Глава 5 Отходы энергетики
5.1 Свойства золы как сырья для строительных материалов
Золы ТЭЦ по своему вещественному составу характеризуются содержанием тонкодисперсного остаточного топлива и стеклофазы. Вещественный состав зол влияет на фазовые превращения компонентов и формирование структуры строительных материалов. В связи с этим определились критерии пригодности золы, как основного сырья для производства строительных материалов и изделий.
Химический состав зол различных угольных бассейнов различен. Количество в них Al2O3 + SiO2 и СаО существенно влияет на процессы структурообразования золосодержащих материалов. Золы ТЭЦ от сжигания углей Кузнецкого бассейна с высоким содержанием Al2O3 + SiO2 (75…95 %) отнесены к первому классу, а золы КАТЭКа с низким содержанием Al2O3 + SiO2 (30…50 %) – ко второму классу.
Золу-унос классифицируют в соответствии с ГОСТ 25818-91 «Золы-унос тепловых электростанций для бетонов. Технические условия». По виду сжигаемого топлива золы подразделяют на: антрацитовые, образующиеся при сжигании антрацита, полуантрацита и тощего каменного угля (А); каменноугольные, образующиеся при сжигании каменного, кроме тощего, угля (КУ); буроугольные, образующиеся при сжигании бурого угля (Б).
В зависимости от химического состава золы подразделяют на типы: кислые (К) — антрацитовые, каменноугольные и буроугольные, содержащие оксид кальция до 10 %; основные (О) — буроугольные, содержащие оксид кальция более 10 % по массе. Качественные показатели зол различных видов должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 5.1.
Состояние отходов ТЭС Кузбасса. Исследование золошлаковых отходов ТЭС Кузбасса показало, что из 2,6 млн. т ежегодного выхода золы и шлака, 2,4 млн. т в виде золошлаковых смесей, способом гидроудаления отправляется в отвалы. В отвалах накоплено в настоящее время 38,4 млн. т, из них можно использовать в бетонах и растворах не менее 20 млн. т. Состояние отходов ТЭС Кузбасса приведено в таблице 5.2. Зола Кузбасских предприятий подробно исследована, результаты ее применения освещены в работах С.И. Павленко [35] .
В таблицах 5.3, 5.4 приведены исследования химических составов и физических характеристик семи ТЭС Кузбасса. Для оценки возможности их применения в бетонах в качестве мелкого заполнителя были произведены сравнения этих характеристик с требованиями ГОСТ 25592-91**, 25818-91 и 26644-85. Данные сравнения приведены в таблицах 5.5 и 5.6, из которых видно, что только сухая зола Западно-Сибирской ТЭЦ и Кемеровской ГРЭС удовлетворяет всем требованиям для применения в бетонах.
Таблица 5.1 – Требования к золам тепловых электростанций
Наименование показателя |
Вид сжигаемого угля |
Значение показателя в зависимости от вида золы |
|||
I |
II |
III |
IV |
||
1. Содержание оксида кальция (СаО), % по массе: для кислой золы, не более |
Любой |
10 |
10 |
10 |
10 |
для основной золы, св. |
Бурый |
10 |
10 |
10 |
10 |
в том числе: свободного оксида кальция (СаОсв) не более: для кислой золы |
Любой |
Не нормируется |
|||
для основной золы |
Бурый |
5 |
5 |
Не нормир. |
2 |
2. Содержание оксида магния (MgO), % по массе, не более |
Любой |
5 |
5 |
Не нормир. |
5 |
3. Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3, % по массе, не более: для кислой золы |
Любой |
3 |
5 |
3 |
3 |
для основной золы |
Бурый |
5 |
5 |
6 |
3 |
4. Содержание щелочных оксидов в пересчете на Na2O, % по массе, не более: для кислой золы |
Любой |
3 |
3 |
3 |
3 |
для основной золы |
Бурый |
1,5 |
1,5 |
3,5 |
1,5 |
5. Потеря массы при прокаливании (п.п.п.), % по массе, не более: для кислой золы |
Антрацитовый |
20 |
25 |
10 |
10 |
|
Каменн. |
10 |
15 |
7 |
5 |
|
Бурый |
3 |
5 |
5 |
2 |
для основной золы |
Бурый |
3 |
5 |
3 |
3 |
6. Удельная поверхность, м2/кг, не менее: для кислой золы |
Любой |
250 |
150 |
250 |
300 |
для основной золы |
Бурый |
250 |
200 |
150 |
300 |
7. Остаток на сите № 008, % по массе, не более: для кислой золы |
Любой |
20 |
30 |
20 |
15 |
для основной золы |
Бурый |
20 |
20 |
30 |
15 |
Таблица 5.2 – Состояние отходов ТЭС Кузбасса
Наименование ТЭС |
Объем отвалов, млн. т |
Площадь отвалов, га |
Примечание |
Томь-Усинская ГРЭС |
16,5 |
440 |
Годовой выход 800 тыс. т |
Южно-Кузбасская ГРЭС |
1,8 |
Нет данных |
Годовой выход 400 тыс. т |
Кузнецкая ТЭЦ |
2,6 |
61,4 |
Годовой выход 200-260 тыс. т |
Западно-Сибирская ТЭЦ |
600 |
Нет данных |
Годовой выход 530 тыс. т |
Беловская ГРЭС |
3,2 |
280 |
Годовой выход 440 тыс. т |
Кемеровская ГРЭС |
3,5 |
82 |
Годовой выход 100 тыс. т |
Кемеровская ТЭЦ |
1,4 |
Нет данных |
Годовой выход 100 тыс. т |
Новокемеровская ТЭЦ |
900 |
Нет данных |
Годовой выход 110 тыс. т |
ТЭЦ КМК |
2,5 |
Нет данных |
Перешла на сжигание природного газа |
Юргинская ТЭЦ |
Нет данных |
Нет данных |
Работает на углях КАТЭКа |
Сухая зола Беловской ГРЭС требует измельчения с удельной поверхности 1248 до 3000…4000 см2/г и снижения щелочных оксидов в пересчете на Na2O с 4,3 % до 2…3 %.
Гранулированный шлак Западно-Сибирской ТЭЦ требует измельчения с Мкр=4,5 до 2-3.
Системы отбора и переработки отходов ТЭС Кузбасса. Действующие на ТЭС системы отбора и удаления в отвалы зол и шлаков не позволяют рационально и с наименьшими затратами применять их в производстве бетонов, прежде всего из-за влажности, неоднородности по гранулометрическому, химическому и минералогическому составам, загрязненности, трудности транспортировки, хранении и дозировки на предприятиях.
ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева предложена система золошлакоудаления на ТЭС, обеспечивающая выдачу сухой золы и отдельно шлака, через гидравлическую систему шлакоудаления и отстоя его в шлакоотстойниках с раздельной выдачей их потребителям и одновременно с сохранением гидротранспортной системы (при временном отсутствии потребителей), работающей в оптимальном режиме подачи золы и шлака в отвал. В предложенную систему необходимо добавить установку по переработке плотного шлака в песок фракции 0…5 мм или по рассеву его на фракции 0…5; 5…10; 10…20. Схема изображена на рисунке 5.1.
Таблица 5.3 – Химический состав зол и шлаков ТЭС Кузбасса
Наименование ТЭС |
ППП |
СаО |
Al2O3 |
SiO2 |
Fe2O3 |
FeO |
MgO |
Na2O+ K2O |
TiO2 |
Mn3O4 |
P2O5 |
SO3 |
Кузнецкая ТЭЦ (гидроуд. золошлаковая смесь) |
23,5 |
4,88 |
19,85 |
41,65 |
6,15 |
0,35 |
1,84 |
1,26 |
- |
- |
- |
2,06 |
Западно-Сибирская ТЭЦ зола сухого отбора гранулированный шлак |
3,15 - |
6,04 6,27 |
25,48 26,08 |
58,72 55,37 |
5,62 8,60 |
- - |
1,88 1,70 |
2,19 2,66 |
- - |
- 0,65 |
- - |
0,62 0,06 |
Беловская ГРЭС (гидроуд. золошлаковая смесь) зола сухого отбора |
5-7 1,72 |
3,86 4,76 |
26,33 20,48 |
53,84 60,73 |
6,38 5,22 |
0,56 - |
1,56 1,74 |
1,67 4,30 |
0,48 - |
0,72 - |
- - |
0,89 - |
К зола сухого отбора |
11,52 - |
2,64 - |
19,40 - |
52,62 - |
12,02 - |
0,62 - |
1,88 - |
- - |
- - |
- - |
- - |
0,20 - |
Новокемеровская ГРЭС (гидроуд. золошл. смесь) |
13,2 |
5,78 |
27,31 |
44,25 |
4,05 |
0,53 |
1,15 |
1,67 |
0,36 |
0,54 |
- |
1,56 |
Кемеровская ТЭЦ (гидроуд. золошл. смесь) |
26,3 |
4,92 |
21,44 |
40,56 |
3,62 |
0,48 |
0,92 |
0,78 |
- |
- |
- |
1,05 |
ТЭЦ КМК (золошлак. смесь с гидроотвалов) |
8,51 |
4,73 |
13,4 |
48,1 |
19,11 |
- |
3,24 |
2,15 |
0,67 |
0,25 |
0,71 |
0,14 |
емеровская
ГРЭС (гидроуд. золошлак. смесь)
Таблица 5.4 – Физические характеристики зол и шлаков ТЭС Кузбасса
Наименование ТЭС |
Удельная поверхность, см2/г |
Модуль крупности |
Насыпная плотность, кг/м3 |
Истинная плотность, кг/м3 |
Водопотребность, % |
Кузнецкая ТЭЦ (золошлаковая смесь) |
- |
3,4 |
875 |
2200 |
43,6 |
Западно-Сибирская ТЭЦ зола сухого отбора гранулированный шлак |
2300-2400 - |
- 4,5 |
713-723 1165 |
2300 1990-2190 |
41,4 - |
Беловская ГРЭС (золошлаковая смесь) зола сухого отбора |
- 1248 |
3,2 - |
692 422 |
2050 710 |
42,3 43,5 |
К зола сухого отбора |
- 2560 |
3,7 - |
853 795 |
2230 2130 |
41,3 42,8 |
Новокемеровская ГРЭС (золошл. смесь) |
- |
3,5 |
850 |
2180 |
42,6 |
Кемеровская ТЭЦ (золошл. смесь) |
- |
3,6 |
951 |
2240 |
43,8 |
ТЭЦ КМК (золошлак. смесь) |
- |
3,8 |
1050 |
2100 |
44,2 |
емеровская
ГРЭС (золошлаковая смесь)
Таблица 5.5 – Зола сухого отбора
Наименование показателей |
Наименование зол ТЭС |
||
Зола Западно-Сибирская ТЭЦ |
Зола Беловская ГРЭС |
Зола Кемеровская ГРЭС |
|
Удельная поверхность, см2/г |
2300 |
1248 |
2560 |
Остаток на сите 008, % |
11 |
82 |
12 |
Содержание SiO2+Al2O3+Fe2O3, % по массе |
87,6-87,86 |
86,43 |
83,2 |
Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3, % по массе |
0,14 |
Не обнаружено |
0,82 |
С |
0,14 |
Следы |
0,26 |
Содержание оксида магния (MgO), % по массе |
1,54-1,74 |
1,74 |
3,04 |
Потери при прокаливании, % по массе |
0,86-0,78 |
1,72 |
12,6 |
Влажность, % по массе |
1 |
2,0 |
2 |
Содержание щелочных оксидов в пересчете на Na2O, % по массе |
2,95-3,00 |
4,30 |
2,45 |
одержание
свободного оксида кальция (СаОсв),
% по массеТаблица 5.6 – Золошлаковые смеси
Наименование показателей |
Наименование ТЭС |
|||||
Кузнецкая ТЭЦ |
Беловская ГРЭС |
Кемеровская ГРЭС |
Новокемеро-вская ГРЭС |
Кемеро-вская ТЭЦ |
ТЭЦ КМК |
|
Содержание шлака, % по массе |
3-5 |
50-80 |
10-15 |
50-80 |
15 |
10-12 |
Содержание зольной части составляющей, проходящей через сито № 0315, % по массе |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Содержание зерен размером более 5 мм, % по массе |
2-3 |
12 |
10 |
8 |
12 |
4 |
Максимальный размер зерен шлака, мм |
30 |
20 |
20-25 |
15-20 |
16-20 |
20-25 |
Насыпная плотность смеси, кг/м3 |
875 |
692 |
853 |
951 |
850 |
1050 |
Удельная поверхность, см2/г |
2250 |
- |
2240 |
2560 |
2860 |
3020 |
В |
20-25 |
15-25 |
20-25 |
12 |
26 |
39 |
Потери при прокаливании, % по массе |
23,5 |
5-7 |
11,52 |
13,2 |
26,3 |
21,6 |
Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3, % по массе |
2,05 |
0,89 |
0,20 |
1,56 |
1,05 |
0,14 |
Содержание SiO2, % по массе |
41,65 |
53,84 |
52,62 |
44,25 |
40,56 |
37,2 |
Содержание SiO2+Al2O3+Fe2O3, % по массе |
68 |
87,14 |
84,84 |
76,14 |
66,10 |
67,8 |
Содержание свободного оксида кальция (СаОсв) и оксида магния (MgO), % по массе |
2,7 |
2,62 |
2,02 |
2,93 |
1,94 |
4,97 |
Потери массы шлака с размером более 5 мм при определении стойкости против силикатного и железистого распада, % по массе |
5,6 |
4,4 |
6,0 |
4,8 |
4,3 |
4,2 |
Равномерность изменения объема |
Выдерж. |
Выдерж. |
Выдерж. |
Выдерж. |
Выдерж. |
Выдерж. |
Посторонние примеси |
Необх. сорт. |
Необх. сорт. |
Необх. сорт. |
Необх. сорт. |
Необх. сорт. |
Необх. сорт. |
лажность,
% по массе
1 – котлоагрегат; 2 – золоуловители; 3 – пневматическая система золоудалени; 4 – зольный силос; 5 – гидравлическая система шлакоудаления; 6 – шлакоотстойник; 7 – установка по переработке шлака в шлаковый песок; 8 – устройство для выдачи золы; 9 – смеситель; 10 – багерная насосная станция; 11 – магистральный пульпопровод; 12 – отвал; 13 – отгрузка золы; 14 – отгрузка шлака
Рисунок 5.1 – Схема золошлакоудаления на ТЭС