Разработка технологической схемы процессов сжигания топлива и водоподготовки, а также утилизации отходов промышленного производства

     Введение
     
     Электрическая энергия – это ресурс, без которого человечество не может обойтись в настоящее время. Производством электроэнергии занимаются тепловые электрические станции и являются одними из крупнейших водопотребителей. Наряду с органическим топливом, вода является важным природным ресурсом, который необходим для выработки электрической и тепловой энергии, а также для транспортировки последней до потребителя. Актуальность выпускной квалификационной работы заключается в том, что вода, которая используется в процессе производства энергии на тепловых энергетических станциях (ТЭЦ), требует особой подготовки, а также образуются значительные объемы золошлаковых отходов, которые, занимая большие площади производственной зоны, загрязняют окружающую среду. Для снижения техногенной нагрузки часть отходов наиболее экономично и экологически рационально использовать в строительной практике, где широко применяют как неклассифицированные золы, так и золы после предварительного обогащения или разделения на компоненты.  
      Целью работы является разработка технологической схемы процессов сжигания топлива и водоподготовки, а также утилизации отходов промышленного производства. 
     Для решения поставленной цели определены следующие задачи:
 оценка воздействия ТЭЦ на окружающую среду;
 изучение технической и патентной литературы по основным технологическим процессам ТЭЦ;
 создание и описание процесса выработки электроэнергии при сжигании твердого топлива
 создание и описание процесса водоподготовки ТЭЦ;
 создание и описание технологической схемы утилизации твердых отходов ТЭЦ;
 теоретическое и практическое исследование применения золы-уноса в строительных смесях;
 расчет материальных и тепловых балансов;
 расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования.

     1 Характеристика ТЭЦ и исходные данные проектирования
     В процессе выработки электроэнергии на ТЭЦ используются три вида топлива: уголь, природный газ и мазут. Исходя из месторасположения станции, в качестве твердого топлива могут быть использованы разные виды угля. В Кировской области одним из самых распространенных видов топлива является кузнецкий уголь, который используется в осенне-зимний период года. Летом станции отапливаются природным газом, так как в теплое время года мощность ТЭЦ снижается. А основную часть природного газа составляет метан — до 98 %. В состав природного газа могут входить алканы до четырех атомов углерода в составе, а также неорганические соединения, такие как водород, углекислый газ, азот.
     На промышленной площадке станции хранится мазут, который может применяться в технологии только в экстренных и аварийных ситуациях. 
        Исходная проектная мощность взята на примере Кировской ТЭЦ-4: 
     -по электроэнергии – 320 мВт.; 
     -по отпуску тепла – 1378 Гкал/ч.; 
     -в том числе – 166 Гкал с паром производственных отборов. [1]
     Характеристика кузнецкого угля и состав золы кузнецких углей приведены в таблицах 1-2. [2]
     
     2 Оценка воздействия ТЭЦ на окружающую среду
     В процессе планирования хозяйственной деятельности необходимо учитывать аспекты различных сфер влияния. Необходимо выбрать лучшее место для строительства, разработать качественную и эффективную технологию производства, соблюдать все нормативные документы. А согласно ст. 32 N7-ФЗ, для планируемой хозяйственной деятельности требуется процедура оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС), которая должна проводиться, если планируемая деятельность может оказать воздействие на окружающую среду. ОВОС проводится с целью анализа экологического состояния территории и сделать качественный прогноз возможных изменений окружающей среды при реализации намечаемой деятельности и ее негативных последствий. В ОВОС описывается первоначальное состояние окружающей среды и области, которые могут быть затронуты в результате воздействия деятельности. ОВОС помогает найти оптимальные решения для проектирования технологии, а также снизить неблагоприятное воздействие на природу. Оценка воздействия ТЭЦ на окружающую среду является на примере Кировской ТЭЦ-4, которая является одной из мощнейших станций в Кировской области, находящейся по адресу: ул. Луганская, д.51. Территория ТЭЦ-4 показана на карте в приложении А. Территория производственного предприятия располагается в северно-западной части г. Кирова в районе д.Чукавино, площадь занимаемой территории 516 га. 
     В настоящее время ТЭЦ-4 занимает 270 га, в т.ч.: 
     -90 га – непосредственно промплощадка; 
     -149 га – золоотвалы;
     -17 га – резервные склады торфа. [3]		
     
     2.1 Описание окружающей среды, которая может быть затронута деятельностью ТЭЦ
     Состояние атмосферного воздуха. В 2017 году не было выявлено никаких отклонений от устойчивого состояния атмосферного воздуха в Кирове. Состояние наблюдалось без превышения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ.
     По данным Кировского центра по гидрометеорологии уровень загрязнения воздуха в области низкий.
     Состояние поверхностных вод. Территория ТЭЦ-4 относится к водохозяйственному участку № 10.01.03.002 (акватория р. Вятка от истока до г. Вятка без р. Чепца). Ближайшими к станции водотоками являются р.Люльченка и р.Чернушка. 
     Наиболее распространёнными загрязняющими веществами в поверхностных и подземных водотоках области считаются железо, оксиды азота и серы, органические вещества, в том числе нефтепродукты и фенолы. 
     Кислородный режим водных объектов в 2017 году был удовлетворительным, среднегодовое содержание растворенного кислорода в поверхностных водах составило 8,95 мг О2/дм3 – в р. Вятке. 
     Качество воды реки Вятки в фоновом разрезе на входе в область оценивается по третьему классу (загрязненные и очень загрязненные воды). В отчетном периоде наблюдалось увеличение концентрации железа в три раза выше нормы и органических веществ, в том числе нефтепродуктов и фенолов по величине ХПК в полтора раза выше нормы. В 2017 году массовый сброс загрязняющих веществ, поступающих в поверхностные водные объекты со сточными водами, снизился по большинству показателей.
     Увеличение концентрации ионов железа для области является нормальным в пределах трех-четырех кратных превышений. Повышенная концентрация железа в реке Вятке отмечалась во всех наблюдениях. Наличие в поверхностных водах большого количества соединений железа обусловлено особенностями природной среды, а так же наличием человеческого фактора.
     Повышенные значения ХПК в воде р. Вятки в 2017 году отмечены во всех наблюдаемых участках. Среднеквартальное значение химического показателя кислорода изменялась в диапазоне 12,3–54,5 мгО2/дм3, что превышает норму больше, чем в три раза. Пиковые значения фиксировались в тех же створах р. Люльченки.
     Среднеквартальная концентрация нефтепродуктов в р. Вятке варьировала в широком диапазоне 0,01–3,88 мг/дм3 (77,6 ПДК). Превышения ПДК отмечены во 2 и 4 кв., экстремально высокая концентрация, спровоцированная неизвестным источником загрязнения, зафиксированная в ноябре, в створе водозабора р.Люльченки (226 ПДК).
     Содержание хлоридов, сульфатов, сухого остатка, нитрат-ионов в поверхностных водах во всех контролируемых участках, как и в 2016 году, было значительно ниже предельно допустимых концентраций.
     Состояние почвенного покрова.  Неоднородность почвенного покрова земель, эксплуатируемых в сельском хозяйстве Кировской области, проявляется в разных типах почвообразования, в составе почвообразующих пород и в механическом составе. Преобладают дерново-подзолистые почвы, в южной зоне области встречаются светло-серые лесные почвы.
     Почвенное плодородие  в регионе низкое, что характерно для естественнго  плодородия дерново-подзолистых почв. В целом, по области практически все почвы региона имеют острый дефицит по кобальту, молибдену и цинку. 
     Таким образом, фоновое состояние окружающей среды на данной территории позволяет реализацию деятельности ТЭЦ. [4]
     
     2.2 Описание возможных видов воздействия на окружающую среду
     Воздействие на атмосферу. ТЭЦ чаще всего относится к предприятиям второго класса опасности, которым рекомендуется иметь санитарно-защитную зону 500 м. Основными источниками выбросов загрязняющих веществ на заводе являются источники высотой 150 м, с температурой  выхода газовой смеси – 100°С.
     Фоновые концентрации вредных веществ, содержащихся в выбросах загрязняющих веществ с учетом вклада ТЭЦ-4 указаны в таблице 3.
     В атмосферу выбрасываются 10 загрязняющих веществ, указанных в таблице 4,  из которых: 4 – твердых; 6 – газообразных/жидких. [5]
     Ситуаций, которые сопровождаются залповыми выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, из-за особенностей технологического процесса ТЭЦ, нет. 
     В случае нарушения работы золоуловителей работа котлов немедленно прекращается. Аварийные выбросы при существующей технологии производства исключаются. 
     Источниками шумовых воздействий в турбинном цехе (на примере Кировской ТЭЦ-4) являются 4 существующие и две спроектируемые турбины, а также 9 питающих и 15 сетевых насосов.
     Источниками шума (на примере Кировской ТЭЦ-4), определяющими шумовое воздействие на окружающую среду, являются открытые установленные силовые трансформаторы (8 шт.), а также два силовых трансформатора.
     По результатам расчетов, уровень звука за наружной стенкой турбинного цеха составляет 32,3 дБА. Дальнейшие расчеты нецелесообразны, ввиду того, что уровень звука уже на внешней стене ниже стандартного в жилой зоне, в ночное время. [6]
     Воздействие на поверхностные воды. На примере Кировской ТЭЦ-4 показано, что ТЭЦ осуществляет сброс сточных вод в 5 выпусках: выпуск  1 - ручей без названия, 2 - ручей без названия, 3 - р. Люльченка, 4 - р. Чернушка, 5 – р. Вятка.
     Объем потребляемой станцией исходной воды составляет в среднем 1200 м3/ч. Годовое водопотребление – около 10 млн. м3 при наличии системы рециркуляции охлаждающей воды. Таким образом, водозабор на предприятии является достаточно значительным, учитывая потери воды при испарении в градирнях. Масштабный водозабор может привести к негативным последствиям, таким как изменение гидродинамического режима рек, их измельчение и обмеление.
      Поверхностное загрязнение водоемов может быть не только химическим, но и физическим. В случае с ТЭЦ происходит тепловое загрязнение водоемов  в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями. Сброс таких сточных вод приведет к повышению температуры воды в водоемах на 6-8 ?, что помешает обмену воды между поверхностным и нижним слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его увеличивается, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих биологические органические вещества.
      Также в сточных водах, рассмотренных на примере Кировской ТЭЦ-4, содержатся взвешенные вещества и нефтепродукты, которые приводят к загрязнению рек, в которые сбрасываются сточные воды.
     Воздействие на почву. Основным воздействием на почвенный покров является хранение золошлаковых отходов на больших площадях. Например, площадь золошлакоотвала ТЭЦ-4 составляет 1490000 м2, объем – 20010000 м3. Несмотря на то, что основное количество золы улавливается мокрыми золоуловителями, все же в атмосферу вместе с выбросами дымовых газов ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей, которые приводят к запыленности атмосферы. Например, в Кировской области за 2016 год выброс загрязняющих веществ от стационарных источников ТЭЦ составил 58,068 тыс. тонн. 
     Явление запыленности воздуха представляет собой массу твердых частиц, которые присутствуют в единице объема воздуха. Таким образом, твердые частицы золы, содержащиеся в воздухе, попадают в органы дыхания человека и других организмов, приводят к обострению бронхо-легочных заболеваний, например, астмы. 
      Твердые частицы, попадая в атмосферу, оседают на поверхности почвы, растений.
      В открытых угольных складах осадки и талые воды могут смешиваться с топливом, а водорастворимые элементы из угля перейдут в данную воду. Такая вода, попадая в почву, переносит в грунт растворенные элементы, такие как тяжелые металлы и их оксиды. [7]
     Воздействие отходов ТЭЦ на окружающую среду.  В процессе производства электроэнергии побочным продуктом являются дымовые газы. В случае полного сгорания топлива дымовые газы состоят из двуокиси серы, двуокиси углерода, водяного пара, образованного при испарении влаги топлива и сгорания водорода, азота, подводимого в печь с воздухом, и кислорода, не использованного при сжигании. При сгорании топлива образуются золы и шлаки, которые среди промышленных отходов занимают одно из первых мест по объему образования. Зола и шлак являются твердыми отходами, которые по своему составу близки к металлургическим шлакам. 
     Зола представляет собой негорючий остаток, который образуется из неорганического топлива, вид и состав которого определяют состав золы. Золы ТЭЦ в Кировской области образуются при сжигании кузнецкого угля из его минеральной части, содержащей глинистые вещества, кварцевые, а также карбонатные породы. При сгорании измельченного топлива мелкие и летучие частицы золы удаляются вместе с дымовыми газами, такую золу принято называть «зола-уноса». Гранулометрический состав золы-уноса показан в таблице 5. 
     Шлак представляет собой зернистый материал с размером зерен 0,3-20 мм, который образуется из расплава минеральной части топлива. Шлаки на ТЭЦ получаются в процессе сжигании угля двумя способами: слоевым и пылевидным (однокамерным). В первом способе шлаки могут образоваться неоднородными по химико-минералогическому составу структуры. При пылевидном способе шлаки получаются более постоянного минералогического состава и тонкопористой стекловатой структуры.
     Как было рассмотрено выше, на ТЭЦ образуется два основных отхода – зола-уноса и золошлаковая смесь. Несмотря на то, что оба отхода образуются от сжигания топлива и в одном котле, их относят к разным классам опасности. В силу статьи 4.1 Федерального закона N 89-ФЗ отходы делят на пять классов опасности. 
     Таким образом, по Федеральному классификационному каталогу отходов, золошлаковая смесь относится к отходам 5 класса опасности, то есть практически неопасные отходы, а летучая зола – к четвертому, то есть малоопасные. 
     В соответствии с данными статьи 14 Федерального закона N 89-ФЗ предприятие обязано самостоятельно утверждать, к какому классу опасности относятся отходы, которые образуются в результате осуществления деятельности данного предприятия. 
     По данным исследований Росприроднадзора на основании результатов биотестирования подготовлены выводы, согласно которым золошлаковая смесь от сжигания углей практически неопасная с золоотвала Кировской ТЭЦ-4 относятся к IV классу опасности.
     Как было сказано выше, в процессе работы ТЭЦ образуется большое количество золошлаковых отходов. Для хранения этих отходов создаются золошлакоотвалы, которые являются центрами накопления тяжелых металлов, таких как алюминий и железо, и повышенной радиоактивности. Если при проектировании золоотвала допущены ошибки или учтены не все факторы влияния, то зола будет переноситься ветром на значительные расстояния. Кроме того, что зола загрязняет атмосферу, оседая на землю, она скапливается, покрывая поверхность почвы плотным слоем. Вместе с дождём элементы, содержащиеся в золе и шлаках, попадают в грунтовые воды, тем самым загрязняя их.
     Только в 4 золошлакоотвалах, принадлежащих Кировскому филиалу открытого акционерного общества «Территориальная генерирующая компания N 5», размещено более 21 млн. тонн ЗШО. [8]
     
      2.3 Меры по предотвращению или снижению негативного воздействия ТЭЦ  на окружающую среду
     Минимизация воздействия на атмосферный воздух. Для очистки дымовых газов от твердых частиц сажи и угольной золы, проектом предусматривается использование мокрых золоуловителей с трубами Вентури, эффективность которых показана в таблице 6. Удаление дымовых газов осуществляется от каждого парового котла через дымоходы – организованные источники загрязнения атмосферы. Температура уходящих газов составляет плюс 134°С.
     Хранение твердого топлива осуществляется на открытом угольном складе, вместимость которого составляет месячный запас. Погрузка и пересыпка угля приводит к выделению следующих загрязняющих веществ: пыль неорганическая ниже 70% двуокись кремния, азота диоксид, азота оксид, ангидрид сернистый, углерод оксид, сажа, керосин.
     От ветрового пылеуноса с поверхности штабеля угля на складе устанавливается пылезащитные сетчатые решетки. Эффективность пылеподавления сетки, в среднем, составляет 95,7%. [9]
     Минимизация воздействия на поверхностные воды. На ТЭЦ-4 расположен комплекс очистных сооружений. Комплекс включает в себя очистные сооружения ливневых стоков, очистные сооружения замасленно-замазученных стоков (ОЗЗС), станцию нейтрализации оборотной воды гидрозолоудаления (ГЗУ) дымовыми газами, новую станцию возврата осветленной воды с золоотвала с увеличением производительности с 900 м3/час до 1250 м3/час. Эти средства и методы очистки, применяемые на них, рассмотрены в таблице 7. [10]
     На все выпуски имеется лицензия водопользования и разрешение на сброс загрязняющих веществ в поверхностные водоемы со сточными водами. 
     Минимизация воздействия на почвенный покров. Большую часть электрический станций объединяет проблема хранения ЗШО. На данный момент д ?стичь минимизации в?здействия на п?чвенный п?кров не удал?сь, так как зол?шлак?вые ?тх?ды, к?т?рые нах?дятся на ?твалах, не исп?льзуются для рекуперации ?тходов (хотя данн?е направление активн? изучается), соответственн?, занимают б?льшие террит?рии. Поэтому мер п? снижению возможного негативного воздействия на почвенный покров недостаточно. Необходимо разрабатывать линии утилизации золошлаковых отходов, после чего деятельность на ТЭЦ может быть реализована.
     Резюме нетехнического характера. Можно сделать вывод, что предприятие проводит мероприятия по снижению негативного воздействия на окружающую среду. Но осуществление данной деятельности требует обязательного улучшения в вопросе снижения негативного воздействия на почвенный покров.
     
     3 Литературный обзор
     
     3.1 Процесс сгорания топлива
     Во время сжигания органического топлива выделяется большое количество тепла. В паровом котле подготовленная вода поглощает тепловую энергию и превращается в пар. Нагретый пар при высоком давлении из котла поступает на лопасти паровой турбины, проходит через форсунки, где получает высокую скорость и направляется на лопатки турбины. Кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращающегося ротора турбогенератора и затем в электрическую энергию. Выходящий из турбины пар, обладает ещё достаточно большим запасом тепла, который можно использовать в различных целях. Остальной пар поступает в конденсатор, где охлаждается циркуляционной водой. 
     Описанные выше, применяемые в процессе производства электроэнергии на ТЭЦ три вида топлива: уголь, природный газ и мазут. В зависимости от времени года и объемов производства выбирается один из видов топлива. Побочными продуктами процесса сгорания топлива являются золошлаковые отходы и дымовые газы. ЗШО требуют дальнейшего вывода из технологии процесса сгорания и утилизации, а дымовые газы необходимо очистить от кислотных оксидов.
     3.2 Процесс водоподготовки
     На рисунке 1 представлена структурная схема водопотребления ТЭЦ, где указаны основные потоки и последовательность использования различных видов воды. 
     Рисунок 1 - Схема использования воды на ТЭЦ:  ПТ – паровая турбина,  ГЗУ – гидрозолоудаление,  МЗ – мокрое золоулавливание,  ЗШО – золошлакоотвал,  ХВО – химводоочистка.
     Таким образом, природная вода из реки Вятка должна пройти специальную подготовку перед тем, как ее будут использовать для основной технологии. Данная подготовка называется химическая водоочистка (ХВО). ХВО делится на три этапа: предочистка, подготовка сетевой воды, подготовка питательной воды. Ступень предочистки подразумевает механическое удаление примесей с помощью фильтрования или коагуляции. А чаще всего предочистка включает в себя и удаление грубодисперсных примесей через механический фильтр, и коагуляциию коллоидных примесей. Этапы подготовки сетевой и питательной воды одинаковые – обессоливание, удаление растворенных газов. Отличие сетевой воды от питательной состоит в качестве воды. Питательная вода предназначена для основного процесса получения электрической и тепловой энергии, то есть направляется в паровой котел, поэтому требует более тщательной очистки, чем сетевая, которая направляется в городскую сеть. Следовательно, для приготовления питательной воды увеличивают количество ионообменных колонн и деаэраторов. 
     В процессе ХВО воду обессоливают, то есть удаляют ионы жесткости – ионы кальция и магния. Это необходимо, в первую очередь, для предотвращения образования накипи на стенках парового котла, из-за которой происходит замедление нагревания воды и нарушение работы котла, что может привести к неисправностям оборудования и его поломке. Для удаления ионов жесткости используют метод ионного обмена, который заключается в задержании данных ионов ионообменной смолой. Существует два способа пропускания исходной воды через ионообменную колонну - прямоточный и противоточный. Чаще всего для очищения воды от ионов жесткости используют именно прямоточный метод очистки, потому что он не требует создания дополнительного давления (дополнительные расходы на насосы и их обслуживание). А противоточную систему пропускания раствора чаще всего используют при регенерации ионообменной смолы. В данном случае благодаря противотоку уменьшается расход регенерирующего раствора (по сравнению с прямоточной системой) в 1.5-2 раза и очистка смолы происходит эффективнее. 
     Также для удаления ионов жесткости могут быть использованы установки обратного осмоса и нанофильтрации, принцип действия которых заключен в задерживании ионов кальция и магния в мембранах. Преимуществом данных методов является высокая степень очистки воды, приближенная к дистиллированной воде. Обратноосмотическая мембрана способна задержать все растворенные в воде примеси и ионы, но пропускает воду. Недостатком метода обратного осмоса является высокая стоимость оборудования, особенно в промышленных масштабах при замене или проектировании линии ХВО, а также высоко концентрированная сточная вода, которая образуется при регенерации мембраны обратноосмотической установки. Минусом такого концентрата является неоднородность его состава, что затрудняет его утилизацию или очистку воды. 
     После удаления ионов жесткости вода проходит через деаэраторы и декарбонизатор, в которых происходит удаление растворенных газов из воды. [11]
     
     3.3 Процесс очистки сточных вод ТЭЦ
     Сточная вода – это вода, которая использовалась для бытовых, промышленных или сельскохозяйственных целей и прошла через любую загрязненную территорию. Сточными водами ТЭЦ являются растворы после процесса регенерации ионообменных колонн, вода системы гидрозолоудаления и мокрого золоудаления, системы водяного охлаждения. 
     Приступая к очистке сточных вод, в первую очередь, нужно определить, как образовалась сточная вода, так как от процесса ее образования зависит способ очистки. [12]
     Сточная вода ГЗУ – это вода, с помощью которой из парового котла и мокрого золоуловителя удаляют золошлаковые отходы. Такая вода содержит в себе мелкие примеси (частицы ЗШО) и незначительное количество растворенных ионов железа, алюминия, сульфат- и карбонат-ионов. Для очистки такой сточной воды чаще всего используют два механических метода – это отстаивание воды на золоотвале и фильтрование. Суть обоих методов состоит в очистке воды от мелких примесей. После очистки воду отправляют для использования на вспомогательных технических процессах.
     В регенерационных растворах и воде после промывки ионообменных колонн содержится большое количество солей, которые нельзя удалять таким же ионообменным способом, потому что это приведет к увеличению растворенных солей. Для очистки таких солей используют мембранный метод: сначала воду подвергают нанофильтрации, затем прогоняют через установку обратного осмоса. Таким образом происходит концентрирование солей в мембране установки и достигается высокая степень очистки воды. Недостатком данного метода является сложность утилизации солевого концентрата после очистки воды. Солевой концентрат состоит из разных катионов и анионов, поэтому на данный момент не существует универсального метода утилизации. Но снизить концентрацию веществ можно избирательными реагентными методами – вывести соли в осадок для дальнейшей утилизации или применения в каком-либо производстве. 
     По экспериментальным данным снизить содержание ионов в солевом концентрате можно при помощи процесса адсорбции. В порах адсорбента будут задерживаться растворенные в воде вещества, тем самым вода будет очищаться и ее можно будет использовать во вспомогательных технических процессах, таких как гидрозолоудаление (система ГЗУ не требует высокой степени очистки воды). [13]
     В качестве адсорбента можно использовать активированный уголь, цеолит или золу-уноса ТЭЦ. Использование золы-уноса имеет ряд преимуществ, главными из которых являются дешевизна и наличие прямо на производственной территории. Зола-уноса по своему составу близка к цеолитам – тоже состоит из оксидов натрия, алюминия и кремния. Дополнительные адсорбирующие свойства золе-уноса придает уголь, который находится в составе золы и составляет примерно 15% от всех компонентов. Из рисунка 2 видно, что поверхность частиц золы-уноса неровная, шероховатая и с мелкими порами. Именно благодаря порам возможен процесс адсорбции золой-уноса. [30]
     
     Рисунок 2 – Поверхность золы-уноса
     3.4 Способы рекуперации отходов ТЭЦ
     В основном, ЗШО являются сырьем для производства строительных материалов. 
     Производство бетонов. Технологию производства бетона можно представить следующей схемой (рисунок 3).
     Рисунок 3 – Технология производства бетона
     Компонентами бетонной смеси являются цемент, заполнитель и вода. Каждый компонент выполняет свою техническую роль в смеси. 
     Цемент – главное вещество  в смеси, выполняет роль связующего материала, на основе которого замешивают бетонную смесь. В качестве наполнителя может использоваться песок (чаще всего), щебень, строительная крошка и ЗШО. Размер фракции заполнителя должен составлять от 0,65 мм до 2,5 мм. Основная цель наполнителя – заполнить межзерновые пустоты, чтобы уменьшить расход цемента и улучшить свойства смеси. Преимуществом использования золы ТЭЦ в качестве заполнителя является мелкий размер фракций, благодаря которому создается плотная упаковка частиц в межпоровой перегородке бетона. Если же в процессе формования не будет соблюдено условие достаточной плотной упаковки, то в процессе сушки могут развиться усадочные явления. А явление усадки негативно сказывается на характеристиках бетона, в первую очередь, на прочности изделия. 
     Вторым основным веществом в смеси является вода. Необходимо, чтобы вода, применяемая для приготовления бетонной смеси, была чистой. Сначала происходит смешение сухих компонентов смеси в пропорции: щебень (заполнитель_ – 10 частей, песок – 5 частей, цемент – 3 части. Затем добавляют воду. Такая последовательность позволяет избежать комкования смеси и неравномерного перемешивания. 
     Для изготовления ячеистых золобетонов можно использовать и сухую, и влажную золу. Для того чтобы на выходе получить продукт нужного качества, требуется выверенная дозировка золы, строгое соблюдение температурных режимов. При производстве изделий из керамзитобетонов (легких бетонов) обязательным условием является отсутствие в материале межкристаллитных пустот.  Ввиду того, что керамзитовый песок чаще всего не обладает достаточно хорошим качеством, производители конструкционно-теплоизоляционных керамзитобетонов заменяют его на обычный песок, что приводит к ухудшению свойств таких материалов: плотность изделия возрастает, а термическое сопротивление сильно падает. В качестве альтернативы мелкодисперсного заполнителя в легких бетонах может служить зола-унос ТЭЦ. Например, зольный вяжущий материал может заменить цемент при производстве строительных растворов. [14]
     Производство кирпича. Золу ТЭЦ можно использовать в качестве добавки как в белый, так и в красный кирпич. Но если в белом кирпиче золу используют только взамен части песка, то в красном зола является отощающей и выгоряющей добавкой. Поэтому использование золы ТЭЦ в производстве красного кирпича более распространено. Рассмотрим производство красного кирпича на рисунке 4. [15]
     Рисунок 4 – Технология производства красного кирпича
     Производство красного кирпича начинается с помола глины, который делится на грубый и тонкий. После тщательного измельчения смесь подается в мешалку, где осуществляется перемешивание с отощающими и выгорающими добавками.
      Отощающие добавки – это вещества, которые способны уменьшить пластичность глин, которое необходимо для уменьшения линейной усадки при сушке и обжиге изделия. Как отощающие добавки в производстве можно использовать кирпичную крошку, кварцевый песок, измельченный шлак и золу.
     Выгорающие добавки вводят для получения изделий с меньшей средней плотностью и повышенной пористостью. Таким образом, данные добавки улучшают формовочные свойства глинистой массы, но снижают прочность изделий и повышают водопоглощение. К ним относятся древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль, зола.
     Далее кирпичную смесь формуют и происходит резание изделий, после чего оно подается в сушильный барабан для удаления влаги. Важным условием производства кирпича является постепенное увеличение температуры в сушильном барабане и исключение движения воздуха, это необходимо для равномерного испарения воды из кирпичной массы. 
     Последний этап производства кирпича – обжиг, который осуществляется в печи. Данный этап производства является наиболее важным, так как от него зависят технические характеристики изделия на выходе. После обжига кирпич охлаждается, транспортируется на склад готовой продукции и поставляется потребителю.
     Применение золы ТЭЦ в дорожном хозяйстве. Золы ТЭЦ вводят в состав смесей, которые могут быть использованы для ремонта дорожных покрытий, а также при устройстве полов в цехах, где осуществляются работы с агрессивными средами. Зола ТЭЦ может быть использована как заполнитель или минеральный порошок при производстве асфальтобетонов, а также при строительстве земляного полотна, для устройства укрепленных оснований. Золы сухого удаления можно применять в качестве самостоятельного вяжущего, а также как активную добавку к неорганическим и органическим вяжущим веществам. [16]
     Применение золы ТЭЦ в сельском хозяйстве. Основное применение золы в сельском хозяйстве – это удобрение почвы. Благодаря составу золы ТЭЦ, в  почву попадают цинк, калий, молибден и бор, тем самым увеличивая содержание данных элементов в почве и повышая плодородие. Исследования показали, что бор из золы сказывает благоприятное влияние на рост растений. Калий, хотя и способствует увеличению урожайности растений, менее эффективен, чем хлористый калий. Молибден усваивается растениями особенно хорошо при повышении pH почвы. При использовании золы не рекомендуется смешивать ее с органическими удобрениями (это приведет к потере азота), а также удобрениями, содержащими водорастворимые фосфаты (зола снижает их усвояемость).
     Выделение ценных компонентов из золы ТЭЦ. Как было рассмотрено выше, зола состоит из оксидов кремния, алюминия, железа, кислорода, кальция, магния, серы, калия, натрия и других полезных элементов. Также к компонентам золы, которые обладают полезными технологическими свойствами, относят алюмосиликатные и магнитные микросферы и несгоревшие частички угля.
     Таким образом, процесс получения тепла и электроэнергии из органического топлива включает в себя процесс водоподготовки и утилизации ЗШО. При комплексном подходе можно достигнуть минимальных потерь воды, например, с помощью замкнутой системы водопотребления. А ЗШО могут быть использованы в различных индустриях промышленности, и в первую очередь, в строительной отрасли. [17]
     
     
     
     
     
     
     
     


     4 Технологическая часть
     4.1 Технология процесса водоподготовки и производства электроэнергии
     Технологическая схема представлена в приложении Б. Исходная вода поступает в механический фильтр 1, где происходит удаление от крупных примесей, после чего очищенная вода отправляется в осветлитель 4 для осаждения мелкодисперсных примесей. Пульпа, осевшая на фильтре 1, при обратной продувке потоком воды отправляется в вакуум-фильтр 2, где происходит ее обезвоживание и отправление на шлакохранилище. Вода после вакуум-фильтра 2 также направляется в осветлитель 4. Из бака 3 подается коагулянт в осветлитель 4, происходит смешение воды и коагулянта, а осаждение примесей происходит в баке 16, удаление образовавшихся примесей осуществляется в механическом фильтре 1, а осветленная вода поступает в бак осветленной воды 5. А осадок, оставшийся на дне осветлителя, поступает в вакуум-фильтр 2. Регенерация второго механического фильтра происходит по тем же стадиям, что и регенерация первого механического фильтра – через вакуум-фильтр 2. Из бака осветленной воды 5 поток подается в Na-катионитную колонну 9 для обессоливания. Регенерация колонны осуществляется раствором повареной соли из бака 6. Обессоленная вода поступает в бак обесоленной воды 7, из которого отправляется в аэратор 8 для удаления растворенных газов и затем на подпитку сети. Из бака осветленной воды 5 вода поступает в Н-катионитные колонны 11, а затем в ОН-анионитную колонну 12 для обессоливания. Регенерация Н-катионитного фильтра проводится серной кислотой из бака 10. Регенерация ОН-анионитного фильтра осуществляется с помощью каустической соды из бака 14. Частично обессоленная вода поступает в декарбонизатор 13 для удаления растворенного углекислого газа, а после этого в Н-катионитную колонну 11 и ОН-анионитную колонну 12 , затем в бак обессоленной воды 15, проходит через подогреватель низкого давления 17, аэратор 6 и на подпитку парового котла 27.
     Сточные воды, образовавшиеся после регенерации ионообменных колонн поступают в бак-накопитель сточных вод 18, из которого сточная вода отправляется на очистку в установку обратного осмоса 19, где происходит очистка от концентрированных солей. Для достижения высокой степени очистки вода поступает в нанофильтр 37, после которого на выходе получается чистая вода, которую можно использовать для подпитки котла. 
     Кузнецкий уголь подвозится железнодорожным транспортом и с помощью разгрузочного устройства 22 попадает в вагоноопрокидователь 23, после чего часть угля отправляется на склад угля 20, а часть отправляется в дробильное отделение 24. После дробления уг.......................