Что из себя представляют золошлаковые отходы ТЭС и ТЭЦ?

Зола уноса ТЭС и ТЭЦ

Уголь рассматривается как органическое ископаемое топливо, которое в основном используется для прямого сжигания в котлах с целью производства тепловой и электрической энергии.

Анализ состава углей из различных месторождений показывает, что его зольность, характеризующая минеральную составляющую, изменяется в широких пределах и может достигать 50% и более.

Минеральный состав углей и содержание минеральной части в углях часто интерпретируется понятием зольности (Ар – зольность угля на рабочую массу), хотя очевидно, что зола образуется только при сжигании или термической переработке твердых топлив в процессе окисления компонентов минеральной части. Основными компонентами минеральной части твердых горючих ископаемых являются карбонаты, сульфиды и глинистый материал, которые претерпевают в процессе термической переработки следующие превращения. Карбонаты разлагаются на оксиды и углекислый газ, дисульфид железа окисляется с образованием оксидов железа Fe2O3 и оксид серы SO2. Глинистые вещества – каолин Al2O3×2SO2×2H2O, мусковит K2O×3Al2O3×6SO2×2H2O и другие теряют гидратную воду. При термохимических превращениях некоторых компонентов минеральных веществ в процессе сжигания топлив масса зольного остатка оказывается большей по сравнению с массой исходных минеральных примесей.

Таким образом, уголь может рассматриваться не только как органическое, но и как органо-минеральное сырье, в котором комплексной переработке может быть подвергнута не только органическая, но и минеральная часть.

При любом направлении использования минеральной части углей необходимо учитывать все многообразие составляющих ее компонентов. В составе ЗШО различаются кристаллическая, стекловидная и органическая составляющие. Кристаллическое вещество представлено как первичными минералами минерального вещества топлива, так и новообразованиями, полученными в процессе сжигания и при гидратации и выветривании в золоотвале. Всего в кристаллической составляющей ЗШО устанавливается до 150 минералов.

Проблема накопления золошлаковых отходов.

Переработка зол уносов

Отвалы ТЭС и ТЭЦ занимают значительные территории (сотни тыс. га), являются источником загрязнения воздушного и водного бассейнов и увеличивают минерализацию грунтовых вод. В ряде регионов эти отвалы значительно осложнили экологическую обстановку. Если учесть, что во многих странах до 70-90% всей электроэнергии вырабатывается при сжигании твердого топлива, то рост золошлаковых отходов будет продолжаться и, следовательно, возрастет их отрицательное воздействие на экологию. Таким образом, утилизация золошлаковых отходов становится уже не столько вопросом экономии материальных ресурсов, сколько проблемой безопасности населения многих стран.

Тепловая электростанция, которая работает на угле, имеет следующие выбросы:

  • СО – монооксид углерода (угарный газ), продукт неполного сгорания углерода;
  • СО2 – диоксид углерода, продукт полного сгорания углерода;
  • золы уноса – легкие продукты, фактически не содержащие углерода;
  • шлаки – твердые продукты сгорания, которые почти не содержат углерода.

Как правило твердые отходы содержат такие компоненты, как SiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O и другие. Среди “других” элементов есть такие компоненты, как сера и соединения на их основе. Большая часть (как правило более  чем 90%) приходится на два основных соединения:

  • Диоксид кремния (SiO2) – порядка 65%;
  • Диоксид алюминия (Al2O3) – порядка 25%.

Оба эти соединения могут применяться при производстве строительных материалов таких, как кирпич, блок, газобетон, сухие строительные смеси, добавки при производстве различных бетонов.

После сжигания угля на теплоэлектростанциях и теплоэлектроцентралях твердые золошлаковые отходы как правило домалываются до определенного размера и подаются в трубах с водой в отстойники – золо-шламохранилища. Такие хранилища имеют сообщение с грунтовыми водами и после высыхания золошлаковых отходов также происходит загрязнение пылью атмосферы.

Так каким же является масштаб причиненного экологического и экономического ущерба? Мы остановимся только на твердых (золошлаковых) отходах. В данный момент теплоэлектростанция представляет из себя объект ежегодно “потребляющий” несколько гектар плодородной земли. Эти земли выводятся из оборота и непригодны к использованию на очень длительное время. Какой же является стоимость хранения золошлаковых отходов? Согласно данным европейских исследователей такого рода захоронение отходов обходится в сумму порядка 60 евро/тонну. Средняя ТЭС может расходовать порядка 12-36 миллионов евро в год только на содержание золошламохранилищ. Есть ли пути решения этой проблемы? Несомненно они есть.

В данной статье мы рассмотрим некоторые из наиболее перспективных с нашей точки зрения технологий для утилизации зол и шлаков ТЭС и ТЭЦ с их превращением в востребованные рынком строительные материалы. Предлагаемые нами решения позволяют комплексно решать вопрос как с золошлаковыми отходами, так и с вредными выбросами в атмосферу (десульфиризация).

Мы предлагаем комплексную концепцию “зеленой генерации“ электроэнергии и тепла и минимизации вредных эффектов возникающих при сжигании угля.

Опыт различных стран в поиске путей решения проблемы накопления золошлаковых отходов.

Утилизация зол уноса

Уровень утилизации золошлаковых отходов в ряде развитых стран составляет около 50%, во Франции и в Германии – 70%, а в Финляндии – порядка 90% их текущего выхода. В этих странах в основном применяются сухие золы, и проводится государственная политика, стимулирующая их использование. К примеру в Польше резко повышена цена на землю под золоотвалы и именно поэтому ТЭЦ доплачивают потребителям с целью снизить собственные затраты на их складирование. В Китае золы доставляются потребителям бесплатно, а в Болгарии сама зола бесплатна. В Великобритании действуют пять региональных центров по сбыту зол. В странах постсоветского пространства процент утилизации зол пока невысок, в России он составляет около 10%.

Научные исследования и практика дорожного строительства показали, что золы и шлаки от сжигания твердых видов топлива представляют собой материалы, пригодные для применения во многих отраслях народного хозяйства:

  •  в сельском хозяйстве – как удобрение;
  • в металлургии – как шихта для получения алюминия и концентрат для получения железа;
  • в строительной индустрии золошлаковые смеси и золы сухого улавливания – как сырье для цементов и бесклинкерных вяжущих, бетонов (тяжелых, легких, ячеистых), пористых заполнителей, силикатных, керамических, теплоизоляционных и других материалов.

Оборудование и технологии для переработки золошлаковых отходов в строительные материалы. Оборудование для кирпичных заводов на цементном вяжущем, использующих в качестве сырья золошлаковые отходы.

Кирпич из золы - утилизация зол уноса.

Наша компания разработала решения для утилизации золошлаковых отходов с превращением их в строительные материалы.

Проблема утилизации золошлаковых отходов может быть решена с помощью технологии TITAN HYPERPRESS. Стоимость трансформации одной тонны золошлаковых отходов в кирпич приблизительно соответствует 20 евро. Стоимость   обслуживания золошлаковых отходов с помощью хранения их в золо-шламохранилищах, как мы уже упоминали ранее, составляет порядка 60 евро. Прямой экономический эффект (без учета стоимость продажи самих строительных материалов) составляет порядка 40 евро.

Вследствие вышеуказанных фактов заводы по производству кирпича и блоков по технологии TITAN HYPERPRESS могут генерировать прибыль в размере 10-30 миллионов евро в год. Производство кирпича и блоков малоэнергоемко, что дополнительно экономит до 8-24 млн. евро в год.

После измельчения золошлаковых отходов мы рекомендуем смешивать их с отсевами мягких горных пород в примерно следующей композиции:

  1. Измельченные золошлаковые отходы – 70%;
  2. Отсевы (отходы дробления) мягких горных пород – 20%;
  3. Портландцемент – 5%;
  4. Вода -5%.

Кирпич и блоки полученные с помощью этой технологии являются экологически чистыми и безопасными строительными материалами и могут применяться для внутренних работ.

С помощью технологии гиперпрессования TITAN HYPERPRESS можно перерабатывать огромное количество видов сырья и, в том числе, золошлаковые отходы ТЭС и ТЭЦ.

Оборудование для кирпичных заводов работающих по автоклавной технологии. Производство кирпича на известковом вяжущем с использованием в качестве сырья золошлаковых отходов.

Кирпичный гиперпресс

Золы в зависимости от содержания CaO делятся на:

  • Золы класса F

При сжигании более твердого и старого антрацитового и битуминозного угля обычно образуется зола типа F. Эта зола является пуццолановой по своим свойствам и содержит менее 20% извести (CaO). Такая зола обладает пуццолановыми свойствами вследствие наличия стекловидной фазы оксида кремния и алюминия. Следует заметить, что получения цементирующих свойств требует добавка цементирующего агента: портландцемента, негашеной или гашеной извести и затворения водой. Также существует возможность добавления химического активатора по типу жидкого стекла для формирования геополимеров.

  • Золы класса C

Золы класса C образуются при сжигании более “молодых” лигнитовых или суббитоминозных углей в дополнение к имеющимся у них пуццолановым свойствам имеют также самоцементирующийся эффект.  В присутствие воды, золы класса C имеют свойство твердеть со временем. Такие золы содержат более 20% извести (CaO). В отличие от зол класса F, самоцементирующиеся золы класса C не требуют добавления активатора для начала твердения. Содержание щелочей и сульфатов в таких золах, как правило также выше.

Для очистки газов в последнее время используются десульфиризаторы различной конструкции. Они используют в качестве основного реагента связывающего серу молотый известняк. Молотой известняк подается в специальную камеру и реагирует с серой при достаточно высоких температурах (до 900 градусов), что приводит к его обжигу. В результате обжига мы получаем достаточно активную золу с большим содержанием активной извести. В обычных условиях такая зола также идет в золоотвалы и не приносит никакой дополнительной пользы.

Нашей компанией разработана технология, которая позволяет комплексно решать вопрос накопления твердых золошлаковых отходов и очистки газов уходящих в атмосферу от серы, как основного загрязнителя. Нами выдвинута концепция "зеленой ТЭС", как нового стандарта в индустрии, позволяющего в большой степени нивелировать недостатки генерации электроэнергии и тепла на базе сжигания такого традиционного и широко распространенного топлива, как уголь.

Мы предлагаем использовать активную золу, как сырье для получения кирпича. Анализ свойств такой золы показывает, что для описанной выше традиционной безавтоклавной технологии производства кирпича она не годиться из-за недопустимо большого содержания извести.

Однако этот недостаток, ограничивающий сейчас спрос на золу, превращается в достоинство при использовании автоклавной технологии, в которой вяжущим вместо цемента является известь. Активная зола для такой технологии является идеальным сырьём, исключающим дополнительные затраты на вяжущее. Еще один существенный фактор обуславливает высокую рентабельность автоклавной технологии при соседстве с ТЕС. Обычно немалые затраты на пропарку в автоклавах при разворачивании комплекса по производству кирпича вблизи ТЕС и использовании её излишков пара давлением около 1 МПа значительно сокращаются. Предварительные оценки свидетельствуют, что практически бесплатные сырьё и пар с лихвой перекрывают сравнительно высокие затраты на приобретение автоклавов и способны обеспечить высокорентабельное производство кирпича.

Формование кирпича может производится методом полусухого прессования, часто называемого гиперпрессованием. Анализ зернового состава золы провала свидетельствует в пользу полусухого прессования из-за наличия значительной доли «мелочи», которая еще возрастёт после добавления золы провала.

Таким образом, наиболее перспективным является использование золы 4-го энергоблока в качестве сырья для кирпича, производимого с использованием полусухого (гипер) прессования по автоклавной технологии.

Нами установлено, что:

  • Состав  активной золы в связи с наличием извести позволяет получать кирпич по автоклавной технологии из смеси золы провала и уноса в соотношении примерно 2:1 без использования других сырьевых компонентов.
  • Комплекс оборудования по производству кирпича целесообразно оснащать гиперпрессом полусухого формования и барабанно-валковым активатором для подготовки смеси к формованию. Использование активатора перед прессом обеспечивает получение бездефектного кирпича высокого качества с прочностью, соответствующей марке 150…200.
  • Связка десульфиризатор/гиперпресс дает возможность говорить о новом стандарте экологической безопасности для ТЭС и ТЭЦ.