CC BY
49
УДК 691.618.93
DOI 10.18101/2306-2363-2018-4-36-40
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
© И. Ю. Соктоева
аспирант,
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления 6700013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в E-mail: Bairau@yandex.ru
© Э. А. Оксахоева
аспирант,
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления 6700013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в E-mail: galdanovae@gmail.com
© Д. Р. Дамдинова
доктор технических наук, профессор,
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления 6700013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в
Изучены и рассмотрены проблемы утилизации золошлаковых отходов. Предложено их рациональное использование как альтернативного источника вторичного сырья для производства пеностекол общестроительного назначения. В результате проведенных исследований установлена принципиальная возможность использования зо-лошлаковых отходов для получения пеностекол. Приведена примерная технологическая схема производства пеностекла.
Ключевые слова: золошлаковые отходы, пеностекло, теплоизоляционные материалы, альтернативные источники сырья, рациональное использование отходов предприятий теплоэнергетики.
Введение
Проблема утилизации золошлаковых отходов (ЗШО) возникла не сегодня и не вчера. На данный момент действует государственная программа «Энергоэффективность и развитие энергетики» до 2030 г., где прописаны целевые показатели использования ЗШО. Средний показатель использования золошлаковых отходов менее 2,5 млн т в год из 30 млн т образующихся в России ежегодно [1].
На территории г. Улан-Удэ площади золоотвалов стремительно растут, на зо-лоотвалах ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 в год образуется 160 тыс. т отходов, и это не учитывая отходы различных мелких котельных. В 2013 г. на ТЭЦ-1 выход ЗШО составил 139940 т, в 2014 г. — 108549 т, а по ТЭЦ-2 эти показатели составили 37497 т — в 2013 г. и 31006 т — в 2014 г., соответственно. Площади золоотвалов стремительно растут. Основная проблема это несовершенство законодательства и отсутствие целенаправленного подхода к регулированию обращения с отходами. Проблема утилизации ЗШО решается очень медленно, нет государствен-
И. Ю. Соктоева и др. Перспективы использования золошлаковых отходов теплоэнерге-ти-ки при производстве строительных теплоизоляционных материалов
ной политики в области использования природных инертных и техногенных материалов с целью сохранения экологического равновесия. Еще одна проблема это техническая неподготовленность энергетических предприятий к первичному разделению и сортировке золошлаковых материалов, складированию их и выдаче потребителям. К тому же недостаточно внедряются результаты НИОКР, накопленные в отечественной и мировой практике. Данные вопросы необходимо решать в обозримом будущем.
Цель работы: разработка теоретических и технологических основ для производства пеностекол общестроительного и технического назначения с использованием золошлаковых отходов ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 г. Улан-Удэ, исследование их физико-механических и эксплуатационных свойств.
В процессе работы были исследованы золошлаковые отходы, стеклобой и горные породы (перлит, кварцитовый песчаник, известняк и др.). Материалы предварительно подверглись сушке, затем приведены в тонкомолотое состояние дроблением в щековой дробилке и измельчены в вибрационном истирателе до удельной поверхности 350-450 м2/кг. Компоненты растворяют в водном растворе гидрооксида натрия и тщательно перемешивают в лабораторном смесителе принудительного действия. Для получения гранулированного пеностекла порции пенообразующей смеси подвергаются грануляции в виброгрануляторе. Для получения блоков, плит и фасованных изделий пенообразующую смесь подвергают прессованию в пресс-формах. Влажность образцов на уровне формования составляет не более 16-18%. Изготовленные образцы подвергаются нагреву и вспениванию при обжиге в электрокаменной печи с максимальной температурой подъема до 1100°С.
В ходе исследования установлено, что в золошлаковых отходах, стеклобое и горных породах имеются все необходимые для получения пеностекла алюмосиликатного состава стеклообразующие оксиды (табл. 1).
Таблица 1
Состав золошлаков в отходах по оксидам
Наименование пород и материалов Содержание оксидов на сухое вещество, масс. %
SiO2 AЮз Fe2Oз MnO CaO MgO ТО2 SOз Na2O п.п.п.
Золошлак ТЭЦ-1 39,4 17,3 3,62 - 2,23 0,96 0,75 0,45 1,26 - 14,48
Смесь золошлака ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 40,4 17,9 3,53 - 0,59 1,01 0,85 0,5 1,25 - 15,24
Стеклобой 71,46 2,47 0,40 - 6,74 3,43 - 0,20 0,85 14,45 -
Перлит 68,30 12,75 1,20 0,05 0,98 0,48 0,16 0,03 3,13 3,73 8,58
Кварцитовый песчанник 99,3 0,200 0,070 - 0,010 - 0,005 - - - -
Золошлаковые отходы по химическому, гранулометрическому и фазово-минералогическому составам во многом идентичны природному минеральному сырью. В работе были рассмотрены в основном ЗШО попадающие в золошлакоотвалы при мокром удалении зол-уноса и топливных шлаков, образованных в топке котла.
В результате работы были получены различные образцы пеностекол с различной плотностью. Среди полученных образцов имеются с довольно высокими показателями средней плотности от 900 до 1170 кг/м3 и прочности Я.™ от 7,9 до 20,0 МПа. Полученный материал можно использовать при заполнении каркасов вместо кирпича, но при этом он обладает лучшими теплозащитными свойствами, благодаря пористой структуре.
Перспективы производства. По классической технологии, разработанной Китайгородским [3], используется специально сваренное стекло (эрклез) с использованием кварцевого песка, известняка, соды и сульфата натрия, что требует возведения стекловаренной печи больших капитальных затрат.
Использование в настоящей работе комплексной шихты, состоящей из зо-лошлаковых отходов, стеклобоя и горных пород, а также технологических добавок интенсификаторов плавления позволит получать пеностекло без использования высокотемпературной варки. Технологию производства по неполной схеме можно представить как процесс, состоящий из двух основных стадий. К первой стадии относятся все подготовительные операции с исходными компонентами, заканчивающиеся гранулированием пенообразующей смеси. Вторая стадия включает все операции, связанные с термическими процессами (нагрев, спекание, вспенивание при обжиге, отжиг), в результате которых достигают необходимых свойств изделий. Приведем примерную технологическую схему производства гранулированных и плитных пеностекол (рис. 1).
Рис. Технологическая линия по производству гранулированных и плитных пеностекол
И. Ю. Соктоева и др. Перспективы использования золошлаковых отходов теплоэнерге-ти-ки при производстве строительных теплоизоляционных материалов
В состав разработанной линии производства пеностекла входят:
Участок I. Подготовка компонентов, здесь осуществляются дробление и помол с целью получения тонкодисперсных порошков стеклобоя, горных пород и золошлаковых отходов (золошлаковые отходы могут при необходимости подвергаться электромагнитной сепарации с целью выделения магнитной фракции); Участок II. Подготовка смеси тонкомолотых компонентов стеклошихты (стеклобоя, горных пород и ЗШО), подготовки сырцовых гранул в грануляторе из смеси с определенной пропорцией тонкомолотых компонентов стеклошихты и технологических добавок — щелочного компонента, газообразователя, воды и др.;
Участок III. Сушка сырцовых гранул и их хранения;
Участок IV. Вспенивание в барабанной печи и охлаждение пеностекольно-го гранулята в барабанном холодильнике, выгрузки гранул из холодильника, их сортировки и барабанном грохоте, складирования, упаковки и отгрузки потребителю.
Участок V. Вспенивание в барабанной печи и садки пеностекольно-го гранулята в формах в печь отжига, поста доводки пеностекольных изделий, упаковки, складирования и отгрузки потребителю.
Благодаря комплексному использованию золошлаковых отходов, горных пород и стеклобоя снижается энергия активации плавления и вспенивания пеностекол при обжиге. Использование золошлаковых отходов позволяет экономить природно-минеральное сырье, поскольку ЗШО это не столько отходы, а вторичное сырье, отвечающее всем необходимым требованиям для производства теплоизоляционных пеностекол. Также использование ЗШО позволяет снизить экологическую нагрузку на окружающую среду. Полученные пеностекла можно использовать для теплозащиты трубопроводов и в других отраслях промышленности.
Литература
1. Дамдинова Д. Р., Хардаев П. К., Константинова К. К. Эффективные пеностекла на основе эффузивных пород и стеклобоя. — Улан-Удэ, 2007. — 166 с.
2. Кожемяко С. И., Шевцов В. Р. Формирование системы управления побочной продукцией угольных ТЭС // Золошлаки ТЭС: удаление, транспорт, переработка, складирование: материалы IV Науч.-практ. семинара, Москва, 19-20 апреля 2012 г. — М.: Издательский дом МЭИ, 2012. — С. 48-54.
3. Китайгородский И.И. Кешишян Т. Н. Пеностекло. — М.: Промстройиздат, 1953. — 132 с.
4. Восканян Е. Ценное, но не востребованное сырье // Энергетика и промышленность России. — 2017. — № 6 (314).
BECTHHK EYPOTCKOTO rOCYAAPCTBEHHOTO YHHBEPCHTETA
XHMHtf. ®H3HKA 2018. Bun 4
PROSPECTS FOR THE USE OF ASH AND SLAG WASTE FROM POWER ENGINEERING IN THE PRODUCTION OF BUILDING INSULATION MATERIALS
I. Y. Soktoeva Post-graduate student
East Siberian State University of Technology and Management 6700013, Ulan-Ude, Klyuchevskaya, Str., 40 b E-mail: Baira@yandex.ru
E. A. Oksakhoeva Post-graduate student
East Siberian State University of Technology and Management 6700013, Ulan-Ude, Klyuchevskaya, Str., 40 b E-mail: galdanovae@gmail.com
D. R. Damdinova Doctor of Technical Sciences, Professor East-Siberian State University of Technology and Management 6700013, Ulan-Ude, Klyuchevskaya, Str., 40 b
Problems of disposal of ash and slag waste were studied and considered. Their rational use as an alternative source of secondary raw materials for the production of general-purpose foam glass is proposed. As a result of the research, the principal possibility of using ash and slag waste to produce foam glass was established. An approximate technological scheme of foam glass production was suggested.
Keywords: ash and slag waste, foam glass; thermal insulation materials; alternative sources of raw materials; rational use of thermal power plants waste.
