CC BY
116
УДК 628.5:669(574.25)
К. Ш. Арынгазин1, М. Б. Жусупов2, Д. А. Алигожина3
:к.т.н., профессор, 2магистрант, 3магистр, ст. преподаватель, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ТЕПЛОВЫХ ЭНЕРГОЦЕНТРАЛЕЙ АО «АЛЮМИНИЙ КАЗАХСТАНА»
В данной статье речь идет об исследовании способов утилизации золошлаковых отходов тепловых энергоцентралей.
Ключевые слова: тепловые электроцентрали, золошлаки, отходы, строительные материалы, окружающая среда.
ВВЕДЕНИЕ
Алюминиевая промышленность Казахстана сосредоточена на Павлодарском алюминиевом заводе АО «Алюминий Казахстана». Основными отходами производства являются красный шлам и золошлаки.
Под хранение золошлаков тепловых энергоцентралей в павлодаре отчуждено 7963760 м2 земельных участков, на которых хранится 40328 тыс. т золошлаков. Дополнительно к этому ежегодно электростанции производят до 800 тыс. т. Все это негативно влияет на экологическую обстановку. Зола имеет микро-дисперсный состав в результате чего на золоотвалах происходит пыление золы. В составе золы содержится не только взвешенные вещеста, но и токсичные соединения, которые отрицательно влияют на состояние окружающей среды и состояния подземных, грунтовых вод.
Золы и шлаки от сжигания углей может рассматриваться одним из перспективных видов сырья для производства глинозема, коагулянтов, строительных материалов, редких металлов. Переработка золошлаков расширит сырьевую базу для получения не только для металлургии, но и для производства строительных материалов, сельскохозяйственных удобрений, позволит ликвидировать отвалы и освободить занимаемые земли под нужды сельского хозяйства. И что самое важное, позволит устранить источник загрязнения окружающей среды, потому что одна из главных проблем региона - это проблема экологии.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Основными видами товарной продукции АО «Алюминий Казахстана» является: известняк, огнеупорная глина, щебень, галий, электрическая и тепловая энергия. Потребителями продукции АО «Алюминий Казахстана» являются страны СНГ и дальнего зарубежья.
Основными отходами завода является: красный шлам (получаемый при получении глинозема) и золошлаки (полученные от сжигания углей на ТЭЦ-1).
ТЭЦ-1 расположена на территории завода АО «Алюминий Казахстана». ТЭЦ-1 относится к неблочному типу, т.е. с поперечными связями соединения котлов и
турбин. Сырьем являются угли из города Экибастуз. Тепло и энергия полученная от сжигания углей используется не только на нужды завода, но и на снабжение теплом и электричеством города Павлодара.
Уголь - один из древнейших видов топлива. И сейчас, несмотря на активное использование нефти, газа, урана, дроля угля в мировом производстве электроэнергии составляет около 40 % (Китай - 78 %, США - 50 %, Россия - 19 %). Уголь сжигается при температуре от 1200-1400 °С. Но уголь не сгорает беследно. В процессе его сжигания образуется не только энергия, но и побочные продукты - золошлаковые материалы (зола, шлак, золошлаковая смесь).
Состав и свойства золошлаков зависят от состава минеральной части топлива, его теплотворной способности, режима сжигания, способа улавливания и удаления, места отбора золошлаков в улавливающих установках или в золоотвале.
Золошлаки по виду сжигаемого угля подразделяют на:
- антрацитовые, образующиеся при сжигании антрацита, полуантрацита и тощего каменного угля (АУ);
- каменнноугольные, образующиеся при сжигании каменного, кроме тощего угля (КУ);
- буроугольные, образующиеся при сжигании бурого угля (БУ).
По химическому составу золошлаки делятся на высококальциевые и низкокальциевые, свойство которых приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Виды золошлаков по химическому составу
Вид Разновидность Содержание элементов в расчете на оксиды, % по массе
CaO+MgO SiO2+Al2O3 Fe2O3+FeO+R2O
I Высококальциевые Высокосульфатные (1-А) не менее 20
Низкосульфатные (1-Б)
II Низкокальциевые Кислые (П-А) менее 20 не более 70 не менее 10
Сверхкислые (П-Б) более 70 менее 10
По содержанию горючих золошлаки подразделяют на несколько видовб свойства которых приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Виды золошлаков по содержанию в них горючих
Наименование показателя Величина потерь при прокаливании золошлака по виду сжигаемого угля, % по массе
антрацитовый каменноугольный буроугольный
Низкое содержание горючих (НГор) меньше 7 меньше 5 меньше 3
Среднее содержание горючих (СГор) от 7 до 15 от 5 до 10 от 3 до 7
Высокое содержание горючих (ВГор) более 15 более 10 более 7
По способу улавливания, удаления и месту отбора золошлаки подразделяются на золу-унос, шлак топливный и золошлаковую смесь.
В зависимости от типа золоулавливающих устройств зола-унос может улавливаться во влажном (ЗУВл) или сухом (ЗУСух).
По технологическим причинам ЗУВл потребителю не поставляется, а ЗУСух отгружают потребителю с помощью специальных золоотборных систем. В таблице 3 приведены виды зол-уноса по степени дисперсности.
Таблица 3 - Виды зол-уноса по степени дисперсности
Степень дисперсности Величина удельной поверхности (по воздухопроницаемости), м/кг Остаток в сите № 008 не более, % по массе
Низкодисперсная (Нд) менее 150 30
Среднедисперсная (Сд) от 150 до 300 20
Высокодисперсная (Вд) более 300 15
Шлак топливный может удаляться снизу катлоагрегатов в виде твердых пористых агрегатов или жидкого расплава, который гранулируется при охлаждении в воде. По средней плотности шлак разделяют на плотный (со средней плотностью зерен свыше 2,0 г/см3), образующийся в топках котлоагрегатов с жидким шлакоудалением, пористый (со средней плотностью зерен до 2,0 г/см3), образующийся в топках котлоагрегатов с твердым шлакоудалением.
Золошлаковые смеси (ЗШС), образующиеся при совместном удалении золы-уноса и топливого шлака (в виде пульпы) в золоотвал, по виду шлаковой составляющей подразделяются на смеси с плотным шлаком и с пористым шлаком.
Золошлаковые смеси в зависимости от зернового состава подразделяют на типы, крупность которых указана в таблице 4 [6].
Таблица 4 - Виды золошлаков в зависимости от крупности
Наименование показателя Значение показателей для различных типов золошлаковых смесей
крупнозернистая (К) средне-зернистая (С) мелкозернистая (М)
Максимальный размер зерен шлака не более, мм 40 20 5
Содержание шлаковой составляющей в ЗШС, % по массе от 50 до 90 от 10 до 50 от 0 до 10
Содержание шлакового щебня в шлаковой составляющей, % по массе более 20 менее 20
Примечание: В ЗШС различных типов содержание зерен шлака, превышающих максимальный размер зерен, должно быть не более 10 % по массе
Для наиболее рационального решения вопроса утилизации золошлаков ТЭЦ-1 необходимо знать их свойства, которые зависят от вида, марки угля, от топочного режима на ТЭЦ-1, а также от места отбора золы на пути прохождения дымовых газов.
Как следствие этого, химическая природа, физическая, а, следовательно, и технические свойства тех или иных зол могут быть различны. Обращает на себя внимание то, что золы от сжигания одного и того же вида угля часто характеризуются различными показателями химического состава и физических свойств.
В зависимости от вида сжигаемого угля (антрацит, каменный, бурый) дисперсность, плотность, форма, цвет частиц золы, а также содержание окислов колеблется в больших пределах.
Данные по химическому составу зол свидетельствует о том, что содержание отдельных оксидов, а также топлива в золе, получаемой от пылевидного сжигания различных видов угля, имеет значительные отклонения. Это предопределяет свойства золы и область ее использования в производстве строительных материалов.
Из минералов, способных к гидротации и твердению, в золах присутствуют СаО, Са0 А1203, 3Са0А1203, р-СаОЯЮ2, MgO, 4Са0А1203 *е203.
Минералогический состав золы ТЭЦ-1 представлен в основном аморфизованным глинистым веществом, стеклом бесцветным и окрашенным, остатками угля и кристаллической фазой в виде кварца, муллита, магнезита, и изредка полевого шпата. По показателю потерь в массе при прокаливании золы, условно характеризующего содержание остатков горючего, отмечаются значительные колебания по различным пробам золы по каждой станции в пределах от 7 до 15 %.
Все золы характеризуются близким химическим составом минеральной части, но резко отличаются по гранулометрическому составу и удельной поверхности, при этом золы большинства ТЭЦ имеют величину удельной поверхности от 3000 до 5000 см2/г [6].
Несмотря на высокую удельную поверхность всех зол гидравлически активные минералы зачастую находятся внутри капель стекла, либо покрыты стеклом, затрудняющим контакт минералов с водой. Поэтому при использовании золы уноса для получения вяжущих материалов необходимо разрушение стекла для вскрытия активных минералов, т.е. нужен помол золы.
Для получения вяжущего материала и изделий на его основеи с высокими физико-механическими свойствами необходимо введение добавок-активаторов.
Применение золы и шлака ТЭЦ-1 в качестве сырья для производства строительных материалов и в строительстве получило научное обоснование и подтвердилось результатами опытов, поставленных в ведущих научно- исследовательских организациях [3]. Были определены рациональные области использования золы и шлака ТЭЦ-1, разработаны прогрессивные технологические приемы и процессы производства строительных материалов на основе золы шлака, созданы опытно-промышленные установки по их отбору, переработке и хранению. Разработаны нормативные документы, регламентирующие использование золошлаков для производства ряда эффективных строительных материалов и в строительстве, а именно:
- добавка к цементу, не снижающая активности материала;
- компонент строительных бетонов и растворов;
- приготовление специальных бетонов;
- изготовление легких заполнителей для бетонов;
- получение самостоятельного вяжущего материала;
- для дорожного строительства;
- в качестве сырья для химической промышленности;
- добавка к глине при изготовлении кирпича, черепицы и т.д.
Кроме того, золы уноса используются в сельском хояйстве как удобрение; в литейном производстве; обработанные силикагелием - для удаления с поверхности воды мазута или остатков кислот; для быстрого высушивания шламов. Большое количество золошлаковой смеси используется для строительсвта ограждающих дамб на золошлакоотвалах, т.е. на собственные нужды ТЭЦ-1. Важным направлением является использование золошлаковой смеси взамен крупного и мелкого заполнителя в тяжелом бетоне. Это напраление должно развиваться в районах острого дефицита в заполнителях для тяжелого бетона.
Использование золы и шлака ТЭЦ-1 в качестве выгорающих и отощающих добавок при производстве кирпича позволяет повысить массообменные характеристики сырца и ускорить процесс сушки с одновременным снижение расхода топлива (до 20-40 %), повысить прочность кирпича и снизить процент брака после его сушки и обжига. В силикатном производстве корпича достигается значительная экономия извести (до 20 %) при одновременном повышении прочности сырца и самого кирпича после термообработки.
Весьма эффективным является использование золошлаков для производства ячеистых бетонов, так называемых пенозолобетонов, газозолобетонов и ячеистых золошлакобетонов с плотностью 200-300 кг/м3. При этом используются как автоклавная, так и безавтоклавная технологии.
Т"1 и /— и и и
Большой выбор легких заполнителей, таких как аглопоритовый гравий и щебень, зольный гравий, новый вид заполнителя, глинозольный керамзит, позволяет наиболее полно использовать все разнообразие свойств различной золы и шлака ТЭЦ-1.
В дорожном строительстве наибольшее применение находит активная зола в сухом состоянии, образующаяся при сжигании торфа, сланцев, бурых углей, и в опытном производстве - гранулированный топливный шлак для строительства покрытий и оснований дорог.
Диапазон использования золошлаковых материалов в бетонах очень широкий, от гидротехнического бетона, где сухая зола применяется как зам енитель части (до 25 %) цемента, до шлакобетона и стенных болков из него, где в качестве мелкого и крупного заполнителей используются зола и шлак из отвалов и текущего выхода [7].
ВЫВОДЫ
Создание высокоэффективной технологии извлечения ценных составляющих из отходов от сжигания энергетических углей позволит комплексно использовать минеральную составляющую углей, которая будет способствовать решению экологических проблем.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Ибрагимов, А. Т., Будон, С. В. Развитие технологии производства глинозема из бокситов Казахстана. - Павлодар : ТОО «Дом печати», 2010.
2 Вербняк, А. Ф. Уголь в экономике Казахстана. - Астана, 2005.
3 Экибастузский угольный разрез // Предприятия / Богатырь. - URL : http:// www.bogatyr.kz
4 Кузьмин, Р. С. Компонентный состав отходов. Часть I. - Казань, 2010.
5 Николаев, И. В. Москвитин В. И., Фомин, Б. А. Металлургия легких металлов - М. : Металлургия, 2005.
6 Экология Павлодара // Департамент экологии по Павлодарской области / Департамент. - URL : http://www.eco.gov.kz
7 Вишня, Б. Л. Перспективные технологии удаления, складирования и использования золошлаков ТЭЦ. - Новосибирск, 2006.
Материал поступил в редакцию 12.12.16.
К. Ш. Арынгазин, М. Б. Жусупов, Д. А. Алигожина
А^ «^азакстан Алюминий!» жылу энергоцентралд1 калдыктарын пайдаланудын жеткт1ктер1
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к.
Материал 12.12.16 баспаFа тYстi.
K. Sh. Aryngazin, M. B. Zhysypov, D. A. Aligozhina
The prospects of the waste use of the main thermal power lines at JSC «Aluminium of Kazakhstan»
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 12.12.16.
Осы мацалада жылу энергоцентралдщ кул-цоцыс цалдыцтарын пайдалану тэстдерт зерттеу туралы баяндалады.
In this article we are talking about the research of ash and slag waste disposing methods at the thermal power lines.
