Nghiên cứu xác định hệ số phát thải một số chất ô nhiễm không khí của nhà máy nhiệt điện đốt than Quảng Ninh

Nguyễn Thị Thanh Thảo Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 175 - 178 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 175 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN QUẢNG NINH Nguyễn Thị Thanh Thảo* Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Tại Việt Nam, nhiệt điện đốt than đóng vai trò vô cùng quan trọng trong ngành sản xuất điện năng và sự phát triển của nền kinh tế. Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động, chúng cũng tạo ra một loạt các loại khí thải gây hại đến con ngƣời và môi trƣờng, đặc biệt là CO, SO2, NOx, Bài viết này trình bày kết quả tính toán xác định hệ số phát thải của một vài chất ô nhiễm dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm đƣợc tiến hành tại nhà máy nhiệt điện đốt than Quảng Ninh. Hệ số phát thải thu đƣợc đối với CO, SO2, NOx và bụi lần lƣợt là 328 (g/MWh), 97 (g/MWh), 1621 (g/MWh), 80 (g/MWh). Theo các giá trị trên, mức phát thải của các chất trong tƣơng lai cũng đƣợc dự đoán bằng CO- 703 (tấn/năm), SO2- 208 (tấn/năm), NOx – 3.477 (tấn/năm), bụi – 172 (tấn/năm). Từ khóa: hệ số phát thải, ô nhiễm, khí thải, bụi, nhiệt điện đốt than.  ĐẶT VẤN ĐỀ Than thiên nhiên là nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện đốt than. Thành phần sản phẩm cháy sau khi đốt than tạo ra các loại khí bụi gây hại cho con ngƣời và môi trƣờng nhƣ SO2, CO, NOx,. Qua ống khói, khói chứa các hạt khí bụi này bị xả thải vào khí quyển một lƣợng đáng kể. Tùy theo công nghệ đốt, chủng loại nhiên liệu, công suất phát từng thời kì mà lƣợng các chất gây ô nhiễm có thể nhiều hay ít. Hiện nay khi có đủ số liệu về vận hành nhà máy, các dữ kiện về địa lý – khí hậu của vùng địa dƣ phụ cận ngƣời ta có thể tính toán đƣợc mức phát thải của chúng để xác định phạm vi tác động của nguồn thải, từ đó đƣa ra các biện pháp, những chiến lƣợc quyết định chính xác nhằm cải thiện môi trƣờng. Một công cụ hữu ích phục vụ cho công tác đó là hệ số phát thải. Ở các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Nhật, Trung Quốc, việc nghiên cứu xác định hệ số phát thải phục vụ cho các hoạt động quản lý môi trƣờng đã đƣợc quan tâm, tiến hành từ lâu. Nhờ đó mà họ đã có nhiều thành công trong việc kiểm soát ô nhiễm trong công nghiệp. Tuy nhiên, điều này còn khá mới mẻ ở Việt Nam. Trong khi, theo thống kê tại “Tổng sơ  Tel: 0918 322422 đồ Phát triển Điện lực Việt Nam’’ giai đoạn 2006 – 2025 , tính đến năm 2010 tổng công suất các nhà máy điện ở nƣớc ta là 19.533 MW, trong đó nhiệt điện đốt than chiếm khoảng 25,2% [5]. Điều này cho thấy, ngành nhiệt điện đốt than ở Việt Nam là một ngành then chốt, có vai trò rất quan trọng trong cơ cấu sản xuất điện năng. Ngoài ra, đại đa số những nhà máy nhiệt điện này thuộc thế hệ cũ, công nghệ lạc hậu và xuống cấp nghiêm trọng nên đã gây ảnh hƣởng rất lớn đối với môi trƣờng. Theo tính toán của bộ KHCN&MT tính trong năm 2010 lƣợng phát thải bụi, SOx, NOx, CO2 khi sử dụng nhiên liệu hữu cơ trong sản xuất điện tƣơng ứng là 1.178, 101, 120, 36.102 ngàn tấn [1]. Theo nhu cầu sử dụng điện hiện nay và trong tƣơng lai thì lƣợng khí bụi này sẽ còn tiếp tục tăng rất mạnh trong những năm tiếp theo. Xuất phát từ thực tiễn đó, nghiên cứu này đƣợc tiến hành nhằm xác định hệ số phát thải cho nhà máy nhiệt điện đốt than Quảng Ninh, từ đó phƣơng pháp này có thể sử dụng để tính toán phát thải trên các nhà máy khác ở Việt Nam. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hệ số phát thải và các phương pháp tính toán hệ số phát thải Nguyễn Thị Thanh Thảo Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 175 - 178 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 176 Hệ số phát thải: Hệ số phát thải (EF- emission factor) là một giá trị đại diện, hệ số đƣợc sử dụng để diễn tả khối lƣợng chất ô nhiễm thải vào bầu khí quyển với một hoạt động liên quan đến sự thải chất ô nhiễm đó [6]. Việc xây dựng hệ số phát thải có ý nghĩa quan trọng trong việc sử dụng các phần mềm, mô hình tính toán nồng độ và kiểm kê phát thải. Từ đó có thể dự báo tổng lƣợng phát thải của các chất ô nhiễm của những nguồn thải đang hoạt động hoặc sẽ hoạt động trong tƣơng lai. Hệ số phát thải thƣờng biểu hiện dƣới dạng khối lƣợng chất ô nhiễm trên một đơn vị khối lƣợng thể tích, hay dạng khối lƣợng chất ô nhiễm trên một đơn vị sản phẩm Các phương pháp tính toán hệ số phát thải * Phƣơng pháp xác định hệ số phát thải dựa trên cân bằng vật chất [3]. Phƣơng trình cân bằng vật liệu đƣợc thiết lập cho các nguyên tố đầu vào và đầu ra của quá trình dựa trên các phản ứng hoá học và các biến đổi về lƣợng của thành phần nguyên nhiên liệu, và các nguyên tố. Từ đó, có thể tính toán đƣợc lƣợng chất ô nhiễm tạo thành và tính đƣợc hệ số phát thải cho từng loại quá trình, chất ô nhiễm. * Phƣơng pháp xác định hệ số phát thải dựa trên việc quan trắc nguồn thải [4] Quan trắc không liên tục: Thông tin về hệ số phát thải có thể đƣợc xác định dựa trên các thí nghiệm đã đƣợc tiến hành bởi một nhóm trang thiết bị phù hợp hoặc từ các nguồn thông tin có uy tín và chất lƣợng. Quan trắc phát thải liên tục: Tiến hành đo đạc trực tiếp tại nguồn thải, thu thập số liệu và kết hợp các phƣơng pháp tính toán, từ đó xác định đƣợc thải lƣợng các chất ô nhiễm phát sinh. Đây là phƣơng pháp cho độ chính xác cao, tuy nhiên chi phí rất lớn và đòi hỏi phải có nguồn nhân lực tốt. Quá trình tiến hành xác định hệ số phát thải Quá trình chuẩn bị: Trƣớc khi tiến hành lấy mẫu, các thiết bị đƣợc vệ sinh, kiểm tra, lắp ráp và hiệu chuẩn để đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình lấy mẫu. * Đối với thiết bị lấy mẫu bụi: Nhiệt độ và tốc độ khí đƣợc đo để lựa chọn vật liệu lọc và kích thƣớc đầu lấy mẫu phù hợp. * Đối với thiết bị đo nhanh chất lƣợng khí thải: Kiểm tra các bộ phận, ống nối để đảm bảo không có không khí xâm nhập vào đƣờng ống. Quá trình quan trắc: Nghiên cứu đƣợc tiến hành tại tổ máy 1 của nhà máy Nhiệt điện Quảng Ninh. Điểm lấy mẫu nằm trên ống khói và ở độ cao 50m so với mặt đất. Trong khói thải chứa nhiều thành phần ô nhiễm ở thể rắn và thể khí, nhƣng đối tƣợng của đề tài tập trung vào khí CO, SO2, NOx và bụi. Các mẫu bụi đƣợc lấy bằng thiết bị METLAB ( Thụy Điển), các mẫu khí đƣợc đo bằng thiết bị đo nhanh Drager MSI – PRO2 ( Đức). Quá trình lấy mẫu bụi đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp lấy mẫu đẳng khí động Isokinetic. Đầu lấy mẫu đƣợc đặt đảm bảo độ lệch so với phƣơng chuyển động không quá 100 và van điều khiển đƣợc điều chỉnh sao cho tốc độ dòng khí lấy mẫu bằng tốc độ dòng khí trong ống khói tại thời điểm lấy mẫu ( sai số không quá 10%). Mỗi vị trí đƣợc đo 6 điểm và thời gian cho mỗi điểm là 10 phút. Mỗi vị trí lấy mẫu khí đƣợc tiến hành đo trong 3 lần để đảm bảo độ chính xác cao. Ngoài những thông tin về kết quả hiển thị trên thiết bị thì điều kiện hoạt động của thiết bị , điều kiện lấy mẫu nhƣ vị trí, kích thƣớc ống,.. cũng đã đƣợc ghi chép cẩn thận để có đủ dữ liệu trong quá trình tính toán hệ số phát thải. Nguyễn Thị Thanh Thảo Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 175 - 178 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 177 Ước tính hệ số phát thải cho nhà máy nghiên cứu Sau khi tiến hành quan trắc thu thập các số liệu, các thông tin cần thiết từ nhà máy thì quá trình tính toán hệ số phát thải đƣợc xác định theo công thức : 310   B QC EFx x ( g/tấn) (1) hoặc : 310   P QC EFx x (g/MWh) (2) Lƣu lƣợng khí thải Q đƣợc tính theo công thức sau : Q = v.A /3600 (m 3 /h) [4] Trong đó: EFx: Hệ số phát thải của chất ô nhiễm( bụi, SO2, NOx, CO ); Cx: Nồng độ chất ô nhiễm x đo tại ống khói (mg/m 3 ); V: Vận tốc dòng khí tại ống khói (m/s); A : Tiết diện ống khói (m2); B : Lượng nhiên liệu tiêu thụ (tấn/h); P : Lượng điện sinh ra (MWh). KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải Kết quả đo đạc nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải của nhà máy đƣợc tổng hợp dƣới bảng 1: Bảng 1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải CO SO2 NOx Bụi thải 116,3 34,3 574,3 28,2 (Đơn vị: mg/Nm3) Hình 1. So sánh nồng độ các chất ô nhiễm với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia 2009 Kết quả này đƣợc đem so sánh với “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về công nghiệp nhiệt điện” năm 2009 của bộ Tài nguyên và Môi trƣờng cho thấy tất cả đều nằm trong giới hạn cho phép về tiêu chuẩn phát thải, tuy nhiên nồng độ NOx vẫn ở giá trị rất cao. Hệ số phát thải của bụi, SO2, NOx, CO Hệ số phát thải các chất đƣợc tính toán dựa trên công thức (1) và (2) nhờ các thông tin thu thập đƣợc trong quá trình quan trắc. Kết quả thu đƣợc đƣợc trình bày dƣới bảng (2), (3) cho thấy hoàn toàn phù hợp với điều kiện thực tế của nhà máy. Bảng 2. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm của nhà máy CO SO2 NOX Bụi 328 97 1621 80 Đơn vị: g/MWh Bảng 3. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm của nhà máy CO SO2 NOX Bụi 710 209 3510 173 Đơn vị: g/tấn (than đốt) Có thể giải thích kết quả này là do nhà máy đã có thiết bị lọc bụi và thiết bị xử lý lƣu huỳnh ƣớt dùng hợp chất chứa canxi (đá vôi – thạch cao), trong khi đó chƣa có hệ thống xử lý CO và NOx vì vậy hệ số phát thải của SO2 và bụi nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số phát thải của NOx và CO . Điều này cho thấy, các nhà máy sẽ xây dựng trong tƣơng lai nếu chú ý Nguyễn Thị Thanh Thảo Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 175 - 178 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 178 xây dựng hệ thống xử lý khí thải để có thể giảm tối đa mức độ phát thải của chúng. Ước tính mức độ phát thải của nhà máy Mức độ phát thải các khí ô nhiễm cũng đƣợc xác định trong nghiên cứu này (theo bảng 5) dựa trên các kết quả tính toán về hệ số phát thải kết hợp với giá trị điện năng phát lên lƣới. Trong đó: Lƣợng điện năng phát lên lƣới = Điện năng sản xuất – Điện tự dùng Điện năng sản xuất = Công suất lắp đặt x Thời gian vận hành [2] Bảng 4. Một số thông số sử dụng trong tính toán mức độ phát thải các chất Loại nhà máy Điện năng tự dùng (%) Thời gian vận hành (h/năm) Thời gian vận hành theo hệ số sẵn sàng (giờ) Nhiệt điện đốt than 7 6500 6570 Bảng 5. Dự báo phát thải các chất ô nhiễm của nhà máy năm 2011 Công suất lắp đặt (MW) Điện năng phát lên lƣới (MWh) Lƣợng phát thải trong năm 2011 (tấn) CO SO2 NOx Bụi 300 2145000 703 208 3477 172 KẾT LUẬN Hƣớng nghiên cứu trên là hoàn toàn phù hợp với điều kiện hiện tại ở Việt Nam. Kết quả xác định hệ số phát thải cho thấy đây là thông số có ý nghĩa quan trọng trong ứng dụng đánh giá tổng lƣợng thải không chỉ áp dụng cho các nhà máy nhiệt điện đốt than mà còn có thể áp dụng cho các hoạt động công nghiệp nói chung trên cả nƣớc. Giá trị này giúp cho việc phát triển chiến lƣợc kiểm soát khí thải, các cơ quan ban ngành có thể chứng thực tác động ô nhiễm của nguồn, để đƣa ra những chính sách kiểm soát môi trƣờng hợp lý. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bộ KHCN&MT – Cục môi trƣờng, Bảo vệ môi trƣờng trong phát triển ngành điện đến năm 2010, Chủ biên: Đinh Văn Sâm, Hà nội, 11/1996. [2]. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng – Cục Khí tƣợng thủy văn và biến đổi khí hậu (12/2009). Báo cáo “Nghiên cứu, ƣớc tính hệ số phát thải (EF) của lƣới điện Việt Nam cho các năm 2010, 2015, 2020, 2025”. [3]. Trần Ngọc Chấn (2011), Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 3, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [4]. Nguyễn Việt Thắng (2010), Xây dựng bộ hệ số phát thải cho các nguồn dân sinh sử dụng nhiên liệu sinh khối, Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật môi trƣờng, Viện Khoa học và Công nghệ môi trƣờng, Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội. [5]. Tổng sơ đồ Phát triển Điện lực Việt Nam giai đoạn 2006-2005 (TSĐ VI), 5/2006. [6]. US. Enviromental Protection Agency (2002), Compilation of Air Pollutant Emission Factors, AP-42, 5th Ed., Vol.1. SUMMARY DETERMINATION OF EMISSON FACTORS OF SELECTED AIR POLLUTANTS FOR QUANG NINH’S COAL FIRED POWER PLANT Nguyen Thi Thanh Thao  College of Technology – TNU In Vietnam, the coal-fired power plays a very important role in energy production and the development of the economy. However, during the operation, it also created a variety of gases harmful to humans and the environment, especially CO, SO2, NOx, ... This article want to present the results of calculations determine the emission of several pollutants based on empirical research conducted at coal-fired power plants in Quang Ninh. Emission obtained for CO, SO2, NOx and dust 328 (g / MWh), 97 (g / MWh), 1621 (g / MWh), 80 (g / MWh) respectively. According to the values above, the emission of substances in the future be predicted by CO-703 (tons / year), SO2-208 (tons / year), NOx - 3477 (tons / year), dust - 172 (tons / year). Key words: emission factors, pollution, gas waste, dust, coal-fired power.  Tel: 0918 322422