Отходы предприятий энергетики

Отходы предприятий энергетики.

В настоящее время в Казахстане, как и во всем мире очень развито производство электроэнергии. Она является неотъемлемой частью современного мира. Существуют различные способы получения электроэнергии. В данной работе я рассмотрю ТЭС. 

Основными техногенными отходами ТЭС являются золошлаки и дымовые газы. Для реализации летучей золы и шлаков в качестве сырья и материала, для безопасного складирования и использования золошлаков в народном хозяйстве, в различных отраслях промышленности необходимо иметь основную информацию по их свойствам и характеристике: химический состав, физические свойства, минералогический состав, физико-химические свойства, экологические характеристики, в том числе такие, как радиоактивность и токсичность. Использование золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭС на 80% приближает технологию ТЭС к безотходной. 

Основным видом топливно-энергетических ресурсов Казахстана является уголь, поставки которого осуществляются в основном из Экибастузского, Карагандинского и Кузнецкого месторождений. Сжигание органического топлива для получения электрической энергии и/или тепла, и в особенности электроэнергетика с её огромными централизованными электростанциями, является одной из основ функционирования современного общества и экономики. С другой стороны, топливосжигающие установки расходуют большое количество органического топлива различных видов и других природных ресурсов, преобразуя их в полезную энергию. Функционирование этих предприятий приводит к образованию разнообразных отходов и поступлению большого количества загрязняющих веществ во все природные среды.

В Казахстане в настоящее время работают 32 тепловые электростанции на твердом топливе. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.

В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.

Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. При сжигании углей в топках котлов органическая часть (углеводороды) сгорают, образуя дымовые газы, а неорганическая часть образует золошлаки. Большая часть примесей в процессе сжигания угля переходит в летучую золу, уносимую дымовыми газами и улавливаемую золоуловителями. В зависимости от способа улавливания зола может быть сухой и мокрой. Другая часть, в зависимости от конструкции топки и физических особенностей минеральной составляющей топлива, переходит в шлак. Зола и золошлаковые смеси представляют собой твердый несгоревший остаток твердого топлива, который в виде пульпы удаляется в золоотвалы. В зависимости от вида угля и условий его сжигания, золы и золошлаковые смеси характеризуются различным химическим составом и физическими свойствами.

В отличие от других производств, например черной и цветной металлургии, дымовые выбросы современных ТЭС осуществляются через небольшое количество очень высоких труб, высотой  более180 м. Поэтому загрязнители рассеиваются в обширном пространстве нижней тропосферы. В сферах влияния различных ТЭС установлено, что в ближайшей зоне радиусом 12-15км, в зависимости от высоты трубы, выпадает от 35 до 60% выбрасываемой золы. Остальная ее часть рассеивается на большее расстояние. Все природные ландшафты реагируют на выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, т.к. происходит их депонирование в растительном покрове, почвах, миграция и метаболизм веществ в геосистемах.

Содержание в атмосферных выбросах ТЭС диоксидов серы и азота способствует возникновению кислотных дождей, т.к. во влажной атмосфере происходит цепь фотохимических реакций, в результате которых образуется серная и азотная кислоты. При сжигании углей образуются также выбросы продуктов недожога, особенно токсичными среди них являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), среди которых можно выделить бенз(а)пирен – вещество первого класса вредности, с его действием связано увеличение онкологических заболеваний. Содержание ПАУ определяется типом сжигаемого топлива, а также количеством и режимом выбросов дымовых газов и метеорологическими условиями.

Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и шлаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности. Угольные золоотвалы также оказывают значительное влияние на природно-территориальные комплексы (ПТК). Их воздействие осуществляется через рассеивание золы ветром, фильтрацию вод сквозь стенки и дно золоотвалов,                   а  также  в  результате  предусмотренных  сбросов  осветленных  вод,  частичный  сброс которых происходит при мокром золоудалении. Кроме влияния на ПТК, пылящие золоотвалы ухудшают гигиеническую обстановку на прилегающих территориях, уменьшают производственный ресурс машин, механизмов, а иногда – и сельскохозяйственных угодий.

Таким образом, зола – продукт сжигания топлива, который выносится дымовыми газами из топки котла и улавливается золоуловителями. Шлак – материал, который скапливается по мере сгорания топлива в шлакосборниках. По форме золошлаки представляют собой микроскопические сферические частицы оплавленных под воздействием высоких температур минералов, в основном кварца, и частицами неправильной формы (остальной материал). 

Физическая характеристика золошлаковых отходов:

- насыпная плотность в  пределах 700-900 кг/м3;

- удельная поверхность  в пределах 4000-6700 см3/г;

- содержание несгоревших  частиц от 16 до 25%;

- влажность от 2 до 15%;

- коэффициент пористости 1,03-1,44 при пористости 50,1-58,9%.

Кроме приведенных макроэлементов, составляющих основную массу отходов, золошлаковые отходы содержат микропримеси таких элементов, как цинк, свинец, хром, марганец, кобальт, никель, ртуть, мышьяк, сурьма, ванадий, стронций, таллий, германий, бор, бериллий, фтор и др.                      Зола и шлаки представляют собой сложную систему, свойства которой зависят от вида топлива и режима его сжигания, конструкции котла и многих других факторов. Это определяет необходимость проведения комплексных исследований состава и свойств минеральной части различных углей, сжигаемых на электростанциях Казахстана, так как основной причиной недостаточного использования золошлаков в народном хозяйстве является неудовлетворительное состояние изученности золы и шлака как сырья.

Золошлаковые отходы включают золу уноса – порошкообразный пылевидный материал, улавливаемый из дымовых газов ТЭС. В зависимости от способа улавливания зола может быть мокрой и сухой. В настоящее время используется в основном мокрый способ удаления золы и шлака – гидрозолоудаление (ГЗУ) [3].

В качестве твердого топлива на ТЭС больше всего используется Экибастузский уголь, характеризующийся высокой зольностью (30-40%). Поэтому в настоящее время на территории Казахстана в районе действующих ТЭС скопилось огромное количество золы и шлаков (>4600млн.т.). Они занимают огромные площади и негативно действуют на окружающую среду. Зола Экибастузских углей содержит до 30% оксида алюминия [3]. Только с золой Экибастузских ГРЭС ежегодно сбрасывается в отвал около 6 млн.т. оксида алюминия. Следовательно, золы Экибастузских углей являются фактически неисчерпаемым источником сырья для производства глинозема. Кроме того, в золе содержатся и другие микроэлементы, например, ванадий.

Использование залошлаковых отходов (ЗШО) ТЭС на 80% приближает технологию ТЭС к безотходной.

Поэтому основная задача в развитии электро- и теплоэнергетики Казахстана, как и во всем мире, заключается в обеспечении в процессе выработки электрической и тепловой энергии высокой экономичности, надежности, полной экологической безопасности, т.е. минимальных затрат топливно-энергетических ресурсов, при оптимальных энергосберегающих технологиях.