Geum.ru

Московский государственный открытый университет Научно-образовательный материал

Вид материалаДокументы

Содержание


Оксиды Si и металлов, входящие в химический состав золоотходов и нового минерального наполнителя на их основе
Промышленные наполнители
1.5 Эколого-экономическая проблема переработки и утилизации промышленных отходов тепловых электростанций
Области применения золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС
Годовой экономический эффект, млн.руб.
Эластомерные композиционные материалы.
Затраты на золоудаление.
Подобный материал:
1   2   3   4
Из табл. 1.4.1 следует, что в химический состав нового минерального наполнителя входят оксиды Si и металлов – Al, Fe и др., а известно, что оксиды Si, Al, Fe – малотоксичны (для сравнения – чрезвычайно токсичен оксид бериллия).

Таблица 1.4.2 ПДК в воздухе рабочей зоны и класс опасности оксидов SiO2 и металлов, входящих в химический состав золоотходов и нового минерального наполнителя на их основе, и промышленных минеральных наполнителей


Оксиды Si и металлов, входящие в химический состав золоотходов и нового минерального наполнителя на их основе
ПДК, мг/м3
Класс опасности

SiO2
4
4

Al2O3
3
4

Fe2O3
6
4

MgO
10
4

TiO2
10
4

Промышленные наполнители


4

4

Каолин

Тальк

4
4

Белая сажа (марки БС – 120) или аэросил
4
3

Волластонит

15
4

Угольная пыль

6
4

Асбест
2
4



Примечание: класс опасности по степени воздействия на организм человека: 1 – чрезвычайно опасные; 2 – высокоопасные; 3 – умеренно опасные; 4 – малоопасные


Для подтверждения экологической безопасности были проведены лабораторные испытания золы с электрофильтра ТЭЦ – 22 –филиал ОАО «Мосэнерго» в ФГУ здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в Московской области», который выдал ТЭЦ – 22 в 2010г сертификат соответствия на золу требованиям нормативных документов (№ 1326024) со сроком действия с 12.12.2010 г по 12.12.2011г, и санитарно – эпидемиологическое заключение № 50.99.04.571 П 013976.10.08 от 27.10.2008, согласно которым золошлаковые смеси ТЭЦ – 22 соответствуют государственным санитарно – эпидемиологическом правилам и нормативам и могут использоваться в качестве компонента для изготовления строительных материалов и изделий (при производстве цемента, керамического кирпича, пористого гравия, керамзитобетона). В сертификате указано соответствие содержания металлов (Cd, Mn, Cu, Ni, Hg, Pb, Cr, Zn) и мышьяка т.е. указано на нетоксичность золы, а также соответствие удельной эффективной активности радионуклидов величинам допустимого уровня.

Радиационная безопасность нового минерального продукта подтверждается заключением Мос НПО «Радон» по радиационной безопасности золоотходов с электрофильтров ТЭЦ – 22 – филиал ОАО «Мосэнерго»: согласно нормам радиационной безопасности золоотходы относятся к материалам 1 – го класса, которые могут использоваться во вновь строящихся и общественных зданиях и не относятся к веществам, попадающим под категорию радиоактивных отходов.

Получено санитарно – эпидемиологическое заключение от Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека 27.10.2008г о соответствии смесей золошлаковых ТЭЦ № 22 – филиал ОАО «Мосэнерго» санитарным правилам по нормам радиационной безопасности НРБ – 99 и ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест и разрешение на их использование для изготовления строительных материалов и изделий (гравия, кирпича, заполнителя для конструкций из керамзитобетона, при производстве цемента, дорожное строительство, для изделий из ячеистого бетона). Золошлаковые смеси отнесены к IV классу опасности – малоопасные для окружающей природной среды


1.5 Эколого-экономическая проблема переработки и утилизации промышленных отходов тепловых электростанций


В настоящее время объем допустимого воздействия человека на биосферу превышен в 8 – 10 раз. Нарушен баланс между воздействием на природную среду и ее возможность к саморегулированию. В окружающую среду выбрасываются тысячи тонн веществ, которые ей совершенно не свойственны; накоплены миллиарды тонн твердых отходов, которые практически не перерабатываются, а складируются при этом зачастую на плодороднейших землях. Для установления равновесия в окружающей среде технологические процессы должны обеспечивать возврат исходного сырья путем утилизации производственных и бытовых отходов. В настоящее время проблема организации производства с переработкой отходов с последующей их утилизацией является наиболее актуальной, как с экологической, так и экономической точки зрения. При разработке новых технологических процессов необходимо уже на начальных стадиях оценить возможность ликвидации и утилизации, неизбежно возникающих отходов, которые по запасам и свойствам можно классифицировать, как техногенные месторождения

Твердые отходы угольных ТЭС представляют собой экономическое сырье для производства высокотоннажных композиционных материалов и изделий,используемых в различных отраслях. Однако, в настоящее время их использование состовляет всего 10 -14% от годового выхода золоотходов. Серьезным ограничением использования золоотходов является большой разброс по размеру частиц (0,4 – 150мкм), наличие «грита» (спекшихся частиц), инвертность поверхности частиц, что препятствует их применению в высоко тоннажных композиционных материалах. Сообщается о методах и технических средствах по утилизации промышленных золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС: методы фракционирования золоотходов, модификации поверхности золоотходов. Многолетними исследованиями установлена стабильность химического состава и физико – химических свойств нового минерального продукта на основе золоотходов угольных ТЭС (содержит оксиды кремния -57,5%, алюминия -25,9%, железа -6,8%, магния 0,8%, кальция 1,5% и др.; частицы имеют сферическую форму размером 0,5 – 1,5мкм, насыпная плотность -900 кг/м3, плотность -2100 кг/м3.

В настоящее время недостаточная экологическая чистота производства электроэнергии на угольных ТЭС обусловлено низким качеством угля, несовершенной системой улавливания отходов. Как правило, применяется высокозольное топливо с относительно большим содержанием серы, образуется большое количество твердых отходов, направляемого на золоотвалы, представляющие угрозу для окружающей среды.

В Постановлении Правительства РФ №216 от 02.1996г. «О первоочередных мероприятиях по решению проблем отходов в РФ» были выделены 16 приоритетных проектов по переработке о обезвреживанию твердых отходов, в которых на 6- ом месте был проект «Золошлаковые отходы». В 2002 г. на заседании Президиума Госсовета, Совета безопасности и Совета при Президенте по науке и технологиям принят перечень перспективных технологий РФ до 2010г, одной из которых «Переработка и утилизация техногенных образований и отходов». Проблема «Переработки и утилизации золоотходов» была включена в Федеральную целевую научно – техническую программу «Исследования и разработка по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002 – 2006 гг.»

Согласно закону РФ «Об отходах производства и потребления» в гл. V, ст.21 предусмотрены: 1) уменьшение количества отходов и вовлечение их в хозяйственный оборот; 2) плотность размещения отходов; 3) экономическое стимулирование деятельности в процессе обращения с отходами.

Пути уменьшения количества золошлаковых отходов (ЗШО): а) подготовка топлива другими способами; б) проведение режимных мероприятий; в) конструктивное изменение котлов и др.


Области применения золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС

Установлена возможность использования золоотходов от сжигания твердого топлива для производства различных материалов и изделий : для производства цемента, силикатного кирпича, древесно – минеральных блоков, асфальтобетона, шлакоблоков, минеральных добавок для зольного гравия; искусственных пористых заполнителей, сборного и монолитного бетона, строительных растворов; для получения алюмосиликатных огнеупорных материалов, заменяющих шамотные; предельная температура новых материалов – 1300 C0; на их основе возможно создание высокотемпературных изолирующих материалов; для производства керамических материалов.

Золошлаки ТЭС широко используются для заполнения подземных пустот и горных выработок. Широко распространенной областью использования является применение зол в дорожном строительстве. Они могут быт использованы в качестве наполнителей асфальтобетонных смесей, оснований и подушек дорог. Представляется перспективным применение золошлаков для укрепления и структурирования грунтов. Отмечен высокий экономический и экологический эффект использования золы для засыпок свалок отходов бытового мусора. Достаточно большое количество золы некоторых видов твердого топлива может быть применено в сельском хозяйстве для раскисления и структурирования почв, внесения в них микрокомпонентных добавок.

Сообщается о применение золы буроугольных ТЭС для изготовления камней для мостовых, строительных блоков, керамических дренажных труб, цемента, удобрений, строительного раствора, а также для рекультивации выработанных карьеров и защиты лесонасаждений от оползней. Разработан способ приготовления стабилизата для уплотнения основания свалок. Стабилизат приготавливается из90% золы ТЭС и 10% карбидной извести с водой. Физико-химические свойства стабилизата делают его заменителем глины и мергеля, применяемых для герметизации котлованов.

Сообщается о применении золы и шлака при возведении дамб золоотвалов. Длительные исследования механических и экологических свойств золошлаков позволяют использовать их при строительстве новых участков Артемовской ТЭЦ в Приморском крае. Экономическая выгода: уменьшается объем привозного гравия, удешевляется строительство фундамента под новые корпуса.

Предложен способ возведения насыпного золошлакоотвала мерзлого типа. Цель изобретения – повышение эксплуатационной надежности сооружения за счет промораживания складируемых зололаков, отвода загрязненных стоков и сохранения в мерзлом состоянии водонепраницаемого основания золошлакоотвала. Вначале возводят ограждающую дамбу мерзлого типа, затем ведут поярусную отсыпку массива золошлаков и рекультивацию слоя. Золошлакоотвал разделяют на секции внутренними дамбами из фильтрующего материала. Золошлаки отсыпают на мерзлое основание и промораживают. Загрязненные стоки через водопроницаемые внутренние дамбы отводят в последнюю секцию и затем с помощью водосборной трубы сбрасывают во внешнюю емкость.

Сообщаются результаты использования безотходной переработки золоотвалов ТЭС методами флотации (реагенты – керосин и пенообразователь Т - 66) с получением угольной массы и алюмосиликатной фракции, пригодной для производства цемента.

Сообщается о применении фракционированных золоотходов в качестве нового минерального наполнителя для производства полимерных и битумно-полимерных композиционных материало.

В качестве наполнителя в кровельных и гидроизоляционных материалах наибольшее практическое применение получили твердые тонкодисперсные порошкообразные продукты неорганического происхождения.

Одним из эффективных способов формирования необходимого комплекса свойств полимерных материалов является их наполнение. В качестве наполнителей наибольшее практическое применение получили твердые тонкодисперсные порошкообразные продукты органического или неорганического происхождения. Введение наполнителей способствует улучшению необходимых технологических и физико-механических свойств полимеров, приводит к снижению стоимости полимерного материала. В рецептуре применяемых в промышленности резин на основе каучуков общего назначения достаточно широко используются минеральные наполнители природного происхождения (мел, каолин, бентонит и др) или синтетические (кремнекислота, оксиды и силикаты различных металлов). Применение минеральных наполнителей улучшает технологические свойства резиновых смесей, повышает экономическую эффективность производства, решает экологическую задачу (использование отходов различных производств). В настоящее время ассортимент минеральных наполнителей для эластомеров ограничен, а их запасы исчерпываются. Поэтому важной экономической, технологической и экологической проблемой для резиновой промышленности является увеличение ассортимента минеральных наполнителей и улучшение их качества. В связи с этим большую актуальность для производства новых минеральных наполнителей приобретает рациональное и эффективное использование новых сырьевых ресурсов отходов производства. К новым сырьевым ресурсам в настоящее время можно отнести шунгит – тонкоизмельченный минерал природного происхождения ( Карелия), к отходам производства – специально обработанные золоотходы, образующиеся при сжигании твердого топлива на ТЭЦ. Несмотря на наличие больших запасов этого сырья, золоотходы все ещё не находят должного применения в полимерных и битумно-полимерных материалов.

Сообщается о применении нового минерального наполнителя на основе угольных золоотходов в битумно-полимерных материалах - рулонных кровельных и гидроизоляционных материалах вместо серийного минерального наполнителя тальк. В настоящее время для производства битумных рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов в качестве минеральных наполнителей применяются:1) тальк (силикат магния 3MgO • 4SiO2 • H2O, содержит 63,5% SiO2, 31,7% MgO, а также некоторое количество Fe2O3; имеет чешуйчатую форму частиц размером 0,5 – 40мкм, насыпная плотность 1250кг/м3, плотность 2600кг/м3); 2) доломит (CaCO3 MgCO3, содержит 30,5% CaO, 21,9% MgO, размер частиц 0,5 – 30 мкм, насыпная плотность – 1100 кг/м3, плотность -2450 кг/м3).

Новый минеральный наполнитель на основе золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС вводился в композиции вместо талька в равномассовом количестве. Опытно промышленные партии нового минерального наполнителя испытаны в производственных рецептурах филизола и гидростеклоизола. Установлено сохранение требуемого уровня технологических и физико – механических свойств указанных материалов.

Новый минеральный наполнитель является экологическим и радиационнобезопасным, экономичным, пожаро -, взрывобезопасным, конкурентоспособным на внутреннем рынке. Применение нового минерального наполнителя на основе золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС позволяет получать существенный экономический эффект. Расчет экономического эффекта приведен в таблице 1.5.1.



Выпуск, млн. м2/год
Расход минерального наполнителя на выпуск изделия, т
Цена 1т минерального наполнителя
Годовой экономический эффект, млн.руб.

тальк
На основе золоотходов
Разница в цене/руб

Филизол – 250млн м2/год
225,000
1700
600
1100
247,5

Гидростеклоизол
108,00
1700
600
1100
118,8







Итого:366,3
Таблица 1.5.1 Расчет экономического эффекта от применения нового минерального наполнителя на основе золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС при производстве филизола и гидростеклоизола.


Эластомерные композиционные материалы. Установлена возможность использования специально подготовленных золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС в производственных элементах шин – для прослойки на низ 1 – го слоя каркаса грузовых радиальных автопокрышек; для ободных лент; для обкладки слоев каркаса грузовых диагональных покрышек; в протекторных смесях для ремонта автошин; а также для резинотехнических изделий. Проведены стендовые испытания грузовых автопокрышек, показавшие, что автопокрышки, собранные с применением резиновых смесей с новым минеральным наполнителем на основе золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС выдержали пробег в 3500км без разрушений, что соответствует нормативным требованиям.

Рассчитан годовой экономический эффект от применения нового минерального наполнителя на основе золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС в резиновых смесях для протектора легковых, а также грузовых радиальных и диагональных шин и для резин – технических изделий. Оказалось что с учетом годового выпуска легковых и грузовых автомобильных шин и резиновых смесей для резино – технических изделий годовой экономический эффект от внедрения нового минерального наполнителя составил около 3 млн. руб.(в ценах 2003 года). И это только на одном шинном заводе, выпускающая достаточно ограниченное количество продукции. Экономический эффект будет значительно выше: 1)с учетом цен 2011 года; 2)с учетом применения нового минерального продукта в производстве изделий из эластомерных материалов в значительных объемах.

Экономические преимущества золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС и нового минерального продукта на их основе перед другими минеральными наполнителями обусловлены единым технологическим циклом на ТЭС для получения и подготовки для отправки потребителям.


Затраты на золоудаление. Для золоудаления основными критериями оценки эффективности являются: надежность системы; объем отгрузки; экологическая приемлемость технологии складирования; стоимости удаления 1 тонны. Стоимость удаления золы в отвал в США – около 20 долл/т. Поэтому при ежегодном получении 740 тыс/т золы от угольной ТЭС 500 МВТ, годовые затраты на золоудаление составляют около 14 млн.долл. При этом утилизация твердых отходов ТЭС дает экономический эффект размере около 10 млрд. долл.

Необходима экономическая стратегия для стимулирования применения ЗШО в условиях сложившихся инфраструктур – освобождение или установление льгот производителям товаров с использованием ЗШО, стимулирование развития рынка продукции из ЗШО субсидиями на утилизационные установки и премиальные выплаты за производство продукции. Необходимо учитывать организационно – экономические проблемы использования золошлаковых отходов ТЭС.

Однако следует учитывать что охрана окружающей среды только тогда приносит необходимый результат, когда она будет экономически выгодна хозяйственному субъекту. Поэтому на уровне Правительства РФ следует:

1) установить налоговые льготы предприятиям при внедрении мало – и безотходных технологий и производств, исследовании вторичных ресурсов, т.е. мероприятий, обеспечивающих природоохранный эффект;

2) ввести специальное налогообложение экологически вредной продукции, а также продукции, выпускаемой с применением экологически опасных технологий;

3) применение льготного кредитования предприятий, эффективно осуществляющих мероприятия по охране окружающей среды.

Приведены результаты исследований в области производства продуктов потребительского назначения из отходов ТЭС и показано получение тепловыми электростанциями дополнительной прибыли за счет вторичного производства.

Эффективность использования топлива на ТЭС зависит от решения следующих задач:
  • Возможности использования любого топлива независимо от его качества;
  • Получение от топлива максимальной энергии;
  • Возможности полного отделения из отходов минерального балласта;
  • Контроля за технологическими операциями в процессе выделения минерального балласта с одновременным обогащением химическими элементами и соединениями, находящимися в золошлоаковых отходах;
  • Совмещения основных технологических операций с улавливанием и связыванием вредных выбросов обеспечивающего таким образом экологическую чистоту производства.

Для комплексного решения этих задач необходимы технологии, при внедрении которых тепловая электрическая станции становится многопрофильным предприятием, производящим не только электроэнергию, но и утилизирующим твердые, жидкие и газообразные выбросы и отходы.

Технико-экономические показатели угольных ТЭС должны одновременно оцениваться:

- по количеству электроэнергии и тепла, отпущенным потребителям;

- существованием надежной экономической системой, способствующей развитию побочных производств и разработке технологий по эффективному использованию отходов ( при этом особенно надо отметить, что существующая система штрафов за выбросы и накопление отходов не стимулирует освоение безотходных технологий и развития многоцелевого производства на ТЭС.

Приведены технико-экономические расчеты для решения экономических задач использования отходов и выбросов с рациональным производством электроэнергии на ТЭС:


,

где , Зс, Зпр – годовые затраты на производство электроэнергии, поставку топлива на электростанцию и прочие расходы, f- индекс, определяющий статьи расхода годовых затрат (зарплата , амортизация, собственные нужды, ремонт оборудования, накладные расходы и др.)

Экономическая эффективность многоцелевого использования твердых топлив на ТЭС при производстве электроэнергии и утилизации золошлаковых отходов может быть представлена следующим соотношением:





где B – расход топлива на производство электроэнергии, кг/ч;

τ – количество часов работы энергоустановки в году/ ч;

С3,Сtтпр – отпускные цены на электроэнергию, руб/кВт.ч и

i – ю товарную продукцию из отходов ТЭС,

QHP – теплота сгорания топлива, кДж/кг;

- КПД энергоустановки и установки по производству i – ой продукции из отходов ТЭС;

Ap – рабочая зольность топлива %,

Giт.пр – доля отдельных видов производства товарной продукции (кирпича, шлакощебня и др), получаемых из отходов ТЭС;

Зт.прi – годовые затраты при производстве i- ой товарной продукции из отходов ТЭС, руб.