В процессе сгорания угля изотопы тория и радиоактивного калия плавятся, перемешиваются с алюмосиликатами и входят в состав золы, шлаков.
Специалистами НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина установлено, что экстракты всех исследованных ЗШО при длительном воздействии вызывают изменение состава крови, способствуют дестабилизации клеточных мембран, способны вызывать заболевания печени и почек.
Установлено генадотоксичное действие золы. Выявлены негативные действия исследованных зол на клеточный иммунитет и опасность попадания токсичных компонентов золы в организм теплокровных животных как с водой, так и с пищей.
Установлено, что ЗШО представляют реальную опасность для загрязнения грунтовых вод.
По закону о платежах за загрязнение окружающей среды и пользование природными ресурсами шлаки, зола отнесены к нетоксичным отходам.
Приведенные данные свидетельствуют об их более высокой опасности для окружающей среды, а расчеты дают III класс токсичности.
Решением экологических и некоторых экономических проблем ЗШО МГРЭС может быть их утилизация. Например, в Иркутской области посчитали, что вместо затрат на содержание ЗШО выгоднее организовать их переработку. С этой целью ОАО "Иркутскэнерго" и администрация области подписали программу переработки ЗШО ТЭЦ на 2005 – 1010 гг. Считается, что из ЗШО можно получать глинозем, кремнезем, железо, некоторые редкие металлы.
5. Возможность комплексной переработки ЗШО
В практике разработки полезных ископаемых установлена необходимость выполнения комплекса исследований, мероприятий:
- лабораторные исследования по обогащению сырья извлекаемыми компонентами;
- крупномасштабные лабораторные исследования по обогащению;
- опытно-промышленные испытания;
- промышленная разработка.
В условиях ресурсной базы научно-исследовательских учреждений республики обеспечение такого комплекса по переработке ЗШО МГРЭС проблематично.
Представляется плодотворным исследование вопросов доведения кондиции ЗШО до кондиции сырья с апробированными в промышленном производстве технологиями переработки.
Коммерческий интерес могут иметь глинозем, кремнезем, железо, уголь, представленные в ЗШО МГРЭС миллионами тонн. Экономически может быть оправдано извлечение из ЗШО только редкоземельных и редких металлов, при использовании соизмеримых с перерабатываемыми массами количествами химических реагентов. Для обеспечения экологических условий предпочтительнее комплексная переработка.
Комплексная технологическая схема переработки золы от сжигания каменного угля разработана, в частности, специалистами Гидроцветмета (г. Новосибирск) и Всероссийского алюминиево-магниевого института (ВАМИ, г. Санкт-Петербург). Товарной продукцией переработки золы по этой схеме являются глинозем, кремнезем ("белая сажа"), концентраты редких металлов с расчетной рентабельностью 68,6%.
Представляется возможным расширить этот комплекс извлечением угля и железа.
5.1 Уголь
экология токсичность золошлаковый отходы металл
Согласно ОСТ Минэнерго СССР № 30-70-542 максимальное количество остаточного топлива в золах от сжигания каменного угля может достигать 22%. Эти ограничения многие ТЭЦ не выдерживали. Бывший союзный Госстрой узаконил применение золошлаковых смесей при изготовлении легких бетонов с содержанием угля до 40%.
Теплотворная способность золы ТЭЦ подчас превышает теплотворную способность горючих сланцев и отдельных видов бурого угля, на которых работают многие российские и зарубежные электростанции.
При использовании новейших технологий сжигания теплотворная способность топлива, определенная традиционными способами может быть увеличена на 20 – 50%, т.е. при содержании несгоревшего угля в ЗШО около 40%, количество тепловой энергии при соответствующей технологии сжигания может быть близким к энергии, полученной при сжигании каменного угля на ГРЭС.
Для выделения, утилизации несгоревшего углерода в ЗШО может быть предложено несколько способов:
1. Сжигание твердого топлива в низкотемпературном кипящем слое. Данным способом можно сжигать угли зольностью до 70%, при этом недожог топлива составляет в среднем 6%, вместо примерно 40%, при сжигании угля в обычных слоевых топках. КПД таких котлов 82 – 85%. Содержание оксидов азота в дымовых газах 120 – 250 мг/м3, содержание летучей золы 8 – 12 мг/м3.
2. В промышленной энергетике все чаще применяется технология сжигания твердого топлива в высокотемпературном кипящем слое (ВТКС), что позволяет использовать практически любые твердые топлива с теплотворной способностью от 3500 до 6000 ккал/кг при зольности до 50%. КПД 85 – 87%.
Технология предусматривает возможность организации многоступенчатого улавливания и возврат в топку на сжигание мелких частиц топлива и золы. Эффективность выгорания топлива в зависимости от его качества 95 – 98%.
3. Технология сжигания в шлаковом расплаве. Проверена на опытной "фьюминг-печи" с целью извлечения германия из Черногорских углей (Красноярский край).
При использовании газолифтного способа на 1 т сжигаемого угля можно перерабатывать 2 – 3 т золы старых отвалов. Разработчики комплекса считают, что при отсутствии старых зольных отвалов, целесообразно перевести ряд существующих региональных котельных на угли, содержащие германий с последующей поставкой золы на газолифтную приставку.
4. Перспективными представляются методы преобразования недожога в газ, что позволит расширить территорию использования.
4.1 В институте проблем химической физики РАН разработана технология сверхадиабатического горения. Организовано производство оборудования. Энергетический КПД установки не менее 95%. Этим способом можно сжигать угли с содержанием золы до 90 – 95%.
Сверхадиабатический разогрев позволяет преобразовывать твердое топливо в энергетический продукт – газ содержащий водород, оксид углерода и, в ряде случаев, углеводороды и другие органические соединения.
Этот газ сжигается в обычных устройствах (например, в паровых, водогрейных котлах, либо автономных газогенераторных станциях) с получением тепловой или электрической энергии.
Технология имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным сжиганием. Высокий КПД, возможность перерабатывать материалы с малым содержанием горючих составляющих при влажности до 60%, крайне низкий вынос пылевых частиц, очистка продукт газа легче, чем дымовых газов. Сжигание в две стадии резко уменьшает образование диоксинов даже при наличии соединений хлора. Двухстадийный процесс сжигания подавляет появление в дымовых газа ароматических соединений (предшественников диоксинов) и обеспечивает низкое содержание пылевых частиц – катализаторов образования диоксинов в дымовых газах. Зола практически не содержит несгоревшего углерода.
Достаточно поставить с ТЭЦ на угле реактор-газификатор и можно без реконструкции, опираясь на модули, переходить на газ, используя в качестве сырья ЗШО, отходы местной промышленности. Например, для ТЭЦ в алтайском городе Рубцово разработана технология сверхадиабатической переработки золы.
Технология апробированная в течение нескольких лет в Финляндии, не имеет вредных выбросов, не требует газоочистного оборудования.
Северо-западный Центр чистых технологий предлагает реализацию проектов строительства мини-ТЭЦ на основе переработки золоотвалов ТЭЦ с содержанием углерода до 10% и влажностью до 60%.
4.2 Главными проблемами любого сжигания является неэффективность горения углеводородных топлив. Вклад действующих огневых технологий (теплоэнергетика, тепловые машины, двигатели, автотранспорт, сжигание отходов) в загрязнение атмосферы приближается к 70 – 80%. Современная стратегия решения экологических проблем направлена на контроль над следствиями, но не на устранение причин загрязнения.
Технология электроогневого сжигания, используя в качестве катализаторов электростатические и электромагнитные поля, обеспечивает экологическую чистоту и высокую экономическую эффективность сжигания любых углеводородных топлив. При этом удельная теплоемкость веществ, по-видимому, на 20 – 50% выше, чем при обычном способе их сжигания.
Некоторые показатели установок электроогневого сжигания производительностью 50 кг/час приведены в таблице 3.
Таблица 3 Установки электроогневого сжигания
| Фирма, страна, модель | Расход топлива кг/час | Потребляемая мощность, кВт | Масса, кг | Цена, дол/США |
| Vesta, Норвегия, МАХ 1253 | 25 | 14 | 2300 | 33000 |
| ATLAS, Дания, AS 402 AS | 20 | 20 | 2900 | 35000 |
| "Ленинская кузница", Украина, СП-50 | 10 | 10 | 3500 | 25000 |
| Турмалин, Россия, ИН-50.1 | 10 | 1,2 | 2500 | 17000 |
| ЗАО "Ницот" Россия, Cleen Nature | 3 | 1 | 600 | 5000 |
С увеличением установленной мощности стоимость электроогневых установок ЗАО "Ницот" становится в десятки раз ниже по сравнению с аналогичными установками, при более высоком качестве очистки.
При сжигании этим методом из состава отходящих газов вообще устранялись сажа, углеводороды, а объем отходящих газов любых топливных машин уменьшался в 10 – 15 раз. "По существу впервые в мире создана мощная эффективная технология чистого и одновременно интенсивного сжигания любых отходов".
4.3 Считаем заслуживающим внимания на первом этапе утилизации недожога золошлаковые отходы подвергать паровоздушной газификации в сверхадиабатическом режиме для получения энергетического газа, а при сжигании полученного газа использовать электроогневую технологию.
5. Возможности извлечения недожога из ЗШО.
Разработана технология, позволяющая из золы тепловых электростанций с содержанием угля до 25 – 30% получать золу с содержанием угля 4 – 6%. Выделенный уголь пригоден для сжигания.