Серый гипс теплоэнергетики: получение и утилизация

Предлагается оснащать ТЭС Зауралья, Сибири и Приморья печами по обжигу извести, которые совмещали бы ее производство с дальнейшим применением извести для обессеривания газов ТЭС. Оснащение ТЭС такими печами позволило бы создать собственный рынок извести, используемой во многих отраслях современной промышленности, включая также получение ангидрита и негидритозольных смесей различного назначения.

УДК 666.613.11

В.М. УФИМЦЕВ, канд. техн. наук, ст. научный сотрудник, доцент кафедры «Материаловедение в строительстве», Уральский федеральный университет, г. Екатеринбург

Ключевые слова: известь, зола-унос, гипс, ангидрит, реализация
Keywords: lime, fly ash, gypsum, anhydrite, realization

Угольная зола еще в прошлом веке получила от журналистов меткое определение – «серое зло». Ныне развитие экологически активных технологий в зарубежной угольной теплоэнергетике привело к появлению термина «серый гипс». Очевидно, что речь идет о продукте, который образуется на базе извести, используемой для улавливания сернистой составляющей угля, а причиной «серости» является все та же зола, присутствующая в гипсе.

Известь (металлургическая, строительная и прочая) относится, с одной стороны, к древнейшим субстанциям цивилизации, с другой была, есть и останется максимально проблематичной. Так, в водах Средиземноморья до сих пор находят останки судов, перевозивших известь во времена Древней Греции и оказавшихся на дне вследствие пожара на борту, вызванного ее гашением. Другой пример – масштабное использование строительной извести, например, в технологии производства силикатного кирпича обязательно связано с ее гашением, т.е. увлажнением и гидратацией в заданном режиме, результат которого предопределяет качество продукции. Традиционно в технологиях, тесно связанных с известью, например сахароварении, ее производят в печах, располагая их непосредственно на площадке предприятия. В течение многих веков известь получали в напольных печах и лишь последние два столетия производят в шахтных печах, по своей сути аналогичных доменным печам.

Завершение ХХ века сопровождалось очередным шагом в совершенствовании технологии производства извести – созданием и распространением камерных печей, отличительной особенностью которых является участие в процессе обжига двух-, а то и трехобжиговых камер, чередующих прямоточный и противоточный режим обжига. Следует добавить, что чередующийся режим обжига ныне успешно используется в модернизированных шахтных печах, имеющих зоны как прямоточного, так и противоточного обжига. Новую технологию нарекли «камерной».

В процессе совершенствования постепенно уменьшался размер куска известняка, что сокращало длительность обжига и, как следствие, снижало теплозатраты на обжиг. Однако ныне этот ресурс полностью исчерпан. К сожалению, известь, полученная в камерных печах, существенно дороже, чем в шахтных, из-за многократного роста капитальных и эксплуатационных затрат. Как результат, рыночная цена камерной извести зачастую выше, чем цемента. Кроме того, обжиг известняка фракции 40-80 мм в камерных печах оказался эффективнее, нежели обжиг меньшей фракции, с размером куска 20-40 мм.

Полагаем, что известь можно вернуть в разряд дешевого вяжущего, если использовать известняковые отсевы, а вместо камерных печей применять агломерационный обжиг. Кроме того, повышенная активность агломерационной извести позволяет существенно уменьшить затраты на производство изделий, получаемых с ее участием, исключая из технологии операцию гашения [1].

Однако освоение агломерационного обжига извести неизбежно потребует определенного времени, поэтому необходимы надежные рекомендации по обеспечению надлежащего уровня сероочистки на ТЭС, вступающих в эксплуатацию в обозримом будущем, например, Хабаровской ТЭЦ-4. Ее проектом предусмотрено использовать камерную известь, производимую на территории Новосибирской области. Известно, что Новосибирская область и Хабаровский край располагаются в разных часовых поясах. Также известно, что отечественный стандарт не запрещает транспортировать негашеную известь в открытых вагонах, что вряд ли допустимо по стандартам ЕС. Поэтому «новосибирский вариант» поставок извести на ТЭЦ-4 требует тщательной проработки по сохранению ее кондиций в процессе перевозки. Можно ожидать, что дополнительные издержки увеличат стоимость извести или вообще отменят ее.

Представляются возможными два варианта решения проблемы: с использованием местного сырья:

– установка на ТЭС импортной камерной печи;

– адаптация импортной системы сероулавливания к местному сырью.

Последний вариант представляется вполне вероятным, если использовать сырье с минимальным содержанием примесей. Указанному требованию отвечают известняки карьера ж/д станции Известковая, расположенной на Транссибе, примерно на 200 км западнее г. Хабаровска.

Шахтные печи завода, использующего данный извест­няк, производят известь преимущественно 2-го сорта. Поэтому в ее составе присутствует остаточный известняк, что для золы не является проблематичным.

Проблемы обычно связаны с присутствием пережога, точнее – термически стабилизированной извести.

В случае приобретения камерной печи может быть оправданным ее выделение в самостоятельную финансовую структуру, реализующую «на стороне» избыток производимой извести. Цель – достижение максимальной рентабельности.

Кроме избыточной извести, можно отгружать фасованный в мешки «серый гипс», т.е. CaSO4 – техногенный ангидрит, в который трансформируется полученная ранее известь.

Уместно напомнить, что гипсовый компонент является неотъемлемой частью всех клинкерных портландцементов, а цементные заводы восточной части РФ, начиная с Зауралья, ранее использовали привозной гипс.

В связи с этим можно ожидать, что полная утилизация «серого гипса» теплоэнергетики Востока РФ имеет реальные перспективы.

Помимо производства цемента, ангидрит, полученный на ТЭС как попутный продукт сероочистки отходящих газов, рекомендуется для получения композиционных гипсовых вяжущих, например цементно-гипсовых смесей.

Для отечественной энергетики настало время осознать:

– известь в угольной энергетике на ТЭС является столь же необходимой, как современное оборудование; известь должна получаться непосредст­венно на ТЭС из ближайшего источника карбонатного (известнякового) сырья;

– только современные технологии производства извести обеспечат необходимый уровень экологически возможной безопасности эксплуатации ТЭС;

– отечественная агломерационная технология обеспечивает реальные возможности получения максимума результативности при минимуме затрат.

Сбалансированный вариант эффективного решения любой экологической проблемы включает два момента:

– исключение негативного воздействия на природную среду;

– максимально возможная компенсация природоохранных затрат за счет реализации продукции, полученной в процессе утилизации.

Ангидрито-зольная смесь – «серое зло» – это СаSO4, так называемый «ангидрит», т.е. «безводный» аналог природного минерала того же названия, относится к породам, пользующимся большим спросом в строительных технологиях. Во-первых, он способен заменить гипсовый камень в портландцементе, в составе которого его доля достигает 5%. Во-вторых, на его основе можно получать «воздушное», т.е. неводостойкое вяжущее с прочностью до 20 МПа.

Общеизвестно, что потребление гипсовых вяжущих на душу населения в РФ существенно уступает странам ЕС, поскольку клинкерное вяжущее по ряду причин используется взамен гипсового аналога.

Весьма вероятно, что появление на рынке строительных материалов дешевого техногенного ангидрита позволит снизить «некорректное» потребление портландцемента, исключив одновременно необходимость в отвальном хранении техногенного материала. Очевидно, что его декоративные возможности минимальны, поскольку серый цвет не относится к разряду популярных.

Выводы:

1. Известь является безальтернативным компонентом технологий очистки отходящих газов ТЭС от кислотной составляющей.

2. При этом известь относится к проблемным материалам как при производстве, так и при транспортировании. Кроме того, ее хранение и использование дополняются необходимостью обеспечивать соответствующую пожаробезопасность, исключать травматизм персонала при гашении, а также нести дополнительные существенные затраты, связанные с процессом гашения.

3. Ангидрит, образующийся в процессе газоочистки известью от кислотных составляющих, является гипсовым вяжущим с умеренной прочностью и низкой водостойкостью. Кроме того, его можно использовать взамен природного гипса в составе цемента для регулирования сроков его затвердевания.

4. Современные системы газочистки на ТЭС ориентированы на использование извести, производимой камерными печами, применение которых требует повышенных капитальных и эксплуатационных затрат, что существенно удорожает получаемый продукт. Напротив, эксплуатация дешевой аглочаши, изготовленной в мехцехе ТЭС, обеспечит минимальную стоимость гипсо-зольной продукции.

5. Концепция безотходной ТЭС предусматривает трансформацию твердых отходов теплоэнергетики в рентабельную строительную продукцию высокого качества и неограниченного спроса. Указанным требованиям соответствует безобжиговый зольный гравий – заполнитель для легкого бетона на основе кислой золы и известково-ангидритового вяжущего, область применения которого включает все отрасли строительства, в том числе дорожные конструкции.