Có một số lý do tại sao các nhà quản lý nhà máy nhiệt điện than có thể muốn pha trộn nhiên liệu, nhưng thường thì yếu tố thúc đẩy là kinh tế. Mặc dù chi phí than được giao là một khía cạnh quan trọng, nhưng nếu quá trình pha trộn không được thực hiện đúng, có thể có những tác dụng phụ bất lợi phủ nhận việc tiết kiệm.
Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, là cơ quan khoa học của Bộ Nội vụ, phân loại than thành 4 loại hoặc cấp bậc chính. Đó là than non (lignite), than mỡ cấp thấp (sub-bituminous), than mỡ (bituminous) và than đá (anthracite). Cơ sở phân hạng đề cập đến các bước trong quá trình than hóa mà vật chất thực vật bị chôn vùi khi nó thay đổi thành một loại vật chất dày đặc hơn, khô hơn, giàu carbon hơn và cứng hơn.
Lignite, còn được gọi là than nâu, là loại thấp nhất với hàm lượng carbon ít nhất. Nó thường có giá trị gia nhiệt thấp nhất và độ ẩm cao nhất trong tất cả các cấp bậc chính. Tiếp theo theo thứ tự là than sub-bitum và bitum. Chúng có màu đen và dần dần chuyển từ xỉn màu sang vẻ ngoài sáng bóng và mịn màng hơn khi thứ hạng tăng lên. Antraxit, cấp bậc cao nhất của than, cứng, giòn và có vẻ ngoài đen bóng. Nó thường được gọi là than đá (cứng), và chứa tỷ lệ carbon cố định cao và hàm lượng chất dễ bay hơi thấp.
Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA) cho biết than bitum, có giá trị gia nhiệt gấp 2 đến 3 lần than non, là loại phổ biến nhất được tìm thấy ở Hoa Kỳ. Nó chiếm khoảng 48% sản lượng sản xuất than của Hoa Kỳ vào năm 2019. Than subbitum – phần lớn từ lưu vực sông Powder ở Wyoming – đứng thứ 2, chiếm 44% sản lượng than của Hoa Kỳ vào năm 2019, than non (8%) và antraxit (<1%) được lưu vào danh sách.
Tại sao pha trộn có thể có ý nghĩa và tại sao nó có thể không
Khía cạnh kinh tế là mấu chốt thường thúc đẩy các nhà quản lý điều tra các kế hoạch pha trộn than. EIA báo cáo rằng giá bán than trung bình của năm 2019 từ các mỏ theo thứ hạng chính tính bằng đô la cho mỗi tấn (khoảng 2.000 pounds) là:
■ Antraxit – $ 102.22
■ Bitum – $ 58.93
■ Subbitum – $ 14.01
■ Lignite – $ 19.86
Giá than theo tính chất vật lý là một phần của công thức tính, nhưng cũng có những yếu tố khác phải được xem xét. Chi phí đáng kể để vận chuyển đến một nhà máy điện. Không có gì lạ khi chi phí vận chuyển đường sắt từ lưu vực sông Powder đến một nhà máy đốt than bên ngoài Wyoming cao hơn giá than. Tuy nhiên, trong đó có một trong những cơ hội tiềm năng lớn nhất. Ví dụ, nếu một nhà máy có thể cắt giảm đáng kể chi phí vận chuyển bằng cách chuyển sang một mỏ gần hơn, nó có thể làm cho than xếp hạng cao hơn tiết kiệm hơn bằng cách pha trộn. Cuối cùng, chính là chi phí phù hợp nhất bỏ ra cho mỗi đơn vị Btu.
Có lẽ điều quan trọng nhất cần suy ngẫm là lò hơi sẽ hoạt động như thế nào đối với một loại than mới được giới thiệu. Nếu đang được xem xét một loại than không có thông số kỹ thuật rõ ràng, có thể sẽ có vấn đề, ngay cả khi một phiên bản pha trộn của nhiên liệu trông có vẻ ổn trên giấy. Nếu than pha trộn thường xuyên gây xáo trộn cho hoạt động của nhà máy, kết quả có thể là giảm hiệu quả, bám bẩn nồi hơi, phát thải quá mức hoặc một loạt các rắc rối khác.
Những người ra quyết định cũng không được bỏ qua chi phí pha trộn. Công việc pha trộn có thể yêu cầu khối lượng xếp dỡ than gấp đôi, điều này đáng quan tâm. Chi phí pha trộn nên được nghiên cứu sâu vì chúng có thể tăng thêm $1 đến $2 mỗi tấn, điều này nhanh chóng làm xói mòn tiềm năng giảm phí.
Phương pháp pha trộn
Pha trộn than có thể được thực hiện theo nhiều cách bao gồm tại mỏ, trên các tàu vận chuyển, tại nhà máy trong bãi than hoặc thậm chí ngay trong lò hơi. Điều quan trọng là các nhà quản lý phải hiểu rõ về cách thức sản xuất than tiềm năng của nhà máy để đảm bảo các kỹ thuật pha trộn có thể thực hiện được. Hơn nữa, phương pháp pha trộn được chọn phải tạo ra một hỗn hợp đồng nhất (xem hình dưới) chứ không chỉ đơn giản là một hỗn hợp; Nếu không, hoạt động của nhà máy sẽ bị ảnh hưởng xấu.
Để hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa “trộn lẫn” và “pha trộn”, hãy xem xét hai lọ cát màu khác nhau, một đen và một trắng. Bạn có thể trộn lẫn hai loại cát bằng cách luân phiên đổ một ít từ một loại và sau đó là loại kia vào một cái lọ mới. Tuy nhiên, những gì bạn thu được là các lớp cát đen và trắng. Nếu than được trộn theo kiểu đó, tạo những lớp phân cấp có loại than khác nhau thường sẽ dẫn đến yêu cầu phải điều chỉnh gần như liên tục khi vận hành để duy trì nồi hơi. Thay vào đó, những gì bạn muốn đạt được trong hỗn hợp pha trộn là lọ cát trông đồng đều có màu xám, liên tưởng đến kịch bản pha trộn than của chúng ta, chúng sẽ phù hợp cung cấp cho hoạt động nồi hơi hơn nhiều.
Để có được một hỗn hợp pha trộn đồng đều, tốt nhất là cho 2 loại than vào một băng tải và để hỗn hợp đó được chuyển tải qua thiết bị trộn càng nhiều lần càng tốt, chẳng hạn như thông qua máy nghiền, vạch luống hoặc qua một số trạm trung chuyển khác. Nó cũng quan trọng để sử dụng một thiết bị đo lường hoặc cân băng tải để đảm bảo than được cân đối hợp lý. Có các phép đo chính xác nhất có thể sẽ giúp đảm bảo hỗn hợp thu được đúng yêu cầu.
Pha trộn tại mỏ. Ở nhiều mỏ việc pha trộn than như một phần của quy trình sản xuất bình thường (Hình 2). Ví dụ, họ có thể pha trộn than từ các mỏ khác nhau để đáp ứng các thông số kỹ thuật than cần thiết cho một nhà máy nhất định. Mặc dù có thể có cơ hội cho các nhà quản lý nhà máy làm việc với một mỏ để pha trộn các loại than khác nhau, nhưng điều đó có thể không phải lúc nào cũng xẩy ra trong thực tế.
Hình 2. Một máy vun chất đống than được trưng bày tại một mỏ ở Úc.
Pha trộn than là một hoạt động bình thường tại một mỏ than.
Pha trộn trên tàu vận chuyển. Đối với các nhà máy điện nhận than qua sà lan hoặc tàu vận chuyển than, có thể pha trộn than trong khi tàu đang được xếp hàng. Trong trường hợp này, lựa chọn tốt nhất, như đã đề cập trước đó, là thêm 2 loại than trên cùng một băng tải khi tàu đang được xếp hàng xuống hầm tàu để không có các lớp than khác nhau trong hầm hàng. Than sẽ được pha trộn thêm khi tàu được dỡ hàng lên bãi, như vậy đây là một cách rất tốt để có được hỗn hợp đồng nhất, tiết kiệm thời gian và chi phí.
Trong bãi than. Than có thể được pha trộn trong bãi chứa than, nhưng điều này thường khá tốn công sức, có thể phát sinh thêm chi phí đáng kể và có thể không tạo ra kết quả lý tưởng. Tuy nhiên, có thể nhận các loại than khác nhau, bố trí xếp chúng một cách chủ ý khi nhận và trộn chúng ngay trong bãi chứa và trong quá trình thu hồi vun đống (Hình 3). Mấu chốt là phải có đủ không gian để hoàn thành được nhiệm vụ pha trộn.
Hình 3. Pha trộn nhiên liệu trong bãi than có thể được thực hiện,
nhưng công nhân cần không gian rộng để làm tốt công việc
Trong lò hơi. Một số nhà máy đã trộn thành công các loại than khác nhau ngay trong lò hơi. Điều này có thể được thực hiện bằng cách cung cấp nhiên liệu than có chủng loại khác nhau cho các máy nghiền khác nhau. Ví dụ, nếu một nhà máy có 6 dây chuyền, mỗi dây chuyền có một silo chuyên dụng, 3 silo có thể được cấp đầy một loại than và 3 silo còn lại chứa đầy loại than khác, và 2 than sẽ pha trộn khi chúng được đưa vào trong buồng đốt bén lửa. Tuy nhiên, trong trường hợp này, điều quan trọng là phải đảm bảo tỷ lệ không khí – nhiên liệu và cân bằng lượng không khí được đặt chính xác. Lý tưởng nhất là bạn muốn kiểm soát nhiệt lượng đầu vào (Btu) từ mỗi máy nghiền bột than giống nhau. Do đó, nếu một loại than có nhiệt trị cao hơn loại kia, bạn có thể phải giảm dòng than trên các máy nghiền cung cấp loại than cấp cao hơn. Nói cách khác, cố gắng điều chỉnh lưu lượng than sao cho nhiệt trị được cung cấp từ mỗi dây chuyền bằng nhau.
Tính nhất quán trong pha trộn là chìa khóa
Khi hỗn hợp than được phân tích trên giấy, thường dễ dàng tìm thấy một hỗn hợp sẽ cho phép nồi hơi của nhà máy hoạt động tốt. Tuy nhiên, như đã đề cập trước đây, để thành công điều quan trọng là cần có một sự pha trộn đồng nhất, thay vì một hỗn hợp kém.
“Câu hỏi đầu tiên khi chúng ta bắt đầu nói về pha trộn là: “Nó có đồng nhất không? Chất lượng nhiên liệu đã được pha trộn có đúng cách để quản lí nhà máy nhìn thấy sự pha trộn đồng nhất chưa?” ông Hatt nói.
“Khi làm kinh tế, mọi thứ luôn có vẻ tốt trên giấy tờ,” Hatt nói tiếp, “Nhưng sự thực chúng tôi không đối phó với thực tế, bởi vì chúng tôi chỉ sử dụng số liệu trung bình đó với nhiên liệu. Chúng tôi không xem xét tính nhất quán hoặc sự lan truyền của dữ liệu”. Nếu các loại than khác nhau được đưa vào đốt trong lò hơi trong các đường cấp riêng lẻ tẻ, có thể có những rắc rối.
Nguồn: powermag.com
Biên dịch: Vincent Nguyen
