Русский   Francais
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

На сьогоднішній день підприємства теплоенергетики України можна сміливо віднести до основних забруднювачів навколишнього середовища. На їх частку припадає понад 30 % викидів шкідливих речовин від загального обсягу викидів промислових підприємств. Зростаючий попит на електроенергію і тепло зумовлює підвищення обсягів їх виробництва, що тягне за собою збільшення викидів шкідливих речовин в атмосферу від об'єктів теплоенергетики. Це, насамперед, хімічне забруднення, пов'язане зі значними викидами в атмосферу таких забруднювачів, як оксиди азоту, вуглецю, діоксид сірки, зола та ін. забруднення гідросфери органічними і зваженими речовинами, які надходять зі стічними водами; різні види фізичних впливів, таких як теплове та акустичне. Крім того, діяльність теплоелектростанцій пов'язана з утворенням великої кількості відходів різних класів небезпеки, значну частину яких складають золошлакові відходи (ЗШВ).Відвали золошлакових матеріалів займають великі площі, а їх догляд вимагає значних експлуатаційних витрат, які впливають на підвищення собівартості виробництва енергоносіїв. Вони є джерелом забруднення навколишнього середовища, представляють небезпеку для здоров'я населення і загрозу рослинному та тваринному світу прилеглих територій. Одним з можливих шляхів вирішення даної проблеми є утилізація відходів, тобто повернення їх в матеріальний колооберт, що має важливе екологічне, економічне і енергозберігаюче значення.

1. Актуальність теми

Проблема відходів займає найважливіше місце серед основних екологічних проблем сучасності. Отже утилізація відходів ТЕС – одна з актуальних проблем. В даний час в цілому по країні утилізується не більше 5-10 % золошлакового матеріалу в різних галузях будівництва і промисловості. Залишок зберігається в золошлаковідвалах без використання. При цьому накопичення золошлаків не припиняється, а, з урахуванням зростаючих потреб в електроенергії і недостатніх темпів розвитку інших джерел її виробництва, можна припустити збільшення кількості складованих золошлакових відходів.

Відомо, що навіть при нормальній експлуатації золошлаковідвалів мають місце прояви несприятливих геоекологічних процесів і явищ, що порушують екологічну рівновагу в районах їх розміщення.

Разом з тим золошлакові матеріали за хімічним і мінералогічним складом багато в чому ідентичні природній мінеральній сировині. Використання їх в промисловості, будівельній індустрії і сільському господарстві – один із стратегічних шляхів вирішення екологічної проблеми в зоні роботи ТЕС.

Актуальність проблеми накопичення золошлаков визначається ще й тим, що в енергетичній стратегії держави частка теплових електростанцій зростає.

2. Мета, задачі, об'ект і методи дослідження

Мета роботи – вдосконалення системи поводження з відходами теплових електростанцій (ТЕС) і розробка програми переробки і використання золошлакових відходів (ЗШВ).

Для досягнення заданої мети необхідно вирішити такі задачі:

  1. Розглянути склад і особливості золошлаків ТЕС.
  2. Показати вплив золошлакових відходів на довкілля.
  3. Виявити слабкі місця в процесі утворення відходів.
  4. Проаналізувати методи утилізації ЗШВ, які існують у світовій практиці.
  5. Визначити оптимальні методи утилізації ЗШВ.
  6. Розробити програму переробки та використання золошлакових відходів теплових електростанцій.
  7. Провести еколого-економічну оцінку розроблених заходів.

Об’єкт дослідження : золошлакові відходи теплових електростанцій.

Методи дослідження: аналітичний огляд літературних джерел, систематизація, узагальнення і статистичний аналіз інформації, аналіз літературних та інтернет джерел.

3. Процес утворення золи і шлаків на ТЕС

При спалюванні твердого палива в топках при температурі близько 1700-1900 °К теплових електричних станцій утворюються великотоннажні тверді мінеральні відходи, представлені шлаком і летючої золою (рисунок 1). Дрібні і легкі частинки з питомою поверхнею 1500-3000 см²/г, що містяться в кількості близько 90%, виносяться з топки газами, а більші осідають на під топки і сплавляються в кускові шлаки.

Загальна схема утворення зол ТЕС

Рисунок 1 – Загальна схема утворення зол ТЕС

На сучасних ТЕС вугілля спалюють у пилоподібному стані. Шлак утворюється в результаті злипання розм'якшених частинок золи в об'ємі топки і накопичується в шлаковому бункері під топкою. Розмір зерен шлаку 1-50 мм. Зола виноситься з топки з димовими газами (зола винесення) і вловлюється при їх очищенні в циклонах і електрофільтрах. Розмір часток золи менше 1 мм. Більшість зол мають сферичну форму частинок, гладку остекловатую фактуру поверхні. Розмір сферичних частинок коливається від декількох мікрон до 50-60 мкм.

Одна ТЕС середньої потужності щорічно викидає у відвали до 1 млн. т. золи та шлаку, а ТЕС, що спалює многозольне паливо, – до 5 млн. т. Складування і зберігання такої маси матеріалу вимагає значних капіталовкладень. Золовідвал, займає дуже великі земельні площі, є джерелом несприятливої екологічної обстановки в районі.

За хімічним складом зола складається на 85-90% з оксидів кремнію, алюмінію, заліза, кальцію і магнію. Золи кам'яного і бурого вугілля, антрациту і торфу, як правило, є кислими. Виходячи з речового складу та фізико-механічних характеристик мінеральної частини згорілого палива, відходи ТЕС можна розглядати як складну техногенну сировину, придатну для переробки відомими методами, з метою отримання кінцевих продуктів, при виробництві практично всіх будівельних матеріалів і виробів [1].

4. Вплив золошлакових відходів на довкілля

Золошлаки, що утворюються від спалювання вугілля на ТЕС, є великотоннажними відходами. Для їх транспортування застосовуються системи гідрозоловидалення. В основному золошлаки транспортуються у вигляді пульпи низької концентрації для розміщення в гідрозоловідвалах, які є одним з головних джерел забруднення навколишнього середовища при виробництві енергії.

Будівництво та експлуатація технологічного господарства на ТЕС по збору, транспортуванню і зберіганню золошлакових відходів вимагають значних капітальних витрат, а також витрат на його обслуговування. Утворення і зберігання золошлакових відходів негативно відбивається на екосистемі прилеглої території району їх розміщення:

До теперішнього часу у відвалах ТЕС України накопичено 358,8 млн. т. золошлаків на площі 3170 га. Середньорічний вихід шлаків досяг 14 млн. т. і у зв'язку з погіршенням якості палива має тенденцію до зростання. Це створює технологічні і екологічні проблеми, оскільки збільшуються виробничі витрати і вартість природоохоронних заходів [2].

5. Поводження з золошлаками

5.1 Поводження з золошлаками в міжнародній практиці

Для обробки економічно ефективних організаційно-технічних рішень був вивчений зарубіжний досвід розвинених країн з проблеми використання зол ТЕС.

Принципова ідеологічна різниця: у розвинених країнах золошлаки називають побічним продуктом ТЕС і електростанції здійснюють передпродажну підготовку продукту, доводячи її характеристики до вимог офіційних будівельних нормативних документів.

В Україні та Росії золошлаки офіційно називають відходами, та електростанції пропонують споживачам саме відходи, а не технологічно доопрацьований продукт з відповідністю його характеристик вимогам будівельних нормативних документів.

У Західній Європі і Японії при ТЕС практично ліквідовані золовідвали. Суха зола надходить у силоси, побудовані поруч з головними корпусами ТЕС. Наприклад, у Німеччині на багатьох електростанціях ємність силосів становить 40-60 тис. т, і обов'язково будуються невеликі силоси з добовою і дводобовою ємністю, з яких відбираються проби для лабораторного аналізу золи, і в яких вона технологічними методами перемішування і об'ємного дозування за фракційним складом доводиться до відповідності нормативним вимогам, після чого зола перевантажується в силоси-сховища.

У Німеччині функціонує найбільша на Європейському континенті фірма з використання зол ТЕС – Bau Mineral (ВМ) – дочірня фірма енергосистеми. Ця компанія – сполучна ланка між ТЕС і будівельною індустрією.

Продукція ВМ відповідає стандартам та інструкціям DIN, які схильні до зовнішнього контролю з боку інститутів тестування будматеріалів. Основа гарантії якості – безперервний контроль продукції у власних прекрасно обладнаних лабораторіях тестування будматеріалів.

З 4,3 млн. т летючої золи 3,5 млн. т відповідають Європейському стандарту летючої золи для матеріалів з летючої золи.

Топковий пісок і граншлаки утилізувалися повністю. Граншлаки – замінник піску при піскоструминному очищенні. Головна вимога – однорідність властивостей золи.

Області використання: добавки в бетон, розчин, цемент, силікатні вироби, виробництво цегли, підземне і дорожнє будівництво. Основний напрямок – заміна цементу.

У Німеччині немає ТЕС без силосів для золи. Наприклад, на ТЕС "Молька" загальний обсяг силосів – 60 тис. т, вихід золи – 600 тис. т/pік. При ТЕС немає ніяких відвалів золи.

Побічні продукти ТЕС експортуються в сусідні країни. Для летючої золи обов'язково наявність сертифікату, якщо вона йде в будівництво і індустрію будівництва.

У Німеччині 3,1 млн. т цементу замінюється золою. Зола утилізується екологічно чистим методом. Економляться ресурси, енергія, необхідна для виробництва цементу; скорочуються викиди СО2 на 3,1 млн. т (при виробництві 1 т цементу відбуваються викиди 1 т СО2), що істотно в світлі вимог Кіотського протоколу щодо зниження викидів СО2. Окупаються витрати на силоси, транспорт, заробітну плату.

Електростанція (ТЕС) – виробник продуктів, а не відходів. Однорідність – головне для золи.

У США будівельники законодавчо зобов'язані застосовувати золу ТЕС в бетонах і розчинах. Порушники піддаються економічним санкціям з боку держави. Часто ТЕС доплачує споживачеві за відбір золи.

У Китаї золошлаки ТЕС відпускаються споживачам безкоштовно.

У Польщі застосовуються потужні економічні важелі, стимулюючі використання золошлаків [3].

На рисунках 2 і 3 представлені діаграми кількості золи і шлаків, які були утилізовані різними шляхами в 15 країнах ЄС. Дані надані Європейською асоціацією по спалюванню вугілля (ECOBA).

Діаграма утилізації шлаку ТЕС в 15 країнах ЄС

Рисунок 2 – Діаграма утилізації шлаку ТЕС в 15 країнах ЄС

Діаграма утилізації золи-унесення в 15 країнах ЄС

Рисунок 3 – Діаграма утилізації золи-унесення в 15 країнах ЄС

Таким чином, бачимо, що тверді відходи ТЕС знаходять найбільше застосування в будівельній індустрії: у промисловості будівельних матеріалів, в дорожньому будівництві, для заповнення гірничорудних виробок і для інших напрямків.

5.2 Поводження з золошлаками в Україні

До теперішнього часу у відвалах ТЕС України накопичено 358,8 млн. т золошлаків на площі 3170 га. Середньорічний вихід шлаків досяг 14 млн. т і в зв'язку з погіршенням якості палива має тенденцію до зростання. Не зважаючи на очевидні вигоди і перспективи широкого застосування золошлакових відходів, обсяг їх використання в нашій країні не перевищує 10 %. Комерційне використання золошлакових матеріалів в Україні в 2011 р. перебувало на рівні всього 5 %. Утилізація золошлаков вимагає вирішення комплексу питань – від розробки технічних умов на їх застосування, технологічних ліній з їх переробки, транспортних і вантажно-розвантажувальних засобів до перебудови психології господарників щодо вторинних мінеральних ресурсів. Золовідвали ряду станцій України близькі до переповнення або вже переповнені, а їх розширення вимагає значних капітальних витрат, при цьому землевідведення вкрай затруднено, а в ряді випадків – неможливе [4].

ДТЕК вже вирішує цю проблему, використовуючи власний шлак для зміцнення дамб золовідвалу. Але найважливіше, що сьогодні компанія серйозно взялася за вирішення питання щодо утилізації золошлаків, прагнучи використати європейські підходи в Україні. Задача, треба визнати, вельми амбітна – вирішити проблему золовідвалів, відходи на яких накопичувалися 40-60 років, дуже непросто, і для досягнення кінцевої мети буде потрібен час. Тому вже зараз ДТЕК (єдина українська компанія – ініціатор) почала міжнародний діалог на цю тему. І у вересні поточного року ДТЕК, Польський союз поводження з золошлакова матеріалами і EKOTECHIP за сприяння Польсько-української торгово-промислової палати підписали меморандум про взаєморозуміння у сфері використання золи і шлаків в Україні. Співпраця сторін буде включати в себе роботу над приведенням законодавства України у відповідність з європейським, розробку національних стандартів і технічних умов, наукові та ринкові дослідження, а також реалізацію пілотних проектів з впровадження сучасних технологій у сфері поводження з золошлакова матеріалами. Конкретні досягнення, звичайно, ще попереду, але головне, що процес уже запущений.

Безсумнівно, прагнення ДТЕК до екологічного прогресу у своїй діяльності дозволить українським підприємствам, зокрема Запорізькій ТЕС, усвідомлено підходити до проблеми золовідвалів, в найближчі роки повністю привести все основне обладнання енергогенеруючих активів у відповідність з європейськими стандартами [5].

5.3 Стримуючі фактори використання ЗШВ на Українських ТЕС

Використання золи ТЕС у будівництві та інших галузях стримується цілою низкою негативних чинників:

  1. Енергетики не переробляють золошлакові відходи (ЗШВ) в стабілізований продукт, відповідний будівельним СНіПам, ГОСТам, а традиційно пропонують ринку ЗШВ з дуже нестабільними фізико-хімічними характеристиками.
  2. На ТЕС відсутні силоси на двох – тридобову ємність для усереднення в них фізико-хімічних характеристик золи і накопичувальні силоси для зберігання і відвантаження золи.
  3. У споживачів немає пристроїв для прийняття та зберігання золи.
  4. Нерозвиненість інфраструктури України і, як наслідок, великі транспортні витрати на перевіз ЗШВ.
  5. Відсутність обов'язкових державних техніко-економічних законодавчих документів і стимулів на застосування золи підприємствами будівництва і будівельних матеріалів, сільського господарства та інших галузей.
  6. Відсутність в Україні комплексної програми використання золошлаків ТЕС [3].

6. Перспективні технології переробки золошлакових відходів ТЕС

6.1 Отримання сухих будівельних сумішей

Золу сухого відбору і золошлаки Слов'янської ТЕС можна використовувати для отримання таких сухих золошлакопродуктів високої споживчої вартості:

Як основа для виробництва перерахованих продуктів може бути запропонований модульний завод сухих будівельних сумішей (рисунок 4). Завод необхідно допрацювати відносно золи ТЕС: побудувати помольне, дробильне і сушильне відділення з використанням тепла димових газів ТЕС, які викидаються. Особливістю модульного заводу є можливість встановлювати поблизу або на майданчиках ТЕС "батарею" з модульних заводів і необмежено нарощувати їх продуктивність [3].

Технологічна схема модульного заводу сухих будівельних сумішей

Рисунок 4 – Технологічна схема модульного заводу сухих будівельних сумішей

1 – навантажувач грейфера; 2 – віброгрохот; 3 – живильник шнековий; 4, 21 – стрічковий конвеєр; 5 – барабанне сушило з грохотом; 6, 7, 19 – вертикальний шнек; 8 – елеватор; 9 – вібросито; 10 – бункер дрібного заповнювача 0-1,4 мм; 11 – бункер крупного заповнювача 1,4-2,8 мм; 12, 14 – гвинтові живильники; 13 – склад в’яжучого; 15 – дозатор пластифікуючих добавок; 16 – дозатор протиморозних добавок; 17 – дозатор; 18 – змішувач; 20 – затарочна машина; 22 – ємкість готової суміші; 23 – бункер готової суміші

Переваги запропонованої системи утилізації:

6.2 Виробництво силікатної цегли

На долю силікатної цегли припадає значна частина всього об'єму стінних матеріалів. Приведені витрати на зведення стін з силікатної цегли складають приблизно 84 % в порівнянні з необхідними витратами при використанні керамічної цегли.

Витрата умовного палива і електроенергії на виробництво силікатної цегли в 2 рази нижча, ніж керамічної. На отримання 1 тис. шт. силікатної цегли витрачається в середньому 4,9 ГДж тепла, половина якого складає тепло на випалення вапна, а інша – на автоклавную обробку і інші технологічні операції.

У виробництві цього матеріалу золи і шлаки ТЕС використовуються як компонент в’яжучого або заповнювача (рисунок 4.4). У першому випадку витрата золи досягає 500 кг на 1 тис. шт. цегли, в другому – 1,5-3,5 т. [6].

Силікатна цегла з добавками зол і паливних шлаків твердне в автоклавах при тиску насиченої пари 0,8-1,6 МПа. Витримка, що рекомендується, – 4-8 год.

Перевагою цегли з золосилікатної суміші оптимального складу є нижча, ніж у звичайної, середня щільність (17001800 кг/м³ проти 19002000 кг/м³). Застосування її дозволяє зменшити товщину зовнішніх стін на 20, а масу – на 40 % і істотно скоротити витрату тепла на опалювання будівель.

Технологічна схема виробництва силікатної цегли з добавкою зол і шлаків теплових електростанцій

Рисунок 5 – Технологічна схема виробництва силікатної цегли з добавкою зол і шлаків теплових електростанцій

1 – пневмоконвеєр; 2 – силосний склад; 3 – шнек; 4 – пневмонасос; 5 – циклон; 6 – рукавний фільтр; 7 – витратний бункер; 8 – гвинтовий живильник; 9 – змішувач; 10 – елеватори; 11 – конвеєр; 12 – бункер-мерник; 13 – реактор; 14 – шнек; 15 – бункер для золи і цементу; 16 – дозатор; 17 – бункер преса; 18 – прес; 19 – запарювальний візок; 20 – передавальний візок; 21 – автоклав; 22 – склад готової продукції

7. Основні напрямки по збільшенню використання ЗШВ

Основна мета енергетиків не переробка всього обсягу ЗШВ, а створення об'єктивних умов для їх максимального використання в процесі виробництва товарної продукції, в тому числі і на власних виробництвах.

Для успішного вирішення проблеми утилізації золошлаків і нанесення мінімального екологічного збитку навколишньому середовищу при створенні і модернізації систем ЗШВ насамперед необхідно дотримуватися таких основних принципів:

Найбільш прийнятною для практичного застосування є система летючої золи сухого відбору, оскільки вона завжди класифікована відповідно з полями електрофільтрів за фракційним складом. Така зола може зберігатися в силосах в сухому вигляді і застосовуватися у виробництві без додаткової підготовки. Система подачі летючої золи в бетонозмішувальні вузли аналогічна трактам подачі цементу. Основним завданням ТЕС, оснащених електрофільтрами і циклонами, є оснащення їх установками для сухого відбору золи. На ТЕС, оснащених мокрими золоуловителями (скрубер, труби Вентурі та ін), – установками по згущенню і обезводненню золової пульпи до 10-15 % вологості.

В даний час для видалення золи та шлаку на відвал застосовується напірний гідравлічний транспорт. Пневматичні системи видалення застосовуються вкрай рідко. Однак якщо установки сухого золоуловлювання експлуатуються на 60 % ТЕС, то механізмами для відбору сухої золи оснащено менше 4 %.

Використання ЗШВ можна вважати бізнес напрямком. Для досягнення цієї мети доцільно розробити пропозиції щодо економічного стимулювання використання ЗШО з включенням відповідних положень до проекту закону "Про вторинні матеріальні ресурси". Одночасно підготувати проект програми спільно з залученням зацікавлених галузей економіки.

Одним з основних напрямів збільшення виробництва і реалізації продуктів з ЗШВ є освоєння регіональних ринків збуту будівельних матеріалів. Дуже важливо змінити погляд на відходи, тобто перестати розглядати їх як забруднюючі речовини, які вимагають контролю, а вважати їх джерелами сировини і матеріалів [3].

Висновки

Розглянуто склад і особливості золошлаків ТЕС, показано вплив золошлакових відходів на довкілля, виявлені слабкі місця в процесі утворення відходів, проаналізовано методи утилізації ЗШВ, які існують у світовій практиці, визначені оптимальні методи утилізації ЗШВ, розроблена програма переробки та використання золошлакових відходів теплових електростанцій, проведена еколого-економічна оцінка розроблених заходів.

Перелік посилань

  1. Классификация отходов ТЭС. – Глобальная сеть рефератов "Олбест" [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00093796_0.html
  2. Использование золошлаковых отходов в Новосибирской области. – Газета «Континент Сибирь», вып. 19, 2008 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ksonline.ru/ks/-/jid/382/cat_id/6/id/19105/
  3. Анализ технологий и методов утилизации твёрдых продуктов десульфуризации и частиц золы. – Украинский финансово-промышленный концерн "УФПК" [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ufpk.com.ua/files/p3/analiz.html
  4. Галич С. А. Перспективы использования золошлаков ТЭС в качестве микроудобрения для почв. – Институт проблем машиностроения Национальной академии наук Украины, Харьков, Украина [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://waste.ua/cooperation/2007/theses/galich.html
  5. ДТЭК Запорожская ТЭС: на пути к экологичности европейского образца. – Городской портал. Запорожье. [Электронный ресурс] – Режим доступа:http://www.misto.zp.ua/article/partners12527.html
  6. Силикатный кирпич, керамические и плавленые материалы на основе зол и шлаков ТЭС. – Сайт «Строительные товары» [Электронный ресурс] – Режим доступа:http://www.vserinki.ru/stroika/?Obshaya__harakteristika_othodov:Silikatnyi__kirpich%2C_keramicheskie_i_plavlenye_materialy_na_osnove_zol_i_shlakov_TES
  7. Асланян Г.С. Экологически Чистые Угольные Технологии. Аналитический обзор. – Центр энергетической политики, Москва [Электронный ресурс] – Режим доступа:http://www.unece.org/fileadmin/DAM/ie/capact/ppp/pdfs/aslanjan_rf.pdf