Методика расчета нормативов размещения золошлаковых отходов для котельных различной мощности, работающих на твердом топливе

Настоящая методика расчета нормативов размещения золошлаковых отходов для котельных различной мощности, работающих на твердом топливе (далее - Методика) разработана с целью создания методологической основы по определению нормативов образования и размещения золошлаковых отходов.

Настоящая методика рекомендуется к применению предприятиями и территориальными управлениями по охране окружающей среды, специализированными организациями, проводящими работы по проектированию и нормированию предельно допустимых объемов образования и размещения отходов.

Полученные по настоящей методике результаты используются в качестве исходных данных на действующих предприятиях и объектах, а также при разработке предпроектной и проектной документации па новое строительство.

Порядок нормирования объемов образования и размещения золошлаковых отходов, согласно настоящей методике основывается на учете содержания загрязняющих веществ (ЗВ) в золошлаках и предельно-допустимых концентраций (ПДК) этих веществ.

Если предприятие имеет для складирования золошлаков не один накопитель, расчет объемов ведется для каждого из них отдельно. Нормированный объем золошлаков, помещаемый в конкретный накопитель выражается в виде величины общего их годового объема, ограничиваемой понижающими коэффициентами, учитывающими степень распространения токсичных веществ из накопителя в окружающую среду, в зависимости от выполнения мероприятий по охране окружающей среды.

При определении объемов образования и размещения золошлаковых отходов могут применяться следующие методы:

- Метод расчета по материально-сырьевому балансу;

- Метод расчета по удельным показателям образования отходов (этот метод реализуется посредством расчета средних удельных показателей па основе анализа отчетной информации за определенный (базовый) период, выделения важнейших (экспертно устанавливаемых) нормообразующих факторов и определения их влияния на значение удельных показателей);

- Расчетно-аналитический метод (применяется при наличии конструкторско-технологической документации (технологических карт, рецептур, регламентов, рабочих чертежей)) на производство продукции, при котором образуются отходы. На основе такой документации в соответствии с установленными нормами расхода сырья (материалов) рассчитывается норматив образования отходов (Н0 ) как разность между нормой расхода сырья (материалов) на единицу продукции и чистым (полезным) их расходом с учетом неизбежных безвозвратных потерь сырья.

Расчет осуществляется по формуле:

H0 = N - P - Hn , (2.1)

где N - норма расхода сырья (материалов) на единицу продукции, т;

Р - расход сырья (материалов), необходимого для осуществления производственного процесса (работы), т;

Hn - неизбежные безвозвратные потери сырья (материалов) в процессе производства, т.

В общем случае при расчете объема образования и размещения отходов (продуктов) производства и потребления и, в частности, золошлаков в качестве исходной величины принимается количество отходов, предусмотренное проектной документацией для конкретного предприятия, при несовпадении реальной производительности с проектной мощностью предприятия, объемы образования отходов должны корректироваться по формуле:

  (2.2)

где Мо6р - объем образования отходов, т/год;

Мпр - проектный объем образования отходов, т/год:

Пф - реальная (фактическая) производительность предприятия, т/год1 ;

Ппр - проектная производительность предприятия, т/год1 ;

Кконс - коэффициент консервации отходов производства.

Объем образования отходов должен корректироваться с учетом современных достижений науки и техники, появлением новых технологий утилизации и переработки отходов и совершенствования технологического процесса на предприятии.

1 для предприятий, выход продукции которых измеряется в единицах массы. В других случаях производительность выражается в условных единицах продукции, выпускаемой предприятием

Золошлаки - продукты комплексного термического преобразования горных пород и сжигания твердого топлива или несгоревшая минеральная часть угля. Золошлаковые отходы котельных, работающих на твердом топливе представляют собой мелкодисперсный продукт от светло-серого до темно-серого цвета, в зависимости от количественного содержания частиц несгоревшего угля. По форме золошлаки представлены микросферами (оплавленные под воздействием высокой температуры частицы кварца) и частицами неправильной угловатой формы (остальной материал золошлаков).

Максимальная крупность зерен золошлаков 1,0-2,5 мм. Количество пылевидных фракций в заскладированных золошлаках колеблется от 15 до 95% в зависимости от удаления места отбора продукта от гребня дамбы золоотвала. По гранулометрическому составу золошлаки представлены преимущественно частицами диаметром менее 0,25 мм и содержат 35-40% пылеватых частиц. Плотность золошлаков колеблется в пределах 1,53-2,38 т/м3 , насыпная плотность 0,45-1,22 т/м3 (в уплотненном состоянии плотность составляет 0,5-1,37 т/м3 ).

По химическому составу золошлаки представлены оксидами кремния, алюминия, железа и кальция, на долю которых приходится до 95% массы материала. В таблице 3.1 представлен ориентировочный химический состав золошлаков. Состав зависит от сжигаемого твердого топлива.

Таблица 3.1 - Химический состав золошлаков

 
 Наименование компонента 
 
 Содержание, % 
 
 
 Оксид кремния 
 
 58 
 
 
 Оксид алюминия 
 
 25 
 
 
 Окислы железа 
 
 14,6 
 
 
 Оксид кальция 
 
 1,9 
 
 
 Оксид марганца 
 
 0,5 
 
 

С биологической точки зрения золошлаки - это «стерильные» материалы, лишенные органических веществ, имеющие лишь следы азота; количество подвижных форм фосфора и калия в них недостаточно для питания растений, поэтому самозарастание золошлакоотвалов процесс очень медленный: покрытие их поверхности растениями до прекращения пыления длится от 10 до 15 лет. Для предотвращения негативного воздействия на природу и человека требуется рекультивация отработанных золошлакоотвалов.

Золошлаковые отходы образуются в результате термохимических реакций неорганической части топлива. Удаляются из котлоагрегатов специальными шлакоудаляющими устройствами, охлаждаются и обычно гидравлически транспортируется в золошлакоотвал. Состав и свойства шлака, так же как и золы, зависят от месторождения и марки угля, условий его сжигания и устанавливается экспериментально или из справочной литературы (4).

Примечание - золошлакоотвалы (ЗШО) для приема зол и шлаков, образующихся при сжигании твердых топлив, рассчитываются на накопление отходов в течение 5 лет (в отдельных случаях - до 10 лет). Однако при использовании твердого топлива как резервного этот срок может быть увеличен. Для обоснования продления сроков эксплуатации ЗШО могут быть использованы следующие данные, приведенные в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Характеристика золошлакоотвала

 
 Годовой выход золошлакового материала, ×103 т 
 
 <100 
 
 100-500 
 
 500-1000 
 
 1000-1500 
 
 >1500 
 
 
 Площадь ЗШО (S), ×104 м2 
 
 10-80 
 
 20-200 
 
 60-300 
 
 100-400 
 
 200-500 
 
 

Средняя высота (Н ) ЗШО составляет около 20 м, максимальная - 35-40 м.

Продолжительность (τ) дополнительного приема золошлаковых материалов (ЗШМ) может быть рассчитана по формуле:

  (3.1)

где Yзшо - объем ЗШО, м3 (YЗШО = S×H);

YЗШM  - объем ЗШМ, накопленного в ЗШО, м3 ;

МЗШ  - масса ЗШМ, поступающего в ЗШО, т;

W - средняя влажность уплотненного ЗШМ, %;

р - плотность уплотненного при хранении ЗШМ, т/м3 .

Значения плотности в уплотненном состоянии при хранении в ЗШО (р, т/м3 ) с учетом влажности уплотненного ЗШМ.

Гранулометрический и химический составы ЗШМ в ЗШО определяются в зависимости от марки топлива, способа транспортировки ЗШМ, типа ЗШО по данным.

При определении объема золошлака, образующегося при сжигании в котельных твердого топлива, осуществляется расчет материального баланса2 .

Количество золошлакового материала, подлежащего удалению из котельного помещения, складывается из массы шлака, образующегося от сжигания твердого топлива и летучей золы, уловленной из отходящих газов:

  (4.1)

где МЗЛ  обр - годовой объем золошлакаудаления, т;

Мшл - годовой выход шлаков, т;

Мзл - головой улов золы в золоулавливающих установках, т.

Годовой выход шлаков определяется из годового расхода топлива с учетом его зольности, отнесенного к содержанию в нем (в шлаке) несгоревших веществ по формуле:

  (4.2)

где: Втл - годовой расход топлива, т;

Аr - зольность топлива на рабочую массу (таблица 4.1), %;

Гшл - содержание горючих веществ в шлаке, %;

Ашл - доля золы топлива в шлаке, %.

Годовой улов золы зависит от степени улавливания твердых частиц золоулавливающей установки и составляет:

  (4.3)

где: МЗЛ  общ - общий годовой выход золы, т;

η - доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях.

Общий годовой выход золы определяется по формуле:

  (4.4)

Где Гзл - содержание горючих веществ в уносе, %. При отсутствии данных замеров расчет МЗЛ  о6щ ведется по формуле (4.5);

АЗЛ  - доля золы, уносимой газами из котла (доля золы топлива в уносе), %. При отсутствии данных замеров можно использовать ориентировочные значения.

Таблица 4.1 - Характеристика топлив (при нормальных условиях)

 
 Вид топлива 
 
 Марка, класс 
 
 Аr , % 
 
   мДж/кг, м3 
 
 
 Карагандинский бассейн 
 
 КР 
 
 37,5 
 
 17,12 
 
 
 КСШ 
 
 32,6 
 
 18,55 
 
 
 К, К2, концентрат 
 
 22,5 
 
 22,19 
 
 
 КЖР 
 
 30,7 
 
 20,3 
 
 
 К, промпродукт 
 
 38,7 
 
 16,2 
 
 
 К шлам 
 
 30,2 
 
 16,96 
 
 
 Боорлинское месторождение 
 
 К2Р 
 
 40,7 
 
 16,12 
 
 
 Экибастузское месторождение в целом: По группам зольности 
 
 ССР 
 
 42,3 
 
 15,49 
 
 
 ССР 
 
 40,4 
 
 16,12 
 
 
 ССР 
 
 45,6 
 
 14,61 
 
 
 Ленгерское месторождение 
 
 Б3, Б3СШ 
 
 14,4 
 
 15,33 
 
 
 Майкубенский бассейн: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Сарыкольское месторождение 
 
 Б3 
 
 23,0 
 
 14,53 
 
 
 Шоптыкольское месторождение 
 
 Б3Р 
 
 24,6 
 
 15,62 
 
 
 Тургайский бассейн: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Кушмурунское месторождение 
 
 Б2Р 
 
 14,5 
 
 12,23 
 
 
 Орловсое месторождение 
 
 Б2Р 
 
 19,1 
 
 11,35 
 
 
 Кызылталинское месторождение 
 
 Б2Р 
 
 20,3 
 
 12,43 
 
 
 Приозерное месторождение 
 
 Б2Р 
 
 14,7 
 
 12,31 
 
 
 
 
 
 
 22,1 
 
 10,38 
 
 
 Нижне-Илийское месторождение 
 
 Б1-В2 
 
 9,8 
 
 13,02 
 
 
 Шубаркольское месторождение 
 
 Д 
 
 21,0 
 
 18,24 
 
 
 Каражиринское месторождение 
 
 Д 
 
 24,0 
 
 17,67 
 
 

Для котлов до 30 т пара/час при отсутствии данных о Гшл , Ашл , Гзл , Азл расчет объема образования шлака рассчитывается по формуле:

   (4.5)

  (4.6)

где В - годовой расход угля, т/год;

Аr - зольность топлива на рабочую массу (таблица 4.1), %;

α - доля уноса золы из топки, при отсутствии данных принимается α = 0,25 (10);

q4 - потери тепла вследствие механической неполноты сгорания угля, %. При отсутствии данных можно использовать ориентировочные значения, приведенные в таблице 4.2;

Qr i - теплота сгорания топлива (таблица 4.1) в кДж/кг;

32680 кДж/кг - теплота сгорания условного топлива.

Таблица 4.2 - Характеристика топок котлов малой мощности

 
 Вид топок и котлов 
 
 Топливо 
 
 q 4  , % 
 
 
 С неподвижной решеткой и ручным забросом топлива 
 
 Бурые угли Каменные угли Антрациты AM и АС 
 
 8,0 7,0 10,0 
 
 
 Камерные топки с твердым шлакоудалением 
 
 Каменные угли Бурые угли 
 
 5/3 3/1,5 
 
 

При наличии золоуловителей зола, уносимая потоком газов, улавливается в электрофильтрах со средней эффективностью 95,29% (эффективность золоуловителей определяется по данным проекта нормативов ПДВ). Следовательно, объем образования угольной золы, уловленной в электрофильтрах, составляет:

Мзл = Nзл ×0,9529 ,т/год (4.7)

Общее количество золошлакового материала, подлежащего удалению МЗЛ  обр . определяется по формуле (4.1).

В приложении 1 представлен пример расчета объемов образования и размещения золошлаков для котельных, работающих на твердом топливе.

2 В настоящей Методике рассматривается лишь твердый вид топлива, преимущественно применяемый на казахстанских теплоэлектростанциях - уголь Карагандинского и Экибаетузского ТЭКов.

Имеются следующие данные для расчета объемов образования и размещения отходов гидрозолоудаления тепловой электростанции в золоотвале.

- доля золы топлива в уносе (Азл ) составляет 95%:

- доля шлака (Ашл ) составляет 5%;

- содержание горючих веществ в уносе золы (Гзл ) составляет 5,5%;

- содержание горючих веществ в шлаке (Гшл ) составляет 4,5%;

- зольность рабочего угля (Аr ) составляет 43%;

- годовой расход топлива на электростанции (Втл ) - 2500 тыс. т;

- доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях (η = 0,96);

По формуле (4.4) определяется общий годовой выход золы:

  тыс. т.

По формуле (4.3) находится годовой улов золы:

Мзл = 1080,69×0,96 = 1037,46, тыс. т.

По формуле (4.2) определяется годовой выход шлаков:

  тыс. т.

Согласно формуле (4.1) можно определить годовой объем образования золошлакового материала на тепловой электростанции:

МЗЛ  обр = 1037,46 + 56,28 = 1093,74, тыс. т.