Ứng dụng của thiết bị XRF cầm tay (và XRD) trong việc kiểm tra nguyên liệu đầu vào và đầu ra cho nhà máy điện than

Than và phụ phẩm than trong nhà máy nhiệt điện

Các phụ phẩm than trong nhà máy nhiệt điện bao gồm rất nhiều các dạng tro và xỉ khác nhau.

  • Tro Đáy lò (Bottom ash)
  • Tro bay (Fly ash)
  • Xỉ lò hơi (Boiler Slag)

Các dạng than sản sinh ra lượng tro nhiều với hàm lượng Lưu huỳnh cao có thể gây ra vấn đề với hoạt động của nhà máy điện. Tro bám dính vào bề mặt lò, hàm lượng lưu huỳnh cao làm giảm tuổi thọ của lò.

FeS (s) + 2HCl (g) = FeCl2 (g) + H2S (g)

Việc sản sinh ra nhiều tro cũng làm giảm hiệu quả năng lượng và do vậy làm giảm sản lượng điện của lò. Do vậy, việc xác định lượng tro và hàm lượng lưu huỳnh trong than vật liệu đầu vào trước khi đưa vào lò là hết sức cần thiết.

Các thông tin mà thiết bị pXRF có thể cung cấp

Một thiết bị phân tích XRF di động có thể được sử dụng để cung cấp cho kỹ sư các dự đoán tương đối chính xác như

  • Lượng tro có trong than (lượng tro có thể sản sinh)
  • Tổng lượng Mg + Al + Si + P + S + Ti + K + Ca + Fe
  • Phép đo có thể cho kết quả trực tiếp trên thiết bị sử dụng các nguyên tố giả lập (pseudo element)
  • Biết ngay được hàm lượng lưu huỳnh trong than
  • XRF đề xác định lượng lưu huỳnh là phương pháp nhanh chóng, đơn giản và rẻ tiền hơn nhiều so với các phương pháp trong phòng thí nghiệm

pXRF sử dụng trong quá trình kiểm soát nguyên liệu đầu vào hay khai thác than

Với việc sử dụng thiết bị phân tích XRF cầm tay ngay khi khai thác nguyên liệu đầu vào, có thể xác định được

  • Hàm lượng tro và lưu huỳnh trong nguyên liệu nhà máy điện
  • Hàm lượng tro, lưu huỳnh, phốt pho trong than cốc
Phân loại than nguyên liệu từ khi khai thác
Phân loại than nguyên liệu từ khi khai thác

Khi xác định nhanh được nguyên liệu đầu vào, cùng với thành phần tro và hàm lượng lưu huỳnh, bộ phận kỹ thuật và các kỹ sư có thể

  • Áp dụng quy trình trộn hay rửa than hợp lý trước khi đưa vào lò
  • Tăng năng suất khi có nhiều thông số hơn để dự đoán và lên kế hoạch bảo dưỡng đúng thời điểm

pXRF trong việc kiểm soát đầu ra

Với việc sử dụng XRF để phân loại than và đá đi kèm, có thể dễ dàng chuẩn đoán kết quả tạo ra tro và xỉ than. Vật liệu đầu vào cùng với các khoáng chất không định hình có thể sản sinh ra các tro và xỉ dạng lỏng. Bằng cách phân loại các khoáng chất không định hình và các khoáng vật dạng tinh thể, có thể dự đoán đặc tính của xỉ

  • Lượng tro và xỉ tạo ra
  • Loại xỉ (thủy tỉnh, tính lỏng cao…

Quá trình tạo ra xỉ với nhiều loại vật liệu đầu vào khác nhau ở các nhiệt độ biết trước sẽ cho ra sản phẩm khác nhau

  • Kaolinite (Al2Si2O5(OH)4) tạo ra tro bay mullite và cristobalite  ở khoảng 950-1000 oC
  • Smectite (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2·nH2O tạo ra xỉ dạng thủy tinh lỏng ở 1200 đến 1300 oC
  • Kaolinite (Al2Si2O5(OH)4) + Na hay Ca không định hình tạo ra xỉ dạng thủy tinh lỏng ở nhiệt độ > 1000 oC
  • Quartz không thay đổi (dạng tro)

Trong một số nhà máy điện than, để tạo ra 1 Megawatt điện cần xấp xỉ 800.000 đồng, trong khi EVN mua điện ở giá 1.087.000 đồng/MWh (Giá bán 1.622.000 đồng/MWh – số liệu 2015). Trong khi chất lượng than thường thay đổi thất thường và khó kiểm soát với nguồn nhập không ổn định. Hơn nữa mùa cao điểm thường bắt đầu từ mùa hè do vậy cần hạn chế các hoạt động bảo dưỡng vào thời gian này. Để dự đoán chính xác hơn thời gian bảo dưỡng, một trong những thông tin bao gồm:

  • Hàm lượng tro
  • Hàm lượng lưu huỳnh
  • Tỷ lệ tro và xỉ cũng như loại xỉ sẽ tạo ra

Theo các phương pháp truyền thống khác, để dự đoán lượng tro, cần 4 tới 10 mẫu cho mỗi lô than đầu vào tuy nhiên lượng mẫu ít nên trên thực tế, lượng tro dự đoán có thể chênh lệch lên tới 5% so với lượng tro thực tế với tỷ lệ sai lệch tuyệt đối lên tới 20%. Khi sử dụng Portable XRF, do tốc độ lấy mẫu nhanh và dễ dàng, có thể kiểm tra trên lượng mẫu tới 50 mẫu, qua đó các so sanh cho thấy tỷ lệ sai lệch tuyệt đối giảm xuống và tiết kiệm thời gian cũng như chi phí tới 100.000 tới 150.000 đồng cho một Mega Watt điện.

Kết quả so sánh giữa phương pháp khác và pXRF, với số lượng mẫu pXRF vượt trội
Kết quả so sánh giữa phương pháp khác và pXRF, với số lượng mẫu pXRF vượt trội

Sử dụng XRF và XRD trong quy trình kiểm soát chất lượng than

XRF/XRD có thể được sử dụng khi nhận than đầu vào và xác định nhanh hàm lượng của từng đống than. Các thông tin này sẽ quyết định việc phân loại than vào các kho chứa khác nhau. Sau đó, với mỗi kho chứa, XRF và XRD có thể sử dụng để quyết định cách trộn than trước khi đưa vào buồng đốt. Thông thường, các kho chứa cần đưa ra kết quả nhanh và chính xác ngay tại hiện trường do thời gian than ở trong kho chỉ tính bằng ngày.

Các đơn vị có thể cần thiết bị phân tích nhanh XRF/XRD

Đơn vị trực tiếp khai thác mỏ

  • Các nhà máy than càng ngày càng đưa ra quy trình khắt khe hơn trong việc lựa chọn than đầu vào
  • Bộ phân khai thác mỏ muốn phân tích địa chất hay phân loại than
  • Khai thác mỏ có thể dễ dàng phân loại các than chất lượng cao và phù hợp cho nhà máy điện, qua đó bán được giá thành cao hơn.

Các công ty kinh doanh mua bán than

  • Các đơn vị thu mua cần biết nhà máy điện than muốn gì. Trong quá khứ, không có nhiều yêu cầu về chất lượng than.
  • Nếu biết được chất lượng than trước khi thu mua, bên thu mua có thể tìm đến các loại than phù hợp cho nhà máy than.

Nhà máy điện than

  • pXRF và pXRD là quan trọng và có thể giúp giảm chi phí sản xuất điện than
  • Bộ phân quản lý nhà máy có thể đưa ra giải pháp để cải thiện hiệu quả và giảm chi phí vận hành, qua đó tăng năng suất và sản lượng điện.

Ưu điểm về thiết bị XRF và XRD của Olympus

XRF

  • Tính toán và đo nhanh lượng tro kết hợp từ nhiều nguyên tố khác nhau
  • Kết quả đo chính xác khi làm việc với các nguyên tố nhẹ như Ca, S, P…, qua đó đưa ra kết quả chính xác lượng tro
  • Hiện kết quả đo lượng tro chính xác trên thiết bị sử dụng chế độ Pseudo-elements độc quyền
  • Phù hợp với môi trường nóng, ẩm với thiết kế chịu va đập. Vanta là thiết bị XRF bền nhất thế giới.

XRD

  • Cung cấp chính xác thông tin về lượng tro và xỉ cũng như loại xỉ ngay tại hiện trường. Trên thế giới, Terra là thiết bị XRD di động duy nhất.

Để biết thêm thông tin chi tiết, xin vui lòng liên hệ với VISCO.