Проблемы использования золошлаковых материалов тепловых электростанций

УКД 662.613.002.61

В. К. ГААК В. М. ЛЕБЕДЕВ М. С. ШЕРСТОБИТОВ

Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск

ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗОЛОШЛАКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ_

Рассмотрены проблемы со складированием золошлаковых материалов (ЗШМ) в России на примере г. Омска. Произведен анализ и выявлены основные причины низкого уровня переработки ЗШМ. Определены приоритетные задачи, решение которых позволит существенно снизить экологическую нагрузку от крупных угольных энергоисточников за счет использования золо-шлаковых отходов в строительной индустрии региона.

Ключевые слова: отходы, зола, строительные материалы, использование, загрязнение, накопление.

Использование угля на тепловых электростанциях (ТЭС) создает серьезные проблемы по утилизации золошлаковых отходов (ЗШО). По статистическим данным в мире за последние 30 лет использование твердого топлива на ТЭС увеличилось вдвое. Применение углей в энергетике связано с получением 95 % летучей золы и 5 % шлака.

Ежегодно в России образуется более 25 млн т золошлаковых отходов, в Китае около 350 млн т, в США и Индии более 120 млн т [1]. Для складирования данных отходов приходится использовать значительные площади земли и затрачивать громадные средства на строительство золоотвалов. Данные сооружения являются опасными объектами и оказывают влияние на окружающую среду (пы-ление золы, испарение воды, подтопление территорий). Полученные золошлаковые отходы ТЭС становятся серьезной экологической и экономической проблемой.

Использование золошлаковых отходов в Европе началось в 70-е годы, и в разных странах данная работа ведется неравномерно: в Японии использование золы составляет 96,5 %, в Европе 90,0 %, в Китае 67,0 %, в Индии 53,0 %, в США 42,5 %. Для обеспечения использования ЗШО в Европейском сообществе разработан стандарт качества летучей золы по тонине помола, содержанию серы, влаги и горючих в уносе.

В России использование золы в промышленных масштабах имеет серьезные ограничения. В первую очередь необходимо отметить, что зола является отходом производства, поэтому ее использование в промышленности и строительстве ограничено природоохранным законодательством. Необходимо внести изменение в СНиП «зола-унос» и определить данный продукт как золошлаковые материалы (ЗШМ) — промпродукт. Проблемой использования золошлаковых отходов в России занимаются слабо, так как основные угольные тепловые электростанции находятся в Сибири, где слабо развита строительная отрасль.

В настоящее время в Сибири годовой выход золы на ТЭС составляет более 10 млн т, в Кузбассе более 3 млн т, в Иркутске более 2,0 млн т, в Омске и Алтае более 1,5 млн т, в Новосибирске около 1,0 млн т [2]. На золоотвалах этих электростанций находится на хранении более 300 млн т золы, в том числе на золоотвалах омских ТЭЦ более 60 млн тонн. Данные хранилища составляют большую опасность для окружающей среды, регулярно поступают сообщения о размыве дамб золоотвалов и загрязнении прилегающей территории и промышленных объектов.

Зола является хорошим наполнителем для изготовления строительных материалов и заменителем природных материалов (песок и щебень). В США зола используется по следующим направлениям [2, с. 38]:

— изготовление бетона и изделий из бетона;

— добавки в цемент;

— сыпучее наполнение неудобий и насыпей;

— заполнение горных выработок;

— изготовление дорожного основания;

— рекультивация использованных котлованов и карьеров;

— изготовление гипсовых изделий;

— сельское хозяйство — раскисление почвы.

Объем используемых строительных природных

материалов в России составляет 510 млн т/год, в том числе песка 180 млн т, щебня 230 млн т [1, с. 18]. Учитывая, что стройиндустрия в стране работает на старом оборудовании, то ожидать резкого увеличения прироста потребления золы не следует, так как использование ЗШМ потребует внедрения нового оборудования и новых технологий.

Основными потенциальными потребителями ЗШМ являются: цементная индустрия, строительная отрасль и дорожное строительство [3]. Проблемой широкого использования ЗШМ является «привязанность» потребителей золы к расположению ТЭС и золоотвалов. В России нет опыта создания логистических центров по складированию,

реализации и транспортировке золошлаковых материалов. Зола имеет низкую теплопроводность, поэтому имеет большие перспективы по ее применению в изготовлении строительных материалов для жилых домов.

Летучая зола на ТЭС удаляется сухим и гидравлическим способом. Сухая зола имеет вяжущие свойства и позволяет экономить цемент и известь при изготовлении стройматериалов. Зола, удаляемая после золоуловителей гидравлическим способом, при соприкосновении с водой теряет вяжущие свойства и ее используют как наполнитель вместо песка. ЗШМ обладают хорошим свойством — гигроскопичностью и, находясь в области отрицательных температур, не вспучивается при замерзании и обеспечивает защиту грунта от промерзания за счет низкой теплопроводности. Большую роль в использовании ЗШМ играют зерновой и химический состав золы и ее насыпная плотность [4].

В Омске вопросами использования ЗШМ занимаются с 1975 года с вводом в эксплуатацию установки отбора сухой золы от котлов первой очереди Омской ТЭЦ-4 мощностью 60 тыс. т в год. Основными потребителями золы были железобетонные и кирпичные заводы. Потребление золы в тот период было нестабильным и установка работала не на полную мощность. Впоследствии данная установка снижала объемы отбора золы из-за постепенного вывода из работы котлоагрегатов по их физическому износу и снижению мощности ТЭЦ из-за уменьшения потребления тепла потребителями нефтехимического комплекса.

В 1985 году началось проектирование и строительство завода золоаглопаритового гравия (500 тыс. т в год) на золе Омской ТЭЦ-5. В 1998 году при резком росте стоимости газа строительство завода было прекращено, так как гравий планировалось изготавливать путем обжига с расходом топлива в объеме 35 кг у.т./т и конкурировать на рынке данный гравий по себестоимости с природными материалами не мог.

В период 2000 — 2001 гг. фирмы «Русь» и ЗАО «Строительная компания — управление механизации № 7» использовали золу для ремонта и строительства дорог в смеси с известью и гравием с объемом потребления 5 — 7 тыс. т в год.

С 2005 г. работа по использованию ЗШМ активизировалась со строительством установки отбора сухой золы от котлов второй очереди омской ТЭЦ-4. Потребителями сухой золы стали:

— комбинат пористых материалов ООО «Вар-мит» с объемом золы 42 тыс. т/год, где в изделии объем золы составляет 60 %;

— первая очередь завода «Эффективного силикатного кирпича» с проектной мощностью 75 млн шт. в год и содержанием золы в изделии 85 %;

— в 2014 г. запущен в опытную эксплуатацию цементный терминал по подготовке цемента различных марок путем смешения цемента высокой прочности с золой в объеме до 30 %.

В настоящее время на цементном терминале используется зола с ТЭЦ-4, а в дальнейшем планируется строительство установки отбора сухой золы на ТЭЦ-5.

Для получения опыта использования ЗШМ совместно с учеными Автомобильно-дорожной академии разработаны стандарты использования зо-лошлаковых материалов в дорожном строительстве и построен участок дороги по данной технологии, которая эксплуатируется в настоящее время

без замечаний. При строительстве окружной дороги вокруг Омска использовалась зола с золоотвала омской ТЭЦ-2. Данная технология получила согласование в управлении сертификации. Для дальнейшего расширения сферы использования золы проведены исследования по изготовлению тротуарной плитки и строительных смесей.

Опыт расширенного применения ЗШМ показал, что для использования золы в строительной индустрии региона необходимо решать следующие задачи:

— исследование качественного состава золы;

— разработка паспорта золы на ТЭС;

— определение гранулированного состава золы и отработка режима сжигания топлива для возможности последующего использования золы;

— разработка стандартов использования ЗШМ не как отхода, а как промпродукта;

— провести оценку объемов природных материалов, которые можно заменить золой;

— определить механизм запрета использования минеральных природных продуктов в строительстве, где возможно использование золы вблизи расположения ТЭС и золоотвала (данный способ был использован в Индии) [5];

— должны быть подписаны соглашения с потенциальными потребителями золы по перспективным направлениям использования ЗШМ;

— разработать региональную программу использования ЗШМ в регионе [6];

— определить ценовую политику для реализации ЗШМ с учетом конъюнктуры рынка;

— разработать и согласовать с региональным правительством программы льгот для предприятий, использующих золошлаковые материалы.

В целом по России необходимо подготовить:

— программу полного использования золошла-ковых материалов;

— подготовить и утвердить регламентирующие документы (ГОСТы и СП) по промышленному использованию золошлаковых материалов для изготовления строительных материалов или при проведении строительных работ;

— включить в перспективную программу развития энергетики требование полного использования золошлаковых материалов при строительстве новых ТЭС [7];

— выполнить технико-экономическую оценку применения ЗШМ и при необходимости обозначить льготы для возможного использования их в регионе или на ближайших территориях.

Главное: в 2017 году — Году экологии в стране должна быть поставлена задача по подготовке документов на 100-процентное использование золош-лаковых материалов.

Библиографический список

1. Кудрявый В. В., Котлер В. Р. Использование золошлаковых отходов на зарубежных ТЭС // Энергохозяйство за рубежом. 2012. № 5. С. 17-20.

2. Сиротюк В. В. Опыт и перспективы использования золошлаковых материалов в транспортном строительстве // Расширение региональной сырьевой базы вовлечением в оборот золошлаковых материалов ТЭЦ ОАО «ТГК-11»: материалы Региональной науч.-практ. конф. Омск: ТГК-11, 2007. С. 37-52.

3. Беспалов В. И., Беспалова С. У., Вагнер М. А. Природоохранные технологии на ТЭС. 2-е изд. Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2010. 240 с.

4. Целыковский Ю. К, Ерихемзон Л. Ю. Организация при угольных ТЭС производства безобжигового зольного песка — эффективное направление расширения использования зо-лошлаковых отходов ТЭС России // Энергетик. М. 2013. № 8. С. 26-28.

5. В. И. Резуненко [и др.] Экологические аспекты устойчивого развития теплоэнергетики России. В 2 ч. Ч. 2. Снижение негативного влияния на окружающую природную среду систем золошлакоудаления на пылеугольных ТЭС / Газпром; общ. ред. Р. И. Вяхирев. М.: Ноосфера, 2001. 73 с.

6. Бирюков В. В. [и др.]. Российская экономика: проблемы формирования ресурсосберегающей модели развития и подходы к их решению: моногр. / под общ. ред. В. В. Бирюкова. Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. 178 с.

7. Делицын Л. М., Власов А. С. Необходимость новых подходов к использованию золы угольных ТЭС // Теплоэнергетика. 2010. № 4. С. 49-55.

ГААК Виктор Климентьевич, кандидат технических наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика». ЛЕБЕДЕВ Виталий Матвеевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Теплоэнергетика».

ШЕРСТОБИТОВ Михаил Сергеевич, старший преподаватель кафедры «Теплоэнергетика». Адрес для переписки: miheyomgups@mail.ru

Статья поступила в редакцию 17.01.2017 г. © В. К. Гаак, В. М. Лебедев, М. С. Шерстобитов

УДК 62-383 1 С. С. БУСАРОВ

В. К. ВАСИЛЬЕВ И. С. БУСАРОВ А. В. НЕДОВЕНЧАНЫЙ Д. С. ТИТОВ К. В. ЩЕРБАНЬ А. Ю. ГРОМОВ

Омский государственный технический университет, г. Омск

СТАТИЧЕСКИЕ ПРОДУВКИ КЛАПАНОВ ТИХОХОДНЫХ ДЛИННОХОДОВЫХ БЕССМАЗОЧНЫХ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРНЫХ СТУПЕНЕЙ

В соответствии с известными методиками определения массового расхода при статических продувках на разработанном экспериментальном стенде определены величины условного зазора для клапанов, используемых при исследованиях тихоходных компрессорных ступеней. Полученные результаты позволили уточнить методику расчета рабочих процессов тихоходных длин-ноходовых поршневых ступеней и учесть реальные величины утечек. Ключевые слова: длинноходовой поршневой компрессор, рабочие процессы, условный зазор, утечки газа.

Прикладные научные исследования и экспериментальные разработки проводятся при финансовой поддержке государства в лице Минобрнау-ки России. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57715X0203.

Одной из проблем при работе поршневых компрессорных агрегатов, влияющих на рабочий процесс в целом и производительность в частности, является наличие утечек [1, 2, 3-5]. С физической точки зрения, природа утечек совершенно понятна: наличие перепада давления между рабочей камерой и окружающей средой.

В поршневых компрессорах основные утечки происходят через уплотнения цилиндропоршне-вой группы и клапаны нагнетания и всасывания.

По данным [3, 5] относительные утечки составляют 0,5-4 %.

Плотность клапанов в закрытом состоянии зависит, главным образом, от качества изготовления и может нарушаться при деформации пластины и седла. Неплотности клапанов приводят к потере производительности, нарушению температурного режима, которое может привести к недопустимому перегреву газа. Обычно, неплотности определяют путем замера времени, необходимого для фиксиро-