На сегодняшний день предприятия теплоэнергетики Украины можно смело отнести к основным загрязнителям окружающей среды. На их долю приходится более 30% выбросов вредных веществ от общего объема выбросов промышленных предприятий. Возрастающий спрос на электроэнергию и тепло обуславливает повышение объемов их производства, что влечет за собой увеличения выбросов вредных веществ в атмосферу от объектов теплоэнергетики. Это, прежде всего, химическое загрязнение, связанное со значительными выбросами в атмосферу таких загрязнителей, как оксиды азота, углерода, диоксид серы, зола и др., загрязнение гидросферы органическими и взвешенными веществами, поступающими со сточными водами; различные виды физических воздействий, таких как тепловое и акустическое. Кроме того, деятельность теплоэлектростанций связана с образованием большого количества отходов различных классов опасности, значительную часть которых составляют золошлаковые отходы (ЗШМ).
Отвалы золошлаковых материалов занимают большие площади, а их уход требует значительных эксплуатационных расходов, которые влияют на повышение себестоимости производства энергоносителей. Они являются источником загрязнения окружающей среды, представляют опасность для здоровья населения и угрозу растительному и животному миру прилегающих территорий. Одним из возможных путей решения данной проблемы является утилизация отходов, то есть возвращение их в материальный кругооборот, что имеет важное экологическое, экономическое и энергосберегающее значение.
1. Актуальность темы
Проблема отходов занимает важнейшее место среди основных экологических проблем современности. По этому утилизация отходов ТЭС – одна из актуальных проблем. В настоящее время в целом по стране утилизируется не более 5-10 % золошлакового материала в различных отраслях строительства и промышленности. Остаток хранится в золошлакоотвалах без использования. При этом накопление золошлаков не прекращается, а, с учетом растущих потребностей в электроэнергии и недостаточных темпов развития других источников ее производства, увеличение количества складируемых золошлаковых отходов будет возрастать.
Известно, что даже при нормальной эксплуатации золошлакоотвалов имеют место проявления неблагоприятных геоэкологических процессов и явлений, нарушающих экологическое равновесие в районах их размещения.
Вместе с тем золошлаковые материалы по химическому и минералогическому составу во многом идентичны природному минеральному сырью. Использование их в промышленности, строительной индустрии и сельском хозяйстве – один из стратегических путей решения экологической проблемы в зоне работы ТЭС.
Проблема твердых бытовых отходов: история, пути решения, правовые аспекты
... проблему обрисовать городского мусора или твердых отходов бытовых (ТБО) как их называют специалисты. И традиции, по начну с данных американских экологов, чей всегда опыт ставится в ... проблем количество прямых отходов производства и большую перерабатывая часть отходов, люди становятся решения частью данной проблемы. ... океана - в увеличения случае доли оксида углерода в атмосфере. В действия результате ...
Актуальность проблемы накопления золошлаков определяется еще и тем, что в энергетической стратегии государства доля тепловых электростанций растет.
2. Цели, задачи, объект и методы исследования
Цель работы – совершенствование системы обращения с отходами тепловых электростанций (ТЭС) и разработка программы переработки и использования золошлаковых отходов (ЗШО).
Для достижения заданной цели необходимо решить такие задачи:
- Рассмотреть состав и особенности золошлаков ТЭС.
- Показать влияние золошлаковых отходов на окружающую среду.
- Выявить слабые места в процессе образования отходов.
- Проанализировать методы утилизации ЗШВ, которые существуют в мировой практике.
- Определить оптимальные методы утилизации ЗШВ.
- Разработать программу переработки и использования золошлаковых отходов тепловых электростанций.
- Произвести эколого-экономическую оценку разработанных мероприятий.
Объект исследования : золошлаковые отходы тепловых электростанций.
Методы исследования : аналитический обзор литературных источников, систематизация, обобщение и статистический анализ информации, анализ литературных и интернет источников.
3. Процесс образования золы и шлаков на ТЭС
При сжигании твердого топлива в топках при температуре около 1700-1900 °К тепловых электрических станций образуются многотоннажные твердые минеральные отходы, представленные шлаком и летучей золой (рисунок 1).
Мелкие и легкие частицы с удельной поверхностью 1500-3000 см²/г, содержащиеся в количестве около 90%, уносятся из топки газами, а более крупные оседают на под топки и сплавляются в кусковые шлаки.
На современных ТЭС уголь сжигают в пылевидном состоянии. Шлак образуется в результате слипания размягченных частиц золы в объеме топки и накапливается в шлаковом бункере под топкой. Размер зерен шлака 1-50 мм. Зола уносится из топки с дымовыми газами (зола унос) и улавливается при их очистке в циклонах и электрофильтрах. Размер частиц золы менее 1 мм. Большинство зол имеют сферическую форму частиц, гладкую остекловатую фактуру поверхности. Размер сферических частиц колеблется от нескольких микрон до 50-60 мкм.
Одна ТЭС средней мощности ежегодно выбрасывает в отвалы до 1 млн. т. золы и шлака, а ТЭС, сжигающая многозольное топливо, – до 5 млн. т. Складирование и хранение такой массы материала требует значительных капиталовложений. Золоотвал, занимает очень большие земельные площади, является источником неблагоприятной экологической обстановки в районе.
По химическому составу зола состоит на 85-90% из оксидов кремния, алюминия, железа, кальция и магния. Золы каменных и бурых углей, антрацита и торфа, как правило, являются кислыми. Исходя из вещественного состава и физико-механических характеристик минеральной части сгоревшего топлива, отходы ТЭС можно рассматривать как сложное техногенное сырье, пригодное для переработки известными методами, с целью получения конечных продуктов, при производстве практически всех строительных материалов и изделий [ 1 ].
Утилизация промышленных отходов
... и токсичных отходов, содержащих тяжелые металлы (шламы гальванического производства, шламы водоочистки, золошлаковые отходы термического обезвреживания). ... балконов, кровли, лестничные марши, подоконники, полы промышленных зданий, изготавливают трубы, высоковольтные изоляторы и ... воздухом. Грануляции подвергают в основном доменные шлаки. Утилизация доменных шлаков составляет около 60%, сталеплавильных — ...
4. Влияние золошлаковых отходов на окружающую среду
Золошлаки, образующихся от сжигания угля на ТЭС, являются крупнотоннажными отходами. Для их транспортировки применяются системы гидро- и пневмозолоудаления. В основном золошлаки транспортируются в виде пульпы низкой концентрации для размещения в гидрозолоотвалах, которые являются одним из главных источников загрязнения окружающей среды при производстве энергии.
Строительство и эксплуатация технологического хозяйства на ТЭС по сбору, транспортировке и хранению золошлаковых отходов требует значительных капитальных затрат, а также расходов на его обслуживание. Образование и хранение золошлаковых отходов негативно отражается на экосистеме прилегающей территории района их размещения:
- отвод и нарушение городских земельных угодий для строительства золоотвалов и их инженерной инфраструктуры (золопроводив, насосных станций и др.);
- попадание растворов из чаш золоотвалов в поверхностные и грунтовые воды с их последующим насыщением;
- пыление золы с поверхности чаш золоотвалов, особенно при накоплении значительного их количества и завершении исчерпания свободных емкостей на золоотвале.
К настоящему времени в отвалах ТЭС Украины накоплено 358,8 млн. т золошлаков на площади 3170 га. Среднегодовой выход шлаков достиг 14 млн. т и в связи с ухудшением качества топлива имеет тенденцию к росту. Это создает технологические и экологические проблемы, поскольку увеличиваются производственные затраты и стоимость природоохранных мероприятий [ 2 ].
5. Обращение с золошлаками
5.1 Обращение с золошлаками в международной практике
Для обработки экономически эффективных организационно-технических решений был изучен зарубежный опыт развитых стран по проблеме использования зол ТЭС.
Принципиальная идеологическая разница: в развитых странах золошлаки называют побочным продуктом ТЭС и электростанции осуществляют предпродажную подготовку продукта, доводя ее характеристики до требований официальных строительных нормативных документов.
В Украине и России золошлаки официально называют отходами, и электростанции предлагают потребителям именно отходы, а не технологически доработанный продукт с соответствием его характеристик требованиям строительных нормативных документов.
В Западной Европе и Японии при ТЭС практически ликвидированы золоотвалы. Сухая зола поступает в силосы, построенные рядом с главными корпусами ТЭС. Например, в Германии на многих электростанциях емкость силосов составляет 40-60 тыс. т, и обязательно строятся небольшие силосы с суточной и двухсуточной емкостью, из которых отбираются пробы для лабораторного анализа золы, и в которых она технологическими методами перемешивания и объемного дозирования по фракционному составу доводится до соответствия нормативным требованиям, после чего зола перегружается в силосы-хранилища.
В Германии функционирует наибольшая на Европейском континенте фирма по использованию зол ТЭС – Bau Mineral (ВМ) – дочерняя фирма энергосистемы. Эта компания – связующее звено между ТЭС и строительной индустрией.
Контроль за использованием и утилизацией отходов
... обращения с отходами - основа системы управления отходами. Контроль и учет в области использования и утилизации отходов должен осуществляться в соответствии с законодательными актами. Указанный контроль должен осуществляться на государственном, производственном и общественном уровнях. Государственный контроль за деятельностью в области обращения с отходами включает в ...
Продукция ВМ отвечает стандартам и инструкциям DIN, которые подвержены внешнему контролю со стороны институтов тестирования стройматериалов. Основа гарантии качества – непрерывный контроль продукции в собственных прекрасно оборудованных лабораториях тестирования стройматериалов.
Из 4,3 млн. т летучей золы 3,5 млн. т соответствуют Европейскому стандарту летучей золы для материалов из летучей золы.
Топочный песок и граншлаки утилизировались полностью. Граншлаки – заменитель песка при пескоструйной очистке. Главное требование – однородность свойств золы.
Области использования: добавки в бетон, раствор, цемент, силикатные изделия, производство кирпича, подземное и дорожное строительство. Основное направление – замена цемента.
В Германии нет ТЭС без силосов для золы. Например, на ТЭС Мольке
общий объем силосов – 60 тыс. т, выход золы – 600 тыс. т/час. При ТЭС нет никаких отвалов золы.
Побочные продукты ТЕС экспортируются в соседние страны. Для летучей золы обязательно наличие сертификата, если она идет в строительство и индустрию строительства.
В Германии 3,1 млн. т цемента заменяется золой. Зола утилизируется экологически чистым методом. Экономятся ресурсы, энергия, необходимая для производства цемента; сокращаются выбросы СО2 на 3,1 млн. т (при производстве 1 т цемента происходят выбросы 1 т СО2), что существенно в свете требований Киотского протокола по снижению выбросов СО2. Окупаются расходы на силосы, транспорт, заработную плату.
Электростанция (ТЭС) – производитель продуктов, а не отходов. Однородность – главное для золы.
В США строители законодательно обязаны применять золу ТЭС в бетонах и растворах. Нарушители поддаются экономическим санкциям со стороны государства. Часто ТЭС доплачивает потребителю за отбор золы.
В Китае золошлаки ТЭС отпускаются потребителям бесплатно.
В Польше применяются мощные экономические рычаги, стимулирующие использования золошлаков [ 3 ].
На рисунках 2 и 3 представлены диаграммы количества золы и шлаков, которые были утилизированы различными путями в 15 странах ЕС. Данные предоставлены Европейской ассоциацией по сжиганию угля (ECOBA).
Таким образом, видим, что твердые отходы ТЭС находят наибольшее применение в строительной индустрии: в промышленности строительных материалов, в дорожном строительстве, для заполнения горнорудных выработок и для других направлений.
5.2 Обращение с золошлаками в Украине
К настоящему времени в отвалах ТЭС Украины накоплено 358,8 млн. т золошлаков на площади 3170 га. Среднегодовой выход шлаков достиг 14 млн. т и в связи с ухудшением качества топлива имеет тенденцию к росту. Несмотря на очевидные выгоды и перспективы широкого применения золошлаковых отходов, объем их использования в нашей стране не превышает 10%. Коммерческое использование золошлаковых материалов в Украине в 2011 г. находилось на уровне всего 5%. Утилизация золошлаков требует решения комплекса вопросов – от разработки технических условий на их применение, технологических линий по их переработке, транспортных и погрузочно-разгрузочных средств до перестройки психологии хозяйственников в отношении вторичных минеральных ресурсов. Золоотвалы ряда станций Украины близки к переполнению или уже переполнены, а их расширение требует значительных капитальных затрат, при этом землеотвод крайне затруднен, а в ряде случаев – невозможен [ 4 ].
Использование недревесных продуктов леса
... увеличение экономической эффективности сбора продуктов необходимо исследование этой темы. Объектом исследования является недревесные продукты леса. Предмет исследования - определение ... и венерических заболеваниях, маточных кровотечениях, вызванных тяжелой работой. Толокнянка входит в состав мочегонного чая. ... в ранку. В золе листьев крапивы содержится до 6,3 % окиси железа. По содержанию белков она ...
ДТЭК уже решает эту проблему, используя собственный шлак для укрепления дамб золоотвала. Но самое важное, что сегодня компания всерьез взялась за решение вопроса по утилизации золошлаков, стремясь использовать европейские подходы в Украине. Задача, надо признать, весьма амбициозная – решить проблему золоотвалов, отходы на которых накапливались 40-60 лет, очень непросто, и для достижения конечной цели потребуется время. Поэтому уже сейчас ДТЭК (единственная украинская компания-инициатор) начала международный диалог на эту тему. И в сентябре текущего года ДТЭК, Польский союз обращения с золошлаковыми материалами и EKOTECHIP при содействии Польско-украинской торгово-промышленной палаты подписали меморандум о взаимопонимании в сфере использования золы и шлаков в Украине. Сотрудничество сторон будет включать в себя работу над приведением законодательства Украины в соответствие с европейским, разработку национальных стандартов и технических условий, научные и рыночные исследования, а также реализацию пилотных проектов по внедрению современных технологий в сфере обращения с золошлаковыми материалами. Конкретные достижения, конечно, еще впереди, но главное, что процесс уже запущен.
Несомненно, стремление ДТЭК к экологическому прогрессу в своей деятельности позволит украинским предприятиям, в частности Запорожской ТЭС, осознаннее подходить к проблеме золоотвалов, в ближайшие годы полностью привести все основное оборудование энергогенерирующих активов в соответствие с европейскими стандартами [ 5 ].
5.3 Сдерживающие факторы использования ЗШО на Украинских ТЭС
Использования золы ТЭС в строительстве и других отраслях сдерживается целым рядом негативных факторов:
- Энергетики не переделывают золошлаковые отходы (ЗШО) в стабилизированный продукт, соответствующий строительным СНиПам, ГОСТам, а традиционно предлагают рынку ЗШО с очень нестабильными физико-химическими характеристиками.
- На ТЭС отсутствуют силосы на двух – трехсуточную емкость для усреднения в них физико-химических характеристик золы и накопительные силосы для хранения и отгрузки золы.
- У потребителей нет устройств для принятия и хранения золы.
- Неразвитость инфраструктуры Украины и, как следствие, большие транспортные расходы на перевоз ЗШО.
- Отсутствие обязательных государственных технико-экономических законодательных документов и стимулов на применение золы предприятиями строительства и строительных материалов, сельского хозяйства и других отраслей.
- Отсутствие в Украине комплексной программы использования золошлаков ТЭС [3 ].
6. Перспективные технологи переработки золошлаковых отходов ТЭС
6.1 Получение сухих строительных смесей
Золу сухого отбора и золошлаки ТЭС можно использовать для получения таких сухих золошлакопродуктов высокой потребительской стоимости :
- сухие безклинкерные вяжущие;
- мелкодисперсный песок на основе рассеяния золы из форкамер;
- мелко-, средне- и крупнозернистый песок на основе измельченного шлака;
- многофракционный щебень на основе измельченного шлака;
- сухие строительные смеси для растворов различного назначения (штукатурные, шпаклевочные, клеевые, гидрофобные, наливные и др.) на основе 1- 4 продуктов;
- сухие бетонные смеси различного назначения на основе 1- 5 продуктов.
Как основа для производства перечисленных продуктов может быть предложен модульный завод сухих строительных смесей (рисунок 4).
Экономические ресурсы и факторы производства. Проблема эффективного ...
... знания. Поэтому сегодня она стала одним из видов ресурсов, основным условием производства. Исключительным правом соединения и использования факторов производства в рыночной экономике пользуется фактор особого рода – предпринимательская способност ь. Предприниматель обладает ...
Завод необходимо доработать относительно золы ТЭС: построить размольное, дробильное и сушильное отделение с использованием тепла дымовых газов ТЭС, которые выбрасываются. Особенностью модульного завода есть возможность устанавливать вблизи или на площадках ТЭС батарею
из модульных заводов и неограниченно наращивать их производительность [3 ].
Преимущества предлагаемой системы утилизации:
- многопередельные продукты на основе золошлаков должны стать источником инвестиций на техническое перевооружение ТЭС;
- продукты на основе золошлаков должны стать финансовым источником покрытия экологических платежей ТЭС;
- рентабельность производства многопередельных продуктов из золошлаков на ТЭС превышает рентабельность производства электроэнергии;
- многопередельные продукты по своей конкурентоспособности позволят ориентироваться на рынки Украины, стран СНГ и Дальнего Зарубежья, а не быть привязанными традиционно только к потребителю в радиусе максимум 100 км ;
- ЗШО, как товарный продукт и сырье для многопередельных золошлаковых продуктов, сами по себе ничего не стоят, поскольку расходы на изготовление ЗШО, их транспортировку и хранение на золоотвалах входят в себестоимость электроэнергии ТЭС и уплаченны ее потребителями;
- расфасованные многопередельные продукты на основе золошлаков доступны длительному хранению в складских помещениях, не снижая своих потребительских свойств.
6.2 Производство силикатного кирпича
На долю силикатного кирпича приходится значительная часть всего объема стеновых материалов. Приведенные затраты на возведение стен из силикатного кирпича составляют примерно 84% по сравнению с необходимыми расходами при использовании керамического кирпича.
Расход условного топлива и электроэнергии на производство силикатного кирпича в 2 раза ниже, чем на производство керамического. На получение 1 тыс. шт. силикатного кирпича расходуется в среднем 4,9 ГДж тепла , половина которого составляет тепло на обжиг извести, а другая – на автоклавную обработку и другие технологические операции.
В производстве этого материала золы и шлаки ТЭС используются как компонент вяжущего или заполнителя (рисунок 5).
В первом случае расход золы достигает 500 кг на 1 тыс. шт. кирпича, во втором – 1,5-3,5 т.[ 6 ].
Силикатный кирпич с добавками зол и топливных шлаков твердеет в автоклавах при давлении насыщенного пара 0,8-1,6 МПа. Рекомендуемая выдержка – 4-8 час.
Кирпич из золосиликатной смеси имеет преимущества по сравнению с обычным: средняя плотность (17 млн. кг/м³ против 19 млн. кг/м³).
Применение его позволяет уменьшить толщину наружных стен на 20%, а массу – на 40 % и существенно сократить расход тепла на отопление зданий.
Базовые понятия. Глава 3. Основные экономические термины [Электронный ...
... особенности спроса и предложения на рынке ресурсов; Рассмотреть ограниченность и оптимальный выбор ресурсов; Описать ценообразование на рынках ресурсов; Сделать обобщение по изученной теме. ... общества ограниченных ресурсов между отдельными потребителями. На рынках ресурсов формируются издержки производства, которые определяются ценами на ресурсы. Кроме этого на рынках ресурсов формируются доходы ...
7. Основные направления по увеличению использования ЗШО
Основная цель энергетиков не переработка всего объема ЗШО, а создание объективных условий для их максимального использования в процессе производства товарной продукции, в том числе и на собственных производствах.
Для успешного решения проблемы утилизации золошлаков и нанесения минимального экологического убытка окружающей среде при создании и модернизации систем ЗШО прежде всего необходимо соблюдать следующие основные принципы:
- раздельное удаление золы и шлака;
- возможность 100%-го сбора и отгрузки сухой золы;
- экологически приемлемые способы размещения незатребованной части сухой золы и шлаков (грануляция, заполнение горных выработок и карьеров и др.);
- совершенствование оборудования и схемных решений отдельных узлов, установок и системы ЗШО;
- максимальная механизация и автоматизация технологических процессов.
Наиболее приемлемой для практического применения является система летучей золы сухого отбора, поскольку она всегда классифицирована в соответствии с полями электрофильтров по фракционному составу. Такая зола может сохраняться в силосах в сухом виде и применяться в производстве без дополнительной подготовки. Система подачи летучей золы в бетоносмесительные узлы аналогична трактам подачи цемента. Основным заданием ТЭС, оснащенных электрофильтрами и циклонами, является оснащение их установками для сухого отбора золы. На ТЭС, оснащенных мокрыми золоуловителями (скруббер, трубы Вентури и др.), – установками по сгущению и обезвоживанию золовой пульпы до 10-15% влажности.
В настоящее время для удаления золы и шлака на отвал применяется напорный гидравлический транспорт. Пневматические системы удаления применяются крайне редко. Однако если установки сухого золоулавливания эксплуатируются на 60% ТЭС, то механизмами для отбора сухой золы оборудованны меньше 4%.
Использование ЗШО можно считать бизнес направлением. Для достижения этой цели целесообразно разработать предложения по экономическому стимулированию использования ЗШО с включением соответствующих положений в проект закона «О вторичных материальных ресурсах». Одновременно подготовить проект программы совместно с привлечением заинтересованных отраслей экономики.
Одним из основных направлений увеличения производства и реализации продуктов из ЗШО есть освоение региональных рынков сбыта строительных материалов. Очень важно изменить взгляд на отходы, то есть перестать рассматривать, их как загрязняющие вещества, которые требуют контроля, а считать их источниками сырья и материалов [ 3 ].
Выводы
Рассмотрен состав и особенности золошлаков ТЭС, показано влияние золошлаковых отходов на окружающую среду, выявлены слабые места в процессе образования отходов, проанализированы методы утилизации ЗШО, которые существуют в мировой практике, определены оптимальне методы утилизации ЗШО, розработана программа переработки и использования золошлаковых отходов тепловых электростанций, произведена эколого-экономическая оценка разработанных мероприятий.
Список источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/othodyi-teplovyih-elektrostantsiy/
- Классификация отходов ТЭС. – Глобальная сеть рефератов «Олбест» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00093796_0.html
- Использование золошлаковых отходов в Новосибирской области. – Газета «Континент Сибирь», вып. 19, 2008 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ksonline.ru/ks/-/jid/382/cat_id/6/id/19105/
- Анализ технологий и методов утилизации твёрдых продуктов десульфуризации и частиц золы. – Украинский финансово-промышленный концерн «УФПК» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ufpk.com.ua/files/p3/analiz.html
- Галич С.А. Перспективы использования золошлаков ТЭС в качестве микроудобрения для почв. – Институт проблем машиностроения Национальной академии наук Украины, Харьков, Украина [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://waste.ua/cooperation/2007/theses/galich.html
- ДТЭК Запорожская ТЭС: на пути к экологичности европейского образца. – Городской портал. Запорожье. [Электронный ресурс] – Режим доступа:http://www.misto.zp.ua/article/partners12527.html
- Силикатный кирпич, керамические и плавленые материалы на основе зол и шлаков ТЭС. – Сайт «Строительные товары» [Электронный ресурс] – Режим доступа:http://www.vserinki.ru/stroika/?Obshaya__harakteristika_othodov:Silikatnyi__kirpich%2C_keramicheskie_i_plavlenye_materialy_na_osnove_zol_i_shlakov_TES
- Асланян Г.С. Экологически Чистые Угольные Технологии. Аналитический обзор. – Центр энергетической политики, Москва [Электронный ресурс] – Режим доступа:http://www.unece.org/fileadmin/DAM/ie/capact/ppp/pdfs/aslanjan_rf.pdf
Важное замечание
Разработка системы контроля и управления доступом к охраняемым объектам
... СКУД - это совокупность средств контроля и управления доступом, обладающих технической, информационной, программной и эксплуатационной совместимостью. Средства управления (СУ) - аппаратные средства (устройства) и программные средства, обеспечивающие установку режимов доступа, ... (карты, электронные ключи, брелоки и др. 1.1 Общие принципы работы систем контроля и управления доступом Существуют ...
При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2014 г. Полный текст работы и материалы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.
