blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-7-557-563blackmet-1371Research ArticleЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕECOLOGY AND RATIONAL USE OF NATURAL RESOURCESПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ТЭЦ. ЧАСТЬ 2CHALLENGES AND OPPORTUNITIES OF UTILIZATION OF ASH AND SLAG WASTE OF TPP (THERMAL POWER PLANT). PART 2ПодгородецкийГ. С.PodgorodetskiiG. S.

Кандидат технических наук, директор научно-образовательного центра «Инновационные металлургические технологии»

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Cand. Sci. (Eng.), Director of the Scientific and Educational Center “Innovative Metallurgical Technologies”

Moscow

podgs@misis.ruГорбуновВ. Б.GorbunovV. B.

Кандидат технических наук, зам. директора научно-образовательного центра «Инновационные металлургические технологии»

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Cand. Sci. (Eng.), Deputy Director of the Scientific and Educational Center “Innovative Metallurgical Technologies”

Moscow

vbg1953@mail.ruАгаповЕ. А.AgapovE. А.

Инженер 1-й категории научно-образовательного центра «Инновационные металлургические технологии»

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Engineer of the Scientific and Educational Center “In­novative Metallurgical Technologies”

Moscow

ageger@yandex.ruЕроховТ. В.ErokhovT. V.

Инженер 1-й категории научно-образовательного центра «Инновационные металлургические технологии»

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Engineer of the Scientific and Educational Center “In­novative Metallurgical Technologies”

Moscow

timofeyerokhov@gmail.comКозловаO. Н.KozlovaO. N.

Инженер 1-й категории научно-образовательного центра «Инновационные металлургические технологии»

119049, Москва, Ленинский пр., 4

 

Engineer of the Scientific and Educational Center “In­novative Metallurgical Technologies”

Moscow

o_kozlova1@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian Federation201828072018617557563Copyright © Подгородецкий Г.С., Горбунов В.Б., Агапов Е.А., Ерохов Т.В., Козлова O.Н., 20182018Подгородецкий Г.С., Горбунов В.Б., Агапов Е.А., Ерохов Т.В., Козлова O.Н.Podgorodetskii G.S., Gorbunov V.B., Agapov E.А., Erokhov T.V., Kozlova O.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1371

Для существующих и уже строящихся угольных ТЭЦ известные методы утилизации золошлаковых отходов (ЗШО) могут быть востребованы при учете всех возникающих новых экологических и экономических рисков, но для нового электрогенерирующего источ­ника при выборе технологии сжигания угля необходимо более существенно повышать значимость экологической составляющей проекта. Считается, что наиболее перспективными технологиями сжигания угля, повышающими экологическую безопасность именно методом сжигания, являются технологии на основе циркулирующего кипящего слоя. Они позволяют существенно снизить выбросы оксидов серы и азота за котлом, но решение проблемы золошлаковых отходов остается на прежнем уровне. Проблему утилизации ЗШО при реализации новых энергетических проектов или при замене выбывающих мощностей угольной генерации предлагается решить заменой сжигания угля в потоке или кипящем слое на сжигание твердого топлива в барботируемом шлаковом расплаве. Даны описания и схемы данных методов. Представлено сравнение основных качественных технических и экологических показателей технологий пылеугольного сжи­гания и сжигания в шлаковом расплаве. Развитие угольной генерации предполагается по двум основным направлениям: сжигание угля с повышением параметров пара и газогенерация с комбинированным циклом электрогенерации: паровым и газовым, основанным на га­зификации твердых топлив. Эти направления позволят увеличить электрическое КПД паросиловых установок от 30 – 36 до 44 – 45 % на сверхкритических параметрах пара, а при использовании парогазового комбинированного цикла до 50 – 55 %. Предложена технологическая схема газификации угля в шлаковом расплаве, повышающая электрический КПД установки. Показана экологическая и экономическая эффективность метода газификации твердого топлива и простота производства изделий из шлака методом литья. При этом качество литых шлакокаменных изделий значительно выше аналогичных цементно-песчаных изделий с добавлением золы уноса, а легкость перехода с одной формы литья на другую позволяет быстро реагировать на запросы рынка.  

For existing and already constructed coal TPP plants, known methods of utilization of fly ash and slag wastes (FASW) may be in de­mand when all emerging environmental and economic risks are taken into account. But for the new power generating source when choosing coal combustion technology, it is necessary to increase the significance of the environmental component of the project more essentially. It is known that the most promising technologies for coal combustion, which increase environmental safety exactly by burning, are technolo­gies based on a circulating fluidized bed. These technologies can sig­nificantly reduce sulfur and nitrogen oxide emissions behind the boiler, but the solution to the problem of flay ash and slag waste remains at the same level. It is proposed to solve the problem of FASW utilization during the implementation of new energy projects or when replacing the decommissioning capacities of coal generation by replacing the method of coal combustion in a stream or fluidized bed with meth­ods of burning solid fuel in a bubbling slag melt. The descriptions and schemes of these methods are given. The comparison of the main qual­itative technical and ecological parameters of pulverized coal combus­tion and technologies of coal combustion in slag melt is presented. The development of coal generation is expected in two main areas: coal combustion with increasing steam parameters and gas generation with a combined cycle of electricity generation: steam and gas, based on the gasification of solid fuels. These directions will allow achieving electric efficiency of steam-power plants from 30 – 36 %, up to 44 – 45 % on supercritical steam parameters, and using a combined steam-gas cycle up to 50 – 55 %. A technological scheme of gasification of coal in a slag melt is proposed, which increases the electrical efficiency of the installation. The ecological and economic efficiency of the gasifica­tion method for solid fuel and the simplicity of the production of slag products by casting are shown. The quality of cast slagstone products is much higher than similar cement-sand products with the addition of fly ash, and the ease of transition from one casting mold to another allows quickly responding to market demands.  

угольутилизация золошлаковых отходовгазификациябарботажшлаковый расплавшлакокаменное литьеcoalutilization of ash and slag wastesgasificationbubblingslag meltslagstone castingReferencesПодгородецкий Г.С., Горбунов В.Б., Агапов Е.А. и др. Проблемы и перспективы утилизации золошлаковых отходов ТЭЦ. Часть 1 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 6. С. 439 – 446.Podgorodetskii G.S., Gorbunov V.B., Agapov E.A., Erokhov T.V., Kozlova O.N. Challenges and opportunities utilization of ash and slag waste of TPP (thermal power plant). Part 1. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018, vol. 61, no. 6, pp. 439–446. (In Russ.).Родионов В.Г. Энергетика: проблемы настоящего и возможно¬сти будущего. – М.: ЭНАС, 2010. – 352 с.Rodionov V.G. Energetika: problemy nastoyashchego i vozmozh¬nosti budushchego [Electric power industry: challenges of the present and opportunities for the future]. Moscow: ENAS, 2010, 352 p. (In Russ.).Рябов Г.А. Перспективы освоения технологии сжигания угля в циркулирующем кипящем слое на российских угольных ТЭС: Междунар. науч.-практич. конф. «УгольЭко-2016». 27–28 сен¬тября 2016 г. Москва, НИУ «МЭИ». [Электронный ресурс] URL: http://coaleco.ru/wp-content/uploads/2016/10/3-RyabovVTI-Coaleco2016.pdf. (дата обращения 16.04. 2018).Ryabov G.A. Prospects for mastering the technology of coal combustion in the circulating fluidized bed at Russian coal TPP. In: Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya “Ugol’Eko-2016” TES 27–28 sentyabrya 2016 goda, MEI, g. Mosk¬va [Int. Sci. and Pract. Conf. “Ugol’Eco-2016” TPP, September 27-28, 2016, MPEI, Moscow]. Electronic resource. Available at URL: http://coaleco.ru/wp-content/uploads/2016/10/3-RyabovVTI-Coaleco2016.pdf. (Accessed 16.04. 2018). (In Russ.).Рябов Г.А., Толчинский Е.Н., Надыров И.И. и др. Применение котлов с циркулирующим кипящим слоем для замены уста¬ревших пылеугольных котлов // Теплоэнергетика. 2000. № 8. С. 14 – 19.Ryabov G.A., Tolchinskii E.N., Nadyrov I.I., Folomeev O.M., Trukhachev S.N., Shaposhnik D.A. Using boilers with a circulating fluidized bed to replace old pulverized-coal boilers. Thermal Engi¬neering. 2000, vol. 48, no. 8, pp. 679–686.Goral A.D. Lagisza 460 MWe Supercritical CFB. Design, start-up and initial operation experience. Foster Wheeler Energia Polska. Presentation. Coal-Gen Europe. Septetember 1 – 4, 2009. Katowice, Poland, 2009.Goral A.D. Lagisza 460 MWe Supercritical CFB. Design, start-up and initial operation experience. Foster Wheeler Energia Polska. Presentation. Coal-Gen Europe. Septetember 1 – 4, 2009. Katowice, Poland, 2009.Ванюков A.B., Быстров В.П., Васкевич А.Д. Плавка в жидкой ванне. – М.: Металлургия, 1988. – 208 с.Vanyukov A.B., Bystrov V.P., Vaskevich A.D. Plavka v zhidkoi vanne [Melting in liquid bath]. Moscow: Metallurgiya, 1988, 208 p. (In Russ.).Процесс Ромелт / Под ред. В.А. Роменца. – М: МИСиС, Изд. дом «Руда и металлы», 2005. – 400 с.Protsess Romelt [Romelt process]. Roments V.A. ed. Moscow: MISiS, ID Ruda i metally, 2005, 400 p. (In Russ.).Дьяков А.Ф., Мадоян А.А., Доброхотов В.И. и др. Новые под¬ходы к технологии использования твердого топлива в электроэ¬нергетике // Теплоэнергетика. 1998. № 2. С. 14 – 19.D’yakov A.F., Madoyan A.A., Dobrokhotov V.I., Levchenko G.I., Kushnarev F.A., Khristich L.M. New approaches to using solid fuel in the electric power industry. Thermal Engineering. 1998, vol. 45, no. 2, pp. 103–108.Баласанов А.В., Лехерзак В.Е., Роменец В.А. Газификация угля в шлаковом расплаве. – М.: Институт Стальпроект, 2008. – 288 с.Balasanov A.V., Lekherzak V.E., Romenets V.A. Gazifikatsiya ug¬lya v shlakovom rasplave: Monografiya [Coal gasification in slag melt: Monograph]. Moscow: Institut Stal’proekt, 2008, 288 p. (In Russ.).Комков А.А., Баласанов А.В., Дитятовский Л.И. и др. Пи¬рометаллургическая технология как эффективный способ утилизации золошлаковых отходов и безотходного сжигания различных типов твердого топлива // Уголь. 2013. № 9 (1050). С. 65 – 70.Komkov A.A., Balasanov A.V., Dityatovskii L.I. etc. Pyrometal¬lurgical technology as an effective method of ash and slag waste disposal and waste-free combustion of various types of solid fuel. Ugol’. 2013, no. 9 (1050), pp. 65–70. (In Russ.).Гарбер В., Серат М. Энергетический котел с сжиганием угля в барботируемом шлаковом расплаве: Междунар. науч.-практич. конф. «УгольЭко-2016». 27 – 28 сентября 2016 г. Москва, НИУ «МЭИ». [Электронный ресурс] URL: http://coaleco.ru/news/ coaleco-2016-presentations/ (дата обращения 16.04. 2018).Garber V., Serat M. Energy boiler with coal combustion in a bub¬bling slag melt. In: Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya “Ugol’Eko-2016”, 27 – 28 sentyabrya 2016 goda, MEI, g. Moskva [Int. Sci. and Pract. Conf. “Ugol’Eco-2016” TPP, September 27-28, 2016, MPEI, Moscow]. Electronic resource. Available at URL: http://coaleco.ru/news/coaleco-2016-presenta¬tions/ (Accessed 16.04. 2018). (In Russ.).Валавин В.С., Роменец В.А., Похвиснев Ю.В. и др. Техниче¬ские и проектные решения по вдуванию пылеугольного топли¬ва (ПУТ) в шлаковую ванну печи Ромелт // Тр. Шестой Между¬нар. науч.-практич. конф. «Энергосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология». – М.: МИСиС, 2012. С. 77 – 85.Valavin V.S., Romenets V.A., Pokhvisnev Yu.V., Makeev S.A. etc. Technical and design solutions for the injection of pulverized coal (PUT) into the slag bath of the Romelt furnace. In: Trudy shestoi mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii “Energos-beregayushchie tekhnologii v promyshlennosti. Pechnye agregaty. Ekologiya” [Proceedings of the Sixth Int. Sci. and Pract. Conf. “Energy Saving Technologies in Industry. Furnace aggregates. Ecology”]. Moscow: MISiS, 2012, pp. 77–85. (In Russ.).Тумановский А.Г. Перспективы развития угольных ТЭС Рос¬сии // Теплоэнергетика. 2017. № 6. С. 3 – 13.Tumanovskii A.G. Prospects for the development of coal-steam plants in Russia. Teploenergetika. 2017, vol. 64, no. 6, pp. 399–407.Славинская Л. Газификация угля: мировые тенденции // Нефте¬газовая вертикаль. 2011. № 18. С. 13 – 16.Slavinskaya L. Coal gasification: world trends. Neftegazovaya ver¬tikal’. 2011, no. 18, pp. 13–16. (In Russ.).Инновационные проекты в российской энергетике. Фонд «Энергия без границ» [Электронный ресурс] URL: http:// energy-fund.ru/upload/docs/Фонд_Энергия_Буклет.pdf. (дата об¬ращения 04.04. 2018).Innovatsionnye proekty v rossiiskoi energetike. Fond “Energiya bez granits” [Innovative projects in the Russian energy sector. Founda¬tion “Energy without Borders”]. Electronic resource. Available at URL: http://energy-fund.ru/upload/docs/Fond_EHnergiya_Buklet. pdf. (Accessed 04.04. 2018). (In Russ.).Кожуховский И.С., Алешинский Р.Е., Говсиевич Е.Р. Проблемы и перспективы угольной генерации в России // Уголь. 2016. № 2. С. 4 – 15.Kozhukhovskii I.S., Aleshinskii R.E., Govsievich E.R. Challeng¬es and prospects of coal generation in Russia. Ugol’. 2016, no. 2, pp. 4–15. (In Russ.).Подгородецкий Г.С., Юсфин Ю.С., Сажин А.Ю. и др. Совре¬менные тенденции развития технологии производства генера¬торных газов из различных видов твердого топлива. // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 6. С. 393 – 401.Podgorodetskii G.S., Yusfin Yu.S., Sazhin A.Yu., Gorbunov V.B., Polulyakh L.A. Manufacturing trends of generator gases from dif¬ferent types of solid fuel. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2015, vol. 58, no. 6, pp. 393–401. (In Russ.).Гусев К.П., Ларичкин В.В., Ларичкина Н.И. Перспективы ис¬пользования золошлаковых отходов теплоэнергетики Сибири в производстве тротуарного камня // Известия Самарского на¬учного центра РАН. 2011.Т. 13. № 1.С. 2058 – 2061.Gusev K.P., Larichkin V.V., Larichkina N.I. Prospects of using the ashes waste from Siberia power system in manufacture the paving tile. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. 2011, vol. 13, no. 1, pp. 2058–2061. (In Russ.).Строительство ТЭЦ в г. Советская Гавань Хабаровского края. Проектная документация. Раздел 12. Подраздел 3. «Оценка воз¬действия объекта на окружающую среду». Институт «СибВНИ¬ПИэнергопром». Иркутский филиал. 2012 г.Stroitel’stvo TETs v g. Sovetskaya Gavan’ Khabarovskogo kraya. Proektnaya dokumentatsiya. Razdel 12. Podrazdel 3: Otsenka voz¬deistviya ob”ekta na okruzhayushchuyu sredu [Construction of a TPP plant in Sovetskaya Gavan, Khabarovsk Territory. Project documentation. Section 12. Subsection 3. Assessment of the impact of the facility on the environment]. Irkutsk: SibVNIPIenergoprom. Irkutskii filial, 2012. (In Russ.).Постановление Правительства РФ от 13 сентября 2016 г. № 913 «О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах».Postanovlenie Pravitel’stva RF ot 13 sentyabrya 2016 g. № 913 “O stavkakh platy za negativnoe vozdeistvie na okruzhayushchuyu sredu i dopolnitel’nykh koeffitsientakh” [Resolution of the Govern¬ment of the Russian Federation of September 13, 2016 No. 913 “On rates of payment for the negative impact on environment and ad¬ditional coefficients”].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.