Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 6]

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]

KỲ 6: NHIỆT ĐIỆN THAN ĐƯƠNG ĐẠI VÀ XU HƯỚNG HOÀN THIỆN [PHẦN 2]

Công nghệ nhiệt điện than với lò hơi tầng sôi (CFB)

Nhiệt điện sử dụng lò tầng sôi về cơ bản cũng như công nghệ nhiệt điện truyền thống gồm lò hơi và tua bin, chỉ khác ở chỗ lò hơi thuộc loại lò tầng sôi. Ở đây trình bày chủ yếu công nghệ lò tầng sôi (hay còn gọi lớp sôi) tuần hoàn hiện nay. Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (TSTH) có cấu tạo bản thể gồm 3 phần chính: buồng đốt - buồng lửa, Cyclon và phần đuôi lò.

Sơ đồ lò tầng sôi tuần hoàn điển hình được giới thiệu trên hình 4.

Hình 4. Sơ đồ lò hơi tầng sôi tuần hoàn điển hình - Hãng Alsthom.

Lò hơi TSTH có sự khác biệt so với lò than phun là trong quá trình cháy được đốt kèm với đá vôi để khử SO₂ sinh ra trong quá trình đốt than. Trong quá trình đốt, người ta đưa vào một lượng đá vôi kèm theo than vừa đủ để khử lưu huỳnh giải phóng trong quá trình đốt cháy than. Quá trình cháy và khử lưu huỳnh xảy ra ở nhiệt độ khoảng 850^oC. Các hạt than cháy ở trạng thái lơ lửng (sôi bồng bềnh) nhờ không khí có áp lực đẩy từ dưới lên trên. Các hạt than tràn ngập thể tích buồng đốt. Độ đậm đặc các hạt than giảm dần theo chiều cao của buồng đốt.

Cyclon là một bộ phận dùng để thu các hạt than chưa cháy hết trở lại buồng đốt tạo thành một vòng tuần hoàn. Cyclon ở lò TSTH khác với lò tầng sôi thông thường (không tuần hoàn), khói thải sau khi ra khỏi buồng lửa còn lẫn các hạt chưa cháy hết sẽ được phân ly qua bộ Cyclon và được đưa trở lại buồng đốt thành một vòng tuần hoàn giúp cháy kiệt hơn. Phần khói nóng sẽ tiếp tục đưa qua các bộ trao đổi nhiệt phần đuôi lò, qua hệ thống lọc bụi và được thải ra ngoài qua ống khói.

Các ưu điểm của lò tầng sôi - CFB:

1/ Lò CFB cho phép đốt được các loại nhiên liệu khó cháy, thành phần nhiên liệu có thể thay đổi trong dải rất rộng, hàm lượng lưu huỳnh trong than cao mà vẫn đảm bảo được các tiêu chuẩn về môi trường.

2/ Than không cần có độ mịn cao như lò than phun.

3/ Công nghệ đốt phù hợp với cả loại than xấu có nhiệt trị thấp, hàm lượng chất bốc thấp, phù hợp với đặc tính của than antraxit.

4/ Do than cháy ở nhiệt độ không cao (khoảng 850^oC), nên lượng NOx tạo thành trong buồng lửa ở mức thấp hơn nhiều so với công nghệ lò than phun truyền thống. Vì vậy, với các tiêu chuẩn môi trường hiện hành, không cần phải lắp đặt bộ khử NOx đắt tiền trên đường khói thải của lò hơi.

5/ Khử SO₂ trực tiếp ngay trong buồng đốt và hiệu quả khử đạt rất cao nhờ sử dụng đá vôi làm phụ gia trong quá trình đốt, vì vậy cũng không cần phải lắp bộ khử SO₂ (FGD) đắt tiền trên đường khói thải của lò hơi.

6/ Nhiệt độ trong buồng đốt thấp và được kiểm tra chặt chẽ nên ngăn cản được quá trình tạo xỉ và liên kết tro.

7/ Lò có dải điều chỉnh phụ tải rộng từ 50 đến 100‰ mà không cần phải sử dụng dầu đốt kèm.

8/ Lò tầng sôi tuần hoàn than cháy kiệt hơn nên hàm lượng các bon trong tro thấp hơn lò than phun thích hợp hơn cho người sử dụng trong công nghiệp nhất là vật liệu xây dựng.

Tuy vậy, lò tầng sôi yêu cầu sử dụng một lượng can xi khá lớn, lò tầng sôi (kể cả tầng sôi tuần hoàn). Trước năm 2000, lò có công suất còn hạn chế (chỉ 50-70 MW/tổ), giá thành thường cao hơn so với lò than phun có công suất tương đương nên chưa được áp dụng rộng rãi.

Vài chục năm gần đây, với các yêu cầu khắt khe về môi trường, cũng như sự phát triển của công nghệ CFB thì lò tầng sôi tuần hoàn ngày càng được áp dụng rộng rãi hơn, công suất lò đã đạt 500-800MW và còn có thể cao hơn, chi phí thấp hơn lò than phun khi lò than phun phải lắp các bộ khử NOx và SOx trên đường khói.

Nhiệt điện với công nghệ IGGC

Nhu cầu năng lượng nói chung và điện nói riêng ở mọi quốc gia đều tăng, đặc biệt tại các nước đang phát triển, mặt khác sức ép về môi trường ngày càng lớn. Vì thế vấn đề sử dụng hiệu quả nguồn than và xử lý sản phẩm cháy là một vấn đề cấp thiết đối với nhiều quốc gia. Việc lựa chọn công nghệ đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình phát triển ngành năng lượng nói chung và các nhà máy nhiệt điện than nói riêng.

Trong phần này chúng tôi sẽ giới thiệu đến bạn đọc về một loại công nghệ mới đang được sử dụng tại một số nước tiên tiến để nâng cao hiệu quả đốt than và hạn chế ảnh hưởng tới môi trường, chu trình hỗn hợp khí hóa tích hợp - IGCC (Integrated gasification combined cycle ).

Sơ đồ nguyên tắc nhà máy nhiệt điện sử dụng chu trình hỗn hợp khí hóa được trình bày trên hình 5.

Hình 5. Sơ đồ nguyên tắc nhà máy điện sử dụng chu trình hỗn hợp khí hóa tích hợp.

Chu trình hỗn hợp khí hoá tích hợp (IGCC) sản xuất điện từ nhiên liệu lỏng, hoặc rắn. Trước hết, nhiên liệu được chuyển thành khí tổng hợp, là hỗn hợp khí hydro và carbon monoxide. Sau đó, khí tổng hợp này được biến đổi thành điện năng thông qua một chu trình kết hợp, bao gồm một hệ thống tua bin khí và tua bin hơi. Công nghệ chu trình hỗn hợp tương tự như công nghệ được sử dụng trong nhà máy nhiệt điện chu trình khí - hơi kết hợp hiện đại.

Nhà máy nhiệt điện với công nghệ IGCC vẫn chưa hoàn toàn được thương mại hóa. Một số mô hình nhà máy công nghệ IGCC với công suất điện lên đến 300 MW đã được xây dựng ở châu Âu và Mỹ, với sự hỗ trợ tài chính hoàn toàn từ chính phủ. Động lực để theo đuổi công nghệ này là khả năng hoạt động ít ảnh hưởng đối với môi trường và chi phí có khả năng thấp hơn. Điều này đặc biệt tốt đối với việc sử dụng hiệu quả nhiên liệu và thu giữ CO₂.

Giai đoạn khí hóa than được phát triển ở mức độ cao hơn là khí hóa than từ trong lòng đất. Phương thức này đã được thực hiện ở một số nước như: Mỹ, Úc, Liên Xô (trước đây)... Công nghệ này càng tiến bộ và hoàn chỉnh dần, không những nâng cao công suất, hiệu quả năng lượng của tổ hợp mà còn cho phép thu hồi, cất dấu CO₂.

Sơ đồ nguyên lý kết hợp công nghệ UCG với công nghệ phát điện IGCC trình bày trên hình 6.

Hình 6. Sơ đồ tổng hợp công nghệ UCG và IGCC.

Sơ đồ mô tả ba giai đoạn:

1/ Giai đoạn sản xuất gas dưới đất: UCG Production.

2/ Giai đoạn xử lý làm sạch gas: GAS Processing.

3/ Giai đoạn sản xuất điện bằng gas, sử dụng tua bin gas kết hợp tua bin hơi -  Power Block, tương tự chu trình kết hợp khí - hơi (combicycle).

Tại Úc, tới đây sẽ có nhà máy điện công nghệ IGCC được xây dựng ở Wandan, công suất 400MW, có khả năng thu giữ 90% CO₂ thải ra.

Ở Việt Nam cũng đã có nghiên cứu kịch bản nhà máy nhiệt điện chạy khí bằng công nghệ IGCC tính toán cho bể than Đồng bằng sông Hồng [7].

Nhận xét: Công nghệ nhiệt điện nói chung và nhiệt điện than nói riêng ngày càng hoàn thiện theo hướng tăng hiệu suất năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường. Tùy thuộc điều kiện quốc gia có thể được sử dụng. 

Đón đọc kỳ tới: Công nghệ bổ trợ nâng cao hiệu quả năng lượng và giảm ô nhiễm [Phần 1]

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