3. Производство гранулированного продукта

Для Барнаульской ТЭЦ-3 Сиборгэнергостроем выполнены в 2001-2002 годах две работы по теме «Строительство комплекса для переработки золошлаковых отходов» (бизнес-предложение и обоснование инвестиций). В составе первой очереди комплекса проработаны:

• транспорт золы от электрофильтров до склада ЗШО, склад ЗШО, отгрузочное отделение;

• производство гранулированного зольного продукта для использования в цементной промышленности;

• производство песка из шлака.

В составе второй очереди предложено производство пеносиликата (см. раздел 4) и различных строительных изделий из золошлаковых отходов (см. раздел 5). По реконструкции системы удаления и складу золошлаковых отходов выполнена рабочая документация. Дальнейшее проектирование и строительство комплекса не осуществлены.

Основой производства гранулированного продукта является технологический регламент Сибирского технологического НИИ ВТИ (Красноярск). Зольный гранулированный продукт представляет собой искусственный пористый материал в виде зольных гранул с насыпной плотностью 700-800 кг/м3. Зольные гранулы (с последующим помолом) могут использоваться как активная минеральная добавка к цементу (на основе ЗШО Канско-Ачинских углей). Потенциальный потребитель(цементный завод «Алцем», Алтайский край), по согласованию с ним, мог бы использовать до 90 тыс. тонн гранул в год, то есть использовал бы весь объем золы Барнаульской ТЭЦ-3. Шлак в количестве 40 тыс. тонн в год предложено использовать(с его обезвоживанием) как заменитель песка, что также было согласовано с потенциальным потребителем, и в этом случае ТЭЦ-3 могла бы полностью исключить необходимость в золоотвале.

Зола для гранул удаляется из-под электрофильтров системой пневмозолоудаления. Производство гранул состоит из дозировки, грануляции и складирования. Грануляция производится методом механической обработки увлажненной золы в аппаратах, обеспечивающих образовавшимся конгломератам вращательное движение. Необходимое оборудование имеется отечественное. Изготовление нестандартного оборудования не представляет затруднений. Приведение экономических показателей при постоянном изменении текущих цен не имеет смысла, но при всех вариантах срок окупаемости составляет 2-3 года.

Для производства шлакового песка используется трехкамерная установка для улавливания шлака (из шлаковой пульпы), его обезвоживания и выдачи потребителям или на склад. В связи с тем, что на Барнаульской ТЭЦ-3 шлак имеет крупность частиц 1-5 мм, его дальнейшее дробление не требуется. Технология испытана на Томь-Усинской ГРЭС (Кемеровская область).

Производство пористого заполнителя (пеносиликата) из зол ТЭС и изделий из него

По этой теме Сиборгэнергострой выполнил множество технико-экономических обоснований, бизнес-планов и других видов предпроектных работ по заказам Алтайэнерго, Омскэнерго, ЗАО «Силикатинвест» (Новосибирск), Дирекции по научно-техническому развитию РАО «ЕЭС России» и других заинтересованных организаций. Основой технологии являются работы Красноярской ГРЭС-2 (компания НТСМ – «Новые технологии строительных материалов») и СКТБ «Наука» Красноярского научного центра СО РАН - по производству твердого пористого утеплителя (пеносиликата) методом восстановительного электропереплава золошлаковых отходов ТЭС (патент на изобретение РФ 2052400). За время работ (1991-2004 годы) технологический регламент доведен до стадии промышленного, а степень проработки технологических решений позволяет выполнить на имеющейся основе рабочий проект промышленного цеха. Технология проверена десятилетним результатом работы опытного производства на Красноярской ГРЭС-2 (г.Зеленогорск Красноярского края) и на литейном заводе в г. Сосновоборске (Красноярский край). Исследования проведены для Экибастузских, Канско-Ачинских и других видов углей. Однако для осуществления широкомасштабной программы промышленного производства эффективных утеплителей и строительных материалов на основе зол ТЭС необходимо выполнить дополнительные научно-исследовательские работы (см. раздел 4.5). Участие СКТБ «Наука» в дальнейших работах необходимо, так как авторы-разработчики имеют некоторые технологические секреты.

Состояние вопроса

В нашей отрасли и в стране в целом не имеется надежных и безупречных в эксплуатации несгораемых экологически чистых утеплителей. Широко применяемые ранее пенопласты (полистирольный ПСБ-С и фенольный ФРП) не выдержали на практике испытания огнем и переведены из разряда трудносгораемых в сгораемые. Минераловатные жесткие плиты оказались подвержены воздействию времени - этот материал в период эксплуатации старел и терял свои прочностные свойства. Строительная индустрия пыталась освоить еще один несгораемый утеплитель - полистиролбетон (полистирол-цемент). Его производство осваивал трест "Братскэнергострой" (комплексные железобетонные плиты покрытий), Минский архитектурно -строительный институт (легкобетонные панели стен), институт "Укртехстрой" (монолитный утеплитель) и институт "Сиборгэнергострой" (комплексная плита покрытия из профлиста), но далее единичных случаев внедрения дело не пошло по разным причинам. Проблемы, которые пришлось решать при разборке панелей кровли и стеновых панелей после аварий на Экибастузских ГРЭС, Березовской ГРЭС и других ТЭС, последствия пожара завода двигателей КАМАЗа только подтверждают изложенное.

Строительство в г. Назарово Красноярского края завода минераловатных плит на базальтовом сырье лишь частично решает проблему материалов для изоляции технологических трубопроводов. Одновременно продолжаются поиски путей более эффективного использования золошлаковых отходов ТЭС, снижения вредного воздействия их на природу, получение экологически чистого несгораемого сырья для теплоизоляционных материалов и изделий.

Использование пеносиликата как теплоизолятора для создания строительных материалов и изделий (плитный утеплитель, легкие бетоны, стеновые блоки, 3-х слойные панели и т.п.) трудно переоценить со всех сторон (экономической, экологической, технической). Насыпной объемный вес пеносиликата от 50 до 200-300 кг/м3.

Рынок сбыта и экономическая эффективность создания производства

Только одна фирма "Энергозащита" на капитальном строительстве без учета расхода теплоизоляционных материалов на капитальные ремонты энергетического оборудования ежегодно укладывает до 1 млн. м3 в год теплоизоляционных изделий. Из них жестко-формованных несгораемых утеплителей не более 10% из-за их дефицита. В настоящее время в районах Сибири и Дальнего Востока имеется одно предприятие, производящее несгораемый утеплитель

Назаровский завод теплоизоляционных изделий и конструкций на импортном оборудовании. Минераловатные плиты на основе базальтового волокна, выпускаемые заводом, не обладают необходимыми конструктивными свойствами и достаточной прочностью на сжатие. Указанным требованиям могли бы удовлетворить изделия из перлита. Однако - это не реально по следующим причинам:

- перлитовые изделия производятся на заводах: Апрелевский, Дмитриевский, Хатьковский, Советский, Мытищенский, Воронемгрязевый. Все заводы находятся в европейской части России.

- ежегодное производство в годы максимального ввода энергомощностей не превышало 400 тыс. м3 в год, в том числе:

• перлитоцементные изделия - 160 тыс.м3/год

• перлитофосфогелиевые - 40-50 тыс.м3/год

• мешкоперлит - 150-170 тыс.м3/год

и имеет тенденцию к ежегодному снижению.

- в Сибирском и Дальневосточном регионах используются изделия с этих предприятий. В связи с увеличением тарифных ставок на железнодорожные перевозки стоимость перлитовых изделий существенно возросла и составляет (по данным середины 90-х годов):

• Украинский перлит - 300 тыс.руб/м3 (Франковский завод) плюс стоимость транспортных расходов, которые составляют 100% стоимости самого перлита;

• Греческий перлит - 700 тыс.руб/м3 без транспортных расходов.

С 1994 г. в Западную Сибирь изделия не поставляются.

Не менее плачевно состояние сырьевой базы для производства керамзита на основе глин. Существующая сырьевая база в Западной Сибири не позволяет получить керамзит с объемным весом ниже 600-800 кГ/м3. К тому же потребности в керамзите в Омской, Новосибирской, кемеровской и других областях Западной Сибири и Дальнего Востока составляет от 500 до 1000 тыс.м3/год по каждой области, а удовлетворяется на 50% из-за слабой сырьевой базы.

Создание промышленных установок по производству пеносиликата, а также фритты, как исходного сырья для золокерамзита с объемным весом не более 400 кГ/м3, позволит быстро окупить затраты на его создание, наработать опыт по производству указанных изделий, завоевать приоритет в данном направлении и перейти к широкомасштабному использованию запасов зол ТЭС. Создание опытно-промышленных установок в сибирском регионе при ТЭЦ Новосибирска, Омска, Урала позволит удовлетворить потребности этого региона и сократить транспортные расходы на приобретение этих изделий.

Вывод: основным рынком сбыта пеносиликата и изделий из него может быть регион Сибири, Урала, Дальнего Востока (предприятия электроэнергетики). Рынок сбыта не сформирован, требует рекламы.

Приводить конкретные данные по экономическим расчетам прошлых лет в условиях быстро меняющихся текущих цен не имеет смысла. Но по результатам этих расчетов (бизнес-планов и ТЭО) следует, что срок окупаемости капиталовложений составляет 1-2-3 года. По данным этих расчетов и по практическому опыту (Красноярская ГРЭС-2) можно для внедрения на рынок снижать отпускные цены против средних рыночных (позволяет себестоимость):

• на насыпной утеплитель на 20-40%

• на «фритту» на 50% ниже стоимости глины для керамзита

• на жестко-формованные изделия на 10-20%

• на строительные блоки – ниже стоимости кирпича.

Для полноты информации приводится сравнительная стоимость теплоизоляционных изделий (науровне 2000 года).

№ п/п	Наименование предприятия	Ед. изм.	Плитный Утеплитель	Скорлупы  сегменты	Керамзит
1	ОАО “Стройперлит”,г. Мытищи Московской обл.	руб/м3	4500-6000	4100	-
2	Завод НКИ г. Светловодск	руб/м3	4000-4400	4420	-
3	Апрелевский опытный з-д	руб/м3	4000-4600	-	-
4	ОАО “Теплоизолит”	руб/м3	5600	4300	-
5	г.г. Ачинск, Томск	руб/м3	-	-	1400-1800
6	Теплоизоляционные изделия на пеносиликате	руб/м3	2100	3400	1000

Основная доля затрат в себестоимости продукции – электроэнергия (30-35%). Затраты электроэнергии составляют 100-200-кВт/ч на 1 м3 пеносиликата.

Технологическая схема приготовления пеносиликата, фритты и изделий на их основе.

Первый этап создания производства включает в себя установку электродуговой печи, ванны, и оборудования, связанного с получением пористого материала из золы после ее расплава.

Второй этап предусматривает производство:

• жестко-формованных термоизоляционных изделий на цементном вяжущем (аналог перлитоцементных) с использованием пеносиликата;

• стеновых камней на цементном вяжущем с использованием пеносиликата.

Для опытно-промышленного производства рекомендуется электропечь мощностью 2500 КВа, расчитанная на 20т плавки в сутки, выход пористого заполнителя 100м3. Полученный после плавки золы пеносиликат сортируется на фракции и упаковывается. Предлагается на этом этапе разработать блок для получения сухих смесей на базе фракций пеносиликата, предназначенных для огнезащитных наполнений и теплоизоляционной штукатурки. На этой же электропечи из расплава золы по другой технологии плавки предлагается получать фритту. Фритта - это стеклянные шарики - исходное сырье для производства керамзита, с объемным весом не выше 400 кГ/м3. Выход фритты - 60 т/сутки. Втечение года на рекомендованной электропечи можно получить пеносиликата – 20 тыс.м3, фритты – 3 тыс.тн

При переплавке золошлаковых отходов в электрической печи производится отделение и удаление из них соединений железа, редкоземельных металлов и других соединений. При этом получается радиоактивно чистый осадок белого цвета, который с помощью гидравлического воздействия превращается в несгораемую пеноподобную твердую массу объемным весом 100-300 кг/м3. Побочный продукт производства – сплав металлов на основе железа (накапливается в нижней части печи), при выпуске разливается в изложницы. Сплав может использоваться для производства высококачественной электростали в дуговой печи или как подшихтовочный материал в черной металлургии. Железа содержится в золе до 12% по массе.

Состав технологических процессов и операций показан на прилагаемых схемах.

На основе пеносиликатного щебня, в соответствии с регламентом производства, осуществляется изготовление теплоизоляционных изделий – полуцилиндров, сегментов и плит. Теплоизоляционные изделия могут производиться с использованием в качестве вяжущего материала цемента или жидкого стекла с добавкой ГКЖ-11, в качестве основного оборудования для изготовления теплоизоляционных изделий принята установка “Рифей-Универсал”, для тепловой обработки изделий на цементном связующем – камеры тепловлажностной обработки, для изделий на жидком стекле – тепловые камеры сушки (без подачи пара на увлажнение).

Физико-технические характеристики теплоизоляционных изделий из пеносиликата, связующее – жидкое стекло

• плотность - 250-500кг/м3

• теплопроводность – 0,07-0,09Вт/мК

• прочность на сжатие – 0,6МПа

• t использования – 600оС

Физико-технические характеристики теплоизоляционных изделий из пеносиликата, связующее – цемент, М400

• плотность – 300-800кг/м3

• теплопроводность – 0,07-0,1Вт/мК

• t использования – 600оС

Исходное сырье для производства пеносиликата: зола (около 82%), кварцевый песок (около 16%), бурый уголь (около 1,5%). Оборудование для производства пеносиликата и изделий из него отечественное, по аналогии с оборудованием для производства перлитоцементных изделий.

Один из вариантов цеха предложен со следующим оборудованием (пример):

• электропечь РКЗ-2,5СК-Н1 с системами перемещения электродов ДКНЖ 303435.028 и водоохлаждения ДКНЖ 302387.177

• система газоудаления УППС 01.06

• система газодожигания УПП С-01

• пеногенератор

• пластинчатый транспортер

• система электропитания печи (трансформатор, распредустройства)

• система удаления металла из печи.

Для полноты информации в качестве примера приводятся сведения по составу основного оборудования и источникам получения материалов для опытно-промышленного цеха ЗАО «Силикатинвест» в Новосибирске.

Просмотреть "Схему 1"

Просмотреть "Схему 2"

Пример

Состав основного оборудования, его поставщики и условия поставок

№№ п/п	Наименование оборудования	Ед. изм	Кол-во	Цена ед.изм. руб.	Стои-мость, Всего, т.руб.	Поставщик, изготовитель	Примечание
1	2	3	4	5	6	7	8
1.	Комплект оборудования линии по производству пеносиликата	Компл.	1	9700	9700	По документации ОАО «Сибэлектротерм» и СКТБ «Наука» СО РАН КНЦ. Изготовитель- БФ «Бердстроймаш» г.Бердск	Цена договорная
1.1.	Эл.печь РК3-2.5СК-Н1	шт	1	-	-
1.2.	Пеногенератор	шт	1	-	-
1.3	Конвейер пластинчатый	шт	1	-	-
1.4.	Дробилка	шт	1	-	-
1.5.	Гравиесортировка	шт	1	-	-
1.6	Система газодожигания	шт	1	-	-
1.7.	Площадки обслуживания эл.печи	шт	1	-	-
2	Печной трансформатор ЭТДЦП-2500/6 Nb=2500 кВа	шт	1	1500	1500	Г.Москва
3	Градирня системы оборотного водоснабжения	Комплект	1	80	80	МПО «Тепломонтаж»
4	Оборудование насосной оборотного водоснабже-ния	-«-	1	30	30	-
5	Система газоочистки	-«-	1	160	160	-
6	Склад цемента 2х80	-«-	1	880	880	Г.Волжский МБЗ БРИС
7	Питатель шнековый	шт	2	60	120	ФРГ
8	Элеватор ленточный	шт	2	250	500	Кировская обл, Г.Белая Холуница
9	Конвейер ленточныйВ=650	шт	3	60	180	- « -
10	Шкафы, пульты	Комплект	-	2100	2100	г. Новосибирск
11	Нестандартизированное оборудование	-	-	800	800
12	Линия «Рифей-Универсал»	Комплект		725	725	Г.Златоуст
13	Шнековый транспортер L=3 м	Шт	1	40	40	- « -
14	Формовочные узлы (пуансон-матрица)	комплект	2	50	100	- « -
15	Лабораторное оборудо-вание			400	400	-
16	Автотранспорт: автоцементовоз с тягачом г/п 14 т.с. -бортовой КаМАЗ-самосвал	Шт шт	1 1	1200 600	1200 600	Г.Москва, Новосибирск
	ИТОГО				19115

Пример

Поставщики сырья и материалов и ориентировочные цены

№№п/п	Наименование сырья и материалов	Ед. Изм.	Годовая потребность	Цена за ед. в руб.	Потребность на год в руб.	Поставщик
1	2	3	4	5	6	7
1	Золошлаковые отходы	тн	4375.8	100	437580	местные
2	Известняк	Т н	37.5	900	33750
3	Песок	тн	18.75	96	1800
4	Кварцевая крошка	тн	18.75	100	1875
5	Цемент	тн	6775	1070	722250	ОАО «Алцем»
6	Бурый уголь	тн	210	1100	231000
7	Электроды печи	тн	1.2	35000	42000	Г.Новосибирск
8	Медный купорос	кг	2100	90	189000
9	Жидкое стекло	кг	540	2.75	1485
10	ГКЖ-11	тн	22.5	1150	25875
11	Крафт-бумага	тн	21.8	1200	26160
Материалы для футеровки печи (ремонт)
1	Блоки графитовые ТУ48-12-18-88	тн	2.4	95680	229632
2	Кирпич магнезитовый №1 ГОСТ 4689-94	тн	0.3	13931	4179
3	Кирпич магнезитовый №13 ГОСТ 46899-94	тн	3	14900	44700
4	Кирпич магнезитовый №15 ГОСТ 4689-94	тн	1.5	15000	22500
5	Сажа гранулированная П-803	тн	0.1	20000	2000
6	Подовая масса ТУ1914-071-057852-18-99	тн	5.7	20000	114000
7	Картон асбестовый ГОСТ 2850-95	М2	17	200	3400
8	Крупка шамотная 0-5 ммГОСТ23037-99	М3	1	4000	4000
9	Кирпич шамотный ШБ-5	тн	1.5	2530	3795
10	Стекло жидкое «Б» ГОСТ 13076	кг	24	540	12960
11	Мерталь алюмо-силикатный МШ-38 ГОСТ 137-97	кг	200	100	200

Охрана окружающей среды.

Производство золопора из зол ТЭС сопровождается выбросом в окружающую среду пыли оксидов углерода и некоторых других веществ. За границей санитарно-защитной  зоны,  равной  100  м,  находятся выбросы по сероводороду. Их граница достигает 140 м от объекта. Для  очистки  отходящих  технологических  газов   от   дуговой   печи необходимо организовать их отвод через систему газоочистки.

Основным  источником вредных  выбросов – золы,  угольной пыли и окиси углерода  - является  рудно-термическая электропечь. С целью уменьшения вредных выбросов до ПДК предусмотрена двухступенчатая очистка дымовых газов и устройство дожигания СО.  Для уменьшения  пылевых выбросов при  закачке цемента и золы из автоцементовоза на силосный склад – предусмотрена очистка  транспортирующего воздуха рукавными фильтрами, смонтированными  на силосах. Система технического водоснабжения – закрытая.

Предложения  по программе научно- исследовательских,  экспериментальных и  проектных  работ

Задача  работ - определение  фактических   значений   и   стабильности характеристик   качества  пеносиликата   с   целью   выбора    номенклатуры изготавливаемых на его основе изделий и конструкций и оптимальных условий для их применения. Выбор характеристик для  исследования  сделан  исходя  из  того,  что пеносиликат  будет  применяться  в  качестве  заполнителя  при  изготовлении теплоизоляционных  и  конструкционно-изоляционных  изделий,  в  том числе жаростойких.

Исходя  из  этого  представляется   целесообразным   исследовать   те характеристики  пеносиликата,   которые   нужны   как   для   рационального проектирования изделий на его основе, так и для сравнительной оценки этих изделий и аналогичных традиционно применяемых.

При проведении исследований необходимо оценить стабильность  качества пеносиликата (в основном, по плотности, которая косвенно  характеризует  ряд других характеристик материала). Необходимо оценить постоянство  свойств пеносиликата в отдельном куске (блоке), для разных кусков одной  плавки,  от плавки к плавке при одинаковых технологических  параметрах  процесса  его изготовления.

На основе проведенных исследований:

• будут определены значения показателей качества пеносиликата;

• установлена   номенклатура   показателей   для   производственного  контроля;

• даны предложения по методам контроля и испытаний.

Необходимы также следующие исследования и документы:

• Проведение  исследований   по   улучшению   потребительских  свойств вспененной золы.

• Разработка,  согласование  и  регистрация  технических   условий   на вспененную золу для конкретного  производства.

• Разработка  и согласование программы и методики приемочных испытаний.

• Изготовление опытных образцов изделий  и  проведение  предварительных испытаний.

• Разработка  технической  документации  (ТУ,  технический регламент,  паспорт и т.д.).

• Корректировка ТД по итогам предварительных испытаний.

• Изготовление опытных партий  изделий  и  проведение эксплуатационных испытаний.

• Изготовление опытных образцов и проведение приемочных испытаний.

• Разработка и утверждение  ТУ  и  технического  регламента  на выпуск серийной продукции.

• Исходные требования к проектированию цеха по производству  изделий  на основе пенозольного песка и гравия (доработка имеющихся).

• Регламент и технические условия на производство теплозащитных изделий (в т.ч. проведение исследований изделий для защиты горячих трубопроводов и футеровок печей).

• Разработка рабочей документации:             -  цех приготовления пеносиликата и фритты;             -  цех производства термоизоляционных  жестко-формованных  изделий  на  цементном вяжущем - аналог перлитоцементных;             -  цех производства стеновых блоков на  основе пеносиликата  и  цементном  вяжущем

Другие направления использования золошлаковых отходов ТЭС

Сибирским НИИ энергетики разработаны технологии получения различных изделий и материалов на основе зол ТЭС. Имеются лабораторные и опытно-промышленные регламенты, которые в большинстве случаев опробованы в промышленных условиях. На нижеперечисленные материалы имеются технические условия на продукцию, утвержденные для Новосибирской или других областей. Кроме того, Сиборгэнергостроем по своему проекту и технологическому регламенту построен и введен «под ключ» цех золокерамических изделий в Омске, на основе оборудования фирмы «Росакомета» (Италия). Фирма «Золокерам», учрежденная Омскэнерго на основе этого цеха, действует с 1995 года и выпускает изделия для строительства.

Облицовочная плитка   из золы, глины, кварцевого песка и доломита. По внешнему виду не отличаются от традиционных кафельных плиток, имеют более низкое водопоглащение и влажностное расширение. Изготовление опробовано на Кучинском опытном керамическом заводе (Московская область). Технология производства различных видов золокерамической плитки разработана СибОЭС в составе ТЭО опытно-промышленного предприятия СибНИИЭ  по технологическому регламенту СибНИИЭ. На этой основе может быть выполнен рабочий проект цеха по производству золокерамики. Черепица  золокерамическая.  Использование метода полусухого прессования упрощает массо-заготовительные операции, сокращает длительность сушки сырца, дает возможность использовать максимальное количество золы в сырьевом составе. В промышленных условиях проверено изготовление ленточной черепицы размером 380х180х10 мм. Морозостойкость не менее 25 циклов.

Электроизоляционный керамический материал   из смеси золы и огнеупорной глины. Имеет высокие диэлектрические свойства и низкое водопоглощение. Изготовлены и опробованы большие партии различных изоляторов для линий электропередач и высоковольтных устройств. Легковесный огнеупор    для теплоизоляции и футеровки высокотемпературного технологического оборудования, с температурой изолируемых поверхностей до 1000 гр.С.  Может использоваться также в строительстве для повышения сопротивления теплопередаче строительных конструкций. Плотность 400 кг/м3.  Фирмой «Золокерам» (Омск) организован серийный выпуск теплоизоляционных изделий в виде кирпичей размером 230х113х65 мм. Изделие сертифицировано. Первые партии прошли пятилетнюю и более проверку на котлоагрегатах Новосибирских ТЭЦ и в закалочных печах ряда других предприятий.