16.

ТЕМА: КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА
ЗОЛОШЛАКОВ ЭКИБАСТУЗСКИХ УГЛЕЙ
НА ГЛИНОЗЕМ, СОЛИ АЛЮМИНИЯ,
ФЕРРОСИЛИЦИЙ И ЦЕМЕНТ
Докладчик: академик, д-р техн. наук,
профессор Нуркеев Самат Сагиевич
Алматы 2014
СТРУКТУРА ПРЕЗЕНТАЦИИ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Уголь в казахстанской электроэнергетике: текущее
состояние и перспективы развития.
Характеристика ТЭЦ РК .
Объемы золошлаковых материалов (ЗШМ) на ТЭС
Казахстана.
Основные направления использования ЗШМ.
Анализ развития технологии ЗШМ в РК.
Барьеры развития угольной энергетики в Казахстане.
Выводы и рекомендации.
УГОЛЬ В КАЗАХСТАНСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ: ТЕКУЩЕЕ
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Угольная промышленность Казахстана является одной из наиболее
крупных отраслей экономики страны. По запасам углей Казахстан входит
в десятку стран-лидеров, уступая лишь Китаю, США, России,
Австралии, Индии, ЮАР, Украине.
Рисунок 1 - Мировые запасы угля, млрд. тонн
Рисунок 2 - Размещение балансовых запасов угля
Республики Казахстан по регионам
Государственным балансом учтены запасы по 49 месторождениям и
составляют 33,6 млрд. тонн, в том числе каменных – 21,5 млрд.тонн, бурых углей
– 12,1 млрд. тонн. Большая часть месторождений угля сосредоточена в
Центральном (Карагандинский и Экибастузский угольные бассейны, а также
месторождение Шубарколь) и Северном Казахстане (Тургайский угольный
бассейн).
УГОЛЬ В КАЗАХСТАНСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Сегодня угольная отрасль республики обеспечивает выработку в
Казахстане 80% электроэнергии.
В республике по добыче угля работают 33 угольных компании –
недропользователей, крупнейшие из которых ТОО «Богатырь
Комир», разрезы «Восточный» и АО «Шубарколь Комир»
Евразийской энергетической корпорации, Угольный департамент АО
«АрселорМиттал Темиртау», Угольный департамент «Борлы»
корпорации «Казахмыс».
В настоящее время основными угольными бассейнами
Казахстана являются:
 Карагандинский угольный бассейн.
 Экибастузский угольный бассейн.
 Шубаркольский угольное месторождение.
 Каражиринское угольное месторождение.
Тепловые
электростанции
являются
крупнейшими
потребителями энергетических углей, поставки экибастузского угля
для теплоэлектростанций Казахстана увеличатся к 2010-2015 годам
до 39-40 млн. тонн с 22,5 млн. тонн в 2000 году.
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЭЦ РК
Объемы золошлаковых материалов (ЗШМ) на ТЭС
Казахстана
Основная цель: угольные ТЭС – без золоотвалов
накоплено
около
1 млрд. т
годовой
выход
20 млн. т/год
переработка и
использование
2 млн. т/год
1
2
3
Способы достижения:
• Внесение изменений в законы и
нормативные акты РК (зола –
минеральное сырье; ЗШМ –
строительный материал);
• Использовать цемент и бетон,
содержащий ЗШМ;
• Использование ЗШМ при строительстве
дорог;
• Развитие малого и среднего бизнеса в
сфере утилизации ЗШМ (наиболее
эффективно в случае признания ЗШО не
отходами, а ЗШМ или ППСУ);
• Внедрение существующих и разработка
новых технологий для использования
ЗШМ.
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗШМ
(ЗОЛОШЛАКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ)
Производство
глинозема
Производство
строительных
материалов
(цемента,
заполнителей –
зольного и
аглопоритового
гравия,
глиноземного
керамзита,
золосиликатного
кирпича, бетона,
стеновых
материалов золокерама)
Производство
сторительных
материалов
нового
поколения
(пористоисскуственной
древесины,
серных
нанокомпозици
онных
материалов)
Основные
направления
использования ЗШМ
(ППСУ)
Производство
ферросилиция,
редких и
редкоземельных
металлов
Для изоляции
различных
отходов и
закладочного
материала для
выработанного
горного
пространство
Производство коагулянтов и
сорбентов для
водоподготовки и очистки
сточных вод
В сельском
хозяйстве
Тушение
пожаров
АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЗШМ В РК
В Республике Казахстан производство электрической энергии осуществляется на 14 мощных ТЭС, где
сжигается в основном экибастузские угли. Дальнейшее развитие теплоэнергетики Казахстана базируется на
сжигании экибастузских углей. Недавно Сенат Парламента РК ратифицировал межправительственное соглашение
между Казахстаном и Республики Кореей «О строительстве и эксплуатации Балхашской тепловой электрической
станций». Ввод в эксплуатацию первого блока первого модуля (660 мегаватт) запланирован на октябрь 2017
года, а всего первого модуля (1 320 мегаватт) – на апрель 2018 года.
Принятый Закон очень важен с точки зрения энергетической безопасности Республики Казахстан, так как
строительство электростанции создает резерв необходимой энергетической мощности в южном Казахстане.
Угли экибастузского бассейна запасы, которого составляет более 11 млрд. тонн содержит до 50 % и более
золы, только при работе двух Экибастузских ГРЭС ежегодно выбрасывается более 15 млн. тонн золы, а при вводе
в эксплуатацию Балхашской ТЭС будет выбрасываться около 2 млн. тонн. В золе экибастузских углей содержится
SiO2 (~50%) и Al2O3 (~30%). При этом она состоит из химически стойких компонентов в виде муллита и кварца.
Такая зола высокоабразивна, что приводит к сильному абразивному износу поверхностей нагрева котла. Эта зола
высокодисперсна, кроме того она еще высокоомна, отсюда неэффективность работы электрофильтров.
Следствием всего этого является загрязнение атмосферы неуловленной силикозоопасной золой. Из-за недостатка
связывающих компонентов в золе не образуется твердая корка на золоотвалах и они пылят на ветру, вторично
загрязняя окружающую среду уже уловленной золой. В то же время минеральная часть топлива содержит такие
ценные компоненты как алюминий, железо и другие металлы, а также редкоземельные, редкие и рассеянные
элементы на добычу которых, доставку и измельчение в металлургической промышленности, затрачивается
много средств.
В Казахском Национальном Техническом Университете имени К.И.Сатпаева в течение ряда лет
разрабатываются научные основы и технологии комплексной переработки алюминийсодержащих золошлаков
экибастузских углей, которые могут быть источником обеспечения народного хозяйства солями алюминия,
глиноземом, ферросилицием, редкими металлами и другими продуктами.
Проведенные нами исследования по созданию научных основ и технологии щелочных и кислотных способов
позволили предложить новые технические решения и способы комплексной переработки бесщелочного
алюминийсодержащего сырья. Экономическая эффективность этих способов была определена сравнением
существующих или ранее применяемых технологии. При этом были использованы результаты исследовательских
работ и опытно-заводских испытаний, а так же фактические данные работы предприятий цветной металлургии и
химической промышленности.
Экибастузский
уголь
Известняк
СаО
Шихтовка
Обжиг
СО2
Сжигание в циклонной топке с
электрообогревателем накопителем
Турбина
ЛЭП
Пар
Жидкий шлам
Дымовые газы
Охлаждение и саморассыпание шлака
Ферросилиций
Грохочение
Производство стали
и чугуна
Алюмокальциевый шлак
Агитационное выщелачивание
Пульпа
Фильтрация и промывка шлама
Шлам
Белый
шлам
Алюминатный раствор
Промводы
Обескремнивание
Выпарка
Алюминатный раствор
Производство
стройматериалов
Карбонизация
Алюминатный раствор
Оборотный раствор
Al(OH)3
Кальцинация
Глинозем
Рисунок 3 – Принципиальная технологическая схема комплексной переработки
минеральной части энергетических углей
Пар
Экибастузский уголь
Известняк
Дробленный уголь или
пылеугольная смесь
уголь
Сжигание в циклонных топках или
топках КС
Пар
Турбина
ЛЭП
Жидкий шлак
Водная грануляция
Зола
низкотемпер
атурного
сжигания
Гранулированный
энергошлак
Измельчение
Сернокислотное выщелачивание 90-100°С
Разделение суспензии
На производство
сложных вяжущих
Шлам
Продукционный раствор
Цемент
Гидролитическое разложение, 230°С
Искусственный алунит
H2, Al6(SO4)4·(OH)12
Термическое разложение
Глинозем
Обезжелиз
ивание
сорбцией
Выпарка и грануляция
Сульфат алюминия
Регенерация серной кислоты
Рисунок 4 – Энерготехнологическая схема получения сульфата алюминия и глинозема из
энегошлаков и золы низкотемпературного сжигания экибастузских углей
Барьеры развития угольной энергетики в Казахстане
угольной энергетики
Угольная генерация:
- доля в производстве энергии – 80%;
-количество выбросов отрасли – более 250 млн.тонн.
В золоотвалах накоплено более 1 млрд. тонн ЗШМ.
В Казахстане ежегодный выход золошлаковых
материалов при сжигании углей составляет около 20 млн.т.
Ежегодно утилизируется и используется
не более 10% (2 млн.т) выхода ЗШО.
В Германии и Дании в производстве стройматериалов
используется до 100% годового выхода ЗШМ. В Германии в
настоящее время запрещено иметь золошлакоотвалы.
В США, Великобритании, Польше, Китае используется 50-70%
годового выхода ЗШМ.
Изменение в законодательстве Индии привело к повышению
объемов утилизации золы с 30% от годового выхода до 53%, что
составляет около 70 млн.т/год.
Низкий уровень утилизации ЗШМ – барьер на пути функционирования и развития
угольной генерации в Казахстане!
11
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Необходимо создание целостного комплекса правовых и нормативных
документов прямого действия и его постоянное совершенствование на основе
государственного финансирования системных исследований по проблеме
обращения с золошлаками ТЭС.
2. Формулирование
государственной
политики, стимулирующей
максимальную переработку золошлаков взамен природного сырья с целью
повышения экономической устойчивости и экологической безопасности
государства в целом.
3. Активное взаимодействие с международными и национальными
ассоциациями стран мирового сообщества по проблеме обращения с
золошлаками.
4. Разработка эффективной стратегии развития угольной генерации
Казахстана на базе современных «чистых» угольных технологий и
энерготехнологических комплексов с учетом возможного наращивания
потенциала совместного взаимодействия со странами СНГ и Мирового
сообщества в сфере ТЭК.
5. Реализация пилотных проектов современных «чистых» угольных
технологий в рамках частно-государственного партнерства с последующим их
тиражированием на ТЭС Казахстана.
6. Подготовка квалифицированных специалистов по проблеме обращения с
золошлаками.
БЛАГОДАРЮ ЗА
ВНИМАНИЕ!
13