Опыт реализации проектов с использованием золошлаков ТЭС в России и за рубежом

Ископаемое топливо полностью доминирует в мировой энергетике, обеспечивая около 80% от общего мирового потребления энергии. Самыми распространенными видами ископаемого топлива на ТЭС являются природный газ и уголь. При производстве всей тепловой и электрической энергии в мире на угольную энергетику приходится 36 %. В Китае и Индии генерация на основе угля составляет более 70%. В Российской Федерации доля угольной генерации составляет около 13 %, в то время как более 40 % электроэнергии в России вырабатывается источниками энергии без выброса парникового газа в атмосферу (АЭС, ГЭС, ВИЭ). Доминирующим источником энергии в РФ является газ – около 46 %.
По сравнению с природным газом уголь является наименее экологичным топливом, т.к. при его сжигании в воздушный бассейн с дымовыми газами выбрасываются не только оксиды азота и парниковые газы, как при сжигании природного газа, в существенно большем количестве, но и оксиды серы и золовые частицы. Кроме того, образовавшиеся на угольных ТЭС и уловленные в золоуловителях золошлаки преимущественно складируются на золошлакоотвалах, загрязняя воздушный бассейн вследствие пыления частиц, попадая в водоносный горизонт вследствие фильтрации токсичных и радиоактивных растворов, а также приводя к деградации почвы в зоне расположения золошлакоотвалов. Повышение экологических характеристик угольных ТЭС возможно благодаря применению наилучших доступных природоохранных технологий по снижению выбросов вредных веществ, включая как режимные мероприятия, проводимые при сжигании топлива, так и применение современных установок для очистки дымовых газов, а также благодаря внедрению наилучших доступных технологий в области обращения с золошлаками ТЭС с целью максимального повышения уровня использования золошлаков в различных отраслях экономики.
В 2019 г. в энергетическом секторе стран мирового сообщества образовано около 1,1 млрд т побочных продуктов сжигания угля, основными из которых являются золошлаки ТЭС. Уровень утилизации золошлаков во многих развитых и развивающихся странах превышает 50%, а в странах-членах ЕС утилизируется больше побочных продуктов сжигания угля, чем образуется на твердотопливных ТЭС. Таким результатам способствует внедрение наилучших доступных природоохранных технологий, жесткие требования национального природоохранного законодательства и стимулирование вовлечения побочных продуктов сжигания угля в экономику замкнутого цикла, при которой отходы одного производства становятся сырьем для другого. В каждой стране реализуется своя экологическая политика на основе национального природоохранного законодательства, разрабатываются и корректируются национальные стандарты по применению золошлаков в различных направлениях в зависимости от их свойств и характеристик. Всего в мире насчитывают более 300 направлений применения побочных продуктов сжигания угля.
Основными крупномасштабными направлениями использования золошлаков ТЭС являются:
• изготовление строительных материалов и применение золошлаков в строительных проектах;
• дорожное строительство;
• обратная засыпка, включая закладку шахт и карьеров и др.
В статье рассмотрены примеры реализации различных проектов с использованием золошлаков ТЭС в разных странах мира: строительство зданий и сооружений, искусственная пористая древесина и керамическая плитка, дорожное строительство; сельское хозяйство; заполнение шахт и рекультивация карьеров; производство сорбентов и др. Приведены предложения по повышению уровня утилизации золошлаков ТЭС в России с целью уменьшения накопленных объемов золошлаков, размещенных на золошлакоотвалах ТЭС, а также внедрения малоотходных и безотходных технологий обращения с побочными продуктами сжигания угля.

1. . Энергетика и промышленность России [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.eprussia.ru/market-and-analytics/1534268.htm – (Дата обращения: 20.12.2022).

2. . Отчет BP за 2021 г. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.bp.com/en/global/corporate/investors/annual-report.html - (Дата обращения: 20.12.2022).

3. . EES EAEC Мировая энергетика [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://www.eeseaec.org – (Дата обращения: 21.12.2022).

4. . Craig Heidrich, Joachim Feuerborn // Global opportunities and challenges for coal combustion products with a Circular Economy [Electronic resource]. Available on: https://woca2022.conferencespot.org/event-data/pdf/catalyst_activity_28809/catalyst_activity_paper_20220207145421719_c02d09c6_10e2_4f92_a040_205b394243b2.

5. . Web site of the American Coal Ash Association [E-resource]. Available on: https://acaa-usa.org/wp-content/uploads/case-studies/CS-1144-15th.pdf.

6. . Web site of the American Coal Ash Association [E-resource]. Available on: https://acaa-usa.org/wp-content/uploads/case-studies/CS-Apogee-Stadium.pdf.

7. . Web site of the American Coal Ash Association [E-resource]. Available on: https://acaa-usa.org/wp-content/uploads/2022/01/ASU-Interdisciplinary-Scienceand-Technology-Building.pdf .

8. . Сайт Национальной ассоциации развития вторичного использования сырья [Электронный ресурс].- Режим доступа: https://arvis.online/materials/cases/vetryanaya-elektrostancziya-v-niagarskom-regione-kanady-postroena-s-primeneniem-zoly-unosa/ (Дата обращения: 26.12.2022).

9. . Природоохранные технологии на ТЭС: учебник / И.С. Никитина, В.Б. Прохоров, И.В. Путилова и др.; под общ. ред. Рогалёва Н.Д. и Прохорова В.Б. - М.: Издательство МЭИ, 2021. - 452 с.

10. . В. Кумар. Преграды, возможности и решения проблемы летучей золы энергетики в Индии // Матер. II Межд. Научно-практ. семинара «Золошлаки ТЭС: удаление, транспорт, переработка, складирование». Москва, 23-24 апреля 2009 г. ― М.: НИУ «МЭИ», 2009. ― с. 31-36.

11. . Kumar V., Mathur M., Sharma P. Fly ash: a billion dollar re-source - wasted so far [E-resource]. Available on: http://www.c-farm.org/dollar-construction%20world.pdf .

12. . Web site of the European Coal Combustion Products Association [E-resource]. Available on: https://www.ecoba.com/ecobaccpexs.html.

13. . Web site of NS Energy [E-resource]. Available on: https://www.nsenergybusiness.com/projects/medupipower-plant/.

14. . Сайт ООО «ПСО «Теплит» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://twinblock.ru/ (Дата обращения: 27.02.2023).

15. . В.Н. Левченко. Опыт переработки злы-уноса Рефтинской ГРЭС // Матер. V Межд. конф. «Золошлаки ТЭС ― удаление, транспорт, переработка, складирование». Москва, 24-25 апреля 2014 г. ― М.: НИУ «МЭИ», 2014. ― с. 91-94.

16. . В.В. Барахтенко, Е.В. Зелинская, Е.О. Костюкова, Т.А. Меркульева, М.Н. Самусева, Ф.А. Шутов. Использование золы уноса при производстве пористых строительных материалов нового поколения // Матер. III Межд. Научно-практ. семинара «Золошлаки ТЭС: удаление, транспорт, переработка, складирование». Москва, 22-23 апреля 2010 г. ― М.: НИУ «МЭИ», 2010. ― с. 60-63.

17. . В.Б. Балабанов, В.Л. Николаенко. Применение зольных отходов в дорожном строительстве // Вестник ИрГТУ №6 (53) 2011, c.37-41.

18. . Web site of the European Coal Combustion Products Association [E-resource]. Available on: https://www.ecoba.com/ecobaccpexs.html.

19. . В. Кумар, Г.К. Джа. Анализ законодательства Индии в области обращения с золошлаками энергетики // Матер. V Межд. конф. «Золошлаки ТЭС: удаление, транспорт, переработка, складирование». Москва, 24-25 апреля 2014 г. ― М.: НИУ «МЭИ», 2014. ― с. 22-26.

20. . Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. – СПб: Мир и Семья, 2002. – Ч. I. – 988 с.

21. . Морозова Т.Н., Белик Е.С., Рудакова Л.В. Использование бактериального препарата для ремедиации техногенно загрязненных почв // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. – 2015. – № 3. – С. 69–81.

22. . Иммобилизованные клетки микроорганизмов / А.П. Синицын, Е.И. Райнина, В.И. Лозинский, С.Д. Спасов. – М.: Изд-во МГУ, 1994. – 288 с.

23. . Е.С. Белик, К.А. Злобина. Исследование возможности использования отхо-дов производства в качестве биосорбента // Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. - 2016. - № 31. – С.62-75.

24. . Горбачева, Т. Т. Золошлаки ТЭЦ как сорбент для очистки сточных вод от ионов аммония / Т. Т. Горбачева, Д. В. Майоров // Теплоэнергетика. – 2022. – № 3. – С. 72-79. – DOI 10.1134/S0040363622030043. – EDN FGVKMW.

25. . Юдович Я.Э., Кетрис М.В. Ценные элементыпримеси в углях. Екатерин-бург: УрО РАН, 2006. 538 с.

26. . Адеева Л. Н., Борбат В. Ф. // Химия Вестн. Ом. ун-та. 2009. № 2. С. 141-151.

27. . Pat. № 2293134 RU. Патент на изобретение «Способ извлечения редкоземельных металлов и иттрия из углей и золошлаковых отходов от их сжигания» / В. И. Кузьмин, Г. Л. Пашков, Н. В. Карцева, С. С. Охлопков, В. Р. Кычкин, А. М. Сулейманов // Патентообладатель: Институт химии и химической технологии СО РАН (RU); ОАО «Нижне-Ленское» (RU). Заявл. 26.05.2005, опубл. 14.03.2007.

28. . Pat. 365380 US. Enhanced resource recovery by beneficiation and direct acid leaching of fly ash / E.E. Berry, R.T. Hemmings, D.M. Golden // Fly Ash and Coal Convers. by. Prod.: Charact., Util. and Disposal: III Symp. Pittsburgh, 1987.