Утилизация и переработка отходов ТЭЦ
В производственном цикле крупных промышленных и теплоэнергетических предприятий зачастую образуются производственные отходы, являющиеся побочным продуктом их технологического процесса. На ТЭЦ и ТЭС одной из важных проблем является хранение и утилизация шламовых и золошлаковых отходов.
Шламовые отходы химводоочистки предприятий теплоэнергетических комплексов являются серьезной проблемой в цикле этого производства. В настоящее время шлам практически не используется. На многих станциях шламонакопители переполнены, что вызывает необходимость строительства новых шламоотстойников большой площади. На сегодняшний день вывоз и утилизация шламовых отходов является одной из важнейших проблем технологического и экологического плана.
Между тем шламовые отходы химводоочистки могут представлять определенный интерес в качестве промышленного сырья для некоторых видов производства. За рубежом этот вид отходов находит применение в производстве керамических изделий, в дорожном строительстве и т.д. В России промышленные отходы, в том числе и шлам, до недавнего времени вообще не рассматривались в качестве возможного вторичного сырья, что, с одной стороны, было обусловлено наличием в больших объемах необходимых природных ресурсов, с другой — устоявшимся отношением к отходам как к ненужному материалу. Лишь в последнее десятилетие, в связи с ужесточением экологических требований к хранению и утилизации отходов, многие из них стали рассматриваться в качестве потенциального сырья.
Проведенные исследования показали, что в сухом состоянии шлам теплоэлектроцентралей обладает весьма высокой дисперсностью. Большая часть (75%) слагающих его твердых частичек имеет размеры в пределах 10-25 мкм. Рентгенографический анализ позволил установить, что шлам практически полностью состоит из карбоната кальция (СаСО3) с небольшой примесью гидроокислов железа.
Обычно природные карбонатные материалы с подобным составом используются для производства воздушной извести. Однако в случае со шламовым отходом следует учитывать его высокую влажность, которая будет заметно снижать активность полученной извести. Только при внедрении на ТЭЦ системы обезвоживания шлама его можно будет использовать для производства извести.
Первым этапом работы являлось определение оптимального количества добавки шлама в керамическую шихту. Для этого в глину, являющуюся сырьевым материалом для производства красного кирпича, добавляли 10, 20, 30 и 40% сухого шлама.
Второй этап включал в себя изучение физико-механических свойств изделий со шламовой добавкой (пористость, плотность, прочность и др.).
В результате исследований было установлено, что наиболее оптимальным будет введение в состав керамической шихты шлама в количестве 15-20%. Именно при таком его содержании прочность изделий соответствует нормам, регламентированным ГОСТ 530-95, т.е. они выдерживают нагрузку не менее 500 кг на 1 см 2 . При больших количествах шлама прочность керамических изделий заметно ухудшается, что обусловлено уменьшением плотности кристаллизационных контактов между спекшимися минеральными частицами в объеме изделий.
Другой не менее значимой проблемой теплоэнергетических предприятий, работающих на твердом топливе, является хранение и утилизация золошлаковых отходов. В настоящее время только в Российской Федерации и золоотвалах накоплено более 2 млрд. тонн золошлаков, и с каждым годом эта цифра увеличивается в среднем на 40 млрд. тонн. Одним из наиболее крупных потребителей золошлаковых материалов по праву является строительная индустрия. Существующие способы переработки данных отходов в этой сфере весьма разнообразны, что обусловлено различным вещественным составом присутствующих в них зольных компонентов. Поэтому для разработки рекомендаций по выбору рационального использования золошлаковых материалов необходимо как можно точнее знать их состав и свойства.
Оценка экологической опасности золошлаковых отходов показала, что макро- и микрокомпоненты золошлаков не представляют опасности для окружающей среды. Проведенный рентгенографический анализ показал, что золошлаковые отходы характеризуются относительно однородным вещественным составом. В основном они представляют собой сферические частицы кремнезема. В меньших количествах присутствует кварц (SiO2), муллит (Al4SiО8) и кальцит (CaСO3).
При таком составе целесообразнее использование зоошлаковых отходов для добавления в цемент. Модельные эксперименты по оптимизации состава цементной смеси с золошлаковым наполнителем показали, что при 15-20% золошлаков в клинкере прочность цементных камней увеличивается до 20-30%. В первую очередь это обусловлено значительным ускорением процессов гидратации компонентов цементного клинкера, что и приводит к ускоренному набору прочности изделий. Подобная закономерность связана с тем, что твердые частички золошлаковой добавки снижают энергию активации образующихся кристаллогидратных соединений цементного клинкера. По сути зола-унос и дробленный шлак являются своего рода центрами кристаллизации в цементной смеси, на которых происходит нуклеация новообразующихся минеральных фаз.
На основании проведённых экспериментов можно сделать заключение, что золошлаковые отходы могут использоваться в качестве минеральных наполнителей в производстве железобетонных конструкций, заменяя более дорогой природный песчаный материал. Более того, золошлаковые смеси могут найти применение и в технологии приготовления вяжущих растворов на основе портландцемента в качестве активных минеральных добавок. Использование их в подобном качестве позволяет сократить расход цемента на 20-25 % при обеспечении требуемого по нормативам показателям качества.
Источник
Глава 5. Экологическая характеристика производств
О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. — 145 c.
Глава 5. Экологическая характеристика производств
5.21. Экологические проблемы в энергетике
5.21.3. Переработка твёрдых отходов тепловых электростанций
Одним из перспективных видов сырья, помимо глинистого, являются золы тепловых электростанций, которые имеются практически во всех регионах страны и являются экологическим бедствием. Золоотвалы занимают большие земельные площади, пригодные для использования в сельском хозяйстве. Они часто располагаются вблизи жилых районов, что недопустимо санитарно-техническими нормами. В качестве примера рассмотрим проблему накопления золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭС в Омской области.
Город Омск с трёх сторон окружён перегруженными пылящими золоотвалами с общим тоннажём более 50 млн. тонн с ежегодным увеличением на 1,5-2 млн. тонн. Из-за отсутствия переработки отходов ТЭС высота переполненных золоотвалов увеличивается, возрастает экологическая опасность загрязнения окружающей природной среды, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на здоровье омичей. В связи с острой проблемой использования золошлаковых отходов, рядом с ТЭЦ-5 началось строительство завода зольного гравия. Однако, со сменой руководства Правительства РФ и РАО ЕЭС был ослаблен контроль за утилизацией ЗШО ТЭЦ. В результате объекты по переработке золы готовностью 80-90 %, приобретенное технологическое оборудование с укомплектованностью на 90 % подверглись разрушению, разукомплектованию и разворовыванию. Выделенные из экологического фонда Омской области финансовые средства были израсходованы не по назначению, т. е. направлялись на частные строящие объекты, которые были задействованы в короткий срок, а экологические объекты превращены в долгострой.
Причина бездеятельности, самоотстранённости от решения проблемы своих отходов (газообразных и твердых ЗШО) кроется в том, что: во-первых Российские, в том числе и Омские энергетики материально не заинтересованы в переработке своих отходов, так как плата за выбросы и захоронения ЗШО заложена в себестоимость электроэнергии и теплоносителя, их оплачивает население и при этом живёт в зоне интенсивного загрязнения от ТЭС и их золоотвалов, несёт на себе тяжесть последствий их влияния на здоровье. Во-вторых, россияне не используют практический опыт передовых капиталистических стран, которые перерабатывают ЗШО на 50-80 % от их ежегодного выхода. Они не закладывают в себестоимость электроэнергии стоимость захоронения отходов. Переработкой ЗШО ТЭЦ занимаются отдельные компании, но под контролем государства и местных органов. Они смогли организовать производство так, что отходы дают большие прибыли, а не как у нас беды. В-третьих, у нас создана благоприятная обстановка: так в период рыночных отношений, т. е. в течение 9 лет в стране отсутствовал Классификатор токсичных промышленных отходов» и «Методические рекомендации по определению класса токсичности отходов». В связи с вводом с 1991 г. платы за выбросы, владельцы предприятий стремились показать свои отходы так, чтобы меньше платить за их выбросы в биосферу или за захоронения. Примером могут служить ЗШО Омских ТЭЦ, за захоронения они оплачиваются по V классу «практически неопасные». Фактически же зола Омских ТЭЦ относится к IV или III классу опасности и оплата должна производиться в 10 n раз больше чем сейчас.
По мнению технического специалиста, доктора РАЕН Гужулева Э.П., при невыполнении омскими энергетиками постановлений правительства РФ, губернатора области, мэра города Омска в части переработки своих отходов необходимо вводить экономические рычаги к АК «Омскэнерго». При этом, первоочередной задачей является создание Научно-производственного центра, а в будущем в Акционерной компании по переработке золы и всех промышленных отходов Омского региона.
Твердые отходы тепловых электростанций — золы и шлаки — близки к металлургическим шлакам по составу. По химическому составу эти отходы на 80-90 % состоят из SiO2, Аl2O3, FеО, Fе2O3, СаО, МgO со значительными колебаниями их содержания. Кроме того, в состав этих отходов входят остатки несгоревших частиц топлива (0,5-20 %), соединения титана, ванадия, германия, галлия, серы, урана. Химический состав и свойства золошлаковых отходов определяют основные направления их использования.
Основная масса используемой части шлаков и зол служит сырьём для производства строительных материалов, Так, золу ТЭС используют для производства искусственных пористых заполнителей — зольного и аглопоритового гравия. При этом для получения аглопоритового гравия используют золу, содержащую не больше 5-10 % горючих, а для производства зольного гравия содержание в золе горючих не должно превышать 3 %. Обжиг сырцовых гранул при производстве аглопоритового гравия осуществляют на решетках агломерационных машин, а при получении зольного гравия — во вращающихся печах. Возможно использование зол ТЭС и для производства керамзитового гравия.
Золы и шлаки от сжигания бурых и каменных углей, торфа и сланцев, содержащие не более 5 % частиц несгоревшего топлива, могут широко использоваться для производства силикатного кирпича в качестве вяжущего при содержании в них не менее 20 % СаО или в качестве кремнеземистого заполнителя, если в них содержится не более 5 % СаО. Золы с высоким содержанием частиц угля с успехом используются для производства глиняного (красного) кирпича. Зола в этом случае играет роль как отощающей, так и топливной добавки. Содержание вводимой золы зависит от вида используемой глины и составляет 15-50 %, а в отдельных случаях может достигать 80 %.
Кислые золошлаковые отходы, а также основные с содержанием свободной извести ≤10 % используют как активную минеральную добавку при производстве цемента. Содержание горючих веществ в таких добавках не должно превышать 5 %. Эти же отходы можно использовать в качестве гидравлической добавки (10-15 %) к цементу. Золу с содержанием свободной СаО не более 2-3 % используют для замены части цемента в процессе приготовления различных бетонов. При производстве ячеистых бетонов автоклавного твердения в качестве вяжущего компонента используют сланцевую золу, содержащую 14 % свободной СаО, а в качестве кремнеземистого компонента — золу сжигания углей с содержанием грючих 3-5 %. Использование золошлаковых отходов по указанным направлениям является не только экономически выгодным (вследствие сокращения потребления гипсового камня, песка, цемента, извести, топлива), но и позволяет повысить качество соответствующих изделий.
Золошлаковые отходы используют в дорожном строительстве. Они служат хорошим сырьём для производства минераловатных изделий. Высокое содержание СаО в золе сланцев и торфа позволяет использовать её для снижения кислотности — известкования почв. Растительная зола широко используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения ввиду значительного содержания калия и фосфора, а также других необходимых растениям макро- и микроэлементов. Отдельные виды золошлаковых отходов обладают свойствами, делающими перспективным их применение в качестве агентов очистки отходящих газов ТЭС и производственных сточных вод.
Зола углей и нефтей содержит практически все металлы, которые можно извлекать. Концентрация Sr, Zn, V, Ge достигает 10 кг на 1 т золы. Содержание урана в золе бурых углей некоторых месторождений может достигать 1 кг/т. Зола торфа содержит значительные количества V, Со, Cu, Ni, Zn, U, Pb. В золе нефтей (мазутов) содержание V2O5 в некоторых случаях достигает 65 %, кроме того, в ней в значительных количествах присутствуют Mo и Ni. В связи с этим извлечение металлов является ещё одним направлением переработки таких отходов. Из золы некоторых углей извлекают в настоящее время редкие и рассеянные элементы (например, Ge и Ga), из золы мазутов — ванадий, никель и другие металлы.
Вместе с тем, несмотря на наличие разработанных процессов утилизации топливных золошлаковых отходов, уровень их использования все ещё остается низким по сравнению с имеющимися ресурсами. С другой стороны, современное технологическое использование энергии топлива (по сравнению, например, с его использованием на мощных ТЭС) является малоэффективным. При решении вопросов защиты окружающей среды, в частности от вредного влияния твёрдых и газообразных отходов ТЭС, перспективным может оказаться путь комплексного энерготехнологического использования топлив. Объединение крупных промышленных установок для получения металлов и других технологических продуктов (в частности химических), а также технологических газов с мощными топками ТЭС может позволить полностью утилизировать как органическую, так и минеральную части топлива, увеличить степень использования тепла, резко сократить расход топлива.
Так, например, на энергогазохимическом комбинате топливо перед сжиганием можно будет подвергать направленному пиролизу с получением ценных химических продуктов. Из сернистых мазутов, в частности, можно будет получать в виде сжиженного газа пропан-бутановую смесь, бензол, серную кислоту, ванадий и газ с высоким содержанием этилена и пропилена.
Значительные перспективы в решении задач борьбы с отходами в энергетике и некоторых смежных отраслях обещает детальная отработка трёх наиболее важных способов получения жидких топлив из ископаемых углей: газификации (производства синтез-газа с последующим получением на его основе жидкого топлива), гидрогенизации (насыщение угля водородом при температурах порядка 500 °С и давлениях в несколько сот атмосфер) и пиролиза (высокотемпературное разложение угля в инертной среде).
Источник
