Реферат по дисциплине «Экология техносферы»

на тему: «Использование золошлаковых отходов ТЭС».

Выполнил: Оразаев А.А.

Группа: Э9-82.

Преподаватель: Богачева Т.М.

Москва, 2014 год.

Основные направления и способы использования золошлаковых отходов тепловых электростанций

1. Дорожное строительство

Одним из крупнейших потребителей золошлаковых смесей может быть дорожное строительство. В сметах на строительство автомобильной дороги не менее 50 % стоимости составляет стоимость материалов. На строительство 1 км автомобильной дороги требуется, в зависимости от ее категории и местных ус­ловий (рельефа местности, климата и др.), в среднем:

от 6 до 60 тыс. м³ грунта, зачастую привозного, для сооружения земляного полотна; от 1,5 до 6,0 тыс. м³ песка для дренирующего и морозозащитного слоев; от 0,8 до 5,4 тыс. м³ щебня или грунта, укрепленного вяжущими материалами, для основания; от 1,1 до 4,7 тыс. т асфальтобетона или от 1,2 до 4,8 тыс. м³ цементобетона, что требует соответственно от 55 до 235 т битума или от 480 до 1700 т цемента.

При устройстве дорожных покрытий есть пути экономии традиционных материалов. На дорогах высших категорий отказаться от асфальтобетона и цементобетона, как правило, пока невозможно, но при строительстве оснований дорог задачу экономии традиционных дефицитных материалов можно решать во многих случаях.

Общеизвестно, что устройство дорожных оснований из укрепленных грунтов или местных малопрочных каменных материалов само по себе прогрессивно, потому что позволяет отказаться от использования высокопрочного щебня, который для ряда регионов является привозным дорогостоящим материалом. При этом получаемый экономический эффект зависит, главным образом, от стоимости привоза щебня.

Экономия традиционных привозных инертных материалов (не только щебня, но и песка с хорошими дренирующими свойствами, который в ряде регионов также является привозным) достигается ценой значительного расхода традиционного вяжущего материала, в большинстве случаев цемента. Как правило, этот расход достигает 250—300 т/км. Устройство дополнительных слоев основания (дренирующего и морозозащитного) с заменой песка укрепленным грунтом сопряжено с меньшим расходом цемента (100—150 т/км), но и в этом случае проблема экономии вяжущего заполнителя остается достаточно серьезной.

К тому же, для сооружения земляного полотна при строительстве дороги в районах с неблагоприятными условиями, например, при наличии переувлажненных глинистых грунтов, для обеспечения устойчивости дорожной конструкции требуется использовать привозные дренирующие грунты, что существенно увеличивает стоимость строительства.

Наиболее распространенными отходами промышленности, целесообразность применения которых в строительстве автомобильных дорог убедительно доказана научными исследованиями и практикой, являются отходы, образующиеся при сжигании в котлах ТЭС твердого топлива. По зерновому составу их принято делить на золу (золу-унос) и шлаки. Условной границей между ними можно принять частицы размером 0,25 мм: более мелкие отходы относят к золам, более крупные - к шлакам.

При удалении золы, поступающей с электрофильтров и из циклонов ТЭС в золосборники, с помощью пневмотранспорта в силосы либо непосредственно в транспортирующие средства потребители получают золу-унос сухого отбора (сухого улавливания). При очистке золосборников водой зола и шлак в виде золопульпы удаляются в отвалы, образуя золошлаковые смеси гидроудаления. В этих отвалах, имеющихся при каждой ТЭС, хранятся основные массы отходов.

В дорожном строительстве ЗШО успешно используются взамен естественных грунтов для сооружения земляного полотна и устройства укрепленных оснований, а зола-унос сухого отбора от сжигания углей некоторых месторождений — вместо цемента в качестве самостоятельного медленно твердеющего вяжущего заполнителя.

На основании исследований, проведенных на многих ТЭС, сжигающих топливо различных месторождений, все ЗШО в зависимости от состава разделены на три группы: активные, скрытно-активные и инертные.

В пределах этих групп ЗШО распределены по форме содержания кальция в оксиде: общий, свободный, связанный в сульфаты и входящий в состав клинкерных минералов.

К первой группе (I) отнесены ЗШО Канско-Ачинского бассейна, ангренского угля, некоторых видов торфа. Эти ЗШО характеризуются общим содержанием оксида кальция от 20 до 60 % и свободного оксида кальция до 30 %. Такой состав обеспечивает высокие значения модулей и коэффициента качества. ЗШО, полученные от сжигания указанных топлив, обладают свойством самостоятельного твердения и могут применяться в качестве самостоятельных вяжущих материалов.

Ко второй группе (П) отнесены ЗШО с общим содержанием оксида кальция от 5 до 20 %, свободного оксида кальция не более 2 % и модулем основности не более 5. К этой группе, характеризующейся меньшей активностью, чем первая, относятся ЗШО, полученные от сжигания райчихинского, харанорского и других углей. Основное использование ЗШО этой группы — в качестве комплексных вяжущих материалов с активизаторами.

В третью группу (Ш) включены ЗШО, полученные от сжигания углей: экибастузского, подмосковного, кузнецкого и других. Они характеризуются высоким содержанием оксидов кремния и алюминия и низким — оксидов кальция и магния. Свободного оксида кальция, являющегося активизатором процесса твердения, в некоторых ЗШО данной группы может не быть совсем, а максимальное его содержание не превышает 1 %. В связи с этим основное использование ЗШО третьей группы — в качестве инертных минеральных материалов (техногенных грунтов).

ЗШО первой группы (активные), способные к самостоятельному твердению, могут быть использованы взамен цемента для устройства оснований из укрепленных грунтов и местных малопрочных каменных материалов, принадлежащих к этой группе. Способностью к самостоятельному твердению обладает только зола-унос сухого отбора. Ее называют самостоятельным медленнотвердеющим вяжущим материалом. От портландцемента она отличается меньшим содержанием клинкерных минералов, отсутствием алита, наличием минералов низкой активности, извести, ангидрита и полуводного гипса, округлых оплавившихся частиц, оксидов щелочноземельных металлов, а также стеклообразной фазы и органических веществ, что определяет замедленную гидратацию и замедленное (по сравнению с укрепленными портландцементом) твердение укрепляемых ею материалов.

ЗШО второй группы (скрытно активные) можно применить для этой же цели совместно с цементом или в качестве добавок к нему для его экономии.

Что касается наиболее распространенных ЗШО Ш группы (инертных), то они в качестве техногенного грунта могут служить материалом для сооружения земляного полотна, а также для устройства оснований из этих ЗШО или их смесей с песком, укрепленных цементом. Эту оценку ЗШО Ш группы нельзя признать точной. Исследования последних лет показали, что если эти материалы, включая золу-унос сухого улавливания, и не могут быть самостоятельными вяжущими материалами при устройстве дорожных оснований из укрепленных грунтов, то в смесях с цементом или с песком и цементом проявляют в процессе твердения гидравлическую активность. С этой точки зрения указанные ЗШО можно условно также отнести ко второй группе, хотя они и не содержат свободного оксида кальция.

Данные о кинетике твердения мелкого песка, укрепленного золой-уносом сухого отбора, относящейся к активным, показывают, во-первых, что наиболее интенсивный рост прочности укрепленного песка наблюдался в интервале твердения от 90 до 180 сут, во-вторых, что степень активности исследованной золы-уноса различна и не находится в прямой пропорциональной зависимости от содержания в ней свободной окиси кальция. Активная зола-унос сухого отбора является эффективным самостоятельным медленнотвердеющим минеральным вяжущим материалом, способным заменять традиционные вяжущие цемент и известь, но степень их активности как вяжущего заполнителя определяется не только наличием и не столько количеством содержащейся в них свободной окиси кальция, сколько фактическими результатами испытаний укрепленных ими грунтов.

Зола-унос сухого отбора, не содержащая свободной окиси кальция и относящаяся к неактивным, проявляет активность при использовании ее в качестве добавки к цементу и этим обеспечивает его существенную экономию. Введение в смесь 10 % золы-уноса сухого отбора от сжигания экибастузского каменного угля позволило при уменьшении количества цемента на 40 % получить в 90-й день такую же прочность, как при укреплении песка одним цементом, а при введении 20 % золы — уменьшить расход цемента вдвое и получить более высокий показатель прочности.

Результаты исследований и практический опыт использования золы-уноса сухого отбора как самостоятельных медленно-твердеющих вяжущих заполнителей, так и добавок к цементу при устройстве оснований дорожных одежд убедительно свидетельствуют о высокой эффективности применения этого вида отходов ТЭС в дорожном строительстве.

Данные о зерновом и химическом составах отвальных золо-шлаковых смесей гидроудаления показывают, что золошлаковые смеси по зерновому составу неоднородны. Грунты по ГОСТ 25100—82 могут быть отнесены к пескам — от гравелистого до пылеватого. Большей средней крупностью характеризуются золошлаковые смеси от сжигания каменных углей, меньшей — от сжигания бурых углей. Исследование проб золошлаковых смесей, отобранных из отвалов на разных расстояниях от места слива золопульпы, показало, что по мере удаления от него дисперсность смесей возрастает, и если на расстояниях до 50 м преобладают шлаковые фракции, то на расстояниях 200—300 м — зольные с частицами размером менее 0,25 мм. Это дает основание для выделения в пределах отвала зон фракционирования: шлаковой — с преобладанием фракций шлака (> 0,25 мм), золошлаковой — с преобладанием фракций золы (< 0,25 мм) и зольной — в ее пределах фракции шлака почти отсутствуют.

Согласно данным об изменении зернового состава золошлаковых смесей в зависимости от расстояния участка отвала от места слива золопульпы, протяженность шлаковой зоны не более 50 м, золошлаковой — до 200 м, зольная же зона, как правило, расположена на расстоянии более 200 м.

По химическому составу все исследованные отвальные золошлаковые смеси относились к инертным. В них преобладают оксиды кремния, алюминия и железа, содержание же оксидов кальция и магния настолько мало, что значение модуля основности, как правило, не превышает 0,1. Это позволяет рассматривать указанные смеси как техногенные грунты.

Результаты укрепления цементом золошлаковых смесей гидроудаления показывают, что указанные смеси во взаимодействии с цементом проявляют скрытую активность, что выражается в весьма существенном их отличии от естественных грунтов: твердении, замедленном во времени, но при значительно меньшем количестве цемента. Если, как известно из практики, при укреплении цементом мелких песков для достижения I класса прочности (4—6 МПа) требуется не менее 12 % цемента от массы смеси, то, например, при укреплении цементом золошлаковых смесей отвала ТЭЦ-22 (г. Москва) такая прочность достигалась уже на 28-е сутки при вдвое меньшей дозировке цемента, а смесей из зольной зоны — на 90-е сутки при укреплении их 8 % цемента. С увеличением расстояния участка отвала, из которого берется золошлаковая смесь, от места слива зо-лопульпы увеличивается количество цемента, требуемое для получения материала I—Н классов прочности.

При оценке применяемых золошлаковых смесей из отвалов для сооружения земляного полотна автомобильных дорог по критерию морозоустойчивости (степень пучинистости), устанавливаемому по значению относительного морозного пучения, было установлено, что наиболее однородными и пригодными для сооружения земляного полотна являются каменноугольные золошлаковые смеси. Относительное морозное пучение торфяных и буроугольных золошлаковых смесей и золы-уноса — 3,4—7,4 %, каменноугольных — 1,5—3,0 %. Значения угла внутреннего трения золошлаковых смесей, установленные по углу естественного откоса, составляют от 39 до 45°. Золошлаковые смеси обладают хорошей способностью к уплотнению. Укрепление золошлаковых смесей из отвалов портландцементом в количестве 8—10 % массы смеси обеспечивает прочность, достаточную для замены получаемым материалом тощего бетона в конструкции дорожной одежды.

Научно-исследовательские и опытные работы, проведенные с использованием золошлаковых смесей, получаемых от сжигания интинских, экибастузских и кузнецких углей и укрепленных цементом, позволили установить, что в отличие от естественных грунтов эти смеси благодаря наличию в их составе клинкерных минералов и глинистого вяжущего материала проявляют в процессе твердения гидравлическую активность. Она проявляется в результате взаимодействия этих составляющих с продуктами гидратации в постепенном повышении прочности и морозостойкости смеси при относительно меньшей дозировке цемента, но при большей длительности процесса твердения.

Более высокие показатели прочности и морозостойкости обеспечиваются при укреплении золошлаковой смеси из шлаковой и частично золошлаковой зон отвала, расположенных на расстоянии 50—100 м от места слива золопульпы. При большем удаления используемого участка отвала от места слива золопульпы укрепление смеси цементом также возможно, однако требует увеличения расхода вяжущего материала на 1—2 % или более в зависимости от степени дисперсности материала.

Экономия цемента при укреплении им золошлаковых смесей по сравнению с его расходом при укреплении естественных песчаных грунтов составляет 25—30 %. При этом обеспечивается достижение аналогичных или более высоких показателей прочности и морозостойкости смесей в соответствии с действующими требованиями.

Мелкодисперсные золошлаковые смеси из зольных участков отвалов целесообразно применять в качестве малоактивных добавок к пескам при их укреплении цементом для устройства оснований дорожных одежд. Эти добавки обеспечивают экономию цемента 25 % и более. Соотношение количества золошлаковых смесей и песка определяется экономическим расчетом в зависимости от дальности перевозки указанных материалов.

При использовании в земляном полотне золошлаковая смесь должна соответствовать предъявляемым требованиям: если влажность смеси больше (или меньше) допустимой, то при уплотнении не будет достигнута требуемая плотность земляного полотна, что приведет к возникновению нежелательных деформаций в процессе эксплуатации. Допустимые отклонения влажности золошлаковых смесей определяют по кривой стандартного уплотнения, получаемой при оценке оптимальной влажности и максимальной плотности в зависимости от требуемой плотности.

Активная (обладающая вяжущими свойствами) зола в сухом состоянии используется при производстве асфальтобетона в качестве минерального порошка для пористого и высокопористого асфальтобетона марок I, П и в горячих и теплых смесях марки Ш для плотного асфальтобетона, а также в бетонах, применяемых для строительства покрытий и оснований дорог.

Обобщая вышеприведенное, можно выделить следующие области применения золошлаковых отходов ТЭС в строительстве автомобильных дорог: