Bảng 4.9 Bảng phân tích
một số thành phần khí thải từ nhà máy nhiệt
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
điện
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------

VÕ TIẾN DŨNG

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA
Ở CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Ở VIỆT NAM,
ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ PHÙ HỢP CHO CÁC
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRONG TƢƠNG LAI
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS. ĐÀO QUỐC TÙY

Hà Nội- 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được xuất
phát từ yêu cầu phát sinh trong công việc để hình thành hướng nghiên cứu.
Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả trình
bày trong luận văn được thu thập từ quá trình nghiên cứu là trung thực chưa
từng được ai công bố trước đây.

1.1.1. Khái niệm than đá ................................................................................ 6
1.1.2. Giả thuyết về nguồn gốc thực vật ........................................................ 6
1.2. Trữ lƣợng và nhu cầu sử dụng than trên thế giới .......................................... 8

1.2.1. Trữ lượng than trên thế giới ................................................................ 8
1.2.2. Nhu cầu sử dụng than trên thế giới.................................................... 10
1.3. Trữ lƣợng và nhu cầu sử dụng than của Việt Nam...................................... 11

1.3.1. Trữ lượng than của Việt Nam............................................................ 11
1.3.2. Nhu cầu sử dụng than của Việt Nam ................................................. 13
CHƢƠNG II. CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐỐT THAN ĐƢỢC SỬ
DỤNG TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TẠI VIỆT NAM .................. 14
2.1. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điên sử dụng nguyên
liệu than đá............................................................................................................... 14
2.2. Các bộ phân chính của nhà máy điện ............................................................ 16

2.2.1. Cụm lò hơi ......................................................................................... 16


2.2.2. Máy phát ............................................................................................ 19
2.3. Các công nghệ đốt than trong nhà máy điện ................................................ 21

2.3.1. Công nghệ đốt than tầng chặt ............................................................ 21
2.3.2. Công nghệ đốt than tầng sôi .............................................................. 22
2.3.3. Công nghệ đối than phun................................................................... 25
2.4. Đánh giá các công nghệ đốt than hiện tại...................................................... 26

2.4.1. Hiệu quả kinh tế................................................................................. 26
2.4.2. Tác động môi trường ......................................................................... 27
CHƢƠNG III. KHÍ HÓA THAN ................................................................ 28

4.6.1. Phân tích nguồn nguyên liệu than trong nước ................................... 65
4.6.2. Đánh giá thực trạng ngành sản xuất điện sử dụng nguyên liệu than. 69
4.6.3. Lựa chon công nghệ phù hợp với như cầu sản xuất điện trong tương lai .. 73
4.6.4. Mô tả công nghệ Integrated Gasification Combined Cycle ( IGCC) 75
KẾT LUẬN .................................................................................................... 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 81


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

01

TÊN VIẾT
TÊN TIẾNG ANH
TẮT
ASU
Air separation unit

Bộ tách khí

02

AGR

Acid gas removal

Thiết bị loại bỏ khí axit

03


DLN

Dry low NOx

Khí NOx khô

07

HP

High pressure

Áp suất cao

08

HRSG

Heat recovery steam

Quy trình thu hồi nhiệt

Generator

cho máy phát tuabine hơi

09

HP


LHV

Lower heating value

Nhiệt trị thấp

14

PC

Pulverized coal-fired

Công nghệ đốt than phun

15

Syngas

synthetic gas produced by Khí tổng hợp được sản

16

17

IGCC

SCR

the gasification




DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần chất bốc than antraxit .............................................................27
Bảng 2.2 Kết quả khảo sát lượng khí thải của Nhà máy nhiệt điện xài nguyên liệu
than so với Nhà máy nhiệt điện sử dụng nguyên lieu dầu DO và khí. .....27
Bảng 3.1 Thông số thành phần kỹ thuật than ............................................................33
Bảng 3.2 Yêu cầu kỹ thuật với than thương mại ......................................................35
Bảng 3.3 Yêu cầu kỹ thuật của than tại các mỏ Than Hòn Gai - Cẩm Phả ..............36
Bảng 3.4 Sự biến đổi thành phần khí than ướt theo thời gian thổi gió lạnh .............48
Bảng 3.5 Sự thay đổi thành phần khí ở các pha ........................................................50
Bảng 3.6 Thành phần khí than khô đi từ than cốc và than nâu. ................................51
Bảng 4.1 Đặc điểm các công nghệ khí hóa ...............................................................57
Bảng 4.2 Bảng phân tích than Bùn............................................................................66
Bảng 4.3 Bảng phân tích than Nâu............................................................................67
Bảng 4.4 Bảng phân tích than Bitum. .......................................................................67
Bảng 4.5 Bảng phân tích than Antraxit .....................................................................68
Bảng 4.6 Bảng trử lượng các loại than......................................................................68
Bảng 4.7 Cơ cấu phát triển các Nhà máy Nhiệt điện than hiện tại và đến năm 2030 ..... 69
Bảng 4.8 Thống kê lượng xỉ than thải ra từ một số nhà máy nhiệt điện ...................72
Bảng 4.9 Bảng phân tích một số thành phần khí thải từ nhà máy nhiệt điện than
(công suất 200 MW ) ................................................................................72
Bảng 4.10 Ước tính tải lượng các chất ô nhiễm trong khí thải của các nhà máy nhiệt
điện than ..................................................................................................73
Bảng 4.11 Ước tính sản lượng điện sản xuất và nhu cầu nguyên liệu than cho giai
đoạn năm 2020 và năm 2030. ..................................................................74

Trang 2



Việt Nam ....................................................................................... 27
Biểu đồ 4.1 Kết quả so sánh khí thải giửa công nghệ IGCC và công nghệ đốt tầng
sôi tuần hòan .........................................................................................78

Trang 4


MỞ ĐẦU
Thế giới đang khai thác mạnh các nguồn năng lượng hóa thạch phục vụ
cho đời sống sinh hoạt, sản xuất của con người, như năng lượng than đá, năng
lượng dầu mỏ, khí gas....Tuy nhiên, các dạng năng lượng trên đều có hạn, có
khả năng dần dần cạn kiệt sau 50 năm tới, như vậy năng lượng hóa thạch về
lâu dài không thế đảm bảo về vấn đề an ninh năng lượng.
Tại Việt Nam, các nguồn hóa thạch đang dần cạn kiệt cùng với tốc độ
tiêu thụ điện năng gấp hai lần tăng trưởng GDP. Sản lượng điện cần đạt từ
329 đến 695 tỷ kWh với nhiệt điện than chiếm 46,8% trong cơ cấu nguồn năm
2020 và đến 2030 sẽ lên 56,4%. Ngoài tác động môi trường; do than nội địa
không đáp ứng đủ, hàng năm Việt Nam sẽ phải nhập khẩu từ 46,7 triệu tấn
(năm 2020) đến 157 triệu tấn (trong giai đoạn 2020 - 2030), điều này sẽ ảnh
hưởng lớn đến an ninh năng lượng quốc gia.
Để đáp ứng được nhu cầu nguyên liệu cho các nhà máy nhiệt điện trong
lộ trình phát triển kinh tế trong tương lai. Chúng ta cần cải tiến công nghệ để
tận dụng được nguồn nguyên liệu than sẵn có trong nước và sự dụng một cách
hiệu quả về kinh tế và trách thấp nhất gây ô nhiểm môi trường.
Trong những năm gần đây, người ta đã ứng dụng nhiều phương pháp đốt
và chuyển nhiên liệu than thành các dạng nhiên liệu khác rất có hiệu quả, nó
giảm thiểu được nguồn khí thải gây ô nhiễm môi trường, như chuyển than đá
thành nhiên liệu lỏng, rửa than...và đặc biệt là khí hoá than đá.
Luận văn này có mục đích phân tích và đánh giá hiệu quả kinh tế, các
ảnh hưởng môi trường của các công nghệ đốt than hiện tại ở các nhà máy

Sau đó, khi đầm lầy bị biển tràn ngập, than bùn bị vùi dưới những lớp trầm
tích. Qua những thời kỳ lâu dài, trầm tích phân rã thêm và dần khô và cứng

Trang 6


thành than nâu hay linhit. Khi có thêm những lớp trầm tích mới, nhiệt và áp
suất tăng cao, biến linhit thành than bitum (hắc ín, nhựa đường). Trong vài
trường hợp, áp suất gia tăng biến than bitum thành than antraxit (hay than
gầy).
Cách đây từ 300 đến 350 triệu năm hình thành nên kỷ cacbon. Một đặc
điểm nổi bật của trầm tích của vỏ quả đất trong kỷ này là những tầng chứa
than đá rất phổ biến được hình thành ở nhiều nơi trên thế giới như Tây Âu,
Bắc Mỹ, Nga, Trung Quốc… Đây là lần đầu tiên hình thành những mỏ lớn
than đá có ý nghĩa kinh tế trong lịch sử Trái Đất. Những tầng chứa than này là
nguồn năng lượng chủ yếu cho phát triển công nghiệp ở thế kỷ 19 và ngày
nay cũng vẫn còn có ý nghĩa kinh tế quan trọng.
Trong kỷ cacbon, ở những khu vực nhiệt đới, xích đạo phổ biến các lớp
trầm tích biển nông với sự xen kẽ với những lớp tướng đầm hồ, tam giác châu
chứa các vỉa than.
Các nhịp trầm tích như vậy lặp đi lặp lại nhiều lần, có khi đạt tới bề dày
hàng nhiều nghìn mét. Điều này chứng tỏ trong Cacbon ở những nơi này đã
có nhiều đợt biển ngập và biển rút, khi biển rút điều kiện đầm hồ, tam giác
châu hình thành và là nơi phát triển những khu rừng phong phú thực vật trong
môi trường đầm lầy.
Khi đó vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ chưa phát triển, do đó gỗ của những thân
cây chết được tích lũy và qua thời gian lâu dài vẫn không bị phân hủy nên chất đống
lại rồi bị chôn vùi dưới những lớp trầm tích mới. Đó chính là nguồn tạo than đá trong
trầm tích hệ Cacbon.


khí...), song nhu cầu than không vì thế mà giảm đi. Các khu vực và quốc gia
khai thác nhiều than đều thuộc về các khu vực và quốc gia có trữ lượng than
lớn trên thế giới. Sản lượng than tập trung chủ yếu ở khu vực châu á- Thái
Bình Dương, Bắc Mỹ, Nga và một số nước Đông Âu. Các nước sản xuất than
hàng đầu là Trung Quốc, Hoa Kỳ, Ấn Độ, Ôxtrâylia, Nga, chiếm tới 2/3 sản
lượng than của thế giới. Nếu tính cả một số nước như Nam Phi, CHLB Đức,
Ba Lan, CHDCND Triều Tiên... thì con số này lên đến 80% sản lượng than
toàn cầu.

Trang 9


1.2.2. Nhu cầu sử dụng than trên thế giới

Hình 1.3 Top 10 quốc gia khai thác than trên thế giới
Công nghiệp khai thác than ra đời trước tiên ở Anh vào đầu thế kỉ XIX.
Sau đó, người ta tìm thấy nhiều than ở Hoa Kỳ, Ấn Độ, Canađa. Vì thế các
quốc gia này lần lượt dẫn đầu về sản lượng than khai thác được của thế giới.
Sau chiến tranh thế giới thứ hai, hàng loạt bể than khổng lồ đã được phát hiện
ở Nga, Ba Lan, Đông Đức. Trong nhiều năm, Nga dẫn đầu về sản lượng than.
Thị trường than quốc tế mới chỉ chiếm trên 10% sản lượng than khai thác.
Việc buôn bán than gần đây phát triển nhờ thuận lợi về giao thông đường
biển, song sản lượng than xuất khẩu không tăng nhanh, chỉ dao động ở mức
550 đến 600 triệu tấn/năm. Từ nhiều năm nay, Ôxtrâylia luôn là nước xuất
khẩu than lớn nhất thế giới, chiếm trên 35% lượng than xuất khẩu. Tiếp sau là
các nước Trung Quốc, Nam Phi, Hoa Kỳ, Inđônêxia, Côlômbia, Canađa, Nga,
Ba Lan... Các nước công nghiệp phát triển như Nhật Bản, Hàn Quốc, Hà Lan,

Trang 10


17.019.258
258.159
1.543.043

Dự tính (C2)

Dự báo (P)

1.265.799

13.952.257

Bể than đông bắc

3.332.056

221.101

1.062.166

1.063.065

985.724

2.471.630

218.027

1.055.158


284.421

28.298

3

Vùng Cẩm phả

1.023.540

171.317

427.678

365.911

58.634

I.2

Các mỏ mới ( khu vực
Đông Triều-Phả Lại) và
Nếp Lõm Bảo Dài
Vùng nội địa

860.426

3.047

7.008


286.507

126.960

12.966.533

I
I.1

II
III
IV

Trang 12


1.3.2. Nhu cầu sử dụng than của Việt Nam
Ngành than đã đặt vấn đề khai thác nguồn than nâu của khu vực đồng
bằng sông Hồng từ năm 2020. Tuy nhiên, việc khai thác bể than đồng bằng
Sông Hồng vẫn còn nhiều vấn đề cần được làm rõ trước khi triển khai như:
công nghệ và hiệu quả khai thác, tác động tiêu cực đến môi trường và giải
pháp giảm thiểu...
Theo đánh giá cân đối cung - cầu của Bộ Công Thương, giai đoạn đến
hết năm 2015 than khai thác trong nước đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ. Từ năm
2016, Việt Nam sẽ phải nhập khẩu than phục vụ các hộ tiêu thụ trong nước,
đặc biệt là cho sản xuất điện với khối lượng dự kiến như sau: Năm 2016
khoảng 3-4 triệu tấn; năm 2020 khoảng 35 triệu tấn; năm 2025 khoảng 80
triệu tấn, năm 2030 khoảng 135 triệu tấn.


hơi để tái sấy đến nhiệt độ hơi mới rồi đi vào thân trung áp, hơi ra khỏi thân
trung áp có thể được đưa trở lại lò hơi để tái sấy thêm một lần nữa hoặc đi
trực tiếp vào thân hạ áp. Việc tái sấy hơi (hồi nhiệt trung gian) một lần hay
hai lần nhằm mục đích nâng cao hiệu suất nhiệt cho turbine.
Thiết bị turbine có nhiệm vụ biến nhiệt năng của dòng hơi thành cơ năng
trên trục rô-to để dẫn động máy phát điện. Máy phát điện biến cơ năng thành
điện năng và được hòa lên lưới điện quốc gia qua máy biến thế. Hơi thoát từ
thân hạ áp của turbine đi vào bình ngưng nhả nhiệt cho nước làm mát, ngưng
tụ thành nước và được bơm trở lại lò hơi theo một chu trình khép kín. Nước
làm mát ở đây có thể là nước biển, nước sông, hay nước hồ.
Khói đi ra khỏi buồng đốt có nhiệt độ cao nên người ta thiết kế các bộ
hâm nước, bộ sấy không khí trên đường khói để tận dụng nguồn nhiệt này
nhằm nâng cao hiệu suất lò hơi. Tro bay, bụi được tách ra khỏi dòng khói
bằng bộ lọc bụi tĩnh điện trước khi thải ra ngoài môi trường.
Xỉ đáy lò và tro bay từ bộ hâm nước, bộ sấy không khí, bộ lọc bụi…,
được đưa về hệ thống thu gom để tái sử dụng rất hiệu quả trong lĩnh vực xây
dựng như sản xuất gạch không nung, làm chất phụ gia cho bê tông...
Trang 15


2.2. Các bộ phân chính của nhà máy điện
2.2.1. Cụm lò hơi
Lò hơi là thiết bị trong đó xẩy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt
lượng tỏa ra sẽ biến nước thành hơi, biến năng lượng của nhiên liệu thành
nhiệt năng của dòng hơi.
Lò hơi là thiết bị có mặt gần như trong tất cả các xí nghiệp, nhà máy, để
sản xuất hơi nước phục vụ cho quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy
điện, phục vụ cho các quá trình đun nấu, chưng cất các dung dịch, sấy sản
phẩm trong các quá trình công nghệ ở các nhà máy hóa chất, đường, rượu,
bia, ước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến nông sản và thực phẩm ...

Hơi nước quá nhiệt sẽ là đoạn DE trên đồ thì T-s. Sự giãn nở từ nhiệt độ
cao và áp suất cao về áp suất thấp và nhiệt độ thấp (EF) sẽ tiến hành trong
tuarbine.
Toàn bộ lượng nhiệt được thể hiện ở chu trình ABCDEF.
Với chu trình kín ( close cycle) kết hợp với ngưng tụ được biết đến như
chu trình Rankine. Quá trình tiếp tục đến F’ ( áp suất dưới áp suất khí quyển),
hơi nước được ngưng tụ và quay về vị trí A’. Chu trình lúc này sẽ là
A’ABCDEFF [2].
+ Đặc tính kỹ thuật lò hơi
Đặc tính kỹ thuật chính của lò là các đại lượng thể hiện số lượng và chất
lượng hơi được sản xuất ra. Số lượng hơi sản xuất ra được xác định bằng sản
lượng hơi còn chất lượng hơi được xác định bằng thông số hơi.
* Thông số hơi của lò
Đối với lò hơi của nhà máy điện, hơi sản xuất ra là quá nhiệt nên thông
hơi của lò được biểu thị bằng áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt: Pqn (Mpa),
tqn (0C) [1].
* Sản lượng hơi của lò
Sản lượng hơi của lò là lượng hơi mà lò sản xuất ra được trong một đơn
vị thời gian (Kg/h hoặc Tấn/h). Thường dùng 3 khái niệm sản lượng:
Sản lượng hơi định mức (Dđm): là sản lượng hơi lớn nhất lò có thể đạt
được, đảm bảo vận hành trong thời gian lâu dài, ổn định với các thông số hơi
đã cho mà không phá hủy hoặc gây ảnh hưởng xấu đến chế độ làm việc của lò.
Sản lượng hơi cực đại (Dmax): là sản lượng hơi lớn nhất mà lò có thể đạt
được, nhưng chỉ trong một thời gian ngắn, nghĩa là lò không thể làm việc lâu
dài với sản lượng hơi cực đại được.
Sản lượng hơi kinh tế là sản lượng hơi mà ở đó lò làm việc với hiệu quả
kinh tế cao nhất.
Trang 18




D: Sản lượng hơi của lò, (kg/h)
H: diện tích bề mặt sinh hơi (bề mặt đôt), (m2)
2.2.2. Máy phát
A. Turbine khí
Là loại động cơ nhiệt, dạng rotor trong đó chất giãn nở sinh công là
không khí.
Trang 19