Обращение с древесной и торфяной золой в республике Беларусь

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белорусский национальный технический университет

Факультет технологий управления и гуманитаризации

Кафедра ЮНЕСКО, энергосбережения и ВИЭ

реферат

По дисциплине «Основы энергосбережения»

На тему: «Обращение с древесной и торфяной золой в Республике Беларусь»

Исполнитель:

Гульбицкая Ж.Л.

Минск 2015

Содержание

1. Общие сведения о золе

2. Общие аспекты использования золы

3. Направления использования торфяной золы

4. Использование золы в качестве удобрений для сельского хозяйства

Список использованных источников.

1. Общие сведения о золе

В настоящее время возрастает проблема утилизации золошлаковых материалов, получаемых в результате сжигания топлива тепловых электростанций. Из-за крайне низкого уровня утилизации их накопление в возрастающих объемах приводит к стремительному росту экологических, социальных и экономических издержек.

Вместе с тем, по своему физико-химическому и агрегатному составу эти материалы являются уникальным ресурсом, который можно использовать в различных отраслях производства с получением значительного социального и эколого-экономического эффектов.

Обоснование использования золы и шламов, образующихся в процессе сжигания топлива на тепловых электростанциях представляет проблемную задачу. Сложность в первую очередь обусловлена непостоянством состава минеральной составляющей твердого топлива, с одной стороны, и приобретением им новых физико-химических характеристик в процессе сжигания, с другой.

Вопросы обращения с отходами от сжигания твердого топлива в последние годы привлекают все большее внимание исследователей. С одной стороны, это связано с необходимостью использования земель, занятых золоотвалами, под инфраструктуру расширяющихся городов, с другой - с увеличением объемов образующейся золы вследствие вовлечение местных ресурсов (торфа, древесных и других отходов) в топливно-энергетический баланс страны. В соответствии с классификатором отходов, зола от сжигания торфобрикетов и торфа с древесиной относится к 3-му классу опасности и подлежит складированию на специально оборудованных площадках, расположение которых должно определяться согласно Закону Республики Беларусь «Об обращении с отходами» и СанПиН 2.1.7.12-42-2005 [6, 19]. По данным общая площадь земель в странах СНГ, занятых под отвалы, превышает 35 тыс. га, на которых размещено 1,5 млрд. т золошлаковых материалов. Золоотвалы являются источником загрязнения среды обитания человека: увеличивают запыленность воздуха, их токсичное содержимое может попасть в грунтовые воды, водоемы и почву. В промышленно развитых странах используют почти 100% золошлаковых отходов. В большинстве постсоветских стран огромные ресурсы золы и шлаков тепловых электрических станций используются менее чем на 10%. С ростом городов места размещения золоотвалов попадают в черту города, в результате чего встает вопрос о дальнейшем возможном использовании данных территорий. Наиболее приемлемыми направлениями использования золошлакоотвалов являются:

· озеленение с нанесением плодородного слоя почвы, задернованием и посадкой древесно-кустарниковой растительности;

· формирование промышленных зон и строительство производственных и сервисных зданий с реализацией комплекса рекультивационных работ;

· строительство жилых зон при условии полного удаления золо- и шлакоотвалов с последующей оценкой экологического состояния территории.

В установках для сжигания биомассы обычно присутствуют три фракции золы:

* зольный остаток (подовая зола);

* зола уноса из циклонов;

* зола уноса из фильтров.

Подовая зола образуется на решетке в топке. Эта зольная фракция часто смешивается с минеральными примесями, содержащимися в биотопливе, такими как песок, камни и земля.

Минеральные примеси могут вызывать - особенно в котельных установках с неподвижным слоем при большом содержании коры - образование шлака (ввиду понижения температуры плавления) и спекание частиц золы в зольном остатке.

Циклонная зольная пыль включает мелкие, в основном неорганические, частицы золы, уносимые вместе с топочным газом из топки и осуждаемые преимущественно в мультициклонах, расположенных за топкой. Эта зольная фракция, в основном, содержит крупные частицы золы уноса.

Фильтрационная зола уноса представляет собой вторую, более мелкую фракцию, осаждаемую в электростатических фильтрах, тканевых фильтрах или в виде конденсационного шлама в блоках конденсации топочного газа (обычного расположенных за мультициклонами). Эта зольная фракция, в основном, включает аэрозоли

Зола представляет собой несгораемый остаток, состоящий из смеси минеральных солей и получается при сжигании растительной массы. При сгорании органического вещества, например древесины, соломы, их азот, водород и углерод превращаются в летучие соединения (углекислоту, воду и проч.) при содействии кислорода воздуха, а отчасти и своего; минеральные же вещества, как несгораемые, остаются, претерпевая только некоторые разложения; так, минеральные основания, соединенные в растениях с органическими кислотами (щавелевой и др.), в золе их являются в виде углекислых солей. Говоря иначе, зола представляет собой те минеральные соли, которые растение получило во время своего роста из почвы. В золе различных растений найдены до сих пор 31 элемент. Но из них необходимы для правильного развития растений только немногие, а именно: фосфор, сера, калий, кальций, магний и железо. Азот редко содержится в золе. Остальные элементы встречаются почти всегда в чрезвычайно малых количествах, скорее в виде примеси, и для питания растений не имеют никакого значения. Эти шесть элементов и составляют золу. К ним примешиваются частицы угля, благодаря неполному сгоранию, песок, землистые вещества, случайно приставшие к растениям, отчего печная зола растений обыкновенно и носит название сырой (нечистой). Зола получается, как отброс при отоплении наших домов, фабрик и заводов, разнообразным горючим материалом. Конечно и химический состав этих зол будет весьма различен. В Беларуси почти повсеместно главным горючим материалом служат дрова (древесина). Первое место по количеству занимает древесная зола, которая по качеству уступает только золу травянистых растений. Приводим главнейшие составы золы древесных пород, доставляющих топливо.

2. Общие аспекты использования золы

Зола, получаемая при сжигании твердых видов биотоплива, содержит большое количество растительных питательных веществ, что привлекательно с точки зрения использования её в почве. Конечно, с экологической точки зрения использование золы привлекательно только в отношении золы, получаемой при сжигании химически необработанных видов биотоплива (в почву не следует вносить золу, получаемую при сжигании загрязненных видов биотоплива, таких как некоторые отходы древесины). Для устойчивого использования биотоплива очень важно замкнуть цикл обращения минералов и включить золу, получаемую при сжигании биомассы, в естественные циклы. Цикл минералов должен быть максимально замкнутым.

Однако ранее проведенные исследования показали, что естественный цикл минералов в процессе получения энергии из необработанной биомассы нарушается вследствие осаждения тяжелых металлов в лесной экосистеме в результате загрязнения окружающей среды. По этой причине в большинстве случаев использовать всю золу, получаемую в процессе сгорания, невозможно. Это, в основном, справедливо для такого древесного топлива, как кора, древесная щепа и опилки.

Тяжелые металлы, содержащиеся в биотопливе (Zn и Cd), которые опасны для окружающей среды, концентрируются, в основном, в золе уноса, в то время как питательные (M, Mg и Р) и известковые вещества (Ca) содержатся, в основном, в подовой золе. Зола, получаемая при сжигании древесины и коры, богата Ca, в то время как зола, получаемая при сжигании соломы и злаковых, имеет большое содержание K.

Причиной повышенного содержания тяжелых металлов в золе уноса по сравнению с подовой золой является то, что летучие соединения тяжелых металлов Cd и Zn, в основном, испаряются в процессе горения и затем осаждаются на поверхности частиц золы уноса или образуют аэрозоли. Часть мелких частиц золы уносится с топочным газом из слоя топлива и образует крупную фракцию золы уноса, причём минеральное содержание этих крупных частиц, уносящихся с решетки, аналогично минеральному составу подовой золы.

Следовательно, смесь подовой золы и циклонной золы (в основном, в виде крупных частиц золы уноса), так называемая «пригодная зола» с низким содержанием тяжелых металлов, может быть использована в качестве удобрения, а фракцию фильтрационной золы (которая обычно составляет лишь 10% от общего количества золы) с высоким содержанием тяжелых металлов необходимо утилизировать или подвергать промышленной переработке. Для эффективного отделения соединений тяжелых металлов установку для сжигания биомассы необходимо оборудовать надежной системой подготовки рабочей воздушной смеси, с тем, чтобы обеспечить низкий коэффициент избытка воздуха для горения на решетке и в первичной камере горения.

Температура топочного газа в этой зоне должна быть высокой. Коэффициент избытка воздуха для горения ниже 1 (восстановительная среда) и высокая температура усиливают выход летучих соединений тяжелых металлов из слоя топлива. Кроме того, система очистки должна иметь две стадии осаждения золы уноса, включая осадитель крупной фракции золы пыли и высокоэффективный осадитель мелкой фракции. Рекомендуется отделять потоки золы с малым и большим содержанием металлов (фильтрационной зольной пыли) и использовать основную часть получаемой золы в качестве вторичного сырья - для удобрения и известкования сельскохозяйственных и лесных земель.

3. Направления использования торфяной золы

Стекольная промышленность.

Зола и шлаки, образующиеся в результате сжигания торфобрикетного сырья различных предприятий (Житковичский ТБЗ, Старобинский ТБЗ филиал «Слуцкий», ТБЗ «Усяж»), судя по анализу химического состава, не могут быть использованы в качестве сырьевых материалов для производства тарного, строительного и сортового стекла из-за высокого содержания оксида железа (8-18%), нежелательных примесей P₂O₅, SO₃ (1,5-2,0%) и TiO₂ (0,3-0,5%).

Производство керамики.

В настоящее время в Республике Беларусь производится около 650 млн шт. условного керамического кирпича в год. Всего на территории республики действует более 50 предприятий по производству кирпича керамического.

Все предприятия кирпич из глин требующих ввода различных добавок (отощающих, красящих, пластифицирующих, выгорающих и др.). В основном это отощающие добавки, позволяющие снизить чувствительность глин к сушке и тем самым интенсифицировать технологический процесс сушки. В качестве добавок используются добавки минерального происхождения (песок, гранитный отсев, шамот, различные шлаки и зола ТЭЦ) и органического (древесные опилки, шелуха зерновых культур, измельченная солома и т.п.).

Зола твердых видов топлива так же может снижать плотность керамического черепка и улучшать теплозащитные показатели кирпича.

Ввод золы в состав глинистой шихты, кроме снижения коэффициента чувствительности к сушке, может улучшить реологические свойства глины, увеличив пластическую прочность и тем самым уменьшив количество дефектов (свилевых трещин), образующихся в процессе экструзии, в макроструктуре керамического черепа, что позволит повысить механическую прочность и морозостойкость кирпича.

Зола с различными целями также может использоваться в производстве керамзита по пластическому способу изготовления. Одной из целей может быть опудривание глиняных гранул в процессе их формирования для снижения насыпной плотности и повышения прочности.

Количество потребляемой золы на получение 1 тыс. шт. условного кирпича может составлять от 160 до 670 кг. Конкретное количество золы и ее необходимость устанавливаются по результатам исследований конкретного вида глины и золы.

Таким образом, для изготовления только 1,0 млн. шт. условного кирпича может потребоваться около 670 т золы.

Производство портландцементного клинкера.

Использования топливной золы в производстве цемента возможно двумя способами:

· в качестве компонента сырьевой шихты для получения портландцементного клинкера;

· добавки при получении цемента.

Производство цементобетона.

Одним из основных путей улучшения физико-механических свойств цементобетона является введение в бетонную смесь зол от сжигания твердого топлива. Бетонные смеси с золами обладают большей связностью, меньшим водоотделением и расслоением. Бетон имеет при этом большую прочность, плотность, водонепроницаемость, стойкость к сульфатной коррозии. Изучены возможность использования торфяных зол и шлака торфяных предприятий Республики Беларусь в бетоне с улучшением его физико-механических свойств, а также характеристики торфяных зол, шлака, микрокремнезема, цемента, суперпластификатора. Разработаны составы, технология приготовления бетонных смесей, изготовлены и испытаны образцы бетонов. Показано, что бетоны, содержащие золу, шлак, полученные от сжигания торфа на промышленных установках Усяжского и Лидского ТБЗ, а также микрокремнезем МК-85 и суперпластификатор НСПКСАУсФ-1, имеют предел прочности бетона при осевом сжатии 78-134 МПа, а для контрольного состава - 53 МПа. Данный показатель в 1,5-2,5 раза больше, чем для образца, не содержащего добавки.

В Беларуси торф для сельского хозяйства используется в следующих направлениях:

· торфонавозные компосты, сбалансированные органические удобрения на основе вторичного органического сырья с добавками торфа или сапропеля для возделывания пропашных культур и производства овощей в открытом грунте;

· комплексные гранулированные удобрения длительного действия для хозяйств, расположенных на почвах легкого гранулометрического состава, а в природоохранных зонах - на всех почвах;

· мелиорирующие смеси и растительные грунты для зеленого строительства, реабилитации загрязненных земель, городских ландшафтов и др.;

· грунты и субстраты для выращивания рассады и малообъемной технологии производства овощей в теплицах;

· регуляторы роста и экологически безопасные средства защиты растений, биологически активные добавки к минеральным удобрениям, повышающие коэффициент использования элементов питания;

· жидкие гуминовые удобрения с микроэлементами для некорневой подкормки растений;

· кормовые добавки в рацион, биологически активные препараты для животноводства и ветеринарии, повышающие устойчивость к заболеваниям и продуктивность животных.

· комплексные гранулированные удобрения в 1,5 раза повышают устойчивость к вымыванию питательных веществ из пахотного слоя почвы, обеспечивают получение дополнительно в среднем 20 ц/га картофеля и 2,6-3 ц/га зерна по сравнению с эквивалентным количеством входящих в их состав органических и минеральных компонентов, проявляют в 1,5-2 раза меньшее коррозионное воздействие на металлы.

· регуляторы роста растений обеспечивают прибавку урожая зерновых культур на 8-10 процентов, овощных - на 15-25 процентов, а также снижение норм средств химической защиты растений на 30 процентов.

4. Использование золы в качестве удобрений для сельского хозяйства

утилизация древесный зола удобрение

Наверное, всем известен тот факт, что зола является источником калия. Но на самом деле химический состав золы намного богаче, и зависит он от того, из каких растений или древесных остатков была получена зола. Калий, кальций и фосфор -- это основные химические элементы в составе золы. Но при этом:

- в лиственных породах деревьев (и особенно в сгоревшей древесине березы) больше калия

- зола топинамбура и подсолнечника состоит из поташа (К₂О)

- в золе сгоревших торфяников много кальция.

Кроме основной тройки элементов, зола содержит в себе микроэлементы бора, железа, марганца, молибдена. Недостаток микроэлементов, как правило, негативно сказывается на качестве урожая и здоровье растений. Внесение золы способно восполнить этот недостаток наилучшим образом.

Важной особенностью золы является то, что в ней не содержится хлора. Ведь некоторые культуры, такие как картофель, томаты, клубника, малина, плохо реагируют на калийные удобрения, которые в разных количествах содержат хлор (калимагнезия, калийная соль, сильвинит, хлористый калий). Зола и поташ помогут восстановить минеральный баланс для этих культур.

Недостатком золы как удобрения можно считать отсутствие азота, который способствует росту растений. Этот недостаток помогут восполнить другие азотсодержащие удобрения. Только применять золу в сочетании с другими удобрениями тоже нужно правильно.

Древесную золу можно вносить в грунт любого состава, как осенью под перекопку, так и весной, непосредственно в лунки. Однако на легких песчаных грунтах внесение зольного удобрения эффективно только в весенний период. Действие удобрения ощутимо на протяжении 3-4 лет после внесения в грунт. Норма внесения -- 100-200 г на кв.м. Если добавлять золу при посадке картофеля прямо в лунки, то нужно взять примерно 2 столовые ложки на куст, обязательно перемешать с землей. Для томатов, перца и баклажанов берут по 3 столовые ложки на каждый куст.

Кислые почвы особенно хорошо реагируют на внесение золы: снижается кислотность, создаются благоприятные условия для развития полезной микрофлоры, улучшается структура и физические свойства грунта.

Хорошие результаты получаются при смешивании золы с торфом или перегноем. Если добавить ее в компостную кучу, разложение будет происходить быстрее. Но категорически нельзя смешивать золу со свежим навозом и птичьим пометом, потому что это приводит к потере азота и угнетению роста растений. То же самое касается и аммиачной селитры: при смешивании золы и селитры сразу чувствуется резкий запах аммиака.

Под овощные, малину, землянику, смородину можно использовать древесную и соломенную золу - 100-150 г на кв. м, под картофель - 60-100 г на кв. м. Хорошо кушает золу горох - 150-200 г на кв. м.

Добавляется зола и при высадке рассады овощных культур - в лунку добавляют 8-10 г золы, перемешивая ее с почвой или перегноем.

Для повышения эффективности древесную и соломенную золу лучше применять вместе с торфом или перегноем как органо-минеральную смесь (1 часть золы перемешивают с 2-4 частями влажного торфа или перегноя). Такая смесь позволяет равномерно распределить удобрение по участку, а растения лучше усваивают находящиеся в нем питательные вещества.

Правильно использовать золу в компостах для ускорения разложения органических веществ. Для приготовления торфозольных компостов на 1 т торфа берут 25-50 кг древесной золы или 50-100 кг торфяной (в зависимости от кислотности торфа), при этом нейтрализуется и его кислотность.

Можно применять древесную и соломенную золу и для борьбы с болезнями и вредителями, например против серой гнили земляники. В период созревания ягод опыляют кусты из расчета 10-15 г золы на куст. Иногда опыление повторяют 2-3 раза, но золы расходуют уже меньше - по 5-7 г на куст. Заболевание резко снижается и почти совсем прекращается.

Также зола хорошо подходит для борьбы с мучнистой росой смородины, огурцов, крыжовника, вишневым слизистым пилильщиком и другими вредителями и болезнями. Для этого растения опрыскивают раствором: 300 г просеянной золы кипятят в течении получаса, отстоявшийся отвар процеживают и доводят до 10 л. Для лучшего прилипания добавляют 40 г любого мыла. Опрыскивать растения лучше вечером в тихую погоду. Такую обработку можно делать 2-3 раза в месяц.

Список использованных источников

1. Труды БГТУ. 2012. № 1. Лесное хозяйство. //В.Н. Босак, О.Н. Марцуль, Т.М. Серая, Е.Н. Богатырева.

2. Радиоэкологические аспекты сжигания древесного топлива на крупных энергетических установках Беларуси / В.Н. Соловьев [и др.] // Энергетическая стратегия. - 2010. - № 1(13). - С.50-54.

Размещено на Allbest.ru