Lựa chọn công nghệ cho nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam trong tương lai

Hiện nay, than antraxit đang được khai thác với quy mô lớn và đáp ứng hầu hết nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Nguồn than nâu được dự báo là có trữ lượng rất lớn nhưng nằm sâu trong lòng đất, khó khai thác. Loại than này chưa được khai thác, nhưng trong tương lai, đây sẽ là nguồn nhiên liệu quan trọng. Một trong những phương án cung cấp cho ngành điện là nhập khẩu than bitum từ các nước lân cận như Indonesia và Úc. Than nhập khẩu có thể đốt riêng hoặc trộn với than trong nước nhằm tận dụng nguồn than khó cháy trong nước và giảm chi phí nhập khẩu. Như vậy, trong tương lai, Việt Nam sẽ sử dụng ba nguồn than chính là than antraxit, than nâu và than bitum nhập khẩu. Ba loại than này sẽ là cơ sở xem xét khi lựa chọn công nghệ cho nhà máy nhiệt điện.

Công nghệ trong tương lai phải đáp ứng yêu cầu cơ bản là hiệu suất cao, thân thiện với môi trường và có chi phí đầu tư hợp lý. Hiệu suất cao một mặt làm giảm tiêu hao nhiên liệu, mặt khác làm giảm lượng phát thải các chất ô nhiễm ra môi trường. Vấn đề môi trường đang đòi hỏi các nhà máy điện đốt than phải áp dụng các kỹ thuật và thiết bị hạn chế các chất phát thải độc hại như NO _X, SO ₂, bụi và thu giữ CO ₂.

Hiện nay, nhà máy điện đốt than đang áp dụng các công nghệ sau: Đốt than phun, đốt than tầng sôi tuần hoàn, đốt than tầng sôi áp lực, khí hóa than.

Lò hơi đốt than phunlà công nghệ đã rất phát triển và đang là nguồn sản xuất điện năng chủ yếu trên thế giới. Than được nghiền mịn và được đốt cháy trong buồng lửa lò hơi. Nhiệt từ quá trình đốt cháy sẽ gia nhiệt cho nước và hơi trong các dàn ống và thiết bị bố trí trong lò hơi. Công nghệ này trong tương lai vẫn sẽ là một lựa chọn ưu thế cho các nhà máy điện. Hiệu suất phát điện dự kiến khoảng 50-53% vào năm 2020 và 55% vào năm 2050.

Lò hơi tầng sôi tuần hoànđược phát triển từ những năm 70 của thế kỷ trước. Công nghệ này gần như công nghệ đốt than phun. Sự khác biệt là than đốt trong lò tầng sôi có kích thước lớn hơn và được đốt cùng chất hấp thụ lưu huỳnh (đá vôi) trong buồng lửa, hạt than được tuần hoàn trong buồng lửa cho tới khi đủ nhỏ. Công nghệ này cho phép đốt các nhiên liệu xấu có chất lượng thay đổi trong khoảng rộng, nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao. Các lò hơi tầng sôi tuần hoàn hiện nay có công suất dưới 300 MW. Than antraxit sau sàng tuyển có phụ phẩm chất lượng xấu, tính thương mại thấp, nhưng hoàn toàn có thể sử dụng trong lò hơi tầng sôi tuần hoàn. Do vậy, với lò hơi loại này, sẽ tận dụng được các phụ phẩm cấp thấp cho cung cấp điện, mà vẫn đảm bảo các yếu tố môi trường.

Công nghệ tầng sôi áp lựccũng là một công nghệ mới. Về mặt cấu tạo, loại lò hơi này phức tạp hơn hai loại lò hơi trên. Quá trình cháy cũng giống như lò hơi tầng sôi tuần hoàn, nhiệt độ buồng đốt vào khoảng 800 - 850 ^oC, áp suất 12-16 bar. Khói nóng được làm sạch và đưa vào sinh công tuabin khí sau đó cấp nhiệt cho nước - hơi trong lò thu hồi nhiệt để chạy tuabin hơi. Lò hơi tầng sôi áp lực được kiến nghị áp dụng khi nhiên liệu cháy có độ ẩm cao như than nâu. Hiệu suất cao, ít phát thải, chi phí vận hành thấp là những ưu điểm của công nghệ này. Tuy nhiên, cho đến nay tính thương mại của công nghệ này chưa cao.

Công nghệ khí hóa than là công nghệ triển vọng trong tương lai. Than được khí hóa trong thiết bị khí hóa để sinh hỗn hợp khí trong đó chủ yếu là CO và H ₂và N ₂, nhiệt trị cao của hỗn hợp này khoảng 1150 kcal/m3N. Nhiệt độ hỗn hợp sau thiết bị khí hóa sẽ khoảng 540-1430 ^oC. Khí được làm sạch và cháy trong chu trình tuabin khí sau đó gia nhiệt cho nước-hơi trong lò thu hồi nhiệt. Ưu điểm cơ bản là hiệu suất rất cao, phát thải SO ₂và NO _Xrất thấp và đặc biệt là có khả năng lưu giữ CO ₂. Nhược điểm là kết cấu phức tạp, vận hành kém linh hoạt và suất đầu tư cao. Do có những ưu điểm vượt trội nên công nghệ này sẽ rất phát triển trong tương lai. Hiệu suất phát điện dự kiến vào năm 2020 khoảng 53 - 56%.

Lựa chọn công suất tổ máy cho tương lai phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ, suất đầu tư, mặt bằng, trình độ vận hành, tính phổ biến của tổ máy, hệ thống điện quốc gia và khu vực... Công suất tổ máy đối với công nghệ đốt than phun hiện nay đang nằm trong dải rộng 50 - 1300 MW. Công suất lò hơi ở nước ta hiện đang phổ biến ở mức 300 MW, một số nhà máy đang xây dựng có công suất 500 -700 MW. Trong tương lai, công suất tổ máy ở Việt Nam sẽ tiến đến mức 1000 MW.

Công nghệ khí hóa than trên thế giới hiện đang có các tổ máy công suất 300 MW. Các tổ máy công suất 500 - 650 MW sẽ đi vào vận hành sau năm 2015. Loại nhà máy này sẽ phổ biến hơn khi các tiêu chuẩn môi trường trở nên khắt khe hơn và nhận được sự khuyến khích và ưu đãi từ phía chính phủ.

Các nhà máy nhiệt điện đốt than phun phổ biến với thông số cận tới hạn và thông số trên tới hạn. Thông số hơi sẽ quyết định hiệu suất sản xuất điện năng của nhà máy. Nhiệt độ và áp suất hơi càng cao thì hiệu suất nhà máy càng cao. Do đó, hiệu suất của nhà máy đốt than dưới tới hạn sẽ không thể nâng cao hơn nữa ngoại trừ các cải tiến nhằm hoàn thiện quá trình chuyển hóa năng lượng. Xu hướng áp dụng thông số hơi trên tới hạn đang chiếm ưu thế vì có thể nâng cao nhiệt độ và áp suất hơi nhờ những tiến bộ trong công nghệ vật liệu. Vấn đề cơ bản là khi tăng nhiệt độ và áp suất, lò hơi phải sử dụng kim loại chịu nhiệt đặc biệt có chi phí cao. Trong tương lai, sự phát triển của ngành luyện kim sẽ cho phép thông số hơi tăng hơn nữa đồng thời giá thành cũng sẽ giảm, tạo điều kiện thuận lợi để nâng cao hiệu suất các nhà máy điện.

Dự kiến năm 2020, nhiệt độ hơi có thể lên tới 775oC và hiệu suất phát điện có thể đạt 50-53%. Nếu lựa chọn các tổ máy 1000 MW trong tương lai, thông số hơi dưới và trên tới hạn đều có thể nhưng phương án trên tới hạn sẽ chiếm ưu thế nhờ hiệu suất vượt hơn hẳn phương án dưới tới hạn.

Như vậy, để nâng cao hiệu suất nhà máy, tăng hiệu quả kinh tế đồng thời đảm bảo các tiêu chuẩn môi trường ngày càng nghiêm ngặt, lò hơi đốt than phun vẫn sẽ là lựa chọn hiệu quả khi xây dựng nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam. Công suất tổ máy sẽ trong khoảng 500 - 1000 MW với thông số trên tới hạn. Đây là xu hướng chung của các nhà đầu tư trong thời gian từ nay đến năm 2020. Bên cạnh đó, công nghệ tầng sôi tuần hoàn cũng là giải pháp tận dụng các nguồn than xấu, than có hàm lượng lưu huỳnh cao. Công suất tổ máy tiếp tục được nâng lên và ổn định ở mức 200 - 300 MW. Trong những năm tới, chúng ta có thể triển khai thí điểm một nhà máy điện áp dụng công nghệ khí hóa than, nhằm kiểm chứng công nghệ, lợi ích kinh tế để nhân rộng công nghệ này trong thời gian tiếp theo.