HỘI KHOA HỌC KỸ THUẬT NHIỆT VIỆT NAM
được nhà nước giao chủ trì đề tài nghiên cứu khoa học về đốt than trộn
tại các nhà máy nhiệt điện đốt than

I. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1.1. Đặt vấn đề và các mốc thời gian

Từ khoảng 2 năm nay (năm 2011 và 2012), các hãng về năng lượng như IHI, Idemitsu, Manrubeni, Jcoal,… được sự tài trợ của Bộ Công nghiệp và Thương Mại quốc tế Nhật Bản thông qua tổ chức JICA, đã tiến hành các nghiên cứu đánh giá kết quả đốt than trộn giữa than antraxit Việt Nam với các tỷ lệ phốii trộn khác nhau, than nhập khẩu. Các kết quả nghiên cứu của phía Nhật Bản là nghiên cứu trên mô hình vật lý và trên mô hình mô phỏng, chưa có những nghiên cứu và thí nghiệm trên những thiết bị lò hơi thực tế của nhà máy nhiệt điện (NMNĐ). Đã tiến hành 3 Hội thảo trong 2 năm ở Hà Nội, các kết quả trình bày gần tương tự nhau.

Từ các hội nghị này, nhiều chuyên gia Việt Nam đều có chung một tư duy rằng: đây là một vấn đề có ý nghĩa kinh tế rất lớn và phía Việt Nam hoàn toàn có thể chủ động triển khai nghiên cứu , không những trên các mô hình vật lý hay mô phỏng mà còn cần phải trên thiết bị lò hơi thực tế của mỗi nhà máy nhiệt điện ứng với loại than antraxit nội địa mà NMNĐ đang được cung cấp, từ đó tìm ra tỷ lệ pha trộn có hiệu quả kinh tế cao nhất cho mỗi NMNĐ.

Trên quan điểm và nhận thức như vậy, ngày 2/4/2013, Hội KHKT Nhiệt đã tổ chức một Hội thảo, tập hợp trên 20 chuyên gia đầu ngành, am hiểu sâu và có nhiều kinh nghiệm về quá trình đốt than trong lò hơi của NMNĐ. Tham dự Hội nghị có các đại diện của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam và Tập đoàn Than –Khoáng sản Việt Nam để trao đổi, đóng góp cho việc xây dựng đề tài nghiên cứu đốt than trộn. Sau đó ngày 13/4/2013, Hội đã hình thành Ban chủ nhiệm đề tài cho giai đoạn đăng ký chuẩn bị hồ sơ đề xuất với Bộ Khoa học và Công nghệ về đề tài: “Nghiên cứu công nghệ đốt than trộn giữa than khó cháy với than nhập khẩu dễ cháy nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu tại các NMNĐ đốt than ở Việt Nam”. Đề tài đăng ký thuộc chương trình trọng điểm nhà nước về năng lượng KC-05.

Qua các vòng tuyển chọn do các hội đồng KHCN, tài chính, đề tài của HNVN đã được Bộ Khoa học & Công nghệ phê duyệt, thực hiện trong 2 năm 2014-2015.

1.2. Tính cấp thiết của đề tài

a. Theo Quy hoạch phát triển ngành than và ngành điện (Quy hoạch điện VII) cho giai đoạn 2011 – 2020, có xét triển vọng đến 2030 thì nhu cầu than để sản xuất điện như sau (bảng 1):

Lượng than thiếu hụt được bù đắp bằng than nhập khẩu. Than nội địa cấp cho NMNĐ là than antraxit cám xấu (than tốt nhất cấp cho sản xuất điện là cám 5, còn lại đa phần là cám 6 có độ tro từ 30 – 40%), chất bốc thấp (< 6%), nên rất khó đốt cháy. Đối với các lò hơi đốt than bột (chiếm tỷ trọng chủ yếu trong sản xuất điện) phụ tải nhỏ hơn 70% định mức đã phải đốt kèm dầu, phụ tải 50% định mức đã phải chuyển sang đốt toàn dầu, lượng cacbon chưa cháy còn lại trong tro rất cao, từ 15 – 20%, làm giảm hiệu suất năng lượng của nhà máy điện tới 2 – 3%. Than nhập khẩu chủ yếu là than bitum và á bitum, có chất bốc theo mẫu làm việc rất cao (từ 25-40%) nên dễ bốc cháy .

b. Theo Quyết định 5964/QĐ-BCT ngày 9/12/2012 của Bộ Công thương, với sự xác định chủng loại than và chất lượng than cấp ổn định cho suốt đời các NMNĐ hiện nay và tới năm 2030. Tuy nhiên tại Quyết định này cũng chưa có đầy đủ các cơ sở khoa học, các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm để bảo đảm loại than, chất lượng than cấp cho cả đời mỗi NMNĐ đã hợp lý và có hiệu quả tốt nhất chưa ⁽¹⁾.

c. Than nội địa mà chủ yếu là than antraxit có chất bốc rất thấp. Theo TCVN 8910:2011, than khu vực Hồng Gai- Cẩm Phả có chất bốc cao nhất cũng chỉ tới 6,5%, than Mao Khê: 5%, than Uông Bí, Vàng Danh: 2- 4%, cá biệt có vỉa than có chất bốc < 2% (than mêtan antraxit), nên rất khó cháy. Những năm gần đây than nội địa cấp cho các NMNĐ nói chung đều có phẩm cấp thấp, chất lượng than không ổn định, độ tro của than rất cao, (hầu hết > 30%) gây khó khăn rất lớn cho việc tổ chức quá trình đốt cháy than.

Nếu tính theo lượng than để sản xuất điện là 78 triệu tấn/năm vào năm 2020, 170 triệu tấn năm, vào năm 2030 và tính với giá than 100 USD/tấn thì chỉ cần nâng hiệu suất NMNĐ thêm 1%, cũng đã tiết kiệm được 780.000 tấn than/năm (2030), 1.700.000 tấn/năm (2030), tương ứng tiết kiệm được 78 triệu USD (2020) hay 170 triệu USD (năm 2030). Đây mới chỉ là tính riêng kinh phí thu được do giảm lượng than tiêu thụ, còn về hiệu quả kinh tế cuối cùng cũng cần xét đến sự chênh lệch giá giữa than nội địa và than nhập khẩu. Khả năng nâng hiệu suất nhà máy nhiệt điện lên thêm hơn 1% là hiện thực.

Để trả lời vấn đề này, cần tiến hành nghiên cứu và tổ chức thí nghiệm với nhiều tỷ lệ trộn than khác nhau, ở nhiều công suất phát điện khác nhau, từ đó chọn ra các chế độ vận hành tối ưu và xác định được đầy đủ, chính xác hiệu quả kinh tế đúng của việc nghiên cứu đốt than trộn.

Đề tài thực hiện tốt sẽ mang lại hiệu quả kinh tế to lớn cho đất nước, triển khai sớm ngày nào thì hiệu quả thu lại sớm ngày ấy.

d. Việc đốt than trộn không chỉ cần thiết đối với các NMNĐ nguyên được thiết kế đốt than antraxit nội địa mà cũng cần thiết áp dụng cho các NMNĐ nguyên được thiết kế đốt than nhập khẩu để giảm bớt chi phí nhiên liệu trong giá thành sản xuất điện năng, tăng độ an ninh năng lượng khi nhập khẩu than bị trục trặc. Than bitum của Úc là than có nhiệt trị cao, độ tro, độ ẩm thấp, hàm lượng chát bốc theo mẫu làm việc tới 28% còn theo mẫu cháy tới 35% nên nếu được chọn làm than để trộn với than nội địa thì chắc chắn điều kiện đốt cháy sẽ thuận lợi. Tuy nhiên than bitum Úc khá đắt (~125USD/tấn, kể cả chi phí vận chuyển, giá 05/3/2010).

Than á bitum Indonexia có giá thấp hơn nhiều (~85USD/tấn cả vận chuyển (giá 5/3/2010), có chất bốc rất cao (V^lv=36%, V^c= 51%) nhưng cũng có nhược điểm là độ ẩm khá cao (W^lv=24%) ⁽²⁾, nhiệt độ chảy của tro thấp (1.100⁰C)

Các chuyên gia Việt Nam đều có ý kiến chung là nên chọn á bitum là than nhập khẩu chủ yếu để trộn, than bitum của Úc chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ để bổ sung.

II. MỤC TIÊU, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

2.1. Mục tiêu của đề tài

– Làm chủ việc xác định tỷ lệ trộn hợp lý các nguồn than để cung cấp ổn định cho các nhà máy nhiệt điện đốt than, đạt hiệu quả cao theo hướng ổn định về chủng loại và chất lượng than cấp cho mỗi nhà máy nhiệt điện đốt than trong cả đời dự án.

– Đưa ra các giải pháp kỹ thuật công nghệ đốt than trộn tại các nhà máy điện có công suất từ 200 MW trở lên.

2.2. Nội dung nghiên cứu

1. Xác định trạng thái buồng đốt lò hơi của các NMNĐ đang và sẽ đưa vào vận hành trong tương lai, chủng loại và tính chất than đã lựa chọn cho nhà máy.

2. Xác định khả năng cung ứng than cho các NMNĐ đang và sẽ đưa vào vận hành.

3. Đánh giá về hiệu quả sử dụng loại than được cấp cho NMNĐ. Những vấn đề kỹ thuật cần được nghiên cứu để xây dựng chế độ đốt cháy tốt nhất cho lò hơi NMNĐ.

Từ 3 nội dung trên, tiến hành các nghiên cứu cơ bản về:

a. Đặc tính chất lượng các chủng loại than đang và sẽ dùng cho NMNĐ. Các đặc tính này cần được xác định như là các đặc tính ổn định của loại than cấp cho NMNĐ.

b. Các đặc điểm về vật lý và hóa học của dòng bột than khi phun vào và cháy trong buồng đốt.

c. Cách tổ chức quá trình đốt cháy than trong buồng đốt.

d. Xác định về lý thuyết các tỷ lệ trộn than hợp lý cho mỗi loại buồng đốt ứng với những khả năng cấp than có thể.

Những nội dung nghiên cứu a, b, c, d được thực hiện trong các phòng thí nghiệm, trên mô hình mô phỏng và các thí nghiệm lạnh trên thiết bị thực tế..

e. Tổ chức thí nghiệm đốt trên thiết bị lò hơi thực tế của NMNĐ để khẳng định tỷ lệ trộn than hợp lý và hiệu quả của việc đốt than trộn.

g. Các tính toán kết quả thí nghiệm.

h. Từ các kết quả nghiên cứu trên, xây dựng các quy trình và các phương pháp hướng dẫn về tổ chức thí nghiệm, về tính kết quả thí nghiệm, về tính hiệu quả kinh tế tài chính của việc nghiên cứu đốt than trộn, làm cơ sở cho việc triển khai nghiên cứu đốt than trộn ở tất cả các NMNĐ đốt than khác ở các giai đoạn sau.

Các nội dung trên được tập hợp trong các phần chuyên môn sau:

Phần I: Tổng quan
Phần II: Những nghiên cứu lý thuyết cơ bản về than và về quá trình đốt cháy than (trong phòng thí nghiệm)
Phần III: Nghiên cứu thực nghiệm tại NMNĐ Ninh Bình.
Phần IV: Xây dựng phương pháp luận hướng dẫn lựa chọn công nghệ trộn than, tổ chức thí nghiệm, tính kết quả thí nghiệm và tính hiệu quả của việc đốt than trộn giữa than khó cháy và dễ cháy tại NMNĐ.

• Nội dung 1. Trữ lượng và sản lượng khai thác than của thế giới và khu vực.
• Nội dung 2. Thị trường than lò hơi trên thế giới.
• Nội dung 3. Đặc tính các loại than dùng cho các NMNĐ ở Việt Nam
• Nội dung 4. Vị trí NMNĐ đốt than trong sản xuất điện năng của Thế giới và Việt Nam. 
• Nội dung 5. Xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến sự bốc cháy khi đốt than bột từ than antraxit.
• Nội dung 6. Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống nghiền than đến đặc tính bột than. 
• Nội dung 7. Nghiên cứu quá trình cháy bột than trên mô hình mô phỏng.
• Nội dung 8. Những khảo sát cơ bản tại NMNĐ Ninh Bình: Kết quả khảo sát đánh giá hiện trạng và lựa chọn giải pháp hệ thống cấp và đốt than trộn tại NMNĐ Ninh Bình.
• Nội dung 9 .Nghiên cứu lựa chọn phương án bổ sung, cải tạo các trang thiết bị hệ thống cấp và đốt than trộn tại NMNĐ Ninh Bình phục vụ đốt thí nghiệm
• Nội dung 10. Tổ chức trộn than antraxit khó cháy với than nhập khẩu dễ cháy và xác định đặc tính than trộn ở 4 tỷ lệ từ 5% đến 30% tại NMNĐ Ninh Bình. 
• Nội dung 11. Phương pháp hướng dẫn lựa chọn công nghệ và tỷ lệ trộn than. 
• Nội dung 12. Quy trình tổ chức thí nghiệm đốt than trộn trên lò hơi của NMNĐ. Hướng dẫn kỹ thuật về quy trinh tổ chức đốt và hiệu chỉnh đốt than trộn ở lò hơi NMNĐ:
• Nội dung 13. Phương pháp và hướng dẫn tính kết quả thí nghiệm. Báo cáo tổng hợp về phương pháp luận và hướng dẫn tính toán xử lý kết quả thử nghiệm:
• Nội dung 14: Xây dựng phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế và tính toán hiệu quả đốt than trộn tại NMNĐ.Báo cáo tổng hợp về phương pháp và kết quả phân tích hiệu quả kinh tế trộn và đốt than trộn cho sản xuất điện.
• Nội dung 15: Tổng hợp kết quả nghiên cứu và đề xuất các nội dung cần triển khai cho các NMNĐ đốt than có công suất lớn từ 300 MW trở lên, nhằm nâng cao hiệu suất năng lượng và tăng cường an ninh năng lượng quốc gia. (Dự kiến triển khai giai đoạn 2 sau năm 2015); Báo cáo tổng hợp kết quả nghiên cứu và đề xuất đề án nghiên cứu triển khai áp dụng kết quả nghiên cứu của đề tài tiếp theo:

III. TỔ CHỨC THỰC HIỆN

Hội Nhiệt Việt Nam thực hiện chức năng tập hợp các cán bộ KHKT Nhiệt để triển khai đề tài, trong đó có:

• Trường Đại học Bách khoa Hà Nội;
• Viện Khoa học Năng lượng Viện Hàn lâm KH&CN
• Viện Năng lượng Bộ Công thương;
• Trung tâm Thí nghiệm điện miền Bắc;
• Nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình.

Hội Nhiệt Việt Nam đảm nhiệm chương trình này với vai trò:

• Chủ nhiệm và Thư ký đề tài;
• Quản lý chuyên môn, kế hoạch và tài chính.

Viện Năng lượng, Bộ Công thương và Trung tâm Thí nghiệm điệm miền Bắc cùng với NMNĐ Ninh Bình đảm nhiệm việc triển khai các nghiên cứu và thí nghiệm tại nhà máy điện.

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Khoa học Năng lượng và các chuyên gia đầu ngành đảm nhiệm các nghiên cứu cơ bản, lý thuyết, và rên mô hình, xây dựng các phương pháp luận về tổ chức thí nghiệm, về tính hiệu quả kinh tế.