Відходи теплової енергетики — джерело проблем чи можливостей?

Золовідвал Бурштинської ТЕС. Фото: Олег Савицький

Існує цілий ряд технологій, економічна обґрунтованість яких доведена світовою практикою, але їх поширення досі не відбувається в Україні. В цій статті ми ознайомимося з деякими з цих технологій, на основі яких державні та приватні підприємства можуть організувати високорентабельне виробництво та вирішити ряд нагальних проблем, а саме:

1. утилізувати золошлакові відходи;
2. організувати високорентабельне виробництво будівельних матеріалів;
3. запобігти настанню техногенних катастроф;
4. зменшити негативний вплив виробництва на довкілля.

Ахіллесова п’ята теплової генерації

Щорічно в Україні утворюється близько 8 млн тон золошлакових відходів а їх зберігання супроводжується низкою вкрай негативних наслідків для довкілля та здоров’я людини. Обсяги вже накопичених відходів облічуються сотнями мільйонів тон, які займають велетенські площі земель. При цьому майже всі золошлаковідвали українських вугільних ТЕС та ТЕЦ вже майже заповнені, а можливості їх розширювати немає через те, що потрібні нові території. За одну добу роботи одна ТЕС спилює до 10 тис. т вугілля, після чого запишається кілька тис. т шлаку і золи.

При поточних темпах утворення цих відходів можливості для їх зберігання будуть остаточно вичерпані вже за 5-7 років на переважній більшості підприємств, а Дарницька ТЕЦ у Києві вже зіткнулися з цією проблемою. Тому питання переробки та утилізації золошлаків є вкрай важливим для як для окремих підприємств теплової енергетики, так і для України в цілому.

Країни світу діляться рішеннями

В усьому світі золошлаки – це сировина, яку широко використовують в будівництві, цементній промисловості, прокладанні та відновленні доріг, для укріплення виробок шахт та багатьох інших застосуваннях. Такий підхід підвищує економію природних ресурсів, знижує собівартість готових виробів і зменшує рівень забруднення навколишнього середовища. Наприклад при будівництві доріг їх використання дозволяє заміщувати первинні природні ресурси, такі як пісок та щебінь.

У розвинених країнах зараз утилізують 70-95% відходів від спалення вугілля, а в Нідерландах і Данії — 100%. Загалом в Європі вугільна зола активно використовується в якості сировини в цементно-бетонній промисловості починаючи з 1950 років.

В ЄС обсяги переробки значно збільшилися після впровадження директиви про великі спалюючі установки (2001/80/ЄС), норми якої вимагають високоефективного уловлення леткої золи (гранично допустимі викиди – 50 мг/м3). Наразі всі діючі ТЕС Європи мають сучасні електрофільтри з сухим видаленням, що дозволяє повністю утилізовувати летку золу як цінну сировину для будівництва.

В Китаї показник переробки відходів від спалення вугілля складає вже 75% і продовжує збільшуватися. Загалом в Китаї щороку утворюється понад 500 мільйонів тон золошлакових відходів від спалювання вугілля, тому питання їх утилізації є нагальним.

Індія також стикається з цією проблемою, але робить суттєві кроки до її вирішення. На сьогодні ця динамічна країна одним з лідерів у впровадженні технологій переробки золошлакових відходів, які широко використовуються в будівельній галузі. Завдяки цьому Індія посідає 2-ге місце після Китаю за валовими обсягам утилізації.

У 2010 році країни Тихоокеанського регіону (Китай, Індонезія, Австралія) створили свою Азіатську асоціацію вугільної золи (Asian Coal Ash Association). Ця організація регулярно публікує звіти і нові технічні рішення для переробки золи та шлаку.

Можна виділити 5 основних напрямків переробки золошлакових матеріалів:
• будівельні матеріали (цемент, цегла, блоки);
• дорожнє будівництво (наповнювачі для дорожнього полотна);
• будівельні проекти (стіновий матеріал);
• виробництво різноманітних наповнювачів;
• видобуток цінних металів.

Останній напрямок – видобуток металів (в тому числі рідкоземельних) – наразі дуже активно впроваджується в світі, хоча необхідні базові технології були розроблені ще в 50-ті та 60-ті роки.

Вугільна зола завжди багата оксидом алюмінію, тому вона може виступати як замінник мінеральних бокситів та глинозему. Отримання алюмінію при переробці вугільної золи вже широко впроваджується в Китаї. Технологію комплексної переробки вугільної золи китайці почали розробляти ще в 2004 році. У 2012 році був запущений масштабний проект в Тогто (Tuoketuo), біля однієї з найбільших вугільних електростанцій світу. За проектом завод повинен щорічно виробляти 240 млн. тонн оксиду алюмінію (сировини для отримання алюмінію) і 200 млн. тонн силікату кальцію. В перспективі ці цифри планується збільшити вдвічі, що дозволяє з великим запасом покрити внутрішні потреби Китаю в сировині.

Прикрий досвід

Як не дивно, Китай та Індія є більш успішними в плані утилізації вугільних відходів ніж США. В Америці до недавнього часу питання поводження з золошлаковими відходами було неврегульоване, а рівень їх утилізації був порівняно низький. Через це накопичилися сотні мільйонів тон золошлаків, безпечне зберігання яких стало проблемою. Все змінилося після найбільшої в світі катастрофи, пов’язаної з вугільними відходами, яка сталася на ТЕС Кінгстон (Kingston) в штаті Тенесі у 2008 році.

22 грудня 2008 року дамба на золовідвалі ТЕС Кінгстон, площа якого складала 0,34 км2, раптово обрушилася. В результаті колосальні 4,2 млн. м3 рідких золошлакових відходів вивільнилися і обрушилися валом токсичного бруду на прилеглі території, вкривши товстим шаром 1,2 км2. В результаті було зруйновано десятки будинків, а місцевість стала непридатною для проживання та господарської діяльності. Річка Еморі зазнала нищівного забруднення, яке з рештою також потрапило в ріку Тенесі, в яку вона впадає. Збитки облічувалися мільярдами долларів.

Після цього Агенція з Охорони Довкілля (EPA) почала вводити обмеження на зберігання золошлакових відходів та інші заходи з попередження подібних катастроф у майбутньому. З того часу під тиском регуляторних дій рівень переробки в США почав зростати.

Аерофотозйомка на наступний день після катастрофи. Фото: Tennessee Valley Authority

Подібні, але набагато менш масштабні, випадки траплялись і в Україні. У 2011 році поруч з містом Свердловськ Луганської області відходи вугільної промисловості залили ціле селище. Тоді на городи та подвір’я людей потрапило більше 1 тис. тон токсичних відходів.

Розділяй та господарюй

Головна проблема полягає в технології відбору та транспортування побічних продуктів спалювання вугілля – на ТЕС відходи мішуються і в мокрому вигляді надходять на золоотвали. Причиною є те, що практично всі ТЕЦ та ТЕС, побудовані в Радянському Союзі, були спроектовані за системою гідровидалення.

Волога суміш золи та шлаку є неліквідним відходом і важко піддається переробці будівельній галузі. Щоб змінити технологію гідровидалення, потрібно встановити додаткове обладнання, яке забезпечить роздільне збирання вугільних відходів та його накопичення в зимовий період, до початку сезону на будівельному ринку.

Прикладом є встановлення сучасних електрофільтрів на ТЕС та ТЕЦ, що доречі вимагається положеннями Директив 2001/80/ЄС та 2010/75/ЄС, які Україна зобов’язалася імплементувати та почати виконувати вже з 2018 року, дозволяє окрему отримувати летку золу у сухому вигляді. Це також дозволить значно зменшити забруднення повітря токсичними мікрочастками. Така зола є готовою сировиною для цементно-бетонної промисловості. При налагодженні збуту цього продукту інвестиції в таке обладнання (що складають від 1 до 5 мільйонів доларів на один енергоблок, в залежності від потужності) є прибутковими та швидко окупаються.

Електрофільтр з сухим золовидаленням на газоході ТЕС. Фото: indiamart.com

Цікавим також є те, що летка вугільна зола, що уловлюється електрофільтрами, в світі є цінним джерелом для отримання таких металів як галій та германій, які широко застосовуються в електроніці. Вартість галлію на світовому ринку складає 195 доларів за кілограм, германію – 850 доларів. На сьогодні виробництво германію з вугільних відходів становить 20% від усього світового виробництва цього металу. Зосереджено воно в основному в Німеччині та Китаї.

Існують також технології для отримання ліквідних відходів зі шлаку, який утворюється в середині котлів. Його також слід збирати окремо, тоді він може виступати цінною сировиною для будівельної промисловості. Розділяй відходи та господарюй – таким має бути девіз теплоенергетиків.

Проста і доступна технологія виробництва аглопориту

Аглопорит – штучний пористий наповнювач, що отримується термічним спіканням підготовлених гранул з вугільних відходів (головним чином шлаку) та інших алюмосилікатних матеріалів (традиційно – пісчано-глиністих порід).

Технологія виробництва аглопориту дозволяє утилізовоувати золошлакові відходи в великих обсягах. Під подібні проекти існують техніко-економічні обґрунтування з детальним розрахунком економічних показників, потужностей, продуктивності і вартості обладнання.

Аглопорит можна застосовувати як наповнювач в конструкційних легких бетонах, в дорожньому будівництві. У порівнянні з широко поширеним керамзитом, він міцніше і дешевше. Його можна робити у вигляді гранул різних форм і розмірів.

Характеристики міцності аглопориту в рази перевищують стандартні допустимі значення для керамзиту.

Чеський аглопорит. Фото: www.agloporit.cz

Все, що потрібно для організації виробництва аглопориту – наявність золошлакових відходів і покладів глини, яка необхідна в якості в’яжучої речовини. Оскільки мова йде про великотоннажне виробництво, то пластифікуючі добавки повинні бути доступні в необхідних обсягах. Тому при плануванні такого виробництва необхідно враховувати логістику по доставці глини.

Як можна застосовувати аглопорит? Основою сучасного будівництва є залізобетон, але технології в цій галузі не стоять на місці. Будівельна індустрія в останні роки йде по шляху зменшення маси та теплопровідності конструкцій. Важкі бетони замінюють на легкі із застосуванням пористих штучних наповнювачів, в тому числі аглопориту. Модифіковані легкі конструкційні бетони не менш технологічні ніж важкі бетони, але при цьому вони легше на 20-50%. При їх застосуванні знижується тепловіддача будівель, підвищується їх рівень теплозахисту, паропроникності.

Легкі бетони також дають економічну перевагу в дорожньому будівництві. Аглопорит можна закладати як до шару дорожньої основи, в цементобетон, так і до складу асфальтобетонної суміші замість гравію. Такі дороги мають кращі експлуатаційні характеристики та довше слугують. При цьому витрати на будівництво нових і відновлення старих доріг скорочується від 20% до 70%.

Золомісткість аглопориту доходить до 80%. Оскільки потреба будівництва у наповнювачах становить мільйони кубічних метрів, то і переробка відходів в аглопорит може сягати мільйонів тонн на рік. Такі обсяги споживання продукту переробки золошлакових відходів дозволяють закрити більшу частину проблем по їх утилізації.

Криза як можливість

Проблему утилізації та переробки відходів від спалення вугілля можна досить швидко вирішити спільними зусиллями держави і бізнесу. Мова навіть не про систему покарань і заохочень. Використання золи та шлаку для виробництва будівельних матеріалів, дорожнього покриття або на інших об’єктах міського будівництва не тільки вирішує проблему накопичення відходів, а й створює нові економічні можливості та є джерелом значної доданої вартості. Якщо ж мова про вилучення металів та комплексну переробку, то йдеться про створення нових високотехнологічних галузей з потужним потенціалом.

Наразі виправдання тому, що Україні досі не працюють напрямки переробки відходів вугільної промисловості, які в світі вже стали промисловим мейнстримом, знайти дуже важко. Якщо раніше можна було кивати на відсутність технологій, то зараз це не може бути виправданням. Технології переробки золошлакових відходів існують і широко застосовуються по всьому світі, тому Україні слід наздоганяти і пам’ятати про прикрий досвід США і те, що подальше накопичення цих токсичних відходів становить техногенну загрозу.

Олег Савицький

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *