Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 10]

Vì sao Việt Nam cần phát triển nhiệt điện than? (Tạm kết)
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 1]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 2]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 3]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 4]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 5]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 6]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 7]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 8]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 9]

KỲ 10: CÔNG NGHỆ BỔ TRỢ NÂNG CAO HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀ GIẢM Ô NHIỄM [PHẦN 2]

Sử dụng triệt để, hoàn thiện thiết bị giảm thiểu chất thải khí và rắn

Hiện nay tại các nhà máy điện trên thế giới từ quy mô trung bình đều đã được trang bị các thiết bị giảm thiểu ảnh hưởng môi trường. Những thiết bị này ngày càng đa dạng và có hiệu quả cao. Trong đó, thiết bị khử bụi tĩnh điện, hệ thống khử lưu huỳnh… được khuyến khích và đã tiến tới bắt buộc sử dụng, góp phần giảm thiểu ảnh hưởng môi trường do các nhà máy nhiệt điện.

1/ Khử bụi tĩnh điện.

Lọc bụi tĩnh điện là hệ thống lọc bỏ các hạt bụi có kích thước nhỏ khỏi dòng không khí chảy qua buồng lọc, trên nguyên lý ion hoá và tách bụi ra khỏi không khí khi chúng đi qua vùng có điện trường mạnh. Buồng lọc bụi tĩnh điện (hay Silo lọc bụi) được cấu tạo hình tháp tròn, hoặc hình hộp chữ nhật, bên trong có đặt các tấm điện cực song song, hoặc các dây thép gai. Hạt bụi với kích thước nhỏ, nhẹ bay lơ lửng trong không khí được đưa qua buồng lọc có đặt các tấm điện cực. Trên các điện cực, ta cấp điện cao áp một chiều cỡ từ vài chục cho đến 100kV để tạo thành một điện trường có cường độ lớn. Hạt bụi khi đi qua điện trường mạnh sẽ bị ion hoá thành các phân tử ion mang điện tích âm sau đó chuyển động về phía tấm cực dương và bám vào tấm cực đó.

Hiệu quả của hệ thống lọc bụi tĩnh điện phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: kích thước của hạt bụi, tính chất của điện cực, thiết bị điện điều khiển điện trường, tốc độ chuyển động và sự phân bố đồng đều lượng không khí trong vùng điện trường. Tùy theo lưu lượng bụi của buồng lọc mà hệ thống tự động điều chỉnh điện áp cao vào buồng lọc, sao cho đạt được hiệu suất lọc bụi cao nhất. Với điều kiện hoạt động tốt hệ thống có thể đạt hiệu suất lọc bụi đạt trên 99%. Bụi sẽ được tách khỏi các tấm cực bằng nước rửa, hoặc bằng việc rung rũ tấm cực. Về quy mô hiện nay thiết bị có thể đáp ứng tương ứng với công suất đối tượng yêu cầu khử bụi.

Lọc bụi tĩnh điện là thành phần không thể thiếu trong dây truyền sản xuất của các nhà máy xi măng, nhiệt điện than, luyện cán thép, chế biến khoáng sản, bông vải… Hệ thống gồm hai thành phần: phần cơ khí (như vỏ buồng lọc, dây gai bản cực, động cơ rung rũ bụi); phần mang đặc tính điện, điện tử và điều khiển (như tủ điều khiển tăng áp, cầu chỉnh lưu). (Sơ đồ nguyên lý hệ thống khử bụi tĩnh điện được trình bày trên hình 4).

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống khử bụi tĩnh điện.

Ở Việt Nam, Công ty Cổ phần Cơ điện tử ASO đã nghiên cứu, thực nghiệm, từng bước hoàn thiện và thành công công trình "Hệ thống điều khiển lọc bụi tĩnh điện" có khả năng thay thế hoàn toàn thiết bị nhập ngoại. Sản phẩm đã được các công ty, nhà máy, xí nghiệp chấp nhận bởi tính cần thiết, an toàn, cạnh tranh giá thành và đặc biệt là chế độ bảo hành, dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật sau bán hàng.

Thông số kỹ thuật của hệ thống do Việt Nam sản xuất:

- Dung tích buồng lọc bụi 50m³ - 500m³

- Công suất điện 10 - 25kVA.

- Điện áp buồng lọc 50kV - 100kV.

- Dòng điện buồng lọc 50 - 500mA.

- Phương pháp tăng áp: Điều kiển tăng áp sơ cấp biến áp.

- Phần tử công suất điều chỉnh điện áp Thysistor.

- Chế độ điều khiển tự động hặc bằng tay.

- Ổn định dòng điện và giám sát cách điện buồng lọc.

- Tự động quản lý và điều chỉnh số lần phóng điện, giảm thiểu phóng điện.

- Điều khiển trung tâm dùng vi mạch kỹ thuật số.

- Cài đặt tham số bằng màn LCD.

- Hiển thị điện áp, dòng điện, công suất.

- Tự động rung rũ bụi, chu kỳ rung rũ bụi theo lưu lượng bụi.

- Cảnh bảo và bảo vệ quá tải, phóng điện buồng lọc.

2/ Hệ thống khử lưu huỳnh - FGD.

Trong các quá trình sản xuất công nghiệp nói chung cũng như khi đốt cháy nhiên liệu, chúng sinh ra một lượng lớn ốc xít lưu huỳnh (SOx). Một khi loại ốc xít độc hại này được đưa vào khí quyển, nó sẽ làm nhiễm độc môi trường sống của con người như một loại ô nhiễm thứ cấp - đó là mưa axit.

Người ta đã nghiên cứu và tách được SOx sinh ra trong quá trình vận hành nhờ hệ thống khử lưu huỳnh FGD có hiệu quả cao để bảo vệ môi trường. Hệ thống có ba dạng sau:

1/ Quy trình ướt:

- Khử lưu huỳnh bằng đá vôi và thạch cao ướt.

- Khử lưu huỳnh bằng magnesium Hydroxide ướt.

- Khử lưu huỳnh bằng nước thải kiềm.

2/ Quy trình bán khô:

- Hệ thống GSA.

- Hệ thống SDR.

3/ Quy trình khô:

- Quy trình NaHCO₃.

- Hệ thống phun bột kiềm.

Hệ thống khử lưu huỳnh (SO_X) - FLUE GAS DESULFURIZATION - (FGD SYSTEM)

1. Ưu điểm của hệ thống FGD:

- Hiệu suất khử SO_x cao.

- Tiêu tốn chất hấp thụ ít và điện năng tiêu thụ thấp.

- Độ tin cậy và giá trị lợi ích cao.

- Hoạt động ổn định và tuổi thọ thiết bị cao.

- Giá thành hợp lý.

- Vật liệu sử dụng phù hợp chống ăn mòn hóa chất và điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

- Có đủ dải công suất để khách hàng lựa chọn, vv…

2. Ứng dụng của FGD:

Lưu huỳnh ôxit (SO_x) phát sinh trong quá trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh như than đá và dầu. Chúng có độc tính cao và gây ra mưa axit…

Hệ thống FGD sẽ giúp loại bỏ hiệu quả SO_x phát sinh trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong quá trình sử dụng nhiên liệu hoá thạch (than đá, dầu, khí…).

- Công nghiệp sử dụng lò đốt (nhiệt điện, lò đốt rác…).

- Công nghiệp sản xuất xi măng.

- Công nghiệp lọc - hoá dầu.

- Công nghiệp luyện kim.

- Công nghiệp nung chảy thủy tinh; sản xuất hoá chất; thực phẩm; bông vải…

Hình 3.6. Hình minh họa thiết bị FGD.

3. Nguyên lý hoạt động:

Khói thải từ các cơ sở sản xuất sau khi được lọc bụi sẽ được quạt tăng áp đưa vào tháp hấp thụ để loại bỏ SO_x bằng cách sử dụng bùn đá vôi. Quá trình hấp thụ khí SO_x bị ôxi hoá trong tháp hấp thụ sẽ tạo ra tinh thể CaSO₄ (thạch cao).

Hình 7. Sơ đồ hệ thống khử lưu huỳnh.

Đá vôi được nghiền nhỏ bằng hệ thống nghiền đá vôi và được chứa trong bể bùn đá vôi. Sau đó được bơm vào tháp hấp thụ bằng bơm bùn đá vôi tại tháp hấp thụ. Khói thải đi từ dưới lên đồng thời với việc đá vôi được bơm lên trên và phun từ trên xuống để tăng khả năng hấp thụ.

Thạch cao sinh ra từ tháp hấp thụ được cô đặc nhờ thiết bị xoáy thuỷ lực (hydrocyclone) và sử dụng bộ lọc chân không, hoặc máy ly tâm để loại bỏ trên 90% nước từ hỗn hợp thạch cao.

Tái chế tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện

Hầu hết các nước tiên tiến đều sử dụng quy trình tái chế tro xỉ thành nguyên liệu phối trộn để sản xuất xi-măng, vật liệu san lấp, gia cố nền đường, bê-tông, và gạch không nung. Đặc biệt, việc sản xuất gạch không nung không những bảo vệ môi trường mà còn tiết kiệm năng lượng đến hơn 85% so với việc sản xuất gạch nung truyền thống từ đất sét. Các dự án nhiệt điện than đều buộc phải có giải pháp xử lý tro xỉ và được cấp phép. Các nhà máy nhiệt điện chạy than và cả các nhà máy sử dụng than như: luyện kim, chế biến khoáng sản, sản xuất gốm sứ… cần phải có các dự án liên kết với các nhà máy xi-măng, bê-tông, gạch xây dựng… để tận dụng nguồn tro xỉ than làm nguyên liệu đầu vào cho sản xuất. Đồng thời giảm tối đa bãi thải chôn lấp, hồ chứa  xỉ than và tro bay.

Tại Pháp, 99% tro xỉ than được tái sử dụng, tại Nhật Bản con số này 80% và tại Hàn Quốc là 85%. Trong công nghiệp xi măng, tro thô được dùng để thay thế đất sét, một trong những nguyên liệu chính để sản xuất xi măng (vì tro có thành phần hóa học tương tự đất sét). Chính vì vậy, ở các nước tiên tiến, bên cạnh nhà máy nhiệt điện luôn có các nhà máy xi măng để sử dụng tro xỉ tại chỗ.

Ở Việt Nam, năm 2015 cả nước có 31 nhà máy nhiệt điện than lớn, nhỏ, với tổng công suất lắp máy khoảng 12.000MW, đang hoạt động sử dụng nguồn than trong nước khoảng 27 triệu tấn, sản xuất khoảng 49 tỷ kWh, các nhà máy này thải ra khoảng 55 triệu tấn CO₂ [3,10] và ước tính khoảng 12 triệu tấn tro - xỉ than.

Theo QHĐ VII, đến năm 2020, nhiệt điện than dự kiến xây dựng thêm 30 nhà máy, đưa tổng công suất lên 36.000MW, giai đoạn 2021-2030 bổ sung tiếp 39.000MW, đưa tổng công suất nhiệt điện than lên 75.000 MW, sản xuất 394 tỷ kWh. Tuy nhiên, do nhu cầu điện không quá căng thẳng như đã dự báo, đồng thời với yêu cầu giảm phát thải khí nhà kính, QHĐ VII đã được điều chỉnh (đến 2030 [2] tổng công suất nhiệt điện than còn khoảng 51.000MW, quy mô nhà máy chủ yếu cỡ công suất 1000 MW, phân bố mỗi miền Bắc - Trung - Nam khoảng 17-18 nghìn MW).

Hiện nay, ở Việt Nam chưa thấy tài liệu thống kê chính thức về chất thải từ nhà máy nhiệt điện, để đánh giá khối lượng chất thải, chúng ta sử dụng một số tư liệu sau:

Thứ nhất: Mức phát thải KNK từ nhiệt điện than của Việt Nam năm 2015 là 1,11 tấn CO₂/MWh. Có thể xác định từ "Báo cáo kết quả tính toán hệ số phát thải lưới điện Việt Nam 2015" [3].

Thứ hai: Dự báo khả năng tăng hiệu suất của nhiệt điện than Việt Nam từ 2015; 2020; 2025 và 2030: tương ứng là 35%; 38%; 40%; 42%; cũng như đối chiếu tư liệu quốc tế: mức phát thải KNK tương ứng sẽ là 1,11; 0,95; 0.90; 0,80 tấn CO₂/MWh [13].

Thứ ba: Mức thải xỉ và tro bay hiện tại Việt Nam chưa có thống kê, có thể ước tính theo đặc tính than Việt Nam, thực tế một số nhà máy đang vận hành (Phả Lại, Vĩnh Tân, Mông Dương…) mức thải tro, xỉ ở các nhà nhiệt điện Việt Nam được đánh giá khoảng 0,25 tấn/MWh, trong đó xỉ (tro đáy) khoảng 30% còn lại tro bay [10].

Chúng ta có thể ước tính và tổng hợp lượng phát thải CO₂ và tro, xỉ của nhiệt điện than Việt Nam đến 2030 trình bày trong bảng sau.

Hiện nay lượng tro, xỉ thải ra hàng chục triệu tấn mỗi năm và đang tăng lên khoảng 32 triệu tấn vào 2020; 44 triệu tấn vào 2025; 60 triệu tấn vào 2030. Nếu không có giải pháp tái chế, bãi xỉ than phải tăng đến mức nào? Việc sử dụng tro, xỉ để làm vật liệu xây dựng như xi măng, gạch đã được đặt ra từ lâu, nhưng ở nước ta chỉ lác đác một số nhà máy thực hiện, chất lượng sản phẩm chưa tốt, tính hiệu quả còn thấp. Lý do chủ yếu là hàm lượng than chưa cháy hết trong tro, xỉ còn cao, chưa kiểm soát được, thành phần tro, xỉ chưa đáp ứng yêu cầu công nghệ tái chế và một số vấn đề thu gom, quản lý khác. Vì vậy, cần áp dụng công nghệ tiên tiến đốt than cháy kiệt hơn, xây dựng các quy định về quản lý chất lượng tro, xỉ, sản phẩm từ tro, xỉ, những yêu cầu về hiệu quả tài chính.

Cụ thể, tại một nhà máy điện than mới xây dựng (Nhiệt điện Vũng Áng 1) tọa lạc tại thôn Hải Phong, xã Kỳ Lợi, thị xã Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh. Nhà máy có công suất 2x600 MW, khối lượng than tiêu thụ khoảng 2,9 triệu tấn/năm, sản phẩm sau đốt khoảng 0,83 triệu tấn tro bay/năm và 0,18 triệu tấn xỉ/năm. Sản phẩm tro bay của Nhà máy đã được Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (Bộ Xây dựng) cấp giấy chứng nhận chất lượng phù hợp với Quy chuẩn Việt Nam QCVN 16:2014/BXD số 241/2016VKH ngày 16/12/2016 để làm phụ gia tro bay hoạt tính dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng, vật liệu xây dựng, gạch không nung. Sản phẩm xỉ đáy lò được Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Hà Tĩnh công bố tiêu chuẩn cơ sở xỉ đáy lò của nhà máy theo TCCS 01:2017/ĐLDKHT ngày 08/3/2017 tại Văn bản số 63/TB-TDC ngày 09/3/2017.

Công ty Điện lực Dầu khí Hà Tĩnh đơn vị quản lý vận hành Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1 sẵn sàng cung cấp miễn phí tro, xỉ cho các doanh nghiệp đủ điều kiện sử dụng nguồn tro, xỉ của nhà máy và tạo điều kiện tốt nhất để các doanh nghiệp có thể tiếp nhận nguồn nguyên liệu tro xỉ trên. Tuy nhiên, việc sử dụng tro, xỉ ở đây còn rất hạn chế, cần có đầu tư và quy chế thúc đẩy, bởi hiện chưa có quy định ràng buộc.

Chôn cất khí CO₂

Việc chôn cất CO₂ đã được nhiều nước trên thế giới thực hiện như một biện pháp giảm phát thải có hiệu quả. Ở Việt Nam theo đánh giá của một số đối tác nước ngoài trong liên danh với Tập đoàn Dầu khí Việt Nam trong thăm dò khí, than tại đồng bằng Sông Hồng, mức độ chứa khí CH₄ trong các vỉa than ở khu vực này rất thấp.

Chính vì vậy, qua nghiên cứu cho thấy, đối với các vỉa than không đủ điều kiện để áp dụng công nghệ UCG hay sau khi áp dụng công nghệ UCG chúng ta cần nghiên cứu thêm khả năng sử dụng chúng cho việc chôn cất khí CO₂ (công nghệ CCS). Điều này rất có ý nghĩa nếu khai thác than bằng công nghệ hầm lò ở đồng bằng Sông Hồng sẽ cho phép xây dựng cả các nhà máy nhiệt điện chạy than cám bằng các công nghệ CFB, hay than phun truyền thống.

Gần đây trong Chương trình trọng điểm quốc gia KHCN-BĐKH/11-15, "Đề tài nghiên cứu cơ sở khoa học và thực hiện, đề xuất giải pháp công nghệ cất giữ CO₂ trong các hệ tầng, cấu trúc địa chất ở miền Bắc Việt Nam", MS: BĐKH.34, do Viện Địa chất và Khoáng sản chủ trì [6], đã nghiên cứu và cho một số kết quả rất đáng chú ý trong cất giấu CO₂. Trong số các trũng trầm tích trên lãnh thổ miền Bắc Việt Nam, trũng Châu thổ Sông Hồng, Sông Hồng ngoài khơi và An Châu thích hợp để áp dụng công nghệ thu hồi và cất giữ CO₂. Trong các trũng Châu thổ Sông Hồng và An Châu, các thành tạo cất giữ gồm bể khí cạn kiệt, vỉa than sâu không thể khai thác và tầng chứa mặn sâu triển vọng cho cất giữ địa chất CO₂ đã được đánh giá và khoanh định.

Trước mắt, việc tiến hành thử nghiệm cất giữ CO₂ kết hợp tăng hiệu suất thu hồi khí tự nhiên có thể được thực hiện cho mỏ khí Tiền Hải. Để tiến tới thử nghiệm và thực hiện cất giữ CO₂ trong các vỉa than sâu không thể khai thác và các tầng chứa mặn sâu ở trủng châu thổ Sông Hồng, An Châu cần nghiên cứu nhiều hơn trong lĩnh vực này.

Kết luận

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đã hiện hữu trên toàn cầu, yêu cầu bảo vệ môi trường sống ngày càng cao. Tất cả các hoạt động sản xuất, đời sống xã hội của con người đều được hướng tới phát triển sạch và bền vững. Về năng lượng, xu thế chung trong thời gian tới là chuyển đổi sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo, tuy nhiên việc chuyển đổi là một quá trình, tùy thuộc vào tiềm năng, nhu cầu, công nghệ, tài chính, môi trường và đảm bảo tính công bằng của từng quốc gia.

Việt Nam là một nước đang phát triển, nhu cầu năng lượng đòi hỏi tăng nhanh, nhất là điện năng. Để đảm bảo nhu cầu điện cho phát triển, trong tương lai chắc chắn còn phải sử dụng nhiệt điện than, mà Việt Nam cũng không phải ngoại lệ đối với quốc tế.

Với những nội dung đã trình bày trên về xu thế phát triển công nghệ nhiệt điện sạch, cho phép dẫn tới một số khuyến nghị.

1/ Phát triển nhiệt điện than với công nghệ sử dụng thông số siêu tới hạn - trên tới hạn, tuy đầu tư có cao hơn, nhưng hiệu suất năng lượng cao và giảm phát thải KNK lớn.

2/ Trong trường hợp với than chất lượng thấp, cần nghiên cứu sử dụng công nghệ nhiệt điện với lò tầng sôi tuần hoàn.

3/ Trong điều kiện có nguồn khí tự nhiên, cần sử dụng công nghệ nhiệt điện với thiết bị chu trình kết hợp khí - hơi.

4/ Để khai thác sử dụng than đồng bằng Sông Hồng, chú ý nghiên cứu sử dụng công nghệ khí hóa than trong lòng đất kết hợp nhiệt điện chu trình kết hợp khí - hơi (UCG+IGCC).

5/ Nghiên cứu sử dụng tối đa thành tựu kỹ thuật số trong quản lý vận hành nhà máy điện (đây là nội dung của Cách mạng công nghệ 4.0).

6/ Triển khai sử dụng thử nghiệm chất xúc tác CC-88, tăng khả năng cháy kiệt, tăng hiệu suất lò, giảm phát thải KNK, cải thiện thành phần tro xỉ.

7/ Tuân thủ và triệt để sử dụng các thiết bị giảm thiểu ảnh hưởng môi trường: khử bụi tĩnh điện, khử lưu huỳnh - FGD…

8/ Nâng cấp công nghệ và bắt buộc sử dụng tro, xỉ để sản xuất vật liệu xây dựng: xi măng, gạch… đồng thời giảm diện tích bãi thải và ô nhiễm.

9/ Nghiên cứu, cụ thể hóa phương án cất giấu CO₂ cho nhiệt điện than.

10/ Nghiên cứu và ban hành quy chế sử dụng nhiệt điện than một cách đồng bộ từ công nghệ chính và bổ trợ, địa điểm xây dựng, nước làm mát, xử lý tro xỉ, tiêu chuẩn môi trường, thiết kế, thẩm định, giám sát minh bạch, vv…

Đón đọc kỳ tới: Ứng dụng chuyên môn trong phát triển năng lượng bền vững

PGS, TS. BÙI HUY PHÙNG - VIỆN KHOA HỌC NĂNG LƯỢNG

Tài liệu tham khảo chính:

1. BP Statistcal Review of the World Energy-2015, 2016.

2. QHĐVII (ĐC), 2016.

3. BC kết quả tính toán HSPT lưới điện VN 2015, Bộ TN&MT 2016.

4. Bùi Huy Phùng-Phương pháp tính toán tối ưu phát triển bền vững HTNL, NXBKHKT, Hà Nội, 2011.

5. BC khoa học: Áp dụng lò hơi lớp sôi tuần hoàn tại TCTĐL Vinacomin-Nguyễn Đức Thảo, 2014.

6. BC Đề tài BĐKH.34-CTNN KHCN-BĐKH/11-15.

7. BC khoa học - Công nghệ khai thác, chế biến và sử dụng than Đồng bằng Sông Hồng, Nguyễn Thành Sơn, 2-2012.

8. Nguyễn Long - Giải pháp giảm ô nhiễm cho nhiệt điện than - Tạp chí Năng lượng Việt Nam, tháng 12/2016.

9. Bùi Huy Phùng - Biến đổi khí hậu và xu thế phát triển nhiệt điện than thế giới, Tạp chí Năng lượng Việt Nam, tháng 3/2017.

10. Bùi Huy Phùng - Nhiệt điện than: Chất thải và nước làm mát, Tạp chí Năng lượng Việt Nam, tháng 3/2017.

11. Website: www:htp://coalcatalist.com.

TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM