Тема: «Золы и шлаки тэс, строительные материалы на их основе»

Вопросы:

1. Условия получения и особенности зол и шлаков ТЭС.

2. Состав и структура минеральной части золошлаков.

3. Химический и минералогический состав зол и шлаков.

4. Органическая составляющая в золошлаках.

5. Классификация зол ТЭС.

6. Строительные материалы с использованием зол ТЭС.

На современных тепловых электростанциях (ТЭС) используют различные виды топлива – энергетические угли, мазут, газ. Однако основная масса отходов – зол ишлаков (96-97%) образуется именно при сжигании углей. Вообще – то зольная часть присутствует в любом растении, но её содержание не превышает 1%. Это. как правило, вещества – катализаторы роста- соединения железа и другие минеральные соли. Однако при захоронении отмерших растений в пласт вносятся зерна песка, пыль, глина и другие примеси. Важнейшей причиной поиышения зольности топлива является внесение прослоек негорючих пород в основном глинистого состава, которые находятся как внутри пласта, так и в подошве, и кровле.

Существуют два основных способа сжигания твердого топлива: в виде кусков и в виде угольной пыли. Считвется, что кусковое сжигание твердого топлива менее эффективно, так как происходит на колосниковой решетке, требующей специальной организации процесса сжигания. Применяется, как правило, на мелких предприятия, котельных старого типа с небольшой мощьностью. Получаемый от сжигания продукт носит название жужжель, «жужалка».

Сжигание угольной пыли в камерной топке современных котлоагрегатов является в настоящее время основным способом использования угля. Получаемый продукт носит несколько названий: зола-унос, летучая зола, золошлаковые смеси, топливные шлаки.

Зола и шлаки тепловых электростанций являются продуктами высокотемпературной (1200-1700^оС) обработки минеральной части топлива. Разница в температуре объясряется следующими причинами. На ТЭС условия сжигания топлива подбирают из принципа минимального ошлакования стенок топки, что обеспечивает максимальную продолжительность работы котла. В связи с этим топливо с легкоплавкой минеральной частью (содержит высококальциевые и железистые соединения) предпочитают сжигать при пониженых температурах факела – 1100 – 1350^оС.

Топливо с тугоплавкой минеральнойй частью сжигают при более высоких температурах – около 1700^оС. Поэтому в первом случае полностью окислить органическую часть не удаётся, и золошлаковые отходы всегда содержат невыгоревшие органические остатки в виде полукокса и кокса. Количество этих остатков – от 5 до 25% (иногда – до 35%).

Во втором случае обеспечивается почти полное выгорание органики.

Повысить полноту сгорания топлива можно путём использования топок с жидким шлакоудалением. Для этого необходимы специальные топки, имеющие утепление пода и хромомагнезитовую футеровку, что позволяет поддерживать температуру горения факела 1300 – 1500^оС.

Топливные отходы удаляют (совместно зола и топливные шлаки) в отвал с потоком воды по специальным трубопроводам. Золошлакоотвал - это инженерное сооружение, включающее дамбу, дренажную систему, отстойники (осветлители воды) и др. Такой способ транспортирования называется гидрозолоудалением. При сливе пульпы в отвал наблюдается дифференциация (классификация) золошлакового материала по крупности. Вблизи места сброса оседают крупные, тяжелые частицы шлака, а на периферии отлагаются более дисперсные частицы с повышенным содержанием несгоревшего топлива.

Считается, что наиболее целесообразна организация раздельного отбора однородных продуктов – сухой золы (пневматическое золоудаление).

Химико-минералогический состав золошлаковыз материалов, как правило, соответствует составу минеральной части топлива и представлен следующими компонентами: глинистыми минералами (каолинит, гидрослюда, монтмориллонит), кварцем, полевыми шпатами, сульфидами железа, карботатами кальция и магния.

В процессе сжигания минералы исходного топлива претерпевают следующие превращения: дегидратация, диссоциация, окисление, полиморфные превращения, аморфизация, расплав. Именно в расплаве идут процессы минералообразования наиболее активно.

Замечено, что золы и шлаки, возникшие без плавления или при частичном плавлении, обладают неоднородными свойствами. И наоборот, шлаки жидкого удаления отличаются высокой однородностью.

И так в топках тепловых электростанций глинистые минералы последовательно дегидратируются и аморфизируются. Из каолина выделяется часть воды и образуется метастабильный продукт – метакаолинит. Он имеет искаженное кристаллическое строение и повышенную реакционную способность. При дальнейшем нагревании метакаолинит окончательно обезвоживается и его кристаллическая решетка разрушается, – возникает аморфная масса из тонкой смеси оксидов: кремния, алюминия, железа и др. Одновременно за счет взаимодействия ионов в твердой фазе кристаллизуются такие новообразования: шпинели (MgO*Al₂ O₃), гематит или магнетит, муллит или кристобалит.

При дальнейшем повышении температуры начинается спекание аморфизированного глинистого вещества за счет появления легкоплавких эвтектик на контактах аморфных фаз разного состава, а затем и плавление.

Наименьшая температура плавления (900 – 1100^оС) характерна для глинистого сырья монтмориллонитового состава.

Гидрослюды дают расплав при более высокой температуре (1000 – 1200^оС). Каолинит не плавится даже при температуре 1400 – 1500^оС.

Таблица