Переработка золошлаковых отходов ТЭС

     В Узбекистане одним из энергоносителей является уголь. Учитывая устойчивую тенденцию к повышению стоимости природного газа, вопросы утилизации отходов угольной теплоэнергетики с каждым годом будут становиться все острее. Важным резервом повышения эффективности производства энергии на угольных ТЭС является утилизация отходов сжигания углей. Уголь следует рассматривать не только как топливо, но и как сложное комплексное ископаемое, которое в процессе сжигания образует весьма ценное вторичное многоплановое минеральное сырье.

     К примеру при сжигании углей на Новоангренской ТЭС, ежегодно образуется 0,5 млн.тонн золы (к уже накопленным 30 млн.тонн). Использование и утилизация зол-уноса является весьма острой задачей и в связи с тем, что имеющиеся золохранилища занимают значительную территорию (более 200га), служат постоянным источником загрязнения почвы, воздушного и водного бассейнов. Применение золы в различных областях промышленности весьма ограничено в связи с неоднородностью ее состава и большим содержанием несгоревшего угля (до 25%).

               В Узбекистане золу унос и золошлаки официально называются отходами, и электростанции предлагают потребителям именно отходы, а не технологически доработанный продукт с соответствием его характеристик требованиям строительных нормативных документов.

     Зарубежные  данные свидетельствуют об использовании  зол ТЭС: в 80-х годах в Германии около 80%, во Франции 65%, в Великобритании 54%, в Финляндии 52% минеральных отходов  твердого топлива перерабатывались в различные строительные материалы и изделия. В США 38% золы, вырабатываемой электростанциями, используется только при изготовлении растворов и бетонов, в Чехии и Словакии 75% изделий из ячеистого бетона изготовляют на золе, в Польше - более 50%. Золы тепловых электростанций широко используются за рубежом при производстве обжигового керамического кирпича и искусственных пористых заполнителей.

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

     Принципиальная  идеологическая разница: в развитых странах золошлаки называются побочным продуктом ТЭС и электростанции осуществляют предпродажную подготовку продукта, доводя её характеристики до требований официальных 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 ёмкость  силосов составляет 40-60 тыс. т, и обязательно строятся небольшие силосы с суточной и двухсуточной ёмкостью, из которых отбираются пробы для лабораторного анализа золы, и в которых она технологическими методами перемешивания и объёмного дозирования по фракционному составу доводится до соответствия нормативным требованиям, после чего зола перегружается в силосы-хранилища.

     В Германии функционирует крупнейшая на Европейском континенте фирма  по использованию зол ТЭС –  Bau Mineral (ВМ) — дочерняя фирма энергосистемы. Эта компания – связующее звено между ТЭС и строительной индустрией. ВМ города Хертен была образована в 1989г. путём слияния двух компаний, которые к 1989г. уже обладали 30-летним опытом в использовании побочных продуктов электростанций.

     ВМ  – надёжный партнёр ТЭС и стройиндустрии. Компания гарантирует приобретение побочных продуктов ТЭС при помощи операторов самих ТЭС.

     ВМ  имеет собственную систему перевозок  и хранения побочных продуктов ТЭС. Транспорт осуществляется грузовиками, железной дорогой и морскими судами. Сильная сторона компании – своевременная транспортировка.

     ВМ  – это более 100 служащих в 8 регионах, совокупная ёмкость хранилищ – 200 тыс. т, более 50 спецтранспортных средств, обладающих ёмкостью переноса 600 тыс. т. Ежегодно ВМ реализует более 3 млн. т золошлаков ТЭС.

     Продукция ВМ соответствует стандартам и инструкциям DIN, подвергаясь внешнему контролю со стороны институтов тестирования стройматериалов.

     Основа  гарантии качества – непрерывный  контроль продукции в собственных  прекрасно оборудованных лабораториях тестирования стройматериалов.

     ВМ  работает без посредников, между  ТЭС и строителями посредников  нет, кроме ВМ.

     Техническая компетентность, экономическая мощь, новаторские и творческие идеи по отношению к использованию побочного  продукта ТЭС – основа процветания  ВМ.

     В Германии создан и действует Технический Союз пользователей побочного продукта ТЭС (ТСПППТЭС).

     По  данным ТСПППТЭС в 2001 году в Германии произведено 25 млн. т побочного продукта ТЭС:

     15 млн. т на ТЭС, работающих  на бурых углях, 

     10 млн. т на ТЭС, работающих  на каменных углях.

     ТЭС на бурых углях  производят:

     7,9 млн. т - летучая зола,

     1,8 млн. т - топочный песок, 

     5,3 млн. т - гипс и прочие продукты.

     ТЭС на каменных углях  производят:

     4,3 млн. т - летучая зола,

     0,53 млн. т - топочный песок,

     0,20 млн. т - гипс,

     4,97 млн. т - граншлаки.

     Из 4,3 млн. т летучей золы 3,5 млн. т  соответствует Европейскому стандарту  на летучую золу для материалов из летучей золы.

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

     Использование летучей золы – важнейший показатель уровня технического развития энергетики и строительства.

     Поэтому можно выделить следующие направления  использования зол-уноса: 

1. Актуальным  является получение из золы  вторичного угля.  После добавки мазута его можно сжигать на ТЭС, либо продавать населению в виде брикетов как топливо. Определение теплотворной способности топливосодержащих зол ТЭС показало, что она превышает подчас теплотворную способность горючих сланцев и отдельных видов бурого угля, на которых работают многие отечественные и зарубежные электростанции.  

2. Использование  угольной золы ТЭС в качестве  связующего при производстве  железорудных окатышей одновременно  сохраняет запасы бентонитовых  глин (применяемых, как связующее), и экономит огромные средства, расходуемые на их добычу и транспортировку. 

3. Выделяемые  магнетиты и карбиды железа  являются высококачественным сырьем  для сталелитейной промышленности, а высокоглиноземистые минералы  найдут свое применение в производстве огнеупоров. 

4. Весьма перспективным  является новый материал –  микросферы зол-уноса. Уникальное  сочетание таких качеств этого  техногенного продукта, как микросферический  дизайн, низкая плотность, высокая  механическая прочность, термостабильность и химическая инертность, обеспечили широкий спектр применения микросфер за рубежом в качестве теплоизоляционных материалов, сорбентов, радиопрозрачных керамик, наполнителей композиционных материалов и специальных видов цемента. Наряду с этим, микросферы являются также перспективным сырьем для получения на их основе катализаторов, адсорбентов и капсулирующих материалов, способных функционировать в условиях воздействия агрессивных сред и высокой температуры. 

5. Оставшуюся  массу можно использовать для производства различных стройматериалов. Строительная индустрия является наиболее емким и перспективным потребителем теплоэнергетических отходов. Опыт ряда зарубежных предприятий показывает высокую эффективность использования зольных отходов в строительстве и промышленности строительных материалов и конструкций. Следовательно, дефицит традиционного минерального сырья в определенной мере могут восполнить зольные отходы. 

6. Применение  зол ТЭС в дорожном строительстве  является одним из наиболее  доступных, простых и экономически эффективных. Они могут быть использованы для устройства укрепленных оснований дорожных одежд и при сооружении земляного полотна. В этом случае смесь золы, извести и грунта обеспечивает дорожному полотну длительное сопротивление деформации при действии частой и продолжительной нагрузки. 

7. Зола из  отвалов может быть широко  и успешно использована для  отсыпки автомобильных дорог,  проездов, для балластировки железнодорожных  путей и других целей. 

8. Применение  зол ТЭС в производстве бетонных и железобетонных изделий возможно и экономически целесообразно. В зарубежных странах довольно широкое распространение получило производство на основе зол искусственных пористых заполнителей (аглопорита) для последующего их использования при изготовлении изделий из легких бетонов. 

9. Применение  зол в производстве керамического  кирпича имеет большие перспективы  как в качестве добавки к  глиняному сырью, так и в  качестве основного компонента. Применение топливосодержащих зол  ТЭС в качестве добавки при  производстве керамического кирпича пластического формования показывает, что введение в исходную шихту добавки золы до 30% существенно улучшает сушильные свойства масс, физико-механические показатели готовых изделий (снижается усадка, повышается прочность) и в конечном итоге снижается расход технологического топлива. 

Из приведенных  выше сведений следует, что золы теплоэлектростанций  являются ценными материалами, которые  могут и должны быть использованы в естественном виде или в качестве исходного основного компонента для изготовления растворов и бетонов, в производстве вяжущих материалов, особо легких пористых заполнителей и пр. 

Работы по классификации  зол-уноса могут производиться  по двум основным направлениям: 

- гидроразделение  с использованием исходного продукта из золоотвала; 

- пневморазделение  с использованием сухой золы  с электрофильтров (в данном  случае не рассматривается). 

     В Германии нет ТЭС без силосов  для золы. Например, на ТЭС "Мольке" общий объём силосов 60 тыс. т, выход  золы - 600 тыс. т/год. При ТЭС нет никаких отвалов золы.

     Побочные  продукты ТЭС экспортируются в соседние страны. Для летучей золы обязательно  наличие сертификата, если она идёт в строительство и стройиндустрию.

     Диапазон  цен на цемент и золу – основа интереса потребителя. Ни один производитель бетона в Германии не обходится без золы.

     В Германии 3,1 млн. т цемента заменяется золой. Зола утилизируется экологически чистым методом. Экономятся ресурсы, энергия, необходимая для производства цемента, сокращён выброс СО₂ на 3,1 млн. т (при производстве 1 т цемента происходит выброс 1 т СО₂), что очень существенно в свете требований Киотского протокола по снижению выбросов СО₂. Окупаются затраты на силосы, транспорт, зарплату.

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

     В США строители законодательно обязаны  применять золу ТЭС в бетонах  и растворах. Нарушители подвергаются экономическим санкциям со стороны  государства. Зачастую ТЭС доплачивает  потребителю за забор золы.

     В Китае золошлаки ТЭС отпускаются потребителям бесплатно.

     В Польше применяются мощные экономические  рычаги, стимулирующие использование  золошлаков.

     Ниже (см. диаграмму) показана утилизация золы, произведенной на европейских энергетических предприятиях. 

Диаграмма 

 

     Относительная утилизация угольной золы в разных странах значительно отличается. В Нидерландах, например, уровень утилизации - 100%. В Германии 75% каменноугольной летучей золы используется в производстве бетона. В зависимости от спроса, страны торгуют золой между собой.

     Если  основное количество золы зарубежных электростанций, уловленной в электрофильтрах, используется в сухом, более активном, виде (зола-унос), то до 100% сухой золы, уловленной в электрофильтрах отечественных  электростанций, удаляется в золонакопители гидроспособом.