Tài liệu Nghiên cứu sử dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện mông dương trong sản xuất vật liệu xây dựng

Lời cảm ơn Với tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Thị Loan đã hướng dẫn em chu đáo và tận tình trong suốt quá trình em nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Em cũng xin được cảm ơn các thầy cô và cán bộ Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đã truyền đạt hướng dẫn cách tổng hợp các kiến thức quý báu trong suốt hai năm học vừa qua và giúp đỡ em thực hiện luận văn trong điều kiện tốt nhất. Tôi xin cảm ơn các cử nhân Bùi Thị Như Quỳnh, Trần Thị Phương đã cộng tác với tôi triển khai nghiên cứu trong lĩnh vực chuyên môn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới bác Nguyễn Văn Chất và Nguyễn Thị Nhung là chủ của 02 xưởng sản xuất gạch đã giúp đỡ tôi hoàn thành quá trình thực nghiệm của mình. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 01 năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Nhiên i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ iv DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. vi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................3 1.1. Tổng quan về tro xỉ ..............................................................................................3 1.1.1.Tro bay và đặc tính .............................................................................................3 1.1.3. Các nghiên cứu tái sử dụng tro xỉ trên Thế giới và Việt Nam ........................11 1.2. Tổng quan về Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương (NMNĐ) ..............................21 1.3. Tổng quan về các công nghệ sản xuất gạch .......................................................25 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................30 2.1. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................30 2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................30 2.2.1. Phương pháp thu thập dữ liệu .........................................................................30 2.2.2. Phương pháp thí nghiệm .................................................................................30 2.2.3 Phương pháp thực nghiệm ...............................................................................34 2.2.4. Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả thu được, từ đó đánh giá tính khả thi của đề tài. ...............................................................................................37 2.2.5. Phương pháp nghiên cứu phân tích lợi ích môi trường mở rộng ....................38 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..............................39 3.1. Kết quả thí nghiệm xác định thành phần, tính chất của tro đáy .........................39 3.1.1. Độ ẩm ..............................................................................................................39 ii 3.1.2. pH ....................................................................................................................40 3.1.3. Tỉ trọng thể rắn ................................................................................................40 3.1.4. Thành phần kim loại nặng ...............................................................................41 3.1.5. Thành phần khoáng .........................................................................................41 3.2. Kết quả thực nghiệm với ứng dụng sản xuất gạch từ tro đáy ............................43 3.1.1. Gạch nung truyền thống ..................................................................................43 3.1.2. Đối với gạch ép không nung (xi măng cốt liệu)..............................................45 3.3.3. Tính toán lợi ích kinh tế ..................................................................................49 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .......................................................................................54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................56 PHỤ LỤC .................................................................................................................60 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618.........................................................4 Bảng 1.2: Thành phần hóa học của tro bay tại các quốc gia [29] ...............................5 Bảng 1.3: Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau .............................................................................................................................6 Bảng 1.4: Kích thước hạt tro đáy từ các nhà máy nhiệt điện ở Mỹ ............................7 Bảng 1.5: Một số tính chất vật lý của tro đáy .............................................................8 Bảng 1.6: Các thành phần hóa học của tro đáy tiêu biểu ............................................8 Bảng 1.7: Nồng độ một số nguyên tố vi lượng trong tro đáy (mg/kg) .......................9 Bảng 1.8: Khác biệt về thành phần hóa học của tro đáy sau khi đốt than [8]...........10 Bảng 1.9: Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay ở một số nước ............................11 Bảng 1.10: Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030 [3] ........20 Bảng 1.11: Khả năng xử lý ô nhiễm của tro đáy.......................................................18 Bảng 3.1: Kết quả đo độ ẩm tro đáy NMNĐ Mông Dương 1 ..................................39 Bảng 3.2: Kết quả đo pH ...........................................................................................40 Bảng 3.3: Kết quả đo tỉ trọng của tro đáy .................................................................40 Bảng 3.4: Hàm lượng một số kim loại nặng trong tro đáy .......................................41 Bảng 3.5: Các thành phần khoáng trong tro đáy NMNĐ Mông Dương 1 ................42 Bảng 3.6: Kết quả phân tích mẫu gạch nung ............................................................44 Bảng 3.7: Kết quả phân tích độ nén gạch xi măng cốt liệu.......................................47 Bảng 3.8: Kết quả phân tích độ hút nước của mẫu gạch xi măng cốt liệu................48 Bảng 3.9: Thông số tính toán lợi nhuận thu được .....................................................51 Bảng 3.10: Giá thành sản xuất 01 viên gạch .............................................................52 Bảng 3.11: Giá thành sản xuất 01 viên gạch xi măng cốt liệu ..................................53 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bản đồ thể hiện vị trí khu vực NMNĐ Mông Dương 1 ............................22 Hình 1.2: Hình ảnh về bãi thải 1 của NMNĐ Mông Dương 1..................................25 Hình 1.3: Sơ đồ quy trình nung gạch bằng lò nung tuynel .......................................25 Hình 1.4: Hình ảnh về mẫu gạch mộc sau khi qua công đoạn ép được đưa đi phơi .27 Hình 1.5: Sơ đồ quy trình ép gạch từ mạt đá + xi măng ...........................................28 Hình 1.6: Hình ảnh về mẫu gạch xi măng cốt liệu với nhiều hình dạng...................29 Hình 2.1: Hình ảnh tro đáy và xi măng là nguyên liệu chính của thực nghiệm .......36 Hình 2.2: Hình ảnh về quá trình trộn đều tro đáy, xi măng và nước ........................37 Hình 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch nung ..........................................................43 Hình 3.2: Hình ảnh về sản phẩm gạch mộc từ 02 tỷ lệ .............................................44 Hình 3.3: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch xi măng cốt liệu ........................................45 Hình 3.4: Hình ảnh sản phẩm gạch xi măng cốt liệu tỷ lệ 2 (xi măng:tro đáy : nước = 1:7 : 1,5) .................................................................................................................46 Hình 3.5: Hình ảnh sản phẩm gạch xi măng cốt liệu từ theo tỷ lệ 1 và 3 .................46 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt 1 ASTM C618 Giải nghĩa Tiêu chuẩn về tro bay, puzolan thiên nhiên nung và không nung 2 CFB Đốt than tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed) 3 EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam (Electricity of Vietnam) 4 KLN Kim loại nặng 5 MKN Mất khi nung 6 NMNĐ Nhà máy nhiệt điện Mông Dương 7 PCC Công nghệ đốt than phun 8 TCVN Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam 9 TKV Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam vi MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp ở nước ta trong những năm gần đây kéo theo sự gia tăng về chất thải, đặc biệt là các ngành công nghiệp năng lượng. Tại nước ta có rất nhiều Nhà máy nhiệt điện sử dụng nguồn nhiên liệu là than và hàng năm lượng tro xỉ phế thải thải ra rất lớn, gây ảnh hưởng đến môi trường. Thống kê cho thấy, công suất phát điện của các Nhà máy điện đốt than trong nước trên 5.000MW chạy bằng than antraxit trong nước, với lượng tiêu thụ hàng năm vào khoảng 16 triệu tấn than. Lượng tro xỉ thải ra là 5,7 triệu tấn. Từ năm 2013, riêng lượng tro xỉ thải hàng năm tại 5 nhà máy nhiệt điện đốt than của Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) khi phát đủ công suất ước tính khoảng 2,8 triệu tấn/năm. Dự báo đến năm 2030, khi tổng công suất nhiệt điện đốt than của cả nước tăng lên khoảng 77.000MW, kéo theo đó là lượng than tiêu thụ là 176 triệu tấn thì lượng tro xỉ thải sẽ đạt 35 triệu tấn/năm [9]. Điều đó đặt ra những bài toán lớn về môi trường, bãi thải, chi phí xử lý cần đáp ứng. Những năm gần đây việc tái sử dụng tro xỉ đang được chú ý do chi phí xây dựng bãi thải cũng như chi phí đổ thải tăng, nhiều Nhà máy đã áp dụng biện pháp tái sử dụng nguồn tro xỉ thải nhằm giảm thiểu được nguồn thải và tiết kiệm được các chi phí. Năm 2005, các nhà máy điện đốt than ở Mỹ đã tái sử dụng được 40% tro xỉ trong các ứng dụng khác nhau [20]. Một lợi thế về môi trường khác là nếu tái sử dụng được tro xỉ thì sẽ thay thế được các nguyên liệu nguyên sơ khác, tiết kiệm được chi phí để khai thác và chế biến chúng. Việc tái sử dụng tro xỉ như là một vật liệu công nghệ chủ yếu xuất phát từ bản chất của tro xỉ: có kết cấu tương tự như cát và sỏi, có thể được ứng dụng trong việc sản xuất vật liệu xây dựng. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra các giải pháp công nghệ để xử lý nguồn phế thải này nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra những sản phẩm có ích cho xã hội là một việc làm rất có ý nghĩa. Theo các nghiên cứu và ứng dụng đã được thực hiện, vật liệu xây dựng đặc biệt là các loại gạch được làm từ tro xỉ có những đặc tính như cách âm tốt hơn đất 1 nung, chống thấm, chịu nhiệt độ cao. Với những công nghệ sản xuất như vậy, quy trình này thích hợp với những cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng thủ công nhỏ và vừa vì vốn đầu tư không nhiều, và tái sử dụng được nguồn tro xỉ thải. Từ những đặc tính đó, việc áp dụng nguyên liệu mới vào sản xuất cần thời gian để người dân có thể thấy được tính năng của loại gạch với nhiều ưu điểm, giá thành cũng giảm so với loại gạch được sản xuất từ các loại nguyên liệu truyền thống như gạch nung sử dụng đất sét, gạch xi măng cốt liệu sử dụng mạt đá. Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: ‘‘Nghiên cứu sử dụng tro xỉ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương trong sản xuất vật liệu xây dựng” Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu, tận dụng tro đáy tại Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương làm vật liệu xây dựng. Nội dung nghiên cứu: - Tổng quan về tro xỉ, lượng xả thải và phương pháp tận dụng tro xỉ hiện nay ở Việt Nam và Thế giới; - Nghiên cứu tính chất vật lý, thành phần hóa học của tro xỉ (tro đáy) của nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1; - Đề xuất biện pháp tái sử dụng tro đáy bằng phương pháp sản xuất gạch nung và gạch xi măng cốt liệu; - Tính toán lợi ích kinh tế khi tận dụng nguồn tro đáy, lợi ích khi thay thế nguồn nguyên liệu như đất sét trong sản xuất gạch nung và mạt đá trong sản xuất gạch xi măng cốt liệu. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về tro xỉ Trong các nhà máy nhiệt điện, sau quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá phần phế thải rắn tồn tại dưới hai dạng: Tro thu được trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện là tro bay (fly ash), tro thu được ở đáy của quá trình đốt tầng sôi gọi là tro đáy (bottom ash). 1.1.1.Tro bay và đặc tính Trước đây ở châu Âu cũng như ở Vương quốc Anh phần tro này thường được cho là tro của nhiên liệu đốt đã được nghiền mịn [32]. Nhưng ở Mỹ, loại tro này được gọi là tro bay bởi vì nó thoát ra cùng với khí ống khói và “bay” vào trong không khí. Và thuật ngữ tro bay (fly ash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện. Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại:  Loại F: Hàm lượng CaO ít hơn 8%  Loại CI: Hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%  Loại C: Hàm lượng CaO lớn hơn 20% Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618. Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay được phân làm hai loại là loại C và loại F [11] được trình bày trong bảng 1.1 dưới đây.  Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM C618:  Tro bay là loại F nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70%.  Tro bay là loại C nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%. Cụ thể, quá trình phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618 được trình bày trong bảng 1.1: 3 Bảng 1.1: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 [11] Các yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM C618 Đơn vị Lớn nhất /nhỏ nhất Nhóm F Nhóm C Yêu cầu hóa học Tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) % nhỏ nhất 70 50 SO3 % lớn nhất 5 5 Hàm lượng ẩm % lớn nhất 3 3 Hàm lượng mất khi nung (MKN) % lớn nhất 5 5 1,5 1,5 Yêu cầu hóa học không bắt buộc Chất kiềm % Yêu cầu vật lý Độ mịn (+325) % lớn nhất 34 34 Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 ngày) % nhỏ nhất 75 75 Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (28 ngày) % nhỏ nhất 75 75 Lượng nước yêu cầu % lớn nhất 105 105 Độ nở trong nồi hấp % lớn nhất 0,8 0,8 Yêu cầu độ đồng đều về tỷ trọng % lớn nhất 5 5 Yêu cầu độ đồng đều về độ mịn % lớn nhất 5 5  Các đặc trưng của tro bay Thành phần hóa học trong tro bay: Tro bay của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 1. Ban quản lý Dự án Nhiệt điện 1 (2006), Báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương, Quảng Ninh. 2. Nguyễn Quang Chiêu (2011), “Tro bay – nguồn gốc sử dụng và môi trường”, Tạp chí Giao thông vận tải, Số 7 - 2011 3. Đàm Hữu Đoán, Kiều Cao Thăng và Nhóm nghiên cứu (2010), “Tái chế và sử dụng tro xỉ của các Nhà máy Nhiệt điện chạy than Việt Nam”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị KHCN Tuyển khoáng toàn quốc lần III, NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội. 4. Lương Như Hải, Ngô Kế Thế, Đỗ Quang Kháng (2014), “Tro bay và những ứng dụng”, Thông tin Kinh tế & Công nghệ - Công nghiệp Hóa chất, số 6. 5. Nguyễn Thị Hồng Hoa, Phạm Hữu Giang (2011), “Nghiên cứu tuyển tro xỉ nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn, Thái Nguyên”, Tạp chí Công nghiệp Mỏ, số 3/2011. 6. Kiều Cao Thăng, Nguyễn Đức Quý (2012), “Tình hình và phương hướng tái chế, sử dụng tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị KHCN Tuyển khoáng toàn quốc lần III, NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội. 7. Nguyễn Đức Quý (2010), “Tái chế và sử dụng các chất thải khoáng sản”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị KHCN Tuyển khoáng toàn quốc lần III, NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ. Hà Nội. 8. Phan Hữu Duy Quốc (2011), “Phân tích việc sử dụng tro xỉ than thải ra từ các Nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam”, Viện Khoa học công nghiệp, Đại học Tokyo, Nhật Bản 9. Đinh Quang Vinh (2012), “Đầu ra cho tro xỉ nhà máy nhiệt điện”, Tập đoàn công 56 nghiệp than- khoáng sản Việt Nam; 10. Viện nghiên cứu hỗ trợ phát triển nông thôn (2010), Công nghệ sản xuất gạch không nung từ đất và phế thải công nghiệp đất hóa đá, Hồ Chí Minh. TÀI LIỆU TIẾNG ANH 11. ASTM standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in concrete (C618-05), Annual book of ASTM standards, concrete and aggregates, Vol.04.02 American Society for Testing Materials, 2005. 12. Baogua Ma (1999), “The compositions, surface texture, absorption, and binding properties of fly ash in China”, Environment International, 25 (4), pp. 423432. 13. Department of Forests, Ecology and Environment, Government of Karnataka (2007), “Utility Bonanza from Dust-Fly Ash”, Parisara, 2(6). 14. Dumida et al (2014), “Reuse options for coal fired power plant bottom ash and fly ash”. 15. Dr.Suhas V. Patil, Suryakant C. Nawle, Sunil J. Kulkarni (2013), “Industria applications of Fly ash: A Review, International Journal of Science”, Engineering and Technology Research (IJSETR), pp. 1659-1663. 16. European Coal Combustion Products Association, www.ecoba.com 17. Fariborz Goodarzi (2006), “Characteristics and composition of fly ash from Canadian coal-fired power plants”, Fuel 85, pp.1418-1427. 18. Fly Ash Utilization in China (2010), “Market landscape and Policy Analysis”. 19. Federal Highway administration (2006), “Fly ash in asphalt pavements, United States Department of Transportation - Federal Highway Administration”. 20. Hans Joachim Feuerborn (2011), “Coal combustion products in European 57 update on production and utilisation, standardisation and relulation”, World of Coal ash (WOCA) conference, May 9-12, 2011, in Denver, CO, USA. 21. Henry A. Foner et al.(1999), “Characterization of fly ash from Israel with reference to its possible utilization”, Fuel, pp. 215-223. 22. G.Skodras et al (2007), Quality characteristics of Greek fly ashes and potential uses, Fuel Processing Technology, pp.77-85. 23. Ksaibati K, Sayiri, S. R. K(2006), “Utilization of Wyoming bottom ash in asphalt mixes”, Department of Civil & Architectural Engineering, University of Wyoming. 24. Kumar S, Stewart J (2003b), “Utilization of Illinois PCC dry bottom ash for compacted landfill barriers”, Soil Sediment Contam Int J, 12(3), pp.401–415. 25. Kurama H, Kaya M (2008), “Usage of coal combustion bottom ash in concrete mixture”, Constr Build Mater, 22(9). 26. Manorama Gupta and S.P. Singh (2013), “Fly ash production and its utilization in different countries”, Ultra Chemistry, (1), pp.156-160. 27. Manoharan V, Yunusa IAM, Loganathan P, Lawrie R, Skilbeck CG, Burchett MD, et al., “Assessments of class F fly ashes for amelioration of soil acidity and their influence on growth and uptake of Mo and Se by canola”, Fuel, 2010, 89(11), 3498–504. 28. Ministry of Environment and Forests, Government of India –Utilisation of Fly Ash by thermal power plants Notification, S.O.763(E) Dated 14th September, 1999. 29. Ministry of Environment and Forests, Government of India –Utilisation of Fly Ash by Thermal power plants Notification, S.O.979(E) Dated 27th August, 2003. 30. Moulton, Lyle K (1973), “Bottom Ash and Boiler Slag: Proceedings of the 58 Third International Ash Utilization Symposium”, U.S. Bureau of Mines, No. 8640, Washington DC. 31. Pandey VC, Singh (2010), Impact of fly ash incorporation in soil systems, Agric Ecosyst Environ, 2010, 136(1–2), pp.16–27. 32. Ramesh C. Joshi, Rajinder P. Lohtia (1997), “Fly ash in concrete”, Gordon and Breach Science, 1997. 33. R.S. Blissett, N.A. Rowson (2012), “A review of the multi-component utilisation of coal fly ash”, Fuel, (97), pp.1–23. 34. Sidney Diamond (1986), “Particle morphologies in fly ash”, Cement and concrete Research, 16, pp.569-579. 35. Shanghai the standards high calcium fly ash concrete application of technical regulations DBJ08-230-98 (Chinese Edition), “Fly ash in Concrete Applications”, Lafarge North America Cement Operting Regions. 36. Saeid. Amiralian, Amin. Chegenizadeh, and Hamid. Nikraz, A Review on The Lime and Fly ash Application in Soil Stabilization, International Journal of Biological, Ecological and Environmental Sciences (IJBEES), 2012, 1(3), pp. 124-126. 37. Shaobin Wang, and Hongwei Wu, Environmental-benign utilisation of fly ash as low-cost adsorbents, Journal of Hazardous Materials, 2006, 136 (3), pp. 482-501. 38. Z. Sarbak, A. Stanczyk and M. Kramer-Wachowiak, “Characterisation of surface properties of various fly”, Powder Technology, 2004, 145, pp. 82-87. 39. Yunping Xi, Yue Li, Zhaohui Xie and Jae S.Lee, “Utilization of solid waste (waste glass and rubber particles) as aggregates in concrete”, University of Colorado, USA. 59 VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ !