Tro bay - nguồn nguyên liệu làm VLXD (P1)

1. Nguồn tro bay trong nước 

Tro bay là phụ phẩm của các nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu khoáng (than đá). Công nghệ đốt than ở các nhà máy nhiệt điện phổ biến nhất là đốt bằng lò đốt kiểu tầng sôi, tập trung hầu hết ở miền Bắc. Phần hạt tro mịn bay theo dòng khí thải bị lắng lại trong thiết bị lọc bụi tĩnh điện gọi là “tro bay”, phần hạt lớn rơi xuống đáy lò gọi là “tro đáy”, (tại Nhà máy nhiệt điện Phả Lại: 20% tro đáy lò và 80% tro bay tại ESPs).

Nguồn gốc tro xỉ nhiệt điện gắn liền với sự tồn tại và phát triển của các nhà máy nhiệt điện đốt than. Vì vậy ta xét đến sự tồn tại và phát triển các nhà máy nhiệt điện đốt than.

Tình hình các nhà máy nhiệt điện đốt than và tro xỉ nhiệt điện ở miền Bắc năm 2003 như sau:

Giai đoạn 2004 đến 2008, một số nhà máy điện được đưa vào sản xuất kinh doanh như sau:

Theo Quy hoạch điện VI (110/2007/QĐ- TTg ngày 18/7/2007), đến năm 2011 có các nhà máy điện sau đi vào hoạt động:

- Nhiệt điện Uông Bí 2: 300 MW

- Nhiệt điện Quảng Ninh: 2x300 MW

- Nhiệt điện Hải Phòng: 2x300 MW

- Nhiệt điện Mạo Khê: 220 MW

- Nhiệt điện Cẩm Phả 2: 300 MW

- Nhiệt điện Mông Dương: 500 MW Với hệ thống các nhà máy nhiệt điện đốt than nêu trên với tổng công suất thiết kế ~ 4.800 MW, sản lượng tro xỉ tổng ước đạt ~ 4.800.000 tấn/năm vào năm 2011.

2. Lĩnh vực sử dụng tro bay trong nước

Do tạo thành ở nhiệt độ cao, các hạt tro bay nói chung ở dạng vật chất thủy tinh xốp, hình cầu, bị nhiệt phân thành một số chất có hoạt tính thủy lực ẩn (tức là khi trộn với vôi hay dung dịch có vôi, nó sẽ thể hiện tính đóng rắn thủy lực), còn tro đáy có hoạt tính kém hơn nhưng chúng cũng đã được nhiệt phân gần như tro bay, điều này làm cho tro xỉ nhiệt điện (có chất lượng đạt yêu cầu quy định – cụ thể là ASTM 618:99) rất được công nghiệp xi măng và sản xuất vật liệu xây dựng (phụ gia nghiền xi măng, phụ gia cho bê tông đầm lăn, sản xuất gạch không nung...) ưa chuộng bởi lẽ bên cạnh ưu thế hoạt tính thủy lực ẩn nêu trên, tro xỉ nhiệt điện là phụ gia (hoạt tính thấp) ít ảnh hưởng đến màu sắc và ít làm giảm cường độ bền nén của xi măng hơn những loại phụ gia khác (như pozzolana, đá vôi, đá đen...). Nhu cầu của nền công nghiệp xi măng nói riêng và vật liệu xây dựng nói chung như hiện nay vượt xa sản lượng tro xỉ nhiệt điện 4.800.000 tấn/năm.

3. Chất lượng tro xỉ nhiệt điện trong nước

Lấy nhà máy nhiệt điện Phả Lại, một trong những nhà máy lớn nhất và hiện đại nhất trong các nhà máy nhiệt điện đốt than hiện có trong nước là trọng điểm về chất lượng tro xỉ nhiệt điện dùng làm phụ gia hoạt tính thủy lực ẩn cho chế tạo chất kết dính. Hiện nhà nước đã công bố chất lượng quy định tro bay trong lĩnh vực làm pozzolana cho công nghiệp xi măng giống ASTM 618:99. Khi đối chiếu các đặc tính của tro bay nhiệt điện Phả Lại với ASTM 618:99, điều rút ra được là tất cả các chỉ tiêu của ASTM 618:99 nêu ra, tro bay của nhiệt điện Phả Lại đều đạt yêu cầu, ngoại trừ duy nhất chỉ tiêu than cháy không hết (Mất Khi Nung - MKN) là vi phạm, ASTM 618 yêu cầu MKN của tro bay phải nhỏ hơn 12%, còn tro bay Phả Lại có MKN đến 23%.

Điều này làm thu hẹp phạm vi ứng dụng của tro bay Phả Lại rất nhiều. Để giảm MKN của tro bay Phả Lại, Tổng Công ty Công nghiệp Xi măng Việt Nam đã đầu tư một dây chuyền tuyển xỉ theo phương pháp tuyển nổi từ khoảng 20 năm trước.

Sản phẩm của dây chuyền này có MKN dưới 7%, đã phục vụ tốt cho nhiều công trình nhưng đáng tiếc là sản lượng của dây chuyền quá thấp, chỉ đạt 700 tấn/tháng. Vì vậy phần lớn số tro bay của nhà máy nhiệt điện Phả Lại có MKN vi phạm tiêu chuẩn quy định và hậu quả của nó là tỷ lệ tro bay được sử dụng trên thực tế ở mức thấp.

Nếu tro bay sản xuất ra đạt tiêu chuẩn quy định thì toàn bộ lượng tro thải ra đều được công nghiệp xi măng đón nhận, nhưng việc hạ thấp hàm lượng than cháy không hết trong tro là rất nhiệm vụ khó khăn và rất tốn kém, một số dự án đã tính đến những phương án tiên tiến hạ tỷ lệ than cháy không hết trong tro (ví dụ như sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện để tách than cháy không hết …) nhưng chưa thấy khả thi về mặt kinh tế. Vì vậy, sự tồn đọng tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện đốt than ở nước ta vẫn còn là vấn nạn chưa có cách giải quyết, bãi chứa tro xỉ các nhà máy nhiệt điện đốt than ngày càng phình to, lấy mất nhiều đất nông, lâm nghiệp.

Theo một kết quả nghiên cứu của T.S Lương Đức Long và các cộng sự ở viện Vật liệu Xây dựng - Bộ Xây dựng (2010) trong bài “Nghiên cứu sử dụng tro nhiệt điện đốt than tầng sôi tuần hoàn có khử khí Sunfua (CFBC) của Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn cho sản xuất vật liệu xây dựng”, sau khi trình bày hàng loạt kết quả thí nghiệm nghiên cứu công phu về những khía cạnh có liên quan đến khả năng sử dụng tro bay (và cả tro đáy) làm chất kết dính trong xi măng và bê tông đã đi đến kết luận: “Tro bay có hàm lượng MKN và SO3 lớn. Vì vậy để sử dụng tro bay làm phụ gia cho xi măng và bê tông cần phải xử lý để làm giảm hàm lượng MKN và giảm tác dụng xấu của SO₃. Nếu sử dụng tro bay làm cốt liệu mịn chế tạo gạch và bê tông thì không cần xử lý làm giảm hàm lượng Mất Khi Nung”.

Các tính chất của tro xỉ nhiệt điện Cao Ngạn và tro bay Phả Lại như sau:

Thành phần hạt hai loại tro bay được đo bằng phương pháp Laze trên máy COULTER của Viện Vật liệu Xây dựng. Biểu đồ phân tích thành phần hạt của tro bay Cao Ngạn và tro bay Phả Lại được trình bày trong hình 4 và 5 cho thấy thành phần hạt của hai loại tro bay này đều rất mịn, thích hợp trong việc làm cốt liệu mịn cho gạch không nung.

Thành phần hạt tro bay Nhà máy nhiệt điện Phả Lại

Volume Statistics (Arithmetic) tro bay Pha Lai.$01

Calculations from 0.375 ỡm to 2.000 ỡm

Volume: 100%

Mean: 25.34 ỡm

Median: 21.97 ỡm

Mode: 31.50 ỡm
% <      10             25              50             75           90
ỡm     2.520      8.210        21.97       49.50      67.40

Thành phần hạt tro bay Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn