5.2. Модернизация золоулавливания и использование золошлаковых отходов
Проектные электрофильтры ПГД-4х38 котлов Бурштынской ГРЭС, предназначенные для очистки уходящих газов от золы сернистых газовых и длиннопламенных углей Львовско-Волынского и Донецкого бассейнов, работали крайне ненадежно. В течение нескольких лет после монтажа выходили из строя системы стряхивания, корродировали осадительные электроды желобчатого сечения, а также постоянно возникали короткие замыкания полей из-за обрыва проволок штыкового сечения корронирующих электродов. Практически все усилия персонала направлялись на поддержание работоспособности дымососов, так как уровень очистки золы был крайне низким и повысить его никакими средствами, кроме модернизации оборудования электрофильтров, не представлялось возможным. Кроме замены более совершенными конструкциями всех узлов электрофильтра — электродов, системы стряхивания и подвеса — в новых электрофильтрах применен ряд новых технических решений. К ним относятся прежде всего оптимизация газораспределения по высоте аппаратов, а также устранение проскоков запыленных газов мимо активной эоны. Реализация этих приемов обеспечивает устойчивую эффективность золоулавливания в течение длительного времени, сокращая выбросы золы при одновременном уменьшении затрат на ремонт.
Более совершенное газораспределение по высоте электрофильтра и по активному сечению в целом осуществляется соответствующим расположением входных и выходных газовых окон, установкой усовершенствованных газораспределительных решеток на входе и выходе электрофильтра, а также между вторым и третьим полем. В процессе эксплуатации выявилось, что вибрация корпусов электрофильтров и газоходов обеспечивает самоочистку газораспределительных решеток без дополнительного отряхивания, как это было предусмотрено проектом реконструкции.
Период отряхивания осадительных электродов устанавливается настройкой механических вариаторов. Для первых полей период отряхивания равен 15—20 мин, средних (второе и третье поле) — 35— 40 мин, а для последнего поля — 80—100 мин. При периодическом стряхивании вторичный унос золы резко уменьшается, возрастает степень очистки дымовых газов. Износ механизмов отряхивания при периодической их работе в 4—6 раз меньше, чем при непрерывном отряхивании. Оптимальный период отряхивания примерно в 1,5— 2 раза больше фактически применяемого, однако из-за недостаточной пропускной способности золоспускных течек и гидрозатворов он несколько занижен.
Надежность тепломеханической и электрической части модернизированных электрофильтров типа УГ выше, чем электрофильтров ПГД-4х38. Отсутствуют обрывы проволок коронирующих электродов и тяг отряхивания этих электродов, повреждения осадительных электродов и обрыв толкателей их механизмов отряхивания и газораспределительных решеток, пробой изоляторов.
Особенностью выполнения монтажных работ являлась комплексная их организация поточным методом, начиная от ревизии поступившего оборудования и до постановки смонтированных агрегатов под контрольную нагрузку. Работа выполнялась на действующем блоке с поочередной отглушкой и последующим вводом в работу каждого из четырех модернизированных электрофильтров блока.
Исходя из конструкции шатра электрофильтров и технико-экономических соображений, демонтаж и монтаж оборудования производились не через верх, а через боковой проем, образующийся при демонтаже одной из боковых стен корпуса электрофильтра. Учитывая, что нарушение вертикальности собранных электродов может привести к резкому снижению эффективности золоулавливания, подъем и установка электродов на место выполнялись в специальных контейнерах, обеспечивающих достаточную жесткость при транспортировке. Во избежание удара и неточной установки электродов при монтаже применялся специальный такелаж.
Перечисленные достоинства проекта в сочетании с тщательным монтажом дали положительные результаты. Малозатратная модернизация обеспечила при испытаниях КПД золоулавливания 97 %. Среднеэксплуатационный КПД в течение длительного времени составляет 96—97 %. Численность ремонтного персонала на участке дымососов и электрофильтров после их реконструкции уменьшилась в три раза.
Об уменьшении выбросов золы можно судить по данным табл. 6.
Сравнивая результаты работы золоуловителей в 1974 г. и в 1989 г., следует отметить сокращение выбросов золовых частиц в четыре раза при практически том же количестве сожженного угля. На ГРЭС работают 12 блоков, а модернизации подверглись электрофильтры ПГД-4х38 семи блоков. Электрофильтры остальных блоков типа ПГДС-2х70 первоначально были более надежны, чем ПГД-4х38 и имеют КПД 93 %. Необходима разработка проекта, реконструкции электрофильтров ПГДС с учетом их конструктивного исполнения и некоторых замечаний, выявленных в процессе эксплуатации модернизированных электрофильтров ПГД-УГ. Прежде всего необходимо предусмотреть возможность увеличения площади сечения активного поля электрофильтров и снижения скорости движения зологазового потока, которая в электрофильтрах ПГД составляет 2,8 м/с. В электрофильтрах ПГД-УГ за счет увеличения площади сечения активного поля и уменьшения присосов скорость газов снижена до 2,5—2,6 м/с, в то время как для нормальной работы электрофильтров скорость потока должна быть не более 1,8 м/с. Увеличенная скорость потока в электрофильтрах ПГД-УГ не позволяет увеличить КПД золоулавливания выше 97 %, что технически возможно для электрофильтра этого типа.
Наиболее надежным и простым по конструкции приводом отряхивания коронирующих электродов является, как показали сравнительные испытания, боковой привод. Дальнейшего повышения надежности этого типа привода можно добиться, если вместо стеклотекстолита применить высокопрочный вторичный фторопласт. Для действующих и модернизированных установок электрогазоочистки оптимальной конструкцией привода, обеспечивающей периодическое отряхивание, является вариатор. Он прост, надежен, неприхотлив обслуживании.
Эксплуатация модернизированных электрофильтров выявила повышенный абразивный износ осадительных электродов и трубных коронирующих электродов в пристенной зоне. Для исключения этого явления необходимо местное формирование аэродинамики ножа. В простейшем варианте применяют щитки вдоль боковых стен, устанавливаемые с определенным шагом.
Существующие агрегаты питания полей типа АТФ не рассчитаны на регулирование силы тока полей в зависимости от электрической нагрузки энергоблока, т. е. расхода золы через электрофильтр. Потому приборы регулирования, настроенные на максимальный ток при номинальной нагрузке блока, при его разгрузке отключают агрегаты питания из-за увеличенных токовых нагрузок полей.
Эксплуатация электрофильтров совместно с установкой сухой золы показывает, что есть ряд нерешенных вопросов, связанных с инструкцией аппаратов отбора сухой золы, работой электрофильтра как в режиме сбора и транспортировки сухой золы, так и при переводе аппаратов в режим гидротранспорта золы. Возникающие трудности в эксплуатации приводят к тому, что уменьшаются отбор сухой золы и отгрузка ее потребителю, а также уменьшается КПД электрофильтров.
Своевременный учет в проектных разработках накопленного опыта, разработка технических решений, повышающих стабильную работу электрофильтров при переменных режимах работы котлоагрегатов, сжигании топлив с различными характеристиками проводимости золы, позволит уменьшить твердые выбросы и приблизить зольные электростанции к экологически чистым производствам к этому показателю.
Бурштынская ГРЭС, самая крупная в западном регионе УССР зольная электростанция, вносит определенный вклад в решение проблемы эффективного использования вторичных ресурсов, совершенствование малоотходной технологии и охрану окружающей среды. Объем золошлаков, которые электростанция отправляет строительным предприятиям и использует на нужды собственного строительства, с каждым голом увеличивается. За период 1976— 189 гг. отгружено потребителям около десяти млн. т золошлаков или 32 % всего количества по теплоэнергетике республики. В 1987— 1989 гг. практическое использование отходов достигло 700 тыс. т в год, что составляет около 50 % образующихся на ГРЭС золошлаков и является третьим результатом в стране после Эстонской и Прибалтийской электростанций, зола которых используется в основном для известкования почв. Золошлаковые отходы (ЗШО) Бурштынской ГРЭС используются в стройиндустрии и дорожном строительстве. Ранее накопленные запасы шлака полностью использованы. При этом отпала необходимость строительства нового шлакоотвала, так как площади, занимаемые под складирование шлака, постоянно регенерируются. Положительно решаются вопросы применения в стройиндустрии отвальной золы, однако объем ее использования незначителен. Перспективные разработки по широкому ее использованию продолжаются.
Такне результаты достигнуты благодаря тому, что на электростанции налажена строгая технологическая дисциплина сжигания твердого топлива и его смесей с газом или мазутом. Она позволила достичь максимального использования теплотворной способности топлива и снизить содержание горючих в золе до 1,5—3,0 %, в шлаке до 0,6 %. Эго один из лучших показателей в отрасли, имеющий решающее значение для широкого применения ЗШО в строительстве.
На электростанции организовано раздельное удаление и складирование золы и шлака, перекрыты пути попадания на отвалы от ходов, ухудшающих качество шлака и золы. Достигнута высокая чистота и однородность ЗШО, что способствовало организации их отвалов как складов высококачественных материалов для строительства. Отвалы электростанции представляют собой как бы разрабатываемые и постоянно пополняемые карьеры, где одновременно принимаются и отгружаются шлак и золошлаковая смесь. Стоимость разработки 1 т материала здесь значительно ниже, чем в природных карьерах, а их свойства значительно выше, чем природных инертных материалов — песка, щебня, гравия.
Раздельное удаление позволяет более эффективно расположит и использовать отвалы золы и шлака и в десятки раз снизить износ труб. К шлакоотвалу проложены автомобильные дороги, железнодорожная ветка и налажена постоянная отгрузка шлака.
Переход на раздельное удаление и складирование золы и шлак потребителям обеспечивает более эффективнее использование ЗШО в народном хозяйстве. В то же время предусмотрена подача небольших количеств золы на шлакоотвал для приготовления золошлаковой смеси с содержанием золы до 30 %, пригодной для использования отдельными заказчиками. Это способствует увеличению объеме использования отходов.
Для увеличения номенклатуры и объемов использования ЗШО и электростанции эксплуатируется установка отбора осажденной электрофильтрах четырех энергоблоков сухой золы. Накопление золы производится в двух железобетонных емкостях с последующей периодической отгрузкой ее потребителям железнодорожными цистернами, хопперами и автоцементовозами. Мощность первой очереди установки составляет 120 тыс. т сухой золы в год.
Для отгрузки ЗШО потребителям создан отдельный цех, обеспеченный необходимой техникой, обслуживающим персоналом и работающий в две смены. Цех имеет соответствующий план реализации ЗШО и фонд премирования в зависимости от выполнения договоров на поставку вторсырья предприятиям стройиндустрии.
Все вместе взятое, а также действенная помощь, оказанная научно-исследовательскими организациями как электростанции, так и предприятиям стройиндустрии, способствовали тому, что сухая зола, шлак и ЗШО Бурштынской ГРЭС находят эффективное использование в производстве большинства важнейших видов строительных материалов: цемента, бетона, асфальтобетона, газобетона, кирпича, дренажных трубок, керамических плиток, керамзита и др.
Зола и шлак с большим эффектом могут частично или полностью заменить в бетонах природные заполнители из горных пород. Они устойчивы против железистого и силикатного распада, не содержат вредных для бетона и арматуры примесей, полностью отвечают требованиям, предъявляемым к высококачественным заполнителям. Одновременно они отличаются от природных заполнителей рядом преимуществ, а именно: активированной и пористой поверхностью, прежде всего у шлака, образующегося при его расплавлении в топке и резком охлаждении в водяных шлакованнах; в несколько раз более низкой теплопроводностью (как стеклообразные материалы) по сравнению с кварцевым песком, гравием, гранитным щебнем; содержанием фракций, недостающих для обеспечения плотной структуры бетона и др. Поэтому использование золы и шлака улучшает зерновой состав бетонной смеси, повышает ее пластичность и устойчивость против расслаивания, способствуя образованию оптимальной упаковки частиц и получению высококачественных бетонных изделий при более низких расходах цемента, чем это имеет место на природных заполнителях. Объем трудозатрат снижается в 2—3 раза, а себестоимость бетона уменьшается на 4—5 р./м3. В настоящее время ЗШО Бурштынской ГРЭС используют на 12 заводах ЖБИ. Общий экономический эффект от их использования составляет 3 млн. руб. в год.
Исследованиями установлено, что наиболее эффективным материалом механических фильтров водоочистки, в том числе питьевой воды, является шлак Бурштынской ГРЭС. По механической прочности, химической стойкости, а также однородности химического, минералогического и зернового составов он превосходит вышеперечисленные материалы в несколько раз и полностью соответствует требованиям СНИП-11-31-78. По результатам гигиенических исследований получено разрешение Министерства здравоохранения СССР использовать топливные шлаки Бурштынской ГРЭС в качестве фильтрующего материала в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Замена на железнодорожных станциях дефицитного кварцевого песка шлаком способствовала значительному снижению стоимости фильтрующего материала и позволила повысить производительность водоочистных установок в 3—4 раза.
Дорожно-строительными организациями используется свыше 90 тыс. т шлака Бурштынской ГРЭС при производстве бетонных и асфальтобетонных покрытий, в качестве подстилающего слоя оснований дорог, а также для подсыпки дорожного полотна с целью уменьшения скольжения. Во всех случаях он зарекомендовал себя в дорожном строительстве положительно. Однако ввиду того, что шлак в настоящее время становится все более дефицитным высококачественным материалом, использование его в качестве подстилающего слоя нерационально. Для этой цели следует применять некондиционные пески, суглинки и золу ТЭС с тем, чтобы исключить простои заводов ЖБИ из-за отсутствия шлака.
В настоящее время основной объем использования отходов Бурштынской ГРЭС составляет шлак. В 1986 г. отгружено шлака 550 тыс. т и только 210 тыс. т золы и золошлаковой смеси. В топках котлоагрегатов образуется 20 % шлака и 80 % золы, что составляет соответственно 350 и 1300 тыс. т/год.
Построенная на электростанции установка отбора и отгрузки сухой золы не обеспечивает запроектированных объемов ее реализации. Недостатки проекта установки, а также необходимость сжигания угля низкого качества совместно с мазутом или газом для обеспечения номинальной паропроизводительности котлоагрегатов приводят к ухудшению качества сухой золы и невозможности ее использования.
Бурштынская ГРЭС и Львовский политехнический институт ведут интенсивный поиск путей использования на предприятиях стройиндустрии золы, находящейся в отвалах в количестве более 15 млн. т. После длительных экспериментов с отвальной золой получены положительные результаты использования ее в промышленности после предварительного подсушивания в естественных условиях. В то же время необходимо отметить, что предприятиями стройиндустрии еще не преодолены трудности, связанные с разгрузкой и хранением такой золы в зимнее время.
Дальнейшее увеличение объема использования отвальной золы и доведение его до 1 млн. т/год создало бы реальные условия для 100 % утилизации золошлаковых отходов Бурштынской ГРЭС и создания малоотходного производства.
