Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы (стр. 31 )

Выход золы и шлака на 1 млн. кВт мощности ТЭС составляет за 1 год - 500 тыс. т. Зола имеет определенный энергический потенциал в виде несгоревших ококсованных частиц, который может достигать 2,1 МДж на 1 т золы, что равноценно 100 кг угля. Необходимо учитывать, что в разных топках поведение минеральной части угля неодинаково даже при сжигании одного и того же топлива и зависит: от максимальной температуры горение и температуры газов на выходе из топки. Различают золу провала и уноса. Зола провала включает частицы, которые имеют крупный размер и выпадают из турбулентных потоков газов в бункер подтопочного пространства, где они смешиваются со шлаком. Золы уноса - летучие золы, имеющие малый размер, значительную скорость витания и осаждающиеся в процессе очистки отходящих газов. Чем мельче фракция золы, тем больше в ней шарообразных частиц, меньше количество ококсованных частиц и более активно проявляется пуццолановые (вяжущие свойства). Чем больше содержится стекловидных частиц, тем однороднее состав зол и выше их потенциальная возможность к гидратации. Сложность использования золы заключается в изменчивости гранулометрического состава и количества несгоревших частиц, даже для одной ТЭС. Поэтому применение зол ТЭС в бетонах может быть успешным только в том случае, когда обеспечивается постоянство их состава и свойств. Летучие золы, улавливание которых происходит в циклонах и электрофильтрах, состоят из частиц разных по крупности и плотности. Еще большая сепарация имеет место при гидроудалении зол. Для усреднения различных зол может использоваться их многократная перевалка. Если размер частиц золы от 5 – 1000 мкм, то по зерновому составу зола близка к портландцементам. При этом золу нет необходимости измельчать и можно в готовом виде использовать для производства, добавок к цементам, автоклавных изделий.

Процессы переработки и утилизации золошлаковых отходов ТЭС должны производиться с учетом: рыночной коньюктуры изделий; состава исходного сырья; наличия необходимого оборудования. Развитие производства на основе золошлаковых отходов должно стимулироваться различными экологическими законами и льготами, например в Германии до 80 % зданий строится с использованием золошлаковых отходов. В целом можно выделить следующие пути утилизации золошлаковых отходов ТЭС: переплавка с получением FeSi (и других ферросплавов) и пеношлака (например, в электропечах для расплавления и восстановления); производство шлакокаменных литых изделий; производство ячеистых бетонных блоков; сепарация золы с выделением недогоревшего углерода и микросфер; производство герметиков, клеев и замазок; комплексное производство гипсоцементнозольного вяжущего и стеновых камней на его основе, при очистке дымовых газов от оксидов серы мокроизвестковым методом с использованием абсорбера с природным известняком, в котором происходит абсорбция, окисление, нейтрализация и получение сульфата кальция (двуводного гипса).

Основные направления утилизации зол в строительстве [167]:

1. Использование вяжущих свойств золы, обусловленных режимом сжигания топлива, соотношением стекловидной и кристаллической фаз, причем чем больше относительное содержание стекловидной фазы, тем выше активность золы.

2. Применение зол: в ячеистых бетонах – используется их гидравлическая активность и повышенная дисперсность, например в безавтоклавных пенобетонах, в автоклавных ТИ пенобетонах (в результате твердения в пропарочных камерах); производство пористых заполнителей, например спеканием зол методом агломерации, получение зольного гравия во вращающихся печах, на ленточных спекательных машинах с присадкой к золе глины, спекание зол в шахтных печах.

На основе зол, содержащих более 7 % Fe2O3 и менее 10 % несгоревших частиц, возможно получение при спекании зольного пористого гравия без корректировки состава золы, а при содержании ококсовавшихся частиц более 10 %, добавляется глина. На основе таких зольных заполнителей можно изготовлять пенобетон, в котором песок частично заменяется золой и легкие бетоны на пористых заполнителях.

При производстве пористых заполнителей на основе шлаков ТЭС [168] наилучшей вспучиваемостью обладает шихта состава (мас %): шлака – 80; высокопластичной глины – 10; угля – 0,05; мазута – 0,5. Вспучивание шлаков происходит в момент перехода их в пластично-вязкое состояние за счет давления газа, образовавшегося в результате окислительно-восстановительных реакций с участием оксидов железа, с получением вспученного шлакового гравия-шлакозита. Компактная схема получения шлакозита может быть размещена непосредственно на территории ТЭЦ увязана в технологическую нитку станции с единой системой пылегазоочистки. Схема рациональна для переработки шлака с содержанием оксидов кальция и магния не более 6 - 8 %. Для термообработки изделий из шлакобетонов можно использовать горячие газы (80 – 100 °С) из котельной, без пропаривания в камерах и автоклавах.

Золы Кузнецких и Карагандинских углей низкокальциевые с удельной поверхностью 450 кг/м2 и насыпной плотностью 800-850 кг/м3 [169]. По модулю основности золы относятся к кислым. В основной массе золы представлены аморфизированным глинистым веществом с включениями кристаллической фазы и активной стеклофазой с 10 - 15 % минералов кварца, полевого шпата, муллита и корунда. Муллит и активная стеклофаза при обжиге обеспечивают сцепление между зернами минералов и глинистого вещества. Химико-минералогический состав зол 2 и 3 полей электрофильтров позволяют рекомендовать их для производства пористых керамических и стеновых материалов обжиговым методом. Сухая зола электрофильтров ТЭС содержит SiO2, Al2O3, Al2SO4 и при добавке гипса и соединения смеси с водой происходит химическая реакция с образованием гидратов кальция и кремния, а также сульфат-гидратов. Получающийся продукт по прочности конкурирует с бетоном.

Возможно использование полых гранул из золы в качестве материала для теплоизоляции подземных теплопроводов. При этом методом раздува расплава золы получают полые магнезиально-силикатные сферы, имеющие низкие коэффициенты теплопроизводности (λ = 0,15 Вт/(м×К) и высокие тепло-влагоизоляционные свойства. Изоляция труб от грунта [с λ = 1,2 Вт/(м×К)] осуществляется отсыпкой трубы радиусом 0,3-0,4 м.

Представляет интерес разработка различных вариантов использования золошлаковых отходов ТЭЦ [170]. Таких отходов скопилось более 5 млн. т с годовым выходом около 200 тыс. т. Рассматриваются следующие возможные пути утилизации: 1) производство строительного кирпича по примерной технологии – доменный граншлак и зола смешиваются в сушильном барабане и доводятся до влажности 5 - 7 %, смесь затворяется глиняным шликером до влажности 11-15 % и поступает на револьверный пресс СМС 152 А с удельным давлением прессования 25-30 МПа, с получением безобжигового кирпича; 2) производство бетона для малоэтажного строительства по технологии – зола гидроудаления используется в качестве заполнителя и компонента смешанного вяжущего, смешивается с негашенной комовой известью (1 сорт) Агаповсного известково-обжигового завода и гипсовым камнем Дибинского карьера (Оренбургская область), при этом получают бетон марки М 100.

Нормативные документы регламентирующие применение золошлаковых отходов ТЭС:

1. ГОСТ 25592-91 (Смеси золошлаковых ТЭС для бетонов. Технологические условия – используются смеси, образующиеся при совместном гидроудалении золы и шлака в процессе сжигания углей в пылевидном состоянии в качестве компонента для изготовления строительных растворов, тяжелых, легких и ячеистых бетонов для сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и изделий);

2. ГОСТ 25818-91 (Золы-уноса ТЭС для бетонов. Технические условия – применение золы-уноса сухого отбора, образующейся на ТЭС при пылевидном сжигании угля, в качестве компонента бетонов и строительных растворов, а также тонкомолотой добавки для жаростойких бетонов);

3. ТУ 21-31-45-82 (Золы ТЭС в качестве мелкого заполнителя керамзитобетона марок 35-200 для ограждающих и несущих конструкций).

В способе приготовления технической пены (а. с. 1470734 СССР, СО4В 38/10, опубл. 07. 04. 1989) путем взбивания пенообразователя со стабилизирующей добавкой, для повышения стойкости и кратности пены, а также уменьшения расхода пенообразователя, одновременно с процессом взбивания пенообразователя вводят стабилизирующую добавку в виде золы уноса в количестве 1,5-10 % от объема пенообразователя. В качестве пеногенератора используется специально переоборудованный центробежный насос типа 4НФ с крыльчаткой, имеющей скорость вращения 1500 оборотов в минуту. Зола-уноса имеет тонкость помола 2500-3500 см2/г. В течение 30-40 сек в насос подается отдозированное на замес количество рабочего раствора пенообразователя, например сульфонолового (1:10), с плотностью по ареометру β = 1,012. Одновременно с пенообразователем при его взбивании через загрузочную воронку в насос равномерно вводят золу-унос. Затем пеносмеситель подается в бетоносмеситель, в котором перемешивается 30-40 сек.

Алюмосиликатные полые микросферы (АСПМ) образуются в результате расплавления минеральной части углей при их сжигании (с содержанием в них оксидов железа до 12 – 20 %) [171]. Из 1 млн. м3 золы в год можно получить до 15 тыс. т. зольных микросфер. В условиях факельного высокотемпературного горения плены и капли расплавленной зол захватывают газообразные продукты сгорания (CO2, H2O, SO3) и обволакивая их, образуют при остывании сферические полые тела. Размеры частиц – 20-350 мкм (3-600), содержание в золе-уносе – 0,2-1,2 % (по массе), плотность – 0,6-1,6 г/см3 (320-450 кг/м3). Легкая фракция зольных микросфер (0,6 г/см3) наполнена смесью CO2 и N2 (70:30). Цвет микросфер – от прозрачных до белых и светло-серых, несгоревшие частицы (0,8 г/см3) – матово-черные. У всех остальных компонентов золы плотность ρ = 2,3-6,5 г/см3 (т. е. тяжелее воды и легко отделяются). Твердость по Моссу у микросфер – 5-6.

После гидроудаления золошлаковой смеси в отвал микросферы всплывают на поверхность воды отстойника, относятся к дальним краям отвала, затем собираются, отчищаются от примесей и поставляются в сухом или влажном виде. Выделение АСПМ из золы-уноса может производится методами сепарации или сухого и мокрого гравитационного обогащения. Трудность связана с очисткой микросфер от недожога и глинистых материалов. На поверхности золоотвала микросферы образуют светлый слой и их отбирать можно путем флотации, электростатического осаждения или рассева. Основное количество микросфер (70-80 %) поступает из первых и вторых полей электрофильтров. Существенного влияния марок сжигаемых углей и степени подсветки факела мазутом на выход и выделение микросфер не установлено. Некоторый рост выхода микросфер в золе наблюдается при снижении нагрузки котла, возможно из-за увеличения времени пребывания золы в топке и электрофильтре.