ТЕХНОГЕННЫЕ ОТХОДЫ  ПРЕДПРИЯТИЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ПУТИ ИХ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

Основными техногенными отходами ТЭС и ГРЭС 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 залошлаковых отходов (ЗШО) ТЭС на 80% приближает технологию ТЭС к безотходной.

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.

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 [1].

Угли содержат от 0,2 до десятков процентов серы в основном в виде пирита, сульфата, закисного железа и гипса. Для уменьшения концентрации серы в продуктах сгорания топлив возможны два пути: уменьшение содержания серы в топливе до его сжигания и очистка дымовых газов от окислов серы [2]. Имеющиеся способы улавливания серы при сжигании топлива далеко не всегда используются из-за сложности и дороговизны. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей перспективе в окружающую среду.

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.

Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т. мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков; а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

В отличие от других производств, например черной и цветной металлургии, дымовые выбросы современных ТЭС осуществляются через небольшое количество очень высоких труб, высотой более 180 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 [1]. 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. Зола в основном представлена фракцией 0,01 – 0,1мм при максимальном размере частиц не более 1–2мм. Шлак в основном представлен фракциями 0,1 – 20 мм при максимальном размере частиц 40 – 60 мм и минимальном 0,04 мм. Зола представляет собой мелкодисперсный минеральный порошок от светло-серого до темно-серого цвета, шлак имеет аналогичный цвет, но отличается от золы большей крупностью [2].

Золошлаковые отходы (ЗШО), образующиеся при сжигании угля в топках ТЭЦ и котельных, являются механической смесью золы и шлака. Усредненное состояние выхода золы и шлака составляет 4:1. По форме золошлаки представляют собой микроскопические сферические частицы оплавленных под воздействием высоких температур минералов, в основном кварца, и частицами неправильной формы (остальной материал).

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].

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

При сжигании углей Экибастузского месторождения образуется около 40-50% золы кремния. Из этой золы можно получить глинозем, а из отходов производства глинозема - цемент. Бетон на основе этого цемента обладает высоким показателями, он набирает марочную прочность всего за одни сутки. Отходы этого производства могут быть использованы для закладки угольных выработок с возможностью последующей рециркуляции. Один этот пример использования золошлаков от сжигания углей экиба­стузского месторождения показывает, что они не являются сырьем для одной отрасли. Их нужно использовать в сочетании нескольких отраслей, в т.ч. металлургии, химической отрасли и т.д.

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.