1. Tổng quan
Hiện nay, trên thế giới đang áp dụng phổ biến 3 công nghệ xử lý ô xít lưu huỳnh trong khói lò nhà máy nhiệt điện đốt than (các tài liệu [1], [8], [9] và [10]), như sau:
- Công nghệ xử lý ướt (wet flue gas desulfurization – WFGD, có lưu đồ hệ thống WFGD, xem trên Hình 1): sử dụng chất khử là đá vôi (CaCO3), sản phẩm phụ là thạch cao (CaSO4.2H2O) dùng cho công nghiệp hoặc để san lấp.
Hình 1. Lưu đồ hệ thống WFGD
- Công nghệ xử lý khô/bán khô (dry/semi dry flue gas desulfurization, có lưu đồ khử ô xít lưu huỳnh xem trên Hình 3): chất khử là vôi (CaO) hoặc vôi tôi Ca(OH)2 sản phẩm phụ là sun phít can xi (CaSO3.1/2H2O) dùng cho công nghiệp hoặc để san lấp.
Hình 2. Chu trình khử lưu huỳnh, ô xít lưu huỳnh theo công nghệ nước biển
- Công nghệ xử lý dùng nước biển (seawater flue gas desulfurization – SWFGD, có lưu đồ khử ô xít lưu huỳnh xem trên Hình 2): không sử dụng chất khử và cũng không sản sinh phụ phẩm.
Hình 3. Lưu đồ khử oxit lưu huỳnh theo phương pháp khô
Các nhà nghiên cứu (các tài liệu [7], [8], [9] và [10]) cũng như hoạt động thực tiễn về hệ thống FGD đã tổng kết và so sánh đặc điểm 3 công nghệ xử lý ô xít lưu huỳnh trong khói lò như thể hiện ở Bảng 1.
| FGD khô | FGD nước biển | FGD ướt |
| Quá trình khử | Phun vôi vào trong luồng khói lò. Sản phẩm phụ khô được loại bỏ bằng thiết bị lọc | Sự hấp thụ SO2 vào nước biển xảy ra trong tháp hấp thụ | Sữa đá vôi tuần hoàn được phun vào tháp hấp thụ. Quá trình sục khí và khử nước khỏi bùn |
| Các đặc trưng | Vốn đầu tư thấp
Sản phẩm phụ khô
Mặt bằng xây dựng nhỏ
Không có nước thải | Không cần chất khử
Không có sản phẩm phụ
Mức tiêu thụ năng lượng thấp | Vùng phun có hiệu quả cao
Chất khử có chi phí thấp
Cho sản phẩm phụ linh hoạt |
| Chất khử | CaO hoặc Ca(OH)2
(Vôi hoặc vôi đã tôi) | Nước biển | CaCO3
(Đá vôi) |
| Sản phẩm phụ | CaSO3. ½ H2O
Canxi sunfit dùng cho các ứng dụng thương mại hoặc san lấp | Nước biển | CaSO4.2H2O
Thạch cao dùng để bán hoặc san lấp |
| Hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu | < 2,5 % | < 1,5 %
(có hiệu quả kinh tế) | < 6 % |
| Hiệu quả loại bỏ | 90-95 % | > 95 % | > 95 % |
| Vốn đầu tư cơ bản | 0,7X | 0,8X | 1X |
| Mức tiêu thụ năng lượng (bao gồm các quạt tăng áp) | 0,7 % | 0,7-1,0 % | 1-2 % |
| Giá thành chất khử | 60 $/tấn | 0 $/tấn | 15 $/tấn |
| Chi phí cho xử lý sản phẩm phụ | 5-10 $/tấn | 0 $/tấn | 5-10 $/tấn - xử lí
5 $/tấn - bán |
Bảng 1. So sánh đặc điểm 3 công nghệ xử lý ô xít lưu huỳnh trong khói lò
2. Thực trạng nghiên cứu công nghệ FGD ở Việt Nam
Trong thời kỳ đầu của ngành công nghiệp nhiệt điện Việt Nam, các tiêu chuẩn môi trường của Việt Nam chưa qui định về hàm lượng SOX phát thải, vì vậy có nhà máy nhiệt điện có hệ thống FGD, có nhà máy không có hệ thống FGD. Cùng với quá trình hội nhập quốc tế, các tiêu chuẩn môi trường về phát thải ngành công nghiệp nhiệt điện đã được các cơ quan chức năng soạn thảo và ban hành, tạo ra các cơ sở pháp lý bắt buộc các nhà máy nhiệt điện phải có hệ thống FGD.
Qua khảo sát (các tài liệu [5], [6] và [7]) cho thấy: các hệ thống FGD hiện có ở Việt Nam đều do các nhà thầu nước ngoài thực hiện theo hình thức EPC (Thiết kế, mua sắm, chế tạo – lắp đặt). Với giá thành từ 45-60 triệu USD/1 hệ thống FGD (cho nhà máy 600 MW), một lượng lớn ngoại tệ của quốc gia đã phải chuyển cho các nhà thầu nước ngoài, trong khi đó các doanh nghiệp Việt Nam lại thiếu việc và phải làm nhà thầu phụ cho nước ngoài. Phần công việc các doanh nghiệp Việt Nam tham gia vào hệ thống FGD chủ yếu là lắp đặt và chế tạo kết cấu thép, giá trị thực hiện trong nước chiếm tỷ trọng nhỏ. Các doanh nghiệp Việt Nam chưa tham gia vào công tác tính toán, thiết kế, lập hồ sơ kỹ thuật nên chưa nắm bắt được các vấn đề cốt lõi của hệ thống; mặt khác các cán bộ kỹ thuật tham gia các dự án FGD với nước ngoài mang tính thời vụ của từng dự án, kết thúc dự án thường chuyển sang công tác khác, vì vậy tính kế thừa hiểu biết và kinh nghiệm rất bị hạn chế.
Ngày 29/11/2012, Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số 1791/QĐ-TTg về việc phê duyệt cơ chế thực hiện thí điểm thiết kế, chế tạo trong nước thiết bị các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2012-2025. Ba dự án nhiệt điện: Quảng Trạch 1, Sông Hậu 1 và Quỳnh Lập 1 được phê duyệt áp dụng thí điểm cơ chế này. Ngoài dự án Quỳnh Lập 1 dự kiến sử dụng SWFGD thì 2 dự án còn lại đều sử dụng WFGD.
3. Mục tiêu và những nội dung cần nghiên cứu về công nghệ FGD
Báo cáo nghiên cứu khả thi (các tài liệu [5], [6] và [7]) của các nhà máy nhiệt điện đốt than (Quy hoạch điện VII) cho thấy: hệ thống WFGD và SWFGD đã và sẽ được sử dụng cho các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam. Việc nghiên cứu hệ thống FGD theo công nghệ ướt và công nghệ nước biển cần được nghiên cứu và áp dụng để nội địa hóa cho các thiết bị FGD của nhà máy nhiệt điện trong nước.
Theo thông tin mà nhóm thực hiện đề tài thu thập được, cho tới thời điểm hiện nay chưa có bất kỳ đề tài, hay bộ tài liệu tính toán, thiết kế hệ thống FGD nào được thực hiện bởi các nhà khoa học, công nghệ của Việt Nam. Mục tiêu nghiên cứu là:
- Làm chủ thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò (FGD) nhà máy nhiệt điện đốt than có công suất tổ máy đến khoảng 600 MW;
- Chế tạo, lắp đặt và đưa vào vận hành hệ thống FGD tại nhà máy nhiệt điện đốt than có công suất tổ máy đến khoảng 600 MW.
Để cụ thể hóa các mục tiêu đó, chúng ta cần phải:
- Đầu tư để tạo điều kiện và khuyến khích các đơn vị trong nước đi sâu nghiên cứu thiết kế, đào tạo nguồn lực và chế tạo thiết bị;
- Đào tạo đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật có chuyên môn cao và giỏi ngoại ngữ còn thiếu và còn yếu, do đó chưa có các đề tài nghiên cứu đi sâu vào lĩnh vực nội địa hóa các thiết bị khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò.
Ngoài bài toán tính toán đồng bộ hệ thống và tính toán thiết kế tháp hấp thụ (là thiết bị trung tâm của hệ thống) chúng ta cần phải học tập, tiếp thu từ nước ngoài, còn các thiết bị/hệ thống khác Việt Nam có thể nghiên cứu thiết kế, chế tạo trong nước. Chúng ta có thể giải quyết được bài toán làm chủ tính toán công nghệ, xây dựng bộ thiết kế thiết bị và quy trình công nghệ chế tạo khi mua bản quyền thiết kế từ các công ty nước ngoài, từ đó nghiên cứu phát triển và tiến tới làm chủ trong các dự án sau.
Từ những phân tích trên đây, trong giai đoạn nghiên cứu hiện tại, Việt Nam nên tập trung cho mục tiêu tính toán, thiết kế hệ thống, làm chủ trong công tác mua sắm, tích hợp hệ thống, việc triển khai chế tạo nội địa hóa sẽ được vận dụng ở điều kiện cao nhất có thể.
4. Định hướng triển khai nghiên cứu công nghệ FGD ở Việt Nam
4.1. Cách tiếp cận
Mặc dù công nghệ khử khí ô xít lưu huỳnh trong khói lò đã được các nước trên thế giới nghiên cứu, ứng dụng từ rất lâu, nhưng ở Việt Nam ngoại trừ một số bài tập tính toán tháp hấp thụ qui mô nhỏ trong các trường đại học, cho tới nay vẫn chưa có đơn vị nào nghiên cứu, áp dụng ở dạng sản phẩm thương mại. Để tính toán, thiết kế áp dụng được hệ thống FGD thành sản phẩm thương mại, ngoài việc có kiến thức chuyên môn sâu, rộng, còn cần có đội ngũ cán bộ kỹ thuật đông đảo, giàu kinh nghiệm trong tích hợp thiết bị đồng bộ và nắm được các bí quyết nghề nghiệp.
Dựa trên kinh nghiệm quốc tế, thực tiễn trong nước và kinh nghiệm tích hợp các hệ thống thiết bị đồng bộ của Viện Nghiên cứu Cơ khí và các đơn vị khác, nhóm tác giả đề xuất cách tiếp cận hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò cho các nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam, như sau:
Bước 1: Nghiên cứu công nghệ khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò từ các tài liệu kinh điển về xử lý ô nhiễm không khí. Nghiên cứu điều kiện làm việc của nhà máy nhiệt điện đốt than, sự phát thải các chất ô nhiễm trong khói và tiêu chuẩn phát thải SO2 của quốc gia.
Bước 2: Khảo sát, nghiên cứu hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò của nước ngoài hiện đang được sử dụng tại nhà máy nhiệt điện Việt Nam (Phả Lại 2, Uông Bí mở rộng 1, Uông Bí mở rộng 2, Hải Phòng, Quảng Ninh, Vũng Áng 1...).
Thông qua khảo sát các hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò có tính năng tiên tiến đang sử dụng ở Việt Nam, nhóm tác giả kế thừa phát huy các kinh nghiệm đã có trong việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị cho các công trình có quy mô tương tự, đặc biệt là các kinh nghiệm nắm bắt được trong quá trình tham gia chế tạo và lắp đặt, khai thác sử dụng các thiết bị của hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò.
Bước 3: Thông qua bước 1 và 2 ở trên để từng bước làm quen, tiếp thu công nghệ, thiết bị và các nhà cung cấp thiết bị, phương pháp tổ chức thực hiện, các qui phạm và tiêu chuẩn áp dụng,.... từ đó có cơ sở để lựa chọn công nghệ, đối tác cung cấp bản quyền thiết kế hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò.
Bước 4: Mua bản quyền thiết kế cho dự án đầu tiên. Tiến hành thiết kế chi tiết, chế tạo, lắp đặt dưới sự hướng dẫn của chuyên gia nước ngoài. Từng bước giải mã được công tác tính toán, thiết kế; quản lý dự án; tiếp cận được các nhà thầu phụ cung cấp thiết bị cho hệ thống; tích lũy kinh nghiệm và bí quyết cho riêng mình.
Sử dụng thiết kế cơ sở của nước ngoài làm cơ sở thiết kế; khảo sát, học tập nước ngoài; sử dụng tư vấn & thẩm định của chuyên gia nước ngoài, chuyên gia trong nước trong việc thiết kế hệ thống, lựa chọn và thiết kế thiết bị có vai trò rất quan trọng, quyết định đến sự thành công của đề tài.
Để thực hiện được các bước 1÷4 cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ sở nghiên cứu, các công ty cơ khí trong nước, các Viện và hãng chuyên ngành của nước ngoài. Đặc biệt, cần sự hỗ trợ về kinh phí của Nhà nước để mua bản quyền thiết kế, đào tạo nhân lực. Nếu Chính phủ và các Chủ đầu tư dự án nhà máy nhiệt điện chỉ định Cơ quan chủ trì đề tài kiêm Tổng thầu cung cấp hệ thống FGD (cho 3 dự án đầu tiên) thì hiệu quả khoa học – công nghệ và kinh tế khi thực hiện sẽ cao nhất, rút ngắn thời gian nội địa hóa hệ thống FGD theo quyết định số 1791/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ.
Bước 5: Trong dự án thứ hai, tự tính toán, thiết kế từng phần dưới sự thẩm định của chuyên gia nước ngoài, mua sắm thiết bị, tích hợp hệ thống, thử nghiệm và vận hành hệ thống với sự tư vấn của chuyên gia nước ngoài. Từ dự án thứ 3 sẽ tự tiến hành tính toán, thiết kế và tích hợp toàn bộ hệ thống. Từ dự án thứ 4 trở đi là quá trình tích lũy kinh nghiệm, bí quyết để tự thương mại hóa hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò của chính mình.
4.2. Phương án phối hợp nghiên cứu
Trong nước:
- Viện Nghiên cứu Cơ khí (NARIME) là cơ quan chủ trì đề tài, chịu trách nhiệm quản lý, tổng hợp đề tài. Trực tiếp thực hiện các công việc: Lập báo cáo tổng quan; Tiếp nhận bản quyền thiết kế từ nước ngoài và triển khai công tác tính toán, thiết kế, tích hợp thiết bị; Tham gia chế tạo, lắp đặt và đưa vào vận hành hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò; Áp dụng kết quả vào 1 dự án nhiệt điện 600MW thích hợp (trong các dự án thí điểm theo quyết định 1791/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ); Viết báo cáo tổng kết đề tài.
- Các nhà khoa học từ các Trường đại học có chuyên ngành liên quan (như: Đại học Bách khoa Hà nội, Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà nội, Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Đại học Xây dựng, Đại học Huế, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, Đại học Cần thơ… sẽ tham gia vào việc nghiên cứu và tính toán công nghệ xử lý ô xít lưu huỳnh trong khói lò.
- Viện Năng lượng và/hoặc các Công ty tư vấn điện tham gia trong việc xây dựng các yêu cầu chung đối với hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò cho từng dự án cụ thể.
- Một số chuyên gia Việt Nam (đã tham gia chế tạo, lắp đặt và vận hành các hệ thống FGD cho Nhiệt điện Uông Bí mở rộng 1, Nhiệt điện Phả Lại 2, Nghi Sơn 1, Vũng Áng 1…) sẽ tư vấn, góp ý kiến chuyên môn, kinh nghiệm thực hiện và quản lý công trình.
- Công ty Cổ phần Công nghệ Tiên Tiến (Advantech, JSC) phối hợp với Trung tâm Phát triển và Ứng dụng Phần mềm công nghiệp (DASI-ĐHBK Hà Nội) để đào tạo sử dụng phần mềm, phối hợp với Viện Nghiên cứu Cơ khí trong việc mô phỏng hoạt động của tháp hấp thụ.
- Các doanh nghiệp cơ khí trong nước (Tổng công ty Lắp máy Việt Nam – LILAMA, Tổng công ty Xây dựng Công nghiệp Việt Nam – VINAINCON, Tổng công ty Cơ điện Xây dựng Nông nghiệp và Thủy lợi – AGRIMECO, Tổng công ty Dịch vụ Kỹ thuật Dầu khí – PTSC….) tham gia thiết kế, chế tạo, lắp đặt và đưa vào vận hành hệ thống theo từng dự án cụ thể.
Nước ngoài:
Hiện nay, ở Việt Nam chưa có các tài liệu, sổ tay, tiêu chuẩn hướng dẫn tính toán, thiết kế hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò. Qua thực hiện một số dự án nhà máy nhiệt điện trong nước, một số kỹ sư và nhà quản lý đã tiếp thu được một phần kiến thức về hệ thống FGD, tuy nhiên sau khi kết thúc dự án hầu hết các kỹ sư và nhà quản lý này lại chuyển qua công tác khác, không có cập nhật và trau dồi kiến thức về hệ thống FGD. Vì vậy, việc cử một đội ngũ cán bộ kỹ thuật tham gia tính toán, thiết kế… lâu dài dưới sự dẫn dắt của các chuyên gia nước ngoài để học tập, nắm bắt công việc, cập nhật chuyên sâu về FGD là rất cần thiết. Điều đó đảm bảo sự thành công của đề tài và đảm bảo chương trình nội địa hóa hệ thống FGD của Chính phủ.
Hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò nói riêng, hệ thống xử lý môi trường nói chung đều được phát triển bởi các hãng chuyên ngành. Trải qua việc thực hiện nhiều công trình, họ tích lũy được nhiều kiến thức, kinh nghiệm và bí quyết riêng (chẳng hạn KHI chuyên sử dụng tháp hấp thụ dạng “sủi bong bóng”, MHI sử dụng tháp hấp thụ “tiếp xúc kép”). Hiện nay, bản quyền thiết kế và thiết kế công nghệ gốc đang thuộc sở hữu của một số hãng lớn trên thế giới. Để thực hiện được dự án “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và đưa vào vận hành một số hệ thống thiết bị phụ nhà máy nhiệt điện chạy than có công suất tổ máy đến khoảng 600MW” và Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và đưa vào vận hành hệ thống khử ô xít lưu huỳnh (FGD) trong khói lò cho nhà máy nhiệt điện đốt than có công suất tổ máy đến khoảng 600 MW”, chúng ta cần thực hiện công tác hợp tác quốc tế với các tiêu chí sau đây:
- Đảm bảo sự phát triển của NARIME cũng như các doanh nghiệp cơ khí trong nước;
- Nâng cao được trình độ khoa học và công nghệ của các tổ chức trong nước, tiến tới tự chủ động trong thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành các hệ thống khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò;
- Đối tác lựa chọn phải sở hữu bản quyền công nghệ gốc. Đảm bảo các công nghệ chuyển giao là công nghệ chuẩn từ nhà sản xuất gốc chứ không phải là “công nghệ pha”;
- Đối tác lựa chọn phải có kinh nghiệm, không xung đột quyền lợi với NARIME (chia sẻ thị trường, cạnh tranh, độc lập trong hoạt động sản xuất kinh doanh…) và sẵn sàng chuyển giao bản quyền thiết kế (licence) cho Việt Nam. Đối tác sẵn sàng hỗ trợ phía Việt Nam trong việc phát triển mẫu bản quyền thiết kế của riêng mình.
Nội dung hợp tác: đối tác nước ngoài chịu trách nhiệm cung cấp bản quyền thiết kế, tính toán lựa chọn công nghệ, tư vấn và hướng dẫn thiết kế công nghệ; kiểm tra giám sát tài liệu thiết kế do phía Việt Nam thực hiện; cùng với Viện Nghiên cứu Cơ khí thiết kế, cung cấp và đưa vào vận hành 1 hệ thống FGD cho nhà máy nhiệt điện đốt than công suất đến khoảng 600 MW.
5. Kết luận
Bài báo trình bày tình hình nghiên cứu và áp dụng công nghệ khử ô xít lưu huỳnh trong khói lò nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam, các quy hoạch phát triển các dự án nhiệt điện để từ đó lên kế hoạch cho các hoạt động liên quan đến công nghệ này, đồng thời cũng đưa ra các rào cản, khó khăn trong quá trình tiếp cận và tìm hiểu về chúng. Bài báo đã nêu lên những nội dung cần nghiên cứu tiếp theo sau đó triển khai vào thực tiễn các nhà máy trong thời gian tới.
Tài liệu tham khảo
[1]. Trần Ngọc Chấn, (2001). Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, Nxb Khoa học kỹ thuật.
[2]. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp nhiệt điện (QCVN22: 2009/BTNMT).
[3]. Quyết định số 1208/QĐ-TTg ngày 21/7/2011 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011- 2020 có xét đến năm 2030 (gọi tắt là Quy hoạch điện VII).
[4]. Quyết định số 1791/QĐ-TTg ngày 29/11/2012 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt “Cơ chế thực hiện thí điểm thiết kế, chế tạo trong nước thiết bị các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2012-2025”.
[5]. Yêu cầu kỹ thuật hệ thống FGD và báo cáo tác động môi trường của các nhà máy nhiệt điện: Uông Bí mở rộng 1, Uông Bí mở rộng 2, Phả Lại 2, Vũng Áng 1, Sông Hậu 1, Quảng Trạch 1, Thái bình 1, Thái bình 2,…
[6]. Báo cáo số 01/BC-BXD ngày 7/1/2013 của Bộ Xây dựng gửi Thủ tướng Chính phủ về kết quả điều tra, đánh giá, phân loại công nghệ khử lưu huỳnh FGD ở các nhà máy nhiệt điện và phân tích tính hiệu quả kinh tế xã hội, đề xuất kiến nghị giải pháp cụ thể.
[7]. Tài liệu của các công ty nước ngoài (chuyên về nhiệt điện, hệ thống FGD): The Babcock & Wilcox Company (Mỹ); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (Nhật Bản); Mitsubishi Heavy Industries (Nhật Bản); AE&E Group GmbH; ENVIROTHERM GmbH (Đức); Hamon Group; STX HEAVY INDUSTRIES CO., LTD (Hàn quốc); KC Cottrell Co.,Ltd. (Hàn quốc); Beijing Boots Electric Power Science & Technology Co., Ltd (Trung quốc); Guangdong electric power design institute (GEDI - Trung Quốc)
[8]. Nicholas P. Cheremisinoff, Ph.D. - 2002, Elsevier Science (USA). Sổ tay ngăn ngừa và kiểm soát ô nhiễm không khí - Handbook of Air Pollution Prevention and Control .
[9]. Radian International LLC (Mỹ). Sổ tay hệ thống FGD cho các kỹ sư nhà máy điện - Electric Utility Engineer's FGD Manual (Vol. 1, 2)
[10]. Kỷ yếu hội nghị quốc tế về kiểm soát ô xít lưu huỳnh (Proceedings: control symposium on flue gas desulfurization 1974, 1976, 1979, 1980, 1984, 1986).
