Эко-бюллетень ИнЭкААрхив№ 5 (130) > УПРАВЛЕНИЕ ОТХОДАМИ

Золошлаковые отходы ТЭЦ на кузнецких углях и пути их масштабной утилизации

В.В. Саломатов,
д.т.н. (Институт теплофизики СО РАН, г. Новосибирск)

Масштабы переработки твердых отходов угольных теплоэлектростанций на сегодня крайне низки, что вызывает скопление огромных количеств золошлаков в золоотвалах, требующих изъятия из оборота значительных площадей.

Между тем золошлаки кузнецких углей (КУ) содержат ценные компоненты, такие, как Al, Fe, редкие металлы, которые являются сырьем для других отраслей. Однако при традиционных методах сжигания этих углей не удается в широких масштабах использовать золошлаки КУ, так как за счет образования муллита они имеет высокую абразивность и химически инертны ко многим реагентам. Попытки использовать золошлаки такого минералогического состава в производстве строительных материалов приводят к интенсивному износу технологического оборудования и снижению производительности в связи с замедлением физико-химических процессов взаимодействия компонентов золы с реагентами.

Избежать муллитации золы кузнецких углей возможно при изменении температурных условий их сжигания. Так, использование кипящего слоя для сжигания угля при 800…900 оС позволяет получать золу менее абразивную, а основными минералогическими фазами ее будут метакаолинит, ?Al2O3; кварц, стеклофаза [1].

Утилизация золошлаковых отходов ТЭЦ при низкотемпературном сжигании КУ

Количество золошлаковых отходов от наиболее типовой ТЭЦ электрической мощностью 1295/1540 МВт и тепловой мощностью 3500 Гкал/ч составляет порядка 1,6…1,7 млн. т. в год.

Химический состав золы кузнецкого угля:

SiO2 = 59 %; Al2O3 = 22 %; Fe2O3 = 8 %; CaO = 2,5 %; MgO = 0,8 %; K2O = 1,4 %; Na2O = 1,0 %; TiO2 = 0,8 %; CaSO4 = 3,5 %; C = 1,0 %.

Использование золы кузнецких углей эффективнее всего в производстве сульфата алюминия и глинозема по технологиям Казахского политехнического института. Исходя из вещественного состава золы КУ и ее количества, схема утилизации представлена на рисунке 1.

В России производится всего 6 спецвидов глинозема, в то время как только в Германии – около 80. Их спектр применения очень широк – от оборонной промышленности до производства катализаторов для химической, шинной, легкой и других отраслей. Потребности в глиноземе в нашей стране не покрываются собственными ресурсами, вследствие чего часть бокситов (сырья для производства глинозема) импортируется из Ямайки, Гвинеи, Югославии, Венгрии и других стран.

Использование золы кузнецкого угля позволит несколько выправить положение с дефицитом сульфата алюминия, являющимся средством для очистки сточных и питьевых вод, а также применяемых в больших количествах в целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей, легкой, химической и других секторах промышленности. Дефицит сульфата алюминия только в районе Западной Сибири составляет 77…78 тыс. т.

Кроме того, дисперсный состав глинозема, полученного после сернокислотной переработки, позволяет получать различные виды спецглинозема, потребность в которых будет в определенной степени удовлетворена при производстве их в количестве 240 тыс.т.

Отходы производств сульфата алюминия и глинозема являются сырьевым компонентом для производства жидкого стекла, белого цемента, вяжущих материалов для закладки выработанного горного пространства, тарного и оконного стекла.

Потребность в этих материалах возрастает, и спрос на них в настоящее время значительно превышает объемы их производства. Ориентировочные технико-экономические показатели данных производств представлены в таблице 1.

Таблица 1 Основные технико-экономические показатели по переработке золы кузнецких углей
Наименование
производств
Мощность, тыс. тЦена дол./тСебестоимость,
дол./т
Капиталовложения,
млн. дол.
Экономический эффект, млн. дол.Срок окупаемости,
лет
Производство спецвидов
глинозема
24033162045
Производство сульфата
алюминия
5012710,254
Производство
ферросплавов
1002716515
Производство жидкого
стекла
500118623
Производство белого
цемента
10005430.654,6
Производство вяжущих
материалов
6003230,65
Производство стекла300181551 5
ИТОГО   4294,7

Кроме того, целесообразно производство из золы КУ редких и рассеянных металлов, в первую очередь галлия, германия, ванадия и скандия.

Из-за того, что ТЭЦ по условиям своего графика работает с переменной нагрузкой в течение года, выход золы неравномерен. Заводы же по переработке золы должны работать ритмично. Хранение сухой золы представляет определенные трудности. В этой связи предлагается в зимнее время часть золы направлять на грануляцию при помощи окомкователей, выпускаемых «Уралмашем». После окомкования и сушки гранулы обжигаются в топке котла, а затем пневмотранспортом направляются на временное хранение в сухой склад. Золовые гранулы в дальнейшем могут быть сырьевой базой для стройиндустрии или применяться в дорожном строительстве.

Хранение гранул в открытом сухом складе не требует специальных защитных мероприятий и не создает опасности пыления. Емкость такого золоотвала составляет примерно 350…450 тыс. т., площадь около 300?300 м2. Следовательно, он может находиться в непосредственной близости от площадки ТЭЦ.

Наилучшие показатели по утилизации будут иметь золошлаковые отходы, получаемые после сжигания КУ в котельных агрегатах с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС), которые Россия пока не выпускает. Котлы с ЦКС обеспечивают не только резкое снижение выбросов окислов азота и серы, но и выдают золошлаковые отходы, которые успешно можно применять в промышленности для получения глинозема и строительных материалов. Это позволяет удешевить электростанцию за счет резкого сокращения территорий, необходимых для складирования золы, снизить загрязнение окружающей среды. Уменьшение пыления на ТЭЦ с котлами ЦКС происходит, во-первых, за счет уменьшения площади золоотвала, во-вторых, за счет того, что зола, полученная при сжигании кузнецкого угля в ЦКС, содержит гипс и обладает вяжущими свойствами. При некотором смачивании такой золы она будет твердеть, что устранит пыление даже в случае высыхания золоотвала.

Поскольку зола транспортируется на промышленные предприятия пневмотранспортом, потребление воды также несколько снижается. Кроме того, отсутствуют сточные воды с золоотвала, которые на ТЭЦ с традиционными пылеугольными котлами содержат соли тяжелых металлов и другие вредные вещества.

Производство сульфата алюминия и глинозема

Технология получения сульфата алюминия и глинозема на основе золы низкотемпературного сжигания представлена на рисунке 2.

Оптимальными условиями осуществления данной технологии являются следующие:

  • сжигание угля (температурный режим 800…900 оС);
  • измельчение (тонина помола – 0,4 мм (не менее 90 %);
  • сернокислотное вскрытие (температура 95…105 оС, продолжительность 1,5…2 ч, концентрация серной кислоты 16…20 %);
  • разделение жидкой и твердой фаз (фильтроткань артикул Л-136, разрежение 400…450 мм рт. ст., нутч-фильтр 0,37…0,42 м3/м2?ч);
  • промывка шлама двухстадийная;
  • гидролитическое разложение (температура 230 оС, время 2 ч.);
  • термическое разложение (температура 760…800 оС).

Полученный продукционный сульфат алюминия (50 тыс. т в год) после грануляции и фасовки в полиэтиленовые мешки отправляется потребителям. Выполненная технико-экономическая оценка показывает целесообразность производства сульфата алюминия на основе золы низкотемпературного сжигания.

Сульфат алюминия, полученный из золы, является хорошим коагулянтом для очистки промышленных сточных вод.

Сиштоф после сернокислотной обработки ввиду малого содержания окислов железа (менее 0,5…0,7 %) является заменителем песка в производстве белого цемента, а наличие в нем 4…6 % гипса позволит интенсифицировать сами процессы получения цемента.

Производство ферросплавов и строительных материалов

Получение ферросплавов на основе минеральной части углей разработано основательно. Проведено опробование промышленных технологий получения ферросиликоалюминия и ферросилиция из золошлакоотходов, близких по составу к золам кузнецких углей и их магнитной составляющей, которая может быть выделена методами магнитной сепарации. Полученные сплавы испытаны в промышленном масштабе на металлургических заводах страны для раскисления стали и дали положительные результаты.

Получение строительных материалов на основе сиштофа не требует изменения существующих технологий указанных производств. Сиштоф используется в качестве сырьевого компонента и заменяет кварц, а также другие кремнийсодержащие продукты, используемые в производстве строительных материалов. Кроме того, оксид кремния, содержание которого в сиштофе составляет 75…85 %, представлен в основном в виде аморфного кремнезема с высокой химической активностью, что позволяет прогнозировать улучшение показателей и качества цемента и вяжущих. Минимальное количество железистых и других окрашивающих соединений в сиштофе дает возможность получать на его основе белый цемент, потребность в котором очень велика.

Технологии получения цемента, вяжущих материалов, жидкого стекла также отработаны в промышленности.

Заключение

Золошлаковые отходы, получаемые при сжигании кузнецких углей в энергетических парогенераторах по новой для России технологии циркулирующего кипящего слоя, востребованы для масштабной утилизации. Экономически эффективно из них производить по уже освоенным в промышленности технологиям весьма дефицитные ферросплавы, сульфат алюминия, спецвиды глинозема, жидкое стекло, белый цемент, вяжущие материалы.

Библиографический список

  1. Саломатов В.В. Природоохранные технологии на тепловых и атомных электростанциях: монография / В.В. Саломатов. – Новосибирск: изд-во НГТУ, – 2006. – 853 с.
 
ПОИСК ПО САЙТУ
© 2001-2017 ООО «ИнЭкА-консалтинг»
Контакты ИнЭкА:
+7 3843 720575
720579
720580
ineca@ineca.ru
создание сайтов