Новая технология переработки кислых золошлаковых отходов ТЭЦ в силикатный кирпич

Использование зол и золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭЦ во многих странах мира превышает 40–60 % от их выхода. В России объем перерабатываемых золошлаковых материалов не превышает 10 %. Причины такого положения дел в России – многочисленны. Одна из главных заключается в широком распространении ТЭЦ малой и средней мощности с системой улавливания золы в скрубберах (мокрые циклоны), после которых можно отбирать из систем гидрозолоудаления (ГЗУ) либо золошлаковую пульпу с коэффициентом разбавления водой до 100, либо золошлаковую смесь из отвала с влажностью более 40 %.

Другая основная причина заключается в большом содержании недогоревшего угля (механический недожог или потери при прокаливании) в таких ЗШО, доля которого достигает 30 % от общей массы, в среднем составляя 15–20 %. Применение такого рода сырья проблематично из-за высокого содержания органики. Если рассматривать данную проблематику с экономической точки зрения, то ТЭЦ несут огромные издержки по удалению, хранению данного вида отходов, а также «экологическим» выплатам и т. п. Только на воду для ГЗУ средняя ТЭЦ затрачивает более 100 млн руб. в год. Оборотное водоснабжение у таких ТЭЦ, как правило, отсутствует. С учетом развивающихся рыночных отношений это крайне нецелесообразно и поэтому использование ЗШО ТЭЦ в России сегодня становится все более актуальной задачей.

Цель настоящей работы – предложить технологическую схему переработки золошлаковых отходов, обеспечивающую снижение издержек ТЭЦ и получение качественного минерального сырья для производства силикатного кирпича.

Оценку состава и свойств ЗШО осуществляли для отходов ТЭЦ Барнаула, Бийска, Рубцовска, сжигающих кузнецкий каменный уголь марки СС и в целом характеризующих сложившуюся ситуацию в Сибири. В золоотвале Барнаульской ТЭЦ-2 находятся отходы с потерями при прокаливании (ППП) от 3,8 до 26,9 % со среднегодовым количеством мехнедожога в 19,5 % по отчёту ТЭЦ-2 за 2009 г. (см. таблицу). Аналогичная картина наблюдается и

Химический состав использованных зол и золошлаков ТЭЦ-2

Наименование материала	Потери при прокаливании (ППП)	SiO 2	Al2O 3	Fe 2 O 3	CaO	MgO	SO 3	Сумма
1.ЗШО ТЭЦ-2 проба 1	3,83	43,15	12,86	32,10	5,55	2,31	0,09	99,89
2. ЗШО ТЭЦ-2 проба 2	26,87	44,43	18,38	1,81	4,64	1,29	0,57	96,87
3. ЗШО ТЭЦ-2 проба 2 после прокаливания	–	54,38	26,28	6,87	5,16	1,36	0,57	95,16
4. ЗШО ТЭЦ-2 проба 3	25,12	46,28	18,97	1,18	2,94	0,73	0,41	95,63
5. ЗШО ТЭЦ-2 проба 3 после прокаливания	–	58,07	26,89	6,71	4,25	0,27	0,16	96,35
6. КУЗ ТЭЦ-2	8,32	56,10	21,16	6,06	4,38	0,90	0,98	97,90
7. Шлак ТЭЦ-2	0,30	62,12	23,21	9,28	3,53	1,06	0,30	99,80

Примечание. КУЗ – каменноугольная зола, отобранная после скруббера.

Гильмияров Д.И., Михайленко А.А., Овчаренко Г.И.

для ТЭЦ Бийска и Рубцовска. Количество шлаковой составляющей в этих отходах не превышает 5 % и это не влияет на содержание ППП в материале.

Оценка влияния мехнедожога на характеристики минерального сырья производилась по свойствам полученного силикатного кирпича. Зольная составляющая разбавлялась молотым шлаком ТЭЦ-2 для получения кислого компонента с разным содержанием ППП. Использование ЗШО с содержанием ококсованного угля уже в 5 % приводит к падению прочности в 2 раза в сравнении с сырьем без ППП, а при 25 % – в 10 раз (рис. 1).

Таким образом, было принято решение о дожигании ЗШО при температуре котла кипящего слоя в 800 °С до полного выгорания ококсованно-го угля, а также помола полученного минерального сырья после обжига.

Как видно из рис. 2, прокаливание и помол благоприятно влияют на прочностные характери- стики полученного материала. Также были проведены испытания на морозостойкость полученного материала. Из рис. 3 видно, что уже при 50 % затрат энергии на помол прочность составов повышается практически в 2 раза. При этом даже после 35 циклов морозостойкости не отмечается снижения прочности.

Для того, чтобы передел прокаливания не был затратным, нами рассмотрен вариант дожигания золошлаков ТЭЦ в котлах кипящего слоя с получением дополнительной тепловой энергии, которую можно вернуть на ТЭЦ, либо использовать в технологии получения строительных материалов.

Для устойчивой работы котла необходима калорийность отхода в пределах 1,5–1,8 ккал/кг (6,3– 7,5 кДж/кг) и формирование его в виде гранул до 5– 7 мм в диаметре. Часто в ЗШО содержание ППП достаточно для устойчивой работы котла. В случае низкого содержания мехнедожога в отходе, в схеме

Рис. 1. Зависимость прочности при сжатии составов от ППП кислого компонента

Рис. 2. Зависимость прочности составов из прокаленной пробы ЗШО с начальным содержанием ППП = 26,87 % от энергии помола сырья и содержания извести (за 100 % приняты затраты энергии на помол смеси клинкера и гипса до тонкости выпускаемого заводом цемента)

Строительные материалы и изделия

ЗШ0(1 ЗШО(50%ЭП, ЗШО (2 проба) ЗШО(50%ЭП, проба)+15И+5Г 1проба)+10И+5Г +10И+5Г 2проба)+10И+5Г

Рис. 3. Зависимость прочности составов с разными содержанием извести и энергией помола (ЭП) циклов морозостойкости

Рис. 4. Технологическая схема переработки кислых золошлаковых отходов ТЭЦ в качественное минеральное сырьё

предусматривается дополнительное введение молотого угля в пределах 10–15 %. Особенность работы котла кипящего слоя заключается в том, что в нем температура горения не превышает 800 °С и топливо выгорает до содержания не более 0,5 %.

Для работы кипящего слоя необходимо гранулировать ЗШО. Сами по себе отходы плохо поддаются грануляции из-за отсутствия связующего компонента, и во время прокаливания гранулы будут разрушаться. Нами исследовался ряд связок для грануляции ЗШО. Лучшие результаты были получены с применением извести. Рекомендуемое количество составляет порядка 9 %. При этом такое же количество извести необходимо для получения силикатного кирпича с хорошими физикомеханическими характеристиками. Также для грануляции возможно применение глины и жидкого стекла [1]. Полученный прокаленный гранулят имеет приятный бежевый цвет. Таким образом, была предложена технологическая схема (рис. 4).

Выводы

• 1.    Предложена технологическая схема по переработке золошлаковых отходов ТЭЦ из ГЗУ и золоотвалов с их обезвоживанием и дожиганием мехнедожега в котлах кипящего слоя, а также их эффективным дальнейшим использованием в качестве сырья для производства стройматериалов.

• 2.    Переработка кислых зол и золошлаков на силикатный кирпич требует обязательного их дожигания и помола. Это позволяет получить стеновой материал с высокими строительно-техническими характеристиками.