Переработка золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭЦ

Переработка золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭЦ

Переработка золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭЦ

«ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ  ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

ЗОЛОШЛАКОВЫЕ  ОТХОДЫ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ.            

 В результате деятельности тепловых электростанций, использующих в качестве основного топлива уголь, на территории Российской Федерации ежегодно образуется более двадцати миллионов тонн золошлаковых отходов, являющихся серьезным источником загрязнения окружающей среды регионов.           

 По данным  НИИЖБ, начиная с середины 50-х  годов прошлого века и по  настоящее время, проводятся фундаментальные  и прикладные научно-исследовательские  работы по применению золы, практически,  для всех видов строительных  материалов в виде вяжущих, заполнителей, бетонов плотной и ячеистой структур, обжиговых и безобжиговых стеновых материалов, бетонов и железобетонных конструкций.

Возможность и эффективность применения золошлаковых отходов ТЭС была установлена  в начале двадцатого века в работах А.В.Волженского, К.В.Гладких, Ю.С.Бурова. В результате выполненных многочисленных исследований были разработаны теоретические и практические основы для широкого применения золошлаковых отходов в строительной индустрии и создана наукоемкая нормативно-техническая база по использованию их.

Вместе с  тем, существует значительный разрыв между  теоретическими исследованиями и их практической реализацией. В среднем  объем использования золошлаковых отходов в России в настоящее  время не превышает 10% от общего объема образования отходов, в то время, как развитые страны мира используют отходы ТЭС в объеме 50-90%, при этом в строительстве – от 35 до 70%. По данным ВТИ, в 1999 году было использовано 2,3 млн. тонн отходов при объеме образования порядка 21,29 млн. тонн. Столь значительный разрыв между теоретическими исследованиями и их практической реализацией можно объяснить следующими факторами:

- ограниченное  количество зол сухого отбора  и возможность использования  в основном золошлаковых отходов  из отвалов, характеризуемых значительной неоднородностью строительно-технических свойств и переменной влажностью;

- отсутствие  финансово-экономического механизма  для предприятий строительной  индустрии, стимулирующего внедрение  ресурсосберегающих технологий;

- отсутствие технических и технологических решений, а также специального оборудования для решения основных проблем, связанных с введением золошлаковых материалов в технологический процесс изготовления строительных материалов;

- экологические  аспекты применения золошлаковых отходов, недооценка которых способна инициировать вторичное экологическое загрязнение окружающей среды при применении их в строительной индустрии.

Анализ объемов  использования золы сухого отбора показал, что наибольший объем использования  золошлаковых материалов отмечается при производстве бетонных и железобетонных изделий.

Это обусловлено  прежде всего значительной проработанностью вопроса и имеющейся нормативно-технической  базой для применения золошлаковых материалов в производстве бетонов  различных видов. Кроме того, бетон, как композиционный материал, был и остается на ближайшую перспективу основным представителем среди строительных материалов, так как широкое варьирование видами вяжущих, заполнителей и технологическими параметрами производства позволяет получать материалы с широким диапазоном строительно-технических свойств.

Исследованиями  НИИЖБа установлено, что производство мелкоштучных изделий из бетонов  различных марок является одним  из наиболее эффективных направлений  применения золы, так как отсутствие арматуры существенно снижает требования к золошлаковым материалам по химическому составу, включая содержание несгоревшего топлива. Кроме того, при производстве неармированных изделий отсутствует минимально необходимое содержание цемента в бетоне, что позволяет в результате оптимизации подбора состава бетона достичь высокой степени золонасыщения бетона при сохранении прочностных и других строительно-технических свойств и обеспечить при этом значительную экономию цемента.

Исследованиями  многих авторов установлено, что именно применение золошлаковых материалов в песчаных бетонах, изготавливаемых методом полусухого прессования, позволяет максимально реализовать многовариантный эффект от применения золы и направленно модифицировать качество получаемых изделий, а именно;

- зола повышает  коррозионную стойкость бетона  за счет связывания гидрата  окиси кальция и образования  низкоосновных гидросиликатов кальция

- зола повышает  сульфатостойкость бетона, что позволяет  использовать ее вместо сульфатостойкого  цемента, стоимость которого значительно выше стоимости обычного портландцемента

- зола улучшает  реалогические свойства бетонной  смеси, что позволяет улучшить  качество поверхности готовой  продукции, повысить истираемость  готовых изделий и снизить  водопоглощение бетона.

По данным Щеблыкиной Т.П. и исследованиями многих авторов установлено, что именно применение золошлаковых материалов в  песчаных бетонах, изготавливаемых  методом полусухого прессования, позволяет максимально реализовать многовариантный эффект от применения золы и направленно модифицировать качество получаемых изделий.

Влияние содержания золы ТЭЦ-22 в составе золопесчаного  бетона

на  формирование его  прочности

mц, mп m₃, V_в - расход цемента, песка, золы, воды на 1 мЗ бетона; Ж - жёсткость бетонной смеси, Rп.п.,. - прочность при пропаривании, Rн.т.. - прочность при нормальном твердении, К - контрольный образец без золы.

Применение  золы в мелкоштучных изделиях в качестве кремнеземистого компонента, минеральной  добавки и микронаполнителя включено в основные ГОСТы, в том числе  ГОСТ 6133-84 Камни бетонные стеновые, ГОСТ 17608-91 Плиты бетонные тротуарные.

Применение  золошлаковых отходов в виде кремнезёмистого  компонента, активной минеральной добавки  и микронаполнителя включено в целый  ряд действующих документов: ГОСТ 10178,ГОСТ 22266, ТУ-573820-93, ТУ-21-26-20-92, патент НИИЖБ, ТУ-21-31-62-89, СНиП 1-В.2-62, ГОСТ 9759, ГОСТ 11991, ГОСТ 26644, ГОСТ 31108, ГОСТ 30491-97, ГОСТ 23558-94, ГОСТ 12784-78, ГОСТ 16555, ГОСТ 6665-91, ГОСТ 530-95, ГОСТ 379-95.

На золу-унос, золошлаковые смеси и шлаки ТЭС, применяемые в строительной индустрии разработаны следующие нормативные документы:

ГОСТ 25592-91 –  зола-унос для бетона.

ГОСТ 25818-91 –  золошлаковые смеси для бетона.

ГОСТ 26644-85 –  шлак тепловых электростанций.

ВСН 2-94-1996 –  Строительство дорог в районах массового жилищного строительства – Инструкция и технология, в которой определены требования к золошлаковым отходам в дорожном строительстве (активная минеральная добавка, наполнитель, компонент для укрепления грунтов неорганическим вяжущим при ремонте дорог при возведении насыпей, строительстве оснований, укреплении грунтов, заполнения нижнего слоя основания дорог).

ТУ 34-70-10347-81 – Требования к золошлаковому  сырью для производства цемента.

ГОСТ 530-95 –  Керамический кирпич.

ГОСТ 379-95 –  Силикатный кирпич, кирпич и камни.

ГОСТ 21520-89- Блоки  из ячеистого бетона,

ГОСТ 25485-82 Бетоны ячеистые

Из представленных материалов следует, что золошлаковые отходы рекомендуются и разрешаются  к применению для широкого круга  строительных материалов.

В настоящее время можно констатировать, что с использованием золы-унос и золошлаковых смесей из отвалов в России работают заводы и предприятия, построенные в середине прошлого века, в условиях, когда промышленное домостроение только создавалось. Это, прежде всего, заводы по производству изделий из золобетона плотной и ячеистой структуры в г.Курахов, Свердловск, Пермь, Нижний Тагил, Ангарск, Тульская область и др

Используют  золу также и цементные завода в качестве глинистого сырья, а также  и заводы по производству керамических изделий в качестве отощающей добавки.

ООО "Дальэнерго" предлагает комплексный подход к  использованию золошлаковых материалов из отвалов, т.к. такой подход к переработке  ЗШО экономически выгоден, имеет  ресурсосберегающий эффект, сопутствующий  решению проблемы использования ЗШО и многократно повышает её экономическую значимость.

Проектом  завода предусмотрено производство следующих строительных материалов и изделий:

товарный  золобетон (тяжелый и легкий) и  раствор 30000 м³ в год;

цементно-зольный  кирпич – 1,5÷7,5 млн. шт./год;

керамический  зольный кирпич – 3÷10 млн. шт./год;

цементно-зольное  вяжущее – 9000÷65000 т/год;

универсальные золобетонные блоки – 20000 м³/год;

стеновые  блоки из газо- (пено-) золобетона – 20000 м³/год;

черепица  цементно-песчаная - 350000 шт./год.

Данный подход является всеобъемлющим со стороны  производства строительных материалов и практически представляет комбинат строительных материалов, для изготовления которых требуется очень широкий  набор оборудования, включая помольные  агрегаты, пропарочные камеры, печи для сушки и обжига золокерамического кирпича, а также и автоклавы для производства стеновых материалов из ячеистого бетона. Такого типа заводов нет в практике производства строительных материалов, так как работа данного завода требует значительного количества ресурсов, энергии, подъездных путей, складского хозяйства и т.д.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ЗАО «ГЕОПОЛИС» ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЗОЛОШЛАКОВЫХ

ОТХОДОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНЫХ  СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ  МЕТОДОМ ПОЛУСУХОГО ВИБРОПРЕССОВАНИЯ

(НА  ПРИМЕРЕ КАШИРСКОЙ  ГРЭС-4 - ФИЛИАЛА ОГК-1 РАО ЕЭС РОССИИ)

Как показывает мировая практика использование  золошлаковых отходов в качестве добавки при производстве строительных материалов с использованием передовых  технологий и оборудования позволяет  совместить разрешение острых экологических проблем путем утилизации отходов с производством высокоэффективных и конкурентоспособных строительных материалов для ведения малоэтажного строительства, малых форм для благоустройства территорий, элементов тротуарного и дорожного покрытия.

В настоящее  время только на территории Московской области в результате эксплуатации угольных тепловых электростанций (ГРЭС-4, ТЭЦ-17, ТЭЦ-22) в отвалах скопилось  более 25 млн.тонн золошлаковых отходов, занимающих более 300 га земли. Кроме того, ежегодно образуется более 400 тыс.тонн золошлаковых отходов, требующие отвода новых площадей под размещение существующих или строительство новых золоотвалов, а также больших затрат на их содержание.

Одним из перспективных  вариантов приостановки тенденции загрязнения окружающей среды отходами ТЭЦ и ГРЭС является реализация проекта АО «Геополис» строительства на территории Московской области завода по утилизации золошлаковых отходов ГРЭС путем их переработки в строительные материалы, используемые в промышленном, гражданском, дорожном и коммунально-бытовом строительстве.

Закрытое  акционерное общество «Геополис», находящееся  по адресу: 119048, г.Москва, Хамовнический вал, д.28, а/я 425 с 1993 года изучает проблему утилизации золошлаковых отходов тепловых станций Московской области на примере Каширской ГРЭС-4. Изучать проблему утилизации ЗШО Каширской ГРЭС мы начали с обследования ЗШО Каширской ГРЭС на содержание естественных радионуклеидов (ЕРН), а также изучения физико-химических свойств золы Каширской ГРЭС с целью использования ее в производстве стеновых камней. Результаты указанных исследований, выполненные Всесоюзным теплотехническим НИИ им.Ф.Э.Дзержинского подтверждают возможность применения ЗШО Каширской ГРЭС при производстве различных экологически чистых строительных материалов. Всесторонние исследования строительных материалов полученных с использованием ЗШО Каширской ГРЭС проведенные ЗАО «Геополис» совместно с партнерами из Дании, Италии, Германии, а также заключения российских институтов показывают, что одним из перспективных вариантов утилизации ЗШО Каширской ГРЭС является их использование при производстве различных строительных материалов для промышленного, дорожного и гражданского строительства. Так, в 1997 году с участием ЗАО «Геополис», методом полусухого вибропрессования была изготовлена опытная партия тротуарных плит, в составе которых было до 18% ЗШО Каширской ГРЭС. Испытания, выполненные ГУП КТБ «Мосгорстройматериалы» по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», ГОСТ 12730.3 «Бетоны. Метод определения водопоглощения», ГОСТ 13087-81 «Бетоны. Методы определения истираемости», а также по ГОСТ 10060.1-95 «Бетоны. Базовый метод определения морозостойкости» показали, что эти тротуарные плиты удовлетворяют требованиям ГОСТ 17608-91 «Плиты бетонные тротуарные» и соответствуют классу бетона по прочности В22,5 (марка «300») и выдерживают более 250 циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков повреждений и допустимой потери прочности.

Выполненные в 1996-1998 годах проектными организациями, по заказу ЗАО «Геополис», обоснование инвестиций и бизнес план строительства завода по переработке ЗШО Каширской ГРЭС в высококачественные строительные материалы, подтвердили целесообразность строительства такого завода в непосредственной близости от золоотвалов Каширской ГРЭС. Пилотный проект ЗАО «Геополис» строительства завода по утилизации ЗШО Каширской ГРЭС путем их переработки в высококачественные строительные материалы различного назначения в 1998-1999гг. рассматривался и получил высокую оценку Экспертного Совета при Губернаторе Московской области, Первого Заместителя Премьера Правительства Москвы В.И.Ресина, а также специалистов Минмособлстроя, Администрации по землепользованию и экологии Московской области. Однако, отсутствие финансирования не позволило своевременно осуществить реализацию указанного проекта.

В качестве первого шага в создании современного производства по переработке ЗШО  Каширской ГРЭС в строительные материалы  предлагается построить на территории Каширской ГРЭС завод, основу которого составляет технологическое оборудование машиностроительной фирмы «ХЕСС» (Германия). Высокопроизводительная стационарная бетоноформовочная машина MУЛЬТИМАТ RH 2000-2A, входящая в состав технологического оборудования завода позволит изготавливать в автоматическом режиме методом полусухого объемного вибропрессования полнотелые и пустотелые стеновые блоки, потолочные камни перекрытий, бордюрные камни, фигурные камни и плитку для мощения дорог и тротуаров, газонные плиты, водосточные желоба, кабельные лотки и другие специальные изделия из бетонов с использованием ЗШО Каширской ГРЭС. В зависимости от номенклатуры выпускаемых изделий только одна линия завода на основе бетоноформовочной машины МУЛЬТИМАТ RH 2000-2А сможет ежегодно перерабатывать не менее 35,0 тыс.тонн ЗШО и при этом производить товарную продукции продукцию повышенного спроса на сумму от 450,0 до 960,0 млн.рублей. При этом предполагается использовать золошлаковые смеси из золоотвала после их предподготовки и получения строительного материала с заданными свойствами.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ  ОБОРУДОВАНИЯ ФИРМЫ  «ХЕСС»

Машина: МУЛЬТИМАТ RH 2000 -- Площадь формования: 1.300 х 1.050 мм!

Время одного цикла: прим. 12-29 сек. в зависимости  от вида изделия. Поддон 1.400 х 1.100 мм

Было  принято

Рабочие дни/год: 250

Время работы/день (2 х 8 час.): 16 часов (эффективное время/день – 13 ч.)

Коэффициент использования оборудования: 0,8 – 0,85

Информацию  о бетоноформовочных машинах  и оборудовании для промышленности стройматериалов фирмы «ХЕСС», включая  МУЛЬТИМАТ RH 2000 можно получить на сайте  ООО «ХЕСС-ТУЛА» www.hesstula.ru и по телефонам: (4872) 249-637, 249-636, а также в ЗАО «Геополис» по тел/факсу 8(499) 242-59-10 или по e-mail: [email protected].

Совокупность  практических наработок ЗАО «Геополис» и его партнеров позволяет  оценить данный проект как высокоэффективный  на основании следующих положений:

- применение  в производстве продукции метода  полусухого объемного вибропрессования  с использованием комплектного  автоматизированного технологического  оборудования фирмы «ХЕСС» (Германия). Отформованные указанным методом  изделия могут набирать прочность без расхода тепловой энергии за счет теплоты, выделяющейся при гидратации цемента. Ускорение процессов твердения за счет тепловлажностной обработки в пропарочных камерах длится только 2-4 часа, с подачей пара до 1 ати (против 8 ати при автоклавной обработке), при температуре среды не выше 60-70°С. Метод полусухого вибропрессования, по сравнению с традиционными технологиями изготовления строительных изделий - с последующим после формования обжигом или запариванием в автоклавах - позволяет значительно сократить удельный расход топливно-энергетических ресурсов, цемента, воды. Например, по сравнению с производством керамического кирпича, требуется меньше электроэнергии на 70 %, тепловой энергии - на 33 %, не требуется топлива на обжиг;

- компактность  и высокая производительность технологического оборудования завода;

- превосходство  вибропрессованных изделий над  продукцией, изготовленной по другим  технологиям, по показателям,  характеризующим их потребительные  свойства;

- относительно  низкая себестоимость производства строительных материалов по предлагаемой ЗАО «Геополис» технологии с использованием сравнительно дешевых ЗШО позволяет, без ущерба для рентабельности, в значительном диапазоне снижать цены на реализацию продукции как средства противостояния конкурентам и большей привлекательности для покупателей;

- обширная  номенклатура видов и типоразмеров  изделий (более 200), разнообразие  внешней отделки по фактуре  и цвету, при быстрой и простой  переналадке пресс-форм;

- высокая  точность обеспечения проектных  геометрических размеров при минимальных допусках;

- повышенные  показатели по прочности, морозостойкости,  водопоглощению. По сравнению с  керамическим кирпичом повышение  прочности на 20 %, морозостойкости  в 6 раз, снижение водопоглощения  на 30 %);

- широкие  возможности, при необходимости, изменения физико-химических характеристик изделий в зависимости от области их применения в строительстве согласно экологическим и другим требованиям путем вариаций соотношения различных инертных наполнителей ЗШО, песка, щебня, гравия, керамзита;

- расположение  завода на территории отвалов  сводит к минимуму затраты  на прокладку коммуникаций и  доставку ЗШО;

- безотходность  технологии производства, отсутствие  вредных выбросов и воздействий  на окружающую среду;

- сокращение  массы ЗШО в отвалах вследствие их переработки за счет ввода в эксплуатацию новых технологических линии завода значительно снижает затраты на размещение и содержание золоотвалов;

- прирост  рабочих мест, занятых в производственном  процессе по выпуску строительных  изделий, увеличение занятости в сфере торговых и транспортных услуг, а также в процессе использования продукции заводов в малоэтажном строительстве, благоустройстве территорий улиц и площадей.

Экспертная  комиссия НИИЖБ, в составе: Крылов Б.А. (академик РААСН, д.т.н., профессор), Малинина Л.А. (д.т.н., профессор, Заслуженный деятель науки и техники РФ), Ухова Т.А. (Заслуженный изобретатель СССР, Почетный строитель РФ), Песцов В.И. (к.т.н., Вице-президент «ЗАО стройматериалы»), Щеблыкина Т.П. (к.т.н.) изучила предложение ЗАО «Геополис» о строительстве завода по изготовлению строительных материалов на золоотвале Каширской ГРЭСС, с точки зрения организации производства и технологии изготовления изделий, и отмечает следующее:

Предложение ЗАО «Геополис» включает строительство пилотного завода по изготовлению высоколиквидных строительных материалов из вибропрессованного бетона с использованием золошлаковых материалов, а также строительство отделения предподготовки золы для получения из нее мелкозернистых материалов определенного состава. Данное предложение позволяет рассчитывать на приемлемые для инвесторов сроки окупаемости инвестиций за счет производства высоколиквидных строительных материалов, которые определенным образом вписываются в потребность в строительных материалах для Московской области в рамках реализации Проекта Доступное и комфортное жилье.

Кроме того, организация производства изделий  с золой непосредственно самими производителями золошлаковых материалов, а не навязывание их предприятиям строительной индустрии, позволяет значительно повысить эффективность золошлаковых материалов по сравнению с природными материалами и формировать инвестиционно привлекательный имидж предприятий, использующих золошлаковые материалы, что является наилучшей рекламой для производителей золошлаковых материалов.

ЗАО «Геополис» в своем предложении предлагает не распыляться на производство строительных материалов различных видов как  это предлагается делать на ТЭЦ во Владивостоке, а постепенно осваивать  технологию изготовления изделий определенной номенклатуры, с последующим расширением номенклатуры изготавливаемых изделий, с увеличением количества золошлаковых материалов, вовлекаемых в производство строительных материалов.