автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка рациональных способов получения экологически чистой продукции из шламовых отходов ТЭС

На правах рукописи

Нлбарьян Андрей Варичевич пг|к

"ГБ ОД

"О

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЫШХ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ПРОДУКЦИИ ИЗ ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ ГЭС

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их

энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Новочеркасск - 2000 г.

Работа выполнена на кафедре "Тепловые электрические станции" ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института); в Научно-исследовательском институте экологических проблем энергетики

Научный руководитель: академик МИА, РИА, ИАА, лауреат премии СМ СССР, доктор технических наук, профессор A.A. Мадоян

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент

Е.В. Веселовская

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лукашов Ю.М.

кандидат технических наук, доцеит Шсстаченко И.Я.

Ведущая организация: ОАО "Ростовская ТЭЦ-2"

Защита диссертации состоится /2, 2000 г. вауд. на заседании диссертационного совета К.063,30.12 государственного технического университета политехнического института).

гл. к. в

час.

Южно-Российского (Новочеркасского

Отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 346400, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132. Ученый совет ЮРГТУ (НПИ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮРГТУ (ННИ).

Автореферат разослан 2000 года

Ученый секретарь

диссертационного совета К.063.30.12, к.т.н., доцент

/ ! / /

H.H. Ефимов

КЦО О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из важнейших проблем современного общества является разработка новых экологически чистых способов и методов переработки огромных объемов промышленных и бытовых отходов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду. К источникам различных "вредных" выбросов относятся традиционные тепловые электрические станции (ГЭС). Выбросы ТЭС до настоящего времени не находят широкого полезного применения как вторичные ресурсы. Особое беспокойство вызывают шламовые стоки во до подготовительных установок (ВПУ). В районе расположения теплоцентралей, находящихся в черте города, накапливаются большие объемы шламовых отложений. Количественный сброс шламовых отходов ТЭС, образовавшихся в процессе предварительной очистки при известковании после продувки осветлителей, оказывается значительным, что требует дальнейшего расширения площадей специальных шламоотстойников. На вывоз и захоронение этих техногенных продуктов, которые негативно воздействуют на водоемы, требуются большие дополнительные затраты, поэтому первоочередной задачей является полный перевод шламовых отходов ВПУ ТЭС во вторичные сырьевые источники для получения дополнительной товарной продукции. Использование шлама как вторичного сырья представляет большой практический интерес, особенно при рациональных методах утилизации выбросов.

В связи с этим тема диссертационной работы является весьма актуальной и связана с тем, что для обеспечения предъявляемых к экологически чистой ТЭС требований необходима утилизация максимально возможного количества отходов, основными из которых являются осадки системы химводоочистки ТЭС.

Цель работы - разработка рациональных способов использования шламовых отходов ВПУ ТЭС путем получения из них экологически чистых керамических изделий.

Конкретные задачи исследований, решаемые в работе:

- анализ экологических проблем, возникающих на ВПУ ТЭС и применяемых технологических схем и методов утилизации загрязненных вод;

- исследование и анализ физико-химических и радиологических характеристик шламовых отходов ВПУ ТЭС, расположенных в различных регионах России;

- определение математической зависимости состава шлама от качества исходной воды, поступающей на ТЭС, методом факторного анализа;

- изучение технологических характеристик шламов ВПУ различных ТЭС в качестве сырьевого компонента для получения экологически чистой продукции способом термообработки;

- изучение влияния шламового отхода ТЭС как сырьевого компонента массы на процессы формирования структуры и свойств керамических изделий при скоростной низкотемпературной их обработке;

- выявление зависимости скоростного низкотемпературного спекания массы на основе шлама ВПУ ТЭС от значения рецептурного модуля;

- разработка рациональных ресурсосберегающих низкотемпературных способов производства экологически чистой товарной продукции на ТЭС с использованием шламовых отходов ВПУ.

Научная новизна работы состоит в следующем: . - установлена экспериментальная взаимосвязь между физико-

химическим составом исходной воды и составом шламовых отходов ТЭС;

- впервые разработаны математические модели, позволяющие теоретически определять характеристики шламовых отходов ВПУ ТЭС в различных регионах России от качества исходной воды;

- разработан новый рецептурный модуль, позволяющий значительно снижать энергозатраты в процессе обжига материалов, содержащих шламовые отходы ТЭС;

- получены оптимальные технологические составы керамических масс на основе шламовых отходов ВПУ ТЭС;

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты выполненных исследования позволяют использовать шламовые отходы ВПУ ТЭС в качестве основного компонента при изготовлении экологически чистой вторичной керамической продукции, а также в:

- улучшении экологической ситуации за счет рационального использования илистых отложений ВПУ ТЭС;

- разработке математических моделей, позволяющих определять основные показатели шламовых отходов ВПУ для различных ТЭС, которые могут быть использованы при оценке возможных ресурсов получения вторичного сырья;

- повышение экономичности ТЭС за счет использования тепла уходящих газов при термической угилизации шламовых отходов;

- снижении себестоимости материалов и изделий за счет замены дорогостоящих природных сырьевых компонентов на "бросовый" материал-шлам ВПУ ТЭС.

Реализация результатов работы. Разработанные автором обобщенные характеристики шламовых отходов ВПУ Европейской части России используются при внедрении работ по угилизации вторичного сырья на объектах РАО "ЕЭС России". Расчетные технологические показатели характеристик шламовых отходов ВПУ ТЭС использованы ОАО "НИИ экологических проблем энергетики" (г. Ростов-на-Дону) при проектировании и создании технологической линии производства экологически чистой продукции в составе многоцелевой опытно-промышлетюй установки (ОПУ) газификации угля в шлаковом расплаве тепловой мощностью 170 МВт на Несветай ГРЭС, разработанной в рамках государственной научно-технической программы "Экологически чистая энергетика" федеральной целевой программы "Топливо и энергетика". Новые составы масс с использованием

шламового отхода Ростовской ТЭЦ-2, защищенные авторскими свидетельствами, внедрены на Шахтинском заводе "Стройфарфор".

Достоверность и обоеновшишеть результатов работы базируется на использовании фундаментальных "положений физико-химических- законов -организации водного режима ТЭС, согласовании полученных на базе новых математических моделей взаимосвязи составов шлама от качества исходной воды с независимыми данными промышленных испытаний и опытных исследований отечественных и зарубежных авторов, а также на хорошей корреляции полученных диссертантом экспериментальных результатов с опубликованными расчетными и экспериментальными данными других работ.

Личный втелад автора сооюитв:

- установлении изменения концентрации солей жесткости при движении теплоносителя (НгО) по водно-паровому тракту ТЭС;

- расчетном и экспериментальном установлении характера взаимосвязи шламовых отходов ВПУ различных ТЭС и исходной воды, поступающей на химводоочистку;

- разработке математических моделей определения характеристик шламовых отходов ВПУ ТЭС различных регионов России и рецептурного модуля, снижающего энергозатраты при их утилизации;

- расчетно-эксперименталыюм определении и получении новых оптимальных составов керамических масс на основе шламов ВПУ ТЭС;

- разработке ресурсосберегающих способов использования шламовых отходов ВПУ ТЭС;

- разработке рациональной схемы использования шламов ВПУ дал получения товарной продукции, обеспечивающей создание экологически чистых и безотходных ТЭС.

Апробации работы. Основные результаты исследований докладывались на: Российско-Ирландском научно-техническом семинаре "Экология строительства и эксплуатации зданий и сооружений" (Ирландия, г. Лимерик, 1997 г.); 2-ом научно-техническом семинаре "Экологические проблемы хранения, переработки и использования вторичного сырья" (Швейцария, г. Лозанна, 1998 г.); научно-практической конференции "Проблемы развития атомной энергетики на Дону" (г. Ростов-на-Дону, 2000 г.); научно-технических советах НИИЭПЭ (г. Рос гов-на-Дону, 1998-1999 гг.), техсовете Ростовской ТЭЦ-2 (г. Ростов-на-Дону, 1998 г.) и заседаниях кафедры ТЭС ЮРГТУ (НПИ) (г. Новочеркасск, 1999 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 10 публикаций, из них 2 патента на изобретение, перечень которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, приложений и актка внедрения. Изложена на 157 страницах машинописного текста, в том числе

35 таблиц, 17 рисунков,З^с приложений. Список литературы включает 111 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой темы, сформулирована цель диссертационной работы и перечислены решаемые задачи.

В первой главе рассмотрены существующие применяемые технологические схемы, методы и тенденции утилизации загрязненных вод ВПУ на ТЭС с извлечением и использованием вторичного сырья, проанализированы особенности очистки и подготовки воды на ТЭС и экологические проблемы, возникающие на их территории.

В настоящее время на действующих ТЭС в зависимости от качества исходной и жестких требований к качеству добавочной воды применяются различные варианты схем ВПУ, которые обуславливают большое образование стоков и, как следствие, усиливают экологическую напряженность регионов, где располагаются электростанции.

Предлагаемые схемы и методы по очистке, утилизации и минимизации сточных вод ВПУ ТЭС, которым в последние годы во всех странах мира уделяется большое значение, позволяют обезвреживать промышленные стоки с использованием бросового тепла уходящих газов котлов и печей; сокращать количество реагентов и, как результат, количество стоков; использовать процессы регенерации, сокращающие расходы химреагентов и ионообменных материалов и др. Однако при всех экологических достоинствах указанных методов они кардинально не решают вопроса полного использования шламовых выбросов ТЭС как вторичного сырья и в основном решают задачу сокращения площади шламоотстойников.

Европейская концепция при решении проблемы стоков на ТЭС сводится к необходимости сокращения объема полученных отходов, удаления их них токсичных и вредных веществ с последующим сбросом "нейтральных" минеральных солей в природные водоисточники, но при этом происходит постоянное ужесточение природоохранных законов. Зарубежные фирмы основываются строго на индивидуальном подходе при малом масштабе производства.

На основании анализа натурных исследований по изменению концентрации солей жесткости (на примере кальция) при движении теплоносителя (Н20) по водно-паровому тракту тепло-генерирующей установки (ТГУ) ТЭС, как показано на рис. 1, можно отметить, что основным источником количественных шламовых стоков, образующихся в процессе предварительной очистки, являются осветлители ВПУ ТЭС.

Как показал анализ, вопрос сокращения шламовых вод ВПУ ТЭС проработан достаточно детально,' однако ни одна из существующих технологий, как в отечественной , так и зарубежной энергетике не позволяют полностью утилизировать отходы. Ряд разработанных методов позволяет

!Т

и

ТГУ

33 I

"'■Ог-'О-'^'-'^Ё;!--' " ^

пе--од>-"ЭЧ »одо

кальция & водно-пороьом трокте ТГУ ТЗС

1,£,3 - по нормам ПТЗ; 4 - Московская 1ЗЦ 5 - СмолЕНСкая ТЗЦ-Е; в - Ростовская ТЗЦ-2] 7 - Тсльятинская TЭUJ 8 - в.Волга) Э - р.Дон) 10 - р.Днепр) 11 - р,Москва

только частично использовать некоторые шламы в качестве добавок, например в асфальтные покрытия до 2 %, микронаполнители и красители при производстве ячеистых и полимерных бетонов и др. Кроме того, они комплексно не решают вопроса ресурсосбережения, в том числе при разработке и освоении на ТЭС новых технологий, предотвращающих загрязнения стоками ВПУ природных водоемов и водотоков.

Наиболее перспективной в этом плане является разработка рациональных способов полного использования шламовых отходов ВПУ ТЭС в качестве основного вторичного сырьевого источника для изготовления дополнительной товарной продукции.

В связи с этим, в главе сформулированы выводы и поставлены конкретные задачи исследований. Они сводятся к разработке ресурсосберегающих рациональных способов использования шламовых отходов ВПУ ТЭС путем получения из них экологически чистых керамических изделий: исследованию физико-химических, радиологических и технологических характеристик шла-мов ТЭС в различных регионах России; разработке математических моделей, определяющих характеристики шламов ВПУ ТЭС в различных регионах России от качества исходной воды, поступающей на ТЭС, методом факторного анализа; выявления зависимости скоростного низкотемпературного спекания массы на основе шлама ВПУ ТЭС от значения рецептурного модуля; повышению экономичности ТЭС за счет использования тепла уходящих газов при утилизации шламовых отходов.

Во второй главе изложены основные методики исследований физико-химических и радиологических свойств шламов ВПУ ТЭС, технологические характеристики шламов ТЭС используемых в керамических массах, а также химические анализы модельных растворов, применяемых при разработке математических моделей.

Химический анализ шламов ВПУ ТЭС проводили в соответствии с ГОСТ 21213, 0-81-2121.4-81. Для изучения фазового состава исследуемых отходов использовали рентгенофазовый анализ (РФА), который проводили на дифрактометре ДРОН-3. Активность шламового отхода ТЭС на степень спекания масс проводили на дериватографе ДКВ-3 методом дифференциального термического анализа (ДТА).

На основании результатов химического и фазового анализов шламовых отходов ВПУ ТЭС установлена возможность их использования в качестве сырьевого материала для получения керамических изделий.

Радионуклидный анализ выполняли гамма-спектрометрическим методом на радиометрических установках Центра радиационной экологии и технологии (РЭТ): РЭУС-Л-15 и УРС-21. Для оценки радиационной опасности материала и отнесения его к категории радиоактивных отходов использовали его суммарную ОС - активность, которую рассчитывали из удельных активностей радионуклидов (А) рядов и-238, И.а-226 и Т11-232:

А1 =3^+5 АПа +6 Ап< 7400 , Бк/кг (1)

~Радиационное - качество - -по критерию,- установленному для стройматериалов 1 класса (использование в строительстве без ограничений), определяли согласно и. 7.3.5 НРБ-96 (нормы радиационной безопасности):

Аоф = АПа + 1,31 • Ап + 0,085 ■ Ак_40 < 7400 , Бк/кг (2)

Для установления зависимости состава шлама ГЭС ог качества исходной воды методом факторного анализа использовали модельные растворы, в которых варьируемыми факторами являлись: мутность, полиакриламид, концентрация железа и кальция, величина рН и взвешенные вещества.

В связи с полученными результатами, исследования шламов ВПУ различных ТЭС как сырья для керамических производств проводили по характерным свойствам (пластичность, связующая способность и др.). Для установления зависимости пластичности, связующей способности и др. свойств от процентного содержания шламового отхода в общей керамической массе был проведен полный комплекс исследований масс до и после обжига.

Основные свойства керамических изделий изучены в зависимости от содержания шламовых отходов ТЭС в массе. Для установления закономерностей, характеризующих процесс спекания при низкотемпературном обжиге с помощью рентгенофазового анализа был изучен фазовый состав обожженных изделий при использовании шламовых отходов ВПУ ТЭС.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований шламовых отходов ВПУ ТЭС для различных регионов России: получены математические модели, позволяющие теоретически определять характеристики шламовых отходов ВПУ различных ТЭС от качества исходной воды и разработан рецептурный модуль, снижающий энергозатраты в процессе обжига изделий, содержащих шлам ВПУ ТЭС.

Экспериментальные исследования шламовых отходов выполнялись для различных ТЭС Европейской части России, выбранных с учетом различного качества исходной воды (Ростовская ТЭЦ-2, Новочеркасская ГРЭС, Воронежская ТЭЦ, Смоленская ТЭЦ-2, Липецкая ТЭЦ-2, Ульяновская ТЭЦ-1, Московские ТЭЦ-11, ТЭЦ-21. Кировская ТЭЦ-3, Казанская ТЭЦ-2, Канаковская ГРЭС). Их данные свидетельствовали о том, что обработка для энергетических нужд значительных объемов исходной воды обуславливает образование больших количеств стоков в шламоотстойниках.

Как показали макроскопические и химические исследования проб шламов ВПУ, отходы всех электростанций содержат более 40 % карбонатных включений в виде известняка и от 3 до 9 % магнезита. Содержание

свободного кварца незначительно. Железистые соединения находятся в виде гидрогетита и гетита. Содержание их в пересчете на оксиды составляет от 1 до 7 %, причем шламовые отходы Кировской ТЭЦ-3, Воронежской ТЭЦ-2, Ростовской ТЭЦ-2 и Новочеркасской ГРЭС содержат до 3 % оксидов железа (I группа), а шламы Липецкой ТЭЦ-2, Смоленской ТЭЦ-2, Тольяттинской ТЭЦ, Ульяновской ТЭЦ-1 и Московских ТЭЦ - более 3 % (II группа).

Изучение фазового состава шлама ВПУ ТЭС с помощью термографического анализа (рис. 2) позволило выявить, что основной кристаллической фазой в шламе является кальцит, на что указывает присутствие эндоэффекта в интервале температур 900-950 °С (рис. 2,6) и не содержится гидроксида кальция, что подтверждается отсутствием эндоэффекта при температуре около 500 °С. Рентгенофазовый анализ, как показано на рис. 3, также свидетельствует о присутствии кальцита и некоторого количества гетита. причем шлам ВПУ ТЭС имеет более дефектную кристаллическую структуру выражающуюся в нечеткости дифракционных максимумов (рис. 3,6), чем природные карбонатные материалы, такие как мел (рис. 3,а). На основании физико-химических анализов можно предположить достаточно высокую реакционную способность шлама и возможность использования его в качестве сырьевого компонента при изготовлении керамических изделий.

Эмпирическую зависимость состава шлама ТЭС от качества исходной воды определяли методом факторного анализа. Для выявления зависимости концентарций оксидов кальция и железа в шламе от показателей исходной воды были осуществлены два эксперимента на модельных растворах, в которых варьируемыми факторами являлись:

Гжс. - мутность, полиакриламид, концентрация железа и величина рН;

Пэкс. - мутность, полиакриламид, концентрация кальция и взвешенные

вещества.

Значения уровней и пределы варьирований принимались с учетом многолетних наблюдений по данным химической службы Ростовской ТЭЦ-2. Фактором оптимизации в 1-ом эксперименте является РегОз, во П-ом - СаО.

Проверку однородности дисперсий экспериментальных данных выполняли по критерию Кохрена

э =

<? 1

О тах

£ а г ' <3)

/ = 1

где Б ^ - максимальная дисперсия;

16 1=1

- сумма дисперсий;

- Or " " i I

!fïi"n"i i

900

60 120 г,' мин

Рис, £, Термогроммы материалов i

а - meло i 5 - ил-r-C! ВРУ ТЭС

НОСТь Äl-'TPQK-иионны* с и« Sino a

Рис. 3.

Рентгеногроммы материалов¡

а - he/iaj б - ыломо 5ПУ ТЭС

В результате проведенных факторных анализов были получены уравнения регрессии:

1.у = 2,471 +0,0881х, +0,108х2 +0,218х3 -0,0643х4 + 0,0706х,х2 + + 0,0619х,х3 -0,0650х,х4 +0,0500х2х3 -0,0894х2х4 -0,0194х3х4 + + 0,0581х,х2хз - 0,06х,х3х4 - 0,0356 х2х3х4 - 0,0638 х1х2х4 +

+ 0,0625 х,х2х3х4

2. у = 44,343+0,234-х, +0,539-х2 +1,528-+ 0,601-х4 +0,088-х, -х2 +

+0,044-х,-л^-0,112-х,-х4 + 0,416-х2 + 0,246-х., -х4 -0,016-х,-х4 + +0,058-д:, •х2 -х, -0,212-х( ■х3-х4 +0,076-хг -х4 +0,111-х,-х2-х4 --0,241-х1-х2-х3-х4

В натуральной системе координат уравнения регрессии приняли следующий вид: 1.

у = 1,845+7,357-1 ОТ2 +3,316- х2 -5,322-Ю4 -х3 +2,614-1 (Г2-х, -7,123- 1(Г! •

• х, • х2+3,746-10"6 • • Дз -8,124-10-3 • х, • л4 -6,815- 1(Г3 -х, • Яз -3,899- 1СГ1 • •х, -х4 +1,098- КГ4 -х4 + 2,699-1 (Г3 -л, +6,831-1(Г7 -х, -х, -х4 +

+7,992-10"4 • Хг • • х4+8,387-1 (Г2 • х, • х, • х4- 3,146-1 (Г4 • х, - % • х, • х4

у = 39,73 - 0,11 • х, +1,37 • х2 + 0,636 • х3 + 0,025 • х4 - 0,541 • х, - х2 + 0,087 •

• х, • х3 + 0,003 • х, • х4 - 0,295 • х2 • х3 - 0,063 • х2 • х4 + 0,002 • х3 • х4 + ОД 29 • 2- -х, -х2 ■х3 -0,0019-х,-х3-х4 +0,0167-х2-х3-х4+ 0,017• х,-х2-х4-

- 0,0037 • х, • х2 • х3 • х4

Полученные уравнения регрессии были проверены на возможность их применения для теоретического определешгя концентраций железа и кальция для различных шламов ВПУ ТЭС и показали хорошую сходимость в зависимости от различных факторов исходной воды, например, расхождение по СаО расчетных и экспериментальных значений составили: ростовская ТЭЦ-2 - 0,07 %; Ульяновская ТЭЦ-1 - 1,18 %; Воронежская ТЭЦ - 4,97 %; Тольятинская ТЭЦ - 6,74 %.

Таким образом, полученные математические модели позволяют теоретически определять содержание БегОз и СаО в шламах ТЭС Европейской части России от различных факторов исходной воды, поступающей на ВПУ электростанции.

По результатам анализа проб шламов Ростовской ТЭЦ-2 и Московских ТЭЦ-11. и ТЭЦ-21 с действующим» нормами радиационной безопасности и гигиеническим нормативом установлено", что птламопые отходы не представляю! радиационной опасности (А-тэс< 7400 Бк/кг; Л^-псй 340 Нк/кг) и не имеют в этом отношении ограничений для их использования как исходног о сырья в производстве керамических и строительных изделий.

Для определетпи возможности использования шламов ВПУ ТЗС в керамических массах были проведены технологические исследования для двух групп станций. Полный комплекс технологических исследований был выполнен лля шламов Ростовской ТЭЦ-2 (I группа) и Московской ТЭЦ-11 (И группа) с различным содержанием отхода от 15 до 45 % по массе, которые в последующем позволили определить оптимальные характеристики для остальных ТЭС. Исследования показали, что шламы являются малопластичными материалами.

По результатам влияния шламов ВПУ ТЭС на свойства масс при различных температурах обжига (850-1000 °С), было установлено, что максимальное содержание отхода не должно превышать 30 %. Полученные данные свидетельствуют о том, что введение в состав массы шламовых отходов ВПУ различных ТЭС в количестве от 15 до 30 % при температуре обжига 950 иС являются оптимальными и обеспечивают протекание процессов хорошего спекания при формировании черепка.

/{ля снижения энергозатрат при спекании (повышении интенсивности спекания) с целью получения более плотных изделий с большим содержанием шламов в массу вводили легкоплавкие компоненты, содержащие щелочные оксиды. Было установлено, что соотношение между шламом ВПУ ТЭС и этими оксидами, в дальнейшем называемым рецептурным модулем, должно составлять от 4 до 6 (Мр-4-6),

На рис. 4 показан механизм формирования масс при различных значениях рецептурного модуля. Термограммы керамических масс со шламовыми отходами ТЭС отличаются тем, что при модуле с пониженной температурой 890 °С формируется новая кристаллическая фаза. Причем интенсивное образование ее идет практически без участия стеклорасплава, т. е. путем твердофазового спекания, а это обеспечивает образование малоусадочной структуры черенка с необходимой плотностью.

В четвертой главе разработаны ресурсосберегающие низкотемпературные способы для получения экологически чистой продукции на основе шламовых отходов ВПУ ТЭС. Расчетным путем определены оптимальные составы керамических масс при Мр=4-6 и область формирования изделий на основе шлама ВПУ ТЭС методом математического планирования.

Выполненные теоретические исследования позволили разработать практические составы масс и способы получения фаянсовых изделий, облицовочной плитки и керамического кирпича. При разработке данных

масса с мелом

• 10

ш

7 0 0 9 0 0 1100 °С

930

Мр=6.5,—-

■"""УзЁЙ^ -»¿¡у"

! 560 | 870

20 40 60 80 г

пин

10"

I

ь о

■л 10"'"

ь 0

0

1

л

ш о а с о

а (_

V

Ш ^

о

масса с доломитом

920

МР=5,9 \ 570 810 875 _

» 570 . , 1.. 810 1 875 1

500 700 900 1100 С

20 40 60 80 мин

масса со шламом

5,9

■500 7 0 0 9 0 0 И00 °С

20 40 60 850 80мин

Рис.4. Термогроммы и электропроводность различных масс при нагревании

способов получения экологически чистой продукции из шламовых отходов ВПУ 'ПС с - целью _ возможности их интенсификации в качестве щелочесодержаших компонентов использовались" стеклобой для фаянса и плитки и глинистый сланец для кирпича. При расчете фаянсовых масс использовались химические составы шлама ВПУ Ростовской ТЭЦ-2 и сырьевых материалов (глина, песок и др.).

Исходя гп химического состава сырьевых материалов по формуле 4

рассчитывалось содержание оксидов, вводимых в фаянсовую массу :

_ ' а

х' ~ шГ~ ■ %

где х - содержание оксида в материале, %; а - количество материала в шихте, %;

х; - содержание оксида в шихте в зависимости от колтества материала, %.

На основании ранее выполненных исследований установлено, что совместное введение шлама с щелочесодержащими материалами ( в пересчете на оксиды) при Мр= 4-6 выполняет роль рецептурного модуля при

спекании и позволяет получить изделия при более низкотемпературном обжиге, удовлетворяющие требованиям ГОСТ.

Согласно полученным данным величину рецептурного модуля в

составе фаянсовых масс вычисляли по формуле 5 _ К0 _ Са0 +

М П20 ~ Ыа 20 + КгО 'гдс {5)

1Ю - содержание щелочно-земельных оксидов; 1^0 - содержание щелочных оксидов.

В результате исследуемых составов на основе шлама ВПУ Ростовской ТЭЦ-2 был установлен оптимальный состав при величине Мр=5,7,

На основании полученных результатов были приготовлены керамические массы с влажностью 45 %. Формирование проводили методом лшья, обжиг осуществляли в муфельных печах при температуре 1050-1100 °С.

Аналогично выполняли расчет для облицовочной плитки с определенным количеством рецептурного модуля при соотношении Мр=4-5.

Исходя из этих результатов были выполнены расчеты фаянсовых масс и облицовочной плитки для остальных 2-х групп ТЭС. Составы масс на основе шламов ВПУ для 2-х групп (на примере Ростовской ТЭЦ-2 и Московской ТЭЦ-11) сведены в таблицу.

С целью определения условий получения оптимальных областей формирования керамического кирпича с требуемой механической прочностью и максимально возможным содержанием шламового ВПУ Ростовской ТЭЦ-2 были проведены дополнительные исследования методом математического планирования. В результате математического планирования определена оптимальная область, в которой водопоглощение находится и

пределах 20-24 %, а механическая прочность 18-21 МПа, что отвечает требованиям, предъявляемым к эксплуатационным свойствам кирпича, соответствующим марке 125,150.

Таблица

Состав керамических масс на основе шламов ВПУ ТЭС

Содержание материалов, мае. % Наименование станции

Ростовская ТЭЦ-2 Московская ТЭЦ-И

фаянс плитка кирпич фаянс плитка кирпич

Шлам ТЭС 20 15,7 15,2 21,9 14,7 17,2

Глина 26,1 61,8 47,8 26,0 59,7 46,9

Каолин 10 - - 9,8 -

Стеклобой 5 4,5 - 4,9 6,1 -

Песок 38,9 18,0 11,6 37,4 19,5 11,2

Глинистый

сланец - - 25,2 - - 24,7

На основании рассчитанных керамических масс при термической обработке (920-1080 °С) были получены изделия, соответствующие ГОСТам, со свойствами на основе шламов ВПУ ТЭС, защищенные авторскими свидетельствами.

В питой главе предложена рациональная схема использования шламов ВПУ для получения товарной продукции, обеспечивающая создание экологически чистых и безотходных ТЭС, а также представлены результаты опытно-промышленных испытаний.

Данные разработанные способы целесообразно внедрять непосредственно на электростанциях, поскольку они в своем технологическом процессе могут использовать стадии транспортировки, приготовления и тепловой обработки с наибольшей эффективностью по сравнению с отдельно функционирующим производством. При этом повышается экономичность самой электростанции за счет: использования тепла уходящих газов (120-170 °С) в качестве сушильного агента; снижение платы за хранение шлама экологическим службам; отсутствия затрат на вывоз и утилизацию отхода; реализации дополнительной вторичной керамической продукции. Благодаря этому ТЭС становится много-профильным безотходным производством с одновременным выпуском нескольких видов различной продукции (рис. 5).

Таким образом, тепловые электростанции могут стать в ближайшем будущем не только производителями электрической и тепловой энергий, но и источником снабжения как сырья, так и вторичной готовой продукции.

Предложенная рациональная схема использования энергоресурсов ТЭС позволяет получить экономический эффект на ТЭЦ мощностью 100 МВт 310463,62 руб/год за счет тепла уходящих газов в качестве сушильного агента.

Разработашшй способ получения, керамической облицовочной плитки на основе шлама Ростовской ТЭЦ-2 прошел опытно-промышленную опро-

м<rj :j м^ю^з

1 оф

с; c: Ul ь il

ТЭС

i Uil • 1»

«

u a

бадию на Шахтинском керамическом заводе ОАО "Стройфарфор", которая подтвердила его эффективность и соответствие свойств плитки всем требованиям ГОСТ 6141-91. Размер годового экономического эффекта от применения нового способа составил 410000 рублей.

Основные выводы

1. На основании анализа экспериментальных данных установлены изменения концентрации солей жесткости (на несколько порядков) при движении теплоносителя (Н2О) по водно-паровому тракту ТЭС.

2. По результатам химического и фазового анализов шламов ТЭС с помощью термо- и рентгенограмм установлено, что основной кристаллической фазой в шламе является кальцит (в пересчете на СаО более 40 %), а характерная особенность этих отходов заключается в постоянстве состава (тонкодисперсность, однородность и достаточно высокая реакционная, способность). Данные характеристики позволяют использовать шламовые отходы ВПУ ТЭС в качестве сырьевого источника для изготовлении керамических изделий.

3. По данным составов модельных растворов методом факторного анализа получены . математические модели состава шлама от качества исходной воды, поступающей на ТЭС, позволяющие оценивать основные характеристики шламовых отходов ВПУ ТЭС в различных регионах России от факторов исходной воды (мутность, взвешенные вещества, рН, концентрации кальция и железа, полиакриламид).

4. Выполненные сравнительные исследования проб шламов ТЭС с действующими нормами радиационной безопасности и гигиеническими нормативами подтвердили, что отходы не представляют радиационной опасности (Агл< 7400 Бк/кг; Аэ^й 340 Бк/кг) и не имеют в этом отношении ограничений для их использования как исходного материала в производстве керамических и строительных изделий.

5. Разработан новый рецептурный модуль, позволяющий снижать энергозатраты в процессе обжига материалов. Определено, что рецептурным модулем в массе является шлам ТЭС, а также щелочесодержащие материалы(содержащие щелочные оксиды). Установлено, что оптимальное соотношение между ними должно составлять от 4 до 6 (Мр = 4-6).

6. На основании экспериментальных исследований разработаны ресурсосберегающие способы использования шламов ТЭС. Установлены оптимальные составы масс для изготовления изделий на основе шламов, защищенные двумя патентами на изобретения.

7. Предложенная рациональная схема использования энергоресурсов ТЭС позволяет получить экономический эффект на ТЭЦ мощностью 100 МВт 310,5 тыс. руб/год за счет использования тепла уходящих газов (120-170 °С) в качестве сушильного агента. Разработанный автором новый способ изготовления керамической облицовочной плитки позволил снизить затраты на производство на Шахтинском заводе ОАО "Стройфарфор" и получить экономический эффект в размере 410 тыс. руб/год.

ГТо н'мс лиссертапии опубликованы следующие работы:

1 .Использование шламов ХВО для производства народно- -хозяйственной продукции / A.B. Нубарьян, И.Д. Яценко, К.С. Сонин, А.К. Голубых //Теплоэнергетика. 1999. № 11. С. 40-42.

2. Шламовые выбросы химводоочисток как исходное сырье с учетом радиологических и санитарных требований/A.B. Нубарьян,

А А. Мадоян, М.Г. Давыдов и др. // Тез. докл. Российско-Ирландского научно-технического семинара "Экология строительства и эксплуатации зданий и сооружений". М.. 1998. С.19-23.

3. Использование шламовых отходов хнмводоочиенж различных ТЭС и АЭС России, как керамических плавней / A.A. Мадоян, A.B. Нубарьян, В.П. Ратькова и др. // Тез. докл. Российско-Ирландского научно-технического семинара "Экология строительства и эксплуатации зданий и сооружений". М„ 1997. С. 101-103.

4. Использование шламов химводоочистки электростанций при изготовлении керамических изделий по новым экологически чистым технологиям I A.A. Мадоян, В.П. Ратькова, A.B. Нубарьян, Н.Д, Яценко // Технология (межотраслевой научно-технический сборник). Сер. "Конструкции из композиционных материалов" М, 1998. № 1-2. С. 38-44.

5 Влияние кальцийсодержашего отхода на спекание фаянсовых масс / A.A. Мадоян, А.П. Зубехин, В.П. Ратькова, С.П. Голованова, H.A. Видьбицкая, Н.Д. Яценко, A.B. Нубарьян // Технология (межотраслевой научно-технический сборник). Сер. "Конструкции из композиционных материалов". М„ 1998. № 3-4. С. 11-13.

6. Извлечение и использование вторичного сырья загрязненных вод ХВО/ A.A. Мадоян, В.П. Ратькова, A.B. Нубарьян, Н.Д. Яценко // Тез докл. 2-го научно-техническою семинара "Экологические проблемы хранения, переработки и использования вторичного сырья." М., 1998. С. 19-23.

7. Нубарьян A.B., Яценко Н.Д., Ратькова В.П. Возможность полной утилизации шламовых отходов ВПУ ТЭС и АЭС / Материалы научно-практической конференции. Том I "Проблемы развития атомной энергетики на Дону"'. - Росюв-на-Дону, 2000. С. 50-52.

8. Нубарьян A.B., Чувараян Х.С., Яценко Н.Д. Производство керамических стеновых изделий с применением шламовых отходов ТЭС /7 Энергетик . 2000. № 8. С. 13-15.

9. Патент RU № 2116986 С1 РФ, МКИ3 6С04ВЗЗ/24. Керамическая масса // Мадоян A.A., Нубарьян A.B., Ратькова В.П.. Яценко Н.Д. Бгол. № 22, 1998 г.

10. Патент RU № 2148564 С1 РФ, МКИ3 7С04ВЗЗ/00. Керамическая масса // Мадоян A.A., Нубарьян A.B., Ратькова В.П.. Яценко Н.Д. Бюл. № 13,2000 г.

Введение.

Глава 1. Анализ экологических проблем, возникающих на ВПУ ТЭС и применяемых технологических схем и методов утилизации загрязненных вод.

1.1. Влияние качества исходной воды на выбор технологической схемы ВПУ ТЭС.

1.2. Особенности очистки и подготовки воды на ТЭС в зависимости от водных режимов.

1.3. Экологические проблемы, возникающие на ВПУ ТЭС.

1.3.1. Классификация сточных вод ТЭС, их то ксичность.

1.3.2. Существующие методы очистки, утилизации и минимизации сточных вод ВПУ.

1.3.3. Влияние стоков ВПУ ТЭС на качество вод водоемов-приемников и существующие экологические проблемы.

1.4. Характеристика и существующие методы вторичного использования шламовых вод предочистки ВПУ ТЭС.

1.5. Возможность полной экологической утилизации шламовых отходов ВПУ ТЭС.

1.6. Краткие выводы и постановка задачи исследований.

Глава 2. Методика исследований.

2.1. Исследование физико-химических и радиологических свойств шламов ВПУ ТЭС.

2.2. Химический анализ модельных раств оров.

2.3. Методика технологических исследований шламов ВПУ ТЭС и керамических масс с их использован ием.

Глава Э. Экспериментальные исследования характеристик шламовых отходов ВПУразличных ТЭС.

3.1. Исследование и анализ физико-химических характеристик шламовых отходов ВПУ 12-ти ТЭС России.

3.2. Эмпирическая зависимость состава шлама от качества исходной воды методом факторного анализа.

3.2.1. Исследование зависимости содержания железа в шламе от различных факторов исходной воды.

3.2.2. Исследование зависимости содержания кальция в шламе от различных факторов исходной воды.

3.2.3. Возможность применения математических моделей для определения характеристик шламовых отходов ВПУ ТЭС в различных регионах России от качества исходной юды.

3.3. Шламовые выбросы ВПУ ТЭС как исходное сырье с учетом радиологических и санитарных требов аний.

3.4. Технологические исследования шламов ТЭС и сырьевых масс на их основе.

3.5. Разработка рецептурного модуля, снижающего энергозатраты в процессе обжига материалов, содержащих шламовый отход ТЭС.

3.6. Краткие выводы.

Глава 4. Разработка ресурсосберегающих низкотемпературных способов получения экологически чистой продукции на основе шламовых отходов ВПУ ТЭС.

4.1. Определение оптимальных составов масс на основе шламов

ВПУ ТЭС с учетом разработанного рецептурного м одуля.

4.1.1 .Расчет фаянсовых масс с использованием шлшов ВПУ ТЭС.

4.1.2. Составы керамических плиток и кирпича на основе шламовых отходов ВПУ ТЭС.

4.2. Определение области формирования изделий на основе шлама ВПУ ТЭС методом математического планирования.

4.3. Низкотемпературная обработка экологически чистой продукции из шламовых отходов ТЭС.

4.4. Краткие выводы.:.

Глава 5. Разработка рациональной схемы использования иишмов

ВПУ ТЭС для получения керамической продукции и результаты опытно-промышленных испытаний.

5.1. Принципиальная схема использования энергоресурсов ТЭС.

5.2. Результаты опытно-промышленных испытаний керамической облицовочной плитки с использованием шламового отхода ВПУ Ростовской ТЭЦ-2 при низкотемпературном обжиге.

5.3. Расчет ожидаемого экономического эффекта.

5.3.1. Расчет затрат на сырье и материалы.

5.3.2. Расчет затрат на теплоэнергию, технологические ц ели.

5.4. Краткие выводы.

На пороге нового тысячелетия перед человечеством возникают сложные задачи освоения новых экологически чистых технологий в производстве и использовании природных ресурсов в связи с.постепенным исчерпанием их и возрастающими требованиями к чистоте окружающей среды. Как известно предприятия-производители тепловой и электрической энергии являются источниками различных "вредных" выбросов, которые оказывают негативное воздействие на окружающую среду. К одному из видов загрязнения водной среды относятся стоки химво-доочисток электростанций, содержащие вредные примеси.

В настоящее время на тепловых (ГЭС) и атомных (АЭС) электростанциях вода широко используется в качестве теплоносителя и является кровеносной системой в энергетическом цикле. От качества воды зависит экономичность и надежность электростящии в целом.

Оборудование современных ТЭС и АЭС эксплуатируется при высоких тепловых нагрузках, что требует жесткого ограничения или полного исключения отложений на поверхностях нагрева по условиям температурного режима их металла в течении рабочей компании. Такие отложения образуются из примесей, поступающих в циклы электростанций, в том числе и с добавочной водой, поэтому обеспечение высокого качества водных теплоносителей ТЭС и АЭС является важнейшей задачей. Использование водного теплоносителя высокого качества упрощает также решение задач получения чистого пара, минимизации скоростей коррозии конструктивных материалов котлов, турбин и оборудования конденсатно-питательного тракта [1]. Таким образом качество обработки воды тесно связано с надежностью и экономичностью эксплуатации современного оборудования станций. 6

Для удовлетворения различных требований к качеству воды, потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, возникает необходимость специальной очистки (обработки) воды, так-как исходная вода сильно отличается от требуемой. На протяжении всего существования развития энергетики важным этапом является подготовка и очистка используемой воды. Но одновременно с очисткой воды возникли вопросы, связанные с утилизацией сточных вод, образующихся при различных способах химической и термической обработки.

В 1986г. Министерством энергетики и электрификации СССР была поставлена задача разработать для ТЭС с высокими экологическими показателями малоотходную водоподготовительную установку (ВПУ) на технологических сточных водах с получением дистиллята для энергетических котлов и шламов, пригодных к использованию в строительной индустрии. Головной организацией был утвержден МЭИ [2]. На протяжении развития энергетики этой проблемой занимались ведущие специалисты ЦКТИ, ВШ, ЮжВТИ, ВНИПИэнергопром и др. [2,10,20,21,22,24,25,26,40,41 ].

В настоящее время вопрос сокращения сточных вод ВПУ ТЭС проработан достаточно детально, однако ни одна из существующих технологий, как в отечественной, так и за рубежной энергетике, не позволяют полностью утилизировать отходы. Эти отходы до настоящего времени не находят широкого полезного применения как вторичные ресурсы. Особое беспокойство вызывают шламовые стоки ВПУ, так как в районе расположения теплоцентралей, находящихся в черте города, накапливаются большие объемы шламовых отложений. Количественный сброс шламовых отходов ТЭС, образовавшихся в процессе предварительной очистки при известковании после продувки осветлителей, оказывается значительным, что требует дальнейшего расширения площади специальных пшамоот7 стойников. На вывоз и захоронение этих техногенных продуктов, которые негативно воздействуют на водоемы, требуются большие дополнительные затраты. Поэтому первоочередной задачей является полный перевод шламовых отходов ВПУ ТЭС во вторичные сырьевые источники, что позволило бы решить существующую проблему. Таким образом, использование шлама как вторичного сырья представляет большой практический интерес, особенно при рациональных способах утилизации отходов.

В связи с этим тема диссертационной работы является весьма актуальной и связана с тем, что для обеспечения предъявляемых к экологически чистой ТЭС требований необходима утилизация максимально возможного количества отходов, основными из которых являются илистые осадки системы химводоочистки ТЭС.

Целью диссертационной работы является разработка рациональных способов использования шламовых отходов ВПУ ТЭС путем получения из них экологически чистых керамических изделий.

Конкретные задачи исследований« решаемые в работе:

- анализ экологических проблем, возникающих на ВПУ ТЭС и применяемых технологических схем и методов утилизации загрязненных вод;

- исследование и анализ физико-химических и радиологических характеристик шламовых отходов ВПУ ТЭС, расположенных в различных регионах России;

- определение математической зависимости состава шлама от качества исходной воды, поступающей на ТЭС, методом факторного анализа;

- изучение технологических характеристик шламов ВПУ различных ТЭС в качестве сырьевого компонента для получения экологически чистой продукции способом термообработки; 8

- изучение влияния шламового отхода ТЭС как сырьевого компонента массы на процессы формирования структуры и свойств керамических изделий при скоростной низкотемпературной их обработке;

- выявление зависимости скоростного низкотемпературного спекания массы на основе шлама ВПУ ТЭС от значения рецептурного м>дуля;

- разработка рациональных ресурсосберегающих низкотемпературных способов производства экологически чистой товарной продукции на ТЭС с использованием шламовых отходов ВПУ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- установлена экспериментальная взаимосвязь между физикохими-ческим составом исходной воды и составом шламовых отходов ТЭС;

- впервые разработаны математические модели, позволяющие теоретически определять характеристики шламовых отходов ВПУ ТЭС в различных регионах России от качества исходной воды;

- разработан новый рецептурный модуль, позволяющий значительно снижать энергозатраты в процессе обжига материалов, содержащих шламовый отход ТЭС;

- получены оптимальные технологические составы керамических масс на основе шламовых отходов ВПУ ТЭС;

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты выполненных исследования позволяют использовать шламовые отходы ВПУ ТЭС в качестве основного компонента при изготовлении экологически чистой вторичной керамической продукции, а также в:

- улучшении экологической ситуации за счет рационального использования илистых отложений ВПУ ТЭС;

- разработке математических моделей, позволяющих определять основные показатели шламовых отходов ВПУ для различных ТЭС, кото9 рые могут быть использованы при оценке возможных ресурсов получения вторичного сырья;

- повышение экономичности ТЭС за счет использования тепла уходящих газов при термической утилизации шламовых отходов;

- снижении себестоимости материалов и изделий за счет замены дорогостоящих природных сырьевых компонентов на "бросовый" материал-шлам ВПУ ТЭС.

Реализация результатов работы. Разработанные автором обобщенные характеристики шламовых отходов ВПУ Европейской части России используются при внедрении работ по утилизации вторичного сырья на объектах РАО "ЕЭС России". Расчетные технологические показатели характеристик шламовых отходов ВПУ ТЭС использованы ОАО "НИИ экологических проблем энергетики" (г. Ростов-на-Дону) при проектировании и создании технологической линии производства экологически чистой продукции в составе многоцелевой опытно-промышленной установки (ОПУ) газификации угля в шлаковом расплаве тепловой мощностью 170 МВт на Несветай ГРЭС, разработанной в рамках государственной научно-технической программы "Экологически чистая энергетика" федеральной целевой программы "Топливо и энергетика". Новые составы масс с использованием шламового отхода Ростовской ТЭЦ-2, защищенные авторскими свидетельствами, внедрены на Шахтинском заводе "Стройфарфор"

Достоверность и обоснованность результатов работы базируется на использовании фундаментальных положений физико-химических законов организации водного режима ТЭС, согласовании полученных на базе новых математических моделей взаимосвязи составов шлама от качества исходной воды с независимыми данными промышленных испытаний и опытных исследований отечественных и зарубежных авторов, а также на

10 хорошей корреляции полученных диссертантом экспериментальных результатов с опубликованными расчетными и экспериментальными данными других работ.

Личный вклад автора состоит в:

- установлении изменения концентрации солей жесткости при движении теплоносителя (ДО) по водно-паровому тракту ТЭС;

- расчетном и экспериментальном установлении характера взаимосвязи шламовых отходов ВПУ различных ТЭС и исходной воды, поступающей на химводоочистку;

- разработке математических моделей определения характеристик шламовых отходов ВПУ ТЭС различных регионов России и рецептурного модуля, снижающего энергозатраты при их утилизации;

- расчетно-экспериментальном определении и получении новых оптимальных составов керамических масс на основе шламов ВПУ ТЭС;

- разработке ресурсосберегающих способов для получения экологически чистой продукции с использованием шламов ВПУ ТЭС;

- разработке схемы рационального использования шламовых отходов ВПУ и тепла уходящих газов при изготовлении изделий непосредственно на ТЭС.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на: Российско-Ирландском научно-техническом семинаре "Экология строительства и эксплуатации зданий и сооружений" (Ирландия, г. Лимерик, 1997 г.); 2-ом научно-техническом семинаре "Экологические проблемы хранения, переработки и использования вторичного сырья" (Швейцария, г. Лозанна, 1998 г.); научно-практической конференции "Проблемы развития атомной энергетики на Дону" (г. Ростов-на-Дону, 2000 г.); научно-технических советах НИИЭПЭ (г. Ростов-на-Дону, 1998-1999 гг.); техсовете Ростовской ТЭЦ-2 (г. Ростов-на-Дону, и

1998 г.) и заседаниях кафедры ТЭС ЮРГТУ (НПИ) (г. Новочеркасск,

1999 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 10 публикаций, из них 2 патента на изобретение, перечень которых приведен в общем списке использованных источников.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, приложений и акта внедрения. Изложена на 157 страницах машинописного текста, в том числе 35 таблиц, 17 рисунков, 3-х приложений. Список литературы включает 111 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании анализа экспериментальных данных установлены изменения концентрации солей жесткости (на несколько порядков) при движении теплоносителя (ДО) по водно-паровому тракту ТЭС.

2. По результатам химического и фазового анализов шламов ТЭС с помощью термо- и рентгенограмм установлено, что основной кристаллической фазой в шламе является кальцит (в пересчете на СаО более 40 %), а характерная особенность этих отходов заключается в постоянстве состава (тонкодисперсность, однородность и достаточно высокая реакционная способность). Данные характеристики позволяют использовать шламовые отходы ВПУ ТЭС в качестве сырьевого источника для изготовлении керамических изделий.

3. По данным составов модельных растворов методом факторного анализа получены математические модели зависимости состава шлама от качества исходной воды, поступающей на ТЭС, позволяющие оценивать основные характеристики шламовых отходов ВПУ ТЭС в различных регионах России от факторов исходной воды (мутность, взвешенные вещества, рН, концентрации кальция и железа, полиакрила-мид).

4. Выполненные сравнительные исследования проб шламов ТЭС с действующими нормами радиационной безопасности и гигиеническими нормативами подтвердили, что отходы не представляют радиационной опасности (А,эс^ 7400 Бк/кг; А^.^ 340 Бк/кг) и не имеют в этом отношении ограничений для их использования как исходного материала в производстве керамических и строительных изделий.

5. Разработан рецептурный модуль, позволяющий снижать энергозатраты в процессе обжига материалов. Определено, что рецептурным модулем в массе является шлам ТЭС, а также щелочесодержащие

127 материалы (содержащие щелочные оксиды). Установлено, что оптимальное соотношение между ними должно составлять от 4 до 6 (Мр= 4-6).

6. На основании экспериментальных исследований разработаны новые ресурсосберегающие способы использования шламов ТЭС. Установлены оптимальные составы масс для изготовления изделий на основе шламов, защищенные двумя патентами на изобретения

7. Предложенная рациональная схема использования энергоресурсов ТЭС позволяет получить экономический эффект на ТЭЦ мощностью 100 МВт 310,5 тыс. руб/год за счет использования тепла уходящих газов (120-170 °С) в качестве сушильного агента. Разработанный автором новый способ изготовления керамической облицовочной плитки позволил снизить затраты на производство на Шахтинском заводе ОАО "Стройфарфор" и получить экономический эффект в размере 410 тыс. руб/год.

128

1. Водоподготовка:Процессы и аппараты:Учеб. пособие для ВУЗов / A.A. Громогласов, A.C. Копылов, А.П. Пильщиков; Под ред. О.И. Марты-новой. М.: Энергоатомиздат, 1990. 272 С.

2. Седлов A.C., Шшценко В.В., Чебанов С.Н. и др. Малоотходная технология переработки сточных вод на базе термохимического обессо-ливания // Энергетик. 1996, №11.

3. Бабенков Б.Д. Очистка воды коагулянтами. М.: Энергия, 1973. 420 С.

4. Вихрев В.Ф., Шкроб М.С. Водоподготовка. М.: Энергия, 1973.420 с.

5. Стерман Л.С., Покровский В.Н. Химические и термические методы обработки воды на ТЭС: Учеб. пособие для ВУЗов. М.: Энергия, 1991.328 с.

6. Водоподготовка. процессы и аппараты / Под ред. О.И. Мартыно-вой. М.: Атомиздат, 1977. 328 с.

7. Обработка воды на тепловых электростанциях / Под ред. В. А. Го-лубцова. М.: Энергия, 1966. 448 С.

8. Стерман Л. С. К теории паросепарации. ЖТФ, т. XXVTH, вып. 7, 1958. С. 1562-1568.

9. Ларин Б.М., Короткое А.Н., Опарин М.Ю. автоматизированный химконтроль термохимического обессоливания воды // Теплоэнергетика, 1996, № 8. С. 59-62.

10. Теоретическое и экспериментальное обоснование способов обессоливания воды с многократным использованием регенерационного раствора/ A.C. Седлов, В.В. Шищенко, С.Н. Чебанов и др // Теплоэнергетика. 1995, № 3. С. 64-68.129

11. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов тепловых электростанций / Л.А. Рихтер, Э.П. Волков, В.Н. Покровский; Под ред. П.С. Непорожнего. М.: Энергоиздат, 1981. 296 С.

12. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / М-во топлива и энергетики РФ, РАО "ЕЭС России"; РД 3420. 501-95. 15-е изд., перераб. и доп. М.: СПО ОРГРЭС, 1996. 288 С.

13. Дыхно А.Ю., Фортунатов В.П. Регенеративная приставка к контактному экономайзеру в схеме утилизации сточных вод // Энергетик. 1992. №6. С. 8-9.

14. Джалилов М.Ф., Катренко H.A. Промышленные исследования двухстадийного режима работы Н-катионитного фильтра // Энергетик. 1992. №6. С. 10-11.130

15. Умягчение воды ионитами / A.B. Мальченко, Т.И. Якимова, М.С. Новоженюк и др. // Химия и технология воды. 1989, т. П, № 8. С. 5868.

16. Фейзиев Г.К. Высокоэффективные методы умягчения, опреснения и обессоливания воды, 2: Энергоатомиздат, 1988.

17. Седлов A.C., Васина Л.Г., Ильина И.П. Многократное использование сточных вод в схеме водоподготовки // Теплоэнергетика. 1987.№ 9. С. 57,58.

18. Шшценко В.В., Седлов A.C. Водоподготовительные установки с утилизацией сточных вод // промышленная энергетика, 1992. № 10. С. 29, 30.

19. Исследование и обработка процесса использования продувочной воды многоступенчатой испарительной установки в цикле водоподготовки / A.C. Седлов, В.В. Шшценко, Г.К. Фейзиев и др. // Теплоэнергетика. 1991. № 7. С. 22-26.

20. Седлов A.C. Экологические показатели тепловых- электростанций//Теплоэнергетика. 1992. № 7. С 18-22.

21. Малоотходная технология переработки сточных вод на базе термического обессоливания/ A.C. Седлов, В.В. Щшценко, С.Н. Чебанов и др.//Вестник МЭИ. 1994. №2. С.23-28.

22. Способ эффективной и безреагентной переработки высокоминерализованных стоков ТЭС/ Б.Н. Ходырев, В.В. Панченко, С.Г. Калякин, А.Н. Яркин // Энергетик. 1995. № 3. С. 7-9.

23. Нетрадиционные технологии основной путь обеспечения экологической надежности и ресурсосбережения / Дьяков А.Ф., Мадоян A.A., Левченко Г.И. и др // Энергетик. 1997. № 8. С. 2-6.

24. Мамет А.П., Юрчевский Е.Б. О возможных решениях проблемы стоков систем водоподготовки на ТЭС// Теплоэнергетика, 1996.№ 8.С.2-6.131

25. В.И. Гуща. По поводу статьи Н.П.Белоусова и В.Ф. Гвоздева // Энергетик. 1997. №2. С. 19-20.

26. Белоусов Н.П., Гвоздев В.Ф. О влиянии стоков химводоочисток ТЭС на качество поверхностных водоисточников // Энергетик. 1997. № 2. С. 18-10.

27. Кострикин Ю.М, Кременевская Е.А., Федосеев Б. С. Об эколо-гичности технологий водоприготовления it Электрические станции. 1990. №6. С. 33-36.

28. Мартынова О.И., Седлов А.С., Федосеев Б.С. Проблемы и некоторые пути экологического совершенствования водопользования на тепловых электростанциях//Теплоэнергетика. 1990. № 7. С. 2-8.

29. Мартынов О.И. Конференция "Химия на электростанциях 92" // Теплоэнергетика 1993. № 7. С. 73-76.

30. Мартынова О.И. Ежегодная международная конференция по водным режимами обработка воды (США, Питсбург, 1992 г.) // Теплоэнергетика. 1993. № 9. С 72-75.

31. Мартынова О.И. На международной конференции VGB "Химия на электростанциях-93"//Теплоэнергетика. 1994. № 7. С. 71-75.

32. Scheldon D. Strauss. Water Treatment Special report // Power. 1993. №6. P. 17-24.

33. Scheldon D. Strauss. Zero Discharge Firmly Entrenched as a Power Plant Design Strategy//Power. 1994. № 10. P. 41-46, 48.

34. Sinha R.K., Weidinges G.F., Van Wyk J.E. Stage Cooling Provides Low Cost Zero Discharge ft Power. 1994. № 11. P. 216.

35. Seigwirth A., Ludlam H., Reahl E. Membrane Pretreatment Aids Brine Concentration in Zero Discharge System // Power. 1994. № 11. P. 217.

36. Каталог фирмы "Rhone Poiling" (Франция), 1995.132

37. Седлов A.C., Шшценко В.В., Жидких В.Ф. и др. Состояние и основные пути решения проблемы утилизации шламов осветлителей ТЭЦ АО "Мосэнерго"//ВестникМЭИ. 1998. №1. С. 15-18.

38. Емельянов АН, Солодянников В.В. Термодинамический анализ регенерации извести из шламов химводоподготовки на ТЭЦ // Электрические станции. 1999. № 1. С. 40-42.

39. Water Treatment Plant Design. American Society of Cie Engeneers. American Water Works Association. Second Edit McGrow-Yill Publishing Company, 1990.

40. Мадоян A.A., Ефимов H.H., Нубарьян A.B. и др. О целесообразности применения термического обезвреживания отходов ТЭС // Тез. докл. междунар. научн.-техн. семинара "Экология строительства и эксплуатации зданий и сооружений", Москва, 1997. С. 98-101.

41. Мадоян A.A. Перспективы использования ресурсосберегающих технологий // Тез. докл. междунар. научн.-техн. семинара "Экология строительства и эксплуатации зданий и сооружений. М. 1977. С. 95-97.

42. Г.К. Шабловская, Б.Ю. Корнилович, И.Т. Горновский. Высокотемпературная термическая обработка осадков водопроводных станций / Химия и технология воды. Том 2,1980, № 2, С. 161-164.

43. Технология подготовки воды для хозяйственно-питательного и промышленного водоснабжения. Водоснабжение и санитарная техника, 1978. № 2. С. 2-4.

44. Иванова A.A., Корнилова Г.С. О механическом и минералогическом составе взвешенных веществ некоторых рек Советского Союза Гидромеханические материалы, 1971, 55. С. 79-89.

45. Горбунов Н.И. Минералогия и физическая химия почв. М: Наука, 1968. - 296 С.133

46. Грим Р.Э. Минералогия и практическое использование глин. -М.: Мир, 1967. -512 С.

47. Химическая технология керамики и огнеупоров / Будников П.П., Балкевич В. А., Бережной А.С. и др. М. Стройиздат, 1972. - 552 С.

48. Brindley G.W. Thermal reactions of clay and clay minerals. -Ceramics 1978, 24, № 102. P. 217-224.

49. A.JI. Кульсный. Химия и технология обработки воды. Киев: АН УССР, 1960. - 362 С.

50. Э.Г. Амосова, Т. А. Заболошая. Процесс регенерации катионитов при создании малоотходных водоподготовительных установок. Химия и технология воды. Том 10, 1988, № 5. С. 429-432.

51. Глубокая очистка катионита КУ-2-8 от ионов тяжелых металлов и органических веществ / А.Т. Пилипенко, В.Д. Гребенюк, В.Г. Сафронова и др. Там же. С. 433-435.

52. Корольков НМ Теоретические основы ионообменной технологии. Рига: Анесма, 1988. - 296 С.

53. Комплексная переработка минерализованных вод / А. Т. Пилипенко, И.Г. Вахнин, И.Т. Гороновский и др. Киев: Научная думка, 1984. -284 С.

54. Дыхно А.Ю- Использование морской воды на тепловых электрических станциях. М.: Энергия, 1974. 272 С.134

55. Фейзиев Г.К. Исследование умягченной морской воды Na-катионированием с развитой регенерацией / Изв. ВУЗов. Энергетика -1979-№8. -С. 55-60.

56. Известкования отработанных регенерационных растворов ионообменных установок для умягчения морской воды / КМ. Абдуллаев, М.М. Агамалиев, М.М. Крикун, Ф.М. Султанова. Г.И. Дадашева // Химия и технология воды. Том 10,1988, № 5. С. 451-453.

57. Илиополов С.К., Андриади Ю.Г. Баранова Е.М., Мардиросо-ва'И.В. Асфальтобетонная смесь с использованием полибутадиенового каучука и шлама химводоочистки ТЭЦ // Сб. П Международной НТК. -Омск, 1998. С. 153-154.

58. Андриади Ю.Г. Комплексно-модифицированное полимерно-битумное вяжущее для верхних слоев асфальтобетонных покрытий // Диссертация. Ростов-на-Дону. 1999.

59. Энергетика и охрана окружающей Среды / Под ред. Л.И. Кроп-па, ИГ. Залогина и Ю.М. Кострикина. М.: Энергия. 1979.

60. Методические указания по проектированию ТЭС с максимально сокращенными стоками/Минэнерго СССР. МЛ 991. 152 С.

61. Термохимическое обессоливание природных и сточных вод на ТЭС как средство уменьшения загрязнения водоемов/ А.С. Седлов, В.В. Щшценко, В.Ф. Жидких, Г.В. Преснов // Вестник МЭИ. 2000. № 4. С. 4349.

62. Стратегия защиты водоемов от сброса сточных вод ТЭС ОАО "Мосэнерго" / Н.И. Серебояников, Г.В. Преснов, A.M. Храмчихин и др. // Теплоэнергетика. 1998. № 7. С. 2-6.

63. Берсенев А.П., Микушевич В.М. Предотвращение экстремального загрязнения водных объектов при проектировании и эксплуатации теп135ловых электростанций // Новое в российской теплоэнергетике. 1998. № 4. С. 2-13.

64. Горюнов И.Т., Маханьков А.К. Внедрение научно-технических разработок на предприятиях АО "Мосэнерго" if Электрические станции. Специальный номер. 1997. С.49-53.

65. Лучшие электростанции мира за 1995 г. // Мировая электроэнергетика 1994. № 3. С. 16.

66. Лучшие электростанции мира за 1994 г. // Мировая электроэнергетика. 1995. № 2. С. 37.

67. Лучшие электростанции мира за 1995 г. // Мировая электроэнергетика. 1996. № 1. С. 33.

68. Strauss S. D. Zero discharge firmly entrenched as a poverplant design strategy//Power. October. P. 41-48.

69. Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций. 1981 С. 122.

70. Теплотехнический справочник. Под ред. В.Н. Юренева и Л.Д. Лебедева, т. 1. М., "Энергия", 1975. 744 С.

71. Васильев Е.К., Нахмасон М.С., Качественный рентгенофазовый анализ. Новосибирск; Наука, 1986.

72. Миркин М.И. Рентгеноструктурный анализ. Получение и измерение рентгенограмм / Справочное руководство. М.: Наука, 1976. -863 С.

73. Уэндланд У.У. Термические методы анализа. М.: Мир, 1978. -526 С.

74. Нормы радиационной безопасности (НРБ-96). Гигиенический норматив ГН 2,6,1,05,4-96. Госкомсанэпиднадзор России. М. 1996 г.

75. Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами. СПОРО-85. МЗ СССР. М.: 1986.136

76. Радиационно-гигиенический контроль промышленных отходов и сырья предприятий Минтопэнерго РФ, используемых при производстве стройматериалов. Методические указания. М. 1992.

77. Временные критерии по принятию решения при обращении с почвами, твердыми строительными, промышленными и др. отходами, содержащими гамма-излучающие радионуклиды. М. № 01-19/5 11 от 05.06.92.

78. Книгина Г.И., Вершинина Э.Н. Лабораторные работы по технологии строительной керамики и легких пористых заполнителей. Учеб. пособие для вузов. М.: "Высшая школа", 1972, 200 С.

79. Зубехин А.П., Страхов В.И., Чеховский В.Г. Физико-химические методы исследования тугоплавких неметаллических и силикатных материалов: Учеб. пособие. Спб.: Синтез, 1995. - 190 С.

80. Торопов H.A., Булак Л.Н. Лабораторный практикум по минералогии, Л.: Стройиздат, 1969. - 238 с.

81. Микроскопический анализ состава и качества силикатных изделий: Метод указания и лаб. работам. Новочеркасск: НПИ, 1986. - 23 С.

82. Ахназаров С.Л., Кафоров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии-М.: Высш. шк. 1978-320с.

83. Августиник А.И. Керамика. Изд. 2-е, перераб. и доп. - Л.: Стройиздат, 1975. - 592 С.

84. Химическая технология керамики и огнеупоров / Под общ. ред. П.П. Будникова и Д.Н. Полубояринова. М.: Стройиздат, 1972. - 551 С.

85. Канаев В.К. Новая технология строительной керамики.- М.: Стройиздат, 1990.- 263с.

86. Павлов В.Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной керамики. М.: Стройиздат, 1976. - 240 С.

87. Павлов В.Ф. Фазовые превращения при обжиге глин различного минералогического состава с добавкой смесей щелочных и щелочноземельных оксидов // Гр. / НИИстройкерамики. М., 1972. - Вып. 35-36. - С. 20, 177-182.

88. Новая технология керамических плиток / E.JL Рохваргер, MC. Белопольский, В.И. 3-Й. Добужинский и др. М.: Стройиздат, 1977.

89. Черняк Л.П., Комский Г.З., Хрундже A.B. Структура образования и свойства глинистых систем с минерализаторами// Стекло и керами-ка.1980. №12. С.13-15138

90. Грум-Гржимайло О.С., Квятковская K.K. К вопросу деформаций облицовочной плитки при обжиге // Гр. / НИИстройкерамики. М., 1973. -Вып. 37. С.68-74.

91. Яценко Н.Д., Зубехин А.П., Ратькова В.П. Особенности процесса спекания облицовочной плитки при использовании тугоплавких глин и отходов обогащения // Современные проблемы строительного материаловедения: Матер, междунар. конф. Самара, 1995. С. 42-43.

92. Ресурсосберегающая технология производства облицовочных плиток/ А.П. Зубехин, Н.В. Тарабрина, Н.Д. Яценко, В.П. Ратькова// Стекло и керамика. 1996. - № 6. С. 3-5.

93. Патент RU № 2116986 С1 РФ, МКИ3 6С04ВЗЗ/24. Керамическая масса // Мадоян A.A., Нубарьян A.B., Ратькова В.П. Яценко Н.Д. Бюл. № 22,1998 г.

94. Патент RU № 2148564 С1 РФ, МКИ3 7С04ВЗЗ/00. Керамическая масса // Мадоян A.A., Нубарьян A.B., Ратькова В.П. Яценко Н.Д. Бюл. № 13, 2000 г.

95. Малоусадочные плитки с использованием калыдийсодержащих пород/ И.С. Кочан, Е.М. Дятлова и др.// Стекло и керамика.-1990. №12. С.4-6.

96. Использрвание шламов ХВО для производства народнохозяйственной продукции / A.B. Нубарьян, Н.Д. Яценко, КС. Сонин, А.К Голубых //Теплоэнергетика. 1999. № 11. С. 40-42.139

97. Дудеров Ю.Г., Дудеров И.Г. Расчеты по технологии керамики.-М.: Стройиздат, 1973.- 80с.

98. Нубарьян A.B., Чувараян Х.С., Яценко Н.Д. Производство керамических стеновых изделий с применением шламовых отходов ТЭС // Энергетик . 2000. № 8. С. 13-15.

99. Маргулов Г.Д. В XXI век с новой энергетической идеей. Москва, 1997.-74с.

100. Гапеев В.В. Экологически чистая тепловая электростанция- одно из основных направлений государственной научно-технической программы "Экологически чистая энергетика"// Электрические станции.-1991. №5. С.2-6.

101. Нубарьян A.B., Яценко Н.Д., Ратькова В.П. Возможность полной утилизации шламовых отходов ВПУ ТЭС и АЭС / Материалы научно-практической конференции. Том I "Проблемы развития атомной энергетики на Дону". Ростов-на-Дону, 2000. С. 50-52.140