Thạc Sĩ Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay của nhiệt điện cao ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung

3
Mục lục Trang
Mở đầu 01
Chương 1 Cơ sở lý thuyết chung tuyển tro bay 06
1 Tình hình tuyển và chế biến trên thế giới 06
2 Tình hình tuyển và chế biến tại Việt Nam 07
Chương 2 Nghiên cứu khả năng tuyển nổi 11
1 Đặc điểm thành phần vật chất của tro xỉ Cao Ngạn 11
2 Nghiên cứu khả năng tuyển nổi của tro xỉ Cao Ngạn 15
Chương 3 Ứng dụng tro bay 20
I Vật liệu dùng cho nghiên cứu 21
II Ứng dụng tro bay vào trong sản xuất gạch xốp 27
III Ứng dụng tro bay vào trong sản xuất gạch block 33
Kết luận và kiến nghị 40
1 Kết luận 40
2 Kiến nghị 40
Tài liệu tham khảo 41
Phụ lục tính toán kinh tế 42









4
MỞ ĐẦU
Ở nhiều nước trên thế giới, tro xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện được sử
dụng rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xây dựng. Việc sử dụng
rác thải công nghiệp như tro xỉ than trong xây dựng đường sá luôn luôn được
khuyến khích và đôi khi là một điều kiện bắt buộc. Tại Pháp 99% tro xỉ than
được tái sử dụng, tại Nhật Bản con số là 80% và tại Hàn Quốc là 85%. Tại Mỹ,
như hiệp hội tro xỉ Mỹ thông báo năm 2005 các nhà máy điện chạy than của Mỹ
đã thải ra 123,1 triệu tấn tro xỉ tương đương với 40%. Cơ quan môi trường Mỹ
đặt mục tiêu tái sử dụng 50% lượng tro xỉ vào năm 2011. Thực ra việc sử dụng
tro không phải là mới mẻ, vì con người đã biết sử dụng tro từ hơn hai nghìn năm
trước. Người La Mã cổ xưa đã sử dụng tro của núi lửa đem trộn với vôi và các
chất phụ gia khác để xây các công trình, nhiều cái trong số đó vẫn còn tồn tại
cho đến ngày hôm nay.
Trong công nghiệp xi măng, tro thô được dùng để thay thế đất sét, một
trong những nguyên liệu chính để chế tạo xi măng, vì tro có thành phần hóa học
gần tương tự đất sét. Chính vì vậy mà ở các nước tiên tiến bên cạnh nhà máy
nhiệt điện luôn luôn có các nhà máy xi măng để xử dụng tro xỉ than tại chỗ. Tro
thô còn được trộn với các vật liệu kết dính như xi măng để làm vật liệu nền
đường. Ngoài ra nó còn dụng làm phân bón, trong việc đánh bắt cá
Tro bay (tiếng anh là fly ash), phần mịn nhất của tro xỉ than là phụ gia rất
hữu dụng trong bê tông và xi măng. Gọi tro bay vì người ta dùng các luồng khí
để phân loại tro. Khi thổi một luồng khí nhất định thì hạt thô sẽ rơi xuống trước
và hạt nhỏ sẽ bay xa hơn. Trong bê tông, tro bay được dùng để thay thế khoảng
trên dưới 30% xi măng nhờ nhiều ưu điểm rất đặc trưng của nó như hạt tròn đều
chứ không có góc cạnh như hạt xi măng, vì vậy nó giống như các chất bôi trơn
khi được trộn vào trong bê tông, giúp ta có thể bơm bê tông đi xa hơn, cao hơn,
hay nhờ đó mà ta có thể sử dụng ít nước trong bê tông (nghĩa là bê tông sẽ bền
hơn) mà vẫn đạt được độ lưu động cần thiết của bê tông.
Hạt tro bay rất nhỏ, vì vậy mà nó len lỏi vào trong các lỗ rỗng li ti của bê
tông, làm cho bề tông chặt hơn, bền hơn. Trong xây dựng các khối bê tông lớn 5
như đập thủy điện, việc thay thế một phần xi măng bằng tro bay giúp giảm nhiệt
lượng tỏa ra trong khối bê tông do phản ứng thủy hóa của xi măng, tránh nứt nẻ,
tăng độ bền và giảm giá thành xây dựng rất nhiều. Với các công trình nước thải,
việc sử dụng tro bay trong bê tông làm tăng tính bền của bê tông trước sự tấn
công của axit.
Đối với nước ta, hiện nay hàng năm các nhà máy nhiệt điện thải ra khoảng
1.3 triệu tấn tro xỉ và dự kiến vào năm 2010 là khoảng 2.3 triệu tấn. Phần lớn
lượng tro xỉ thải ra hiện vẫn còn nằm ở các bãi chứa, hồ nước, bãi sông, đất
ruộng, chiếm nhiều diện tích và gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy việc nghiên
cứu, áp dụng các giải pháp xử lý và sử dụng tro xỉ là rất cần thiết.
Hiện nay, tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện dùng than (Phả Lại 1, Uông
Bí, Ninh Bình được khai thác, xử lý chủ yếu để làm nhiên liệu nung vôi, gạch
với khối lượng không lớn. Riêng tro bay Phả Lại 2 được đánh giá có chất lượng
tốt hơn, hàm lượng than chưa cháy vẫn còn cao nhưng có thể sử dụng được nếu
qua xử lý. Được biết Tổng công ty Sông Đà đang nghiên cứu lắp đặt một hệ
thống dây chuyền để thu gom và xử lý tro của nhà máy Phả Lại 2 rồi đưa vào sử
dụng trong các công trình thủy điện, trong đó có thủy điện Sơn La.
Theo tiêu chuẩn ASTM C618 quan tâm đến 2 loại tro bay: Loại F và loại
C. Sự khác nhau chủ yếu giữa 2 loại tro bay này là hàm lương ôxyt silic (SiO 2 ),
ôxyt nhôm (Al 2 O 3 ) và ôxyt sắt (Fe 2 O 3 ) trong thành phần của chúng. Các tính
chất vật liệu và diễn biến về độ bền theo thời gian là khác nhau tùy thuộc chủ
yếu vào bản chất các loại than đốt tạo nên chúng (ví dụ như than antraxit, than
bitum, hay than non).
Không phải loại tro bay nào cũng đạt yêu cầu của ASTM 618, tro nếu
dùng làm chất thay thế xi măng phải đáp ứng các điều kiện nghiêm ngặt về tiêu
chuẩn cấu trúc, nhưng nếu ứng dụng vào các mục đích khác thì có thể không áp
dụng tiêu chuẩn trên. 3/4 tổng lượng tro phải có kích cỡ < 45µm và có hàm
lượng mất khi nung < 6%. Phân bố kích cỡ hạt tro bay dao động thường xuyên,
nguyên nhân là do điều kiện nghiền than và đốt than thay đổi và chế độ vận
hành lò cũng thay đổi. Nên nếu tro bay đem dùng làm thành phần của bê tông thì 6
có thể cần có các thiết bị phân tách tro như máy phân loại cơ học có kiểm tra
chất lượng đầu ra.
Tro bay loại F: Việc đốt các loại than già hơn, cứng hơn như antraxit hoặc
than bitum thường cho ta tro bay loại F. Loại tro bay này có tính pozzlanic và có
hàm lượng vôi (CaO) < 10%. Để làm được các vật liệu bê tông thì cần cho thêm
vào loại tro này các chất tạo xi măng.
Tro loại C: Việc đốt các loại than non hơn như than non hay than bán
bitum sẽ tạo ra tro bay loại C. Loại tro này ngoài tính pozzlanic có có ít tính chất
tự tạo xi măng. Nếu gặp nước nó sẽ tự cứng lại và hình thành độ bền theo thời
gian. Nói chung tro bay loại C chứa > 20% CaO.
Nhờ các tính chất pozzlanic của nó, tro bay được ứng dụng thay thế cho xi
măng pooclan trong bê tông. Việc sử dụng tro bay như là hợp thành poozzlanic
được công nhận đầu tiên vào năm 1914, mặc dù nghiên cứu sử dụng thực sự
đáng chú ý là năm 1937. Sử dụng tro bay như là chất thay thế một phàn cho xi
măng nói chung chỉ là hạn chế cho tro bay loại F. Nó có thể thay thế tới 30% về
khối lượng cho xi măng pooclan và có thể làm tăng sức chịu đựng hóa học và
tuổi thọ của bê tông.
Gần đây nhất là công nghệ trộn bê tông có hàm lượng tro bay thay thế xi
măng cao đã được triển khai (Thay thế 50% xi măng). Đối với bê tông đầm lăn
(Dùng trong xây dựng đập thủy điện) đã đạt được 70% pozzocrete (Tro bay đã
tuyển) ở dự án đập thủy điện Ghatghar ở Maharastra, Ấn Độ.
Dựa vào báo cáo phân tích tại Viện Khoa học công nghiệp. Đại học
Tokyo, Nhật Bản (Be402, 4-6-1 Komaba, Meguro-ku, Tokyo 153 – 8505, Japan)
tro xỉ than ở hầu hết các nhà máy nhiệt điện Việt Nam thuộc loại F, không phản
ứng với nước, vì vậy mà giải pháp bơm tro cùng với nước ra bãi thải được áp
dụng triệt để, phớt lờ các tác động đến môi trường. Kết quả điều tra cho thấy
môi trường đất và nước ở quanh bãi thải bị ảnh hưởng nghiêm trọng, với hàm
lượng các chất độc hại như kim loại nặng rất cao (JBIC).
Việc khai thác sử dụng tro xỉ cũng như tro bay tự phát vì bản thân ngành
điện và các nhà máy không có chủ trương khai thác tro hoặc không có điều kiện 7
khai thác, nhân dân quanh khu vực các bãi xỉ than đang khai thác một cách tự
phát, chủ yếu làm gạch xây nhà bằng cách trộn với vài phần trăm xi măng và
nước.
Công ty nhiệt điện Cao Ngạn thuộc tập đoàn Than & Khoáng sản Việt
Nam là công ty nhiệt điện đốt than theo công nghệ tầng sôi tuần hoàn, gồm 2 tổ
máy, công suất định mức là 100MW, công suất max: 128MW. Được đưa vào sử
dụng và vận hành thương mại năm 2006, hàng năm công ty cung cấp lên lưới
điện quốc gia khoảng 600 triệu KWh điện.
Công ty sử dụng than nhiệt trị thấp của tỉnh Thái nguyên để sản xuất kinh
doanh điện. Với công nghệ đốt tầng sôi tuần hoàn, có nhiệt độ buồng lửa thấp
(800-900 o C) và quá trình cháy trong buồng lửa cùng với đá vôi để khử lưu
huỳnh nên có các sản phẩm tro bay và tro đáy có đặc thù riêng. Theo như kết
quả phân tích của công ty so sánh với tiêu chuẩn ASTM618 thì.
Tổng các oxit cần thiết (SiO2, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 ) thấp.
Hàm lượng SO 3 cao
Thành phần chưa cháy hết cao.
Việc xử lý hàm lượng mất khi nung cao bằng nhiệt đã được thực hiện
nhưng khi đó thành phần trên vẫn không đạt.
Hiện tại đa phần lượng tro xỉ của nhà máy chưa được sử dụng do chất
lượng đánh giá là thấp. Phần lớn được sử dụng làm san lấp mặt bằng.
Vì vậy Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp đã đăng ký với
Bộ Công Thương đề tài : “ Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay của nhiệt
điện Cao Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung”
Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công, nghiên
cứu khoa học và phát triển công nghệ số: 42.09 RD BS/HĐ- KHCN
Ký giữ bộ Công thương và viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công
nghiệp ngày 05 tháng 05 năm 2009


Nhiệm vụ của đề tài:
- Khảo sát đánh giá nguồn tro bay của nhiệt điện Cao Ngạn
- Xây dựng qui trình kỹ thuật thu hồi tro bay, ứng dụng vào sản xuất vật
liệu không nung.
- Xác định bài phối liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng không nung.
- Qui trình sản xuất gạch không nung như gạch Block, gạch nhẹ cách âm
và cách nhiệt
- Ứng dụng 20 tấn tro bay vào sản xuất vật liệu không nung.