Золи та шлаки тепло електростанцій ТЕС
Золи та шлаки ТЕСє ефективною сировиною для виготовлення силікатної цегли, зольної кераміки, мінеральної вати, скла. Застосування паливних зол і шлаків у виробництві матеріалів, що розглядаються, забезпечується сукупністю їх властивостей: хімічною взаємодією з вапном, дисперсністю, спекаємістю, теплотворною здатністю, здатністю давати силікатний розплав. Залежно від цільового призначення золошлакової сировини та застосовуваних технологій провідне значення набувають ті чи інші із зазначених властивостей.
Силікатна цегла. На долю силікатної цегли припадає значна частина всього обсягу стінових матеріалів. Наведені витрати на зведення стін із силікатної цегли становлять приблизно 84% порівняно з необхідними витратами при використанні керамічної цегли. Витрата умовного палива та електроенергії на виробництво силікатної цегли в 2 рази нижча, ніж керамічної. На одержання 1 тис. шт. силікатної цегли витрачається в середньому 4,9 ГДж тепла, половина якого становить тепло на випалення вапна, а інша - на автоклавну обробку та інші технологічні операції.
Міцність сирцю та готової цеглини можна підвищити частковою заміною кварцового піску золошлаковими відходами, в результаті чого покращується гранулометричний склад суміші. При заміні в силікатних сумішах 20-30% кварцового піску золою міцність сирцю підвищується на 30-40%, запарених зразків - на 60-80%. Ефективна також часткова заміна кварцового піску подрібненим до не більше 5 мм паливним шлаком.
При заміні золою понад 30% кварцового піску можливе погіршення формувальних властивостей суміші внаслідок залучення повітря до дисперсної.вапняно-зольну масу при формуванні та розшаровуванні сирцю. Для формування вапняно-зольних сумішей револьверні преси, що застосовуються у виробництві силікатної цеглини, замінюють коліно-важелевими, що використовуються для пресування керамічної цегли та вогнетривів з напівсухої маси. Такі преси створюють двостороннє застосування зусиль, що забезпечує подовжений час пресування.
Силікатна цегла з добавками зол і паливних шлаків твердне в автоклавах при тиску насиченої пари 0,8-1,6 МПа. Витримка, що рекомендується, — 4—8 ч. Одержуваний матеріал з водо- і морозостійкості перевершує звичайну силікатну цеглу, має менші значення водопоглинання і водопроникності, кращий товарний вигляд.
Перевагою цегли із золосилікатної суміші оптимального складу є нижча, ніж у звичайного, середня щільність (1700-1800 кг/м3 проти 1900-2000 кг/м3).
Використовуючи золи ТЕС, отримано пористу силікатну цеглу з такими властивостями: щільністю 1250—1400 кг/м3; міцністю 10-17,5 МПа, пористістю 27-28%, морозостійкістю 15-35 циклів. Застосування дозволяє зменшити товщину зовнішніх стін на 20, а масу-на 40% і істотно скоротити витрату тепла на опалення будівель.
Керамічні та плавлені вироби. Золошлакові відходи ТЕС можуть служити як отощающих або паливних добавок у виробництві керамічних виробів на основі глинистих порід, а також основної сировини для виготовлення зольної кераміки. Найбільш широко застосовують паливні шлаки та золи як добавки при виробництві стінових керамічних виробів. Для виготовлення повнотілої та порожнистої цегли та керамічного каміння насамперед рекомендується використовувати легкоплавкі золи з температурою розм'якшення до 1200 °С. Золи та шлаки, що містять до 10% палива, застосовуються якотощающие добавки, а 10% і більше - як паливні. В останньому випадку можна суттєво скоротити або виключити введення у шихту технологічного палива. У золах, які використовуються як добавки при виробництві стінових керамічних виробів, кількість S03 не повинна перевищувати 2% від загальної маси, а шлакових включень розміром більше 3 мм - 5. Неприпустимі включення розміром більше I мм у вигляді щільних кам'янистих зерен.
Бажано, щоб коливання вмісту палива в золі були мінімальними і не перевищували ±4% від середніх прийнятих величин.
Ефективність золошлакових добавок залежить від їхньої дисперсності та зернового складу. Введення дрібнозернистих фракцій золи збільшує вихід тріщинуватий сирець. У цьому випадку для зниження шлюбу при сушінні додатково вводять отощитель крупністю 02-03 мм. Необхідне співвідношення дрібнозернистої золи до крупнозернистого отощителя зменшується зі збільшенням коефіцієнта чутливості глин при сушінні від 3:1 до 1:1. Дрібнозерниста зола, що погіршує сушильні властивості сирцю, водночас підвищує міцність готових виробів, спікаючись із глинистою породою при випаленні. Як отоща-на добавка золошлакова суміш найбільш ефективна при максимальному розмірі зерен 1,5 мм і вміст фракції менше 0,3 мм не більше 30%.
Витрата технологічного палива при введенні зол і шлаків знижується на 20-70%, цикл сушіння цегли-сирцю скорочується більш ніж на 20%.
Розроблено ряд технологічних способів одержання зольної кераміки, де золошлакові відходи ТЕС є не додатковим матеріалом, а основним сировинним компонентом. Так, при звичайному обладнанні цегельних заводів може бути виготовлена зольна цегла з маси, що включає золу, шлак і рідке натрієве скло в кількості 3% за обсягом. Останнє виконує роль пластифікатора, забезпечуючиотримання виробів з мінімальною вологістю, що унеможливлює сушіння сирцю.
Зольну керамікувипускають також у вигляді пресованих виробів з маси, що включає 60-80% золи-винесення, 10-20% глини та інші добавки. Вироби надходять на сушіння та випал.
Введення в невеликій кількості (до 20%) добавок високо- та середньодисперсних глин дозволяє зологліняну суміш віднести до сумішей, придатних для виробництва повно-і пустотілої цегли. Вміст глини в зологліняній суміші визначається її дисперсністю та пластичністю.
Найбільший ефект від використання золи та шлаків в якості основної паливовмісної сировини може бути отриманий при виробництві золокерамічних каменів та зольного цегли з пустотами. Враховуючи, що частина палива (у вигляді коксу), що залишилася, у золокерамічних матеріалах не надає істотного впливу на їх міцність, при отриманні повнотілої зольної цегли немає необхідності повного випалювання з нього вуглецю, що вимагає значного продовження процесу випалення і додаткової витрати палива. За результатами виконаних досліджень запропоновано раціональні режими випалу золокерамічних виробів: максимальна температура - 1080-1150 ° С, середня швидкість нагріву - 50-60 ° С / год, тривалість витримки 3-4 год. Випал рекомендується вести в першій половині зони випалу печі -1000 ° С) в сильно окислювальному газовому середовищі, в другому (1000-1100 ° С) - у відновному.
Зольна цегла, повнотіла і щілинна, з різною пустотністю і золокерамічні камені мають межу міцності при стиску 10-60 МПа, при згині 2,5-10 МПа при порівняно низької середньої щільності-1080-1600 кг/м3, теплопровідності-3 0,438 Вт/(м • °С) та високої морозостійкості - 25-120 циклів.
Зольна кераміка може служити не лишестіновим матеріалом, що має стабільну міцність і високу морозостійкість. Вона характеризується високою кислотостійкістю і низькою стиранням, що дозволяє виготовляти з неї тротуарні та дорожні плити, а також інші вироби, що мають високу хімічну та термічну стійкість.
При виробництві зольної кераміки, залежно від вмісту в золі вуглецю, золи в шихті та умов випалу, витрата палива може бути скорочена в 1,5-4 рази.
Технологія виготовлення традиційних стінових матеріалів з використанням золошлакової сировини, одержуваних методом напівсухого формування з подальшим випалом, автоклавуванням або пропарюванням, пов'язана з високою витратою енергоносіїв.
Перспективним напрямом вирішення проблеми енергозбереження при виробництві стінових матеріалів є розробка технологій з використанням високих тисків пресування (гіперпресування). За цієї технології використовується тиск пресування до 30 МПа і вище.
Зі сумішей, що містять портландцемент і золошлакові відходи при вмісті тонкодисперсних фракцій не менше 30% можливе в умовах гіперпресування отримання стінових матеріалів із середньою щільністю 1300-1800 кг/м3 і міцністю при стисканні 10-15 МПа. Вироби повинні зберігатися в умовах, що виключають випаровування вологи 3-7 діб.
Високий тиск, що пресує, збільшує сирцеву міцність, значно прискорює процес формування структури штучного каменю, впливає на кінетику фізико-хімічних процесів, що відбуваються при затвердінні в цементному камені і бетоні; при цьому покращуються фізико-механічні та гідрофізичні характеристики бетону, в результаті зниження кількості макропор за рахунок відтискання повітря знижується витрата в'яжучого, зменшуються енергетичні витративнаслідок виключення теплової обробки надається можливість використання некондиційних продуктів. Собівартість виробів з урахуванням золошлакових відходів і цементу, одержуваних гиперпрессованием, знижується на 20—25% проти собівартістю традиційних стінових матеріалів.
Плавлені матеріали одержують із розплавів паливних зол і шлаків так само, як із розплавів металургійних шлаків. Найбільш доцільним є застосування паливних шлаків рідкого видалення. Без зміни складу цих шлаків можна отримати шлакову пемзу дрібнопористої склоподібної структури з насипною щільністю 600-800 кг/м3, щільні литі вироби міцністю до 400 МПа, що мають підвищену стійкість в агресивних середовищах при підвищених температурах.
З більшості різновидів зол ТЕС як сухого, так і гідровидалення можна отримувати мінеральну вату з щільністю 80-200 кг/м3, з широким діапазоном вмісту Si02 і А1203 (40-75%). Розроблено технологію виробництва високотемпературостійкої мінеральної вати із золи ТЕС методом плавки в електродуговій печі. Така вата може застосовуватися для ізоляції поверхонь з температурою до 900 °С або за умови використання керамічної зв'язки для ізоляції поверхонь з температурою до 1150 °С. За своїми характеристиками золувата подібна до високотемпературної каолінової вати, але її собівартість у 2 рази менша.
В останні роки все більш важливе значення набуває виготовлення на основі паливних зол і шлаків ефективних склокристалічних матеріалів - золоситалів та шлакоситалів.
Наприклад, на основі зол Назарівської ГРЕС синтезовані золо-ситалі, фазовий склад яких представлений твердим піроксеновим розчином.