Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường: Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải Thủy ngân trong khí thải của một số nhà máy nhiệt điện sử dụng than Antraxit trong công nghệ đốt than phun - PC (Pulveresed combustion) tại Việt Nam

Chia sẻ: Mao A Mẫn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của luận văn gồm: Nghiên cứu thực trạng hoạt động của các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam. Đánh giá mức độ phát thải Thủy ngân của các nhà máy nhiệt điện. Đánh giá hiệu quả của các biện pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải Thủy ngân tại các nhà máy nhiệt điện. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường: Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải Thủy ngân trong khí thải của một số nhà máy nhiệt điện sử dụng than Antraxit trong công nghệ đốt than phun - PC (Pulveresed combustion) tại Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VŨ TẤT ĐẠT NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT GIẢM THIỂU PHÁT THẢI THỦY NGÂN TRONG KHÍ THẢI CỦA MỘT SỐ NHÀ MÁT NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG THAN ANTRAXIT BẰNG CÔNG NGHỆ ĐỐT THAN PHUN (PULVERESED COMBUSTION) TẠI VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ NGÀNH: 8440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGÔ DUY BÁCH Hà Nội, 2019
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Các số liệu sử dụng, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan, phù hợp với thực tiễn của địa bàn nghiên cứu và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Học viên Vũ Tất Đạt
ii LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin chân thành gửi tới TS. Ngô Duy Bách đã tận tình hướng dẫn, góp ý cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn, đồng thời tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi sớm hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Lời cảm ơn sâu sắc tôi xin gửi đến ban Lãnh đạo Trường đại học Lâm nghiệp, Khoa Sau đại học, Khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trường và các đơn vị liên quan đã giúp đỡ và mọi tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể hoàn thành chương trình học tập trong thời gian qua. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu nhà trường cùng toàn thể các Thầy, Cô giáo trong lớp 25B1-Khoa học Môi trường đã tận tình giảng dạy, trao đổi kiến thức và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu khoa học đạt kết quả tốt nhất. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đối với gia đình, nguồn động lực chính để tôi có sức mạnh vượt qua mọi khó khăn trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Các anh, chị, em, bạn bè đã luôn động viên, khuyến khích và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Dù đã rất cố gắng hoàn thành luận văn bằng tất cả lòng nhiệt tình và tâm huyết, song chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi mong nhận được sự góp ý chân thành từ quý Thầy, Cô giáo. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Học viên Vũ Tất Đạt
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ii MỤC LỤC.............................................................................................................iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ v DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... viii DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... x MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................... 5 1.1 Những nghiên cứu về phát thải thủy ngân trong nhiệt điện than trên thế giới và tại Việt Nam ............................................................................................................ 5 1.1.1 Những nghiên cứu trên thế giới: ................................................................. 5 1.1.2. Những nghiên cứu tại Việt Nam ................................................................ 7 1.2 Hiện trạng phân bố và khai thác than tại Việt Nam ............................................ 9 1.2.1 Hiện trạng phân bố các mỏ than .................................................................. 9 1.2.2. Nhu cầu sử dụng than cho ngành điện ...................................................... 12 1.2.3. Công nghệ đốt, sử dụng than và công nghệ kiểm soát khí thải tại các nhà máy nhiệt điện hiện nay..................................................................................... 13 1.3. Hiện trạng phát triển nhiệt điện đốt than của Việt Nam ................................... 19 1.3.1. Các nhà máy nhiệt điện đốt than đã được lắp đặt ..................................... 20 1.3.2. Kế hoạch xây dựng các nhà máy nhiệt điện theo Quy hoạch .................... 26 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 29 2.1. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ................................................. 29 2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 29 2.2.1 Phương pháp kế thừa, thu thập số liệu , kết quả nghiên cứu: ..................... 29 2.2.2. Phương pháp đánh giá mức độ phát thải thủy ngân .................................. 30 2.2.3. Thu thập và phân tích mẫu than tại các mỏ .............................................. 31 2.2.4. Phương pháp và thiết bị quan trắc thủy ngân trong khí thải ...................... 32 2.2.5. Lựa chọn các nhà máy nhiệt điện sử dụng than để quan trắc .................... 36 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................. 40
iv 3.1. Hiện trạng hoạt động của các nhà máy nhiệt điện: .......................................... 40 3.1.1. Nhiệt điện Quảng Ninh: ........................................................................... 40 3.1.2. Nhiệt điện Phả Lại: .................................................................................. 41 3.1.3. Nhiệt điện Ninh Bình:.............................................................................. 42 3.2. Mức độ phát thải Thủy ngân của các nhà máy Nhiệt điện: .............................. 43 3.2.1. Xác định hàm lượng Thủy ngân trong than dùng cho nhiệt điện .............. 43 3.2.2. Đánh giá mức độ phát thải thủy ngân tại 03 nhà máy nhiệt điện .............. 49 3.2.3. So sánh phát thải thủy ngân với các nhà máy khác trên thế giới ............... 53 3.3. Hiệu quả giảm phát thải thủy ngân của các nhà máy nhiệt điện ....................... 57 3.3.1 Hiệu quả giảm phát thải thủy ngân của 03 nhà máy nhiệt điện .................. 57 3.3.2. Đánh giá hiệu quả giảm phát thải thủy ngân theo kế hoạch phát triển ngành điện ................................................................................................................... 62 3.4 Đề xuất một số giải pháp để kiếm soát phát thải thủy ngân .............................. 65 3.4.1 Đề xuất một số giải pháp kỹ thuật kiểm soát phát thải thủy ngân .............. 65 3.4.2 Đánh giá hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật trong giảm thiểu phát thải thủy ngân .......................................................................................................... 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 77
v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT APC Thiết bị kiểm soát khí thải BAT/BEP Kỹ thuật tốt nhất hiện có và Kinh nghiệm tốt nhất về môi trường BOT Đầu tư theo hình thức xây dựng - vận hành - chuyển giao CEM Trung tâm Quan trắc môi trường CFB Công nghệ đốt than tầng sôi CIDP Kế hoạch quốc gia về phát triển ngành công nghiệp khai thác than đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 (Quyết định số 403/QD-TTg ngày 14 tháng 3 năm 2016 của Thủ tướng Chính phủ) DONRE Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh, thành phố ESP Hệ thống lọc bụi tĩnh điện EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam FGDw Hệ thống khử lưu huỳnh dạng ướt MOIT Bộ Công thương MONRE Bộ Tài nguyên và Môi trường NAP Kế hoạch quốc gia về giảm phát thải thủy ngân từ ngành công nghiệp nhiệt điện sử dụng than (Dự thảo) UBC Carbon không cháy hết PC Công nghệ đốt than phun QHĐ-VII Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 (Quyết định số 1208/QĐ- TTg ngày 21 tháng 7 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ)
vi QHĐ-VII Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - (điều chỉnh) 2020 có xét đến năm 2030 (Quyết định số 428/QD-TTg ngày 18 tháng 3 năm 2016 của Thủ tướng Chính phủ) PVN Tập đoàn dầu khí Việt Nam QA/QC Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng UNEP Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc VEA Tổng cục Môi trường Vinachemia Tập đoàn hóa chất Vinacomin Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt nam
viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Hiện trạng và phân bố than đá của Việt Nam (Đơn vị: 1000 tấn).. 11 Bảng 1.2. Khối lượng than nguyên khai được khai thác qua các năm ........... 12 Bảng 1.3. Nhu cầu than cho ngành nhiệt điện đến năm 2020 và 2030 .......... 13 Bảng 1.4. Các nhà máy nhiệt điện và công nghệ xử lý khí thải ..................... 18 Bảng 1.5. Các dự án nhiệt điện đã đưa vào vận hành .................................... 20 Bảng 1.6. Các nhà máy nhiệt điện đang được xây dựng ............................... 24 Bảng 1.7. Các dự án nhiệt điện đang được triển khai xây dựng theo hình thức BOT ............................................................................................................. 26 Bảng 1.8. Kế hoạch phát triển nhiệt điện than trong QHĐ VII (điều chỉnh).. 26 Bảng 1.9. Định hướng cơ cấu nguồn điện theo Quy hoạch điện VII (điều chỉnh) 27 Bảng 2.1. Các phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu ................................ 35 Bảng 2.2. Vị trí lấy mẫu tại 03 nhà máy nhiệt điện ....................................... 37 Bảng 2.3. Mẫu quan trắc thu thập và phân tích tại 03 nhà máy ..................... 39 Bảng 2.4. Lượng than tiêu thụ và tro, xỉ phát sinh của Nhiệt điện Quảng Ninh .41 Bảng 14. Đặc điểm than tại Nhiệt điện Phả Lại ............................................ 42 Bảng 15. lượng than sử dụng và tro, xỉ phát thải của Nhiệt điện Phả Lại ...... 42 Bảng 16. Khối lượng than tiêu thụ hàng năm của Nhiệt điện Ninh Bình....... 43 Bảng 17. Hàm lượng trung bình của thủy ngân trong than tại các mỏ ........... 43 Bảng 18. So sánh hàm lượng Hg trong than tại Việt Nam và một số nước ... 45 Bảng 19. Kết quả (Ca, Na, Se, As, Cl) trung bình trong than tại 08 mỏ than 47 Bảng 20. Thủy ngân trong than, tro bay và xỉ đáy lò tại Phả Lại năm 2015 .. 50 Bảng 21. Thủy ngân trong than, tro bay, xỉ đáy lò tại 03 nhà máy nhiệt điện 51 Bảng 22. Hàm lượng thủy ngân trong khí thải .............................................. 52 Bảng 23. So sánh nồng độ thủy ngân (Hg) trong than đầu vào và các thành phần chất thải của một số nhà máy nhiệt điện ............................................... 54 Bảng 3.1. Thủy ngân trung bình trong than đầu vào (Anthracite) của Việt Nam ............................................................................................................. 58
ix Bảng 3.2. Các thành phần môi trường có khả năng tiếp nhận phát thải Hg ... 58 Bảng 3.3. Khả năng xử lý thủy ngân ước tính của các hệ thống xử lý khí thải ...59 Bảng 3.4. Ước tính phát thải thủy ngân của 03 nhà máy nhiệt điện sử dụng than năm 2014 (phương pháp UNEP Hg toolkit) .......................................... 61 Bảng 3.5. Tổng công suất các nhà máy nhiệt điện than theo Quy hoạch ngành điện VII (điều chỉnh) đến năm 2020 và 2030................................................ 62 Bảng 3.6. Ước tính phát thải thủy ngân của nhiệt điện đến năm 2030 .......... 63 Bảng 3.7. So sánh hiệu quả xử lý thủy ngân giữa các hệ thống kiểm soát ô nhiễm ........................................................................................................... 70 Bảng 3.8. Ước tính khả năng giảm thiểu phát thải thủy ngân qua các giai đoạn 72
x DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hệ thống quan trắc phát thải thuy ngân khu vực Châu Âu .............. 5 Hình 1.2. Tỷ lệ phát thải thủy ngân của các ngành công nghiệp ..................... 6 Hình 1.3. Bản đồ phân bố mỏ than tại Việt Nam .......................................... 10 Hình 1.4. Công nghệ đốt than phun (PC) ...................................................... 14 Hình 1.5. Công nghệ đốt than tầng sôi (CFB) ............................................... 15 Hình 1.6. Tổng lượng phát thải thực tế từ nhiệt điện do Viện Năng lượng công bố trong năm 2010 ....................................................................................... 16 Hình 1.7. Hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) .................................................. 17 Hình 1.8. Hệ thống khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw) .................................. 18 Hình 1.9. Bản đồ phân bố các nhà máy điện khu vực miền Bắc ................... 22 Hình 1.10. Bản đồ phân bố các nhà máy điện khu vực miền Trung .............. 23 Hình 1.11. Bản đồ phân bố các nhà máy điện khu vực miền Nam ................ 24 Hình 2.1. Phương pháp đánh giá phát thải thủy ngân trong quá trình nghiên cứu ............................................................................................................... 30 Hình 2.2. Bản đồ các mỏ than đã tiến hành lấy mẫu ..................................... 31 Hình 2.3. Thiết bị lấy mẫu khí thải thủy ngân ............................................... 32 Hình 2.4. Thiết bị phân tích thủy ngân của Ohio Lumex .............................. 34 Hình 2.5. Hóa chất phục vụ phân tích (Na2CO3 và than hoạt tính) ................ 34 Hình 2.6. Thiết bị lấy mẫu bụi trong khí thải ống khói ................................. 35 Hình 2.7. Vị trí lấy mẫu thủy ngân trong khí thải tại một số nhà máy ........... 38 Hình 3.1. Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh ................................................... 40 H nh 3 2 Hà ƣ ng thủ ng n trung nh ủ th n t i ƣ qu n trắ .44 Hình 3.3. Kết quả phân tích Hg trong than đầu vào tại một số nhà máy nhiệt điện .............................................................................................................. 48 Hình 3.4. Giá trị RPD (%) của các mẫu so sánh liên phòng tại 05 mỏ than .. 49 Hình 3.5. Kết quả thủy ngân trong khí thải tại 3 nhà máy (µg/Nm3) ............. 52
xi Hình 3.6. Mối liên hệ giữa UBC và hiệu suất thu giữ thủy ngân ................... 55 Hình 3.7. Ước tính phát thải thủy ngân theo UNEP Toolkit level 2 .............. 57 Hình 3.8. So sánh phát thải Hg từ nhiệt điện của Việt Nam với một số nước 64 Hình 3.9. Hiệu quả giảm thiểu thủy ngân nguyên tố trong việc bổ sung Halogen ........................................................................................................ 69 Hình 3.10. Mức độ giảm phát thải Hg khi áp dụng các giải pháp kỹ thuật .... 74
1 MỞ ĐẦU I. Sự ần thiết nghiên ứu ủ ề tài uận văn Trong những năm gần đây, theo một số nghiên cứu của Chương trình môi trường Liên hợp quốc, phát thải thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện là một chủ đề ngày càng được quan tâm nhiều hơn của nhiều quốc gia trên thế giới vì những đặc tính về độc tính, khả năng khó phân hủy, di truyển với khoảng cách xa trong khí quyển. Đồng thời, thủy ngân là kim loại nặng có khả năng tích lũy sinh học và đi vào chuỗi thức ăn. Khi thải vào môi trường, thủy ngân có nguy cơ rất cao gây ô nhiễm đất, không khí, nguồn nước mặt và nước ngầm và có những tác động rất xấu tới sức khỏe con người. Thủy ngân phát thải từ các nhà máy điện sử dụng than có dạng nguyên tố và tồn tại tự nhiên trong trong than. Thông thường, nồng độ thủy ngân có trong than với hàng chục ppt. Việc sử dụng lượng lớn than để phát điện tại nhiều quốc gia trong thời gian gần đây khi nhu cầu về năng lượng tăng cao làm cho thủy ngân có khả năng phát thải ở cấp độ toàn cầu. Quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước trong khoảng 20 năm qua ở nước ta đã đẩy mạnh phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao đáng kể mức sống của nhân dân. Nhưng cùng với đó là sự gia tăng rất nhanh các nguồn phát thải các chất ô nhiễm môi trường nước, môi trường không khí và chất thải rắn, làm cho chất lượng môi trường xung quanh ngày càng suy giảm, ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe cộng đồng và ảnh hưởng tiêu cực ngay cả đối với quá trình phát triển kinh tế - xã hội của nước ta. Nhu cầu lớn về năng lượng nói chung, điện năng nói riêng đặc biệt trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước sẽ là động lực gia tăng mạnh số lượng các dự án nhiệt điện sử dụng than. Việt Nam là một nước có nguồn nguyên liệu than khá dồi dào, bao gồm than atracite là loại nguyên liệu chủ yếu dùng cho ngành nhiệt điện. Theo Quy
2 hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030, tính đến tháng 12 năm 2015, tổng trữ lượng và tài nguyên than của Việt Nam vào khoảng 48,88 tỷ tấn bao gồm 2,26 tỷ tấn trữ lượng, bao gồm bể than Đông Bắc khoảng 2,21 tỷ tấn và các mỏ than tại địa phương khoảng 41,7 triệu tấn. Nhiệt điện đốt than ở Việt Nam có vai trò quan trọng trong cơ cấu sản xuất điện năng. Ưu thế cơ bản của nhiệt điện đốt than là giá than ổn định và có thể cạnh tranh với các nguồn nhiên liệu khác. Theo một số nghiên cứu cho thấy, sau thủy điện, nhiệt điện than cho giá thành điện thấp nhất (7 cent/kWh), vốn đầu tư không quá cao (thấp hơn thủy điện, điện mặt trời...), khả năng huy động công suất lớn (6.500- 7.500 giờ/năm) nên sản lượng điện phát ra lớn, không lệ thuộc vào địa điểm đặt nhà máy, thời gian xây dựng không quá lâu (3 năm). Vì những ưu điểm này mà trong những năm gần đây nhiệt điện sử dụng than đã và đang chiếm tỷ trọng lớn trong tổng tỷ lệ phát điện của toàn ngành điện. Theo Báo cáo Nhiệt điện than trong quy hoạch ngành điện VII (điều chỉnh) của Hiệp hội năng lượng Việt Nam (VESC), năm 2016 tỷ lệ phát nhiệt điện than đang chiếm tới 34,37%, với tổng công suất các nhà máy nhiệt điện than đạt 13.483MW. Nếu năm 2010 tổng công suất nhiệt điện than là 17,6% thì đến cuối năm 2015 Việt Nam đã có 13.000MW nhiệt điện, chiếm 38,4%. Tốc độ tăng trưởng của nhiệt điện than từ năm 2000 - 2015 là 17%, sản xuất tới 80 tỷ kWh/năm. Cũng theo báo cáo của VESC, tính đến năm 2030 sau khi Thủ tướng Chính phủ phê duyệt đề án điều chỉnh Quy hoạch điện VII (điều chỉnh), Việt Nam sẽ có khoảng 64 dự án nhiệt điện với tổng công suất 56.325 MW. Đến năm 2020, công suất nhiệt điện than tăng từ 33,4% lên 42,7% tổng công suất nguồn. Mặc dù đã giảm 5,3% so với Quy hoạch điện VII, nhưng nhiệt điện than trong Quy hoạch điều chỉnh vẫn chiếm tỉ trọng đáng kể. Nhiều tổ chức cơ quan tư vấn trong ngoài nước đã đề xuất giảm mạnh nguồn nhiệt điện than
3 song với Quyết định 428/QĐ-TTg ban hành ngày 18/3/2016 vừa qua nhận thấy đến năm 2030 nguồn nhiệt điện than vẫn còn đóng vai trò quan trọng của Hệ thống điện quốc gia. Hiện nay, nước ta có khoảng 20 nhà máy nhiệt điện than (không tính một số nhà máy nhiệt điện nhỏ với công suất dưới 100MW) đang vận hành với lượng tro xỉ, thạch cao thải ra hơn 15,7 triệu tấn/năm. Ngoài ra, trong quá trình vận hành các nhà máy nhiệt điện than đã thải ra một khối lượng rất lớn các chất ô nhiễm khác như SOx, NOx, bụi và nước thải từ quá trình làm mát thiết bị và xử lý khí thải. Ở Việt Nam các nhà máy nhiệt điện đốt than đều sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện để xử lý bụi. Bên cạnh đó, công tác xử lý khí SO 2 và NOx ở các nhà máy nhiệt điện than chiếm tỷ lệ nhỏ và phương pháp chủ yếu là hấp thụ dùng dung dịch đá vôi. Đặc biệt, tại một số nhà máy với công nghệ cũ (Phả Lại 1, Ninh Bình) và một số nhà máy sử dụng công nghệ đốt than tầng sôi Đông Triều, Cẩm Phả, Cao Ngạn) thiếu các hệ thống xử lý lưu huỳnh trong khí thải dẫn đến nguy cơ ô nhiễm không khí rất cao. Đồng thời, theo Công ước Minamata về thủy ngân mà Việt Nam là một trong 114 nước thành viên, nhiệt điện sử dụng than là một trong những nguồn phát thải thủy ngân với khối lượng lớn vào môi trường không khí. Như vậy, để đồng thời đảm bảo mục tiêu phát triển năng lượng để phục vụ quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, đồng thời đảm bảo mục tiêu về bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, việc tăng cường công tác kiểm soát ô nhiễm và phòng ngừa ứng phó các sự cố về môi trường đối với ngành công nghiệp nhiệt điện than đang được đặt ra cấp thiết. Nhận thức rõ tầm quan trọng và tính cấp thiết của việc nghiên cứu này, tác giả đã lựa chọn luận văn với đề tài: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải Thủy ngân trong khí thải của một số nhà máy nhiệt điện sử dụng than Antraxit trong công nghệ đốt than phun - PC
4 (Pulveresed combustion) tại Việt Nam”. II Mụ tiêu ủ ề tài - Mục tiêu tổng quát: Tăng cường hiệu quả về kiểm soát ô nhiễm môi trường do phát thải Thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện sử dụng than Antraxit tại Việt Nam để thực hiện tốt công tác bảo vệ môi trường và đảm bảo phát triển bền vững. - Mục tiêu cụ thể: + Nghiên cứu, đánh giá mức độ phát thải Thủy ngân trên cơ sở một số nhà máy nhiệt điện sử dụng than Antraxit. + Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp kỹ thuật để giảm thiểu, kiểm soát phát thải Thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện sử dụng than Antraxit bằng công nghệ đốt than phun. III Nội dung nghiên ứu - Các nội dung nghiên cứu: + Nghiên cứu thực trạng hoạt động của các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam. + Đánh giá mức độ phát thải Thủy ngân của các nhà máy nhiệt điện. + Đánh giá hiệu quả của các biện pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải Thủy ngân tại các nhà máy nhiệt điện. + Đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải Thủy ngân trong khí thải của các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam.
5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Những nghiên ứu về ph t thải thủ ng n trong nhiệt iện th n trên thế giới và t i Việt N 1.1.1 Những nghiên cứu trên thế giới: Từ cuối những năm 1970, hiện tượng ô nhiễm Thủy ngân trên thế giới được phát hiện và bùng nổ thành những thảm họa môi trường nghiêm trọng. Vì vậy, nhiều chương trình quan trắc ô nhiễm Thủy ngân đã được thực hiện trên thế giới, trong đó phải kể đến Chương trình quan trắc của Mỹ, Chương trình quan trắc của Cộng đồng Châu Âu – Canada (Chương trình quan trắc ô nhiễm không khí tầm xa), Chương trình quan trắc của một số nước Đông Á và Chương trình quan trắc ô nhiễm Thủy ngân toàn cầu của UNEP. Hình 1.1 Hệ thống qu n trắ ph t thải thu ng n khu vự Ch u Âu Nguồn: UNEP, 2016 Theo báo cáo của UNEP về đánh giá phát thải thủy ngân toàn cầu năm 2018 (Global Mercury Assessment 2018), cho thấy các hoạt động của con người đã làm tăng hàm lượng Thủy ngân trong khí quyển lên 3 lần so với thời kỳ tiền công nghiệp. Có thể nói, đến nay ô nhiễm Thủy ngân đã trở thành một vấn nạn mang tính toàn cầu, xuất hiện tại nhiều nước như Tanzania, Philippin,
6 Indonexia, Trung Quốc, Brazin, Mỹ, Canada… Hình 1.2 Tỷ ệ ph t thải thủ ng n ủ ngành ông nghiệp Nguồn: Global Mercury Assessment 2018 Cũng theo báo cáo này, xu thế phát thải thủy ngân giữa các khu vực trên toàn cầu đến năm 2015 không có sự thay đổi nhiều so với năm 2010. Phần lớn khối lượng thủy ngân phát thải ra môi trường tại khu vực Châu Á (với tỷ lệ 49%, trong đó 39% ở Đông và Đông Nam Á), tiếp theo là Nam Mỹ (18%) và châu Phi (16%). Đáng chú ý là các ngành công nghiệp đốt, sử dụng than đang là lĩnh vực chiếm tỷ lệ phát thải cao tại nhiều khu vực như Bắc Mỹ (60%), Châu Âu (50%) và Úc, New Zealand (37%). Cũng theo Báo cáo này, trong năm 2015, phát thải các ngành công nghiệp đốt than chiếm tỷ lệ khoảng 21% tổng phát thải thủy ngân toàn cầu (khoảng 1480 tấn). Ước tính phát thải thủy ngân từ các ngành công nghiệp toàn cầu trong năm 2015 được thể hiện tại Hình sau. Theo báo cáo kỹ thuật về phát thải thủy ngân của UNEP (Technical Background report to the Global Atmospheric Mercury Assessment, 2018), hiện nay, hầu hết các nhà máy nhiệt điện sử dụng than trên thế giới thường sử dụng các công nghệ lọc bụi tĩnh điện dạng khô và hệ thống khử lưu huỳnh
7 dạng ướt (FGDw) để xử lý bụi và một số chất độc hại trong khí thải (SOx, CO2). Đối với việc xử lý NOx, tại một số nhà máy tại các nước tiên tiến thường áp dụng hệ thống tiếp xúc có sử dụng xúc tác NH3 (SCR) để xử lý. Hệ thống này khi kết hợp với hệ thống FGD sẽ đạt hiệu quả rất cao trong việc xử lý một số thành phần độc hại trong khí thải nhiệt điện than, bao gồn cả thủy ngân (Hg). Theo báo cáo kỹ thuật về , việc áp dụng hệ thống FGDw sẽ góp phần giảm thiểu thủy ngân phát thải trong không khí từ 30-50%. Ngoài ra, một số hệ thống lọc bụi tĩnh điện dạng ướt (wet ESP) trong các nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ khí hóa than do những yêu cầu khắt khe về công nghệ sản xuất cũng như an toàn về cháy nổ, Tuy nhiên, công nghệ này có giá thành rất cao và chi phí vận hành lớn nên không được áp dụng rộng rãi. Bên cạnh đó, một số nước tiên tiến (Mỹ, Nhật bản, Nga,…) đã áp dụng hệ thống khử lưu huỳnh dạng khô (dry FGD) để xử lý SOx trong khí thải. Việc áp dụng hệ thống này giúp các nhà máy tiết giảm được lượng bùn thải hình thành sau quá trình xử lý, đồng thời cho hiệu suất xử lý cao và triêt để hơn hệ thống khử lưu huỳnh dạng ướt. Theo báo cáo kỹ thuật về phát thải thủy ngân của UNEP (Technical Background report to the Global Atmospheric Mercury Assessment, 2018), trong trường hợp kết hợp giữa hai hệ thống ESP và FGD sẽ tăng hiệu quả xử lý khí thải và giảm thiểu phát thải thủy ngân vào không khí lên tới 95%. Bên cạnh việc xử lý các thành phần cơ bản trong khí thải các nhà máy nhiệt điện, một số phương pháp rửa than đầu vào và bổ sung chất hấp thụ trong quá trình đốt để tăng khả năng xử lý một số chất độc hại (Hg, As,…) trong khí thải cũng đã và đang được áp dụng tại nhiều nhà máy nhiệt điện than của Nga, Mỹ. 1.1.2. Những nghiên cứu tại Việt Nam Hiện nay, những nghiên cứu ở nước ta về phát thải thủy ngân từ các ngành công nghiệp là rất ít, một phần do đây là vấn đề mới (Việt Nam bắt đầu tham gia Công ước Minamata từ năm 2016). Đồng thời, do chi phí quan trắc,
8 phân tích và đánh giá khá tốn kém và chưa có nhiều thiết bị tiên tiến nên việc triển khai các công trình nghiên cứu trên quy mô lớn là rất hạn chế. Hầu hết các nghiên cứu hiện nay về kiểm soát ô nhiễm từ các ngành nhiệt điện than, luyện kim chỉ tập trung vào phát thải tro xỉ, khí thải CO 2 và một số khí nhà kính. Trong năm 2009-2010, một số nghiên cứu của Cục bảo vệ môi trường Việt Nam về phát thải thủy ngân từ một số ngành công ngiệp (luyện kim, xi măng, nhiệt điện) theo phương pháp ước tính phát thải thủy ngân của UNEP (trên cơ sở tổng sản lượng sản phẩm) cho thấy: ngày sản xuất xi măng phát thải khoảng 1.469,757kg thủy ngân/năm; ngành nhiệt điện phát thải khoảng 3.247,56 kg/11 năm. Theo báo cáo Điều tra thủy ngân quốc gia (Vinachemia, 2016), tổng lượng Hg ước tính phát thải vào không khí từ hoạt động của các nhà máy nhiệt điện sử dụng than trong năm 2014 của Việt Nam vào khoảng 3.484 kg/năm và đối với các hoạt động đốt khác có sử dụng than đá là khoảng 1.413 kg/năm. Số liệu phát thải trên được ước tính dựa trên lượng than tiêu thụ năm 2014 vào khoảng 26,4 triệu tấn/năm và chưa tính đến khả năng giảm phát thải Hg từ các thiết bị xử lý khí thải hiện có của các nhà máy nhiệt điện. Theo báo cáo của Hiệp hội năng lượng Việt Nam (VASC, 2016), hiện nay, hầu hết các nhà máy nhiệt điện than sử dụng công nghệ đốt than phun ở nước ta chủ yếu sử dụng hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) và hệ thống khử lưu huỳnh (FGDw) dang ướt để xử lý khí thải trước khi thải ra môi trường với hiệu suất xử lý bụi của các nhà máy đều đạt trên 95%. Hiện nay, chỉ có 02 nhà máy với công nghệ cũ nên không lắp đặt hệ thống xử lý lưu huỳnh (FGD) là Phả Lại I và Ninh Bình, các nhà máy còn lại đều đã lắp đặt hệ thống FGD dạng ướt với phương pháp chủ yếu là hấp thụ dùng dung dịch đá vôi. Đối với các nhà máy sử dụng công nghệ đốt than tầng sôi, việc xử lý SOx trong khí thải được áp dụng công nghệ bổ sung đá vôi trực tiếp vào
9 buồng đốt. Tuy nhiên, theo đánh giá của một số nhà khoa học thì phương pháp này cho hiệu quả không cao do khí thải sau quá trình đốt không phản ứng được triệt để với đá vôi được bổ sung. Đối với việc xử lý các thành phần độc hại khác, đặc biệt là thủy ngân trong khí thải thì hiện nay chưa có công nghệ nào được áp dụng. 1.2 Hiện tr ng ph n ố và kh i th th n t i Việt N 1.2.1 Hiện trạng phân bố các mỏ than Theo Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030 (CIDP), tính đến tháng 12 năm 2015, tổng trữ lượng và tài nguyên than của Việt Nam vào khoảng 48,88 tỷ tấn bao gồm 2,26 tỷ tấn trữ lượng, trong đó bể than Đông Bắc khoảng 2,21 tỷ tấn và các mỏ than tại địa phương khoảng 41,7 triệu tấn. Theo Báo cáo CIDP, tổng tài nguyên than của Việt Nam đã thăm dò tính đến thời điểm 31 tháng 12 năm 2015 là khoảng 46,6 tỷ tấn, bao gồm: bể than Đông Bắc có tổng lượng tài nguyên vào khoảng 4 tỷ tấn; bể than Sông Hồng khoảng 42 tỷ tấn; các mỏ địa phương quản lý là khoảng 164 ngàn tấn và các mỏ than bùn là 336 ngàn tấn. Trong đó tổng tài nguyên có mức độ thăm dò chắc chắn và tin cậy là 1,2 tỷ tấn và tổng tài nguyên dự tính và dự báo là 45,2 tỷ tấn. Vị trí các mỏ than được thể hiện tại Hình 1.3.