Возможности утилизации золошлаков Зуевской ТЭС

Анотація

Метлина Н.А., Ганнова Ю.Н. Возможности утилизации золошлаков Зуевской ТЭС Одной из основных экологических проблем при сжигании угля является образование значительного количества золошлаковых отходов. Как показывает мировой, и отечественный опыт золошлаковые отходы являются ценным минеральным сырьем - золошлаковыми материалами (ЗШМ) для замены природного минерального сырья в строительном комплексе, цементной промышленности, дорожном строительстве.

Накопление огромной массы промышленных отходов является актуальной природоохранной проблемой, требующей срочного решения. Отвалы золошлаковых материалов занимают большие площади, уход за ними требует значительных эксплуатационных расходов. Размещение золошлаков на золоотвале сопряжено с определенным воздействием на окружающую природную среду и значительными затратами. Одним из возможных путей решения данной проблемы является утилизация отходов, возвращение их в материальный кругооборот, имеющее важное экологическое, экономическое и энергосберегающее значение.

Зуевская ТЭС, установленной мощностью 1245 МВт. вырабатывает электрическую энергию и тепловую энергию за счет сжигания в топках котлов твердого топлива (угли марки Д, ДГ). На тепловой электростанции ежегодно образуется от 400 до 800 тыс. тонн золошлаков, из которых используется на собс¬твенные нужды и передается сторонним потребителям в среднем до 5 %.

Для всех энергоблоков Зуевской ТЭС сжигающих топливо в пылевидном состоянии выполнена гидравлическая замкнутая система золошлакоудаления с совместным внешним транспортированием золы и шлака.

Шлак из топки котла удаляется в жидком состоянии. Каждая летка котла оборудована механизированной шлакоудаляющей установкой шнекового типа. Жидкий шлак, попадая в ванну с водой, гранулируется и шнековым транспортером направляется в дробилку, где происходит измельчение крупных кусков шлака, затем поступает в канал гидрозолоудаления.

Каждый из 4–х котлов оборудован электрофильтрами, предназначенными для улавливания летучей золы. Зола из бункеров электрофильтров с помощью золосмывных аппаратов через гидрозатворы с открытым переливом направляется по сливным коллекторам в канал золоудаления.

Гранулированный шлак, зола, транспортируется по каналам с помощью побудительных сопел к багерной насосной станции. От багерной насосной станции золошлаковая пульпа по трем золошлакопроводам футерованных камнелитыми втулка¬ми подается шестью группами насосов на золошлакоотвал. Для работы водоструйных эжекторов вода подается от коллекторов высоконапорной смывной воды.

Конечным пунктом транспортировки золы и шлака является золоотвал в балке Калмыцкой. От колектора расположенного вдоль дамбы смонтированы выпускные трубы, посредством которых золошлаковая пульпа сливается в чашу золоотвала. Влажные золошлаки попадая в золошлакоотвал быстро слеживаются и в значительной степени теряют свои потребительские свойства.

Срок службы золоотвала ограничен технической возможностью, условием надежности и экологической безопасностью. Золоотвал Зуевской ТЭС является очагом скопления тяжелых металлов, обладает повышенной радиоактивностью и постоянно действующим загрязнителем почвы, подземных и поверхностных водоисточников, атмосферы. Вследствие этого выпадает кислотный дождь (богатый на никель, свинец, кадмий, цинк), погибает урожай. Золоотвал Зуевской ТЭС существенно переполнил допустимые объемы, заполнил все свободные площадки, и является сооружением повышенной опасности. Отвод земельных ресурсов для строительства нового золоотвала крайне затруднен, практически невозможен, требует значительных капитальных затрат.

Золошлакоотвалы являются объектами повышенной экологической опасности за счет:

– пыления пляжей, особенно в летнее время;

– фильтрации в подземные горизонты отвальной воды, обогащенной растворимыми зольными компонентами;

– сброса избытков осветленной воды в поверхностные водоисточники [4].

Производственные золы–уноса, относящиеся к кислым золам, образующиеся при сгорании каменного угля, отвечают всем требованиям ДСТУ Б В.2.7–205:2009 Золы уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия [1] по химическому составу, не превышают нормируемые показатели:

– по оксиду кальция (не более 10 %);

– по содержанию оксида магния (не более 5 %);

– содержанию серосодержащих соединений в пересчете на SО₃ (не более 3%);

– по содержанию щелочных оксидов в перерасчете на Na₂O (не более 3%);

– по потерям при прокаливании (не более 5 %).

Следовательно, по перечисленным показателям золы пригодны для изготовления всех видов бетона.

Исследованные золошлаковые смеси и шлак Зуевской ТЭС отвечают техническим требованиям ДСТУ Б.В.2.7–211:2009 Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов. Технические условия [2]:

– по потерям при прокаливании (не больше 5%);

– по содержанию оксида магния (не более 5%);

– по содержанию оксида кальция (не более 10%);

– по содержанию сернокислых и серных соединений в пересчете на SО₃ (не более 3%), в том числе сульфидной серы – не более 1% по массе;

– по содержанию щелочных оксидов в перерасчете на Na₂O (не более 3%)

Следовательно согласно характеристикам золошлаковые смеси и шлак могут использовать для изготовления всех видов бетона по показателям химического состава.

В соответствии с ДСТУ Б В.2.7.–29–95 «Мелкие заполнители природные, из отходов промышленности, искусственные для строительных материалов, изделий, конструкций и работ» [3] с целью использования зол и золошлаковых смесей в качестве мелкого заполнителя проведен анализ на содержание вредных примесей:

– аморфные разновидности диоксида кремния, растворимые в щелочах отсутствуют, так как материал подвергался термической обработке;

– содержание серных и серосодержащих соединений в пересчете на SO₃ не более 1%, что не превышает нормируемый показатель;

– содержание галоидных соединений в золах превышает 0,15%, кроме золошлаковых смесей;

– содержание щелочей в пересчете на Na₂O находится в пределах около 2%, что применимо для различных видов бетона и силикатных изделий.

Таким образом, золошлаковые смеси и шлак могут использоваться как мелкие заполнители.

Золошлаковые смеси Зуевской ТЭС относятся к типу среднезернистых, по виду угля – каменноугольных и отвечают всем требованиям (по удельной поверхности, по насыпной плотности, по потерям массы при прокаливании), которые предъявляются к золам и золошлаковым смесям, применяемым как компонент для изготовления строительных растворов, а также тяжелых, легких и ячеистых бетонов для сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и изделий.

По качественным показателям золы сухого отбора могут быть применены как компонент для изготовления тяжелых, легких и ячеистых бетонов, а также как тонкомолотая добавка для жаростойких бетонов, в сочетании с известью для приготовления смесей в дорожном строительстве.

Бетон на заполнителе из золошлаковой смеси Зуевской ТЭС может применяться для изготовления следующих бетонных и железобетонных изделий: фундаментных блоков; блоков стен подвалов; сплошных и пустотелых стеновых блоков; внутренних стеновых панелей и перегородок; плит и панелей перекрытий и покрытий; перемычек, балок, колонн; лестничных маршей и площадок; тротуарных плит и бортовых камней и т. п [6].

Тонкодисперсная зола Зуевской ТЭС может стать наиболее продуктивным и производительным ингредиентом ячеистых бетонов, которые являются наиболее эффективными по теплотехническим характеристикам, более экономичными и технологичными при изготовлении [7].

Распространение легких бетонов зачастую сдерживается отсутствием и дефицитом наиболее приемлемого поризованного заполнителя – керамзита, в тоже время Донецкий регион имеет большие запасы шлаков и зол ТЭС.

Стабильная однородность и прочность мелкозернистого шлакобетона достигается путем введения в бетонную смесь недостающего количества зерен размером < 1,25 мм. В качестве мелкого заполнителя используется золошлаковая смесь диаметром < 1,25 мм Зуевской ТЭС. Замена керамзитобетона на поризованный шлакозолобетон позволяет получить значительный экономический эффект за счет замены дефицитного керамзитового гравия шлаком и золой Зуевской ТЭС [5].

Также возможно применение золошлаковой смеси в качестве компонента жаростойких бетонов. Классическим образцом жаростойкого бетона является портландцементный бетон на шамотных материалах: тонкомолотой добавке, мелком и крупном заполнителях. Следует отметить, что эти материалы являются дорогими и дефицитными. Поэтому в качестве компонентов жаростойких бетонов применяют золошлаковую смесь и золу от сжигания антрацитовых и каменных углей, т. е. материалы, которые в процессе своего образования претерпели высокотемпературные воздействия.

Одним из наиболее перспективных направлений использования зол и золошлаковых смесей является применение их в качестве основного материала для изготовления сухих цементно–минеральных смесей для заполнения закладочного пространства в шахтных условиях и, возможно в некоторых случаях, для литых приштрековых полос. Достоинством разработки такой смеси является то, что основным заполнителем ее будет однокомпонентный материал – золошлаковая смесь, вполне подходящий для использования его в шахтных условиях [8].

Из других направлений использования зол, шлаков и золошлаковых смесей следует выделить следующие: строительные и отделочные работы; производство кирпича; производство искусственных пористых заполнителей: зольный гравий (прототип керамзита), аглопоритный гравий, поризованный песок, глинозольный керамзит; добыча и использование алюмосиликатных сфер.

Список использованной литературы:

1. ДСТУ Б В.2.7–205:2009 Строительные материалы. Золы – уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия
2. ДСТУ Б В.2.7–211:2009 Строительные материалы. Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов. Технические условия
3. ДСТУ Б В.2.7.–29–95 Мелкие заполнители природные, из отходов промышленности, искусственные для строительных материалов, изделий, конструкций и работ
4. Золошлаковые материалы и золоотвалы (под редакцией В.А.Мелентьева). – М., Энергия, 1978 – 295 с. 5. Карпенко И.С., Поризованный бетон из золошлаковых смесей. Сб. Современные проблемы строительства./ И.С.Карпенко, В.В. Попов — Д., 2001, стр. 147–150. 6. Рекомендации по применению золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций в тяжелых бетонах и строительных растворах. М., Стройиздат, 1977. 7. Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций. – М., Стройиздат, 1986 – 80 с. 8. Рекомендации по комплексному укреплению грунтов золошлаковыми смесями ТЭС и известью. – Киев, Госдор НИИ, 1973 – 51 с.