhiễm

- Băng tải ống

Tro xỉ từ si lô chứa tro xỉ đước rót lên băng tải ống và thải ra bãi thải xỉ Phương pháp này được đánh giá là thân thiện với môi trường thường được sử dụng cho dự án có mục đích tận dụng xỉ với điều kiện của nhà máy là bãi thải xỉ hoặc hộ

sử dụng tro xỉ gần nhà máy Nhờ sự bao kín tro xỉ trong bề mặt băng tải suốt quá trình vận chuyển, tránh được hiện tượng phát thải bụi và rửa trôi hoặc hấp thụ nước mưa

Tại điểm rót thải tro lên băng tải ống, một cửa dạng máng thông thường được thiết kế, sau đó tro xỉ đi vào đường ống để vận chuyển Hệ thống vận chuyển tro xỉ này hoàn toàn kín Tại điểm cuối của tuyến băng tải, trước khi đổ thải, băng tải được mở trở lại cho phép xỉ được thải xuống bãi thải Tại các vị trí chuyển tiếp đều

có hệ thống dập bụi tránh gây ô nhiễm môi trường

Hệ thống thải xỉ thủy lực:

Tro bay và xỉ đáy lò được bơm đến bể bùn xỉ dưới dạng bùn loãng Từ bể bùn

xỉ, tro xỉ được bơm ra ngoài bãi xỉ bằng đường ống Trong trường hợp này, nước thải xỉ sẽ được thu hồi tại bãi xỉ để đưa trở lại bể nước xỉ để tiết kiệm nguồn nước ngọt Nguồn nước thải sau xử lý của dây chuyền xử lý nước thải cũng được đưa đến

bể nước xỉ

Ngoài hai công nghệ trên, một số nhà máy áp dụng công nghệ thải tro xỉ đậm đặc Phương pháp này tương tự phương pháp thải xỉ thủy lực nhưng tỷ lệ tro xỉ trong dòng bùn là > 60% với độ nhớt từ trung bình đến cao hình thành một mặt nghiêng tự nhiên trong vùng thải mà không cần lực kéo cơ học và giảm tối đa lượng nước thải Phương pháp thải này sẽ giảm thiểu tác động do phát tán bụi than gây ô nhiễm không khí do không tạo ra các hạt mịn dễ phát tán vào không khí trong bãi thải xỉ và giảm diện tích chiếm dụng đất bãi xỉ giúp tăng tuổi thọ bãi xỉ so với các phương pháp thải thủy lực Tuy nhiên với phương pháp này thường tro xỉ sẽ được chôn vĩnh viễn không thể tái xử dụng được Phương pháp này được áp dụng cho NMNĐ Mông Dương 2

Ở Việt Nam, hai công nghệ phổ biến nhất là công nghệ lò đốt than phun PC và công nghệ lò đốt tầng sôi tuần hoàn CFB Các lò hơi CFB chủ yếu đốt các loại than chất lượng xấu như than cám chất lượng 6a, 6b Các loại lò đốt than phun thường sử dụng loại than cám 4a, 4b, 5a, 5b, hoặc là than được trộn từ các loại này Trong thời gian tới Việt Nam sẽ xây dựng thêm nhiều lò hơi đốt than phun, than được nhập khẩu từ Inđô nê sia và Austrailia

Có hai công nghệ thải xỉ phổ biến là công nghệ thải xỉ khô áp dụng cho các lò CFB và công nghệ thải xỉ ướt áp dụng cho lò PC Thải tro bay bằng công nghệ khí nén, chân không hoặc kết hợp chân không và khí nén

CHƯƠNG 2 CÁC ỨNG DỤNG CỦA TRO XỈ VÀ TIỀM NĂNG TIÊU THỤ,

SỬ DỤNG TRO XỈ 2.1 Các quy định về sử dụng và tiêu thụ tro xỉ của các nước trên thế giới 2.1.1 Austrailia

Ở Austrailia, hàng năm xấp xỉ gần 14,5 triệu tấn tro xỉ được sản xuất từ đốt cháy than và khoảng 30% khối lượng này (4,308 triệu tấn) được sử dụng hiệu quả; 1,504 triệu tấn được sử dụng trong các ứng dụng giá trị gia tăng cao như sản phẩm

bê tông và xi măng, kết quả giảm hơn 1,2 triệu tấn CO2 bởi giảm yêu cầu sản xuất clinke Từ năm 1975-2007, lượng khí CO2 giảm khoảng 18 triệu tấn do thay thế tro bay cho clinke

Hầu hết tro bay từ các nhà máy điện ở Austrailia thuộc nhóm F theo tiêu chuẩn ASTM 618 do nó có hàm lượng Silica và Alumina cao (khoảng 80-85%) và hàm lượng CaO thấp (CaO <10%) Vì vậy, tro bay được sử dụng chủ yếu thay thế một phần xi măng Portland thông thường trong sản xuất bê tông Màu của tro xỉ từ sáng nhẹ đến xám là một ưu điểm trong ứng dụng trên Ứng dụng đầu tiên của tro bay thay thế xi măng Portland là vào năm 1958 cho xây dựng đập Keepit ở New South Wales

Ở Austrailia các quy định về sử dụng tro bay trong bê tông được đưa ra trong tiêu chuẩn AS 3581 “Supplementary Cementitious Material for Use with Portland Cement” Tiêu chuẩn này quy định rằng tro bay có thể chiếm từ 20-40% khối lượng khi trộn giữa tro bay và xi măng Portland, và 20-30% khối lượng khi trộn tro bay, xi măng Portland và xỉ silica Yêu cầu về đặc tính của tro bay theo tiêu chuẩn AS 3582 được quy định như bảng sau:

Bảng 2.1: Đặc tính tro bay quy định bởi tiêu chuẩn AS 3582 [14]

2.1.2 Canada

Theo Hiệp hội tái sinh tro bay công nghiệp Canada (CIRCA- Assoicated of Canadian Industries Recycling Coal Ash), xấp xỉ khoảng 4,679 triệu tấn tro bay được sinh ra ở Canada năm 2014 và 31% trong số này đã được tái sử dụng, hầu hết

sử dụng trong sản xuất xi măng và sản xuất bê tông/vữa xi măng

Hiệp hội tiêu chuẩn Canada (Canadian Standard Association-CSA) ban hành tiêu chuẩn CSA3000 Cementitious Materials Compedium, Tiêu chuẩn này quy định thông số kỹ thuật cho các vật liệu kết dính như tro bay sử dụng trong bê tông, các phương pháp thử tính chất hóa lý, các yêu cầu về vật liệu và thiết bị thí nghiệm Đặc tính của tro bay quy định trọng tiêu chuẩn CSA 3001 như bảng sau:

Bảng 2.2: Đặc tính tro bay theo tiêu chuẩn CAS 3001[14]

măng/bê tông để giảm phát thải khí CO2 và do đó nhằm giảm các rào cản cho ứng dụng rộng rãi của tro bay Chính phủ Canada cũng khuyến khích sử dụng tro xỉ trong các dự án xây dựng của chính phủ và dự định sử dụng những dự án này cho

tham khảo trong nước đối với công nghiệp xây dựng ở Canada

2.1.3 Trung Quốc

Tiêu thụ than ở Trung Quốc rất lớn đã tạo ra lượng tro bay với khối lượng lớn, xấp xỉ 2,2 tỷ tấn tro xỉ (bao gồm xỉ đáy lò) đã được chôn lấp trong thời kỳ từ năm 1949-2000, chiếm khoảng 300 km2 Một dự báo về tăng nhanh của các nhà máy điện đốt than trong hai mươi thập kỷ tới, tro xỉ có thể đạt tới 570-610 triệu tấn năm

2020

Chính phủ Trung Quốc đã theo đuổi một chính sách khuyến khích sử dụng tro

xỉ từ năm 1950 để giảm bớt áp lực thải ra chôn lấp Một ví dụ là ưu đãi thuế đối với các dự án bao gồm sử dụng tro xỉ Năm 2000, Chính phủ Trung Quốc đã chính thức cấm sử dụng gạch và ngói đỏ cho xây dựng các dự án mới cả ở thành phố, các thành phố ven biển và các vùng khác nơi mà đất nông nghiệp có diên tích nhỏ hơn 0,053

ha trên một người Vì vậy, năm 2004, 170 thành phố ở Trung Quốc đã từng bước hủy bỏ sử dụng gạch và ngói đỏ Tất cả các nỗ lực này đã thúc đẩy đáng kể sử dụng tro bay Sau khi tăng trưởng nhanh trong thời kỳ những năm 1990, tỷ lệ sử dụng tro

xỉ đạt 66% trong năm 2002, ở các khu vực phát triển hơn như Giang Tô, Thượng Hải tỷ lệ sử dụng gần 100%

Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc GB1956 quy định các yêu cầu về đặc tính, phương pháp thử và quy định kiểm tra cho sử dụng tro bay trong sản xuất xi măng

và bê tông Khi tro xỉ được sử dụng như một phụ gia trong sản xuất xi măng (khoảng 50% Xi măng Portland, 25% tro bay, 25% xỉ), tro bay được phân loại thành

3 nhóm với hàm lượng MKN tương ứng lớn nhất là 5, 8 và 15% Có 2 loại tro bay được sử dụng như phụ gia trong sản xuất xi măng có hàm lượng MKN không được lớn hơn 5 và 8%

Sự thiếu kiên định trong quy định chất lượng tro bay đã trở thành một dào cản chính để tăng sử dụng tro xỉ ở Trung Quốc Sự thiếu kiên định này là kết quả từ nhiều nguồn than khác nhau được sử dụng

Bảng 2.3: Quy định đặc tính tro xỉ cho sử dụng trong xi măng của Trung

Quốc [14]

Sử dụng làm phụ gia trong sản xuất bê tong

Độ mịn (%), còn lại trên lưới 45μm <12 <20 <45

Tỷ lệ cường độ chịu nén sau 28 ngày, % >75 >62

2.1.4 Liên minh Châu Âu

Theo hiệp hội sản xuất cháy than liên minh châu Âu (ECOBA-European Coal Combustion Products Association), năm 2004, 64 triệu tấn than đã được sản xuất ở

15 nước thanh viên liên minh Châu Âu Khoảng 32% tổng khối lượng tro bay đã được tái sử dụng vào năm 2004

Tiêu chuẩn EN 450 là một tiêu chuẩn quan trọng nhất cho tro bay được sử dụng trong sản xuất bê tông Đặc tính lý hóa của tro bay được quy định như bảng sau

Bảng 2.4: Đặc tính của tro bay theo tiêu chuẩn EN 450 của Liên minh Châu

Âu [14]

Nhóm B: 2-7%

Tỷ trọng sử dụng tro xỉ ở Nhật Bản đã tăng trưởng ổn định từ năm 1994 đến

2004, và tro xỉ dùng để chôn lấp đã giảm đáng kể từ năm 1999 Sản lượng tro bay năm 2004 đã lên đến 10,85 triệu tấn và tỷ lệ sử dụng tro xỉ đã đặt tới 90% năm 2004

từ 80% năm 1999

Ở Nhật Bản tro bay được sử dụng chính là thay thế đất sét trong sản xuất xi măng Năm 2003, 70% tro bay được sử dụng như là nguyên liệu xi măng và chỉ 5% như hỗn hợp xi măng/bê tông Tuy nhiên, trong những năm gần đây, sản lượng xi măng đã dừng tăng hoặc thậm trí bắt đầu giảm Vì vậy, mở rộng sử dụng tro xỉ trong công nghiệp xi măng sẽ không chắc chắn tiếp tục nữa Để tăng sử dụng tro xỉ hơn nữa, Trung tâm sử dụng than Nhật Bản (Centre for Coal Utilization Japan) đã lập ra một chiến lược mới cho thế kỷ 21, đó là tập trung vào trộn bê tông, cốt liệu bê tông nhân tạo trong các ứng dụng trong ngành xây dựng, và các phương án tiềm năng khác bao gồm sử dụng khối lượng lớn tro bay

Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản JIS A 6201 cung cấp đặc tính kỹ thuật của tro bay sử dụng cho bê tông Bốn loại tro bay được phân loại cẩn thận để cung cấp nhiều sự lựa chọn cho khách hàng Yêu cầu về hàm lượng MKN là tương đối nghiêm ngặt hơn các nước khác

Bảng 2.5: Đặc tính của tro bay theo tiêu chuẩn JIS A6201[14]

Chỉ số hoạt tính, %, nhỏ nhất

Ô xít silic (Silion dioxide),%, nhỏ nhất 45

Khối lượng riêng g/cm3, nhỏ nhất 1,95

2.2 Tổng quan về công tác xử lý tro xỉ của các NMNĐ ở Việt Nam

Ở Việt Nam, ngay từ khi mới có dây chuyền 1 nhà máy nhiệt điện Phả Lại (1983), đã có nhiều công trình nghiên cứu tích chứa và tái sử dụng tro xỉ nhiệt điện được triển khai Tuy nhiên, lượng tro xỉ thực tế được tái sử dụng ở nước ta còn rất hạn chế Theo quy hoạch của ngành điện thì sản lượng điện từ các nhà máy nhiệt điện đốt than của Việt Nam từ nay đến năm 2020 vẫn liên tục tăng, và theo đó lượng tro, xỉ thải ra hàng năm cũng không ngừng tăng lên Năm 2008 có 2,27 triệu tấn tro xỉ nhiệt điện, trong đó tro đốt tầng sôi là 0,61 triệu tấn Theo dự báo đến năm

2020, sẽ có thêm khoảng 30 nhà máy nhiệt điện với tổng công suất lên tới khoảng 50.000 MW đi vào hoạt động và lượng tro xỉ thải ra hàng năm lúc đó sẽ khoảng gần

60 triệu tấn

Căn cứ vào các thông tin và tài liệu tham khảo, hiện trạng khả năng tiêu thụ tro xỉ tại một số NMNĐ khác ở Việt Nam được tập hợp và trình bày trong bảng 2.6 dưới đây

Bảng 2.6: Hiện trạng tiêu thụ tro xỉ của các NMNĐ ở Việt Nam

STT Tên nhà máy Ứng dụng Số lượng Ghi chú

1 Phả Lại Bê tông đầm lăn, tách các

bon còn lại trong tro hoặc trộn với than để tái sử dụng, tách ôxit nhôm (Al2O3), làm gạch nhẹ

Gần 80 % Tro xỉ đã được

xử lý sơ bộ trước khi cấp

hàng

trong tro hoặc trộn với than để tái sử dụng, làm

Gần 60% Các bon còn

lại trong tro khá cao (có

STT Tên nhà máy Ứng dụng Số lượng Ghi chú

gạch nhẹ, các công trình dân dụng

thể lên tới 35%)

3 Ninh Bình Tách các bon còn lại

trong tro hoặc trộn với than để tái sử dụng, làm gạch nung (đây là khách hàng chính), các công trình dân dụng

Gần 80% Các bon còn

lại trong tro khá cao (có thể lên tới 25%)

4 Hải Phòng Bê tông đầm lăn, phụ gia

cho sản xuất xi măng, tách ôxit nhôm (Al2O3), làm gạch nhẹ, bán cho Trung Quốc, mục đích khác

Khoảng 60.000 tấn/năm

Theo các hợp đồng đã thực hiện

5 Sơn Động Phụ gia cho sản xuất xi

măng (cho nhà máy xi măng Tam Điệp, tỉnh Ninh Bình), sản xuất gạch

Chưa rõ

6 Hải Dương Phụ gia cho sản xuất xi

măng, làm gạch nhẹ, gạch không nung, công trình dân dụng, bán sang Trung Quốc và các mục đích khác

Chưa rõ Theo các hợp

đồng ghi nhớ (vì nhà máy hiện chưa xây dựng)

7 Cao Ngạn Phụ gia cho sản xuất xi

măng, làm gạch không nung (gạch xi mang cấp phối)

Gần 30% Nhà máy có

phân xưởng sản xuất gạch Gạch tiêu thụ

STT Tên nhà máy Ứng dụng Số lượng Ghi chú

chậm

8 Cẩm Phả 1,2 Phụ gia cho sản xuất xi

măng, làm gạch không nung (gạch xi mang cấp phối)

Không đáng kể

10 Quảng Ninh Bê tông đầm lăn, phụ gia

cho sản xuất xi măng, tách ôxit nhôm (Al2O3), làm gạch nhẹ, bán cho Trung Quốc, mục đích khác

Chưa rõ

11 Vũng Áng 1 Phụ gia cho sản xuất xi

măng, gạch không nung…

Chưa rõ

12 TTĐL Vĩnh Tân Phụ gia cho sản xuất xi

măng, gạch không nung…

Chưa rõ

13 TTĐL Duyên Hải Phụ gia cho sản xuất xi

măng, gạch không nung…

Chưa rõ

Để các chính sách tiêu thụ tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện có hiệu quả và tăng tỷ lệ sử dụng tro xỉ cao hơn nữa, Việt Nam cũng đã ban hành các Quy chuẩn, tiêu chuẩn về đặc tính tro xỉ sử dụng phối trộn cho xi măng và bê tông Theo tiêu

chuẩn TCVN 10302: 2014 về Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây

và xi măng (chỉ tiêu chất lượng tro xỉ tham khảo phụ lục 2.1 và 2.2)

2.3 Các ứng dụng của tro xỉ đã và sẽ thực hiện ở Việt nam

2.3.1 Sử dụng tro xỉ làm phụ gia trong công nghệ sản xuất xi măng

Dây chuyền sản xuất là dây chuyền công nghệ lò quay, phương pháp khô, có

hệ thống tháp trao đổi nhiệt 5 tầng, 1 nhánh và buồng đốt Precalciner, công suất 4.000 tấn clinker/ngày Lò nung có công suất thiết kế đạt 4.000 tấn clinker/ngày, tương đương với 1.26 triệu tấn clinker/năm hay 1,5 triệu tấn xi măng/năm

Sản phẩm của dây chuyền bao gồm:

- Clinker CPC50

- Xi măng Pooc lăng hỗn hợp PCB30; PCB40

- Xi măng Pooc lăng PC30; PC40

Sản phẩm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành:

- Clinker CPC50 - TCVN 7024:2004

- Xi măng Pooc lăng hỗn hợp PCB30; PCB40 - TCVN 6260:1997

- Xi măng Pooc lăng PC30; PC40 - TCVN 2682:1999

Hình 2.1: Sơ đồ sản xuất xi măng điển hình (Nhà máy xi măng Nghi Sơn)

Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất xi măng (Nhà máy xi măng

Nghi Sơn)

Trong sơ đồ công nghệ nói trên, sản phẩm tro xỉ và thạch cao của nhà máy nhiệt điện được sử dụng như phụ gia trong quá trình sản xuất Clinker hoặc phối liệu thẳng với Clinker trong quá trình nghiền xi măng

Yêu cầu đối với chất lượng tro xỉ

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260:2008 về yêu cầu kỹ thuật đối với xi măng poóc lăng quy định hàm lượng phụ gia tối đa pha vào xi măng không lớn hơn 40% Theo tiêu chuẩn này, có 3 mức cường độ: 30,40 và 50 Mpa Hàm lượng SO3 trong

xi măng quy định nhỏ hơn 3,5%, hàm lượng mất khi nung (MKN) nhỏ hơn 3,0% Các tiêu chuẩn nước ngoài quy định hàm lượng SO3 tối đa trong xi măng có khác với TCVN, thông thường dao động trong khoảng 3,5-4% và hàm lượng MKN < 5% Riêng độ ổn định thể tích trong tất cả các tiêu chuẩn về xi măng đều quy định < 10mm

Bên cạnh đó còn có thêm các yêu cầu khác như:

1 Các bon còn lại trong tro

Thực tế chỉ ra rằng: chất lượng của tro phụ thuộc rất nhiều và thành phần các bon chưa cháy hết, trong các tiêu chuẩn, nó được giới hạn ở hàm lượng lớn nhất là 12% (ASTM C618) Tro bay với hàm lượng cácbon nhiều sẽ có bề mặt riêng lớn

Do vậy, nhu cầu nước của vữa hoặc bê tông sử dụng tro bay lớn

Đặc biệt cácbon chưa cháy ảnh hưởng đến cường độ Thêm vào đó, trong hỗn hợp vữa, bê tông, các chất hoá học có thể bị hấp thụ lên bề mặt các hạt cácbon, làm ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp Cuối cùng thì sự có mặt của cácbon có thể ảnh hưởng đến màu sắc của tro Việc tăng lượng cácbon sẽ là nguyên nhân tăng màu xám của các khoáng, giống như magnetite

2 Hoạt độ phóng xạ của tro

Trên thế giới, ở các nước phát triển đã quan tâm đến hoạt động phóng xạ của vật liệu xây dựng từ những năm 70 Người ta thấy rằng, những vật liệu có hoạt độ phóng xạ lớn sẽ phát ra tia xạ ảnh hưởng không tốt tới sức khoẻ con người Do vậy, mỗi nước đều có tiêu chuẩn quy định mức phát xạ riêng cho vật liệu xây dựng Mức