Пути решения проблем складирования золошлакоотходов на примере ТЭЦ г. Хабаровска

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пути решения проблем складирования золошлакоотходов на примере ТЭЦ г. Хабаровска

Г.Г. Медведева, ТОГУ

Абстракт

В статье рассмотрены вопросы складирования золошлакоотходов предприятий тепловой энергетики. Проанализировано состояние систем гидрозолоудаления и складирования золошлакоотходов на примере ТЭЦ г.Хабаровска. Приведены основные характеристики данных предприятий, сформулированы проблемы безопасной и технологичной организации систем отвода золошлаковой пульпы. Приводятся различные варианты решения проблем складирования золошлакоотходов с устройством новых накопителей и с возможностью реконструкции и продления сроков службы существующих сооружений.

Ключевые слова: ТЭЦ, золошлакоотходы, система гидрозолоудаления, пульпопроводы, золошлакоотвал, оборотное водоснабжение.

Abstract

Alternate solutions the problems of ash and slag waste storage on the example of the city of khabarovsk combined heat power plants

G.G. Medvedeva, PNU

The article deals with the storage of ash and slag waste of combined heat power plants. The state of the systems of hydraulic ash handling and storage of ash and slag waste is analyzed on the example of the Khabarovsk combined heat power plants. The main characteristics of these enterprises are given, the problems of safe and technological organization of ash and slag pulp removal systems are formulated. Various solutions are given for the problem of storage of ash and slag waste with the construction of new drives and with the possibility of reconstruction and extension of the service life of existing facilities.

Keywords: combined heat power plant, ash and slag waste, hydraulic ash disposal system, slurry pipelines, ash dump, recycled water supply.

складирование золошлакоотход карьер

Проблемы складирования золошлакоотходов предприятий теплоэнергетики. Золошлаковые отходы - отходы, образуемые в результате сжигания угля, торфа и их смесей в энергетических целях [2, с. 13]. Процессы сжигания твердого топлива являются ключевыми технологическими процессами теплоэнергетики, занимающей, по разным оценкам, от 65% до 70% в общем объеме выработки электроэнергии в России. Для удаления, транспортировки и хранения золошлаковых отходов служат системы удаления золы и шлака, конечным сооружением которых являются золошлакоотвалы - сооружения, предназначенные для складирования золы и шлака от тепловой электростанции [4, с. 6-7].

Безопасное и эффективное хранение золошлаковых отходов теплоэлектростанций (ТЭС) и теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) является одной из актуальных экологических задач теплоэнергетики, а основной задачей эксплуатации золошлакоотвалов является обеспечение их работоспособного состояния, гарантирующего бесперебойное складирование золошлакоотходов при эффективном использовании емкости. Ежегодно на территории объектов теплоэнергетики Российской Федерации образуется (по разным оценкам) от двадцати до тридцати миллионов тонн золошлаковых отходов; для их складирования в золошлакоотвалах заняты площади более 150 тысяч гектаров. Большинство используемых золошлакоотвалов действуют несколько десятилетий и в настоящее время уже заполнены, что приводит к проблеме дальнейшего складирования золошлакоотходов.

Возникает необходимость поиска территорий под размещение новых золошлакоотвалов или решения вопроса о повышении емкости существующих сооружений. Строительство новых золошлакооотвалов, равно как и реконструкция существующих сооружений, требуют на проектной стадии проработки решений о выборе новых площадей для размещения сооружений и об отводе земельных участков, об устройстве и размещении оборудования систем подачи и распределения золошлаковой пульпы и отвода осветленной воды, определенных гидротехнический решений и при условии обеспечения экологической безопасности объекта.

Характеристика ТЭЦ-1 и ТЭЦ-3 г. Хабаровска как объектов образования и хранения золошлакоотходов. Хабаровская ТЭЦ-1 расположена на окраине Южного микрорайона города Хабаровска. Объект действует с 1954г. Установленная электрическая мощность составляет 435 МВт. Ежегодно на ТЭЦ-1 образуется более 130 тысяч тонн золошлакоотходов. Система внешнего гидрозолоудаления (ГЗУ) имеет в своем составе следующие сооружения: рекультивированный буферный золошлакоотвал; дополнительная секция буферного золошла- коотвала с водосбросными колодцами и дренажной насосной станцией; багерная насосная станция второго подъема; пруд осветленной воды, или пруд вторичного осветления; золошлакопроводы (пульпопроводы) и водоводы осветленной воды. Внешнее ГЗУ осуществляется по оборотной схеме водоснабжения: после отстаивания золошлаковой пульпы осветленная вода через водосбросные колодцы поступает в пруд вторичного осветления и от него по самотечному коллектору подводится к багерной насосной станции второго подъема, откуда насосами осветленной воды возвращается на ТЭЦ-1 для повторного использования в цикле ГЗУ [1].

Хабаровская ТЭЦ-3 расположена на северной окраине города Хабаровска. Предприятие введено в эксплуатация в 1973г. и снабжает электроэнергией и горячей водой Северный и Железнодорожный районы города, часть Центрального района, а также другие объекты Хабаровского края. Установленная мощность ТЭЦ-3: электрическая - 720МВт, тепловая - 321 Гкал/час. На Хабаровской ТЭЦ-3 ежегодно образуется более 300 тыс. тонн золошлаковых отходов, подлежащих складированию.

В технологическом процессе работы Хабаровской ТЭЦ-3 золошлакоотвал является необходимой составляющей оборотной системы гидрозолоудаления. Отходы сжигаемого твердого топлива (золошлаковая пульпа) гидравлическим способом транспортируется на золошлакоотвал; золошлаковый материал осаждается в чаше золошлакоотвала, а вода отводится в бассейн осветленной воды через шахтный колодец. Вода с бассейна осветленной воды поступает на насосную станцию осветленной воды и далее возвращается по напорному водоводу на предприятие для повторного использования.

Для многих предприятий теплоэнергетики в настоящее время остро встает проблема дальнейшего складирования золошлакоотходов в условиях многолетней эксплуатации существующих золошлакооотвалов. Многие золошлакоотвалы, принимающие золошлаковую пульпу, находятся в предаварийном состоянии по ряду причин: наполнение до проектной емкости; неудовлетворительная работа системы водосбросов; деформация дамб и отклонение профилей и заложения откосов от проектных величин. В связи с этим для предприятий актуальной является проблема поиска возможности устройства новых золошлакоотвалов или проектных решений по реконструкции и наращиванию емкости существующих сооружений по приему и складированию золошлакооотходов.

Решения проблемы складирования золошлакоотходов на Хабаровских ТЭЦ-1 и ТЭЦ-3. На Хабаровской ТЭЦ-1 одним из решений проблемы наращивания емкости сооружений для складирования золошлакоотходов явилось использование отработанного карьера суглинка, примыкающего к буферному золошлакооотвалу предприятия. Использование данного карьера позволило складировать дополнительно до 350 тысяч м³ золошлакоотходов.

Введение в систему гидрозолоудаления ТЭЦ-1 отработанного карьера в качестве дополнительной емкости золошлакооотвала потребовало проработки ряда проектных решений по устройству дополнительных дамб и технологических проездов, систем пульпопроводов, трубопроводов осветленной воды и сооружений для подачи осветленной воды после первичного осветления в карьере в пруд осветленной воды. Проектные решения учитывали ряд местных условий: расположение существующих действующих сооружений системы ГЗУ, заданный режим использования карьера для складирования золошлакоотходов в теплое время года (с мая по ноябрь). Была предпринята вариантная проработка решений по организации подачи осветленной воды из карьера (после первичного осветления) в пруд осветленной воды.

Для подачи золошлаковой пульпы в используемый карьер был запроектирован подающий пульпопровод (диаметром 800мм и общей длиной 233 м) с двумя рассредоточенными выпусками. Проектируемый подающий пульпопровод запроектирован с врезкой в существующий пульпопровод (для обеспечения возможности периодической работы карьера) с установкой шиберных (ножевых) затворов. Для откачки осветленной воды из карьера, с учетом отметок площадки и проектных уровней воды в карьере, была запроектирована установка плавучей насосной станции (ПНС). После заполнения карьера ПНС и пульпопроводы демонтируются, производится рекультивация карьера (поверхность намытого золошлакового материала покрывается слоем растительного грунта).

Вариантная проработка проектных решений по организации подачи осветленной воды из карьера в пруд осветленной воды учитывала наличие на территории объекта неэксплуатируемого участка трубопровода диаметром 800мм на участке от площадки карьера до пруда осветленной воды (трубопровод имел наземную прокладку по лежневым опорам) и предусматривала анализ следующих возможных вариантов:

- отвод осветленной воды с использованием существующего трубопровода диаметром 800мм в гидравлическом режиме напорного трубопровода;

- подача воды насосами ПНС из карьера до существующего трубопровода диаметром 800мм (с устройством камеры разрыва струи и гашения напора), затем в самотечном режиме по существующему трубопроводу диаметром 800мм до пруда осветленной воды и подкачка до необходимой отметки сброса в пруд осветленной воды (с установкой насосов подкачки);

- подача осветленной воды в напорном режиме насосами ПНС по вновь проектируемому трубопроводу диаметром 600мм (в данном варианте существующий трубопровод диаметром 800мм не используется).

Анализ перечисленных вариантов системы подачи осветленной воды из карьера в пруд вторичного осветления заключался в определении гидравлических характеристик работы трубопроводов по соответствующему варианту, в определении состава необходимого оборудования и сооружений, напорного режима работы ПНС и конечном сравнении проектных решений по каждому варианту. Детально были определены гидравлические режимы и характеристики работы трубопроводов в самотечном режиме; для напорного режима были построены характеристики совместной работы насосов ПНС и трубопроводов для различных вариантов. Также было учтено качество подаваемой воды - осветленная вода после предварительного отстаивания пульпы, с определенным содержанием тяжелых минеральных примесей.

Анализ и сравнение результатов проектных решений по рассматриваемым вариантам системы подачи осветленной воды из карьера в пруд осветленной воды позволил обоснованно выбрать вариант подачи осветленной воды от насосов ПНС по вновь проектируемому трубопроводу диаметром 600мм в напорном режиме. В принятом варианте скоростной режим движения осветленной воды по трубопроводу является оптимальным; не требуется устройство дополнительных сооружений и оборудования (за исключением фасонных частей и арматуры для опорожнения трубопровода и его прочистки).

На Хабаровской ТЭЦ-3 решением проблемы заполнения проектных емкостей золошлакооотвалов явилась реконструкция существующей 1-й секции зо- лошлакооотвала №2 с наращиванием его дамб. При проектной емкости 1-й секции золошлакоотвала 2,25 млн. м³ на момент принятия решения о ее реконструкции остаточная емкость составляла около 0,68 млн. м³. С целью увеличения емкости сооружения и продления сроков его эксплуатации была предусмотрена двухэтапная реконструкция 1-й секции золошлакооотвала с наращиванием дамб на 3 м в каждом этапе строительства: на этапе I - с отметки 43 м до отметки 46м, и на этапе II - с отметки 46м до отметки 49м. После завершения I этапа строительства будет создана дополнительная емкость для накопления золошлаковых отходов объемом 825 тыс. м³; после завершения II этапа строительства - 1050 тыс. м³. Всего после завершения реконструкции можно будет складировать в золошлако-отвале дополнительно 1875 тыс. м³ золошлаковых отходов.

В технологическом процессе работы Хабаровской ТЭЦ-3 золошлакоотвал №2 является необходимой составляющей оборотной системы гидрозолоудаления. Золошлаковая пульпа гидравлическим способом (насосами багерной насосной станции ТЭЦ-3) транспортируется на золошлакоотвал. Золошлаковый материал осаждается в чаше золошлакоотвала, а осветленная вода отводится в бассейн осветленной воды через шахтный колодец. Из бассейна осветленная вода забирается насосами насосной станции осветленной воды и далее возвращается по водоводу на ТЭЦ-3 для повторного использования.

С учетом наращивания высоты дамб 1 -й секции золошлакооотвала на 6 м (по итогам двух этапов строительства) необходимо было проверить достаточность напора насосов багерной насосной станции для подъема золошлаковой пульпы на новые отметки. Проверка напора существующих багерных насосов в условиях работы при наращивании дамбы золощлакоотвала была произведена с учетом требований к оптимальным скоростям движения пульпы в стальных трубопроводах [3, табл. 12.2.1]. Были учтены характеристики существующих напорных пульпопроводов багерной насосной станции - диаметр, протяженность, гидравлические параметры. Расчеты показали, что напор, развиваемый установленными багерны- ми насосами первой очереди, достаточен для подачи пульпы в золошлакоотвал №2 при наращивании дамбы 1-й секции до отметки второго пускового комплекса 49м. При этом были учтены не только увеличение геометрической высоты подъема пульпы на 6м, но и режим распределения пульпы по новым системам пульпопроводов и выпусков по дамбам золошлакооотвала.

Проектные решения по реконструкции 1 -й секции золошлакооотвала предусматривали устройство по гребню дамб трубопроводов гидрозолоудаления (подающих пульпопроводов) с выпусками: две нитки трубопроводов (нитка А, нитка Б) диаметром 530х12мм общей длиной 2200м. Проектируемые пульпопроводы проходят по дамбе на расстоянии 1,0м от внутренней кромки дамбы до края трубопровода; подключаются к существующим пульпопроводам А,Б от багерной насосной станции. Участок от подключения к существующим пульпопроводам до проектируемой дамбы проходит под вновь проектируемым технологическим проездом и проложен в стальных футлярах диаметром 820х7мм (2 футляра длиной по 25м, с заполнением межтрубного пространства минеральной ватой), с последующей грунтовой насыпью для технологического проезда.

В начальных точках магистральных пульпопроводов А и Б, проходящих по дамбе, предусмотрены два аварийных выпуска для сброса пульпы в золоотвал на время необходимых переключений последующих выпусков. Для отключения аварийных выпусков и веток А, Б предусмотрена установка задвижек клиновых стальных фланцевых; для обслуживания задвижек предусмотрены технологические площадки. Для возможности взаимного переключения веток А и Б пульпопроводов на начальном участке предусмотрено устройство замыкающего участка и фланцевых заслонок, также обслуживаемых в проектируемой технологической площадки.

Для возможности опорожнения участков пульпопроводов от точек подключения к существующим пульпопроводам от багерной насосной станции до точек подъема на начальную высоту над гребнем дамбы предусмотрены выносы трубы 159х4мм с фланцевыми заслонками; опорожнение осуществляется в зо- лошлакоотвал. Для сброса пульпы в золошлакоотвал предусмотрены выпуски из трубы 530х12: семь выпусков на нитке А и десять выпусков на нитке Б (считая аварийные выпуски). Опора и крепление выпусков осуществляется на блоки ФБС и буронабивные столбы. Для отключения отдельных выпусков и участков ниток А, Б в точках подключения выпусков к магистральным пульпопроводам предусмотрена установка заслонок фланцевых. Для защиты трубопроводов в местах присоединения выпусков к веткам А и Б от истирания абразивными включениями золы и шлака в транспортируемой пульпе в проекте было предусмотрено усиление мест сварных соединения выпусков и магистральных пульпопроводов «фартуками» из листовой стали.

Также в проектных решениях были предусмотрены мероприятия по наращиванию водосбросных колодцев, наращиванию водоприемной камеры и устройству аварийного водосброса в бассейн осветленной воды. Детально были проработаны гидротехнические решения по строительству новых дамб с учетом местных геологических и гидрогеологических условий.

При заполнении емкости золошлакоотвала, созданной наращиванием дамб после I этапа строительства, проектом предусмотрен демонтаж пульпопроводов и переход к этапу строительства II - дальнейшему наращиванию дамб до отметки 49м. Проектные решения по устройству пульпопроводов II этапа аналогичны решениям I этапа с необходимыми корректировками трасс пульпопроводов в соответствии с трассами дамб II этапа. При монтаже пульпопроводов на II этапе в проекте предусмотрена возможность использования материалов и оборудования I этапа строительства с выбраковкой до 40%. После заполнения емкости золошлакоотвала с отметками дамб II этапа строительства пульпопроводы демонтируются, вся поверхность намытого золошлакового материала покрывается слоем растительного грунта толщиной 0,2м с посевом трав.

Заключение

Проблема складирования золошлаковых отходов предприятий теплоэнергетики в современных условиях усложняется несколькими факторами: заполнение проектных емкостей существующих сооружений для приема и складирования золошлакоотходов; ужесточение требований к экологической безопасности данных сооружений; дефицит свободных площадей для строительства новых сооружений. В данной работе рассмотрены два возможных решения проблемы дальнейшего складирования золошлакоотходов в существующих условиях на примерах ТЭЦ г. Хабаровска: реконструкция существующего золошлакооотвала с увеличением его проектной емкости и использование отработанного карьера в качестве буферного золошлакооотвала. Оба данных решения потребовали определенных вариантных и проектных разработок.

Библиографические ссылки

1. Видищева Г.Г. Анализ вариантов реконструкции системы подачи и распределения золошлакоотходов Хабаровской ТЭЦ-1 // Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплекса: материалы Международной научно-практической конференции / [отв. ред. И.Н. Пугачев]. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2017. - Вып. 17. - С. 204-207.

2. ГОСТ Р 54098-2010 Ресурсосбережение. Вторичные материальные ресурсы. Термины и определения - М.: Стандартинформ, 2011.

3. СП 90.13330.2012 Свод правил «Электростанции тепловые». Актуализированная редакция СНиП II-58-75 - М.: Минрегион России, 2012

4. СТО 70238424.27.100.015-2009 Тепловые электрические станции. Системы золоулавливания, удаления и складирования золы и шлака. Условия создания. Нормы и требования М., 2009.

Размещено на Allbest.ru