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

NGUYỄN VĂN THẠO

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

Nguyễn Văn Thạo

KỸ THUẬT NHIỆT

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ TRO XỈ TRÊN
THẾ GIỚI VÀ LỰA CHỌN ỨNG DỤNG VÀO VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành : Kỹ thuật nhiệt

KHOÁ 2015B
Hà Nội – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Nguyễn Văn Thạo

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ TRO XỈ TRÊN THẾ GIỚI
VÀ LỰA CHỌN ỨNG DỤNG VÀO VIỆT NAM

Chuyên ngành : Kỹ thuật nhiệt

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Bùi Hồng Sơn

Hà Nội – 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Báo cáo luận văn tốt nghiệp này là cơng trình nghiên cứu
của riêng tơi được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu các công nghệ đã được áp dụng
rộng rãi và phổ biến trên thế giới dưới sự hướng dẫn của TS. Bùi Hồng Sơn.
Các số liệu và kết quả trong luận văn được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh
mục tài liệu tham khảo. Kết quả nghiên cứu chưa có ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình từ trước đến này.

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2017

Nguyễn Văn Thạo

i


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................... iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ............................................................... vi
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. CÁC CƠNG NGHỆ LỊ HƠI VÀ THẢI TRO XỈ TRONG
CÁC NMNĐ Ở VIỆT NAM .................................................................................. 6
1.1. Tình hình phát triển các NMNĐ ở Việt Năm từ năm 2006 đến 2015 có

xét đến năm 2025 có xét đến năm 2030 .............................................................. 6
1.2. Các cơng nghệ lị hơi phổ biến ở Việt Nam ............................................ 10
1.2.1. Cơng nghệ lị than phun .............................................................. 10
1.2.2. Cơng nghệ lị đốt tầng sơi tuần hồn ........................................... 11
1.3. Các công nghệ thải xỉ phổ biến............................................................... 12
1.3.1. Giới thiệu chung ......................................................................... 12
1.3.2. Hệ thống thải xỉ đáy lò ................................................................ 13
1.3.3. Hệ thống thải tro bay................................................................... 16
1.3.4. Hệ thống thải tro xỉ tới bãi xỉ hoặc các hộ tiêu thụ ...................... 18
1.4. Kết luận chương 1 .................................................................................. 20
CHƯƠNG 2. CÁC ỨNG DỤNG CỦA TRO XỈ VÀ TIỀM NĂNG TIÊU
THỤ, SỬ DỤNG TRO XỈ ................................................................................... 21
2.1. Các quy định về sử dụng và tiêu thụ tro xỉ của các nước trên thế giới ..... 21
2.1.1. Austrailia .................................................................................... 21
2.1.2. Canada ........................................................................................ 22
2.1.3. Trung Quốc ................................................................................. 23
2.1.4. Liên minh Châu Âu ..................................................................... 24
2.1.5. Nhật Bản ..................................................................................... 25
2.2. Tổng quan về công tác xử lý tro xỉ của các NMNĐ ở Việt Nam ............. 26
2.3. Các ứng dụng của tro xỉ đã và sẽ thực hiện ở Việt nam .......................... 29
2.3.1. Sử dụng tro xỉ làm phụ gia trong công nghệ sản xuất xi măng..... 29
2.3.2. Khả năng tiêu thụ của tro xỉ cho công nghệ sản xuất gạch ........... 32
2.3.3. Khả năng sử dụng tro xỉ làm vật liệu xây dựng và các nhu
cầu khác .................................................................................................... 35

ii


2.3.4. Nghiên cứu gia cố nền đường yếu ............................................... 38
2.3.5. Nghiên cứu sử dụng tro làm bê tông đường bê tông xi măng ....... 40

2.3.6. Sử dụng tro xỉ cho các nhu cầu khác ........................................... 41
2.4. Quy hoạch phát triển sản xuất vật liệu xây dựng của Việt Nam .............. 41
2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................. 42
CHƯƠNG 3. CÁC CÔNG NGHỆ PHÂN LY CÁC BON CHƯA CHÁY
HẾT TRONG TRO XỈ TRÊN THẾ GIỚI VÀ LỰA CHỌN ÁP DỤNG Ở
VIỆT NAM .......................................................................................................... 44
3.1. Tổng quan .............................................................................................. 44
3.2. Đặc tính của tro xỉ các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam .......................... 44
3.3. Các công nghệ tách các bon chưa cháy trong tro bay .............................. 45
3.3.1. Cơng nghệ phân ly cơ khí (Classification) ................................... 45
3.3.2. Công nghệ tuyển nổi (Froth flotation) ......................................... 48
3.3.3. Công nghệ phân ly tĩnh điện ma sát (Triboelectricstatic
separation) ................................................................................................ 55
3.4. Lựa chọn công nghệ và phương án xử lý tro xỉ ....................................... 64
3.4.1. Mục tiêu lựa chọn công nghệ và phương án xử lý ....................... 64
3.4.2. Yêu cầu....................................................................................... 64
3.4.3. Tổng hợp các công nghệ xử lý tro bay trình bày trên ................... 64
3.4.4. Lựa chọn cơng nghệ xử lý tro bay ....................................................... 65
3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................. 66
CHƯƠNG 4. TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ TRO XỈ
NMNĐ HẢI PHỊNG........................................................................................... 67
4.1. Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý tro xỉ cho NMNĐ Hải Phòng .............. 67
4.1.1. Giới thiệu tổng quan về NMNĐ Hải Phòng................................. 67
4.1.2. Thiết kế hệ thống phân ly các bon trong tro bay áp dụng cho
NMNĐ Hải Phòng .................................................................................... 67
4.2 Kết luận chương 4 ................................................................................... 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 82
1. Thực tiễn của Đề tài .................................................................................. 82
2. Kiến nghị .................................................................................................. 82
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo của Đề tài...................................................... 82

PHỤ LỤC

iii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu
q

Điện tích trên hạt

CD

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

A

Khối lượng riêng của khơng khí

S

Diện tích bề mặt nhơ ra của hạt.



Vận tốc tức thời của hạt.

m

Khối lượng của hạt.

g

Gia tốc trọng trường.



Vec tơ vị trí hạt

r

F

Lực điện trường

E

Cường độ điện trường

Từ viết tắt
QHĐVII

Tổng sơ đồ quy hoạch điện VII

NMNĐ

Nhà máy nhiệt điện

MKN

Mất khi nung

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Tiến độ phát triển các NMNĐ Đốt than theo QHĐ VII điều chỉnh........... 7
Bảng 2.1: Đặc tính tro bay quy định bởi tiêu chuẩn AS 3582 ................................. 21
Bảng 2.2: Đặc tính tro bay theo tiêu chuẩn CAS 3001 ........................................... 22
Bảng 2.3: Quy định đặc tính tro xỉ cho sử dụng trong xi măng của Trung
Quốc...................................................................................................................... 24
Bảng 2.4: Đặc tính của tro bay theo tiêu chuẩn EN 450 của Liên minh Châu
Âu ......................................................................................................................... 24
Bảng 2.5: Đặc tính của tro bay theo tiêu chuẩn JIS A6201 ..................................... 25
Bảng 2.6: Hiện trạng tiêu thụ tro xỉ của các NMNĐ ở Việt Nam ........................... 26
Bảng 3.1: Danh sách các nhà máy xử lý tro bay bằng công nghệ phân ly tĩnh
điện [13] ................................................................................................................ 60
Bảng 3.2: Tổng hợp và so sánh các công nghệ xử lý tro bay .................................. 64
Bảng 4.1: Lượng than tiêu thụ trung bình của nhà máy ở chế độ định mức ............ 68
Bảng 4.2: Lượng tro bay, xỉ thải ra hàng năm của nhà máy ở chế độ định mức...... 68
Bảng 4.3: Danh mục các thiết bị chính .................................................................. 73
Bảng 4.4: Các thống số nguyên vật liệu đầu vào và ra dự kiến ............................... 75

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Thống kế công suất đặt, lượng than tiêu thụ, lượng tro xỉ thải ra của
các NMNĐ đốt than giai đoạn 2007-2015................................................................ 7

Hình 1.2: Tiến độ phát triển các NMNĐ đốt than theo QHĐ VII điều chỉnh ............ 8
Hình 1.3: Lị hơi đốt than phun (NMNĐ Phả Lại).................................................. 10
Hình 1.4: Mơ hình lị hơi tầng sơi tuần hồn .......................................................... 12
Hình 1.5: Sơ đồ điền hình của một nhà máy nhiệt điện đốt than............................. 13
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống thải xỉ kiểu ướt NMNĐ Hải Phịng ................................ 14
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống thải xỉ khơ ..................................................................... 15
Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống thải xỉ dùng băng tải xích............................................... 16
Hình 1.9.: Hệ thống thải tro bay (Hút chân khơng) ................................................ 17
Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống thải tro bay điển hình (kết hợp chân khơng và khí
nén) ....................................................................................................................... 18
Hình 2.1: Sơ đồ sản xuất xi măng điển hình (Nhà máy xi măng Nghi Sơn) ............ 29
Hình 2.2: Sơ đồ cơng nghệ dây chuyền sản xuất xi măng (Nhà máy xi măng
Nghi Sơn) .............................................................................................................. 30
Hình 3.1: Bộ phân ly (Air classifier) ...................................................................... 46
Hình 3.2: Sơ đồ ngun lý cơng nghệ phân ly khí .................................................. 47
Hình 3.3: Hệ thống phân ly khí nhiều tầng (nguồn: Cơng ty Techno
Enterprise) ............................................................................................................. 48
Hình 3.4: Bể tuyển nổi........................................................................................... 49
Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ tuyển nổi và cô đặc ..................................................... 51
Hình 3.6: Thiết bị tuyển nổi ................................................................................... 52
Hình 3.7: Hệ thống hút ẩm băng tải chân không (Vacuum belt filter) .................... 53
Hình 3.8: Sơ đồ ngun lý của lị sấy cánh vẩy ...................................................... 54
Hình 3.9: Sơ đồ sấy tro bay ................................................................................... 55
Hình 3.10: Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân ly tĩnh điện ma sát ................. 56
Hình 3.11: Sơ đồ biểu diễn trường điện từ giữa các tấm nghiêng [11].................... 58
Hình 3.12: Sơ đồ phân ly 3 dịng ........................................................................... 59
Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý tách tĩnh điện [12]...................................................... 62
Hình 3.14: Sơ đồ cơng nghệ bộ phân ly bằng tĩnh điện STI (Separation
technology, 2009) .................................................................................................. 62
Hình 3.15: Bộ phân ly tĩnh điện [12] ..................................................................... 63

vi


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

vii


MỞ ĐẦU
Lý do lựa chọn đề tài
Tro, xỉ nhiệt điện là sản phẩm phụ của các NMNĐ sử dụng nhiên liệu rắn là
than. Tuỳ theo công nghệ đốt mà lượng tro, xỉ thải ra ở các NMNĐ có khác nhau.
Tuy nhiên, thống kê cho thấy lượng tro xỉ thải ra tương ứng với 1 MW điện vào
khoảng 400 – 1600 tấn/năm. Trong đó, tuỳ thuộc vào cơng nghệ đốt, lượng tro bay
chiếm khoảng 50 – 85%, lượng xỉ đáy lò chiếm khoảng 15 – 50%.
Theo Quyết định số 428/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 18/3/2016
phê duyệt điều chỉnh quy hoạch điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến
năm 2030 (QHĐVII điều chỉnh) [2]. Đến năm 2020, tổng công suất khoảng
26.000MW tiêu thụ khoảng 63 triệu tấn than; đến năm 2025 tổng công suất khoảng
47.600MW tiêu thụ khoảng 97 triệu tấn than; năm 2030 tổng công suất khoảng
55.300MW tiệu thụ khoảng 129 triệu tấn than.
Như vậy, khối lượng tro xỉ thải ra rất nhiều, hiện nay phần lớn tro xỉ thải ra
các bãi thải xỉ của các NMNĐ sau đó chơn cất, điều này gây ra lãng phí và ảnh
hưởng đến môi trường, chỉ một phần rất nhỏ được tái xử dụng làm phụ gia xi măng
hoặc vật liệu xây dựng.
Nguyên nhân chính của việc chưa tái sử dụng được khối lượng lớn tro xỉ chủ
yếu là hàm lượng các bon chưa cháy hết (còn gọi là hàm lượng mất khi nung-MKN)

trong tro xỉ cao hơn yêu cầu/tiêu chuẩn. Ngoài ra, nhà nước cũng chưa ban hành đầy
đủ các cơ chế, chế tài đủ mạnh để hướng dẫn sử dụng tro xỉ làm vật liệu phối trộn xi
măng hoặc sử dụng làm vật liệu xây dựng. giao thông. Điều này dẫn đến việc tái xử
dụng tro còn bị hạn chế.
Theo Quyết định 1696/QĐ-TTg ngày 23/09/2014 và 452/QĐ-TTg ngày
12/4/2017 của Thủ tướng Chính phủ về một số giải pháp thực hiện xử lý tro, xỉ,
thạch cao của các Nhà máy Nhiệt điện, nhà máy hóa chất, phân bón để làm nguyên
liệu sản xuất vật liệu xây dựng. Các NMNĐ phải xây dựng các giải pháp thực hiện
xử lý tro xỉ. Theo các kết quả phân tích mẫu tro, xỉ của một số NMNĐ đang vận
hành ghi nhận các chỉ số phân tích thành phần của tro xỉ đều đáp ứng tiêu chuẩn
làm vật liệu xây dựng tuy chỉ có chỉ số hàm lượng các bon chưa cháy hết (MKN)
1


trong tro xỉ cao hơn giới hạn cho phép vì vậy giải pháp chủ yếu là xử lý hàm lượng
MKN trong tro xỉ đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn thì tro xỉ có thể được tái xử dụng với
khối lượng lớn.
Ở Việt Nam, ngay từ khi mới có dây chuyền 1 nhà máy nhiệt điện Phả Lại, đã
có nhiều cơng trình nghiên cứu tích chứa và tái sử dụng tro xỉ nhiệt điện được triển
khai. Tuy nhiên, lượng tro xỉ thực tế được tái sử dụng ở nước ta còn rất hạn chế.
Trong khi đó ở trên thế giới các nước phát triển như Mỹ, Nhật và Tây Âu tỷ lệ tái sử
dụng tro xỉ là rất lớn, hầu như các nhà máy ở các nước phát triển bãi chứ tro xỉ chỉ
là bãi chứa tạm thời, tro xỉ được tái sử dụng làm vật liệu xây dựng, phụ gia xi măng
và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như làm kè biển, làm lớp lót đường. Ở các
nước như Mỹ, Nhật do chất lượng than dùng cho các NMNĐ chủ yếu là than Bitum
hoặc á bitum có chất lượng tốt, độ tro trong than ít, cơng nghệ đốt hiện đại nên hàm
lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ nhỏ. Do vậy, tro xỉ có thể tái xử dụng trực
tiếp mà không cần xử lý thêm, tuy nhiên vẫn nhiều nhà máy áp dụng thêm công
nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết xuống mức thấp nhất theo yêu cầu
tạo cạnh tranh trên thị trường tro xỉ.

Ở trên thế giới đã áp dụng rộng rãi một số công nghệ phổ biến để phân ly hàm
lượng các bon chưa cháy hết như: Công nghệ phân ly tro xỉ bằng tĩnh điện (ST
Tribo-Electrostatic separation), công nghệ tuyển nổi (Froth flouration separation),
công nghệ phân ly trọng lượng (Gravity Separation).
Để hiểu rõ hơn các công nghệ phân ly các bon trong tro xỉ trên thế giới và lựa
chọn công nghệ phù hợp để áp dụng vào Việt Nam, tác giả tập trung vào nghiên cứu
công nghệ, ưu nhược điểm của mỗi công nghệ để đưa ra các kiến nghị, lựa chọn áp
dụng vào Việt Nam nhằm xử lý tro xỉ đáp ứng các tiêu chuẩn về phụ gia làm vật
liệu xây dựng góp phần tái xử dụng tro xỉ, giảm ô nhiễm môi trường nâng cao lợi
nhuận cho nhà đầu tư, giải quyết công ăn việc làm cho người lao động, tạo niềm tin
cho người dân đối với tro xỉ thải ra của các NMNĐ.
Lịch sử nghiên cứu
Trên thế giới, từ lâu người ta đã tuyển tro bay để lấy than tuyển đưa sử dụng
lại, lấy tro tuyển dùng làm vật liệu xây dựng.
2


Ở Việt Nam, tại các nhà máy điện như Yên Phụ (Hà Nội), Cao Ngạn (Thái
Nguyên), Việt Trì (Phú Thọ), Đạm Hà Bắc (Bắc Giang) và Ninh Bình – do lượng
than chưa cháy hết trong tro xỉ còn cao, nhiệt cháy của tro cịn đến 3000÷4000
kCal/kg; người dân địa phương đã khai thác tro xỉ, dùng sàng thủ công tách phần
than sót để nung gạch, nung vơi và làm chất đốt dân dụng (than quả bàng). Tro xỉ
còn lại được trộn lẫn với bùn làm chất dính để sử dụng trực tiếp, hoặc thêm vơi để
đóng gạch xỉ.
Những năm 80 của thế kỷ trước, Công ty Điện lực 1 kết hợp với Bộ mơn
Tuyển Khống, Trường Đại học MỏĐịa chất đã nghiên cứu và tuyển tro xỉ ở Nhà
máy nhiệt điện Cao Ngạn (Thái Nguyên) và nhiệt điện Phả Lại (Hải Dương).
Nghiên cứu chỉ tiến hành ở phịng thí nghiệm và quy mô dây chuyền tuyển chỉ gồm
4 ngăn máy thể tích nhỏ (ở Cao Ngạn, Phả Lại và Đức Giang). Khi đó, mục tiêu
nghiên cứu chỉ là để thu lại lượng than chưa cháy hết còn lẫn trong tro xỉ. Do đó, đã

hạn chế khả năng triển khai ứng dụng ở quy mô công nghiệp.
Đầu những năm 90, Liên hiệp các Xí nghiệp xi măng áp dụng kết quả nghiên
cứu của đề tài 26A-07-01 về “Nghiên cứu sử dụng tro xỉ nhiệt điện Phả Lại làm phụ
gia sản xuất xi măng”, nhóm kỹ sư tuyển khống (Chi hội Tuyển khoáng khoá 7)
nghiên cứu thiết kế và xây lắp dây chuyền tuyển tro xỉ của Nhà máy Nhiệt điện Phả
Lại có cơng suất 80.000 tấn/năm (tính theo tro tuyển). Ngày 25/3/1993, 1200 tấn xỉ
tuyển đầu tiên đã được vận chuyển về nhà máy xi măng Hoàng Thạch để đưa vào
sản xuất. Sau đó, Bộ Xây Dựng đã quyết định cho phép sử dụng phụ gia tro xỉ Phả
Lại vào sản xuất xi măng ở các nhà máy xi măng lò quay Hồng Thạch, Bỉm Sơn và
Hải Phịng. Tỷ lệ pha trộn không quá 15 %, với điều kiện phụ gia tro xỉ Phả Lại
phải đảm bảo yêu cầu hàm lượng MKN (than chưa cháy) < 11%. Hàm lượng MKN
càng thấp thì phản ứng hình thành cường độ càng nhanh và cường độ của chất liên
kết đạt được càng cao.
Từ năm 1997, đáp ứng yêu cầu sử dụng tro tuyển để sản xuất bê tông khối lớn
trong xây dựng các đập thuỷ lợi, cơng trình thuỷ điện và một số cơng trình xây dựng
dân dụng khác, xưởng tuyển này đã cung cấp hàng chục ngàn tấn tro tuyển đạt yêu
cầu (có hàm lượng MKN < 6%, độ ẩm Wa < 3%) sử dụng cho các cơng trình như
3


đập Bái Thượng (Thanh Hoá), đập Tân Giang (Ninh Thuận), đâp Lịng Sơng (Bình
Thuận).
Năm 2006, Cơng ty cổ phần Bắc Sơn và Công ty cổ phần Cao Cường thực
hiện 02 dự án xây dựng xưởng tuyển tro xỉ Phả Lại tại hồ Bình Giang. Các xưởng
này hiện đang hoạt động với công suất 5.000 – 6.000 tấn/tháng sản phẩm tro tuyển.
Nguồn nguyên liệu của các xưởng này là tro xỉ của hồ chứa thải Bình Giang,
NMNĐ Phả Lại.
Năm 2007, Ban Quản lý cơng trình Thuỷ điện Sơn La đã xây dựng xưởng
tuyển liền kề với nhà máy nhiệt điện Phả Lại II, có cơng suất 10.000 tấn/tháng. Đầu
năm 2008 xưởng này đã đưa vào hoạt động. Nguồn nguyên liệu là tro bay, lấy trực

tiếp từ xilô của nhà máy nhiệt điện Phả Lại II.
Năm 2008, Công ty phụ gia bê tông Phả Lại (PHALAMI), đã xây dựng xưởng
tuyển tro bay nhiệt điện Phả Lại có cơng suất 5.000 tấn/tháng. Tháng 8-2009, chính
thức đưa vào hoạt động. Nguồn nguyên liệu của xưởng tuyển này cũng lấy trực tiếp
từ xilo của nhà máy nhiệt điện Phả Lại II.
Cuối năm 2009, Công ty cổ phần Nhiệt điện Ninh Bình đã tiến hành đầu tư
xây dựng xưởng tuyển tro xỉ, công suất 20.000 tấn/năm. Tháng 9/2011 xưởng đã
khởi động vận hành. Nguồn nguyên liệu là tro xỉ lưu giữ tại bãi thải số 1, gần kề
NMNĐ Ninh Bình.
Năm 2010, NMNĐ Cạo Ngạn đã đưa vào dây chuyền đóng gạch sử dụng tro
xỉ của nhà máy với công suất khoảng 20 triệu viên/năm.
Năm 2011, tại nhà máy Nhiệt điện ng Bí đã tiến hành thi công xưởng tuyển
tro xỉ với công suất 50.000 tấn/năm [3].
Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu các cơng nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro
xỉ;
Đề xuất ứng dụng công nghệ phù hợp nhất với từng NMNĐ đốt than ở Việt
Nam.

4


Đối tượng nghiên cứu:
Các công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ
Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu bằng lý thuyết các công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa
cháy hết trong tro xỉ.
Tóm tắt cơ đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả
Đề tài tập trung nghiên cứu tình hình phát triển các NMNĐ ở Việt Nam, các

cơng nghệ lò hơi và thải tro xỉ ở Việt Nam, ứng dụng tro xỉ của các nước trên thế
giới, các công nghệ phân ly các bon chưa cháy hết trong tro xỉ.
Tác giả đã đưa ra được các ưu nhược điểm của các công nghệ phân ly các bon
chưa cháy hết trong tro xỉ, để xuất ứng dụng từng công nghệ vào xử lý tro xỉ của
từng NMNĐ. Tác giả đã tính tốn và thiết kế sơ bộ cho một dự án.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu bằng lý thuyết và kiểm tra các số liệu thực nghiệm
đã thực hiện trên thế giới.
Nội dung của luận văn gồm:
Mở đầu
Chương 1: Các cơng nghệ lị hơi và thải tro xỉ trong các NMNĐ ở Việt Nam.
Chương 2: Các ứng dụng của tro xỉ và khả năng tiêu thụ.
Chương 3: Các công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro
xỉ trên thế giới, và lựa chọn áp dụng ở Việt Nam.
Chương 4: Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý tro xỉ cho NMNĐ Hải Phòng
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo
Phụ lục.

5


CHƯƠNG 1. CÁC CƠNG NGHỆ LỊ HƠI VÀ THẢI TRO XỈ TRONG CÁC
NMNĐ Ở VIỆT NAM

1.1. Tình hình phát triển các NMNĐ ở Việt Năm từ năm 2006 đến 2015 có
xét đến năm 2025 có xét đến năm 2030
Theo Quyết định số 110/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày
18/7/2007 phê duyệt tổng sơ đồ phát triển điện lực Quốc gia gian đoạn 2006 -2015
có xét đến năm 2025 [1]. Năm 2007 công suất của NMNĐ đốt than tăng thêm

100MW khi NMNĐ Cao Ngạn đi vào vận hành. Năm 2008 công suất của NMNĐ
đốt than tăng thêm 520 MW, năm 2009 công suất của NMNĐ đốt than tăng thêm
1750MW, năm 2010 công suất của NMNĐ đốt than tăng thêm 1720MW, năm 2011
công suất của NMNĐ đốt than tăng thêm 3500MW, năm 2012 công suất của
NMNĐ đốt than tăng thêm 3800 MW , năm 2013 công suất của NMNĐ đốt than
tăng thêm 4800 MW, năm 2014 công suất của NMNĐ đốt than tăng thêm
4200MW, năm 2015 công suất của NMNĐ đốt than tăng thêm 5200MW. Tuy
nhiên, trong giai đoạn từ năm 2006 đến 2015 do khủng hoảng kinh tế thế giới đã
ảnh hưởng đến Việt Nam dẫn đến nhiều NMNĐ chậm tiến độ hoặc chưa triển khai
theo đúng QHĐ VI, nhưng trong giai đoạn này thì trên cả nước tổng cơng suất của
NMNĐ đốt than cũng tăng rất nhanh trong đó có một số nhà máy điển hình như
NMNĐ Hải Phịng 1200MW, NMNĐ Quảng Ninh 1200MW, NMNĐ ng Bí Mở
Rộng 1 và 2. Sau năm 2010 tổng công suất của các NMNĐ đốt than đã vận hành
khoảng 3165MW, sau năm 2015 tổng công suất của các NMNĐ đốt than đã vận
hành vào khoảng 9615 MW tiêu thụ khoảng 25,894 triệu tấn than thải ra khoảng
8,145 triệu tấn tro xỉ.
Qua hình 1.1, ta thấy rằng trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2015, Tổng
công suất đặt của các NMNĐ đốt than đã tăng lên gấp 3 lần, tương đương lượng
than tiêu thụ và lượng tro xỉ thải ra cũng tăng gấp 3 lần. Lượng tro xỉ thải ra của các
NMNĐ đốt than tính đến năm 2015 khoảng 8.415 nghìn tấn tro xỉ trong khi đó tái
sử dụng chỉ chiếm khoảng 20%, trong đó chỉ là sử dụng nhỏ lẻ chưa có quy mơ
cơng nghiệp, điều này rất lãng phí và gây ơ nhiễm môi trường.
6


Hình 1.1: Thống kế cơng suất đặt, lượng than tiêu thụ, lượng tro xỉ thải ra của
các NMNĐ đốt than giai đoạn 2007-2015
Ngoài ra, theo quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có
xét đến năm 2030 [2] được thủ tướng chính phủ phê duyệt ngày 18 tháng 3 năm
2016. Trong QHĐ VII điều chỉnh, đến năm 2020 tổng công suất điện khoảng

26.000MW, tiêu thụ khoảng 63 triệu tấn than. Như vậy, so với năm 2015 tổng công
suất đặt của các NMNĐ đốt than tăng gấp khoảng 3 lần, đến năm 2025 tổng công
suất khoảng 47.600 MW, tiêu thụ khoảng 90 triệu tấn than, đến năm 2030 tổng công
suất khoảng 55.300 MW tiêu thụ khoảng 129 triệu tấn than.
Bảng 1.1: Tiến độ phát triển các NMNĐ Đốt than theo QHĐ VII điều chỉnh
Năm

2020

2025

2030

Công suất (MW)

26000

47600

55300

Than tiêu thụ (1000 tấn)

63000

90000

129000

Tro xỉ thải ra (1000 tấn) (*)

13720

17770

23620

Ghi chú (*) lượng tro xỉ dự tính theo chất lượng than cung cấp cho các
NMNĐ đốt than.

7


Hình 1.2: Tiến độ phát triển các NMNĐ đốt than theo QHĐ VII điều chỉnh
Qua bảng 1.1, tính đến năm 2020 các NMNĐ đốt than ở Việt Nam thải ra
khoảng 13,72 triệu tấn tro xỉ, năm 2025 khoảng 17,77 triệu tấn và năm 2030 khoảng
23,62 triệu tấn. Để tái sử dụng khối lượng lớn tro xỉ thải ra làm vật liệu xây dựng,
phụ gia xi măng, vật liệu xây dựng cầu đường là rất cần thiết, giảm diện tích chiếm
đất của các bãi thải xỉ, giảm thiểu tác động xấu đến môi trường.
Tuy nhiên, để tái sử dụng được tro xỉ làm vật liệu xây dựng và các ứng dụng
khác, một chỉ tiêu quan trọng là hàm lượng các bon chưa cháy hết (MKN) phải nhỏ
hơn giá trị quy định của tro xỉ làm vật liệu xây dựng.
Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, nhiều công nghệ đốt than trong lò
hơi của các NMNĐ đốt than đã được cải tiến nâng cao hiệu suất cháy, giảm hàm
lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ xuống. Với các NMNĐ đốt than sử dụng
than nhập khẩu loại bitum hoặc/và á bitum từ Australisa và Inđônêsia hàm lượng
các bon chưa cháy hết trong tro xỉ có thể nhỏ hơn 6% (phần trăm khối lượng) do
loại than nhập khẩu có chất lượng tốt (hàm lượng chất bốc cao dễ cháy, hàm lượng
tro xỉ trong than thấp, dễ nghiền) tro xỉ có thể được xử dụng ngay mà khơng cần
8

phải xử lý thêm. Tuy nhiên với các NMNĐ đốt than hiện nay và trong thời gian tới
đi vào vận hành sử dụng than anthraxit trong nước do than trong nước có chất lượng
xấu (hàm lượng chất bốc thấp khó cháy, hàm lượng tro xỉ trong than cao, khó
nghiền). Vì vậy, hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ cao (ví dụ NMNĐ
Hải Phịng hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro dao động từ 15-20%) dẫn
đến việc tái sử dụng khó khăn. Vì vậy, cần phải phân ly hàm lượng các bon chưa
cháy hết trong tro xỉ để đảm bảo tro xỉ đạt tiêu chuẩn quy định làm vật liệu xây
dựng.
Hiện tại, trên thế giới đã có một số cơng nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa
cháy hết trong tro xỉ đặt hiệu quả cao được ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên, ở Việt
Nam công nghệ phân ly hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ còn hạn chế,
hoạt động chưa hiệu quả. Vì vậy, cần thiết phải nghiên cứu các cơng nghệ phân ly
hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ trên thế giới để hiểu rõ ràng về công
nghệ và hiệu quả, hiệu suất để lựa chọn ứng dụng vào Việt Nam.

9


1.2. Các cơng nghệ lị hơi phổ biến ở Việt Nam
1.2.1. Cơng nghệ lị than phun

Hình 1.3: Lị hơi đốt than phun (NMNĐ Phả Lại)
Than được nghiền mịn đến kích cỡ theo yêu cầu, sau đó được gió cấp 1 đưa
vào buồng lửa qua vòi đốt, trong buồng lửa hạt than được hồ trộn với khơng khí
cấp và cháy trong không gian buồng lửa, trong tương lai công nghệ này vẫn sẽ là
một lựa chọn ưu thế cho các NMNĐ. Hiệu suất phát điện dự kiến sẽ tăng lên
khoảng 50-53% vào năm 2020 và 55% vào năm 2050. Với công nghệ đốt than phun
xỉ đáy lò chiếm khoảng 10-20%, tro bay chiếm khoảng 80-90%. Các NMNĐ ở Việt

Nam đang áp dụng cơng nghệ này: NMNĐ Phả Lại, NMNĐ ng Bí, NMNĐ Nình
Bình, NMNĐ Quảng Ninh, NMNĐ Hải Phịng, NMNĐ Vĩnh Tân 1, NMNĐ Duyên
Hải 1 và một số nhà máy khác.

10


1.2.2. Cơng nghệ lị đốt tầng sơi tuần hồn
Lị hơi tầng sơi tuần hồn (Circulating Fluidized Bed Boiler - CFB Boiler)
được phát triển từ những năm 70 của thế kỷ trước. Cơng nghệ lị hơi tuần hồn áp
dụng ngun lý “hóa lỏng” các hạt than. Than được nghiền đến kích thước phù hợp
sẽ được đưa vào buồng đốt, tại đây các hạt than được gió thổi bùng lên từ đáy buồng
đốt và hạt than sẽ ở trạng thái lơ lửng trong khi cháy (trạng thái sơi). Gió tạo q trình
sơi được cấp từ đáy buồng đốt qua các vòi phun (nấm gió) đặt trên thiết bị phân phối
gió (ghi phân phối) ở đáy buồng đốt. Lị hơi lớp sơi tuần hồn được đặc trưng bởi tốc
độ trượt giữa gió và hạt than cao và sự hoà trộn của các hạt rắn trong buồng đốt rất
mãnh liệt. Tốc độ trượt cao sẽ thúc đẩy tốc độ truyền chất và do đó nâng cao tốc độ
phản ứng oxi hố (có nghĩa là nâng cao tốc độ cháy nhiên liệu) và cũng nâng cao khả
năng khử lưu huỳnh trong buồng đốt. Khả năng hoà trộn mãnh liệt đủ để nhiên liệu
và các sản phẩm cháy hồ trộn với khơng khí cháy và các chất khử khí phát thải.
Trong buồng đốt lị lớp sơi tuần hồn, gió có tốc độ cao (khoảng 4,5 – 5m/s) sẽ nâng
các hạt rắn lên cao phía trên ghi, q trình cháy được thực hiện trong tồn khơng gian
buồng đốt với sự chuyển động mạnh mẽ của các hạt rắn, sản phẩm cháy được đưa
qua hệ thống phân ly (cyclone) để phân ly các hạt than chưa cháy hết trong khói và
đưa trở lại buồng đốt để cháy tiếp tạo vịng tuần hồn cho đến khi than cháy kiệt mới
thải ra ngồi [5].
Sự khác biệt của lị hơi tầng sơi tuần hồn với lị than phun là than đốt trong lị
tầng sơi có kích thước lớn hơn và được đốt cùng chất hấp thụ lưu huỳnh (đá vôi)
trong buồng lửa. Công nghệ này cho phép đốt các nhiên liệu chất lượng xấu và chất
lượng thay đổi trong khoảng rộng, nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao. Các lị hơi

tầng sơi tuần hồn hiện nay cơng suất đã đạt tới trên 500 MW (Nhà máy nhiệt điện
Mông Dương 1 cơng suất lị là 540MW). Với cơng nghệ lị hơi tầng sơi tuần hồn
khối lượng xỉ đáy lị chiểm khoảng 40-50% và tro bay chiếm khoảng 50-60%. Các
nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam đang áp dụng loại lò này: NMNĐ Na Dương, NMNĐ
Cao Ngạn, NMNĐ Mạo Khê, NMNĐ Cẩm Phả, NMNĐ An Khánh, NMNĐ Thăng
Long, NMNĐ Hải Dương, NMNĐ Nam Định, NMNĐ Mông Dương 1 và một số nhà
máy khác.
11


Hình 1.4: Mơ hình lị hơi tầng sơi tuần hồn
1.3. Các công nghệ thải xỉ phổ biến
1.3.1. Giới thiệu chung
Tro xỉ trong NMNĐ đốt than được chia ra làm 2 loại điển hình: Xỉ đáy lị và
tro bay, xỉ đáy lò được thu gom ở phễu đáy lò hơi, tro bay được thu gom từ phễu bộ
hâm nước, bộ sấy khơng khí và bộ lọc bụi tĩnh điện. Sự khác biệt lớn nhất giữa xỉ
và tro bay là kích thước của các hạt, hạt xỉ đáy lị có kích thước lớn hơn hạt tro bay.
Phụ thuộc vào công nghệ đốt khác nhau mà phần trăm khối lượng của xỉ và tro
khác nhau, lị hơi tầng sơi tuần hồn tỷ lệ phần trăm khối lượng xỉ dao động 40-50%
và tro dao động 50-60%, lò hơi đốt than phun tỷ lệ phần trăm khối lượng xỉ dao
động 10-20% và tro dao động 80-90%.

12


Hình 1.5: Sơ đồ điền hình của một nhà máy nhiệt điện đốt than
Về tổng thể, hệ thống vận chuyển và thải tro xỉ của nhà máy điện bao gồm các
hệ thống phụ sau:
-

Hệ thống thải xỉ đáy lò;

-

Hệ thống thải tro bay;

-

Hệ thống vận chuyển tro xỉ trung gian;

-

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

1.3.2. Hệ thống thải xỉ đáy lò
Tuỳ thuộc vào cơng nghệ đốt và đặc tính của xỉ, hệ thống thải xỉ đáy lị phổ
biến gồm 2 cơng nghệ sau: Hệ thống thải xỉ khô và hệ thống thải xỉ ướt.
Công nghệ thải xỉ thủy lực (ướt):
Nước sẽ được dùng để vận chuyển xỉ, xỉ đáy lò sẽ rơi vào phễu thuyền xỉ ở
đáy buồng lửa ngập trong nước, tại đây xỉ sẽ được nghiền nhỏ đến kích cỡ phù hợp
bằng mày nghiền kiểu trục vít và được bơm ejectơ cao áp (jet pump) đẩy tới bể bùn
xỉ, từ bể bùn xỉ, xỉ hỗn hợp với tro bay và được bơm thải xỉ thải ra ngồi bãi xỉ.
Cơng nghệ thải xỉ thuỷ lực gồm các thiết bị chính như sau:
- Phễu thuyền xỉ đáy lò.
- Máy nghiền xỉ trục vít.
- Bơm ejectơ thuỷ lực
- Hệ thống cấp nước và đường ống

13

Một số NMNĐ áp dụng phương pháp thải thủy lực: NMNĐ Phả Lại, Hải
Phịng, ng Bí, Quảng Ninh.

1. Phễu xỉ đáy lị

2. Máy nghiền xỉ trục vít

3. Bơm tống xỉ

4. Bơm xả tràn

5. Bơm cấp nước thải xỉ

6. Bơm cấp nước

7. Bơm thải tro xỉ

8. Bơm nước thải

9. Máy khuấy

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống thải xỉ kiểu ướt NMNĐ Hải Phịng
Phương pháp thải xỉ khơ:
Xỉ đáy lị được làm mát trong bộ làm mát xỉ bằng khơng khí hoặc nước. Sau
đó xỉ được vận chuyển đến máy nghiền xỉ bằng băng tải xích. Xỉ sau khi nghiền
được vận chuyển đến si lo trung gian bằng vận thăng. Từ si lô trung gian xỉ được
vận chuyển đến silo chứa xỉ bằng khí nén.
Các thiết bị chính trong hệ thống thải xỉ đáy lò:
- Các van điều khiển thải xỉ.

- Bộ làm mát xỉ bằng khơng khí hoặc nước.
- Băng tải vận chuyển xỉ.
- Máy nghiền xỉ.
- Vận thăng.
- Si lô trung gian.
14


- Si lơ xỉ đáy lị.

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống thải xỉ khơ
Hầu hết các NMNĐ cơng nghệ lị hơi tầng sơi tuần hồn áp dụng cơng nghệ
thải xỉ khơ do trong thành phần của xỉ đáy lị có thành phần CaO, CaSO4 do phun
đá vôi vào trong buồng lửa để khử lưu huỳnh nên không thể áp dụng công nghệ thải
xỉ thuỷ lực.
Các NMNĐ áp dụng công nghệ thải xỉ khô bao gồm: Cao Ngạn, Na Dương,
An Khánh, Cẩm Phả, Mạo Khê, Sơn Động và một số nhà máy khác.
Ngoài hai phương pháp thải xỉ phổ biến trên cịn có một cơng nghệ khác
cũng thường được áp dụng: Xỉ đáy lị sẽ rơi vào băng tải xích ngập nước, sau đó xỉ
được làm nguội và qua máy nghiền thơ sau đó xỉ được đưa vào si lơ xỉ trung gian
bằng băng tải, từ phễu si lô xỉ trung gian xỉ được thải ra ngồi bãi xỉ bằng ơtơ hoặc
được băng tải đưa qua silo chứa xỉ, từ si lơ chứa, xỉ được nghiền mịn sau đó vận
chuyển đến bể bùn xỉ bằng thuỷ lực từ bể bùn xỉ, xỉ sẽ được vận chuyển ra bãi xỉ
bằng phương pháp thuỷ lực. Một số NMNĐ áp dụng công nghệ này là NMNĐ
Vũng Áng và một số nhà máy khác.

15


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

1.3.3. Hệ thống thải tro bay
Hầu hết các NMNĐ đều áp dụng cơng nghệ thải tro khơ bằng khí nén hoặc hút
chân không, tro bay động lại tại các phễu của bộ lọc bụi tĩnh điện, bộ sấy không khí
và bộ hâm nước, bộ SCR được khí nén hoặc hút chân không đưa đến các si lô tro
bay trung gian cho từng tổ máy sau đó chuyển đến si lo dự trữ tro bay chung cho cả
nhà máy. Có hai phương pháp phổ biến để thải tro bay: Dùng hệ thống chân khơng
và dùng hệ thống khí nén.
Hệ thống hút chân không:
Các quạt hút chân không tạo chân không để vận chuyển tro bay từ các phễu
của bộ lọc bụi tĩnh điện, bộ sấy khơng khí và bộ hâm nước đến Silo tro bay. Khi tới
đỉnh silo, tro bay đi qua bộ lọc để tách tro bay ra khỏi dịng khơng khí. Phía trên
Silo bố trí cơ cấu khóa khí để xả tro xuống silo một cách liên tục mà không ảnh
hưởng đến sự làm việc của hệ thống chân khơng, nhờ đó hệ thống chân khơng có
khả năng rút tro bay liên tục mà không cần dừng trong lúc xả tro tại bộ lọc.

16