Українська   Fracais
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

На сегодняшний день предприятия теплоэнергетики Украины можно смело отнести к основным загрязнителям окружающей среды. На их долю приходится более 30% выбросов вредных веществ от общего объема выбросов промышленных предприятий. Возрастающий спрос на электроэнергию и тепло обуславливает повышение объемов их производства, что влечет за собой увеличения выбросов вредных веществ в атмосферу от объектов теплоэнергетики. Это, прежде всего, химическое загрязнение, связанное со значительными выбросами в атмосферу таких загрязнителей, как оксиды азота, углерода, диоксид серы, зола и др., загрязнение гидросферы органическими и взвешенными веществами, поступающими со сточными водами; различные виды физических воздействий, таких как тепловое и акустическое. Кроме того, деятельность теплоэлектростанций связана с образованием большого количества отходов различных классов опасности, значительную часть которых составляют золошлаковые отходы (ЗШМ). Отвалы золошлаковых материалов занимают большие площади, а их уход требует значительных эксплуатационных расходов, которые влияют на повышение себестоимости производства энергоносителей. Они являются источником загрязнения окружающей среды, представляют опасность для здоровья населения и угрозу растительному и животному миру прилегающих территорий. Одним из возможных путей решения данной проблемы является утилизация отходов, то есть возвращение их в материальный кругооборот, что имеет важное экологическое, экономическое и энергосберегающее значение.

1. Актуальность темы

Проблема отходов занимает важнейшее место среди основных экологических проблем современности. По этому утилизация отходов ТЭС – одна из актуальных проблем. В настоящее время в целом по стране утилизируется не более 5-10 % золошлакового материала в различных отраслях строительства и промышленности. Остаток хранится в золошлакоотвалах без использования. При этом накопление золошлаков не прекращается, а, с учетом растущих потребностей в электроэнергии и недостаточных темпов развития других источников ее производства, увеличение количества складируемых золошлаковых отходов будет возрастать.

Известно, что даже при нормальной эксплуатации золошлакоотвалов имеют место проявления неблагоприятных геоэкологических процессов и явлений, нарушающих экологическое равновесие в районах их размещения.

Вместе с тем золошлаковые материалы по химическому и минералогическому составу во многом идентичны природному минеральному сырью. Использование их в промышленности, строительной индустрии и сельском хозяйстве – один из стратегических путей решения экологической проблемы в зоне работы ТЭС.

Актуальность проблемы накопления золошлаков определяется еще и тем, что в энергетической стратегии государства доля тепловых электростанций растет.

2. Цели, задачи, объект и методы исследования

Цель работы – совершенствование системы обращения с отходами тепловых электростанций (ТЭС) и разработка программы переработки и использования золошлаковых отходов (ЗШО).

Для достижения заданной цели необходимо решить такие задачи:

  1. Рассмотреть состав и особенности золошлаков ТЭС.
  2. Показать влияние золошлаковых отходов на окружающую среду.
  3. Выявить слабые места в процессе образования отходов.
  4. Проанализировать методы утилизации ЗШВ, которые существуют в мировой практике.
  5. Определить оптимальные методы утилизации ЗШВ.
  6. Разработать программу переработки и использования золошлаковых отходов тепловых электростанций.
  7. Произвести эколого-экономическую оценку разработанных мероприятий.

Объект исследования: золошлаковые отходы тепловых электростанций.

Методы исследования: аналитический обзор литературных источников, систематизация, обобщение и статистический анализ информации, анализ литературных и интернет источников.

3. Процесс образования золы и шлаков на ТЭС

При сжигании твердого топлива в топках при температуре около 1700-1900 °К тепловых электрических станций образуются многотоннажные твердые минеральные отходы, представленные шлаком и летучей золой (рисунок 1). Мелкие и легкие частицы с удельной поверхностью 1500-3000 см²/г, содержащиеся в количестве около 90%, уносятся из топки газами, а более крупные оседают на под топки и сплавляются в кусковые шлаки.

Общая схема образования зол ТЭС

Рисунок 1 – Общая схема образования зол ТЭС

На современных ТЭС уголь сжигают в пылевидном состоянии. Шлак образуется в результате слипания размягченных частиц золы в объеме топки и накапливается в шлаковом бункере под топкой. Размер зерен шлака 1-50 мм. Зола уносится из топки с дымовыми газами (зола унос) и улавливается при их очистке в циклонах и электрофильтрах. Размер частиц золы менее 1 мм. Большинство зол имеют сферическую форму частиц, гладкую остекловатую фактуру поверхности. Размер сферических частиц колеблется от нескольких микрон до 50-60 мкм.

Одна ТЭС средней мощности ежегодно выбрасывает в отвалы до 1 млн. т. золы и шлака, а ТЭС, сжигающая многозольное топливо, – до 5 млн. т. Складирование и хранение такой массы материала требует значительных капиталовложений. Золоотвал, занимает очень большие земельные площади, является источником неблагоприятной экологической обстановки в районе.

По химическому составу зола состоит на 85-90% из оксидов кремния, алюминия, железа, кальция и магния. Золы каменных и бурых углей, антрацита и торфа, как правило, являются кислыми. Исходя из вещественного состава и физико-механических характеристик минеральной части сгоревшего топлива, отходы ТЭС можно рассматривать как сложное техногенное сырье, пригодное для переработки известными методами, с целью получения конечных продуктов, при производстве практически всех строительных материалов и изделий [1].

4. Влияние золошлаковых отходов на окружающую среду

Золошлаки, образующихся от сжигания угля на ТЭС, являются крупнотоннажными отходами. Для их транспортировки применяются системы гидро- и пневмозолоудаления. В основном золошлаки транспортируются в виде пульпы низкой концентрации для размещения в гидрозолоотвалах, которые являются одним из главных источников загрязнения окружающей среды при производстве энергии.

Строительство и эксплуатация технологического хозяйства на ТЭС по сбору, транспортировке и хранению золошлаковых отходов требует значительных капитальных затрат, а также расходов на его обслуживание. Образование и хранение золошлаковых отходов негативно отражается на экосистеме прилегающей территории района их размещения:

К настоящему времени в отвалах ТЭС Украины накоплено 358,8 млн. т золошлаков на площади 3170 га. Среднегодовой выход шлаков достиг 14 млн. т и в связи с ухудшением качества топлива имеет тенденцию к росту. Это создает технологические и экологические проблемы, поскольку увеличиваются производственные затраты и стоимость природоохранных мероприятий [2].

5. Обращение с золошлаками

5.1 Обращение с золошлаками в международной практике

Для обработки экономически эффективных организационно-технических решений был изучен зарубежный опыт развитых стран по проблеме использования зол ТЭС.

Принципиальная идеологическая разница: в развитых странах золошлаки называют побочным продуктом ТЭС и электростанции осуществляют предпродажную подготовку продукта, доводя ее характеристики до требований официальных строительных нормативных документов.

В Украине и России золошлаки официально называют отходами, и электростанции предлагают потребителям именно отходы, а не технологически доработанный продукт с соответствием его характеристик требованиям строительных нормативных документов.

В Западной Европе и Японии при ТЭС практически ликвидированы золоотвалы. Сухая зола поступает в силосы, построенные рядом с главными корпусами ТЭС. Например, в Германии на многих электростанциях емкость силосов составляет 40-60 тыс. т, и обязательно строятся небольшие силосы с суточной и двухсуточной емкостью, из которых отбираются пробы для лабораторного анализа золы, и в которых она технологическими методами перемешивания и объемного дозирования по фракционному составу доводится до соответствия нормативным требованиям, после чего зола перегружается в силосы-хранилища.

В Германии функционирует наибольшая на Европейском континенте фирма по использованию зол ТЭС – Bau Mineral (ВМ) – дочерняя фирма энергосистемы. Эта компания – связующее звено между ТЭС и строительной индустрией.

Продукция ВМ отвечает стандартам и инструкциям DIN, которые подвержены внешнему контролю со стороны институтов тестирования стройматериалов. Основа гарантии качества – непрерывный контроль продукции в собственных прекрасно оборудованных лабораториях тестирования стройматериалов.

Из 4,3 млн. т летучей золы 3,5 млн. т соответствуют Европейскому стандарту летучей золы для материалов из летучей золы.

Топочный песок и граншлаки утилизировались полностью. Граншлаки – заменитель песка при пескоструйной очистке. Главное требование – однородность свойств золы.

Области использования: добавки в бетон, раствор, цемент, силикатные изделия, производство кирпича, подземное и дорожное строительство. Основное направление – замена цемента.

В Германии нет ТЭС без силосов для золы. Например, на ТЭС Мольке общий объем силосов – 60 тыс. т, выход золы – 600 тыс. т/час. При ТЭС нет никаких отвалов золы.

Побочные продукты ТЕС экспортируются в соседние страны. Для летучей золы обязательно наличие сертификата, если она идет в строительство и индустрию строительства.

В Германии 3,1 млн. т цемента заменяется золой. Зола утилизируется экологически чистым методом. Экономятся ресурсы, энергия, необходимая для производства цемента; сокращаются выбросы СО2 на 3,1 млн. т (при производстве 1 т цемента происходят выбросы 1 т СО2), что существенно в свете требований Киотского протокола по снижению выбросов СО2. Окупаются расходы на силосы, транспорт, заработную плату.

Электростанция (ТЭС) – производитель продуктов, а не отходов. Однородность – главное для золы.

В США строители законодательно обязаны применять золу ТЭС в бетонах и растворах. Нарушители поддаются экономическим санкциям со стороны государства. Часто ТЭС доплачивает потребителю за отбор золы.

В Китае золошлаки ТЭС отпускаются потребителям бесплатно.

В Польше применяются мощные экономические рычаги, стимулирующие использования золошлаков [3].

На рисунках 2 и 3 представлены диаграммы количества золы и шлаков, которые были утилизированы различными путями в 15 странах ЕС. Данные предоставлены Европейской ассоциацией по сжиганию угля (ECOBA).

Диаграмма утилизации шлака ТЭС в 15 странах ЕС

Рисунок 2 – Диаграмма утилизации шлака ТЭС в 15 странах ЕС

Диаграмма утилизации золы-уноса в 15 странах ЕС

Рисунок 3 – Диаграмма утилизации золы-уноса в 15 странах ЕС

Таким образом, видим, что твердые отходы ТЭС находят наибольшее применение в строительной индустрии: в промышленности строительных материалов, в дорожном строительстве, для заполнения горнорудных выработок и для других направлений.

5.2 Обращение с золошлаками в Украине

К настоящему времени в отвалах ТЭС Украины накоплено 358,8 млн. т золошлаков на площади 3170 га. Среднегодовой выход шлаков достиг 14 млн. т и в связи с ухудшением качества топлива имеет тенденцию к росту. Несмотря на очевидные выгоды и перспективы широкого применения золошлаковых отходов, объем их использования в нашей стране не превышает 10%. Коммерческое использование золошлаковых материалов в Украине в 2011 г. находилось на уровне всего 5%. Утилизация золошлаков требует решения комплекса вопросов – от разработки технических условий на их применение, технологических линий по их переработке, транспортных и погрузочно-разгрузочных средств до перестройки психологии хозяйственников в отношении вторичных минеральных ресурсов. Золоотвалы ряда станций Украины близки к переполнению или уже переполнены, а их расширение требует значительных капитальных затрат, при этом землеотвод крайне затруднен, а в ряде случаев – невозможен [4].

ДТЭК уже решает эту проблему, используя собственный шлак для укрепления дамб золоотвала. Но самое важное, что сегодня компания всерьез взялась за решение вопроса по утилизации золошлаков, стремясь использовать европейские подходы в Украине. Задача, надо признать, весьма амбициозная – решить проблему золоотвалов, отходы на которых накапливались 40-60 лет, очень непросто, и для достижения конечной цели потребуется время. Поэтому уже сейчас ДТЭК (единственная украинская компания-инициатор) начала международный диалог на эту тему. И в сентябре текущего года ДТЭК, Польский союз обращения с золошлаковыми материалами и EKOTECHIP при содействии Польско-украинской торгово-промышленной палаты подписали меморандум о взаимопонимании в сфере использования золы и шлаков в Украине. Сотрудничество сторон будет включать в себя работу над приведением законодательства Украины в соответствие с европейским, разработку национальных стандартов и технических условий, научные и рыночные исследования, а также реализацию пилотных проектов по внедрению современных технологий в сфере обращения с золошлаковыми материалами. Конкретные достижения, конечно, еще впереди, но главное, что процесс уже запущен.

Несомненно, стремление ДТЭК к экологическому прогрессу в своей деятельности позволит украинским предприятиям, в частности Запорожской ТЭС, осознаннее подходить к проблеме золоотвалов, в ближайшие годы полностью привести все основное оборудование энергогенерирующих активов в соответствие с европейскими стандартами [5].

5.3 Сдерживающие факторы использования ЗШО на Украинских ТЭС

Использования золы ТЭС в строительстве и других отраслях сдерживается целым рядом негативных факторов:

  1. Энергетики не переделывают золошлаковые отходы (ЗШО) в стабилизированный продукт, соответствующий строительным СНиПам, ГОСТам, а традиционно предлагают рынку ЗШО с очень нестабильными физико-химическими характеристиками.
  2. На ТЭС отсутствуют силосы на двух – трехсуточную емкость для усреднения в них физико-химических характеристик золы и накопительные силосы для хранения и отгрузки золы.
  3. У потребителей нет устройств для принятия и хранения золы.
  4. Неразвитость инфраструктуры Украины и, как следствие, большие транспортные расходы на перевоз ЗШО.
  5. Отсутствие обязательных государственных технико-экономических законодательных документов и стимулов на применение золы предприятиями строительства и строительных материалов, сельского хозяйства и других отраслей.
  6. Отсутствие в Украине комплексной программы использования золошлаков ТЭС [3].

6. Перспективные технологи переработки золошлаковых отходов ТЭС

6.1 Получение сухих строительных смесей

Золу сухого отбора и золошлаки ТЭС можно использовать для получения таких сухих золошлакопродуктов высокой потребительской стоимости :

Как основа для производства перечисленных продуктов может быть предложен модульный завод сухих строительных смесей (рисунок 4). Завод необходимо доработать относительно золы ТЭС: построить размольное, дробильное и сушильное отделение с использованием тепла дымовых газов ТЭС, которые выбрасываются. Особенностью модульного завода есть возможность устанавливать вблизи или на площадках ТЭС батарею из модульных заводов и неограниченно наращивать их производительность [3].

Технологическая схема модульного завода сухих строительных смесей

Рисунок 4 – Технологическая схема модульного завода сухих строительных смесей

1 – погрузчик грейфера; 2 – виброгрохот; 3 – питатель шнековый; 4, 21 – ленточный конвейер, 5 – барабанный осушитель с грохотом; 6, 7, 19 – вертикальный шнек; 8 – элеватор: 9 – вибросито; 10 – бункер мелкого заполнителя 0-1,4 мм; 11 – бункер крупного заполнителя 1,4-2,8 мм; 12, 14 – винтовые питатели; 13 – склад вяжущего; 15 – дозатор пластифицирующих добавок; 16 – дозатор противоморозных добавок; 17 – дозатор; 18 – смеситель; 20 – затарочная машина; 22 – емкость готовой смеси; 23 – бункер готовой смеси

Преимущества предлагаемой системы утилизации:

6.2 Производство силикатного кирпича

На долю силикатного кирпича приходится значительная часть всего объема стеновых материалов. Приведенные затраты на возведение стен из силикатного кирпича составляют примерно 84% по сравнению с необходимыми расходами при использовании керамического кирпича.

Расход условного топлива и электроэнергии на производство силикатного кирпича в 2 раза ниже, чем на производство керамического. На получение 1 тыс. шт. силикатного кирпича расходуется в среднем 4,9 ГДж тепла , половина которого составляет тепло на обжиг извести, а другая – на автоклавную обработку и другие технологические операции.

В производстве этого материала золы и шлаки ТЭС используются как компонент вяжущего или заполнителя (рисунок 5). В первом случае расход золы достигает 500 кг на 1 тыс. шт. кирпича, во втором – 1,5-3,5 т.[6].

Силикатный кирпич с добавками зол и топливных шлаков твердеет в автоклавах при давлении насыщенного пара 0,8-1,6 МПа. Рекомендуемая выдержка – 4-8 час.

Кирпич из золосиликатной смеси имеет преимущества по сравнению с обычным: средняя плотность (17 млн. кг/м³ против 19 млн. кг/м³). Применение его позволяет уменьшить толщину наружных стен на 20%, а массу – на 40 % и существенно сократить расход тепла на отопление зданий.

Технологическая схема производства силикатного кирпича с добавкой зол и шлаков тепловых электростанций

Рисунок 5 – Технологическая схема производства силикатного кирпича с добавкой зол и шлаков тепловых электростанций

1 – пневмоконвеер; 2 – силосный состав; 3 – шнек; 4 – пневмонасос; 5 – циклон; 6 – рукавный фильтр; 7 – расходный бункер; 8 – винтовой питатель; 9 – смеситель; 10 – элеваторы; 11 – конвейер; 12 – бункер-мерник; 13 – реактор; 14 – шнек; 15 – бункер для цемента и золы; 16 – дозатор; 17 – бункер пресса,; 18 – пресс; 19 – запарочная тележка; 20 – передаточная тележка; 21 – автоклав; 22 – состав готовой продукции

7. Основные направления по увеличению использования ЗШО

Основная цель энергетиков не переработка всего объема ЗШО, а создание объективных условий для их максимального использования в процессе производства товарной продукции, в том числе и на собственных производствах.

Для успешного решения проблемы утилизации золошлаков и нанесения минимального экологического убытка окружающей среде при создании и модернизации систем ЗШО прежде всего необходимо соблюдать следующие основные принципы:

Наиболее приемлемой для практического применения является система летучей золы сухого отбора, поскольку она всегда классифицирована в соответствии с полями электрофильтров по фракционному составу. Такая зола может сохраняться в силосах в сухом виде и применяться в производстве без дополнительной подготовки. Система подачи летучей золы в бетоносмесительные узлы аналогична трактам подачи цемента. Основным заданием ТЭС, оснащенных электрофильтрами и циклонами, является оснащение их установками для сухого отбора золы. На ТЭС, оснащенных мокрыми золоуловителями (скруббер, трубы Вентури и др.), – установками по сгущению и обезвоживанию золовой пульпы до 10-15% влажности.

В настоящее время для удаления золы и шлака на отвал применяется напорный гидравлический транспорт. Пневматические системы удаления применяются крайне редко. Однако если установки сухого золоулавливания эксплуатируются на 60% ТЭС, то механизмами для отбора сухой золы оборудованны меньше 4%.

Использование ЗШО можно считать бизнес направлением. Для достижения этой цели целесообразно разработать предложения по экономическому стимулированию использования ЗШО с включением соответствующих положений в проект закона "О вторичных материальных ресурсах". Одновременно подготовить проект программы совместно с привлечением заинтересованных отраслей экономики.

Одним из основных направлений увеличения производства и реализации продуктов из ЗШО есть освоение региональных рынков сбыта строительных материалов. Очень важно изменить взгляд на отходы, то есть перестать рассматривать, их как загрязняющие вещества, которые требуют контроля, а считать их источниками сырья и материалов [3].

Выводы

Рассмотрен состав и особенности золошлаков ТЭС, показано влияние золошлаковых отходов на окружающую среду, выявлены слабые места в процессе образования отходов, проанализированы методы утилизации ЗШО, которые существуют в мировой практике, определены оптимальне методы утилизации ЗШО, розработана программа переработки и использования золошлаковых отходов тепловых электростанций, произведена эколого-экономическая оценка разработанных мероприятий.

Список источников

  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

Важное замечание

    При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2014 г. Полный текст работы и материалы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.