О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. — 145 c.

Глава 5. Экологическая характеристика производств

5.21. Экологические проблемы в энергетике

5.21.3. Переработка твёрдых отходов тепловых электростанций

Одним из перспективных видов сырья, помимо глинистого, являются золы тепловых электростанций, которые имеются практически во всех регионах страны и являются экологическим бедствием. Золоотвалы занимают большие земельные площади, пригодные для использования в сельском хозяйстве. Они часто располагаются вблизи жилых районов, что недопустимо санитарно-техническими нормами. В качестве примера рассмотрим проблему накопления золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭС в Омской области.

Город Омск с трёх сторон окружён перегруженными пылящими золоотвалами с общим тоннажём более 50 млн. тонн с ежегодным увеличением на 1,5-2 млн. тонн. Из-за отсутствия переработки отходов ТЭС высота переполненных золоотвалов увеличивается, возрастает экологическая опасность загрязнения окружающей природной среды, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на здоровье омичей. В связи с острой проблемой использования золошлаковых отходов, рядом с ТЭЦ-5 началось строительство завода зольного гравия. Однако, со сменой руководства Правительства РФ и РАО ЕЭС был ослаблен контроль за утилизацией ЗШО ТЭЦ. В результате объекты по переработке золы готовностью 80-90 %, приобретенное технологическое оборудование с укомплектованностью на 90 % подверглись разрушению, разукомплектованию и разворовыванию. Выделенные из экологического фонда Омской области финансовые средства были израсходованы не по назначению, т. е. направлялись на частные строящие объекты, которые были задействованы в короткий срок, а экологические объекты превращены в долгострой.

Причина бездеятельности, самоотстранённости от решения проблемы своих отходов (газообразных и твердых ЗШО) кроется в том, что: во-первых Российские, в том числе и Омские энергетики материально не заинтересованы в переработке своих отходов, так как плата за выбросы и захоронения ЗШО заложена в себестоимость электроэнергии и теплоносителя, их оплачивает население и при этом живёт в зоне интенсивного загрязнения от ТЭС и их золоотвалов, несёт на себе тяжесть последствий их влияния на здоровье. Во-вторых, россияне не используют практический опыт передовых капиталистических стран, которые перерабатывают ЗШО на 50-80 % от их ежегодного выхода. Они не закладывают в себестоимость электроэнергии стоимость захоронения отходов. Переработкой ЗШО ТЭЦ занимаются отдельные компании, но под контролем государства и местных органов. Они смогли организовать производство так, что отходы дают большие прибыли, а не как у нас беды. В-третьих, у нас создана благоприятная обстановка: так в период рыночных отношений, т. е. в течение 9 лет в стране отсутствовал Классификатор токсичных промышленных отходов» и «Методические рекомендации по определению класса токсичности отходов». В связи с вводом с 1991 г. платы за выбросы, владельцы предприятий стремились показать свои отходы так, чтобы меньше платить за их выбросы в биосферу или за захоронения. Примером могут служить ЗШО Омских ТЭЦ, за захоронения они оплачиваются по V классу «практически неопасные». Фактически же зола Омских ТЭЦ относится к IV или III классу опасности и оплата должна производиться в 10ⁿ раз больше чем сейчас.

По мнению технического специалиста, доктора РАЕН Гужулева Э.П., при невыполнении омскими энергетиками постановлений правительства РФ, губернатора области, мэра города Омска в части переработки своих отходов необходимо вводить экономические рычаги к АК «Омскэнерго». При этом, первоочередной задачей является создание Научно-производственного центра, а в будущем в Акционерной компании по переработке золы и всех промышленных отходов Омского региона.

Твердые отходы тепловых электростанций — золы и шлаки — близки к металлургическим шлакам по составу. По химическому составу эти отходы на 80-90 % состоят из SiO₂, Аl₂O₃, FеО, Fе₂O₃, СаО, МgO со значительными колебаниями их содержания. Кроме того, в состав этих отходов входят остатки несгоревших частиц топлива (0,5-20 %), соединения титана, ванадия, германия, галлия, серы, урана. Химический состав и свойства золошлаковых отходов определяют основные направления их использования.

Основная масса используемой части шлаков и зол служит сырьём для производства строительных материалов, Так, золу ТЭС используют для производства искусственных пористых заполнителей — зольного и аглопоритового гравия. При этом для получения аглопоритового гравия используют золу, содержащую не больше 5-10 % горючих, а для производства зольного гравия содержание в золе горючих не должно превышать 3 %. Обжиг сырцовых гранул при производстве аглопоритового гравия осуществляют на решетках агломерационных машин, а при получении зольного гравия — во вращающихся печах. Возможно использование зол ТЭС и для производства керамзитового гравия.

Золы и шлаки от сжигания бурых и каменных углей, торфа и сланцев, содержащие не более 5 % частиц несгоревшего топлива, могут широко использоваться для производства силикатного кирпича в качестве вяжущего при содержании в них не менее 20 % СаО или в качестве кремнеземистого заполнителя, если в них содержится не более 5 % СаО. Золы с высоким содержанием частиц угля с успехом используются для производства глиняного (красного) кирпича. Зола в этом случае играет роль как отощающей, так и топливной добавки. Содержание вводимой золы зависит от вида используемой глины и составляет 15-50 %, а в отдельных случаях может достигать 80 %.

Кислые золошлаковые отходы, а также основные с содержанием свободной извести ≤10 % используют как активную минеральную добавку при производстве цемента. Содержание горючих веществ в таких добавках не должно превышать 5 %. Эти же отходы можно использовать в качестве гидравлической добавки (10-15 %) к цементу. Золу с содержанием свободной СаО не более 2-3 % используют для замены части цемента в процессе приготовления различных бетонов. При производстве ячеистых бетонов автоклавного твердения в качестве вяжущего компонента используют сланцевую золу, содержащую 14 % свободной СаО, а в качестве кремнеземистого компонента — золу сжигания углей с содержанием грючих 3-5 %. Использование золошлаковых отходов по указанным направлениям является не только экономически выгодным (вследствие сокращения потребления гипсового камня, песка, цемента, извести, топлива), но и позволяет повысить качество соответствующих изделий.

Золошлаковые отходы используют в дорожном строительстве. Они служат хорошим сырьём для производства минераловатных изделий. Высокое содержание СаО в золе сланцев и торфа позволяет использовать её для снижения кислотности — известкования почв. Растительная зола широко используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения ввиду значительного содержания калия и фосфора, а также других необходимых растениям макро- и микроэлементов. Отдельные виды золошлаковых отходов обладают свойствами, делающими перспективным их применение в качестве агентов очистки отходящих газов ТЭС и производственных сточных вод.

Зола углей и нефтей содержит практически все металлы, которые можно извлекать. Концентрация Sr, Zn, V, Ge достигает 10 кг на 1 т золы. Содержание урана в золе бурых углей некоторых месторождений может достигать 1 кг/т. Зола торфа содержит значительные количества V, Со, Cu, Ni, Zn, U, Pb. В золе нефтей (мазутов) содержание V₂O₅ в некоторых случаях достигает 65 %, кроме того, в ней в значительных количествах присутствуют Mo и Ni. В связи с этим извлечение металлов является ещё одним направлением переработки таких отходов. Из золы некоторых углей извлекают в настоящее время редкие и рассеянные элементы (например, Ge и Ga), из золы мазутов — ванадий, никель и другие металлы.

Вместе с тем, несмотря на наличие разработанных процессов утилизации топливных золошлаковых отходов, уровень их использования все ещё остается низким по сравнению с имеющимися ресурсами. С другой стороны, современное технологическое использование энергии топлива (по сравнению, например, с его использованием на мощных ТЭС) является малоэффективным. При решении вопросов защиты окружающей среды, в частности от вредного влияния твёрдых и газообразных отходов ТЭС, перспективным может оказаться путь комплексного энерготехнологического использования топлив. Объединение крупных промышленных установок для получения металлов и других технологических продуктов (в частности химических), а также технологических газов с мощными топками ТЭС может позволить полностью утилизировать как органическую, так и минеральную части топлива, увеличить степень использования тепла, резко сократить расход топлива.

Так, например, на энергогазохимическом комбинате топливо перед сжиганием можно будет подвергать направленному пиролизу с получением ценных химических продуктов. Из сернистых мазутов, в частности, можно будет получать в виде сжиженного газа пропан-бутановую смесь, бензол, серную кислоту, ванадий и газ с высоким содержанием этилена и пропилена.

Значительные перспективы в решении задач борьбы с отходами в энергетике и некоторых смежных отраслях обещает детальная отработка трёх наиболее важных способов получения жидких топлив из ископаемых углей: газификации (производства синтез-газа с последующим получением на его основе жидкого топлива), гидрогенизации (насыщение угля водородом при температурах порядка 500 °С и давлениях в несколько сот атмосфер) и пиролиза (высокотемпературное разложение угля в инертной среде).