ПОВЫШЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ ПОПУТНОЙ МИНЕРАЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ
Кандидат технических наук В.М. УФИМЦЕВ, доктор технических наук Ф.Л. КАПУСТИН (Уральский федеральный университет), кандидат технических наук Б.Л. ВИШНЯ (ОАО "Уралоргрэс"), кандидат технических наук В.Я. ПУТИЛОВ (МЭИ технический университет)
Угольный ресурс занимает значимое место как в российской, так и в мировой энергетике. Учитывая наличие на планете больших запасов угольного топлива, в обозримом будущем можно прогнозировать сохранение его позиций в мировом энергетическом балансе.
Среди проблем, характерных для текущего момента развития этой отрасли энергетики, весьма существенными являются проблемы, связанные с выбросами ТЭС.
Уровень этих проблем изменяется от глобального (газовые выбросы) до регионального (жидкие стоки) и локального (попутная минеральная продукция в виде золы и шлака). Приведённая градация диктует приоритеты в экологии теплоэнергетики. Жёсткое регламентирова-5 ние состава газовых выбросов ТЭС вве-^ дено в постиндустриальных странах с | конца прошлого века. Там же достигну-§ ты значительные успехи в нейтрализации жидких выбросов электростанций и ! в утилизации золошлаковой продукции. £ В связи с демографическим ростом § на планете и повышением потребления | разного рода продукции на душу насе-2 ления обостряется проблема обеспече-1 ния промышленности сырьевыми ресур-| сами. К настоящему моменту во многих ^ странах истощены природные запасы не
только рудного, но и минерального сырья - песков, глин, известняков. По указанной причине в странах ЕС запрещается использовать природное сырье в случаях, если имеется техногенный аналог. С другой стороны, за индустриальный период развития мировой экономики в отвалах и хранилищах складированы многие миллиарды тонн техногенного сырья, в том числе золошлаков ТЭС.
Этот сырьевой ресурс весьма перспективен в производстве разного рода продукции строительного назначения. Однако разработка отвала, особенно уже рекультивированного, связана со значительными проблемами разного характера и существенными дополнительными затратами на создание инфраструктуры в виде дорожных и электрических сетей.
Рациональнее было бы в первую очередь осуществлять переработку минеральных продуктов текущего выхода и лишь в случае, когда их объём недостаточен, осуществлять разработку отвалов. Аргументами в пользу такого варианта является наличие на ТЭС готовой инфраструктуры, а также возможность не только контролировать свойства золы и шлаков ещё на стадии поступлении угля на ТЭС, но и корректировать их в допустимых пределах. Кроме того, нарушение уже сформировавшихся ланд-
40 © В.М. Уфимцев, Ф.Л. Капустин, Б.Л. Вишня, В.Я. Путилов
шафтов с техногенными образованиями связано с дополнительными затратами и может оказаться нецелесообразным, особенно в случаях их успешной рекультивации. Например, когда на площадях бывшего золоотвала размещены сель-хозугодия или лесопосадки.
Важным моментом, затрудняющим разработку техногенных массивов минерального сырья, является их весьма неоднородное содержание. Значительные отклонения в фазовом и зерновом составах отвальных золошлаковых смесей характерны для гидрозолоудаления. В наихудшем варианте этот недостаток усугубляется дополнительным хаотическим сбросом в золоотвал разнородных материалов - вплоть до бытовых отходов. Определённые проблемы в разработке техногенного сырья может создавать обводнённость массива, что связано с дополнительными затратами на сушку золошлаковой смеси перед её утилизацией. В связи с этим упорядочение процесса складирования техногенного сырья с обязательным мониторингом его состава и регистрацией качественных и количественных данных в соответствующих системах является безотлагательной необходимостью для всех действующих производств, имеющих попутную минеральную продукцию в виде "хвостов", шламов и т.п.
Отдельно остановимся на дисперсности складируемого продукта. Обычно, чем глубже степень переработки исходной субстанции, тем выше дисперсность "хвостовой" составляющей технологического процесса. Тенденцией текущего момента является повышение дисперсности "хвостов", что связано с необходимостью вовлечения в переработку обеднённого сырья. Глубокое извлечение полезного компонента требует всё более тонкого измельчения руды. Наибольшей дисперсностью отличаются хвосты доизвлечения металлов из рудного сырья, то есть извлечения после повторного измельчения.
Повышенная дисперсность характерна и для зол уноса факельного сжигания углей и сланцев, поступающих на
сжигание в порошкообразном состоянии. Ещё большую дисперсность имеют минеральные остатки энергогенераторов циркулирующего кипящего слоя, использующих относительно крупное топливо с размером зерна до 20 мм. Это обстоятельство обусловлено особенностями данной технологии сжигания топлива, сочетающей постепенное озоление поверхности отдельно взятого топливного зерна и непрерывное ударное воздействие на него соседних зерен. В результате образуются весьма мелкие минеральные чешуйки (плоские зёрна), которые выносятся уходящими газами в золоуловители.
Высокая дисперсность золы уноса позволяет избежать дополнительных затрат на доизмельчение в технологиях производства строительных материалов, традиционно базирующихся на использовании тонкодисперсного сырья. Однако такие технологические линии обычно спроектированы на переработку кусковых материалов. На практике установлено, что замена "куска" на "пыль" в действующих производствах создаёт определённые проблемы, связанные не только с обеспыливанием процесса, но с необходимостью адаптации оборудования к пылевидному сырью.
В металлургии, которая в последние десятилетия вынуждена использовать при плавке металлов тонкодисперсные рудные концентраты, широко применяют технологии их окомкования - грануляцию или брикетирование. Необходимая прочность гранул или брикетов обеспечивается либо их термообработкой до спекания, либо вводом в концен- _ трат минерального вяжущего, например, р портландцемента. £
Возможность грануляции золы и ком- | позиций на её основе установлена ещё § в прошлом веке. Чаще всего её используют в технологиях получения лёгких | заполнителей для бетонов.Грануляция ® золы уноса даёт возможность использо- | вать зольные гранулы в качестве заме- | нителя природного сырья без примене- * ния специальной техники для их отгруз- 1 ки, транспортирования и последующей | технологической переработки. Весьма ^
41
важно, что гранулированная зола по существу сочетает в себе достоинства кускового материала и дисперсии на его основе, так как зольные гранулы обычно легко измельчаются. Поэтому в технологиях диспергирования золы рационально предусматривать для измельчения гранул установку специального диспергатора, например, центробежной мельницы.
Ключевым моментом, определяющим качество золошлаковой продукции, является технология их удаления на ТЭС. Сегодня в теплоэнергетике применяют два вида технологий, условно именуемые "мокрыми" и "сухими"1.
"Мокрая" предполагает многократное разбавление минерального продукта водой, последующее транспортирование по трубе к месту складирования в виде взвеси и связана со значительным потреблением металла, электроэнергии и воды. Чем больше содержание извести в золе, тем выше должна быть кратность разбавления взвеси водой для предотвращения активного отложения карбоната кальция внутри трубопровода, которое может привести к его полной закупорке. Очевидно, что технология гидроудаления золошлаков находится в противоречии с основополагающим принципом современных технологических процессов, заключающимся в приоритете энерго- и ресурсосбережения.
В "сухих технологиях" зола увлажняется до 10-30% или отгружается потребителю спецтранспортом без какого-либо увлажнения. Наибольшее б распространение получила технолога гия, условно названная нами "штабе-е лирование". В названии учитывается
о
§ аналогия между процессами склади-° рования золошлаков и складирования § рудного и минерального сырья на крупам нейших предприятиях по их перера-
2 ботке - горно-обогатительных комби-
^
3 -
о
§ 1 Вишня БЛ., Уфимцев В.М., Сирота Ю.Я. и др. " Удаление и складирование золошлаков теплоЕ вых электростанции, варианты и перспективы ® развития // Гидротехническое строительство, Г5 № 11, 1994.
натах, щебёночных и других подобных производствах. Эта аналогия состоит в послойной укладке минеральной массы, осуществляемой как на складах, так и на золоотвалах. Причём на складах этот приём является начальной стадией процесса усреднения, заключающегося в одновременном отборе порции материала по всему вертикальному сечению многослойного штабеля и последующем тщательном перемешивании смеси. Таким образом, послойная укладка золошлаков при их штабелировании в отвале создаёт предпосылки для последующего получения на их основе однородных минеральных смесей, пригодных для дальнейшей переработки в продукцию строительного назначения.
Процесс штабелирования золошла-ков протекает в две основные стадии. Сначала сухую золу транспортируют к месту складирования удобным для этого видом транспорта. Затем золошлаки умеренно (на 10-20%) увлажняются, укладываются и уплотняются с применением дорожной техники.
Грануляция относится к наиболее затратным технологиям удаления минеральных хвостов, что обусловлено её насыщенностью оборудованием и необходимостью использовать связующие. Грануляцию целесообразно применять для отходов, обладающих вяжущими свойствами. В частности, грануляции подвергают отходы производства плавиковой кислоты, в виде так называемого "фторгипса". С другой стороны, затраты на получение гранул в полной мере компенсируются высокими потребительскими свойствами гранулированного продукта.
Выше изложены проблемы, связанные с гидроудалением так называемых высококальциевых или основных видов золы, содержащих свыше 20% оксида кальция и являющихся по существу низкомарочными цементами. Рассмотренная особенность благоприятствует применению грануляции. Наш опыт показал, что такие виды золы хорошо гранулируются, а полученные гранулы быстро твердеют и зачастую набир
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.