Золоотвалы – это гигантские пруды, куда десятилетиями сливают золу и шлак от сжигания угля. Формально такие отходы относятся к пятому, самому низкому классу опасности. Однако на практике ветер может разнести высохшую золу на километры, а тяжелые металлы и соли попадают в грунтовые воды.
При этом главная проблема золоотвалов – не токсичность, а переполненность. Например, на Новосибирской ТЭЦ 5 ежегодно образуется до 230 тысяч тонн золы уноса, но перерабатывается лишь около 30 %. Остальное уходит в отвалы. Из за дефицита мест для складирования энергетикам приходится наращивать дамбы либо строить новые секции, чтобы увеличить объем хранилища, а это требует миллиардных вложений.
«Проектная емкость золоотвала Северской ТЭЦ – 23,4 млн тонн, – приводит цифры Игорь Вольнов, руководитель комплексных проектов «КОТЭС Инжиниринг». – На сегодня уже размещено 20,9 млн тонн. Оставшейся емкости хватит всего на 15 лет. Стоимость строительства нового золоотвала – в районе 5–6 млрд рублей. Добавьте сюда ежегодно растущую плату за негативное воздействие на окружающую среду (НВОС) за каждую тонну размещенных отходов – получится огромная сумма».
Это заставляет задуматься: не пора ли поискать альтернативу? Ситуацию подогревают и сверху: с 2026 года в KPI губернаторов вошли показатели нацпроекта «Экология»: регионы обязаны глубже перерабатывать отходы.
Заглянем внутрь «отходов»
По своему составу зола – ценный вторичный материал. В ней около 47 % диоксида кремния (фактически песка), до 30 % оксидов кальция и магния, а также оксиды металлов. Все это – потенциальное сырье для производства цемента, бетона и дорожного строительства, но только в раздельном виде. Беда в том, что большинство российских ТЭЦ спроектированы еще в СССР с мокрой системой гидрозолоудаления (ГЗУ): золу и шлак смешивают с огромным количеством воды (десятки кубометров в час), тратя сотни киловатт электроэнергии, а на выходе получают мокрую некондиционную смесь, которая никуда не годится. Ее и складируют мертвым грузом на золоотвалах.
Решение № 1: сухое золошлакоудаление
В мире давно применяют сухой сбор золы и шлака: на выходе из котла золошлаковые материалы пневмотранспортом отправляют в силосы и оттуда – сразу потребителю. Однако собственники ТЭЦ не спешат переходить на эту технологию: она кажется сложной и дорогой.
«При этом многие понимают, что строить новые станции со старой мокрой технологией сегодня более чем нелогично, – поделился Руслан Шайхатдинов, начальник тепломеханического отдела «КОТЭС Инжиниринг». – Так мы убедили заказчика, ТГК 14, спроектировать новую Улан Удэнскую ТЭЦ 2 именно с сухим золошлакоудалением».
Сухое разделение: как это работает
Давайте разберемся по порядку. Шлак. Раскаленный шлак из холодной воронки котла (температура 500–600 °C) поступает на закрытый конвейер типа «Драйкон» (совместное российско китайское производство).
«В отличие от классического решения – шлаковой ванны с водой, откуда падающий шлак разбрызгивается и пылит, – здесь все герметично и чисто», – рассказывает Руслан Шайхатдинов.
Конвейер охлаждает шлак не водой, а воздухом, который засасывается разрежением котла. Нагретый воздух возвращается в топку, что дает дополнительный КПД. На выходе получается сухой гранулированный шлак с температурой не выше 100 °C. Далее он идет в дробилку, где превращается в куски размером 2–3 мм, а затем пневмовинтовым насосом отправляется в промежуточный бункер объемом 36 м3. Из него – в силосный склад, где ждет отгрузки потребителям.
Зола. Золу улавливают электрофильтры. Проектная запыленность на входе – 15 г/нм3, на выходе – всего 50 мг/нм3. Но главная инженерная хитрость заключается в разделении золы по качеству уже на этапе сбора. Для этого из бункеров электрофильтра она струйными насосами по аэрожелобам подается в трехсекционный промежуточный бункер объемом 120 м3. Некондиционная зола отправляется в отдельные силосы – ее тоже можно использовать, но в других рецептурах.
«Мы разделяем потоки, чтобы не смешивать товарный продукт с отходом, – поясняет Шайхатдинов. – Кондиционная зола собирается в отдельных секциях и пневмотранспортом подается в силосы по 5 000 м3. Заказчик получает возможность продавать золу с гарантированными свойствами».
Золошлакоотвал на Улан Удэнской ТЭЦ 2 не предусмотрен совсем. Проект прошел главгосэкспертизу, получено разрешение на строительство. В настоящее время уже монтируется главный корпус и разрабатывается рабочая документация.
А что делать с отходами, которые десятилетиями лежат на отвалах?
Решение № 2: переработка того, что уже накоплено
В 2022 году на золоотвале Северской ТЭЦ запущен модульный комплекс переработки золошлаковых материалов (ЗШМ). На сегодня это единственное в России промышленное решение, предназначенное для золы, годами лежавшей под открытым небом.
«Комплекс перерабатывает 100 % забранного материала, в том числе и потому что повторное размещение отходов запрещено законом. Даже вода возвращается в процесс», – подчеркивает Игорь Вольнов.
Характеристики комплекса:
• производительность – 180 тысяч тонн за сезон (6 месяцев), или 42 тонны в час;
• метод – гидроклассификация с замкнутым водным циклом;
• на выходе – 6 товарных продуктов.
Экономика. Стоимость комплекса – от 150 млн рублей, что в 30–40 раз дешевле строительства нового золоотвала. Плюс при отсутствии отходов – экономия на плате за НВОС.
«КОТЭС работает как EPCM подрядчик «одного окна»: от анализа проб до поиска рынка сбыта. Уже заключены соглашения со строительными институтами, которые для каждого региона разрабатывают рецептуры бетонов с высоким содержанием золошлаковых продуктов», – рассказал Игорь Вольнов.
Узкие места и перспективы
У нынешней модификации комплекса есть лишь одно ограничение: гидроклассификация работает только в теплый сезон, поскольку использует воду. Поэтому следующий шаг – разработка установки, которая будет встроена прямо в действующий пульпопровод внутри отапливаемого помещения. Такая система сможет работать круглый год и снизит скорость заполнения золоотвала в разы.
Вторая проблема – нормативная. При всем желании строители не всегда могут использовать золошлаковые продукты: нет сертификатов, привычки, требований в проектной документации.
«Мы видим свою задачу не только в поставках оборудования, но и в развитии самой идеологии отрасли, внесении нужных правок в законодательство», – поделился Вольнов.
Инженерный итог
Проект Улан Удэнской ТЭЦ 2 – пример того, как экологическую и экономическую эффективность закладывают уже на стадии проектирования. А Северский комплекс доказывает: десятилетиями копившиеся отходы можно превратить в товар, освободить землю и сэкономить миллиарды.
Сухое решение для ТЭЦ – это не запрет, а технологический выбор. И чем больше станций в России его сделают, тем быстрее зола и шлак перестанут быть проблемой и станут полноценным ресурсом.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, №4 (97)
