Комплексная безотходная технология переработки отходов тепловых электростанций – зол уноса от сжигания бурых углей Канско-Ачинского Бассейна.

Отходы от сжигания высокозольных бурых углей Канско-Ачинского угольного бассейна, расположенного в Красноярском крае, составляют многие миллионы тонн ежегодно. Зола уноса - улавливаемая в электрофильтрах пыль является одним из самых «популярных» объектов исследования в экологическом направлении, которому посвящены тысячи исследовательских работ в десятках организаций бывшего СССР и России.

Связано это с тем, что огромные массы отходов накапливаются непосредственно вблизи мегаполисов, отчуждая дорогую пригородную землю с тенденцией нелинейного роста и существенно снижая рыночную ценность близлежащей земли и строений. Из-за высокого содержания щелочи и водорастворимых сульфатов давление на окружающую среду (водный и воздушный бассейн, окружающий ландшафт) очень велико.

 
Золоотвалы требуют огромных затрат на содержание. Доля затрат на мокрую транспортировку отходов на золоотвал и его обслуживание составляет десятки % в себестоимости собственно конечных продуктов ТЭС – электроэнергии и тепла. Однако полные шкафы «разработок» по утилизации золы уноса не дали и не могли дать никакого положительного эффекта (только отрицательный из-за огромных затрат на исследования).

Этому есть целый ряд причин:

1. в бывшем СССР этой проблемой монопольно занималась строительная «наука», а также энергетики, которые по роду своих занятий не могли решить сложную междисциплинарную проблему;

2. проблема носит комплексный характер, любые частные решения обречены на неудачу из-за огромных масс отходов и проблем с транспортировкой;

3. без рыночных отношений и соответствующей инфраструктуры попытки решения проблемы утилизации золы имели чисто волюнтаристский характер;

4. зола уноса – типичная гетерогенная смесь, все попытки ее использования в производстве строительных материалов как целого обречена на неудачу из-за нестабильного состава и компонентов различного применения;

5. на мировом рынке отсутствует по сей день эффективная техника для сепарации многотоннажных тонких гетерогенных смесей – обычная техника типа центробежных классификаторов требует улавливания тонкой пыли на выходе, а это технически и экономически невозможно при известных принципах;

6. высокое содержание оксида кальция ограничивает основную область утилизации золы уноса – бетонные и штукатурные растворы, то же время низкая активность гидратации зерен свободного оксида кальция приводит к локальному увеличению объема внутри затвердевшего камня, появлению внутренних напряжений и его разрушению изнутри.

Таким образом, проблема утилизации золы имеет несколько составляющих:

А) техническая проблема сепарации гетерогенных смесей;

Б) поиск и разработка технологий использования выделенных компонентов золы уноса;

В) создание рынка для продуктов из золы – огромные массы новых продуктов не могут быть сразу восприняты на рынке, особенно дешевые из-за ограниченной емкости локального рынка;

Г) временная – производство золы осуществляется в основном в отопительный период, а потребление – в летний строительный сезон;

Д) организационная – решение проблемы НЕВОЗМОЖНО без согласованной политики региональных властей, РАО ЕЭС, ТЭС, строительных организаций, а также подготовленных индивидуальных застройщиков.

Самая сложная в России проблема из перечисленных – последняя, но для успешной реализации проекта в целом необходимо гибкое и взаимоувязанное решение всех составляющих.

А. Техническое решение проблемы сепарации золы уноса.

Для разделения тонких материалов разработана уникальная, не имеющая в мире аналогов эко-техника с общим названием Электромассклассификатор (ЭМК). Принцип действия этой многофункциональной техники для сухой переработки тонких материалов основан на механохимическом явлении «газо-пылевой плазмы» - плотного аэрозоля и заряженных частиц. Генерация и разделение во внутренних электрических полях аэрозоля приводит к возможности получения неограниченного числа фракций в замкнутом объеме, т.е. без использования фильтров, циклонов, компрессоров и т.п. Простота конструкции ЭМК и низкие эксплуатационные расходы (в 2-3 раза ниже, чем у техники, решающей похожую задачу) впервые делают возможным переработку много тоннажных сухих отходов и минерального сырья. Обеспыливание материала обеспечивает возможность разделения гетерогенного материала по другим параметрам: магнитным, электрическим, плотности, форме и даже цвету частиц. Некоторые из разработанных сепараторов также не имеют пока аналогов в мире. Схема переработки золы перед вами.

Б. Технологии и продукты из золы уноса.

Основная масса золы 40-50% идет в зольный бетон марки 200 (малая добавка цемента стабилизирует нижнюю границу прочности). Основную прибыль процесса обеспечивает получение дорогих сферических фракций, которые могут быть использованы для производства порошков для копировальной техники – девелоперов и тонеров. Их потенциальная стоимость многократно превышает собственно цену исходного угля. Для извлечения сферических частиц >20 мкм из магнитных фракций разработан специальный сепаратор, не имеющий аналогов на мировом рынке. Другие продукты переработки:

- кокс в количестве 3-5% (возвращается на сжигание в котел),
- магнетит 6-10% (сырье для черной металлургии),
- специальный черный пигмент 1-2%,
- 30-40% материал для строительных и штукатурных растворов с высокой пластичностью.

В. Создание рынка для продуктов из золы.

Главную проблему составляет утилизация основной массы золы. Дешевый бетон на основе механически активированного зольного вяжущего материала обладает рядом особенностей. В первую очередь имеется ввиду медленный набор прочности в первые дни после затворения, а также необходимость использования через 2-7 суток после активации и добавки раствора хлорида кальция для химической активации стекол и связывания сульфата кальция.

Оптимальный срок хранения связан с ростом активности в первые дни после активации в ЭМК, а также со старением материала из-за взаимодействия с влагой и углекислым газом. Медленное твердение делают его мало востребованным (только в качестве добавки примерно 15-30% для снижения потребления цемента) обычными бетонными заводами, производящими несущие бетонные плиты с ускоренным процессом твердения для быстрого оборота опалубки. Однако, эти особенности не мешают использованию зольного вяжущего в индивидуальном строительстве для производства безарматурных малых бетонных блоков, а также в строительстве местных дорог и тротуаров из тех же блоков, для мощения откосов мостов и дамб.

Низкая стоимость бетона из производимого в огромном количестве прямо в мегаполисе вяжущего материала стимулирует строительство, в первую очередь индивидуальное и дорожное. Для реализации большой массы материала в индивидуальном строительстве необходимо сделать доступными и другие основные материалы средним россиянам, что сделано в рамках программы «Экодом», получившей 1-ую премию на всероссийском конкурсе «Свой дом» в 1996 году. Строительство местных дорог и тротуаров, которых сильно не хватает и которые находятся в ужасном состоянии, полностью находится в ведении местных властей, озабоченных, мягко говоря, своими проблемами.

Г. Проблема временного рассогласования в производстве золы и потреблении основной массы продуктов из золы.

Для реализации проекта утилизации золы необходим сухой отбор золы в силоса и ее переработка в течение года. Например, на ТЭС-3 г.Новосибирска объем силоса существенно меньше годового объема производства. Особенность золы в том, что ее можно хранить без изменения свойств в течении года и даже больше. Но после переработки, включающей стадию механической активации поверхности, она приобретает повышенную активность через 2-4 дня и далее начинает стареть, вплоть до уровня ниже исходной активности. Таким образом, учитывая отсутствие силосов на огромный объем золы, производимый в основном в зимнее время, необходимо транспортировать часть золы местным потребителям для их хранения и локальной переработки в нужное время.

Техника ЭМК относительно проста и недорога в серийном исполнении, поэтому способна обеспечить такой сценарий утилизации золы с участием большого числа индивидуальных потребителей – потенциальных застройщиков. Централизованная переработка золы по полной схеме возможна вблизи места ее производства и во время ее производства, но требует в оптимальном варианте изготовления конечной продукции – бетонных блоков.

Особенность зольного вяжущего – медленный набор прочности, в таком варианте не играет негативной роли, а набор прочности в течение года и более (в 2-2,5 раза выше, чем в контрольный срок 4 недели для обычного бетона) добавляет к низкой цене еще одно серьезное преимущество – высокую прочность к моменту использования блоков в строительстве.

Д. Организационная проблема – увязка действий местных властей с собственниками различных форм собственности и индивидуальными потребителями.

Эта проблема в силу специфики России, ее недавнего перехода на принципы рыночной экономики, менталитета чиновников, является самой сложной, а возможность ее решения трудно предсказуемой. Например, власти часто «поддерживают» местных производителей, предлагающих свои услуги, устаревшие на полвека по всем позициям. Новое производство забирает часть рынка у таких «производителей».

Опыт сотрудничества с энергетиками-монополистами также не является основой для оптимизма, т.к. не всегда есть прямая заинтересованность. Технология способна устранить негативные последствия колебаний активных компонент в составе золы в 3 раза (намного шире, чем требуют зарубежные и отечественные стандарты!), но завоз угля с разных разрезов (например, Березовского и Бородинского) могут доводить иногда колебания состава до абсурдных 10 раз.

Главный потенциальный потребитель вяжущих материалов из золы или готовых бетонных блоков – дорожная отрасль. Основное внимание уделяется главным дорогам и магистралям, строительство которых необходимо вести по самым жестким стандартам. Однако, в Сибири огромное количество грунтовых дорог, до которых при существовавших в СССР мощностях строительной индустрии никогда не дойдет очередь. Использование таких бетонных блоков для сезонного строительства местных дорог решает много проблем, но это понравится не всем. Лоббисты могут использовать несовершенство стандартов и судебной системы для остановки такого строительства.

Локомотивом для решения проблемы являются индивидуальные застройщики, особенно объединившиеся в кондоминиумы. Однако, дешевые основные материалы для массового строительства требуют дополнения в виде современных проектов, инженерного оборудования для дома, быстрой технологии сезонного строительства.

С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков и с анализом оборудования для производства цемента на основе шлаков Вы можете познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шлаков в России» и «Анализ оборудования для производства шлакощелочного вяжущего».

www.newchemistry.ru