Золошлаковые отходы тэс
Лекция №2.
золошлаковые отходы тэс - ценный экологический ресурс.
За годы работы энергосистемы на золоотвалах ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго» накоплено более 76 млн. тонн золошлаков. Суммарный годовой выход ЗШО около 1,7 млн. тонн. Территориально золоотвалы располагаются в рамках муниципальных образований: Иркутск, Ангарск, Братск, Усолье-Сибирское, Саянск, Зима, Шелехов, Усть-Илимск.
По своему физико-химическому и агрегатному состоянию золошлаки являются уникальным ресурсом (материалом) для полезного использования в различных отраслях с получением значительных экологических эффектов.
Золошлаковые материалы (ЗШМ) могут неограниченно использоваться как добавки и наполнители при производстве широкого спектра строительных материалов: цемента, бетонов, растворов, кирпича и т.д. Они хорошо себя зарекомендовали при укладке в земляное полотно автомобильных дорог. Определенную ценность ЗШМ имеют в сельском хозяйстве при производстве удобрений. Очень перспективной является глубокая (комплексная) переработка ЗШМ с получением глинозема, кремнезема, концентрата железа и целого ряда редкоземельных материалов. Известно около 300 технологий использования ЗШМ. ЗШМ предлагается в двух видах: сухая зола после золоуловителей и смоченная смесь с влажностью около 20%.
Основными углями, сжигаемыми на ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго» являются черемховский каменный уголь, азейский, мугунский, тулунский и ирша-бородинский бурые угли. В последние годы на ряде ТЭЦ начали сжигание жеронского угля.
При использовании ЗШМ необходимо убедиться в их пригодности для строительства по требованиям радиационной безопасности согласно СП 2.6.1.758-99 “Нормы радиационной безопасности”. Проведение измерений описано в ГОСТ 30108-94 “Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов ”. В случае положительного заключения, необходимо установит химические и технологические свойства ЗШМ.
Химические свойства зависят только от месторождения, с которого используется уголь. Примерный состав шлака и золы уноса приведён ниже в таблицах. Технологические свойства ЗШМ зависят от способа сжигания, от метода шлакоудаления. Поэтому мы в основном будем изучать методы определения технологических свойств.
Рекомендуемые материалы
Состав золы и золошлаковых отходов азейского угля
Наименование показателя | Ad, % | П. п.п % | Элементный состав, масс.% | ||||||||||||||||||||||||
SiO2 | TiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | SO3 | |||||||||||||||||||
Зола-унос min | 13.4 | - | 46.2 | 0,7 | 20.9 | 11.3 | 9.8 | 3.2 | 0.7 | 0.2 | 7.0 | ||||||||||||||||
Зола-унос max | 26.3 | 52.8 | 1,2 | 31.1 | 5.4 | 3.7 | 1.7 | 1.7 | 0.1 | 2.3 | |||||||||||||||||
ЗШО | 4.8 | 52.0 | 0.5 | 25.8 | 12.4 | 5.5 | 1.7 | 0.7 | 0.3 | 1.1 | |||||||||||||||||
min | |||||||||||||||||||||||||||
ЗШО | 2.6 | 65.3 | 0.6 | 22.8 | 4.8 | 3.7 | 1.0 | 1.1 | 0.5 | 0.2 | |||||||||||||||||
max | |||||||||||||||||||||||||||
Состав золы и золошлаковых отходов черемховского угля
Наименование показателя | Ad, % | П.п. п% | Элементный состав, масс.% | ||||||||
SiO2 | TiO2 | А12О3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | SO3 | |||
Зола-унос min | 19.5 | 0.1 | 55.0 | 0.3 | 20,0 | 5.0 | 3.2 | 2.0 | 0.9 | 0.1 | 0.2 |
Зола-унос max | 34.0 | 1.4 | 61.5 | 0.5 | 24,7 | 7.2 | 2.3 | 1.8 | 1.4 | 0.1 | 0.5 |
ЗШО min | 10.9 | 61.6 | 0.5 | 23.5 | 7.0 | 2.7 | 1.8 | 1.4 | 0.1 | 1.4 | |
ЗШО max | 9.1 | 63.0 | 0.7 | 23.0 | 5.8 | 3.8 | 2.0 | 1.1 | 0.1 | 0.5 |
Состав золошлаков от сжигания мугунского, азейского, черемховского углей
Наименование показателя | Ad, % | П.п. п% | Элементный состав, масс.% | ||||||||
SiO2 | TiO2 | А12О3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | SO3 | |||
Зола-унос min | 15.8 | 0.6 | 44.4 | 0.8 | 33.6 | 4.2 | 8.4 | 1.1 | 0.7 | 0.1 | 6.7 |
Зола-унос max | 23.1 | 9.1 | 57.8 | 0.7 | 28.0 | 6.6 | 3.6 | 1.7 | 1.0 | 0.1 | 0.5 |
ЗШО min | 1.2 | 47.5 | 0.3 | 31.4 | 12.3 | 2.0 | 4.6 | 0.4 | 0.2 | 1.3 | |
ЗШО max | 0.9 | 60.3 | 0.7 | 27.3 | 5.4 | 3.3 | 1.7 | 1.1 | 0.1 | 0.1 |
Состав золошлаков от сжигания ирша-бородинского угля
Наименование показателя | Ad, % | П. п.п % | Элементный состав, масс.% | ||||||||
SiO2 | TiO2 | А12О3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | SO3 | |||
Зола-унос min | 6.0 | 1.0 | 32.9 | 0.1 | 6.5 | 12.2 | 36.5 | 7,2 | 0.1 | 0,4 | 0.1 |
Зола-унос max | 11.0 | - | 46.8 | 0.6 | 12.9 | 7.9 | 25.8 | 5.0 | 0.5 | 0.5 | - |
ЗШО min | 52.4 | 0.4 | 10.8 | 10.0 | 20.4 | 4.6 | 0.5 | 0.2 | 0.7 | ||
ЗШО max | 52.7 | 0.6 | 14.3 | 7.5 | 18.7 | 3.7 | 0.5 | 0.2 | 1.8 |
Примерный состав цементного клинкера.
CaO- 63-67%, SiO2 – 20-24%, А12О3 – 3,5 -5,5%, Fe2O3 – 2-5%, MgO- 1-4%
Из этих примеров видно насколько близки химические составы золы углей и цементного клинкера, но это означает, что и технологические свойства этих материалов имеют большое сходство. Конечно, большое различие имеют гранулометрические характеристики: так если частицы клинкера в основном меньше 0,071 мм, то гранулометрический состав шлака ближе к дроблёному щебню, то есть большая часть частиц крупнее 5 мм. Таким образом, если мы хотим использовать шлак в качестве заменителя щебня, то нет необходимости в его обработке. Но если мы хотим в полной мере использовать его вяжущие свойства, то желательно тщательное измельчение шлака или использование золы уноса (это пыль улавливаемая системами пылегазоочистки больших электростанций). Рассмотрим гидравлические вяжущие материалы, получаемые с использованием молотого шлака или золы уноса.
Пуццолановый портландцемент получают либо путем совместного помола портландцементного клинкера (79...60 %), активной минеральной добавки (21...40 %) и небольшого количества гипса, либо тщательным смешиванием этих же компонентов, но предварительно каждый из них измельчают. Свое название пуццолановый цемент получил от названия местечка у подножия вулкана Везувия (Ита-чия), где с давних пор ведется добыча вулканического пепла как добавки к цементу.
К активным минеральным добавкам относятся: вулканические туфы, пеплы и пемзы, диатомит, трепел, золы ТЭС и другие вещества. Активные добавки связывают выделяющийся при твердении цемента Са(ОН)2 в нерастворимые гидросиликаты, благодаря чему повышаются водостойкость и коррозионная стойкость цементного камня. Пуццолановые цементы отличаются низким тепловыделением при твердении и пониженной скоростью твердения. Морозо- и воздухостойкость пуццолановых цементов ниже, чем портландцемента. Пуццолановый портландцемент выпускают марок: 300 и 400.
Пуццолановый портландцемент применяют для гидротехнического строительства, а также для подземных и подводных сооружений. Пуццолановый портландцемент еще в большей степени, чем шлакопортландцемент, требует увлажнения во время твердения. При укладке больших объёмов бетона возникают большие температурные напряжения и возможно даже растрескивание монолита. Дело в том, что при твердении бетона выделяется значительное количество тепла (этим пользуются строители при зимнем бетонировании), а шлакопортландцемент твердеет в несколько раз более медленно и значит, выделяется меньше тепла в единицу времени.
Цементы для строительных растворов (кладочные цементы) — это как бы, разбавленный портландцемент. Содержание клинкера в таких цементах 20...30 %, а остальная часть цемента состоит из молотых активных и инертных (известняк, песок) добавок. Марка кладочных цементов 200. Такие цементы применяют для кладочных и штукатурных растворов и неармированных бетонов классов В12,5 и ниже. Использование кладочных цементов дает экономию цементного клинкера — наиболее дорогой части цемента.
В производстве золошлакового бетона все более широкое применение находят золы и шлаки взамен тяжелых заполнителей природного происхождения (песка, гравия и щебня), легких (пористых) заполнителей искусственного изготовления (керамзит, аглопорит и др.), природного происхождения (пемза, туф и др.) или в сочетании с ними. С применением золы, и шлака на цементном вяжущем могут изготовляться бетоны марок по прочности М50...М500, по водонепроницаемости W2...W12 и по морозостойкости F50...F300 следующих видов: тяжелый или легкий с добавкой золы взамен части цемента, а также части заполнителей; мелкозернистый на золошлаковой смеси (плотностью 1800...2200 кг/м3) взамен мелкого природного песка; тяжелый с комбинированными заполнителями из золошлаковой смеси или плотного шлака в сочетании с природными заполнителями; легкий с комбинированными заполнителями из золы, золошлаковой смеси или пористого шлака в сочетании с природными или искусственными пористыми заполнителями; жаростойкий с комбинированными заполнителями из золошлаковой смеси или плотного шлака в сочетании с природными заполнителями; ячеистый.
Введение оптимального количества золы в бетоны улучшает удобоукладываемость, снижает усадку и водопроницаемость, обеспечивает требуемую прочность и высокую морозостойкость. Применение золы не оказывает отрицательного действия на деформации ползучести, усадки и на модуль упругости бетона обычного состава, повышает коррозионную стойкость железобетона и сульфатостойкость бетона.
Золошлаковые бетоны применяют в различных областях строительства, за исключением сооружения верхнего слоя покрытия автомобильных дорог и аэродромов, пролетных строений мостов, оболочек градирен и отводов вытяжных (дымовых) труб, гидротехнических сооружениях в частях, подвергающимся попеременному замораживанию и оттаиванию, а также конструкций армированных термически упрочнённой сталью.
В состав тяжелых бетонов на плотных заполнителях золу следует вводить в оптимальном количестве, равном усреднение 150 кг на 1 м3 пропариваемого бетона и 100 кг на 1 м3 бетона, твердеющего без тепловой обработки. При этом достигают экономии цемента в количестве 50...70 кг на 1 м3 пропариваемого бетона и 30...40 кг на 1 м3 бетона, твердеющего без тепловой обработки. Золу следует вводить в бетонную смесь взамен одновременно части цемента, части щебня и песка без изменения принятого соотношения между ними. Замену природного щебня на шлак осуществляют в пределах от 20 до 50 %, при этом зерна шлакового щебня должны быть крупнее 3 мм.
При автоклавной обработке (большие температуры 150-200 С и давления 8-10 атм) возможно изготовлять бетон вообще без цемента: шлакощелочной бетон представляет собой искусственный камень, получаемый после формования и последующего твердения смеси крупного и мелкого заполнителей, молотого шлака и раствора щелочного компонента (жидкого стекла). При этом происходит реакция примерный вид которой:
CaO+Na2O*2SiO2+H2O = nCaO*Na2O*SiO2*mH2O
В зависимости от назначения получают бетоны плотный, крупнопористой, поризованной и ячеистой структур. По зерновому составу заполнителей их разделяют на мелко- и крупнозернистые, а по плотности — на тяжелые и легкие. Тяжелые бетоны на шлакощелочном вяжущем относят к конструкционным бетонам, легкие бетоны разделяют на конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные и теплоизоляционные.
Конструкционные легкие шлакощелочные бетоны классов В15...В50 (М200...М600) со средней плотностью 1500...1800 кг/м3 изготовляют на керамзите, гранулированном шлаке, аглопорите, известняке-ракушечнике, шлаковой пемзе, отходах древесины. Эти же заполнители применяют для конструкционно-теплоизоляционных бетонов со средней плотностью 500... 1400 кг/м3, которые характеризуются прочностью при сжатии 3,5...40 МПа и теплопроводностью 0,17...0,4 Вт/(м°С).
ЗШМ возможно использовать в качестве отощающей добавки при производстве керамических изделий, в том числе кирпича. Такие добавки уменьшают усадочные деформации и увеличивают скорость обжига кирпича, при этом повышается механическая прочность и морозостойкость изделий.
Ниже приведён список научно-исследовательский и прикладных работ, которые финансировало в последние года ОАО “Иркутскэнерго”, а частная компания зря денег тратить не будет.
Список
выполненных НИР, НИОКР, технологических регламентов и других работ для ЗШМ ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго»
1. Онкогигиеническая и онкоэкологическая оценка полезного использования золы-
уноса и золошлаковых отходов ТЭЦ; Упомянуть про сравнение с атомными электростанциями.
2. Технические условия: зола от сжигания ирша-бородинских углей для химической
мелиорации кислых почв;
3. Технологический регламент на изготовление безобжигового зольного гравия на
основе зол от сжигания углей азейского месторождения;
4. Технические рекомендации по использованию золы-уноса ирша-бородинского и
азейского месторождений в качестве минеральной добавки при производстве
цемента или низкомарочного вяжущего и подбор материалов для последующего
составления ТУ;
5. Технологический регламент на производство мелких блоков из ячеистого бетона
на основе азейской золы;
6. Технологический регламент на изготовление безобжигового зольного гравия на
основе золы сухого отбора от сжигания угля ирша-бородинского месторождения;
7. Технологический регламент на изготовление безобжигового зольного гравия на
основе отвальной золошлаковой смеси от сжигания угля ирша-бородинского
месторождения;
Информация в лекции "9 Гемолиз" поможет Вам.
8. Исследование долговечности безобжигового зольного гравия из золошлаковых
отходов Иркутских ТЭЦ и бетонов на его основе;
9. Завод стеновых мелких блоков из ячеистого бетона при Ново-зиминской ТЭЦ
Иркутской области. Рабочий проект;
10. Завод по производству строительных изделий с использованием ЗШО ирша-
бородинского угля, ТЭР;
11. Разработка технологии получения низкомарочных вяжущих с использованием
золы ТЭЦ-10 Иркутской области и клинкера Ангарского цементного завода,
составление ТУ;
12. Разработка составов композиций и технологии получения жаропрочных
материалов с использованием отходов ТЭЦ-10 Иркутской области;
13.ТЭО целесообразности использования золы азейского угля для получения глинозема;