Библиотека

ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО СКЛАДИРОВАНИЯ ОТХОДОВ ТЭС

Вишня Б.Л.

Источник: http://www.ecoindustry.ru/




Общепризнано, что гидравлическое удаление высококальциевых золошлаков (ВКЗ) канско-ачинских углей весьма проблематично в связи с интенсивным об растанием оборудования и трубопроводов минеральными отложениями, низкой экономичностью систем удаления с оборотным водоснабжением, отсутствием вблизи действующих ТЭС свободных площадей бросовых земель, пригодных для организации золоотвалов, загрязнением грунтовых вод щелочными высокоминерализованными фильтрационными водами отвалов и т.п.

При сжигании канско-ачинских углей годовой выход золошлаков относительно невелик: для ТЭС средней мощности не превышает 300 тыс. т. в год. На основе предварительно подготовленных ВКЗ (домол золы, гашение избыточной окиси кальция в золе, грануляция золы и др.) возможна организация производства широкого спектра товарной продукции многотоннажного потребления.

Для обеспечения надежного, экономичного удаления, экологически приемлемого складирования ВКЗ и создания технологических условий для максимально полного их использования в производстве товарной продукции группой специалистов УралОРГРЭСа, Уральского политехнического института (УГТУ-УПИ), РОТЭПа, СибВНИИГа разработаны и проверены в полупромышленных условиях альтернативные гидрозолоудалению способы удаления и складирования ВКЗ:

- с предварительной грануляцией;
- полусухой (удаление золошлаков с увлажнением до влажности 18-25%);
- полумокрый (удаление золошлаков в виде высококонцентрированной пульпы с водозольным отношением 0,8-2,0 м3/т).

Все указанные технологии предусматривают раздельное удаление золы и шлака, пневмосбор сухой золы, обезвоживание шлака при гидравлическом удалении шлака от топок котлов и возможность отгрузки сухой золы и обезвоженного шлака потребителю.

Гранулирование ВКЗ является оптимальным вариантом золошлакоудаления для ТЭС, сжигающих канско-ачинские угли, поскольку данный способ основан на естественной способности золы к твердению после увлажнения и отличается технологическими преимуществами гранулированной золы перед другими ее состояниями (в виде порошка или обводненной), а также наилучшими экономическими показателями и перспективами по масштабной утилизации. Технология грануляции ВКЗ включает в себя пневмосбор золы и обезвоживание шлака, увлажнение золы водой или сточными водами химводоподготовительных установок (ХВПУ) в смесителях, грануляцию золошлаков в тарельчатых или валковых окомкователях, предварительное твердение гранул на конвейере, промежуточное складирование, отгрузку гранулянта на гранулохранилище, отгрузку сухой золы, обезвоженного шлака, гранулянта и строительных материалов потребителям. Весь технологический цикл в зависимости от свойств золы и сезонных условий составляет от одного дня до семи суток. Гранулянт представляет собой шаровые частицы фракции 10-20 мм прочностью 0,5 МПа через 1 ч, 1 – 2 МПа – через сутки, 3,5-5,0 и до 10 МПа (в зависимости от свойств исходной золы) – через 28 сут хранения, насыпная плотность – 800-900 кг/мЗ, плотность гранул – 1330-1500 кг/м3, пористость – от 15 до 28%. Выщелачивание вредных компонентов из гранулированной золы снижается в 8-10 и более раз по сравнению с исходной золой. Высокая пустотность (до 46%) и пористость (до 28%) частиц, незавершенность процессов гидратации свободной окиси кальция и минералов золы, требующих длительного времени дополнительного расхода воды, обеспечивают высокую влагоемкость уложенной в отвал гранулированной золы. Баланс влагообмена гранулированной золы при хранении на открытом воздухе в теплое время года близок к равновесному, т.е. количество выпавших осадков и влаги, испарившейся и химически и механически связанной с золой одинаково. Вышеизложенное позволяет утверждать, что при хранении гранулированной золы на отвалах загрязнение природных вод вредными веществами из золы, а также пыление практически исключаются.

Содержание извести (оксида кальция) в ВКЗ, в том числе в свободном виде, во многом определяет возможности эффективной утилизации ВКЗ, особенно в строительстве. Известные способы нейтрализации свободной извести либо малоэффективны (доизмельчение, спецдобавки), либо излишне затратны (автоклавирование). Грануляция ВКЗ как способ удаления и складирования твердых выбросов ТЭС попутно обеспечивает гидратацию этого оксида без дополнительных затрат. Установлено, что определенная его часть гасится на стадии грануляции ВКЗ и твердения гранул. Остаток извести гидратируется на отвале под воздействием водообмена гранул с атмосферой. При этом одновременно значительно возрастает прочность гранул. В результате указанного «атмосферного кондиционирования» получается универсальный продукт многоцелевого назначения.

Относительно небольшой объем выхода золошлаков с ТЭС реально обеспечивает достижение их практически полной утилизации в регионе размещения ТЭС. Наиболее эффективные и масштабные направления его утилизации перечислены ниже.

Производство вяжущих. Лабораторными и полупромышленными исследованиями разработаны технологии производства на основе ВКЗ портландцемента марки 300 по ГОСТ 10178-86, золоцементного вяжущего марки 100-200 по ТУ 34.70.10674-91, а также низкомарочных вяжущих прочностью 2,5-10 МПа (получаются путем размола высушенных гранул) и быстросхватывающихся и быстротвердеющих композиций прочностью до 40 МПа и выше, получаемых путем размола «термоактивированных» (термообработанных при определенных температуре и продолжительности) гранул. Кроме указанного гранулы пригодны как активная гидравлическая добавка в портландцемент, а также как комплексный известково-алюмосиликатный компонент в сухих и полусухих технологиях производства клинкера.

Производство заменителей щебня и песка. Лабораторными и полупромышленными исследованиями разработана технология производства на основе ВКЗ безобжигового зольного гравия по ГОСТ 9757-90. Установлено также, что гранулированная зола после атмосферного кондиционирования может служить полноценной заменой природных каменных материалов в составе рядовых бетонных и растворных смесей, твердеющей закладки горных выработок, в обратных и дренирующих засыпках, для сооружения насыпей и дорожных одежд.

Производство мелиоранта для раскисления сельхозугодий. Лабораторными и опытными полевыми исследованиями установлено, что гранулированная высококальциевая зола является эффективным раскислителем почв пролонгированного действия и структурообразующей добавкой. Высококальциевая зола-унос от сжигания горючих сланцев широко использовалась в 1970-1980 гг. (до 2 млн. т. в год) как мелиорант – раскислитель сельхозугодий в районах российского Нечерноземья, Белоруссии и в Прибалтике. Наряду с оксидом кальция она содержит определенное количество микроэлементов, что повышает ее ценность в сравнении с традиционными раскислителями – известью и известняковой мукой. В отличие от золы-уноса гранулы имеют поверхность на два-три порядка меньшую, что пропорционально снижает интенсивность их массообмена с почвой. По указанной причине непосредственное внесение в почву гранул крупнее 2-3 мм неэффективно. Активизация раскисляющего действия гранул обычного размера (10-15 мм) может обеспечиваться их дроблением. При внесении гранулированной золы в виде мелкого или среднего песка в несколько раз снижается норма потребления мелиоранта на единицу площади, а сроки его действия удлиняются, обеспечивая пролонгирование процесса мелиорации. Опыты, проведенные при выращивании картофеля, подтвердили принципиальную возможность такого варианта.

Дробление гранул может быть произведено стационарно (на комплексе золопереработки ТЭС, оснащенном дробилкой, или на складе потребителя) либо при внесении в почву навесными разбрасывателями, дооборудованными измельчителями. Несомненно, что в обоих случаях предпочтительны гранулы с ограниченной прочностью. В этом состоит коренное отличие гранулированного мелиоранта от гранул строительного назначения, обладающих повышенной прочностьтю. Следовательно, подготовка мелиоранта на основе высококальциевой золы должна осуществляться по отдельной технологии, а ее продукция должна храниться отдельно от «строительных» гранул. Наряду с указанными выше масштабными вариантами утилизации гранулированная высококальциевая зола может найти применение для нейтрализации кислотных промышленных стоков. В случае широкого применения гранулированного продукта в указанных выше направлениях становится реальным создание «безотвальной ТЭС», применяющей малозольные угли Канско-Ачинского топливно-энергетического комплекса.

Наиболее полно технология грануляции ВКЗ с производством товарной продукции в виде строительных материалов и изделий представлена в рабочем проекте комплекса удаления, складирования и переработки в строительные материалы и изделия золошлаков березовского угля для Омской ТЭЦ-6 с восемью котлоагрегатами Е-500. Комплекс включает в себя технологии гранулирования золы, производства вяжущих строительных материалов, строительных материалов и стеновых камней, а также экологически безопасного длительного хранения избытков золы и шлака в виде гранулята. Основными узлами комплекса являются грануляционная установка, включающая дозаторы, пять смесителей, пять тарельчатых окомкователей с чашей диаметром 5,5 м, два конвейера (рабочий и резервный) предварительного набора прочности гранулированной золы с прососом воздуха через слой гранул и две многофункциональные агломерационные машины АКМ-36 (рабочая и резервная) с переналаживаемыми режимами работы для производства клинкера, безобжигового зольного гравия (БЗГ) или гранулированной золы (ГЗ), а также помольная установка с ротационными измельчительными комплексами, расходными бункерами для шихтовых материалов (известняка, угля, трепела) при производстве клинкера, цемента и золоцементного вяжущего (ЗЦВ). Объем переработки золошлаков – до 300 тыс. т. в год.