Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện (LA tiến sĩ)

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

NGUYỄN CHIẾN THẮNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHÁY
ANTRAXIT VIỆT NAM TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

Hà Nội, 2017


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

NGUYỄN CHIẾN THẮNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHÁY
ANTRAXIT VIỆT NAM TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt
Mã số: 62520115

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. TRẦN GIA MỸ
2. GS.TSKH. NGUYỄN SĨ MÃO

Hà Nội, 2017


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả
trong luận án là trung thực và chưa có ai công bố trong bất kỳ công trình nào.

Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2017
TM. Tập thể hướng dẫn khoa học

Tác giả luận án

PGS. TS. TRẦN GIA MỸ

NGUYỄN CHIẾN THẮNG


ii

LỜI CẢM ƠN
Luận án tiến sĩ với đề tài: “Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy
antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện” đã được hoàn thành
trong thời gian từ tháng 10 năm 2009 đến tháng 7 năm 2016 tại Viện Khoa học và Công
nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào
tạo Sau đại học, Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh, đặc biệt là tập thể giáo viên
hướng dẫn: PGS. TS. Trần Gia Mỹ, GS.TSKH. Nguyễn Sĩ Mão và các Thầy giáo, Cô giáo

trong Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình thực hiện luận án.
Tác giả xin cảm ơn PGS.TS. Trương Duy Nghĩa, Chủ nhiệm đề tài cấp nhà nước
KC.05.25/11-15 đã tạo điều kiện cho tác giả tham gia thực hiện, sử dụng số liệu, kết quả
nghiên cứu của đề tài cũng như giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện đề tài, viết luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Viện Năng lượng, các đồng nghiệp trong
Trung tâm tư vấn Nhiệt điện & Điện Hạt nhân, Viện Năng lượng, Bộ Công Thương đã tạo
mọi điều kiện thời gian, giúp đỡ, động viên để tôi có thể hoàn thành được luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Hội Khoa học kỹ thuật Nhiệt Việt Nam,
công ty Cổ phần Nhiệt điện Ninh Bình, nhóm thực hiện chuyên đề mô phỏng CFD, nhóm
hiệu chỉnh lò hơi - Trung tâm thí nghiệm điện, công ty ETRC, xưởng Thiết bị áp lực - Viện
Khoa học & Công nghệ Nhiệt - Lạnh đã tạo mọi điều kiện để tác giả được tham gia, tiếp
cận, thu thập số liệu thực tế cũng như tiến hành chế tạo, vận hành, thí nghiệm, đo đạc các
thông số cần thiết trong quá trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình và người thân đã
khuyến khích, động viên và là chỗ dựa tinh thần cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và
hoàn thành luận án.
Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2017
Tác giả luận án

NGUYỄN CHIẾN THẮNG


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... ii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ............................................................................. viii
Danh mục các bảng .......................................................................................................... xiii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị ........................................................................................... xv
MỞ ĐẦU............................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu ....................................................................................................... 2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................................ 3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu................................................... 3
6. Điểm mới của luận án...................................................................................................... 4
7. Bố cục của luận án ........................................................................................................... 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHÁY THAN TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................... 5
1.1. Vai trò của các NMNĐ đốt than trong sản xuất điện năng ...................................... 5
1.1.1. Vai trò nhiệt điện than trong sản xuất điện thế giới .................................................... 5
1.1.2. Vai trò nhiệt điện than ở Việt Nam ............................................................................. 5
1.1.3. Khả năng cung ứng than cho sản xuất điện ................................................................. 6
1.2. Công nghệ đốt than antraxit trong NMNĐ ở Việt Nam ........................................... 7
1.2.1. Lò hơi đốt than phun (Pulverized Coal - PC) .............................................................. 7
1.2.2. Lò hơi đốt tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed - CFB) .............................. 8
1.3. Nghiên cứu cháy antraxit trong buồng lửa than phun ............................................. 9
1.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy antraxit ..................................................................... 9
1.3.1.1. Nhiệt lượng bắt cháy ................................................................................................ 9
1.3.1.2. Lưu lượng và tốc độ gió cấp 1 ................................................................................ 10
1.3.1.3. Nhiệt độ gió nóng và nhiệt độ khói vùng bắt lửa.................................................... 10
1.3.1.4. Độ mịn của bột than ............................................................................................... 10
1.3.1.5. Nhiệt độ bắt cháy của dòng bột than ...................................................................... 11


iv
1.3.1.6. Nồng độ dòng bột than ........................................................................................... 14
1.3.1.7. Trường khí động trong buồng lửa .......................................................................... 15

1.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của vòi đốt và cấu trúc buồng đốt ........................................ 19
1.3.2.1. Vòi phun đốt than bột và cách bố trí trên buồng đốt.............................................. 19
1.3.2.2. Buồng đốt ngọn lửa hình W .................................................................................... 20
1.4. Tổng quan các kết quả nghiên cứu về cháy than antraxit ...................................... 22
1.4.1. Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài ....................................................................... 22
1.4.2. Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam .......................................................................... 31
1.4.3. Nghiên cứu trên mô hình mô phỏng CFD ................................................................. 32
1.4.3.1. Tình hình nghiên cứu quá trình cháy than trên phần mềm mô phỏng trên thế giới 33
1.4.3.2. Tình hình nghiên cứu quá trình cháy than trên phần mềm mô phỏng tại Việt Nam34
1.5. Luận cứ về nội dung nghiên cứu của luận án .......................................................... 35
1.6. Kết luận chƣơng 1 ...................................................................................................... 36
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ DÒNG THAN PHUN
ĐẾN HIỆU SUẤT CHÁY ................................................................................................. 38
2.1. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................... 38
2.2. Thiết bị thực nghiệm và thiết bị đo ........................................................................... 39
2.2.1. Cơ sở lựa chọn và thiết kế mô hình ........................................................................... 39
2.2.2. Kết quả thiết kế mô hình ........................................................................................... 43
2.2.3. Thiết bị đo.................................................................................................................. 47
2.2.4. Thử nghiệm hiệu chỉnh mô hình................................................................................ 49
2.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ dòng than phun đến hiệu suất cháy ............ 51
2.3.1. Các chế độ và phương pháp thử nghiệm ................................................................... 51
2.3.2. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực nghiệm ................................................. 52
2.3.2.1. Phương pháp thu thập số liệu thực nghiệm ............................................................ 52
2.3.2.2. Xử lý số liệu ............................................................................................................ 52
2.3.3. Kết quả thực nghiệm trên mô hình ............................................................................ 55
2.3.3.1. Kết quả hiệu chỉnh mô hình .................................................................................... 55
2.3.3.2. Kết quả thí nghiệm chế độ ...................................................................................... 58
2.4. Kết luận chƣơng 2 ...................................................................................................... 60

v
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG CHẤT BỐC ĐẾN
HIỆU SUẤT CHÁY TRONG LÕ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN .............................. 61
3.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất bốc đến hiệu suất cháy trên mô hình
mô phỏng ............................................................................................................................ 61
3.1.1. Lựa chọn và thiết lập mô hình ................................................................................... 61
3.1.1.1. Lựa chọn mô hình và miền tính toán ...................................................................... 61
3.1.1.2. Các phương trình mô phỏng bằng phương pháp số CFD ...................................... 67
3.1.1.3 Thiết lập mô hình toán học và mô phỏng số lò hơi ................................................. 68
3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy trên mô hình mô
phỏng số ............................................................................................................................... 70
3.1.2.1. Dữ liệu đầu vào và điều kiện biên .......................................................................... 70
3.1.2.2 Kết quả nghiên cứu hiệu chỉnh mô hình ................................................................. 70
1. Mô hình học của bài toán ................................................................................................ 70
2. Chia lưới mô hình ............................................................................................................ 71
3. Các bước tính toán mô hình............................................................................................. 72
3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất bốc đến hiệu suất cháy trên lò hơi
thực tế ................................................................................................................................. 73
3.2.1. Thiết bị thực nghiệm và thiết bị đo............................................................................ 73
3.2.2. Phương pháp tiến hành thực nghiệm ......................................................................... 73
3.2.2.1. Nội dung thí nghiệm ............................................................................................... 73
3.2.2.2. Phương pháp thí nghiệm ........................................................................................ 74
3.2.3. Phương pháp xử lý số liệu ......................................................................................... 74
3.2.4. Kết quả thực nghiệm.................................................................................................. 76
3.2.4.1. Năng lực thiết bị của lò hơi .................................................................................... 76
3.2.4.2. Thí nghiệm đốt than nội địa.................................................................................... 77
1. Thí nghiệm xác định chế độ cháy tối ưu ......................................................................... 77
2. Thí nghiệm cơ bản và cân bằng ....................................................................................... 77
3.2.4.3. Thí nghiệm đốt than trộn ........................................................................................ 78
1. Đánh giá quá trình và kết quả sơ bộ ................................................................................ 78

2. Thí nghiệm hệ số không khí thừa tối ưu .......................................................................... 80
3. Thí nghiệm cân bằng ....................................................................................................... 80


vi
Thí nghiệm than trộn 5% ..................................................................................................... 80
Thí nghiệm than trộn 10% ................................................................................................... 82
Thí nghiệm than trộn 15% ................................................................................................... 83
Thí nghiệm than trộn 20% ................................................................................................... 84
Thí nghiệm than trộn 30% ................................................................................................... 86
3.3. Kết luận chƣơng 3 ...................................................................................................... 87
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................................ 89
4.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của nồng độ dòng than phun đến
hiệu suất cháy..................................................................................................................... 89
4.1.1. Ảnh hưởng của tốc độ và nồng độ than/gió cấp 1 ..................................................... 89
4.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ và tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và hệ số không khí thừa ................... 91
4.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất bốc đến hiệu suất cháy trong
lò hơi nhà máy nhiệt điện .................................................................................................. 94
4.2.1. Kết quả nghiên cứu thử nghiệm trên lò hơi thực tế ................................................... 94
4.2.1.1. Nồng độ dòng bột than ........................................................................................... 94
4.2.1.2. Tốc độ gió cấp 1 ..................................................................................................... 96
4.2.1.3. Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và tổng lượng gió cấp vào lò..................................... 98
4.2.1.4. Hệ số không khí thừa ............................................................................................ 100
4.2.1.5. Hiệu suất ............................................................................................................... 102
4.2.2. Kết quả nghiên cứu mô phỏng số CFD ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến quá
trình và hiệu suất cháy ....................................................................................................... 105
4.2.2.1. Giai đoạn trước khi thí nghiệm thực tế ................................................................ 105
1. Trường nhiệt độ trong buồng đốt................................................................................... 105
a. Trường hợp sử dụng than antraxit nội địa ..................................................................... 105
b. Trường hợp sử dụng than trộn với các tỷ lệ khác nhau ................................................. 107

2. Trường tốc độ ................................................................................................................ 108
a. Than antraxit nội địa ...................................................................................................... 108
b. Trường hợp sử dụng than trộn ....................................................................................... 110
3. Hiệu suất cháy ............................................................................................................... 112
4.2.2.2. Giai đoạn sau thí nghiệm thực tế.......................................................................... 117
1. Sự phân bố trường nhiệt độ ........................................................................................... 117


vii
2. Sự phân bố trường tốc độ .............................................................................................. 118
3. Hiệu suất cháy ............................................................................................................... 119
4.3. Phân tích so sánh kết quả ........................................................................................ 121
4.4. Đề xuất giải pháp ...................................................................................................... 123
4.5. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................................... 124
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 126
KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 126
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ............................................................... 127
MỘT SỐ KIẾN NGHỊ, ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .............. 127
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ......................... 128
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 129
PHỤ LỤC A: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
PHỤ LỤC 1. Bản tính thiết kế mô hình
PHỤ LỤC 2. Bảng tính các chế độ thí nghiệm trên mô hình thực nghiệm
PHỤ LỤC 3. Kết quả phân tích mẫu than thí nghiệm
PHỤ LỤC B: THÍ NGHIỆM ĐỐT THAN TRỘN
PHỤ LỤC 1. Nhiên liệu dùng trong thí nghiệm
PHỤ LỤC 2. Bảng tính các chế độ thí nghiệm trên lò hơi thực tế tại NMNĐ Ninh
Bình
PHỤ LỤC 3. Điều kiện đầu vào và điều kiện biên cho mô phỏng CFD sau thí nghiệm
trên lò hơi thực tế tại NMNĐ Ninh Bình

viii

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Ký hiệu
Chữ viết tắt

Tên gọi

Đơn vị

A
a
a
B
B
Btt
b
b
btc
C

Độ tro trong than
Độ đen
Hệ số thực nghiệm
Lượng tiêu hao than
Khối lượng than cấp vào mô hình
Tiêu hao than đốt lò
Chiều rộng miệng phun

Lượng than bột qua 1 vòi
Suất tiêu hao than tiêu chuẩn
Các bon

C

Nhiệt dung riêng

kJ/kg.K

Cp1

Nhiệt dung riêng của khói

kJ/kg.K

Cp2
Cs
Cz

Nhiệt dung riêng của nước
Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào bước ống
Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào kết cấu chùm ống

kJ/kg.K

Ctr
D

Chất cháy còn lại trong tro

Đường kính thân ngoài

D1
De
Dk
Dnc

Lưu lượng thể tích
Đường kính ống lồng trong
Lưu lượng khối lượng
Lưu lượng nước cấp

m3/h
m
kg
t/h

Do
Dqd

Hệ số khuyếch tán phân tử
Lưu lượng hơi quy dẫn

m2/s
t/h

%

kg/h
kg

t/h
m
kg/s
kg/kg
%

%
m

d1

Đường kính trong ống

m

dtb

Đường kính hạt bột than

m

Đ
E

Độ mở
Năng lượng hoạt hoá bề mặt hạt than

F
G
H

Hz
h
I

Diện tích trao đổi nhiệt
Lưu lượng
Hydro
Tần số biến tần
Chiều cao của miệng phun
Mô men động lượng đầu vào thiết bị xoáy

%
kJ/mol.K
m2
kg/s
%
Hz
m
kg.m/s


ix
i
IqkA/B
K

Entanpi
Cường độ dòng điện quạt khói A/B
Hệ số tổn thất xoáy

kJ/kg
A

Ko

Hệ số va đập

Kô

Hệ số chuẩn ống đo

k
k

Hệ số trao đổi nhiệt của thiết bị
Hệ số không đồng đều về khí động đầu ra miệng phun

L1

Lượng gió cấp 1 để cháy chất bốc

kg/kg

Lc
l
N

Lưu lượng hồi lưu tối thiểu
Chiều dài số ống
Nitơ

kg/kg
m
%

Nu
n
O2

Tiêu chuẩn Nusselt
Số cấp phản ứng
Nồng độ ô xy trong môi trường phản ứng

Pr

Tiêu chuẩn Prandtl

Pqn
Pv/PrmnA

Áp lực hơi quá nhiệt

m/s
W/m2K

%
at

Chênh áp máy nghiền A

mmH2O

P

Áp lực gió

mmH2O

Pđ

Áp lực động

mmH2O

P
Q

Áp lực động của dòng (mmH2O)
Lượng nhiệt

mmH2O
kJ

Q1

Nhiệt lượng hoá học

W/m2

Qbl

Qk

Nhiệt lượng bắt lửa
Nhiệt trị khô

kJ/kg.h
kJ/kg

Qlvt

Nhiệt trị làm việc của than

kJ/kg

Qn

Lưu lượng nước

kg/h

q2

Tổn thất nhiệt theo khói thải

%

q4

Tổn thất nhiệt do cháy không hết về mặt cơ học

%

q5

Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh

%

q6

Tổn thất nhiệt mang theo xỉ

%

q2

Công suất toả nhiệt toả nhiệt

W/m2

qv

Nhiệt thế thể tích buồng đốt

kJ/m3

qf
R
R

Nhiệt thế diện tích buồng đốt
Hằng số chất khí
Bán kính buồng xoáy

kJ/m2
kJ/mol.K
m


x
R90
Re
RI
r

Độ mịn hạt than
Tiêu chuẩn Reynold
Chỉ số hoạt tính
Bán kính trong miệng phun

%

m

r1
S

Tỷ lệ gió cấp 1
Hàm lượng lưu huỳnh trong than

SF
S
t

Tiết diện ống dẫn
Bước ống
Nhiệt độ bách phân

m2
m

∆t
T

Độ chênh nhiệt độ trung bình
Nhiệt độ tuyệt đối

0

u
V

Tốc độ trung bình theo phương dọc trục đầu ra
Hàm lượng chất bốc trong than

Vo

Thể tích không khí lý thuyết

m3tc/kg

V1

Lượng gió cấp 1

m3/kg

v1

Tốc độ gió miệng vòi đậm

m/s

v2

Tốc độ gió miệng vòi cấp 2

m/s

V
W

Thể tích
Độ ẩm mẫu làm việc của bột than

m3
%

Wbt

Độ ẩm của bột than

%

Wpt

Độ ẩm phân tích

%

W1

Tốc độ gió cấp 1

m/s

W2
w1
w2
w3

Tốc độ gió cấp 2
Tốc độ gió cấp 1
Tốc độ gió cấp 2
Tốc độ gió cấp 3

m/s

1

Số ống trong 1 hàng

2
z

Số hàng ống
Số dãy ống

%

o

C
C

K
m/s
%

m/s
m/s
m/s

Ký tự Hy Lạp


”

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa bột than với dòng gió nóng
Hệ số không khí thừa

Hệ số không khí thừa tương ứng với gió đi vào một vòi phun

W/m2.K


hn2

Hệ số trao đổi nhiệt của khói
Hệ số không khí thừa sau bộ hâm nước cấp 2

W/m2K


xi
bx

Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ

W/m2K

dl


Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
Hệ số trao đổi chất

W/m2K
m/s

1

Độ nhớt động học

m2/s

2

Độ nhớt động học của nước

m2/s

KK



Tỷ trọng không khí theo nhiệt độ
Tốc độ không khí bộ sấy
Vận tốc dòng khói

2


Tốc độ nước
Hiệu suất

tmô hình



Hiệu suất cháy của mô hình

Đại lượng đặc trưng lượng tiêu hao than khi cháy một kg ôxy
Hệ số phi

kg/m3
m/s
m/s
m/s
%
%




Hệ số dẫn nhiệt
Hệ số Lambda

m

Tốc độ dòng tương đối

o

Khối lượng riêng của ôxy

kg/m3

1

Khối lượng riêng của khói

kg/m3

2

Khối lượng riêng của nước

kg/m3

o

5,67.10-8 , Hằng số Boltzman.

W/m2.K4

Hệ số bám bẩn của khói
Hệ số ma sát với vách
Hệ số tổn thất áp lực miệng vào
Hệ số trở lực cục bộ ở côn và van điều chỉnh
Hệ số trở lực cục bộ ống loe
Hệ số trở lực ra khỏi vòi phun
Hệ số trở lực chỗ uốn
Hệ số trở lực của lá chắn
Cường độ xoáy của vòi phun

m2K/W











Chỉ số
trên, dƣới
nc
nr
nv
qd
qn

Ý nghĩa
Nước cấp
Nước ra
Nước vào
Quy dẫn
Quá nhiệt

W/m.0C


xii
hh
mh
bl
bt
pt
lv

tk
lt
bh
gl
mn
c
nl
mt
lm
tc
tt
qg
qk
Các chữ viết tắt

Hỗn hợp
Mô hình
Buồng lửa
Bột than
Phân tích
Làm việc
Thiết kế
Lý thuyết
Bão hoà
Gió lạnh
Máy nghiền
Cháy
Nhiên liệu
Môi trường
Làm mát

Tiêu chuẩn
Tiêu thụ
Quạt gió
Quạt khói
Ý nghĩa

CFB

Circulation fluidized bed - Tầng sôi tuần hoàn

CFD

Computational Fluid Dynamics -Mô phỏng động học bằng máy
tính
Điện hạt nhân
Tập đoàn điện lực Việt Nam
Chỉ số cháy bột than
Hệ thống điện
Công suất lắp máy

ĐHN
EVN
FI
HTĐ
Nlm
NMNĐ
NMĐ

Nhà máy nhiệt điện
Nhà máy điện

OECD

Organization for Economic Cooperation and Development - Tổ
chức hợp tác các nước phát triển kinh tế

PC
TCVN
UD
WEC

Pulverized combustion - Công nghệ đốt than phun
Tiêu chuẩn Việt Nam
Untra-Dense - Đậm đặc
World Energy Council - Hội đồng năng lượng thế giới


xiii

Danh mục các bảng
Bảng 1.1. Dự kiến cân đối cung cầu than sau khi điều chỉnh

6

Bảng 1.2. Nhiệt lượng cần thiết để bắt cháy 1 kg than bột (MJ/kg)

15

Bảng 1.3. Lưu lượng hồi lưu khói nóng cần thiết đối với than antraxit

18

Bảng 2.1. Thông số thiết kế buồng đốt lò hơi NMNĐ Hải Phòng

40

Bảng 2.2. Đặc tính than được dùng cho mô hình thí nghiệm

42

Bảng 2.3. Thông số chế tạo của mô hình thực nghiệm

43

Bảng 2.4. Thông số các thiết bị vận hành của mô hình thực nghiệm

45

Bảng 2.5. Thông số thiết bị đo sử dụng trong thực nghiệm

48

Bảng 2.6. Kết quả kiểm tra công suất máy cấp than kiểu trục vít

56

Bảng 2.7. Kết quả tổng hợp cân bằng gió mô hình thí nghiệm

56

Bảng 2.8. Kết quả thí nghiệm cân bằng than và xác định hiệu suất phân ly

57

Bảng 2.9. Kết quả đo thí nghiệm chế độ ảnh hưởng của tốc độ/nồng độ vòi phun gió

58

cấp 1
Bảng 2.10. Kết quả đo thí nghiệm chế độ ảnh hưởng của tỉ lệ gió cấp 2/cấp 1 và hệ

59

số không khí thừa

Bảng 3.1. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng của lưới

72

Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm hệ số không khí thừa tối ưu khi đốt than nội địa

77

Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm hệ số không khí thừa tối ưu khi đốt than trộn

80

Bảng 4.1. Kết quả tính thí nghiệm chế độ ảnh hưởng của tốc độ và nồng độ gió cấp

89

1
Bảng 4.2. Kết quả tính thí nghiệm chế độ ảnh hưởng của tỉ lệ gió cấp 2/cấp 1 và hệ

91

số không khí thừa
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến nồng độ dòng bột than

94

Bảng 4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến tốc độ gió cấp 1

96


xiv
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và

98

tổng lượng gió cấp vào lò
Bảng 4.6. Ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến hệ số không khí thừa

100

Bảng 4.7. Ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến hiệu suất

103

Bảng 4.8. Thông số nhiệt độ trên các mặt cắt ngang của buồng đốt

106

Bảng 4.9. Nhiệt độ trung bình trên các mặt cắt theo chiều cao buồng đốt

108

Bảng 4.10. Thời gian lưu trong buồng đốt của các hạt

110

Bảng 4.11. Bảng tính C cháy không hết trong tro

114

Bảng 4.12. Bảng tính hiệu suất cháy ở điều kiện tính toán

114

Bảng 4.13. Bảng tính cacbon cháy không hết trong tro bay ở điều kiện tính toán

116

Bảng 4.14. Bảng tính hiệu suất cháy ở điều kiện mô phỏng sau thí nghiệm

119

Bảng 4.15. Bảng tính cacbon cháy không hết trong tro bay ở điều kiện mô phỏng 121
sau thí nghiệm

Bảng 4.16. So sánh hiệu suất cháy ở điều kiện mô phỏng và thí nghiệm thực tế trên 123
lò hơi


xv

Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1. Mối quan hệ nhiệt độ bắt lửa Tbl (T15, RI) và hàm lượng chất bốc Vc

13

Hình 1.2. Mối quan hệ nhiệt độ cháy và hàm lượng chất bốc

14

Hình 1.3. Mối quan hệ giữa các loại than và nồng độ hỗn hợp có lợi nhất

15

Hình 1.4. Sơ đồ buồng lửa có ngọn lửa hình chữ W

21

Hình 1.5. Sự phân bố trường nhiệt độ trong lò hơi của NMNĐ Phả Lại 2 khi thay

35

đổi các tỉ lệ trộn than
Hình 1.6. Ảnh hưởng của hệ số không khí thừa đến quá trình cháy

35

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý mô hình thực nghiệm

43

Hình 2.2. Bản vẽ bố trí tổng thể mô hình thí nghiệm

46

Hình 2.3. Hình ảnh mô hình thí nghiệm

47

Hình 3.1. Định nghĩa CFD

62

Hình 3.2. Ba phương pháp cơ bản nghiên cứu cơ học chất lưu

62

Hình 3.3. Sơ đồ lò hơi SG 130-40-450 (Hình ∏)

65

Hình 3.4. Mặt cắt ngang của lò hơi tại miệng vòi đốt

66

Hình 3.5. Bản vẽ cụm vòi đốt UD

66

Hình 3.6. Miền tính toán của mô hình

67

Hình 3.7. Mô hình buồng đốt 3D được dựng trên ANSYS DesignModeler

71

Hình 3.8. Mô hình buồng đốt 3D sau khi được chia lưới

72

Hình 3.9. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật và hiệu suất cháy của lò hơi đốt than nội địa

78

Hình 3.10. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật và hiệu suất cháy của lò hơi đốt than trộn 5%

81

Hình 3.11. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật và hiệu suất cháy của lò hơi, than trộn 10%

83

Hình 3.12. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật và hiệu suất cháy của lò hơi, than trộn 15%

84

Hình 3.13. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật và hiệu suất cháy của lò hơi, than trộn 20%

85

Hình 3.14. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuậtvà hiệu suất cháy của lò hơi, than trộn 30%

87

Hình 4.1. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào tốc độ gió cấp 1

90


xvi
Hình 4.2. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào nồng độ than/gió cấp 1

91

Hình 4.3. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1

93

Hình 4.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào hệ số không khí thừa

93

Hình 4.5. Nồng độ bột than hợp lý theo hàm lượng chất bốc

95

Hình 4.6. Tốc độ gió cấp 1 hợp lý theo hàm lượng chất bốc

97

Hình 4.7. Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý và tổng lượng gió cấp vào lò theo hàm

99

lượng chất bốc
Hình 4.8. Hệ số không khí thừa hợp lý theo hàm lượng chất bốc

102

Hình 4.9. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật lò hơi ở các tỷ lệ trộn

103

Hình 4.10. Sự thay đổi hiệu suất theo hàm lượng chất bốc

104

Hình 4.11. Trường nhiệt độ trong buồng đốt

105

Hình 4.12. Bề mặt ngọn lửa bên trong buồng đốt ở nhiệt độ 1500oC

105

Hình 4.13. Trường nhiệt độ trên mặt cắt dọc của buồng đốt

107

Hình 4.14. Bề mặt ngọn lửa 1500oC trong các trường hợp trộn khác nhau

107

Hình 4.15. Véc tơ tốc độ tại các mặt cắt của buồng đốt

108

Hình 4.16. Profile vận tốc tại mặt cắt C

109

Hình 4.17. Thời gian lưu và quỹ đạo của các hạt theo sự chuyển động bên trong

110

buồng đốt
Hình 4.18. Véc tơ vận tốc tại mặt cắt ngang của buồng đốt đi qua cụm vòi phun thứ

111

nhất
Hình 4.19. Véc tơ vận tốc tại mặt cắt ngang của buồng đốt đi qua cụm vòi phun thứ

111

hai
Hình 4.20. Sự phân bố nhiệt độ trên mặt cắt ngang cụm vòi đốt thứ hai

117

Hình 4.21. Sự phân bố vectơ vận tốc trên mặt cắt ngang cụm vòi đốt thứ 2

118

Hình 4.22. Quỹ đạo chuyển động và thời gian lưu hạt trong buồng đốt

119


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo Cơ quan Năng lượng quốc tế, năm 2015 tỷ trọng nhiệt điện than thế giới chiến
39,48%. Dự báo tỷ lệ này sẽ là 38,11% vào năm 2020, 37,92% năm 2025 và năm 2030 là
37,39%; cao hơn rất nhiều so với loại nhà máy điện có tỷ trọng đứng thứ 2 là điện từ năng
lượng tái tạo: 22,75% năm 2015 và 24,53%; 24,16% và 24,01% tương ứng cho các năm
2020, 2025 và 2030.
Theo quy hoạch điện VII hiệu chỉnh tháng 3 năm 2016 của Việt Nam, giai đoạn 20152030 điện năng sản xuất từ nhiệt điện than luôn tăng và chiếm tỷ trọng lớn nhất trong cơ
cấu nguồn điện. Các nhà máy nhiệt điện than đã và đang xây dựng ở Việt Nam hiện nay,
cơ bản sử dụng loại lò đốt than phun thông số cận tới hạn và siêu tới hạn quy công suất tổ
máy từ 300 - 600 MW, nhiên liệu sử dụng là than antraxit và một số sử dụng than bitum và
abi tum nhập khẩu. Tương lai tiếp theo quy mô công suất tổ máy dự kiến nâng lên đến
1000 MW. Các lò hơi đốt than phun đã được thiết kế chế tạo đốt than ổn định, song hiệu

suất còn thấp, tỷ lệ cacbon chưa cháy hết trong tro còn cao. Đặc biệt là đối với các lò đốt
than antraxit Việt Nam, loại than cháy ít khói, hàm lượng các bon (C) trong than cao, song
chất bốc (V) hàm lượng tro (A) cao nên khó bắt cháy và khó cháy kiệt. Chính vì vậy, hiện
nay, thành phần các bon còn lại trong tro ở các nhà máy nhiệt điện cũ đều rất cao như: Phả
Lại: 12-18%, Ninh Bình: 15 -35%, Uông Bí cũ: 30 - 40%, ...); Các nhà máy mới xây dựng
như Phả Lại 2, Uông Bí mở rộng 1, ... vẫn chưa khắc phục được các nhược điểm trên của
than antraxit Việt Nam, hàm lượng C còn lại trong tro vẫn cao (trên 12%).
Kinh nghiệm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lò hơi NMNĐ đốt than sử dụng than antraxit
có chất bốc thấp ở mức dưới 8% như than Việt Nam chưa nhiều. Việc nâng cao hiệu suất
cháy than trong các NMNĐ hiện vẫn đang thực hiện ở mức trung, đại tu thiết bị và những
cải tiến mang tính nhỏ, lẻ: sử dụng vòi phun đậm loãng kiểu UD cho NMNĐ Ninh Bình,
tuy nhiên mới chỉ mang tính cải thiện, các bon còn lại trong tro vẫn cao. Gần đây, các lò
hơi mới ở nhà máy nhiệt điện đốt than Việt Nam đều sử dụng dạng ngọn lửa hình W, nhằm
kéo dài thời gian cháy của hạt than để hạt than cháy kiệt hơn, nâng cao độ ổn định và hiệu
suất lò.
Các nghiên cứu lý thuyết cháy ứng dụng đã chỉ ra rằng, để nâng cao hiệu hiệu quả sử
dụng than ít chất bốc cần phải giải quyết các vấn đề kĩ thuật cơ bản sau:


2
+ Bảo đảm bắt lửa sớm, ổn định
+ Bảo đảm hiệu suất cháy cao, cháy kiệt
+ Hạn chế và loại bỏ đóng xỉ buồng lửa
+ Đề phòng ăn mòn nhiệt độ cao
+ Giảm chất phát thải khí và các thành phần ô nhiễm khác.
Đây là những vấn đề kĩ thuật phức tạp, mâu thuẫn lẫn nhau, phải nghiên cứu và chọn
lựa các giải pháp phù hợp, tối ưu.
Từ những trình bày trên đây có thể nhận thấy, vấn đề nâng cao độ tin cậy trong vận
hành và đặc biệt là hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam là vấn đề cấp thiết và cấp bách
hiện nay. Để giải quyết vấn đề đặt ra cần nghiên cứu bằng lý thuyết và thực nghiệm quá

trình cháy bột than, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy, tạo cơ sở tin cậy
cho việc lựa chọn một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit trong buồng đốt than
phun nhà máy nhiệt điện Việt Nam.
Với lý do trình bày trên đây có thể nhận thấy, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu một số
giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà
máy nhiệt điện” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận án là:
Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm quá trình cháy, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình cháy bột than antraxit Việt Nam trong buồng đốt lò hơi nhà máy nhiệt điện;
Tổng hợp phân tích kết quả thu được, đề xuất và lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu suất
cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện;
Để đạt được mục đích nêu trên, quá trình nghiên cứu đề tài cần giải quyết những nhiệm
vụ cụ thể sau đây:
- Nghiên cứu tổng quan về những vấn đề cháy than trong buồng đốt nhà máy nhiệt điện,
bao gồm: nghiên cứu về phương pháp đốt than antraxit; các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
cháy; Tổng quan về những nghiên cứu trong và ngoài nước trong lĩnh vực cháy than
antraxit và giải pháp nâng cao hiệu suất cháy... Tổng hợp phân tích những thành tựu đã đạt
được và các tồn tại, từ đó xác định nhiệm vụ nghiên cứu.


3
- Nghiên cứu ảnh hưởng của dòng bột than đến hiệu suất cháy trong lò hơi nhà máy
nhiệt điện trên mô hình vật lý;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy trên mô hình mô
phỏng và trên thực tế;
- Tổng hợp phân tích kết quả nghiên cứu và đề xuất lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu
suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt lò hơi nhà máy nhiệt điện.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Quá trình cháy than nói chung và cháy than antraxit nói riêng hết sức phức tạp và rất
rộng lớn, cả về đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Vì vậy, đối tượng nghiên cứu đặt ra
trong luận án này là buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện và phạm vi nghiên cứu là ảnh
hưởng của một số yếu tố đến hiệu suất cháy làm cơ sở cho việc đề xuất lựa chọn giải pháp
nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để giải quyết vấn đề đặt ra luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu lý thuyết
kết hợp với mô hình thực nghiệm, mô phỏng và thực tiễn.
- Nội dung nghiên cứu lý thuyết: Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bắt cháy; Ảnh hưởng
của vòi phun và buồng đốt; Nghiên cứu mô phỏng và nghiên cứu chế tạo; Mô phỏng quá
trình cháy than phun bằng phương pháp mô phỏng số CFD.
- Nội dung nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm và tiến
hành thí nghiệm, đánh giá kết quả trên mô hình; Khảo sát, thu thập số liệu tại lò hơi đang
vận hành của Công ty Cổ phần Nhiệt điện Ninh Bình, tỉnh Ninh Bình; Thí nghiệm trên lò
hơi đang vận hành thực tế của Công ty Cổ phần Nhiệt điện Ninh Bình, tỉnh Ninh Bình.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
- Về mặt khoa học: Đề tài đã làm sáng tỏ được một số yếu tố ảnh hưởng của nồng độ
dòng bột than/ gió sơ cấp, ảnh hưởng của tỷ lệ gió sơ cấp/ thứ cấp đến hiệu suất cháy bột
than antraxit trên mô hình thí nghiệm. Ảnh hưởng của một số điều kiện vận hành lò hơi
nhà máy điện đến hiệu suất lò hơi, đáng chú ý là giải pháp thay đổi hàm lượng chất bốc
bằng việc trộn than để nâng cao hiệu suất cháy của buồng đốt, các vấn đề này đã thể hiện
rõ ý nghĩa khoa học của công trình nghiên cứu.


4
- Về mặt thực tiễn: Những đóng góp của đề tài có ý nghĩa thực tiễn khá rõ rệt là đã
nghiên cứu thành công một số yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất cháy bột than, đã nâng

cao được hiệu suất này lên từ 3 đến 5 % so với trước đó.

6. Điểm mới của luận án
- Đã xác định được các giá trị vận tốc gió cấp 1 hợp lý, nồng độ than/gió hợp lý, hệ số
không khí thừa hợp lý trên mô hình thực nghiệm, là tư liệu nghiên cứu quan trọng có thể
ứng dụng trong quá trình thí nghiệm hiệu chỉnh lò hơi nhà máy nhiệt điện đốt than phun
trong thực tế.
- Đã xây dựng được mối quan hệ giữa nồng độ dòng bột than hợp lý, tốc độ gió cấp 1
(dòng bột than) hợp lý, hệ số không khí thừa đầu ra buồng đốt hợp lý, hiệu suất cháy và
hiệu suất lò hơi với hàm lượng chất bốc trong nhiên liệu bằng phương pháp thí nghiệm trên
lò hơi nhà máy nhiệt điện thực tế.
- Đã xây dựng được mô hình mô phỏng quá trình cháy trong buồng đốt than phun bằng
phương pháp mô phỏng số CFD với kết quả có ý nghĩa thực tiễn ứng dụng vào việc xác
định chế độ nhiệt độ và khí động của lò hơi trước khi tiến hành thí nghiệm đốt than thực tế
và so sánh, kiểm chứng sau khi thí nghiệm đốt than thực tế.

7. Bố cục của luận án
Phần thuyết minh luận án gồm 134 trang với các phần: Mở đầu (04 trang); Chương 1 Tổng quan (33 trang); Chương 2 - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dòng than phun đến
hiệu suất cháy (23 trang); Chương 3 - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến
hiệu suất cháy (28 trang); Chương 4 - Kết quả nghiên cứu và thảo luận (37 trang); Kết luận
và kiến nghị (2 trang); Danh mục công trình của luận án (04 công trình); Tài liệu tham
khảo (93 tài liệu); Luận án có 32 bảng và 45 hình vẽ.
Phần phụ lục của luận án gồm 65 trang với Phụ lục A: Mô hình thí nghiệm có 3 phụ lục
nhỏ, phụ lục 1: Bản tính thiết kế mô hình; phụ lục 2: Bảng tính và bảng thông số các kết
quả thí nghiệm trên mô hình; phụ lục 3: Kết quả phân tích mẫu than thí nghiệm; Phụ lục B:
Thí nghiệm đốt than trộn có 3 phụ lục nhỏ, phụ lục 1: Nhiên liệu dùng trong thí nghiệm;
phụ lục 2: Bảng tính các chế độ thí nghiệm trên lò hơi thực tế tại NMNĐ Ninh Bình, phụ
lục 3: Điều kiện đầu vào và điều kiện biên cho mô phỏng CFD sau thí nghiệm trên lò hơi
thực tế tại NMNĐ Ninh Bình.

5

CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ CHÁY THAN TRONG BUỒNG ĐỐT
THAN PHUN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
Về vị trí và vai trò của NMNĐ đốt than trong sản xuất điện năng của thế giới, Việt Nam,
công nghệ áp dụng, phân tích tổng quan những yếu tố ảnh hưởng đến sự bắt cháy, cấu tạo
của buồng đốt, vòi phun và thành tựu nghiên cứu trước đây, các vấn đề còn tồn tại để từ đó
làm cơ sở xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án là những nội dung được giải quyết
trong chương này

1.1. Vai trò của các NMNĐ đốt than trong sản xuất điện năng
1.1.1. Vai trò nhiệt điện than trong sản xuất điện thế giới
Hiện nay, than đang là dạng nhiên liệu phổ biến nhất trong sản xuất điện năng trên thế
giới [9]. Đầu thế kỷ XXI, hơn 2/3 số năng lượng điện thế giới được sản xuất tại các
NMNĐ, trong đó NMNĐ than 40%, dầu 7%, khí 20% và 15 đến 20 % là thủy điện và điện
hạt nhân [91]. Theo Hội đồng năng lượng thế giới (WEC 2013) [76, 90, 57] tổng sản xuất
điện năng thế giới năm 2013 là 23.300 tỷ kWh. Thị phần sản xuất điện năng của các nước
phát triển (OECD) giảm đáng kể, trong khi các nước đang phát triển ở châu Phi, châu Mỹ
Latin và châu Á, đặc biệt là Trung Quốc tăng mạnh. Năm nhà sản xuất lớn nhất về điện
trên thế giới năm 2013 là Trung Quốc (5,32.1012 kWh) và Mỹ (4,058.1012 kWh), tiếp theo
là Nga (1,045.1012 kWh), Ấn Độ (0,96.1012 kWh) và Nhật (0,937.1012 kWh).
Từ năm 2007 đến năm 2035, sản lượng điện trên thế giới sẽ tăng trưởng trung bình
2,3% mỗi năm. Dự báo đến năm 2035 than vẫn sẽ là nguồn năng lượng sử dụng nhiều nhất
để sản xuất điện trên toàn thế giới. Năm 2007, NMNĐ than chiếm tỷ lệ hơn 42% tổng sản
lượng điện toàn cầu và tỷ lệ này sẽ tăng nhẹ đến 43% năm 2035. [93].
1.1.2. Vai trò nhiệt điện than ở Việt Nam
Tính đến năm 2014, Việt Nam có tổng cộng 22 NMNĐ đốt than với tổng công suất đặt
là 8.919 MW (chiếm 25,15%) và, điện năng sản xuất trung bình năm là 52.600 GWh. Theo

Quy hoạch điện VII điều chỉnh tháng 3 năm 2016 tỷ lệ NMNĐ than sẽ tăng đáng kể. Cụ
thể công suất đặt và điện năng sản xuất từ các NMNĐ than sẽ là 25.620 MW/130.645
GWh năm 2020; 47.575 MW/220.000 GWh năm 2025 và 55.167 MW/304.304 GWh năm
2030 [10].


6
Nhu cầu than cho sản xuất điện năm 2020 khoảng 63 triệu tấn; năm 2025 khoảng 95
triệu tấn than và năm 2030 sẽ khoảng 129 triệu tấn than. Do nguồn than sản xuất trong
nước hạn chế, không đủ cung cấp, nên một số nhà máy nhiệt điện tại các trung tâm điện
lực: miền Trung và miền Nam như: Vĩnh Tân, Duyên Hải, Long Phú, Sông Hậu, Long An
vv... sẽ sử dụng nguồn than nhập khẩu. [20].
Như vậy, giai đoạn 2015-2030 nhiệt điện than có vai trò đặc biệt quan trọng trong cơ
cấu phát triển hệ thống điện Việt Nam, chiếm tỷ trọng lớn về công suất và điện năng, vượt
xa các nguồn khác như dầu khí, thủy điện và năng lượng tái tạo.
1.1.3. Khả năng cung ứng than cho sản xuất điện
Với công suất đặt và điện năng sản xuất như trên, NMNĐ đốt than cần tiêu thụ lượng
than rất lớn. Khả năng cung cấp than nội địa và than nhập khẩu cho sản xuất điện được
trình bày trong bảng 1.1[17].
Bảng 1.1. Dự kiến cân đối cung cầu than sau khi điều chỉnh

Năm

Đơn vị: triệu tấn
2025
2030

2013

2015

2020

1.Tổng nguồn cung

40

45

50

55

60

2.Tổng nhu cầu

28

38  42

62  72

91  98

114  138

Nhu cầu ngoài điện

16

18

20  22

22  24

24  28

Than cho điện

12

20  24

42  50

68  74

90  110

- Trong nước

12

24

32  38

38  42

40  45

10  12

30  32

50  65

- Nhập khẩu

Từ bảng trên có thể nhận thấy, than antraxit Việt Nam cho sản xuất điện tăng mạnh: từ
24 triệu tấn năm 2015 lên 32-38% năm 2020, 30-42 triệu tấn năm 2025 và 40-45 triệu tấn
vào năm 2030. Do khả năng khai thác than nội địa còn hạn chế, nên khoảng trống thiếu hụt
trong cân đối năng lượng Việt Nam được hy vọng vào than nhập khẩu. Tỷ lệ than nhập
khẩu so với than nội địa cho sản xuất điện tăng mạnh, từ khoảng 31% năm 2020 lên
khoảng 76-78% năm 2025 và 125-144% năm 2030. Để cung cấp than ổn định cho các nhà
máy nhiệt điện, ngoài việc phải nhập khẩu than cần đẩy mạnh đầu tư, khai thác than nội địa.
Từ những dữ liệu trình bày trên đây, có thể đi đến kết luận là: than đang và sẽ là loại
nhiên liệu sơ cấp quan trọng cho sản xuất điện năng thế giới và đặc biệt là Việt Nam. Vì
vậy, vấn đề nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng than, giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở
các NMNĐ đốt than vẫn đang là vấn đề cấp thiết đối với các quốc gia trên thế giới. Đặc


7
biệt đối với Việt Nam than sử dụng cho sản xuất điện là loại than chất bốc thấp, độ tro cao,
khó cháy, nên vấn đề nghiên cứu đốt than với hiệu suất cao, ổn định tổn thất cơ học thấp
rất cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Kết quả nghiên cứu thu được là cơ sở tin
cậy cho việc đề xuất lựa chọn một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy than antraxit có
tính khả thi cao, có hiệu quả kinh tế và phù hợp với điều kiện Việt Nam.

1.2. Công nghệ đốt than antraxit trong NMNĐ ở Việt Nam
Các NMNĐ đốt than của Việt Nam hiện đang sử dụng hai công nghệ cơ bản là đốt than
phun (Pulverize Coal - PC) và đốt tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed - CFB).
Định hướng phát triển nhiệt điện than tại Việt Nam trong thời gian tới như sau: Than Việt
Nam chất lượng thấp+xít thải+sản phẩm phụ trong quá trình khai thác than, công nghệ đề
xuất là lò CFB, thông số hơi cận tới hạn với tổ máy có gam công suất 200-300MW; Than
Việt Nam chất lượng tốt (cám 5, cám 6A), công nghệ lò than phun, thông số hơi cận tới
hạn và siêu tới hạn, tổ máy có gam công suất 500-1000MW; Than nhập khẩu (chủ yếu từ
Úc, Indonesia), công nghệ lò than phun, thông số hơi siêu tới hạn và trên siêu tới hạn, tổ
máy có gam công suất 500-1000MW [5].
1.2.1. Lò hơi đốt than phun (Pulverized Coal - PC)
Công nghệ lò hơi đốt than phun PC đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các NMNĐ
đốt than Việt Nam. Năm 2013, có 9/14 NMNĐ đốt than sử dụng lò hơi PC với tổng công
suất lắp đặt là 3.380 MW, chiếm 63% trong tổng số NMNĐ đốt than. Năm 2015, số
NMNĐ đốt than phun tăng lên 16/24 nhà máy (chiếm 78,6%) với tổng công suất lắp đặt là
9.895MW/12.591MW công suất đặt của các NMNĐ đốt than [35].
Hiệu suất đốt than antraxit trong các lò PC của Việt Nam nhìn chung thấp hơn hiệu suất
đốt than bitum trong các lò PC của các nước khác trên thế giới. Do than antraxit Việt Nam
có hàm lượng chất bốc thấp, cacbon cố định cao, khó bắt cháy và khó cháy kiệt, mới chỉ áp
dụng đốt trong các lò hơi có thông số dưới tới hạn. Hiệu suất trung bình năm 2012 của các
NMNĐ đốt than trong nước sử dụng công nghệ lò hơi PC chỉ đạt khoảng 32%. Hiệu suất
trung bình của các NMNĐ đốt than này chịu ảnh hưởng của một số NMNĐ đốt than cũ có
hiệu suất quá thấp, làm ảnh hưởng đến hiệu suất chung của cả hệ thống NMNĐ đốt than.
Nếu chỉ tính các NMNĐ đốt than mới vận hành gần đây, hiệu suất trung bình đạt khoảng
35%, hiệu suất này vẫn thấp hơn hiệu suất thiết kế của nhà máy. Hơn nữa, ở các lò hơi PC,
hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ còn cao dẫn đến hiệu suất sản xuất điện thấp,
lãng phí tài nguyên than [35]. Điều này còn là yếu tố hạn chế khả năng sử dụng tro xỉ theo
yêu cầu của nhà nước Việt Nam hiện nay.