Энерговектор
О насНовостиНаука и технологииСтратегияАрхив

Несказочная золушка

07.03.2016, Анна Марченко, инженер ООО «ЛУКОЙЛ-Экоэнерго»
При утилизации отходов угольных тепловых станций можно получить экологический и экономический эффекты

Учёные и предприниматели во всём мире продолжают поиск новых источников ресурсов. В 2015 г. президент США Барак Обама даже подписал закон, позволяющий американским компаниям добывать полезные ископаемые в космическом пространстве. Между тем у нас на Земле буквально под ногами находятся ресурсы, которые мы зачастую не воспринимаем всерьёз, а, напротив, считаем проблемой. Среди таких ресурсов – зола и шлак – отходы угольных электростанций, которые при правильном подходе могут оказаться полезными.

 

Масштаб проблемы

В России действуют более 170 ТЭС на угольном топливе. В их отвалах в настоящее время уже накоплено около 1,5 млрд т золошлаковых отходов (ЗШО), объём которых ежегодно увеличивается в среднем на 22–23 млн т.

В дискуссиях о приоритетах атомных и тепловых электростанций различных видов существенным аргументом против строительства новых угольных ТЭС часто становится именно необходимость создания около них золоотвалов. Они уже занимают огромные площади земель (всего около 28 тыс. га), а их содержание выливается в значительные затраты, которые повышают себестоимость производства электрической и тепловой энергии на 5–7%. Разумеется, эти расходы оплачиваются из кармана потребителей.


Золоотвалы, по сути, – это техногенные пустыни

Помимо этого, по мере роста городов некоторые действующие золоотвалы оказались в зонах жилой застройки, что негативно сказывается на здоровье людей. Ведь при сильном ветре концентрация золы в воздухе может превышать предельно допустимый уровень на расстоянии до 4 км от золоотвала.

Рекультивация золоотвала – дело финансово затратное и технически сложное, но необходимое, ведь даже через много лет не используемые по назначению золоотвалы не способны естественным образом вернуться в прежнее состояние и стать нормальной почвой для зелёных насаждений.


После рекультивации на месте золоотвала
может появиться роща

На территории рекультивированного отвала можно строить малоэтажные дома (однако перспектива жить на золоотвале вряд ли кого-то всерьёз заинтересует), дороги, автостоянки, терминалы, промышленные площадки. Интересный проект реализован в Орске (Оренбургская область), где ПАО «Т Плюс» возвело фотоэлектрическую электростанцию на золоотвале Орской ТЭЦ-1. Таким образом был достигнут двойной экологический эффект: во-первых, создан современный объект альтернативной электроэнергетики, а во-вторых, при подготовке площадки под строительство была проведена рекультивация земель с укладкой более 200 тыс. куб. м грунта. К сожалению, в нашей стране это пока единичный пример.


Фотоэлектрическая станция на бывшем золоотвале в Орске
даёт пример двойного экологического эффекта

Тем временем мировая практика развития угольной генерации предполагает строительство ТЭС с небольшими золошлакоотвалами или вообще без них. В современных проектах большая часть золы и шлака немедленно вовлекается в новое производство в качестве сырья.

 

Отбросы или ценность?

В топках ТЭС при сжигании бурого и каменного угля образуются шлак и летучая зола. Условной границей между ними можно принять фракцию 0,25 мм. Мелкие и лёгкие частицы уносятся из топки газами, а более крупные оседают на под топки и сплавляются в кусковые шлаки. Мелкая и лёгкая фракции улавливаются фильтрами ТЭС, а в золосборнике накапливается ценная зола сухого отбора. Если очищать золосборники водой, зола и шлак смешиваются в виде пульпы, в результате образуются менее ценные полидисперсные шлакозольные смеси.

Состав и свойства ЗШО ТЭС зависят от минерального состава топлива и режима его сжигания. Угли разных месторождений и, соответственно, образующиеся золы существенно различаются по составу минеральной части – содержанию и соотношению основных элементов. Во многих из них в результате анализов было обнаружено сравнимое с природными рудами содержание таких редких элементов, как германий, скандий, лантан, церий, иттрий, галлий, ванадий и др. Все эти элементы весьма дорогостоящие и дефицитные на отечественном и мировом рынках.

В России разработано множество технологий для извлечения редких металлов из ЗШО. Важным преимуществом этого способа добычи редких элементов перед разработкой природных руд становится то, что ЗШО находятся не в недрах Земли, а уже на поверхности, не требуют расходов на обустройство и эксплуатацию месторождений, включая создание и обслуживание новых отвалов. Однако существуют и проблемы: дороговизна установок, высокие требования (в т. ч. экологические) к безопасности работ, дополнительные расходы на утилизацию переработанных зол, а также отсутствие законодательной базы для такого производства. Но, несмотря на трудности, технологии извлечения редких металлов из зол ТЭС приобретают шансы стать весьма распространёнными (особенно в Сибири, где сконцентрирован основной объём ЗШО) и рентабельными.

Определённую ценность ЗШО имеют и в производстве минеральных удобрений для сельского хозяйства, а также при известковании почв. Однако наибольшие масштабы по применению ЗШО обещает строительная индустрия, и здесь можно выделить несколько основных направлений:

1) замена песка в тяжёлых бетонах (частично или полностью) на золошлаковую смесь;

2) замена кварцевого песка на золу ТЭС при производстве лёгких бетонов позволяет снизить среднюю плотность продукции на 20% и обеспечить хорошие теплозащитные свойства наружных стен;

3) производство мелкозернистого бетона на шлакопесчаном заполнителе. Зола в песчаном бетоне выполняет роль микронаполнителя и пуццолановой добавки. Она заполняет пустоты между песчинками, увеличивает содержание вяжущего теста и объёмную концентрацию твёрдой фазы в бетонной смеси;

4) золы ТЭС также используются для производства ячеистых золобетонов. За счёт развитой внутренней пористости частиц золы они, при прочих равных условиях, характеризуются меньшей плотностью по сравнению с подобными бетонами на песке;

5) строительство автомобильных дорог с применением зол и золошлаковых материалов – важнейшее направление утилизации ЗШО. Опыт такого строительства имеется в разных регионах России. При прокладке трасс Москва – Серпухов, Москва – Рига, Москва – Кашира построено около 300 км дорог с применением зол и золошлаковых смесей. На автомобильной дороге Алтай – Кузбасс на отсыпке слоёв земляного полотна использовано более 65 тыс. куб. м золошлаковых материалов.

 

Стоп-фактор

Что же сдерживает широкое использование золошлаковых материалов в промышленности, строительной индустрии и сельском хозяйстве?

В числе главных причин эксперты выделяют то, что в стране нет технической политики и системного подхода при решении этой проблемы и, следовательно, нет экономической заинтересованности как производителей, так и потребителей ЗШО. Кроме того, затруднена конкуренция золошлаков ТЭС с первичными минеральными ресурсами из-за невысоких цен на природные материалы.


Зола – сырьё для производства качественных
строительных материалов

Существуют и технологические причины. Как уже отмечалось, наиболее ценной для практического применения считается зола сухого отбора. Она обладает стабильными свойствами, важными для получения качественных строительных материалов. Однако на большинстве российских ТЭС в настоящее время применяют системы гидроудаления золы и шлака. Пневматические системы их удаления используются редко. Влажные золошлаки, попадая в отвалы-накопители, быстро слёживаются и в значительной степени теряют свои ценные качества.

Для модернизации производства и увеличения объёма поставок золы сухого отбора необходимы значительные средства, которые энергетические предприятия в сложившихся экономических условиях не могут себе позволить.

* * *

В завершение отметим, что ПАО «ЛУКОЙЛ» не имеет угольных электростанций на территории России, но может участвовать в утилизации ЗШО как поставщик битумов для дорожного строительства.

В Технической политике ПАО «ЛУКОЙЛ» в области энергетической эффективности определены основные требования на случаи строительства угольных ТЭС, включая необходимость обеспечить эффективное золоулавливание и отпуск золы потребителю, раздельное удаление золы и шлака, а также максимальную механизацию и автоматизацию всех технологических процессов.



 

Редакция

Главный редактор: Иван Рогожкин
Консультант: Людмила Зимина
Корректор: Анатолий Печейкин
Дизайнер: Мария Хомутская
Руководитель проекта:
Максим Родионов

Контакты

Россия, 101000,
г. Москва, а/я 230.
Тел.: +7 (916) 422-95-19
Web-site: www.enegrovector.com
E-mail: oilru.com
facebook.com/energovector


©2011-2017. Ежемесячная газета «Энерговектор». Все права защищены.