РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ТЕНДЕНЦИЙ В ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В КРАСНОЯРСКОМ КРАЕ

В регионах Сибири тепловая генерация электроэнергии наиболее масштабно развита в Красноярском крае, и это не случайно,

Календарный график организации работ на ЗШН по предлагаемой технологии

Таблица 6.3

Период

1-й квартал

2-й квартал

3-й квартал

4-й квартал

Комплекс проводимых работ

Блок 1

Выемка твердой фракции золошлаковой пульпы маши- ной ВБМ 1

Выемка твердой фракции золошлаковой пульпы ВБМ 1

Слив пульпы через В 1, В 2

Слив пульпы через В 2

Слив пульпы через В 1

Блок 2

Выемка твердой фракции золошлаковой пульпы маши- ной ВБМ 2

Выемка твердой фракции золошлаковой пульпы ВБМ 2

Слив пульпы через В 3, В 4

Слив пульпы через В 3

Слив пульпы через В 1

Блок 3

Слив пульпы через выпуски В 1, В 2

Слив пульпы через В 2

Выемка твердой фракции золошлаковой пульпы ВБМ 1

Выемка твердой фракции золошлаковой пульпы ВБМ 1

Слив пульпы через В 1

Блок 4

Слив пульпы через выпуски ВЗ, В 4

Слив пульпы через В 3

Выемка твердой фракции золошлаковой пульпы ВБМ 2

Выемка твердой фракции золошлаковой пульпы ВБМ 2

Слив пульпы через В 4

поскольку на его территории расположены значительные подтвержденные запасы бурого угля (60 млрд т, Канско-Ачинский угольный бассейн). Неглубокое залегание и значительная мощность угольных пластов, наличие развитой речной сети сделали возможным строительство крупных тепловых станций в этом регионе. Соседний Кузбасс располагает более значительными запасами угля, но поскольку по его территории протекает р. Томь, являющаяся источником питьевой воды для городов Междуреченска, Новокузнецка, Кемерова, Юрги, Томска, Северска, то и возможность забора воды из этой реки значительно ограничена. В Иркутской области, где на р. Ангара поТаблица 6.4

Сравнительные характеристики технологий эксплуатации ЗШН

Наименование показателя

Технология эксплуатации ЗШН

существующая

предлагаемая

Жизненный цикл, лет

2-3

не менее 15-20

Размещение сливаемой золошлако-

без

вой пульпы, тыс. м3

400-560

ограничений

Дренирование технологической воды

за контуры ЗШН, тыс. м3

120

2-3

Перехват технологической воды, %

-

98

Коэффициент запаса устойчивости

каскада дамб, ед.

0,78

1,4

Финансирование программы, млн руб:

2010-2011 гг.

200-300*

60-70

2012-2016 гг.

700-800

250-300

Примечание: * обозначен объем финансирования размещения золошлаковой пульпы с учетом строительства нового ЗШН.

строены четыре гидроэлектростанции, необходимость в тепловой генерации отсутствует.

Исторически на тепловых станциях образующиеся отходы (зола и шлаки) размещают в золошлаковых накопителях, объем которых чаще всего увеличивается за счет их роста в высоту. В настоящее время на всех тепловых станциях весьма остро стоит вопрос, что делать с золой, ведь дальнейшее размещение золы и шлака на отвалах становится весьма проблематичным. Рост отвалов в высоту приводит к увеличению интенсивности их пыления в ветренную погоду, что является негативным моментом для городских территорий; кроме того, обустройство ограждающих дамб из привозных горных пород значительно удорожает эксплуатацию золошлаковых накопителей.

К настоящему времени известны следующие направления в обращении с золой и шлаками: производство продукции промышленного назначения из золы и шлака при их высокотемпературном нагреве; использование золы и шлака при вертикальной планировке остаточных карьерных выемок - заполнение пустого пространства перед их рекультивацией, перекрытие слоем необходимой мощности старых бесхозных свалок, имеющих склонность к самовозгоранию находящихся на них материалов и веществ.

В начале 90-х гг. прошлого столетия на Красноярской ГРЭС-2 (ЗАТО, г. Зеленогорск) впервые было апробировано в промышленном масштабе инновационное направление в использовании золы и шлака - высокотемпературный нагрев до 1 500-1 600 °С в плавильных печах. В этот период было организовано малое предприятие по переработке золы и шлака в строительные материалы. Такое решение руководства станции вызвала ситуация с пожаром 14 апреля 1993 г. на заводе двигателей АО «Камаз», где главным фактором масштаба пожара было отмечено использование пенополистирола ПБС-С в кровле цехов. Пенополистирол ПБС-С - горючий материал, в состав которого входят (в % веса): полистирол - 90-92 %, изопентан - 4-5 %, тетрабром-н-ксилол - 4-5 %. Теплота сгорания 41170 кДж/кг. Основные недостатки пенополистирола - малая термостабильность и повышенная горючесть. Загорается от пламени газовой горелки, при воздействии огня расплавляется. В расплавленном состоянии горит с обильным выделением дыма. Продукты сгорания токсичны. В работе Е.В. Прайса «Теория воспламенения твердых топлив» полистирол характеризуется как основной компонент твердого ракетного топлива. Горение пенополистирола близко к горению напалма (скорость горения около 10,5 м/мин) [180].

За несколько лет на ГРЭС-2 был демонтирован утеплитель из легкосгораемого пенополистирола на кровле двух котлотурбинных цехов (КТЦ-1,2) суммарной площадью 5 000 м2 и взамен уложен пеносиликат - продукт расплава золы, который имеет теплоизоляционные свойства, не уступающие пенополистиролу, но весьма устойчив к возгоранию, практически несгораем. В ходе замены кровли было переплавлено 1 500 т золы с выработкой 15000 м3 пеносиликата. В конце 1996 г. производство пеносиликата на ГРЭС-2 было полностью свернуто.

Примерно в это же время (1995-1996 гг.) по контуру золошлако- накопителя Красноярской ГРЭС-2 была отсыпана очередная дамба, что дало возможность в течение 15 лет сливать золошлаковую пульпу (вплоть до 2010 г.).

Более молодым является направление перемещения золы на расстояние до 25 км для ликвидации проблемных бесхозных свалок, возраст которых доходит до 50-60 лет. Так, в 2008-2010 гг. на территории РФ выполнялись работы согласно ФЦП по ликвидации старых бесхозных свалок, к числу которых отнесли свалку промышленных отходов в районе неработающего деревообрабатывающего комбината на территории ЗАТО г. Зеленогорска. В 2010 г. были начаты работы по засыпке свалки промышленных отходов лесопиления и деревообработки. В район перекрытия свалки было вывезено 200 тыс. т золы из золошлакового накопителя Красноярской ГРЭС-2. На месте свалки и прилегающей к ней территории была выполнена вертикальная планировка рельефа местности с использованием золы и шлака путем формирования золошлакового отвала. Были созданы новые формы рельефа - горизонтальная поверхность и откос отвала. На поверхность отвала частично нанесли почвообразующий слой, состоящий из глины, суглинков, плодородного слоя почвы и т.п. из карьера, расположенного впереди по ходу отсыпки золы. В результате отработан карьер глубиной 4-5 м. Объем горных пород из карьера должен был обеспечить толщину рекультиваци- онного слоя не менее 1,0 м. В дальнейшем карьер не был засыпан золой, как заранее предполагалось. В результате получилась следующая ситуация. Откос отсыпанного отвала, его горизонтальная поверхность шириной 30 м, в приоткосном секторе не был перекрыт почвообразующими породами, в результате чего на этой части отвала полностью отсутствуют признаки растительности. При ветрах тонкодисперсная зола перемещается на значительное расстояние и оседает в районе пос. Новая Орловка.

На этом же отвале согласно проекту была выполнена грубая и чистовая планировка поверхности, в результате которой уже с момента сдачи рекультивированных земель госкомиссии происходит его размыв водными потоками. Последние концентрируются на идеально спланированных участках, характеризующихся просадочны- ми явлениями. Начальные этапы формирования молодых оврагов на горизонтальной плоскости и на откосе отвала представлены на рис. 6.17.

На рис. 6.17а представлен фрагмент участка рекультивированного отвала с нанесением почвообразующих пород с низкими качественными показателями, поэтому на этом участке растительность весьма редкая. Нанесенный рекультивационный слой обладает различной продуктивностью, что логично объясняется разными агрохимическими показателями. Сравнение агрохимических показателей участков в увязке с их продуктивностью позволяет сделать следующий вывод. Содержание гумуса составляет 1,3 и 2,9 % соответственно для почвенных слоев на участках (рис. 6.17а и рис. 6.18). Обеспеченность влагой в обоих случаях одинаковая. Но продуктив-

Формирование молодых оврагов на территории рекультивированной промышленной свалки, перекрытой золошлаковыми материалами (ЗАТО, г. Зеленогорск)

Рис. 6.17. Формирование молодых оврагов на территории рекультивированной промышленной свалки, перекрытой золошлаковыми материалами (ЗАТО, г. Зеленогорск)

Фрагмент поверхности участка рекультивации с использованием четвертичных отложений без нанесения почвенного слоя

Рис. 6.18. Фрагмент поверхности участка рекультивации с использованием четвертичных отложений без нанесения почвенного слоя

ность в первом случае равна от 0 до 5 кг/м2, что в 6-8 раз ниже, чем во втором случае (35-40 кг/м2). На втором участке довольно плотно произрастает донник и другие травы (рис. 6.18).

К настоящему времени на откосах отвала насчитывается 9 водосбросных канав (рис. 6.176), образовавшихся в результате перелива талой и дождевой воды в сезон интенсивного таяния снеговых осадков и в сезон летних затяжных дождей. Откос отвала размывается, и зола перемещается в пионерный карьер с меньшими геодезическим отметками.

На элементах рельефа молодого оврага - откосах, дне - растительность если и произрастает, то единичными экземплярами, и это объясняется тем, что застрявшие в складках почвы и микротрещинах семена-крыльчатки трав переносятся водными потоками за пределы формирующегося оврага. Также происходит постоянная его трансформация в сторону увеличения его размеров (глубина, протяженность, ширина по верху). Другое дело с заселением поверхности отвала, в рекультивированном слое которого содержится больше гумуса, чем на отвале (рис. 6.17а). Поэтому при достаточном обеспечении влагой почв (атмосферные осадки) растительность достаточно плотно селится и дает хороший прирост зеленой массы.

На месте рекультивированной свалки местные жители с 2011 г. разместили образующиеся в ходе их жизнедеятельности твердые бытовые отходы на площади 0,8 га. Объем ТБО составил, по нашей оценке, 5 200 м3 (рис. 6.19). Качественный состав ТБО, находящихся на свалке, следующий: отходы органические природного происхождения (животного и растительного, 26 %), отходы древесины (8 %),

Фрагменты несанкционированной свалки на рекультивированном участке, сформированном с применением золошлаковых материалов (ЗАТО, г. Зеленогорск, 2014 г.)

Рис. 6.19. Фрагменты несанкционированной свалки на рекультивированном участке, сформированном с применением золошлаковых материалов (ЗАТО, г. Зеленогорск, 2014 г.)

отходы бумаги и картона (5 %), отходы резины, включая старые шины (7 %), строительный мусор (37 %) и др. (17 %). Отрицательное воздействие свалки на окружающую природную среду заключается в том, что при ее возгорании в воздух попадают продукты горения, в основном углекислый газ.

Примерно в этот же период (2009 г.) изучали еще одно направление перевозки золы для вертикальной планировки и рекультивации территории отработанной части месторождения строительных песков с географическими координатами 56°05/26//с.ш. и 94°41/25//в.д. (ЗАТО, г. Зеленогорск). Фрагменты карьера строительных песков представлены на рис. 6.20, 6.21.

Дальность транспортировки золы в этом случае составляет 28 км. Возможный объем ее размещения в выработанном пространстве карьера 600 тыс. м3. Но поскольку строение месторождения строительных песков характеризуется сложными гидрогеологическим условиями - интенсивным движением напорных подземных вод, то возникает необходимость обустройства гидроизоляционного экрана с применением полимерной пленки толщиной не менее 2,0 мм. Это обстоятельство влечет за собой удорожание проекта по размещению золы на 26 млн руб. Суммарные затраты на реализацию проекта составляют, по разным оценкам, от 96 до 108 млн руб.

Следующее, на наш взгляд, не самое эффективное направление в продлении нормативного срока эксплуатации золошлаковых накопителей с 2014 г. на Красноярской ГРЭС-2 реализовано в виде рытья котлованов с размещением золы как за их пределами с транспортировкой золы на расстояние 25 км до места ее размещения (рис. 6.22а, б), так и в контурах на поверхности золошлакого накопителя (начало работ октябрь 2014 г., рис. 6.22в, г).

В подготовленные котлованы сливается золошлаковая пульпа. В последнем случае расположение отсыпаемой золы может быть разным и определяется дальностью ее транспортировки. Изменение затрат на выемку, транспортирование и отсыпку золы в зависимости от дальности ее перемещения представлено на рис. 6.23.

Для обоснования выемки и варианта размещения золы на территориях, на которых имеются отработанные карьерные выемки и существует потенциальная возможность такого размещения, выполнены экономические расчеты по определению затрат на производство работ по каждому варианту размещения золы (рис. 6.24). Сравнение вариантов показывает существенную разницу (в 7-9 раз)

Фрагмент карьера строительных песков, август 2009 г

Рис. 6.20. Фрагмент карьера строительных песков, август 2009 г.

Фрагмент карьера строительных песков, ноябрь 2014 г

Рис. 6.21. Фрагмент карьера строительных песков, ноябрь 2014 г.

Строительство котлованов для слива золошлаковой пульпы на накопителе Красноярской ГРЭС-2

Рис. 6.22. Строительство котлованов для слива золошлаковой пульпы на накопителе Красноярской ГРЭС-2: а, б - в январе 2011 г.; в, г- в ноябре 2014 г.

и говорит в пользу варианта с размещением золы на территории накопителя.

Вполне очевидным является то, что буквально все работы по выемке и перемещению золы проводятся механизмами, оснащенными дизельными двигателями внутреннего сгорания мощностью в диапазоне 250-400 л.с. Как известно, при сгорании дизельного топлива образуются вещества, загрязняющие атмосферу и почвенную оболочку Земли. В каждом варианте размещения золы фактором, загрязняющим природную среду, выступает работа гидравлического экскаватора, автосамосвалов, бульдозеров, автогрейдеров. В своих расчетах по определению объемов выбросов загрязняющих веществ мы учитывали две составляющие эмиссии загрязняющих веществ: первая включает работу механизмов на выемке золы при рытье котлованов (экскаватор, бульдозер), вторая - работу автосамосвалов по перемещению золы в заданное место.

В расчетах принимали следующие условия: в строительстве котлованов задействованы один гидравлический экскаватор типа

Изменение затрат на строительство котлованов

Рис. 6.23. Изменение затрат на строительство котлованов

для слива пульпы

Затраты на размещение золы по альтернативным вариантам

Рис. 6.24. Затраты на размещение золы по альтернативным вариантам

«обратная лопата», один бульдозер Т-170 и три автосамосвала грузоподъемностью 10 т. Вариантами перемещения золы на расстояние 25-28 км предусмотрено использование следующего оборудования: два гидравлических экскаватора - на рытье котлованов и на очистке кузовов автосамосвалов от золы по одному механизму соответственно. На очистке рабочей зоны выемки и погрузки золы от просыпей задействован бульдозер, еще один бульдозер задействован на толкании золы под откос в месте отсыпки золы. Количество автосамосвалов определяется временем погрузки/разгрузки автосамосвала и временем доставки золы на место разгрузки. В варианте транспортировки золы количество самосвалов принято 25 и 29 соответственно на расстояние 25 и 28 км. Результаты расчетов по определению объемов загрязняющих веществ представлены в табл. 6.5.

Объем загрязняющих веществ значительно возрастает в условиях транспортировки золы до мест ее размещения на расстояние свыше 20 км, поскольку в 8-9 раз увеличивается количество автосамосвалов, а также в два раза увеличивается количество выемочнопланировочного оборудования - экскаваторов и бульдозеров. В этих вариантах объем загрязняющих веществ не менее чем в 4 раза выше, чем в технологиях с рытьем котлованов.

Итак, мы представили краткий анализ направлений использования золы, образующейся в угольной генерации электрической и тепловой энергии. С позиции экологии чистыми можно признать технологии, направленные на увеличение приемной ёмкости золошлаковых накопителей с рытьем котлованов. Направление вертикальной планировки рельефа отработанных карьерных выемок с засыпкой их золой считаем более затратным. Кроме того, его реализация связана со значительным увеличением эмиссии вредных веществ, а неполная реализация подобных проектов неизбежно

Таблица 6.5

Токсические вещества, выделяемые в ходе реализации альтернативных вариантов продления жизненного цикла золошлакового накопителя

Наименование

Строительство

котлованов

Перемещение золы в карьерные выемки

на расстояние 25 км

на расстояние 28 км

Оксид углерода СО, т

1,06

4,26

4,60

Оксид азота ГЮх, т

1,59

6,39

6,90

Углеводороды СН, т

0,42

1,7

1,84

Оксид серы БОх, т

1,06

4,26

4,60

Сажа, т

0,27

1,07

1,15

Альдегиды, т

0,053

0,21

0,28

Бензапирен,г

8,0

32,0

34,5

приведет к появлению новых экологических проблем. Вместе с тем, на наш взгляд, необходим поиск новых инженерных решений в области эксплуатации золошлаковых накопителей, обеспечивающих одновременно снижение затрат и минимизацию техногенного воздействия на ОПС.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >