Учебник по Природоохранным технологиям на ТЭС

В качестве постоянных противопылящих мероприятий на отрабо% танных секциях ЗО применяется рекультивация с формированием ра% стительного покрова. Однако слой плодородной почвы менее 1 м не позволяет использовать эти территории для выращивания сельскохо% зяйственных культур и для выпаса скота.

Для предотвращения фильтрации действующих ЗО можно исполь% зовать защитное ограждение типа «стенка в грунте», создание перехва% тывающих скважин по периметру ЗО и откачкой из них погружными насосами воды на золоотвал (Пермская ГРЭС). Необходимо предот% вратить поступление дождевых и паводковых вод с прилегающих во% звышенных территорий в водный объем ЗО.

Для предупреждения фильтрации при проектировании ТЭС при% меняются:

•противофильтрационные экраны из асфальтобетона, полимерной пленки толщиной 1–2 мм (Новочеркасская ГРЭС); покрытие сло% ем глины 0,5 м;

•устройство горизонтальных дренажей;

•специальная схема намыва ЗШМ, с тем чтобы на основание оседа% ли мелкодисперсные, плохо проницаемые частицы с добавлением глинистых грунтов до 30 % по объему (Омская ТЭЦ 4).

Для предотвращения загрязнения водоемов сточными водами си%

стемы золошлакоудаления, согласно нормам проектирования ТЭС, следует применять оборотные системы водоснабжения.

2.8.3. Выбросы углеводородов из мазутохранилищ

Мазут используется на ТЭС как основное топливо, растопочное или резервное. Мазут хранится в мазутных резервуарах, снабженных дыхательными устройствами, через которые при заполнении резервуа% ров, а также вследствие диффузии при стабильном уровне мазута в ат% мосферу попадают углеводороды, выделяющиеся при испарении с по% верхности. Эти выбросы составляют не более 0,001 % годового расхода топлива, но приземная концентрация в радиусе 500 м может достигать значительных величин до 3–5 мг/м3. Тоннажный выброс углеводородов из резервуаров определяется суммированием потерь из шести наиболее теплых (2 и 3 кварталы) и шести наиболее холодных месяцев года (1 и 4 кварталы) и рассчитываются по формуле [16]:

V – объем нефтепродукта, поступающего в резервуары в течение квар% тала, м3; c – массовая концентрация насыщенных паров при среднек%

131

вартальной температуре газового пространства резервуаров г/м3; K1 – коэффициент, зависящий от оборачиваемости резервуара; K2 – коэф% фициент, учитывающий технические средства сокращения потерь и ре% жим эксплуатации резервуара. Если мазутные резервуары на ТЭС ис% пользуются как мерники, то K2 = 1.

Среднеквартальная температура газового пространства резервуара для 2 и 3 кварталов

Здесь tнф и tв – среднеквартальные температуры нефтепродуктов в резервуаре и атмосферного воздуха, °С. Среднеквартальная оборачи% ваемость резервуаров n = V/Vp, где Vp – объем резервуара, м3.

2.8.4. Выбросы в атмосферу аэрозолей извести и известняка

Внедрение на ТЭС сероулавливающих установок на базе извести и известняка требует создания складов для хранения и переработки этих материалов, включая получение гипса.

Количество поступающих в атмосферу выбросов этих веществ за% висит от установленного оборудования (источника выброса) в техноло% гическом процессе при обработке извести и производстве гипса.

Ориентировочные удельные расходы загрязненного воздуха и кон% центрации аэрозолей от различных источников приведены в табл. 2.29.

Таблица 2.29

Удельные расходы загрязненного воздуха и концентрации аэрозолей

132

Расход каждого выброса, кг/ч, определяется по формуле [6]

где V – объем загрязненного воздуха от источника выброса, м3/ч (м3/кг); Gрег – расход реагента, кг/ч; с – концентрация аэрозоля в пото% ке загрязненного воздуха, г/м3.

2.9. Утилизация и переработка золошлаковых отходов ТЭС

В процессе сгорания топлива происходят сложные химические и фазовые превращения его минеральной части с образованием шлака и золы. Главные составляющие золошлаковых материалов – это оксиды SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO. Небольшая доля приходится на сульфаты CaSO4, MgSO4, FeSO4, в еще меньших количествах присутствуют фос% фаты, оксиды щелочных металлов K2O и Na2O. В золошлаковых мате% риалах могут содержаться биогенные (фтор, марганец, кобальт, свинец, медь и др.) и токсические микроэлементы (бор, ванадий, мышьяк, стронций, бериллий и др.).

Химический состав золы может колебаться в значительных преде% лах при сжигании одного и того же топлива на ТЭС, однако в среднем химический состав золы в течение длительного периода времени мож% но считать достаточно стабильным для практического применения. Многообразие энергетических топлив приводит к образованию золы самого разнообразного химического состава [24].

Особую роль в формировании свойств золы играют гипс CaSO4.2H2O, кальцит CaCO3 и доломит CaMg(CO3)2, а также продукты их частичного термического разложения – ангидрит Ca(OH)2 и свобод% ный оксид кальция CaO. В золах всех типов содержатся сульфаты и карбонаты кальция [23].

Практически во всех золах содержатся органические включения (недожог) в виде кокса и полукокса – в форме либо самостоятельных частиц, либо включений в крупные фракции золы. В зависимости от типа топочной камеры (с твердым или жидким шлакоудалением) при сжигании топлива образуются две разновидности шлака – твердый и жидкий. При жидком шлакоудалении практически все шлаки предста% вляют собой стекло, при твердом шлакоудалении – в основном стекло, и кристаллическая часть этих шлаков образована преимущественно кварцем, магнетитом, гематитом, муллитом.

Золошлаковые материалы складируются на золоотвалах и могут отпускаться в «сыром» виде и в виде переработанного продукта.

133

Количество золошлаков, подлежащих эвакуации может быть определено в т/час по формуле:

где количество золы

где B – расход топлива, т/ч.

Учитывая, что расход топлива на ТЭС меняется в течение года в за% висимости от нагрузки и состав топлива не стабилен, выход золошла% ков также не стабилен в течение года. Для топлив, в золах которых CaOсв 25 %, учитываются процессы сульфатизации в дымовых газах, в результате которых образуются твердые частицы CaSO3. В расчет вво% дится поправка kSO2, которая принимается для эстонских сланцев – 0,8; для углей КАТЭК – 0,5; для ангренских углей – 0,1.

Соотношение оксидов колеблется в значительных пределах, ме% няя состав зол от кислых (как правило, это золы каменных углей) до высокоосновных (золы прибалтийских сланцев, бурых углей КАТЭК и торфов).

Классификация топливных зол по технологическим свойствам и сферам использования приведены на рис. 2.38.

Зола и шлаки, образующиеся при сжигании твердых топлив на ТЭС, транспортируются в основном на золоотвалы, занимающие мил% лионы гектаров территории. В настоящее время на золоотвалах ТЭС России, скопилось огромное количество золошлаков, хранение кото% рых с каждым годом становится всё более актуальной экологической проблемой. Одним из возможных путей решения этой проблемы может стать использование золы и шлака в различных отраслях хозяйства. Отработанные и законсервированные золоотвалы могут стать сырьевой

134

базой ценных материалов для различных отраслей народного хозяй% ства. В приложении табл. 10 приведены разработанные в России техно% логии производства различных материалов как из золы%уноса, так и из золошлаковых смесей.

Рис. 2.38. Схема утилизации зол согласно классификации состава

Так при высокотемпературном сжигании березовских бурых углей в пылеугольных котлах с жидким шлакоудалением и повышенном со% держании в золах СaO – 42 %, предлагается сухая система обработки золы и шлаков. Из нижней части топки расплав поступает на ленту конвейера, составленную из достаточно массивных чугунных сегмен% тов, охлаждаемых холодным воздухом. Расплав резко остывает и за счет внутренних напряжений шлаковое стекло растрескивается. Остывший шлак поступает на дробилку, выдающую щебень нужной крупности, часть которого поставляется внешнему потребителю, другая часть ис% пользуется на дорстройпромкомбинате при ТЭС. Зола уноса улавлива% ется в электрофильтре, затем поступает в мельницу, где обрабатывается вместе со шлаковыми отходами и добавками (песок, цемент и др.). По% лучаемые основные компоненты для изготовления продукции строй% индустрии поступают на склад, затем отпускаются внешним строитель% ным организациям.

135

Применение сухого золоулавливания в сочитании системами пнев# момеханического шлакоудаления по сравнению с системами гидрошла% коудаления на электростанциях позволяет:

•повысить надежность работы не только системы шлакоудаления, но и ТЭС в целом;

•снизить себестоимость производства энергии;

•значительно улучшить экологические показатели ТЭС;

•приступить к созданию экологически приемлемых систем золо% шлакоудаления ТЭС с возможностью отгрузки золы и шлака в су% хом виде, в соответствии с техническими требованиями потреби% телей, в объект до 100 % их образования;

•исключить нерациональное использование земли для размещения гидрошлакоотвалов и затрат на их строительство;

•снизить водопотребление на ТЭС;

•снизить выбросы СО2 за счет уменьшение удельных расходов то% плива при производстве энергии и использовании шлаков в каче% стве ценного материала техногенного происхождения взамен при% родных материалов при производстве продукции различного наз% начения предприятиями других отраслей экономики.

Ниже в качестве примера приведены несколько принципиальных схем переработки золошлаковых материалов. Технологическая схема (рис. 2.39) предложена на основании лабораторных исследований свойств зол бурых углей Канско%Ачинского бассейна, опытно%промы% шленных проверок производства зольных вяжущих материалов.

Разработаны научные основы и технологии получения сульфата алюминия и глинозема на основе золы низкотемпературного сжигания кузнецких углей в кипящем слое известняка (рис. 2.40).

Примерный состав золы, в %: SiO2 = 59; Al2O3 = 22; Fe2O3 = 8; CaO = 2,5; Mo = 0,8; K2O = 1,4; Na2O = 1; MiO2 = 0,8; CaSO4 = 3,5; C = 1.

При работе ТЭС с переменной нагрузкой в течение года, выход зо% лы не равномерен. Заводы по переработке золы работают обычно рит% мично, а хранение сухой золы представляет определенные трудности. В схеме предлагается невостребованную золу гранулировать на спе% циальных окомковывателях (с подсушкой и обжигом в топке котла) и гранулы пневмотранспортом направлять на временное хранение на склад.

Сухая зола с высоким содержанием свободной CaO может приме% няться в виде гранул в сельском хозяйстве для раскисления почв. Принципиальная схема производства гранул приведена на рис. 2.41.

136

Рис. 2.39. Технологическая схема производства зольных вяжущих материалов

Сухая зола после электрофильтров пневматическим транспортом подается в расходный бункер 1. Из бункера питателем 2 транспортиру% ется в смеситель 3. Одновременно в смеситель подается необходимое количество воды (около 20 % от веса золы) из емкости 4, оборудован% ной дозатором 5. Из смесителя увлажненная и перемешанная масса по% ступает в гранулятор 6, где происходит дополнительное перетирание золы и образование гранул за счет перекатывания комочков золы по поверхности барабана при его вращении.

Образовавшиеся гранулы размером до 5 мм через сетчатые окна попадают в приемник 7, из которого ковшовым элеватором 10 перегру% жаются в бункер готового продукта 8. В бункере продукт подсушивает% ся сушильным агентом, который подается через устройство 11. После подсушки гранулы набирают необходимую прочность до 2 кг на грану% лу. Отгрузка продукта осуществляется либо в бумажные мешки, либо непосредственно в автомобиль. Невостребованная продукция транс% портируется на склад. Схема рекомендована для зол углей КАТЭКа.

137

Рис. 2.40. Сернокислотная схема получения глинозема и сульфата алюминия

Золовые гранулы могут использоваться при производстве глинозе% ма, в стройиндустрии для изготовления железобетонных конструкций или в дорожном строительстве. Емкость золоотвала в схеме рассчитана на выравнивание сезонной неравномерности выхода и потребления зо% лы и полутора%двух месячный аварийный запас. Глиноземы широко применяются в химической промышленности для производства катали% заторов, в шинной, легкой и других отраслях промышленности.

В результате дробления расплава в газовом потоке на отдельные мельчайшие капли и раздувания последних благодаря увеличению га% зовых включений в составе золы%уноса образуется микросфера (ценос% фера). Микросфера – полые стекловидные шарики, имеющие ряд цен% ных специфических свойств, обеспечивающих их применение в самых различных областях. Благодаря правильной сферической форме и низ% кой плотности микросферы могут служить прекрасным наполнителем для самых разнообразных изделий.

138

ɋɭɯɚɹ ɡɨɥɚ

Ɍɟɯɧɢɱɟɫɤɚɹ ɜɨɞɚ

ɫɬɨɱɧɵɟ ɜɨɞɵ

1

4

5

2

8

ɇɚ ɫɤɥɚɞ ɝɪɚɧɭɥ

7

Рис. 2.41. Схема производства гранул для сельского хозяйства

В настоящее время наиболее широкое применение микросферы нашли:

•легкий заполнитель пластмасс, резины, красок, бумаги;

•легкий жаропрочный заполнитель стройматериалов и керамиче% ских изделий;

•теплозащитный материал (в том числе для жаропрочного покры% тия космических кораблей);

•легкий заполнитель электроизоляционных материалов; катализа% тор в нефтепереработке;

•сорбент для ликвидации нефтепродуктов на поверхности воды; пожаротушитель легковозгораемых материалов;

•почвенный слой для быстрого выращивания растений методом ги% дропоники;

•наполнитель для эмульсионных взрывчатых веществ.

139

Контрольные вопросы

1.Каковы нормативы удельных выбросов вредных веществ в атмосферу?

2.Понятие предельно допустимого выброса вредного веще% ства из дымовых труб в атмосферу (ПДВi).

3.Как определить эффективность золоулавливания, исполь% зуя параметр золоуловителя?

4.Какова доля выброса твердых частиц с дымовыми газами из пылеугольных топок различных типов?

5.Назовите способы золоулавливания и типы золоуловителей.

6.От каких факторов зависит эффективность работы батарей% ных циклонов?

7.В чем заключается принцип действия золоуловителей с трубами Вентури?

8.Назовите способы повышения их эффективности.

9.В чем заключается принцип действия эмульгатора?

10.Каким образом можно поддерживать требуемую температу% ру дымовых газов за мокрым золоуловителем?

11.Каков принцип действия электрофильтров?

12.От каких факторов зависит эффективность работы элек% трофильтра?

13.В чём преимущества рукавных фильтров и область их при% менения?

14.В чем заключается особенность работы роторных фильтров?

15.Когда применяется многоступенчатое золоулавливание и как определяется его эффективность?

16.От чего зависит массовый выброс в атмосферу SO2?

17.Как рассчитать требуемую эффективность снижения окси% дов серы в дымовых газах котлов, используя нормативы?

18.Каковы способы уменьшения содержания серы в топливе до их сжигания?

19.Каким образом происходит связывание серы в процессе го% рения топлива?

20.В каких установках сочетается золоулавливание и очистки дымовых газов от SO2?

21.Опишите мокрый известняковый метод очистки газов от SO2 и область его применения.

22.В чем суть мокро%сухого метода уменьшения выбросов SO2?

23.В каких случаях можно применить малозатратные упро% щенные технологии очистки дымовых газов от SO2?

24.Чем отличаются регенеративные схемы сероочистки газов от нерегенеративных схем?

140