Пневмоимпульсные системы очистки конвективной шахты котла П-67
Звегинцев В. И., Чиркашенко В. Ф., кандидаты техн. наук, Харченко В. В., èíæ.,
Серант Ф. А., доктор техн. наук
Институт теоретической и прикладной механики СО РАН – ЗАО Сибтехэнерго – ЗАО СибКОТЭС
Одним из серьезных ограничений в обеспече- нии длительных максимальных нагрузок на котле П-67 является занос поверхностей конвективной шахты котла. При модернизации котлов эту проблему предлагается решить за счет:
установки L-образных ширм с шагом 240 мм вместо пакетов КПП;
выполнения вторичного пароперегревателя и экономайзера с коридорным расположением труб соответственно с шагами 204 и 94 мм;
установки развитого комплекса систем очистки с использованием паровых обдувочных аппаратов.
Известно, что в зоне температур газов менее 700 – 750°С при сжигании канско-ачинских углей всегда в первоначальный период образуются весьма непрочные отложения, не требующие большой энергии для их разрушения. С течением времени (через 1 – 1,5 мес) за счет процессов сульфатизации и спекания эти отложения упрочняются и при их разрушении являются основной причиной “завала” конвективных поверхностей нагрева с малым поперечным шагом.
Исходя из этого механизма загрязнения решение проблемы очистки труб поверхностей нагрева конвективной шахты от пока еще непрочных, сыпучих отложений могло бы стать ключом к значи- тельному повышению длительности работы котла на максимальных нагрузках.
Новая пневмоимпульсная система предложена сотрудниками института теоретической и прикладной механики (ИТПМ) СО РАН на основе выполненных ими исследований в области газодинамики нестационарных импульсных струй. Основным преимуществом пневмоимпульсных установок, позволяющим использовать их на котельных агрегатах большой мощности, является возможность создания высокоэффективных, безопасных, дистанционно управляемых систем очистки.
Известные методы очистки уступают предлагаемой системе по следующим причинам:
глубоковыдвижные аппараты типа ОГ на паре – невозможность в большинстве случаев размещения по условиям компоновки, высокая стоимость установки и эксплуатации;
газоимпульсная очистка – опасность использования, трудности с автоматизацией и компоновкой большого числа камер;
генераторы ударных волн с пороховыми зарядами – невозможность автоматизации, организационные трудности при использовании пороховых зарядов;
пневмоимпульсные устройства предыдущих разработок – невозможность формирования ударной волны из-за низкой скорости срабатывания клапанов.
Работы по исследованию возможностей применения пневмоимпульсных устройств для очистки котельных агрегатов ведутся в ИТПМ СО РАН с 1992 г. при поддержке научно-технической региональной программы “Сибирь”. Вначале были проведены лабораторные экспериментальные исследования эффективности пневмоимпульсных методов. По результатам воздействия на модели отложений различной прочности было показано определяющее влияние ударной волны в процессе разрушения отложений по сравнению с воздействием струйного течения газа. Были также получе- ны данные о влиянии конструктивных параметров пневмоимпульсной установки на характеристики создаваемых ударных волн. Установлено, что эффективность воздействия в значительной мере определяется ориентацией ударной волны относительно образца. Разработаны реальные конструкции дистанционно управляемых пневмоимпульсных генераторов с запасаемой энергией сжатого газа до 100 кДж. Предложено для повышения эффективности очистки использовать многосопловые струи, существенно уменьшающие золовой износ и при одинаковом расходе воздуха увеличивающие площадь очищаемой поверхности в 1,5 раза.
В 1995 г. в соответствии с договором между ИТПМ СО РАН, Сибтехэнерго и ТЭЦ-3 г. Новосибирска было принято решение о создании опытного образца пневмоимпульсной системы очистки СПО-1 для определения эффективности ее эксплуатации в реальных условиях. Данная система была разработана, изготовлена и смонтирована на одном из котельных агрегатов ТЭЦ-3. В систему очистки входят 20 пневмоимпульсных генераторов, рассчитанных на давление воздуха до 4 МПа, установленных в районе конвективной шахты котла. Генераторы включаются одновременно или в любой последовательности по командам с пульта управления.
2003, ¹ 7 |
19 |
2 |
4 |
1 |
7 |
8 |
10 |
9 |
3 |
B
245 |
|
|
|
Á Ï
650
6
|
|
1,5 |
5 |
|
Ì20 |
|
À |
Сжатый |
|
воздух |
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
1,5 |
11 |
|
Ì20 |
|
|
|
#$! ! ' ! ! A ", )0
Цикл очистки может состоять из одного или нескольких выстрелов. Оптимальное число выстрелов в цикле и период между циклами предполагалось установить во время наладки в зависимости от режима работы котла.
Пневмоимпульсная система обдувки СПО-1 предназначена для профилактической очистки трубных пакетов экономайзера котлоагрегата от непрочных слабосвязанных зольных отложений в зоне температур газов менее 700°С. Рабочий режим устройства – длительный, с интервалами включения обдувки по установленному технологическому графику обдувки. Особенностью системы является применение быстродействующих пневмоимпульсных генераторов, которые позволяют создавать ударные волны. Значительное повышение эффективности очистки достигается за счет организации залпового действия импульсных генераторов. Система СПО-1 позволяет полностью автоматизировать процесс очистки, а использование воздуха как рабочего агента делает эту систему совершенно безопасной для оборудования и рабочего персонала.
В системе СПО-1 используются пневмоимпульсные генераторы ПГ-25/40, которые служат для аккумулирования энергии сжатого воздуха и периодического выброса импульсных струй через сопловые блоки на очищаемые поверхности для устранения отложений.
Технические данные пневмогенератора типа ПГ-25/40 приведены далее.
Òèï |
ÏÃ-25/40 |
Рабочее давление, кгс/см2 |
Äî 40 |
Длительность импульса, с |
0,05 |
Масса, кг |
39 |
Максимальный расход сжатого |
0,35 |
воздуха на один пневмогенератор, |
|
ì3/ìèí |
|
Габаритные размеры (диаметр дли- |
231 |
1110 |
|
íà), ìì |
|||
|
|
Условный диаметр трубопровода |
8 |
|
подачи воздуха к генератору, мм |
||
|
||
Диаметр выхлопного сопла, мм |
2 70 |
|
|
|
Общий вид пневмоимпульсного генератора ПГ-25/40 показан на ðèñ. 1.
Основными узлами конструкции являются форкамера 1 с выхлопной трубой и быстродействующий затвор. Форкамера образована обечайкой с двумя приваренными к ней фланцами 2, 3 и служит для накопления порции сжатого воздуха. Внутри форкамеры располагается выхлопная труба 4, приваренная к переднему фланцу 2 и подкрепленная тремя стойками.
На заднем фланце 3 при помощи восьми шпилек М12 и накидного фланца 6 крепится быстродействующий затвор, который после срабатывания открывает выход рабочего газа из форкамеры в выхлопную трубу диаметром 50 мм. Затвор состоит из запорного клапана 7, корпуса 8, вкладыша 9, управляющего клапана 10 и крышки 11. Запорный клапан состоит из резиновой прокладки, накладки, днища и стакана. В корпус 8 вворачивается входной штуцер 12. Штуцер управления 5 вставляется во вкладыш 9 и прижимается к корпусу 8 крышкой 11 с помощью трех болтов М8. К выхлопной трубе 4 крепится сверхзвуковое сопло, которое позволяет преобразовать энергию давления в кинетическую энергию движущегося газа.
Для повышения эффективности очистки в данной конструкции пневмогенератора используется специальный двухсопловой блок. Здесь два сопла, рассчитанных на число Маха М = 3, размещены рядом под углом 16°, и пристыкованы к общей форкамере. В исходном положении запорный клапан пневмогенератора находится в произвольном положении.
При включении системы питания, сжатый воздух по каналу À (ðèñ. 1) через штуцер управления 5 подается на управляющий клапан 10, перемещая его в крайнее положение так, что он перекрывает отверстие Â. Также через входной штуцер 12 âîç-
20 |
2003, ¹ 7 |
дух поступает в полость Á, перемещая запорный |
12 |
4 |
|
клапан так, что он перекрывает выход воздуха че- |
|
||
|
5 |
||
рез выхлопную трубу 4. Полость Á через зазор |
|
||
|
13 |
||
между запорным клапаном 7 и корпусом 8 ñîîá- |
|
||
|
3 |
||
щается с форкамерой, поэтому одновременно про- |
|
||
6 |
9 |
||
исходит заполнение форкамеры. |
|
||
7 |
10 |
||
Чтобы произошел выброс воздуха из форкаме- |
8 |
|
|
ры, необходимо сбросить давление в канале À (íà- |
|
|
|
пример, при помощи управляющего коллектора). |
|
1 |
|
В этом случае, управляющий клапан 10 под дейст- |
|
||
|
|
||
вием разности давлений перемещается, открывая |
2 |
|
|
отверстие Â. Воздух из полости Á стравливается в |
|
11 |
|
атмосферу через отверстия Ï во вкладыше 9. Ïîä |
|
||
|
|
||
действием разности давлений запорный клапан |
|
|
|
перемещается, открывая выхлопную трубу 4. Çà- |
P |
|
|
пасенная в форкамере порция сжатого воздуха вы- |
|
|
|
брасывается через выхлопную трубу, осуществляя |
|
|
|
необходимое ударно-волновое воздействие на очи- |
" * $ * # |
||
щаемую поверхность. |
' ! !@>& %"07 |
|
|
Общая схема размещения системы СПО-1 на |
1 – масловлагоотделитель; 2 – пневмогенераторы ПГ-25/40; 3, |
||
котельном агрегате показана на ðèñ. 2. Перед нача- |
6, 7, 10, 13 – воздушные трассы; 4 – управляющий коллектор; |
||
лом работы системы вентили 9, 11 должны быть |
5 – электромагнитный клапан; 8, 9, 11 – вентили; 12 – электро- |
||
открыты. Воздух подается из цеховой сети по воз- |
контактные манометры |
|
|
|
|
||
душным трубопроводам в форкамеры генераторов |
|
|
|
2, а также в каналы À è Â управляющего коллекто- |
пряжение 27 В. Это можно сделать как с пульта |
||
ра, разделенные поршнем. Быстродействующие |
|||
управления котла тумблером “Обдувка”, так и не- |
|||
затворы генераторов находятся в закрытом поло- |
|||
посредственно на котле. После подачи напряже- |
|||
жении. Форкамеры пневмогенераторов заполня- |
|||
ния электромагнитный клапан |
5 открывается и |
||
ются воздухом до максимального давления. |
|||
срабатывает управляющий коллектор 4, служа- |
|||
Для включения системы (для очистки поверх- |
|||
ности) на электромагнитный клапан 5 подается на- |
щий для управления работой пневмоимпульсных |
||
300 |
|
|
|
150 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
|
|
|
á) |
11524
10300
8000 |
8680 |
I
II
III
IV
50 V
VI
VII
à)
78700
77760
77090
76100
73920
72080
70200
68360
66810
64970
62339
61232
59919
58750
% * $ ' ./ 4 6
' ! !4 67
1 – выхлопная труба; 2 – ресивер; 3 – быстродействующий затвор; 4 – фланец; 5 – штуцер управления
2003, ¹ 7 |
21 |
генераторов, находящихся в составе системы. Управляющий коллектор обеспечивает однократный быстрый сброс воздуха из управляющих штуцеров пневмогенераторов, что вызывает их срабатывание. Происходит резкий залповый выброс воздуха из пневмогенераторов, который воздействует на очищаемые поверхности.
Реальные испытания смонтированной системы были начаты в конце 2001 г. Первые полученные результаты показывают приемлемую надежность и эффективность очистки даже при низких уровнях давления рабочего газа (5 кгс/см2). В настоящее время продолжаются аттестационные испытания системы.
Накопленный опыт показал, что пневмоимпульсная система очистки для котельных агрегатов большой мощности должна отвечать следующим требованиям:
достаточно большая мощность выхлопа (не менее 250 кДж);
низкое давление рабочего воздуха (не более 1 МПа);
высокая надежность и простота обслуживания клапанных устройств;
защита подвижных элементов системы от агрессивных дымовых газов из котла;
малая стоимость изготовления и монтажа системы.
Предварительная эскизная проработка системы очистки для котлов большой мощности, выполненная совместно ИТПМ СО РАН и ЗАО СибКОТЭС на примере котла П-67 Березовской ГРЭС
мощностью 800 МВт показывает возможность обеспечения перечисленных требований. Для очи- стки конвективной шахты котельного агрегата П- 67 предлагается новая пневмоимпульсная система оригинальной конструкция (ðèñ. 3). Основу системы составляют пневмоимпульсные генераторы большой мощности. Схема пневмоимпульсного генератора показана на ðèñ. 3, á. Сжатый воздух с давлением до 10 кгс/см2 накапливается в ресивере диаметром 300 мм и длиной 8 м с общим объемом 0,56 м3. Энергия запасаемого здесь воздуха при давлении 10 кгс/см2 составит 560 кДж. Выброс воздуха из ресивера происходит в течение 0,05 с через восемь выхлопных патрубков диаметром 150 мм, каждый из которых оснащен специальным быстродействующим клапаном. Срабатывание клапанов происходит практически одновременно по команде от общего командного аппарата. При этом происходит кратковременный выхлоп с образованием мощной ударной волны, что позволяет производить очистку поверхности площадью около 80 м2. 14 пневмогенераторов, расположенных на семи ярусах, позволяют очистить одну конвективную шахту котлоагрегата.
Рассмотренные пневмоимпульсные системы очистки котельных агрегатов большой мощности построены на современных достижениях в области нестационарной газодинамики и по своим характеристикам не имеют аналогов в мире. После успешного завершения испытаний данной разработки аналогичные системы могут быть рекомендованы к тиражированию на электростанциях России и за рубежом.
Складирование золошлаковых отходов Березовской ГРЭС-1 в выработанном пространстве разреза Березовского-1 – перспективное направление охраны окружающей среды региона
Озерский А. Ю., канд. геол.-минералог. наук, Озерский Д. А., èíæ.
ОАО “Красноярская горно-геологическая компания”
Золошлаковые отходы ТЭС представляют одну |
ных районах края из месторождений Канско- |
из острейших мировых экологических проблем. |
Ачинского угольного бассейна в наши дни добы- |
Их годовое количество превышает 300 млн. т [1]. |
вается около 40 млн. т бурых углей, большая часть |
Ведущим способом транспортировки золы и шла- |
которых сжигается на ТЭС и ТЭЦ, расположен- |
ков в золоотвалы является гидравлический, при |
ных неподалеку от угольных разрезов. При этом в |
котором отходы взаимодействуют с водной сре- |
регионе в золоотвалы поступает около 1,2 млн. т |
дой, вызывая химическое загрязнение последней. |
золошлаков в год. В наши дни в энергосистемах, |
Красноярский край не является исключением |
использующих канско-ачинские угли, на 1 МВт |
из этой мировой тенденции. В центральных и юж- |
суммарной (тепловой и электрической) установ- |
|
|
22 |
2003, ¹ 7 |
ленной мощности теплоэлектростанций приходится около 200 т/год золошлаковых отходов, которые создают существенные проблемы для крупнейших ТЭС региона и ухудшают состояние окружающей среды бассейна [2]. Расположение, конструкции и способы эксплуатации действующих золоотвалов не могут защитить подземные воды от проникновения загрязненных технических вод, поэтому из всех отвалов происходит фильтрация загрязненных вод с расходами 1,5 – 5 тыс. м3/сут [3]. Возникающие экологические конфликты вызывают обоснованные претензии к энергетикам со стороны природоохранных органов и экологиче- ской общественности.
Перечисленные обстоятельства создают “заколдованный круг” нормативно-правовых, экологических, экономических и социальных проблем, в который попал вопрос эксплуатации золоотвалов региона. Перенос большинства золоотвалов из водоохранных зон невозможен из-за отсутствия в технически допустимом радиусе гидрозолоудаления свободных земельных ресурсов. Наиболее перспективным путем для преодоления возникших проблем является перемещение золоотвалов в выработанные пространства угольных разрезов. Некоторые ТЭС и их золоотвалы расположены в непосредственной близости от крупнейших угольных разрезов Канско-Ачинского бассейна.
Соседство ТЭС и разрезов создает благоприятные экономические и производственно-техниче- ские возможности для перемещения золошлаковых отходов во внутренние отвалы угольных разрезов с целью их захоронения и одновременной рекультивации горных выработок. Экологический аспект этой технологии определяется главным образом вещественным составом и токсичностью золошлаковых отходов, а также процессами их взаимодействия с отвальными породами угольных разрезов.
Впервые мы обратились к этой проблеме в 1991 г. [4], однако в то время было очень трудно преодолеть ведомственную разобщенность энергетиков и угольщиков. Первой в регионе к практи- ческой реализации перемещения золошлаков в отвалы разрезов приступила Назаровская ГРЭС ОАО Красноярскэнерго (НГРЭС). В 2002 г. предпроектное экологическое обоснование складирования золошлаков в разрез разработано нами для ОАО Березовской ГРЭС-1 (БГРЭС-1) и разреза Березов- ского-1 и на него получено положительное заклю- чение Государственной экологической экспертизы.
Вещественный состав золошлаков и отвальных пород. При сжигании углей происходит трансформация их первичного вещества, выражающаяся в образовании новых, не встречающихся в природе минералов. Преобладающими (в сумме 75 – 85%) соединениями золы являются минералы цементного клинкера: силикаты, алюмосиликаты, алюмоферриты и ферриты кальция, а также сво-
бодный оксид кальция (òàáë. 1). Для золы углей Березовского месторождения, содержащих больше кальция, содержание свободного оксида кальция нередко превышает 10%. Суммарная доля природных минералов “внутренней” золы углей (ангидрита, гематита, кальцита, кварца, магнетита, периклаза) в золе не превышает 15%. В составе отходов “большой” теплоэнергетики преобладает зола, доля шлака составляет около 5% массы отходов. В отличие от кристаллической золы шлак имеет аморфную структуру, но, по сравнению с золой, шлаки содержат несколько больше железа и магния [3].
Попав в систему гидрозолоудаления (ГЗУ), “сухая” зола из золоуловителей ГРЭС вступает в химические реакции с водой, изменяя при этом свой минеральный состав и свойства. С водой реагирует 50 – 95% общей массы золошлаков. С эко- лого-геохимической точки зрения ведущее значе- ние имеет реакция гидратации свободного оксида кальция, которая формирует щелочную реакцию водной среды (рН около 12) с образованием гидроксида кальция. При попадании в золоотвал гидроксид кальция вступает во взаимодействие с углекислым газом, присутствующим в атмосфере, что сопровождается осаждением вторичного кальцита. В результате, золошлаки, залегающие в отвалах, минералогически, геохимически и токсикологически отличаются от отходов, которые образуются на самих станциях (òàáë. 2). Со временем в золоотвалах возрастает содержание малотоксич- ных и устойчивых минералов [кальцита, гидро(алюмо)силикатов и гипса] и снижается содержание оксидов и силикатов. Таким образом, гидратированная зола, накапливаемая в золоотвалах, существенно отличается от “сухой” золы, поступающей из котлов в систему гидрозолоудаления.
Внутренние отвалы угольных разрезов в бассейне представлены углевмещающими породами
Ò à á ë è ö à 1
($
F%9 ,G
Çîëà |
Вскрышные породы |
|
|
Ларнит (“белит”) |
Песчаники и алевролиты: |
-2CaO SiO2 |
|
Ранкинит 3CaO 2SiO2 |
кварц SiO2 |
Двухкальциевый |
калиевые полевые шпаты |
алюмосиликат |
KAlSi3O8 |
2CaO Al2O3 SiO2 |
|
|
обломки кремнистых пород SiO2 |
Двухкальциевый фер- |
Аргиллиты: |
ðèò 2CaO Fe2O3 |
|
Феррит кальция |
каолинит Al4[Si4O10](OH)8 |
CaO Fe2O3 |
|
Оксид кальция CaO |
гидрослюды |
Ангидрит CaSO4 |
Kx (Al, Mg, Fe)2–3[Si4-õAlõO10](OH)2 |
|
|
2003, ¹ 7 |
23 |
итатской свиты среднеюрского возраста. В минеральном составе песчаников и алевролитов преобладают кварц (до 44%), калиевые полевые шпаты (25 – 46%), обломки кремнистых пород (17 – 30%). Основными минералами аргиллитов являются каолинит и гидрослюды (òàáë. 1). Переэкскавация вскрышных пород в отвалы приводит к аэрированию пород и возникновению окислительных процессов, ведущую роль среди которых играет окисление акцессорных сульфидных минералов [6]. Образующаяся серная кислота вызывает сернокислотное выщелачивание отвальных пород, которое минерализует водную среду и вызывает ее химическое загрязнение [3].
Химический состав золошлаковых отходов и отвальных пород отражает их минеральный состав: в золе углей Березовского месторождения, безусловно, преобладающим элементом является один кальций, а в отвале угольного разреза доминирует кремний. Содержание почти всех элементов (кроме кремния, алюминия, титана и фтора) в золошлаках выше, чем в отвалах разрезов. Для золошлаковых отходов характерно снижение кон-
Ò à á ë è ö à 2
? '
4 6
|
“Сухая” |
Золошлаки – |
Отвальные |
|
Элемент |
çîëà |
породы |
||
золоотвал |
||||
|
ÃÐÝÑ |
разреза |
||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Al |
43 000 |
37 600 |
64 800 |
|
Ba |
7800 |
6140 |
0 |
|
B |
320 |
250 |
0 |
|
V |
43 |
38 |
76 |
|
Fe |
42 800 |
55 600 |
45 000 |
|
Y |
24 |
21 |
23 |
|
Ca |
351 800 |
261 400 |
21 500 |
|
Co |
17 |
13 |
16 |
|
Si |
56 300 |
87 700 |
252 000 |
|
La |
0 |
21 |
23 |
|
Mg |
32 300 |
23 900 |
0 |
|
Mn |
3060 |
2700 |
720 |
|
Cu |
32 |
31 |
35 |
|
Ni |
28 |
43 |
31 |
|
Pb |
5,2 |
5,4 |
8,3 |
|
S |
29 320 |
11 100 |
1200 |
|
Sr |
Не изучен |
4570 |
200 |
|
Sb |
2,6 |
1,4 |
1,9 |
|
Ti |
4600 |
5700 |
6300 |
|
Ñ |
6800 |
35 110 |
1280 |
|
F |
2560 |
280 |
410 |
|
Cr |
39 |
39 |
142 |
|
Zn |
20 |
11 |
33 |
|
Zr |
170 |
240 |
250 |
|
|
|
|
|
центраций большинства элементов при гидрозолоудалении. Сильно щелочная и кальциевая среда золоотвала БГРЭС-1 способствует значительному накоплению в нем углерода (в виде вторичного кальцита), а также кремния, железа и титана (òàáë. 2). Возрастание концентраций этих малоподвижных элементов в золоотвале объясняется более высокой растворимостью золы березовского угля и выносом в грунтовые воды больших масс подвижных элементов.
Токсичность золошлаков и отвальных пород. Минеральные соединения золы и отвальных пород не относятся к токсичным. Поэтому из нескольких методик расчета классов токсичности отходов была выбрана методика определения на основе ПДК химических элементов в почве [7]. Расчеты проводились по 15 нормируемым элементам, регламентированным в [8] и обнаруженным в золошлаках.
В расчетные показатели оценки токсичности, помимо ПДК и содержания элементов, входит также показатель растворимости токсичных отходов. Поскольку концентрации нормируемых элементов очень малы и не образуют самостоятельных минералов, растворимость оценивалась по каждому веществу в целом методом химического анализа водных вытяжек (òàáë. 3).
Растворимость отвальных пород угольных разрезов составляет около 1500 мг кг, что приближенно соответствует предельному значению минерализации (1500 мг л) внутрикарьерных вод в бассейне [3]. При растворении отвальных пород разреза Березовского-1 формируется гидрокарбонат- но-сульфатный магниево-кальциевый состав
Ò à á ë è ö à 3
*
4
6
|
“Сухая” зола |
Золошлаки – |
Отвальные |
|
Компонент |
породы |
|||
ÃÐÝÑ |
золоотвал |
|||
|
разреза |
|||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
OH– |
5100 |
740 |
0 |
|
HCO3– |
400 |
240 |
420 |
|
Cl– |
255 |
41 |
13 |
|
SO42– |
8500 |
2875 |
654 |
|
NO3– |
32 |
14 |
9 |
|
NO2– |
0,9 |
3,8 |
0,2 |
|
F– |
13,4 |
0,9 |
4,5 |
|
Ca2+ |
5820 |
1330 |
230 |
|
Mg2+ |
95 |
152 |
77 |
|
K+ |
870 |
128 |
50 |
|
Na+ |
2340 |
264 |
36 |
|
Fe3+ |
0,36 |
0 |
1,1 |
|
Растворимость |
26 870 |
6280 |
1500 |
|
|
|
|
|
24 |
2003, ¹ 7 |
водной среды. Высококальциевая “сухая” зола БГРЭС-1 является наиболее растворимой из всей золы региона: в водный раствор переходит около 2,68% сухой золы, водная фаза имеет сульфатно- гидроксильно-натриево-кальциевый состав, а рН достигает очень высокого значения –13,4, pH зо- лошлаков-золоотвалов равен 12, а отвальных пород разреза – 8,9. Из золы, залегающей в отвале БГРЭС-1, водой выщелачивается около 0,63% вещества, водная среда преимущественно гидрокси- льно-сульфатно-кальциевая.
Для большинства токсичных элементов в нашей стране нормируются не валовые концентрации в почвах, а концентрации их водорастворимых или подвижных форм. Несмотря на более высокую реакционную способность, золошлаки БГРЭС-1 менее опасны в отношении загрязнения почв: содержание подвижных форм токсичных элементов в них значительно ниже, чем в золе НГРЭС. Это объясняется геохимическими разли- чиями Назаровского и Березовского месторождений. Зольность углей первого составляет около 11%, тогда как березовский уголь характеризуется аномально низким значением этого показателя – 4,7%. Золошлаки из березовского угля опасны для почв только по содержанию подвижного никеля, превышающему ПДК.
Рассмотрев отношения концентраций подвижных форм к валовым концентрациям тех же элементов (òàáë. 4), можно сделать вывод о меньшей опасности отходов БГРЭС-1, по сравнению с отходами НГРЭС. Здесь хорошо растворимые соединения образуют такие экологически опасные металлы, как никель, кобальт (60%) и свинец (40%). Доля подвижных форм никеля в березовских золошлаках составляет 16 – 29% к валу, а в назаровских – 62%. К хорошо растворимым элементам березовской золы также относятся хром (29 – 33%) и цинк (24 – 36%).
Отвалы Березовского разреза не представляют существенной экологической опасности.
Результаты расчетов суммарных индексов токсичности, выполненные согласно [7], приведены далее.
|
Суммарный индекс |
|
токсичности |
“Сухая зола” БГРЭС-1 |
50 |
Золоотвал БГРЭС-1 |
211 |
Отвалы разреза Березовского-1 |
884 |
Отвалы пород малых разрезов бассейна |
900 – 950 |
|
|
Чем выше значение индекса, тем ниже токсич- ность, а если оно более 30, то отходы имеют IV класс токсичности и относятся к малоопасным [7, табл. 1].
Расчеты показали, что по уровню токсичности и опасности золошлаковые отходы и вскрышные породы относятся к IV классу токсичности и явля-
ются малоопасными. Токсичность обоих отходов незначительна, что обусловлено очень малым содержанием нормируемых элементов в изученных отходах. Хотя содержание некоторых элементов превышает ПДК почв, тем не менее, содержание нормируемых микроэлементов очень мало. При выдерживании золошлаковых отходов в золоотвале БГРЭС-1 их токсичность снижается в 4,4 раза. Однако в целом золошлаковые отходы Березовской ГРЭС-1 в 2 – 3 раза более токсичны, чем отходы НГРЭС. Это вызвано более высокой реакционной способностью золы углей Березовского месторождения, обусловленной ее высококальциевым составом. Хотя зола из золоотвалов имеет более высокий индекс токсичности, чем отвальные породы, ее низкая токсичность принципиально позволяет размещать золошлаковые отходы в отвалах угольных разрезов без каких-либо существенных ограничений в соответствии с действующими нормами и правилами [9].
Суммарная эффективная удельная активность березовских золошлаков равна в среднем 269 Бк кг. Во всех случаях золошлаковые отходы соответствуют II классу строительных материалов, пригодных для использования “в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных сооружений”. Если рассматривать золошлаковые отходы в качестве вероятного химического мелиоранта отвалов, то согласно действующим “Нормам радиационной безопасности” удельная эффективная активность естественных радионуклидов золошлаков не должна превышать 2,8 кБк кг, что позволяет использовать золошлаковые отходы в этом направлении.
Вывод
Предварительное экологическое обоснование показало, что захоронение золошлаков во внутрен-
Ò à á ë è ö à 4
* < < +
; 4
6
|
“Сухая” |
Золошлаки – |
Отвальные |
|
Элемент |
çîëà |
породы |
||
золоотвал |
||||
|
ÃÐÝÑ |
разреза |
||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Ni |
8,0 |
6,9 |
0,7 |
|
Cu |
3,4 |
2,4 |
0,5 |
|
Zn |
7,1 |
2,8 |
0,9 |
|
Pb |
0,02 |
0,3 |
8,3 |
|
Co |
3,6 |
2,9 |
0,7 |
|
Mn |
76 |
205 |
136 |
|
F |
3,6 |
0 |
2,5 |
|
Cr |
7,9 |
11 |
3,6 |
|
|
|
|
|
2003, ¹ 7 |
25 |
них отвалах будет иметь положительный экологи- ческий эффект и может быть рекомендовано для внедрения в регионе. Золооотвалы будут удалены из водоохранных зон рек, при этом будут устранены фильтрационные потери и загрязнение и поверхностных, и подземных вод; снижены платежи за пользование водными и земельными ресурсами; сокращены затраты на мониторинг подземных вод. Золошлаковые отходы частично компенсируют дефицит объема горных выемок, образовавшийся после извлечения угля. Для теплоэнергетиков дополнительный экономический эффект от захоронения теплоэнергетической золы в выработанное пространство разрезов будет вызван снижением платежей за размещение отходов.
Согласно “Правилам разработки и утверждения нормативов образования отходов”, утвержденным Правительством РФ 16 VI 2000 г. ¹ 461, “горные породы, используемые для закладки выработанного пространства, засыпки провалов и рекультивации нарушенных горными работами земель, в соответствии с утвержденным в установленном порядке техническим проектом в лимиты на размещение отходов не включаются”.
Внесение золы в отвалы разрезов будет способствовать химической мелиорации последних за счет нейтрализации щелочной золой кислой среды отвалов. Золошлаки будут способствовать возрастанию прочности и снижению просадки отвальных массивов.
Кроме того, ожидается, что внесение золы может создать в отвалах разрезов искусственные водонепроницаемые слои, которые снизят существующую высокую инфильтрацию атмосферных осадков. В отвалах разрезов инфильтрация достигает 350 мм год [10], а один-три слоя золы снижают коэффициент фильтрации на один-два порядка [11, 12]. В перспективе это должно способствовать
оптимизации режима влаги в почвенном слое для его биологической рекультивации.
Список литературы
1.Golden D. M. Water pollution arising from solid waste (coal, fly ash, slag) disposal, and measures to prevent water pollution. – Water Sci. & Technol., 1983, v.15, ¹ 11.
2.Озерский А. Ю. Техника и технология разработки и использования угля, перспективы развития бассейна. Геологопромышленный атлас Канско-Ачинского угольного бассейна. Красноярск: изд-во Универс, 2001.
3.Гаврилин К. В., Озерский А. Ю. Канско-Ачинский угольный бассейн. М.: Недра, 1996.
4.Озерский А. Ю., Пацук С. В. О захоронении золошлаковых отходов ГРЭС КАТЭК во внутренних отвалах угольных разрезов.– Теплоэнергетика, 1991, ¹ 4.
5.Савинкина М. А., Логвиненко А. Т. Çîëû канско-ачинских бурых углей. Новосибирск: Наука, 1979.
6.Geological and geochemical controls in the chemical evolution of subsurface waters in undisturbed and surface-mined landscapes in western North Dakota Groenewold G. H., Koob R. D. et al. – Rept. Invest. N. D. Geol. Surv., 1983, ¹ 79.
7.Временный классификатор токсичных промышленных отходов и Методические рекомендации по определению класса токсичности промышленных отходов. Утв. Минздравом 5 мая 1987 г., ¹ 4286 – 87. М.: Минздрав СССР – ГКНТ, 1987.
8.Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами. М.: Управление охраны почв и земельных ресурсов Минприроды РФ, 1993.
9.ÑÍèÏ 2.01.28-85. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию. М.: Госстрой, 1985.
10.Чубаров В. Н., Ларичева С. Г., Дядиченко В. М. Изучение влагопереноса в зоне аэрации для гидрогеологических и экологических прогнозов в условиях Западного КАТЭК. – География и природные ресурсы, ¹ 1.
11.Шугалей Р. Т., Тетельмин В. В. Использование золошлаков в качестве противофильтрационного материала в золоотвалах. Техника, технология и защита окружающей среды КАТЭК. Красноярск, 1982.
12.Sonderegger J. L., Donovan J. J. Laboratory simulation of fly ash as an amendent to pyrite-rich tailings. – Ground Water Monit. Review, 1984, v. 4.
Опечатка
В журнале “Электрические станции”, 2003, ¹ 6, 1-я страница цветной вклейки “60 лет Кузбассэнерго” следует читать:
Отпуск теплоэнергии в 2002 г. – 14,4 млн. Гкал
26 |
2003, ¹ 7 |