Nghiên cứu đánh giá tiềm năng giảm phát thải khí ô nhiễm của hoạt động đốt than kèm phụ gia tại nhà máy nhiệt điện

TỔ NG QUAN

T ổ ng quan v ề ngành nhi ệt điệ n trên th ế gi ớ i và Vi ệ t Nam

Ngành điện toàn cầu đang trải qua sự chuyển mình mạnh mẽ, với sự thay thế dần các máy phát điện truyền thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch, hạt nhân và thủy điện bằng năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió và mặt trời Mặc dù năng lượng tái tạo đang phát triển nhanh chóng, các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch vẫn cần thiết để đảm bảo an ninh cung cấp điện và bổ sung cho sản xuất năng lượng tái tạo Nhu cầu về các nguồn điện có khả năng điều phối như thủy điện và năng lượng hạt nhân vẫn cao, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu điện năng biến động Các nhà máy nhiệt điện đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của hệ thống điện, cung cấp các dịch vụ như đáp ứng quán tính và phục hồi năng lượng tần số nhanh Sự ổn định của hệ thống truyền tải điện là rất cần thiết, đặc biệt trong các tình huống khẩn cấp, và các nhà máy nhiệt điện than và khí vẫn là những yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo an ninh cung cấp điện.

Bảng 1.1: Sản lượng nhiệt điện than trên thế giới năm 2016- 2017 [1]

Quốc gia Tổng sản lưọng điện, tỷ kWh Sản lượng nhiệt điện than

Các nước châu Âu khác

Dữ liệu từ bảng trên cho thấy rằng trong năm 2017, nhiều quốc gia đã tăng sản lượng điện, đặc biệt là điện từ nhiệt điện than, so với năm 2016 Tuy nhiên, cũng có một số quốc gia giảm sản lượng điện trong cùng thời gian này.

Trong năm qua, sản lượng điện toàn cầu đã tăng thêm 621,1 tỷ kWh, tương đương 2,5%, trong đó sản lượng nhiệt điện than tăng 272,3 tỷ kWh, chiếm 43,8% tổng sản lượng tăng thêm Tỷ trọng của nhiệt điện than vẫn cao nhất, đạt 38,1%, vượt xa điện khí (23,1%), thủy điện (15,9%) và điện hạt nhân (10,3%) Các quốc gia dẫn đầu về tăng trưởng nhiệt điện than bao gồm Trung Quốc (tăng 197,351 tỷ kWh, 4,7%), Ấn Độ (tăng 51 tỷ kWh, 4,7%), Hàn Quốc (tăng 27,8 tỷ kWh, 11,8%) và Nhật Bản (tăng 11,6 tỷ kWh, 3,5%).

Trong năm qua, sản lượng điện của các quốc gia đã có sự tăng trưởng đáng kể Ban Nha ghi nhận mức tăng 7,7 tỷ kWh, tương đương 20,6%; Thổ Nhĩ Kỳ tăng 5,3 tỷ kWh, đạt 5,7% Các nước châu Âu khác cũng có sự gia tăng 4,8 tỷ kWh, tương ứng 2,1%; trong khi LB Nga tăng 4,0 tỷ kWh, tương đương 2,7% Kazắkhxtan có mức tăng 3,7 tỷ kWh, đạt 6,1%, và Canađa tăng 10,3 tỷ kWh, tương đương 15,7%.

Trong những năm gần đây, các nhà máy nhiệt điện đã giảm đáng kể lượng khí thải NOx và SO2 nhờ vào việc đầu tư công nghệ mới và cải tiến quy trình xử lý khí thải Điều này cho thấy rằng các nhà máy nhiệt điện vẫn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng trong các thập kỷ tới, góp phần cân bằng cung và cầu điện toàn cầu.

Tổng công suất đặt nguồn điện trong hệ thống điện Việt Nam năm 2017 đạt ~ 45410

MW Cơ cấu các loại nguồn điện trong hệ thống và diễn biến phát triển nguồn những năm gần đây được thể hiện trong hình 1.1

Hình 1.1 Diễn biến phát triển các loại nguồn điện giai đoạn 2000- 2017 [2]

Hiện nay, nguồn năng lượng chủ yếu ở Việt Nam bao gồm NMTĐ và NMNĐ Than, mỗi loại chiếm khoảng 37-38% tổng cơ cấu Trong khi đó, tua bin khí đóng góp 16% vào nguồn năng lượng NMTĐ chủ yếu tập trung ở vùng Tây Bắc và Tây Nguyên, trong khi NMNĐ khí lại tập trung ở miền Đông Nam.

Bộcòn NMNĐ than chủ yếu tập trung ở vùng Đông Bắc, do đó, yếu tố mùa và thời tiết có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của hệ thống điện và lưới truyền tải.

Hình 1.2: Cơ cấu các loại nguồn điện trong hệ thống điện Việt Nam năm 2017 [2]

Nhập khẩu Năng lượng tái tạo

NĐ Dầu Bua bin khí

NĐ Than Thủy điện Pmax

Tỷ trọng nhiệt điện vẫn giữ vai trò quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam, theo tổng sơ đồ phát triển điện quốc gia giai đoạn 2011 - 2020, với tầm nhìn đến năm 2030 Việc khai thác tối đa nguồn than trong nước được ưu tiên cho các nhà máy nhiệt điện, đặc biệt ở miền Bắc Dự kiến, đến năm 2020, tổng công suất đạt khoảng 26.000 MW, sản xuất khoảng 131 tỷ kWh điện, chiếm 49,3% tổng điện sản xuất và tiêu thụ khoảng 63 triệu tấn than Đến năm 2025, công suất dự kiến tăng lên 47.600 MW, sản xuất 220 tỷ kWh, chiếm 55% tổng điện sản xuất và tiêu thụ khoảng 95 triệu tấn than Đến năm 2030, tổng công suất sẽ đạt khoảng 55.300 MW, sản xuất khoảng 304 tỷ kWh, chiếm 53,2% tổng điện sản xuất và tiêu thụ khoảng 129 triệu tấn than Do nguồn than trong nước có hạn, cần xây dựng thêm nhà máy nhiệt điện tại các trung tâm điện lực như Duyên Hải và Long.

Các nhà máy nhiệt điện than lớn với công suất từ 600 đến 1.200 MW đã được đưa vào hoạt động trên toàn quốc, trong đó các địa phương như Phú, Sông Hậu, Long An đang sử dụng nguồn than nhập khẩu.

Nhiệt điện vẫn ngày càng khẳng định vai trò là nguồn năng lượng chính, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

Sự phát triển của số lượng và quy mô các nhà máy nhiệt điện than đã dẫn đến việc áp dụng công nghệ hiện đại, giúp nâng cao hiệu suất, an toàn và tiết kiệm chi phí trong quá trình vận hành Nhiều nhà máy đã được đầu tư với công nghệ đốt than tiên tiến, bao gồm các thông số hơi nước siêu tới hạn Việt Nam cũng đã thành công trong việc triển khai hệ thống điều khiển và tự động hóa cho các nhà máy nhiệt điện than.

Nhiệt điện khí là một giải pháp năng lượng tiên tiến với hiệu suất cao và thân thiện với môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong việc hỗ trợ các nguồn điện năng lượng tái tạo không ổn định, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia Hiện nay, cả nước có 7.200 MW công suất nhiệt điện khí đang hoạt động.

MW điện khí, chiếm khoảng 16% tổng công suất hệ thống Trong đó, khu vực Đông Nam

Bộ với 10 nhà máy có tổng công suất 5.700 MW Khu vực Tây Nam Bộ với 2 nhà máy

Cà Mau 1,2 có tổng công suất khoảng 1.500 MW, sản xuất khoảng 45 tỷ kWh điện mỗi năm, chiếm 25% tổng sản lượng điện của hệ thống Dự kiến đến năm 2020, công suất nhiệt điện khí sẽ đạt gần 9.000 MW, sản xuất khoảng 44 tỷ kWh, chiếm 16,6% sản lượng điện, đứng sau thủy điện và nhiệt điện than Đến năm 2025, tổng công suất sẽ tiếp tục được nâng cao.

Khoảng 15.000 MW, sản xuất Khoảng 76 tỷ kWh điện, chiếm 19% sản lượng điện sản xuất; năm 2030, tổng công suất Khoảng 19.000 MW, sản xuất Khoảng 96 tỷ kWh điện, chiếm 16,8% sản lượng điện sản xuất , tương đương cần 22 tỷ m3 khí, trong đó 50% từ nguồn nhập khẩu khí LNG [4]

LNG là nguồn năng lượng sạch quan trọng, đang trở thành xu hướng tất yếu cho thế giới và Việt Nam trong bối cảnh cạn kiệt tài nguyên truyền thống Tuy nhiên, Việt Nam gặp khó khăn trong phát triển điện khí do nguồn khí trong nước hạn chế, phải phụ thuộc vào LNG nhập khẩu với giá cả biến động theo thị trường toàn cầu Ngoài ra, Việt Nam còn thiếu kinh nghiệm trong việc xây dựng và vận hành các dự án kho cảng LNG cũng như chuỗi dự án khí điện sử dụng LNG, trong khi giá điện khí hiện vẫn cao hơn so với điện từ than.

Các nhà máy nhiệt điện than và khí vẫn giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia Đặc biệt, công nghệ hiện đại như lọc bụi tĩnh điện (ESP) đã được áp dụng tại các nhà máy nhiệt điện than, giúp giảm thiểu khí thải SOx và NOx, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường Việt Nam Sự chú trọng đến bảo vệ môi trường trong quá trình vận hành các nhà máy này ngày càng được nâng cao và thực hiện hiệu quả.

T ổ ng quan v ề công ngh ệ lò than phun và lò t ầ ng sôi

Lò hơi đốt than phun là công nghệ tiên tiến, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất điện năng toàn cầu Quá trình này sử dụng than nghiền mịn, được đốt cháy trong buồng lửa lò hơi, tạo ra nhiệt lượng Nhiệt từ quá trình đốt cháy than sẽ làm nóng nước và hơi trong các dàn ống và thiết bị được lắp đặt trong lò hơi.

Một số nhà máy sử dụng công nghệ lò hơi đốt than phun ở Việt Nam như: NMNĐ Uông

Bí, NMNĐ Ninh Bình, NMNĐ Phả Lại 1, NMNĐ Phả lại 2, …

Hình 1.3 Cấu tạo lò hơi đốt than phun

Buồng (1); Van hơi chính (2) Đường nước cấp (3)

Vòi phun nhiên liệu (4) Buồng lửa (5) Phễu tro lạnh (6)

Giếng xỉ (7) Bơm nước cấp (8) Ống khói (9)

Bộ sấy không khí (10) Quạt gió (11); Quạt khói (12)

Bộ hàm nước (13) Dàn ống nước xuống (14) Dàn ống nước lên (15)

Dãy pheston (17) Bộ quá nhiệt (18)

Than cục sau khi qua quá trình nghiền thô từ phễu than sẽ được chuyển đến máy nghiền than, nơi than được sấy ẩm và nghiền mịn thành bột với kích thước hạt trung bình từ 40 đến 90 micromet.

Bột than được trộn với không khí nóng (gió cấp 1) và phun vào buồng lửa, nơi nó cháy trong môi trường nhiệt độ cao Ngoài gió cấp 1, không khí cấp vào lò còn có gió cấp 2 và có thể có gió cấp 3 Nhiệt từ quá trình cháy bột than được truyền cho các ống sinh hơi xung quanh buồng đốt, làm hóa hơi dòng nước bên trong ống Hỗn hợp hơi và nước ra khỏi ống sinh hơi đi vào bao hơi, nơi có thiết bị phân ly hơi để tách tối đa các hạt lỏng bị cuốn theo Hơi bão hòa tiếp tục di chuyển qua bộ quá trình tiếp theo.

Để nâng nhiệt độ đến giá trị mong muốn trước khi vào tuốc bin, hơi nước được gia nhiệt lên áp suất và nhiệt độ cao qua ống dẫn Hơi ra khỏi thân cao áp thường được đưa trở lại lò hơi để hồi nhiệt trước khi tiếp tục vào thân trung áp Hơi ra khỏi thân trung áp có thể được hồi nhiệt thêm một lần nữa hoặc đi trực tiếp vào thân hạ áp Việc hồi nhiệt trung gian một hoặc hai lần nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt cho tuốc bin.

Tuốc bin chuyển đổi nhiệt năng của hơi nước thành cơ năng, giúp máy phát điện sản xuất điện năng và hòa vào lưới điện quốc gia qua máy biến thế Hơi nước sau khi thoát khỏi tuốc bin được làm nguội trong bình ngưng, sau đó ngưng tụ thành nước và được bơm trở lại lò hơi trong một chu trình khép kín Nước làm mát có thể là nước biển, nước sông hoặc nước hồ, và nhà máy nhiệt điện than cần 142 lít nước làm mát để sản xuất 1 kWh điện năng Để tăng hiệu suất lò hơi, các bộ hâm nước và bộ sấy không khí được thiết kế để tận dụng nhiệt từ khói thải, trong khi tro bay và bụi được loại bỏ bằng bộ lọc bụi tĩnh điện trước khi xả ra môi trường.

Xỉ đáy lò và tro bay từ các bộ hâm nước, bộ sấy không khí, bộ lọc bụi được thu gom và tái sử dụng hiệu quả trong ngành xây dựng, bao gồm sản xuất gạch không nung và làm chất phụ gia cho bê tông.

Nhiên liệu được cung cấp vào buồng đốt thông qua hệ thống cấp liệu nằm ở tường nước phía đầu buồng đốt Lượng nhiên liệu được đưa vào lò được điều chỉnh dựa trên tốc độ di chuyển của hệ thống cấp nhiên liệu.

Trong buồng đốt của lò hơi tầng sôi, quá trình dao động hỗn hợp của các hạt nhiên liệu rắn như than, tro và xỉ diễn ra theo tỉ trọng và chiều cao buồng đốt Vận tốc của luồng gió cấp 1 được cấp từ sàn đáy buồng đốt đóng vai trò quan trọng trong quá trình này Khi cháy, kích thước các hạt nhiên liệu giảm và chúng hòa trộn với xỉ có sẵn, tạo thành một lớp đệm nhiên liệu.

Quá trình cháy nhiên liệu trong buồng đốt diễn ra theo từng tầng, phụ thuộc vào tốc độ gió cấp 1 và cấp 2 Nhiệt lượng từ lớp nhiên liệu cháy được truyền sang nước qua các tường nước xung quanh và đỉnh buồng đốt Khói nóng mang theo tro bay rời khỏi buồng đốt, đi qua các bộ quá nhiệt và cuối cùng là dàn ống trao đổi nhiệt đối lưu trước khi thoát ra ngoài.

Gió cấp 2 được cung cấp vào buồng đốt thông qua các vòi phun gió nằm ở phía trên buồng đốt, ở vị trí trên các béc gió cấp 1 Điều này giúp cung cấp không khí cho các lớp sôi phía trên, từ đó giảm thiểu hiện tượng tắc nghẽn và cải thiện hiệu suất đốt.

NOx được điều chỉnh thông qua hệ số không khí thừa và nhiệt độ cháy trong buồng đốt Sau khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt đối lưu ở phần đuôi lò, khói được chuyển đến bộ thu hồi năng lượng để tận dụng nhiệt từ khói, gia nhiệt cho nước và không khí cấp vào lò Bộ lọc bụi được lắp đặt trước quạt hút, giúp tách các hạt tro bay ra khỏi dòng khói trước khi khói được thải ra ngoài qua ống khói.

Hình 1.4 Cấu tạo lò hơi tầng sôi

Lò hơi tầng sôi bọt có khả năng thiết kế để đốt cháy đa dạng các loại nhiên liệu, bao gồm cả than đá có độ tro từ 60-70% hoặc than có tỷ lệ chất bay hơi dưới 1%.

- Các chi tiết chuyển động trong lò hơi tầng sôi ít hơn nhiều so với các lò hơi sử dụng nguyên lý cũ như lò ghi xích

- Lò tầng sôi có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt mà không cần dùng đến các thiết bị xửlý đắt tiền

- Nhiên liệu sử dụng đa dạng Than cám, trấu rời, trấu viên, củi viên, củi băm, rác ngành giấy, biomass, …

Lò tầng sôi đốt than đá với tỷ lệ cốc cao cần có chùm ống ngâm trong lớp sôi để ngăn ngừa quá nhiệt cho buồng đốt Tuy nhiên, tuổi thọ của chùm ống này thường không cao do phải chịu mài mòn liên tục trong quá trình hoạt động.

Lò tầng sôi bọt cần một diện tích buồng đốt lớn hơn so với lò tầng sôi tuần hoàn và lò than phun khi so sánh cùng công suất Vì vậy, lò tầng sôi bọt không thể hoàn toàn thay thế lò than phun, đặc biệt là trong dải công suất lớn.

Lò tầng sôi bọt cần nhiều điểm cấp liệu do khả năng phân tán nhiên liệu trong buồng đốt kém hơn so với lò tầng sôi tuần hoàn Do đó, lò tầng sôi bọt thường chỉ được thiết kế cho dải công suất nhỏ và trung bình.

T ổ ng quan v ề than và ph ụ gia s ử d ụ ng trong các nhà máy nhi ệt điệ n c ủ a

1.3.1 Than a Sơ lược về vấn đề sử dụng than

Năng lượng than đóng vai trò quan trọng trong nguồn năng lượng của Việt Nam, thể hiện rõ qua nhu cầu ngày càng tăng của nền kinh tế đối với loại năng lượng này.

Việt Nam đang ngày càng tăng cao

Nhu cầu than cho sản xuất điện tại Việt Nam dự kiến sẽ tăng từ 63 triệu tấn vào năm 2020 lên khoảng 95 triệu tấn vào năm 2025 và đạt khoảng 129 triệu tấn vào năm 2030 Do nguồn cung than trong nước hạn chế, một số nhà máy nhiệt điện tại miền Trung và miền Nam như Vĩnh Tân, Duyên Hải, Long Phú, Sông Hậu và Long An sẽ phải sử dụng than nhập khẩu để đáp ứng nhu cầu này.

Bảng 1.2 Dự kiến cân đối cung cầu than từnăm 2013-2030 [6] Đơn vị: triệu tấn

Theo bảng số liệu, sản lượng than antraxit Việt Nam cho sản xuất điện đã tăng đáng kể, từ 24 triệu tấn vào năm 2015 lên 32-38% vào năm 2020, dự kiến đạt 30-42 triệu tấn vào năm 2025 và 40-45 triệu tấn vào năm 2030 Tuy nhiên, do khả năng khai thác than trong nước còn hạn chế, Việt Nam dự kiến sẽ phụ thuộc nhiều vào than nhập khẩu để bù đắp thiếu hụt trong cân đối năng lượng Tỷ lệ than nhập khẩu so với than nội địa cho sản xuất điện đã tăng mạnh, từ khoảng 31% vào năm trước.

Đến năm 2025, tỷ lệ cung cấp than cho các nhà máy nhiệt điện dự kiến đạt khoảng 76-78%, và con số này sẽ tăng lên 125-144% vào năm 2030 Để đảm bảo nguồn cung than ổn định, bên cạnh việc nhập khẩu, cần tăng cường đầu tư và khai thác than nội địa.

Dựa trên các dữ liệu đã trình bày, có thể kết luận rằng than là nguồn nhiên liệu sơ cấp quan trọng cho sản xuất điện năng Do đó, nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng than và giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại các nhà máy nhiệt điện đốt than là vấn đề cấp thiết mà các quốc gia, đặc biệt là Việt Nam, cần chú trọng.

Than dùng cho sản xuất điện thường có chất bốc thấp, độ tro cao và khó cháy, vì vậy nghiên cứu về việc đốt than với hiệu suất cao và ổn định, đồng thời giảm thiểu tổn thất cơ học là rất cần thiết Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở đáng tin cậy để đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu suất cháy than antraxit, đảm bảo tính khả thi, hiệu quả kinh tế và phù hợp với điều kiện tại Việt Nam.

Theo Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, than khoáng được phân loại thành ba loại chính: than biến chất thấp (lignit - á bitum), than biến chất trung bình (bitum) và than biến chất cao (anthracit).

Than bùn, còn được gọi là than nâu, là loại than trẻ với biến chất thấp và màu nâu đặc trưng Loại than này có tính chất giống đất hơn là đá, dễ tan rã khi tiếp xúc với môi trường tự nhiên Với độ ẩm cao từ 30 đến trên 40% và nhiệt trị khoảng 18MJ/kg, than bùn chủ yếu được sử dụng trong sản xuất điện.

Than nâu, hay còn gọi là than nâu đen, là loại than có màu sắc từ nâu đến đen, gần giống với than đá Than sub-bitum chứa 20-30% độ ẩm và thường được sử dụng trong sản xuất nhiệt và điện, đặc biệt là trong các lò hơi Nhiệt trị của than sub-bitum dao động từ 18 đến 24,5 MJ/kg.

Than đá, hay còn gọi là than bitum, là loại than có màu đen, mềm và chứa carbon hoá trung bình Với độ ẩm dưới 20% và khả năng thiêu kết khi được đốt nóng trên 700°C, than bitum có hàm lượng chất bốc cao (trên 9%) và nhiệt trị từ 24,5 đến 32,4 MJ/kg Nhờ những đặc điểm này, than bitum thường được sử dụng làm nhiên liệu cho lò hơi.

Than antraxit là loại than biến chất cao, thường được gọi là than cứng, có màu đen hoặc đen xám với ánh kim đặc trưng Loại than này có tỷ trọng từ 1,4 đến 1,7 g/cm³, hàm lượng chất bốc thấp (thường dưới 6%), độ ẩm nhỏ (thường dưới 15%) và nhiệt trị cao, có thể đạt từ 32,4 MJ/kg trở lên.

Bảng 2.2 Chất bốc và đặc tính cốc của một số loại than [7]

STT Nhiên liệu Lượng chất bốc (%) Nhiệt độ sinh chất bốc ( o C) Đặc tính cốc

Than thương phẩm ở Việt Nam được phân loại theo kích thước hạt thành than cục và than cám Theo tiêu chuẩn Việt Nam 1790:1999, than Hòn Gai - Cẩm Phả có 7 loại than cục, bao gồm Cục 2a HG, Cục 2b HG, Cục 3 HG, Cục 4a HG, Cục 4b HG, Cục 5a HG và Cục 5b HG Ngoài ra, than cám Hòn Gai - Cẩm Phả được chia thành 10 loại, gồm Cám 1 HG, Cám 2 HG, Cám 3a HG, Cám 3b HG, Cám 3c HG, Cám 4a HG, Cám 4b HG, Cám 5 HG, Cám 6a HG và Cám 6b HG.

1.3.2 Ph ụ gia a Hiện trạng sử dụng phụ gia trên thế giới

Kinh nghiệm cho thấy, các chất phụ gia cho quá trình đốt hiện đã đạt được một số thành công:

Tiết kiệm nhiên liệu có thể giảm lượng than tiêu thụ từ 5% đến 15%, tùy thuộc vào loại lò hơi, hiệu suất hoạt động của lò và loại than được sử dụng, cũng như nhiệt động học của hệ thống.

Cải thiện đặc tính cháy của than không chỉ giúp giảm lượng than tiêu thụ mà còn giảm thiểu phát thải các chất nguy hại, giảm lượng carbon còn lại trong tro, từ đó giảm tác động xấu đến môi trường và tiết kiệm chi phí vận hành.

Giảm chi phí bảo dưỡng lò hơi một cách đáng kể bằng cách loại bỏ xỉ đóng cặn, ngăn ngừa sự cố dừng lò và giảm chi phí sửa chữa thiết bị Cơ chế làm mềm cặn xỉ cứng trên bề mặt đuôi lò không chỉ giúp tiêu hủy phần cặn xỉ mà còn tăng cường hiệu suất hoạt động của thiết bị xử lý môi trường như ESP.

• Cải tiến quá trình đốt than và giảm phát thải các chất độc hại như các bon đen được thải ra từ nhiên liệu (muội)

• Nâng cao hiệu suất năng lượng, giảm chi phí vận hành, bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ nhờ kéo dài Chu kỳ tiểu tu và trùng tu

Hi ệ n tr ạ ng ô nhi ễ m không khí ngành nhi ệt điệ n

1.3.1 Cơ chế hình thành khí thải trong lò hơi

Nguồn nhiên liệu chủ yếu cho sản xuất điện toàn cầu hiện nay vẫn là nhiên liệu hóa thạch, bao gồm than, dầu mỏ, khí đốt và khí tự nhiên Theo dữ liệu từ Cơ quan Năng lượng Hoa Kỳ (EIA) năm 2006, nhiên liệu hóa thạch chiếm đến 67% tổng sản lượng điện trên thế giới, trong đó điện từ than đá đóng góp hơn 40% tổng sản lượng.

Các chất ô nhiễm từ lò hơi đốt bao gồm CO2, CO, SO2, NOx, bụi, kim loại nặng, dioxin và các hợp chất độc hại khác Tại Việt Nam, nhiệt điện đóng góp chủ yếu vào tổng sản lượng điện của cả nước, dẫn đến việc phát thải từ các nhà máy này chiếm tỷ lệ lớn trong cơ cấu phát thải quốc gia Cơ chế hình thành khí NOx là một vấn đề quan trọng cần được nghiên cứu và quản lý.

NOx (NO và NO2) hình thành từ sự kết hợp giữa oxy và nitơ dưới các điều kiện khác nhau Trong quá trình đốt nhiên liệu than trong lò hơi, lượng NOx sản sinh có mối liên hệ chặt chẽ với điều kiện cháy, đặc biệt là phương thức đốt, nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa Khi nhiệt độ vượt quá 1000 °C, NOx được sinh ra, trong đó NO chiếm hơn 90% và NO2 chiếm khoảng 5%.

10% NOx được sinh ra chủ yếu từ thành phần nhiên liệu trong lò hơi tầng sôi tuần hoàn, do nhiệt độ cháy của loại lò này luôn được duy trì thấp hơn 1000 °C.

Cơ chế hình thành các khí NOx trong buồng lửa lò hơi qua 3 cơ chế

- Oxi hóa các phân tử nito trong không khí:

- Oxi hóa các phân tử nito trong nhiên liệu:

Hình 1.3 Quá trình phản ứng oxi hóa HCN thành NO

Hình 1.4 Quá trình phản ứng oxi hóa NH 3 thành NO

- Phản ứng giữa các phân tử nito và gốc hidrocacbon tự do:

Phát thải lượng khí NOx tương đối nhỏ trong tổng lượng phát thải của lò hơi đốt than

NOx tức thời là do N2trong không khí dùng đểđốt bị oxi hóa tạo ra b Cơ chế hình thành N 2 O

Phát thải N2O tùy thuộc vào phương pháp đốt và loại nhiên liệu khác nhau

Bảng 1.4 : Nồng độ N 2 O thải ra từ các thiết bịđốt nhiên liệu hóa thạch [9] Thiết bịđốt Nhiên liệu Nồng độ N 2 O thải ra (ppm)

Lò than phun Than có khói 0- 5

Lò đốt khí thiên nhiên Khí thiên nhiên 0- 2

Lò đốt tầng sôi Củi hoặc phế liệu 0- 20

Lò đốt tầng sôi tuần hoàn Than bùn, than nâu, than 20- 250

Lò ghi xích Than có khói 0- 20

Sự hình thành N2O thông qua hai phương thức:

Phản ứng đồng pha hình thành N2O bắt đầu bằng việc HCN bị oxy hóa để tạo ra NCO và NH3 trong môi trường nitơ Sau đó, các phản ứng (1.3) đến (1.6) diễn ra, dẫn đến sự hình thành phản ứng ba thể giữa N2O và thể thứ ba M (1.7).

Phản ứng dị pha hình thành N2O chủ yếu xảy ra từ Nito cốc, đặc biệt trong lò hơi tầng sôi, nơi chuyển hóa Nito cốc đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất N2O Các phản ứng này bao gồm nhiều quá trình hóa học khác nhau, tạo ra N2O từ cốc.

CN + CNO  N2O + 2C (1.9) c Cơ chê hình thành khí CO, CO 2

Cacbon là thành phần chủ yếu trong than, và sự hình thành CO cũng như CO2 phụ thuộc vào quá trình cháy trong buồng lửa của lò hơi Cơ chế tạo ra CO và CO2 được mô tả qua các phản ứng hóa học liên quan.

C + O2  CO2 (1.12) d Cơ chế hình thành khí SO 2 , SO 3

Trong quá trình cháy nhiên liệu, lưu huỳnh tồn tại dưới dạng hữu cơ hoặc vô cơ sẽ bị oxi hóa thành SO2, chiếm 95% tổng lượng phát thải lưu huỳnh Dưới tác động của nhiệt độ cao trong buồng lửa và xúc tác, SO2 sẽ kết hợp với oxi để tạo thành SO3, mặc dù SO3 chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ trong tổng lượng phát thải Cơ chế hình thành SO2 trong quá trình này là một yếu tố quan trọng cần được nghiên cứu.

1.3.2 Phát th ải khí nhà kính trong ngành điện

Trong tương lai, nhu cầu về nguồn năng lượng dự kiến sẽ tăng cao, dẫn đến sự gia tăng phát thải khí nhà kính (KNK) trong ngành năng lượng Dự báo từ Bảng 1.5 cho thấy mức phát thải KNK của ngành này sẽ tăng lên vào các năm 2020 và 2030 so với năm 2010.

Bảng 1.5 Ước tính phát thải khí nhà kính từ ngành năng lượng trong năm 2010 và dựbáo năm 2020, 2030 [10] Đơn vị: triệu tấn CO 2

Nhóm nguồn khí nhà kính 2010 2020 2030

Tổng mức phát thải năng lượng

Các ngành công nghiệp nặng 41.1 171.3 404.4

Dầu và khí tự nhiên 14.7 17.5 36.6

Theo bảng 1.5, năm 2020, ngành công nghiệp năng lượng là nguồn phát thải lớn nhất với 171.3 triệu tấn CO2, chiếm 43.9% tổng mức năng lượng Dự báo, phát thải khí nhà kính từ việc đốt nhiên liệu sẽ đạt 620.3 triệu tấn CO2 vào năm 2030.

CO2 gấp 4 lần so với năm 2010.

Theo báo cáo BP Statistical Review of World Energy 2020, lượng phát thải khí CO2 từ tiêu thụ năng lượng sơ cấp (NLSC) toàn cầu và tại Việt Nam trong năm 2019 được minh họa trong hình 1.5.

Hình 1.5 Phát thải CO 2 từ tiêu thụnăng lượng trên thế giới và Việt Nam

Châu Á là khu vực phát thải CO2 lớn nhất, chiếm 50,5% tổng lượng phát thải toàn cầu Tiếp theo là Bắc Mỹ với 17,5%, châu Âu 12,0%, Trung Đông 6,3%, CIS 6,1%, châu Phi 3,8%, và Nam cùng Trung Mỹ 3,7% Trong số này, có 11 quốc gia có quy mô phát thải CO2 lớn nhất, với mức phát thải trên 1,5%.

Quốc chiếm 28,8%, tiếp theo là Mỹ 14,5%, Ấn Độ 7,3%, Nga 4,5%, Nhật Bản 3,3%, Đức 2,0%, Iran 2,0%, Hàn Quốc 1,9%, Indonesia 1,8%, Ảrập Xê-ud 1,7%, Canada 1,6%

Tính đến năm 2019, 11 quốc gia hàng đầu đã chiếm 69,4% tổng phát thải CO2 toàn cầu, với 5 quốc gia đứng đầu chiếm 58,4% Việt Nam ghi nhận tổng phát thải CO2 từ tiêu dùng NLSC đạt 285,9 triệu tấn, tương đương 0,8% tổng phát thải CO2 toàn thế giới Tuy nhiên, xu hướng phát thải ở Việt Nam đang gia tăng mạnh mẽ, với mức tăng 20,6% từ năm 2019 và trung bình 8,5% mỗi năm trong giai đoạn 2008-2018.

Vấn đề ô nhiễm trong hệ thống điện Việt Nam tập trung vào nhà máy nhiệt điện

Các nhà máy nhiệt điện tại Quảng Ninh và Hải Phòng sử dụng công nghệ cũ và nhiên liệu than, dẫn đến việc phát thải khí ô nhiễm cao Năm 2017, mức phát thải SO2, NOx và PM2.5 từ một số nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam đã được ghi nhận, như thể hiện trong hình 1.6.

Việt Nam Bắc Mỹ Nam và Trung Mỹ Châu Âu

CISTrung ĐôngChâu PhiChâu Á-TBD

Hình 1.6 Biểu đồ phát thải khí nhà kính ở một số nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam

NMNĐ Nhơn Trạch 2 có mức phát thải thấp nhất với PM2.5 là 30.1 mg/m³, NOx là 20.8 mg/m³ và SO2 là 2.62 mg/m³ Điều này được giải thích bởi việc NMNĐ Nhơn Trạch 2 áp dụng công nghệ tua bin khí sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên và dầu nhẹ, dẫn đến lượng khí thải thấp hơn so với các nhà máy như NMNĐ Quảng Ninh, Hải Phòng và Vĩnh Tân, nơi sử dụng công nghệ đốt than phun với nhiên liệu đầu vào là các loại than.

Quảng Ninh Hải Phòng Vĩnh Tân 4 Mạo Khê Nhơn Trạch

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U

- Cơ sở tiến hành thực nghiệm: Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng, cụ thểlà lò hơi số 3

- Phụ gia sử dụng trong thực nghiệm: phụ gia E plus

- Thông số tiến hành đo đạc: mẫu than nguyên, khí NOx, CO, SOx trong thành phần khí thải

2.1.1 Lò hơi số 3 của nhà máy nhiệt điện Hải Phòng [12]

Lò hơi số 3 của Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng đã chính thức vận hành từ năm 2013 và đã trải qua nhiều năm hoạt động Vào cuối năm 2017, lò hơi này đã được đại tu lần 1 để phục hồi tính năng thiết bị, và giữa năm 2019 tiếp tục được trùng tu Trước khi tiến hành thử nghiệm đốt phụ gia, lò hơi số 3 vẫn ở trong tình trạng tốt, đảm bảo công suất tiêu thụ thiết kế 120 tấn than/giờ và có khả năng điều chỉnh công suất linh hoạt, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thử nghiệm.

• Đặc điểm của hệ thống lò hơi của NMNĐ Hải Phòng

Lò hơi của NMNĐ Hải Phòng sử dụng hệ thống thông gió cân bằng để duy trì áp suất âm, trong đó quạt gió thứ cấp cung cấp lượng gió cần thiết cho việc đốt cháy hoàn toàn than, trong khi quạt gió sơ cấp đảm nhiệm việc vận chuyển than từ kho đến buồng đốt.

Chu trình hơi nước sẽlà dưới – tới hạn với kiểu tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức

Chu trình này dẫn hơi khô từ bao hơi vào bộ quá nhiệt, sau đó vận chuyển qua đường ống hơi chính đến tuabin cao áp Hơi sau khi sử dụng sẽ quay trở về lò hơi để được gia nhiệt lại, trước khi chuyển đến tuabin hạ áp.

Lò hơi nguyên khối được thiết kế với bức tường làm lạnh bằng nước, kết nối bằng các màng chắn hàn chặt để đảm bảo độ kín khí tối đa Lò sử dụng than antraxit nghiền kiểu gián tiếp và có lớp che bên ngoài để bảo vệ khỏi tác động thời tiết Dầu nặng (HFO) được sử dụng để mồi lửa, sấy nhiên liệu, khởi động, và đốt kèm khi lò có phụ tải thấp, khoảng 30% công suất vận hành liên tục lớn nhất (BMCR), đồng thời giúp ổn định ngọn lửa khi đạt 65% công suất (BMCR).

• Các đặc tính cơ bản của lò hơi

Bảng 2.1 Đặc tính thiết kếlò hơi số 3

TT Hạng mục Đơn vị Giá trị

1 Ký hiệu lò hơi - DG996/17,45-II 15

2 Nhà chế tạo - Công ty lò hơi Dong Fang

3 Dạng lò hơi (phương pháp đốt) - Phương pháp đốt cháy với ngọn lửa dạng “W”

6 Áp suất định mức bao hơi MPa 18,46

7 Nhiệt độ hơi chính định mức o C 541

8 Áp suất hơi chính định mức MPa 17,3

9 Áp suất hơi chính lớn nhất MPa 17,45

10 Nhiệt độ hơi quá nhiệt trung gian o C 541

11 Áp suất hơi quá nhiệt trung gian MPa 4,18

12 Nhiệt độ nước cấp lò hơi o C 283,5

13 Áp suất làm việc lớn nhất của bao hơi MPa 19,76

14 Nhiệt độ gió lạnh cấp 1 o C 24

15 Nhiệt độ gió lạnh cấp 2 o C 24

16 Nhiệt độ gió nóng cấp 1 o C 352 (BMCR); 347 (RO)

17 Nhiệt độ gió nóng cấp 2 o C 342 (BMCR); 338 (RO)

18 Nhiệt độ khói thoát BMCR/RO o C 124/119

• Đặc tính nhiên liệu than sử dụng: Đặc tính than sử dụng theo thiết kế của lò hơi- Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng được thể hiện dưới bảng 2.2

Bảng 2.2 Đặc tính than thiết kếcho lò hơi

TT Thành phần Ký hiệu Đơn vị Thông số thiết kế Phạm vi

2 Chất bốc làm việc Vlv % 5.2 4.3 - 7.58

3 Độ tro làm việc Alv % 27.18 26.5 - 31.2

9 Nhiệt trị thấp (LHV) Qlv Kcal/kg 5056 4995 - 5370

2.1.2 Ph ụ gia Eplus a Thành phần của phụ gia

Phụ gia xúc tác EPlus, có nguồn gốc từ Đài Loan, là sản phẩm công nghệ tiên tiến với thành phần chính là chất xúc tác nano TiO2 hòa trong dung môi hữu cơ dạng lỏng (công thức chưa được công bố) TiO2 trong Phụ gia EPlus tồn tại ở dạng chưa kết tinh và không phản ứng trong điều kiện bình thường, nhưng sẽ hoạt động hiệu quả khi được làm nóng.

300 o C, lúc này các đơn thể TiO2 sẽ kết tinh thành dạng anatase (một dạng khoáng của TiO2) có khảnăng phản ứng mạnh b Đặc tính hóa học

- Áp suất hóa hơi: 0.05 mmHg

- Tỷ trọng so với nước: 1 ± 0.06

- Giới hạn phát nổ: (Thấp): 3.2%; (Cao): 5.3%

- Tan hoàn toàn trong nước;

- Chất xúc tác: Nano Composit (TiO2 tỷ lệ 15%);

- Cách thức kiểm tra: đóng hộp

- Bảo quản tại nhiệt độ từ 15 o C -> 50 o C c Liều lượng sử dụng

Tỉ lệ sử dụng phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu, được tối ưu theo từng đối tượng lò cụ thể:

- Đối với than, tỷ lệ sử dụng là khoảng 100ml/1 tấn than;

- Đối với dầu (DO/FO), khí hóa lỏng (LPG) tỷ lệ sử dụng là 100ml dung dịch cho

- Khí khô, khí nén… tỷ lệ sử dụng là: 100ml cho 500 – 600 m 3 nhiên liệu (tùy từng loại) d Hiệu quả của phụ gia

+ Đối với than: giảm tiêu hao nhiên liệu từ 2-8%

+ Đối với DO/FO: giảm tiêu hao nhiên liệu 8-15%

+ Đối với khí gas: giảm tiêu hao nhiên liệu từ 8-15%

2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu

Phương pháp này cho phép đánh giá toàn diện các yếu tố liên quan đến việc sử dụng than và phụ gia, vì vậy việc thu thập tài liệu liên quan đến khu vực nghiên cứu là rất cần thiết.

+ Tài liệu về tổng quan nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

+ Hiện trạng về việc sử dụng than và phụ gia thông qua các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng trong lĩnh vực liên quan

+ Tài liệu về phụ gia cần nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu thực nghiệm phân tích thành phần mẫu than nguyên, so sánh chất lượng than nguyên với đặc tính thiết kế cho lò hơi Nghiên cứu cũng tiến hành đo đạc các khí thải SOx, NOx và CO trong điều kiện có và không có phụ gia Eplus.

Thực nghiệm sẽ tiến hành cấp phụ gia Eplus vào đường ống dẫn khí than từ đường gió đẩy than vào buồng đốt của nhà máy nhiệt điện Hải Phòng Mục tiêu là phân tích các chỉ tiêu khí thông qua các máy phân tích trong hai trường hợp: có và không có phụ gia Eplus Quy trình thí nghiệm được mô tả chi tiết trong hình 2.1.

Hình 2.1 Sơ đồ quá trình thí nghiệm tại nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng

Khảo sát vị trí lấy mẫu

Chuẩn bị Tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Khảo sát vị trí lấy mẫu

Các mẫu than nguyên được lấy tại máy cấp than nguyên đầu vào máy nghiền trước và trong quá trình thí nghiệm

Các mẫu khí được lấy sau bộ sấy không khí: 02 điểm tại nhánh khí trái, 02 điểm tại nhánh khí phải của lò hơi số 3

Phụ gia E – Plus (Đài Loan) dạng dung dịch lỏng được sử dụng trong thử nghiệm Trước khi tiến hành thử nghiệm, nhóm thực hiện đã lắp đặt hệ thống phun phụ gia.

Hệ thống bao gồm 20 đường ống gió cấp I, dẫn đến điểm hỗn hợp gió than Lưu lượng phun phụ gia được kiểm soát bằng bơm định lượng và được hóa hơi nhờ khí nén áp lực cao Đặc điểm cấu tạo của vòi phun cùng với nhiệt độ cao của gió cấp I cũng góp phần vào quá trình này Để đảm bảo độ đồng đều, lưu lượng phun phụ gia được cân bằng giữa các vòi đốt.

Bảng 2.3 Thiết bị phục vụ thí nghiệm

STT Thiết bị Đơn vị tính

1 Hệ thống cung cấp phụgia vào lò hơi

Bộđiều khiển +bơm (bản mạch điều khiển-Việt Nam, bơm nhu động-

Bộ thiết bịhóa hơi (các hệ thống ống, giá đỡ, Sensor nhiệt, đồng hồ nhiệt…Xuất sứ: Đài Loan, Trung Quốc) Bộ

2 Hệ thiết bị nghiên cứu cho thí nghiệm Bộ Đầu chờ khí nén Cái

Nguồn điện một pha 220 VAC Cái

Bóng đèn chiếu sáng Cái

Khung đỡ các dây dẫn dung dịch phụ gia Bộ

Tiến hành lắp đặt thiết bị phục vụ thí nghiệm

Thiết bị hóa hơi là sản phẩm chuyển đổi dung dịch lỏng thành hơi (khí) thông qua một thiết bị gia nhiệt, với nhiệt độ đạt khoảng 300 o C – 400 o C Qua quá trình này, phụ gia sẽ thăng hoa dung dịch EPLUS thành khí để đưa vào buồng đốt.

Lượng phụ gia sử dụng 50- 65 ml/ tấn than

Với công suất 300 MW, lò hơi tiêu hao 120 tấn than mỗi giờ, dẫn đến việc tiêu thụ phụ gia từ 6000 đến 7800 ml mỗi giờ.

Bơm định lượng được sử dụng để điều chỉnh lượng dung dịch Eplus theo tỷ lệ than đưa vào buồng đốt lò hơi, cung cấp từ 55-60 ml dung dịch cho mỗi tấn than.

Bộ điều khiển bao gồm đồng hồ nhiệt, rơ le và khởi động từ, giúp điều chỉnh nhiệt độ cho thiết bị gia nhiệt và quản lý việc tắt bật máy bơm định lượng.

Đầu phun dung dịch là ống thộp 304 có đường kính 42mm và chiều dài 35cm, với một đầu nối vào máy bơm Đầu còn lại được đưa vào bên trong 20cm so với bề mặt trong của ống, giúp đưa dung dịch vào giữa ống gió hiệu quả.

Hình 2.2: Đầu phun dung dịch

KẾ T QU Ả VÀ TH Ả O LU Ậ N

3.1 Kết quảđo phát thải SO 2 , NO x , CO 2 trong khi thải lò hơi a Thành phần khí thải trước khi cho phụ gia

Phân tích khí thải trước và sau khi đốt phụ gia được thực hiện ở 5 chế độ cháy tối ưu, tại phụ tải định mức 300 MW và tại điểm sau bộ sấy không khí Nhiệt độ khí thải được đo đồng thời với quá trình phân tích Kết quả thí nghiệm tại hiện trường được trình bày trong bảng 3.1 dưới đây.

Bảng 3.1 Kết quả phân tích khí thải lò hơi số 3 trước khi đốt thử nghiệm phụ gia Eplus

TT Thông số Đơn vị Chếđộ cháy tối ưu

Chếđộ 1 Chếđộ 2 Chếđộ 3 Chếđộ 4 Chếđộ 5 Trung bình 05 chếđộ

Bảng 3.2 Kết quả phân tích than nguyên lò hơi số 3 trước khi đốt thử nghiệm phụ gia Eplus

Thời gian lấy mẫu L ần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Giá trị trung bình trước phụ gia

Thành phần Ký hiệu Đơn vị

Giá trị Giá trị Giá trị Giá trị Giá trị

1 Các bon làm việc C lv % 53.68 53.08 55.85 54.21 54.86 54.34 54.09 - 66.3

5 Lưu huỳnh làm việc S lv %

6 Độ ẩm làm việc W lv % 8.70 8.82 7.58 8.02 8.28 8.28 6.3 - 10.63

7 Độ tro làm việc A lv % 27.72 28.61 27.3 28.96 27.56 28.03 26.5 - 31.2

8 Nhiệt trị cao làm việc HHV kcal/k g 5135.72 5074.56 5311.64 5138.71 5254.55 5183.0

9 Nhiệt trị thấp làm việc LHV kcal/k g 4962.66 4904.04 5145.04 4974.85 5085.37 5014.4

- Đa số các thông sốđều nằm trong phạm vịtheo đặc tính thiết kếthan cho lò hơi

- Thông số Oxy làm việc là 5.43 % nằm ngoài phạm vi theo đặc tính thiết kế than cho lò hơi

- Chất bốc khô là 10.1 % nằm ngoài phạm vi theo đặc tính thiết kếthan cho lò hơi

Giá trị cacbon làm việc hiện tại chỉ đạt được trong phạm vi nhưng chưa đạt được mức thiết kế 57,8%, điều này đã ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm không đạt yêu cầu Bên cạnh đó, thành phần khí thải sau khi đốt phụ gia Eplus cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để cải thiện hiệu suất.

Việc phân tích khí thải sau khi đốt phụ gia được thực hiện ở 5 chế độ cháy tối ưu tại phụ tải định mức 300 MW, đồng thời đo nhiệt độ khí thải Kết quả thí nghiệm tại hiện trường được trình bày trong bảng 3.3 dưới đây.

Bảng 3.3: Kết quả phân tích khí thải lò hơi số3 khi đốt thử nghiệm phụ gia E plus

TT Thành phần Ký hiệu Đơn vị

Chế độ cháy tối ưu Trung bình

Chế độ 1 Chếđộ 2 Chế độ 3 Chế dộ 4 Chế độ 5 độ

3 Nồng độ CO CO ppm 53 54 58 70 88 64.6

4 Nồng độ SO2 SO 2 ppm 380 370 376 380 397 380.6

5 Nồng độ NOx NO x ppm 376 361 367 371 357 366.4

7 Nhiệt độ khói thải trung bình t kt o C 149.5 148.7 149 148 152.6 149.6

Bảng 3.4 Kết quả phân tích than cấp lò hơi số3 khi đốt thử nghiệm phụ gia E plus

TT Thời gian lấy mẫu

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5

Giá trị trung bình phụ gia

Phạm vi Thành phần Ký hiệu Đơn vị

1 Các bon làm việc C lv % 54.69 54.35 53.10 52.24 54.97 53.87 54.09 - 66.3

5 Lưu huỳnh làm việc S lv % 0.69 0.73 0.69 0.68 0.71 0.70 0.36 - 1.1

7 Độ tro làm việc A lv % 28.08 28.13 30.09 31.19 28.11 29.12 26.5 - 31.2

8 Nhiệt trị cao làm việc HHV kcal/kg

9 Nhiệt trị thấp làm việc LHV kcal/kg

- Đa số các thông sốđều nằm trong phạm vịtheo đặc tính thiết kếthan cho lò hơi

- Thông số Oxy làm việc là 5.09 % nằm ngoài phạm vi theo đặc tính thiết kế than cho lò hơi

- Chất bốc khô là 9.74 % nằm ngoài phạm vi theo đặc tính thiết kếthan cho lò hơi

Giá trị Cacbon làm việc đạt 53,87%, nhưng không nằm trong phạm vi thiết kế, có thể do sai số trong quá trình phối trộn, lấy mẫu và phân tích Điều này ảnh hưởng đến giá trị thí nghiệm và hiệu suất hoạt động của lò hơi số 3.

Bảng 3.5: Kết quả chuyển đổi thành phần khí thải lò hơi số 3 trước và sau khi đốt thử nghiệm phụ gia Eplus vềđiều kiện tiêu chuẩn

Không đốt kèm phụ gia Có đốt kèm phụ gia

Giá trị gốc Giá trị quy đổi về ĐK (mg/l)

Giá trị gốc Giá trị quy đổi về ĐK (mg/l) ppm 0 o C 25 o C ppm 0 o C 25 o C

Từ kết quả ở Bảng 3.5 ta có thể có một số đánh giá về sự thay đổi thành phần phát thải như sau:

Hình 3.1 Đồ thị so sánh kết quảđo trung bình thành phần khí thải SO 2 , CO, NO x trước và sau khi sử dụng phụ gia E- plus

- Nồng độ SO2 trong khói thải khi đốt than kèm phụ gia E- Plus giảm khoảng 7,35 % so với không có kèm phụ gia

- Nồng độ NOx trong khói thải khi đốt than kèm phụ gia E- Plus giảm khoảng 9,22 % so với không có kèm phụ gia;

- Nồng độ CO trong khói thải khi đốt than kèm phụ gia E- Plus giảm khoảng 22,3 % so với không có kèm phụ gia

- Phần trăm Cacbon trong tro bay khi đốt than kèm phụ gia E-Plus giảm khoảng 1 % so với không có kèm phụ gia

- E-Plus và phản ứng quang xúc tác

Phụ gia xúc tác E-Plus chủ yếu chứa Titan Dioxide (TiO2), ở dạng đơn thể không phản ứng trong điều kiện bình thường Tuy nhiên, khi được làm nóng đến 300°C, TiO2 sẽ kết tinh thành dạng anatase, một dạng khoáng của TiO2, với khả năng phản ứng mạnh mẽ.

Khi Titan Dioxide hấp thụ ánh sáng, các ion âm (e -) phản ứng tạo thành lỗ trống electron và ion dương (h +), trong đó lỗ trống electron có khả năng oxy hóa mạnh mẽ hơn các phân tử khác Hơi nước xung quanh sẽ tương tác với các lỗ trống này, dẫn đến sự hình thành hydroxyl (OH) Quá trình này chuyển hóa oxy (O2) thành các anion O2 - và tạo ra H2O2, sau đó phân giải thành nước Chất hữu cơ có khả năng oxy hóa cao hơn nước, và khi các lỗ trống electron tham gia, chúng giúp giảm thiểu hao hụt điện năng, làm tăng cường phản ứng Nếu lỗ trống electron và electron kết hợp, nhiệt sẽ được sinh ra, kích thích phản ứng bề mặt nguyên tử.

Chất phụ gia xúc tác E-Plus hoạt động dưới ánh sáng, kích thích phản ứng quang hóa và tạo ra môi trường giàu oxy Quá trình này tương tự như quang hợp tự nhiên, cho thấy sự tương đồng trong việc chuyển đổi năng lượng và sản xuất oxy.

Phản ứng quang xúc tác có những đặc điểm khác biệt so với phản ứng cháy thông thường Năng lượng quang phổ ở mức 380nm của tia cực tím tương đương với nhiệt độ 30.000 oC, do đó, các phản ứng oxy hóa các phân tử hữu cơ được xem như phản ứng siêu nhiệt năng.

Phản ứng này phụ thuộc vào sốcác lượng tử ánh sáng (photons) nhận được trước khi tính đến phản ứng đốt nhiệt

Hình 3.2 Sơ đồ phản ứng quang xúc tác

Từhình trên ta có các phương trình phản ứng như sau:

Trong phản ứng, nếu TiO2 đóng vai trò là cực dương, thì phân tử Carbon sẽ là cực âm Oxy được lấy từ cực dương khi phản ứng với nước sinh ra trong quá trình cháy, trong khi đó, Hydro được lấy từ cực âm.

E-Plus đã làm tăng 3% - 4% lượng oxy trong lò, tạo ra môi trường giàu oxy và thúc đẩy phản ứng cháy của nhiên liệu.

- Tính khử của phụ gia E plus đối với NO x , SO x và CO

Trong điều kiện bình thường, phản ứng Oxy hóa tạo thành khí NOx và SOxđược thể hiện qua phương trình phản ứng sau:

Hình 3.4 Sơ đồ phản ứng ôxy hóa của chất xúc tác TiO 2

- Khi có Phụ gia xúc tác E-Plus, các thành phần N, S sẽ chuyển thành phản ứng Oxy hóa khử:

Kết quả của các phản ứng khử tạo ra muối Sunphat (SO4 2-) và muối Nitrat (NO3 -), cả hai đều không độc hại và được thải ra qua đường tro xỉ.

CO khi cháy kiệt thì sẽ thành CO2, sinh nhiệt thêm cho lò

Hình 3.5 Sơ đồ phản ứng khử của phụ gia xúc tác E-Plus đối với NO x , SO x và CO

Nồng độ khí thải NOx đã giảm 9,22% và nồng độ khí thải SO2 giảm 7,35% so với hiệu suất lý thuyết, trong khi khí SOx giảm từ 10-30% và khí NOx cũng giảm từ 10-30% Điều này là kết quả từ việc lò hơi số 3 của Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng được thiết kế để đốt loại than cám 5A Tuy nhiên, từ năm 2019, do nguồn cung than trong nước không đủ, nhà máy đã phải điều chỉnh phương thức hoạt động.

52 nhà cung cấp than đã nhập than về để phối trộn với than sản xuất trong nước, nhằm đáp ứng nhu cầu tăng cao của các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam Tuy nhiên, việc phối trộn này đã gây ra những hệ lụy nhất định, khi than trộn không còn giữ được đặc tính như thiết kế ban đầu, dẫn đến sự thay đổi lớn về thành phần và ảnh hưởng đến hiệu suất cháy của lò hơi cũng như nồng độ khí thải Điều này cho thấy than cung cấp cho lò 3 trong quá trình thử nghiệm không ổn định, làm thay đổi nồng độ khí thải Hơn nữa, trong quá trình thực nghiệm, việc bỏ qua vệ sinh lò hơi đã dẫn đến cặn hóa chất phụ gia bám vào thành lò, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất xử lý khí thải của phụ gia.

Nồng độ CO trong thí nghiệm đốt than có phụ gia giảm 22,3% so với việc đốt than không có phụ gia, vượt mức lý thuyết là 10-15% Điều này được giải thích bởi chất xúc tác trong phụ gia, khi phản ứng trong buồng đốt, tạo ra nhiều ôxy hơn, giúp tăng tốc độ phản ứng cháy và thúc đẩy quá trình cháy kiệt carbon.

Minh họa cơ chế áp dụng của phụgia được mô tả trên hình 3.6

Hình 0.6 Minh họa phản ứng cháy khi có và không phụ gia

3.2 Đánh giá lợi ích của phụ gia E Plus

Qua thực tếđã kiểm nghiệm, các chất phụ gia cho quá trình đốt hiện đã đạt được một số thành công:

• Tiết kiệm nhiên liệu: Giảm lượng than tiêu thụ, phụ thuộc vào loại lò hơi, hiệu suất lò và loại than được đốt, nhiệt động học của hệ thống

Giảm chi phí bảo dưỡng lò hơi một cách đáng kể bằng cách loại bỏ xỉ đóng cặn, giúp ngăn ngừa sự cố dừng lò và chi phí sửa chữa thiết bị Cơ chế làm mềm cặn xỉ cứng trên bề mặt đuôi lò không chỉ giúp đốt cháy phần cặn xỉ mà còn cải thiện hiệu suất hoạt động của thiết bị xử lý môi trường như ESP.