Твердые отходы ТЭС

Образование твердых отходов зависит от вида применяемого топлива.

Специфической особенностью энергетических топлив, сжигаемых в России, является их высокая зольность. Например, зольность экибастузского угля в пять раз, а северо-западных сланцев в десять раз выше средней приведенной зольности углей, потребляемых в США.

По данным различных источников ежегодный выход золошлаковых отходов (ЗШО) в нашей стране оценивается в 38 —65 млн т, из них на долю шлака приходится 10 — 15 %. Объемы выхода твердых продуктов при сжигании угля весьма значительны, поэтому золоотвалы занимают огромные площади, в настоящее время — около 20 тыс. га, на которых накоплено более 2 млрд т ЗШО.

Средняя зольность отечественных углей составляет 28 % (для сравнения, в развитых странах мира — менее 10 %). Это достигается за счет того, что в большинстве стран 70—80% угля подвергается предварительному обогащению, в то время как в нашей стране обогащается лишь 5 — 1% общего количества добываемого угля. В результате выход золы на каждый выработанный киловатт-час в России составляет в среднем 140 г. Для сравнения в развитых странах — 35 — 40 г, т.е. в 3,5 — 4 раза меньше. Свойства и состав золы зависят от вида применяемого топлива и методов его сжигания.

Осадочные породы земной коры на 80—85 % состоят из кремния и алюминия. Железо, кальций, магний, калий, натрий и титан составляют остальные 15 — 20%. Все эти элементы первоначально присутствуют в топливе в виде минеральных включений и в процессе горения переходят в золу, шлак или пыль, которая удаляется вместе с газом. Состав золы от сжигания твердых топлив, добываемых на территории России, колеблется в широких пределах (табл. 7.1), что не позволяют определить единого направления в ее использовании и переработке.

В угле находятся также микроэлементы, которые при горении переходят в золу, шлак или удаляются в виде пьши.

содержание микроэлементов в пересчете на золу не превышает 1 %, но их концентрация оказывается выше, чем в среднем в окружающей среде. Например, в золе подмосковного угля содержание лития, бериллия, ванадия, мышьяка, цинка, свинца, сурьмы и кадмия превышает фоновое (для некоторых элементов — в десятки раз). Содержание марганца, фтора, никеля, меди, кобальта и стронция, как правило, находится на уровне фоновых значений.

Рассмотрим распределение микрокомпонентов минеральной части топлива в продуктах горения.

В табл. 7.2 приведены аналитические данные по составу микроэлементов в подмосковном угле и в различных видах отходов, образующихся при его горении.

Таблица 7.2. Содержание микронримесей металлов в угле и продуктах горения топлива

Как показывают данные таблицы, в процессе горения свойства и состав минеральной части топлива меняются — одни компоненты переходят в газовую фазу и удаляются в атмосферу, другие остаются в золе и шлаке и определяют их свойства и токсичность. В золу переходит 79 — 96,4% валового содержания микроэлементов в топливе.

Данные, представленные в таблице, позволяют сделать ряд выводов: в процессе горения топлива тяжелые металлы, входящие в состав минеральной части топлива, переходят в твердые отходы; распределение металлов между различными видами отходов определяется физико-химическими свойствами элементов; наименьшее количество элементов переходит в шлаки. В результате процессов горения шлак обедняется по всем элементам. Особенно это относится к свинцу, который возгоняется, и в меньшей степени к хрому.

Шлак можно считать самым чистым видом из всех твердых отходов, получаемых в процессе горения топлива. Шлаки используют в различных отраслях народного хозяйства без предварительной очистки; ряд летучих и высокотоксичных элементов (ртуть, мышьяк, ванадий, бериллий, свинец, цинк и никель) концентрируется в пыли, которая с газовыми выбросами уходит в атмосферу. Это означает, что при неблагоприятных погодных условиях в районах, прилегающих к ТЭС, возможна повышенная концентрация этих элементов в воздухе. В радиусе 1,1 —1,5 км от электростанции находится санитарная зона, в которой при неблагоприятных метеорологических условиях возможно выпадение на почву мышьяка, кадмия и бериллия из дымовых газов; в золу переходит наибольшая часть металлов, содержащихся в топливе. Это делает золу потенциально опасным видом отходов и определяет необходимость постоянного контроля за состоянием золоотвалов.

Малолетучий марганец примерно в равных долях распределяется между золой и шлаком.

Таблица 7.3. Экспериментальные данные по содержанию ЕРН в выбросах ТЭС

В некоторых случаях отмечают повышенную радиоактивность золы, что обусловлено в основном тремя элементами, присутствующими в золе — радием 226Ra, торием 232Th и калием 40 К.

Зола большинства месторождений углей удовлетворяет нормативным требованиям, однако встречаются пробы золы с повышенной активностью. Этот факт свидетельствует о необходимости постоянного контроля за продуктами сгорания ТЭС.

В качестве примера в табл. 7.3 для более полной оценки влияния ТЭС на окружающую среду приведены данные по содержанию в выбросах естественных радионуклидов (ЕРН): 226Ra, 232Th, ^К, полученных при горении подмосковного угля.

Если в состав золы входит повышенное количество 40К, то такая зола может стать источником излучения.