Tro bay sử dụng cho bê tông đầm lăn ở các
dự án thủy điện
Gần đây, nhiều đập lớn đã áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn (RCC) thay
thế cho công nghệ bê tông thông thường. Khi đó, vấn đề quan trọng là phải
xác định được nguồn cung cấp vật liệu kết dính (Pozzolan)...
Đối với các công trình thuỷ điện, ngoài các yếu tố kỹ thuật chủ yếu có ảnh hưởng
lớn đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật của công trình, công tác xây dựng đập và các
công trình thuỷ công phụ trợ cho đập đóng một vai trò rất quan trọng và ảnh
hưởng lớn đến hiệu quả của dự án.
Trong những năm gần đây, để tăng hiệu quả kinh tế dự án thông qua việc áp dụng
các giải pháp kỹ thuật tiên tiến trong công tác xây dựng đập thuỷ điện, nhiều dự án
trên thế giới và Việt Nam đã áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn (RCC) thay thế
cho công nghệ bê tông thông thường ở các đập thuỷ điện có công suất trung bình
và lớn.
Để áp dụng được công nghệ bê tông đầm lăn, vấn đề quan trọng là phải xác định
được nguồn cung cấp vật liệu kết dính (Pozzolan) theo 2 hướng: Sử dụng vật liệu
Pozzolan tự nhiên từ các mỏ Pozzolan hiện có (phương án này theo đánh giá của
các chuyên gia là khó khả thi ở điều kiện Việt Nam); hoặc sử dụng tro bay từ các
nhà máy nhiệt điện (có tính khả thi cao về kỹ thuật, trữ lượng và đáp ứng được
nhu cầu sử dụng trong thời gian ngắn).
Qua nghiên cứu đánh giá của các chuyên gia tư vấn cho dự án Thuỷ điện Sơn La,
về cơ bản, tro bay của Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại có thành phần lý hoá và các
chỉ tiêu kỹ thuật đáp ứng yêu cầu làm vật liệu kết dính cho công nghệ bê tông đầm
lăn. Duy nhất tồn tại là cần thiết phải giảm hàm lượng cácbon không cháy hết
(UCB) tương đương với chỉ tiêu mất khi nung (LOI) trong tro hiện tại từ 16,34 -
22,00% xuống còn 6%, độ ẩm 3% theo yêu cầu. Tuy nhiên, điều này không phải
là vấn đề nan giải khi các công nghệ chế biến tro bay nhà máy nhiệt điện thành tro
bay có thể sử dụng làm phụ gia bê tông trên thế giới đã trở nên phổ biến.
Căn cứ theo các báo cáo Quy hoạch phát triển nguồn điện gần đây thì trong giai
đoạn 2006 - 2010, sẽ khởi công đưa vào vận hành khoảng 40 dự án thuỷ điện có
quy mô công suất từ 30 MW trở lên, tổng công suất các dự án này khoảng 4.850
MW. Các dự án này dự kiến sử dụng 70% bê tông đầm lăn, khoảng 12,6 triệu m3.
Với khối lượng bê tông dùng công nghệ đầm lăn nói trên, dự kiến cần khoảng 1,7 -
2 triệu tấn phụ gia.
Giai đoạn sau năm 2010, do số lượng và quy mô công suất của dự án thuỷ điện
tăng lên đáng kể nên nhu cầu phụ gia bê tông cho công nghệ bê tông đầm lăn cũng
tăng tương ứng. Dự kiến, bình quân hằng năm nhu cầu phụ gia cho bê tông đầm
lăn nằm trong khoảng 200.000 - 300.000 tấn/năm. Đặc biệt, đối với dự án Nhà
máy Thuỷ điện Sơn La có công suất 2.400 MW, khối lượng bê tông đầm lăn cần
phải sử dụng là 4,4 triệu m3.
Xuất phát từ các nghiên cứu về tro bay sử dụng trong công nghệ bê tông đầm lăn ở
trên, một trong những đơn vị có thể cung cấp tro bay đảm bảo yêu cầu chất lượng,
số lượng theo yêu cầu tiến độ xây dựng đập chứa nước Nhà máy Thuỷ điện Sơn
La là Công ty cổ phần Nhiệt điện Phả Lại. Dây chuyền xử lý tro bay được EVN
quyết định đầu tư đặt tại Phả Lại, trên khuôn viên diện tích khoảng 2,23 ha, ngay
cạnh Công ty. Nguồn tro bay nguyên liệu được lấy từ dây chuyền 2 của Nhà máy.
Hiện nay, Công ty có thể cung cấp 326.000 tấn tro bay/năm. Nếu chọn được dây
chuyền xử lý tro bay phù hợp thì Công ty có thể cung cấp lượng tro bay qua xử lý
là 200.000 tấn/năm trở lên.
Để xử lý lượng tro bay làm phụ gia cho công nghệ bê tông đầm lăn đòi hỏi phải có
công nghệ hoàn chỉnh để tách cácbon ra khỏi tro bay đạt yêu cầu tiêu chuẩn Mỹ
ASTM C618-97 đối với tro bay loại F. Trong thời gian qua, được EVN giao nhiệm
vụ tư vấn quản lý dự án đầu tư xây dựng dây chuyền xử lý tro bay, Công ty cổ
phần Nhiệt điện Phả Lại đã nỗ lực thực hiện nhiệm vụ, đẩy nhanh tiến độ dự án
theo yêu cầu. Tuy nhiên, do công nghệ lựa chọn để tuyển tro bay là mới mẻ và
chưa có dự án tương tự nào được triển khai tại Việt Nam nên vẫn chưa lựa chọn
được nhà thầu đáp ứng yêu cầu công việc đề ra.
Để rút ngắn các thủ tục từ khi chuẩn bị đầu tư, đầu tư và sử dụng, tăng cường trách
nhiệm, EVN đã chính thức giao cho Ban QLDA Nhà máy Thuỷ điện Sơn La thực
hiện tiếp dự án này. Tin rằng, dự án này sẽ thực hiện thành công, cung cấp sản
phẩm tro sạch làm phụ gia bê tông đầm lăn, đáp ứng yêu cầu về số lượng, chất
lượng cho công trình xây dựng đập chứa nước của Nhà máy Thuỷ điện Sơn La.
Trên thế giới, các công nghệ chế biến tro bay nhà máy nhiệt điện thành tro bay sử
dụng làm phụ gia bê tông bao gồm:
Công nghệ tuyển nổi:
Nguyên lý của công nghệ tuyển nổi tro bay là dùng chất tạo váng có chuỗi cácbon
cao hơn ốctan (thường dùng dầu hoả) để bao bọc lấy các hạt cácbon làm các hạt
này trở nên kỵ nước (không thấm nước). Khi được khuấy trộn mạnh trong một bể
nước sục không khí, các hạt cácbon kỵ nước bám vào các bọt khí tạo ra, nhờ đó
nổi lên trên bề mặt bể thành một lớp váng. Váng được vớt đi, còn tro ít cácbon
được tách ra khỏi nước thành sản phẩm.
Công nghệ tách tĩnh điện:
Công nghệ tách tĩnh điện sử dụng sự khác biệt về đặc điểm điện học giữa tro bay
nghèo cácbon và tro bay giàu cácbon. Trong máy tách, tro nguyên liệu được cấp
vào khe hẹp giữa hai bản cực phẳng đặt song song. Các hạt tro bị nhiễm điện do sự
cọ sát mạnh giữa chúng với nhau, các hạt giàu cácbon nhiễm điện "dương", các
hạt nghèo cácbon nhiễm điện "âm". Dưới điện trường mạnh giữa hai bản cực, các
hạt tro đã bị nhiễm điện bị hút về các bản cực trái dấu. Các hạt tro sau đó được
một băng tải chuyển động liên tục "quét" về hai đầu đối diện của máy tách.
Chuyển động ngược chiều của các hạt tro và sự nhiễm điện liên tục do ma sát giữa
hạt tro giàu cácbon và hạt tro nghèo cácbon tạo ra sự phân ly nhiều cấp dẫn đến
hiệu quả tách cao.
Công nghệ phân ly bằng ly tâm:
Dòng hỗn hợp khí hạt tro bay được đưa vào thiết bị tách ly tâm hình trụ theo chiều
tiếp tuyến sẽ chuyển động xoắn ốc từ trên xuống dưới. Hạt chuyển động xoắn ốc
sẽ chịu lực ly tâm văng đến vách thiết bị, bị mất tốc độ do ma sát và rơi xuống
phễu gom đặt phía dưới thiết bị ly tâm. Tro nguyên liệu được vận chuyển bằng
không khí đến thiết bị ly tâm. Tại đây, những hạt tro thô (nhiều cácbon) tách ra rơi
xuống silô thứ phẩm. Hỗn hợp tro - không khí còn lại tiếp tục đi tới xyclon. ở đây,
tro mịn (ít cácbon) được tách ra và rơi xuống sillo sản phẩm.
Công nghệ đốt cácbon:
Bản chất của công nghệ đốt cácbon là giảm hàm lượng cácbon chưa cháy hết trong
tro bay bằng cách đốt tro. Quá trình cháy có thể tự duy trì khi hàm lượng cácbon
không cháy hết trong tro bay đủ lớn hoặc được hỗ trợ bởi nhiên liệu phụ trợ khi
hàm lượng cácbon không cháy hết trong tro bay quá nhỏ.
Ưu điểm của công nghệ bê tông đầm lăn so với công nghệ bê tông thông thường:
Giá thành rẻ hơn từ 25 - 50%.
Có thể rút ngắn tiến độ thi công từ vài tháng đến vài năm.
Thi công đơn giản, cường độ đắp đập cao do không phải xử lý nhiệt trong quá
trình thi công đập bê tông khối lớn.
Giảm vật liệu thi công,
Giảm diện tích ảnh hưởng của dự án, khả năng chịu xói mòn tốt…