Tro xỉ của nhà máy nhiệt điện đốt than, một nguồn tài nguyên quý giá cần được sử dụng

I.Đặt vấn đề

Các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) đốt than đã và sẽ đưa vào vận hành trong những năm sắp tới được thiết kế để đốt than Việt Nam mà đa phần là than cám 6 (6A, 6B), là loại than có chất lượng thấp: nhiệt trị từ 4.000 - 5000 kcal/kg, thậm chí dưới 4.000 kcal/kg, độ tro rất cao, hầu hết trên 30%, cá biệt tới 40%. Vì vậy, lượng tro xỉ thải ra hằng năm từ quá trình đốt than là rất lớn, các dự án nhà máy nhiệt điện đều đòi hỏi những diện tích rất lớn dể làm bãi chứa tro xỉ (xem bảng 1 và bảng 2).

II. Công dụng của tro xỉ nhiệt điện

Ở các NMNĐ đốt than bốt, lượng xỉ thải ra chiếm khoảng 20%, còn lượng cho bay chiếm khoảng 85% tổng lượng tro của than dùng. Nhìn chung lượng cacbon chưa cháy còn trong xỉ ít hơn trong tro bay, trong đa số các lò đốt than bột hiện nay lượng cacbon còn lại trong xỉ có thể < 6%. Tuy nhiên lượng carbon trong cho bay còn khá lớn, thường trên 10%, ở nhiều nhà máy tới trên 15%. Ngoài cacbon chưa cháy , trong tro xỉ chủ yếu là các oxít kim loại, là nguyên liệu rất tốt trong sản xuất vật liệu xây dựng.

Trong bảng 3 trình bày thành phần hoá học của tro xỉ. Tro càng có nhiều oxít canxi và manhê thì đặc tính nhiệt độ của tro càng thấp. Tro xỉ lẫn nhiều cacbon chưa cháy khi dùng để sản xuất vật liệu xây dựng sẽ làm giảm chất lượng của vật liệu, khi dùng để sản xuất bê tông sẽ làm cho cường độ chịu lực của bê tông giảm đi. Hàm lượng cácbon trong tro xỉ khi dùng để vật liệu xây dựng cần không vượt quá 5%. Khi ấy tro xỉ của nhà máy nhiệt điện đốt than được dùng để:

- Làm phụ gia để thay thế 1 phần xi măng;

- Làm phụ gia để thay thế một phần xi măng trong sản xuất bê tông, tỉ lệ thay thế tới 10 - 15% lượng xi măng yêu cầu. Đối với bê tông khối lớn, bê tông đắp nền , móng, tỉ lệ tro xỉ thay thế xi măng lên tới 30%;

- Tro được dùng nhiều để xây dựng các đập thuỷ lợi, thuỷ điện theo công nghệ đầm lăn sẽ khắc phục được việc sinh ứng suất nhiệt trong khối bê tông;

- Làm vật liêu đắp nền hoặc làm lớp tăng cường móng cho các nền đương giao thông;

- Làm sỏi tro trong công nghệ sản xuất bêtông nhẹ…

Do những ưu việt của tro nhiệt điện như vậy nên hiện nay hầu như trên thế giới không còn quốc gia nào để lãng phí tro xỉ của các NMNĐ nữa. Tro xỉ nhiệt điện cũng là một loại hàng hoá mua bán trên thị trường thế giới.

Lượng tro xỉ thải ra của các nhà máy nhiệt điện là rất lớn. Chỉ riêng nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 mỗi ngày thải ra 4200 tấn tro xỉ. Năm 2007 các nhà máy NĐ than sản xuất khoảng 12 tỷ kWh tiêu thụ khoảng 6 triệu tấn than, thải ra khoảng 2 triệu tấn tro xỉ.

Đến năm 2010, các NMNĐ đốt than sẽ sản xuất khoảng 27 tỷ kWh, tiêu thụ khoảng 13 triệu tấn than, thải ra khoảng 4 triệu tấn tro xỉ. Các năm sau năm 2010, tốc độ tăng trưởng nhiệt điện đốt than còn lớn hơn nữa, lượng tro xỉ thải ra sẽ rất lớn. Xu hướng chung của các nhà máy nhiệt điện đốt than trên thế giới là tận dụng hết toàn bộ tro xỉ thải ra của NMNĐ, tiến tới tại NMNĐ sẽ không có bãi chứa tro xỉ.

Tại NMNĐ Formosa, công suất tổ máy 150 MW, dùng lò hơi đốt than bột đặt tại tỉnh Đồng Nai, không có bãi chứa tro xỉ, toàn bộ tro xỉ thải ra được sử dụng làm vật liệu xây dựng.

Khói sau lọc bụi tĩnh điện (hoặc lọc bụi túi) gần như được khử hết bụi ( hiệu suất khử khoảng 99.7% đối với lọc bụi tĩnh điên và cao hơn đối với lọc bụi túi) , khi qua thiết bị khử SO ₂, sản phẩm thu được là thạch cao CaSO­ ₄đã đạt chất lượng thương phẩm.

Bảng 1: Đặc tính than dùng trong các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam

Bảng 2: Lượng than và tro xỉ thải ra hàng năm, diện tích bãi chứa tro xỉ

Bảng 3: Thành phần hoá học của tro

Trên thị trường, giá tro bay nhiệt điện có hàm lượng cacbon thấp xấp xỉ giá xi măng.

III. Phương pháp chế biến tro xỉ để làm nguyên liệu sản xuất xi măng

Do tro xỉ nhiệt điện còn có nhiều cacbon, sự có mặt của cacbon trong tro xỉ làm giảm chất lượng bêtông nên phương pháp chung để chế biến, tận thu tro xỉ là khử cacbon còn lại trong tro xỉ.

Trong lò đốt than bột, hạt bột than cháy trong không gian buồng đốt với thời gian lưu lại trong buồng đốt rất ngắn (1 - 2 giây), than Việt Nam là than antraxit khó cháy nên lượng cacbon còn lại trong tro bay nhìn chung là lớn, hiện nay vào khoảng 15% khối lượng tro bay. Tuy nhiên do xỉ có thời gian lưu lại lâu hơn ở đáy lò nên hàm lượng cacbon còn lại trong xỉ bé hơn nhiều so với trong tro bay (thường < 5%) nên đạt tiêu chuẩn làm phụ gia để sản xuất xi măng.

Lượng tro bay trong các lò đốt than bột chiếm 80 – 90% tổng lượng tro của than đốt, vì vậy công nghệ thu hồi và chế biến tro xỉ nhiệt điện chủ yếu là công nghệ xử lý tro bay.

Tro bay có cỡ hạt tương tự cỡ hạt bột than, thậm chí bé hơn (< 70 µm), khi thải ra ngay sau lọc bụi tĩnh điện ở trạng thái khô, mịn, nếu lượng cacbon còn lại bé, dưới quy định thì có thể đóng bao như đóng bao xi măng để sử dụng.

Hiện nay có các công nghệ khử cacbon trong tro bay như sau:

1. Công nghệ khử ướt

Theo nguyên lý tuyển bằng nước, khi ấy cacbon có khối lượng riêng nặng hơn tro, xỉ nên chìm ở dưới, tro xỉ nhẹ hơn ở phía trên.

Phương pháp tuyển ướt có ưu điểm là phần cacbon chưa cháy tách ra khỏi tro xỉ có thể sử dụng lại làm nhiên liệu. Hiện nay các cơ sở chế biến tro xỉ đều sử dụng lượng cacbon thu được làm than sinh hoạt (than tổ ong…).

Nhược điểm là tro sau khi khử cacbon thu được ở dạng ướt, đòi hỏi phải được sấy khô nên tốn nhiều năng lượng và nhân công cho việc sấy khô tro. Do tro thu được sau tuyển có độ ẩm rất lớn, hạt tro lại rất bé nên thiết bị sấy tro được sử dụng chủ yếu là thiết bị sấy kiểu lò quay.

2. công nghệ nung

Tro xỉ được cho cháy trong môi trường nhiệt độ cao để cháy nốt phần cacbon còn lại trong tro. Công nghệ này có ưu điểm là tro thu được ở trạng thái khô, có thể đóng bao như ximăng, lượng cacbon khi cháy cũng sinh ra nhiệt để hỗ trợ ngay cho việc cháy tiếp cacbon chưa cháy.

Tuy nhiên việc tổ chức nung tro để cháy nốt cacbon cũng tốn nhiều năng lượng, hạt tro có cỡ hạt rất bé nên rất khó duy trì sự cháy nốt cacbon. Đã sử dụng công nghệ đóng bánh tro rồi nung trong lò nung, khi ấy tro thu được ở dạng xốp,dễ nghiền thành bột mịn.

IV. Kết luận

Nhu cầu sử dụng tro nhiệt điện là lớn, thực tế tại các NMNĐ đốt than, tro xỉ hiện đều được sử dụng hết. Tuy nhiên, việc khai tách chế biến tro xỉ còn rất thủ công. Vì vậy rất cần ngay từ khi lập dự án xây dựng NMNĐ, vấn đề tận thu và chế biến tro xỉ phải được đặt ra như là một hạng mục xây dựng dự án với các điều kiện cơ khí và kho tàng đầy đủ.

Trong tương lai khi các NMNĐ đốt than nhập khẩu, chủ yếu là than khai thác từ Đồng bằng sông Hồng (than nâu) là những loại than có nhiều chất bốc, dễ cháy, hàm lượng cacbon còn lại trong tro xỉ sẽ thấp hoàn toàn đáp ứng các yêu cần làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng mà không đòi hỏi khử cacbon trong tro. Với những nhà máy dùng than nhiều chất bốc như vậy cần tận dụng hết tro xỉ, không đặt ra phải có bãi chứa tro xỉ.