A pernye (pernye) a tüzelőanyag elégetésének finoman diszpergált maradéka, amely a füstgázban lévő ásványi szennyeződésekből származik szuszpenzióban. A pernye elhasználja a kazáncsöveket és a füstelvezetőket, füstgázokkal eltávolítva pedig szennyezi a légkört [1] .
Az Amerikai Szénhamu Szövetség szerint az Egyesült Államokban a legtöbb pernyét jellemzően széntüzelésű erőművekben tárolják vagy lerakják, míg a szénhulladék mintegy 43%-át újrahasznosítják. [2] Európában a Szénégési Termékek Újrahasznosításának Európai Szövetsége szerint a pernye körülbelül 43%-át építőanyagok előállítására használják fel . [3] Oroszországban a szénhamunak csak 4-5%-át dolgozzák fel. [négy]
A hőerőművek villamosenergia-termelése során, az alkalmazott tüzelőanyag-rendszerektől függően, a széntüzelés során pernye (pernye), nedves hamu és kazánsalak formájában maradványok keletkeznek.
Az égetés során a CHP-ből származó összes szilárd hulladék felosztható: salak + nehéz hamu frakció; a pernye, amely viszont felosztható egy közepes méretű frakcióra, amelyet elektrosztatikus leválasztók ( elektrosztatikus szűrők ) rögzítenek, és egy finom pernyefrakcióra, amelyet a szűrők nem rögzítenek. Figyelembe véve a szűrők jellemzőit és tényleges hatásfokát, a pernye befogási foka 95%, azaz évente a pernye 5%-a kerül a légkörbe. De még a füstgázok maximális tisztítása mellett sem haladja meg a 99%-ot [5] .
A gáztisztító berendezések hatékonysága nagymértékben függ az összegyűjtött hamu és a hamugyűjtőbe kerülő füstgázok fizikai és kémiai tulajdonságaitól. A füstgáztisztítás során a pernye fő jellemzői a sűrűség, a diszperziós összetétel, az elektromos ellenállás (elektrosztatikus leválasztókhoz), a ragadósság. A pernyeszemcsék sűrűsége a legtöbb szén esetében 1900-2500 kg/m 3 tartományba esik . A pernye diszperziós összetétele nagymértékben függ az égetett szénpor diszperziós összetételétől, amely az őrlőberendezés után kerül a kemencébe. Az inerciális hamugyűjtőknél a hamu ragadóssága elengedhetetlen. A hamugyűjtők kiválasztásánál és üzemeltetésénél figyelembe kell venni a hamu koptatóképességét, amely a részecskék keménységétől, méretétől, alakjától és sűrűségétől függ.
A pernye eltávolítása a porgyűjtőkből száraz módszerrel, vagy vízzel való keveréssel és a hamu és salakpép további eltávolításával a szeméttelepre történhet.
Az égési folyamattól, az elégetett szén forrásától és összetételétől függően a pernye összetevői jelentősen eltérnek, de minden pernye jelentős mennyiségű szilícium-dioxidot (SiO 2 ) ( amorf és kristályos is), alumínium- oxidot (Al 2 O 3 ) tartalmaz. ), és kalcium-oxid (CaO), valamint el nem égett szén [6] . A pernye nehézfémeket is tartalmaz . A pernye kis alkotórészei a széntelep adott összetételétől függenek, de egy vagy több elemet vagy vegyületet tartalmazhatnak nyomokban (legfeljebb száz ppm-ben): arzén , berillium , bór , kadmium , króm , hat vegyértékű króm , kobalt , ólom , mangán , higany , molibdén , szelén , stroncium , tallium és vanádium , valamint nagyon alacsony koncentrációjú dioxinok és PAH -vegyületek [7] [8] .
Alkatrészek | A szén elégetésekor keletkező hamu kémiai összetételének változásának határai, % | |||
---|---|---|---|---|
Donbass | Kuzbass | Karaganda | Moszkva régió | |
SiO2_ _ | 50-55 | 58-63 | 59-61 | 48-56 |
Al2O3 _ _ _ | 21-28 | 20-26 | 25-26 | 25-36 |
Fe2O3 _ _ _ | 7-16 | 5-7 | 5-6 | 7-10 |
Haderő műszaki főtiszt | 0-7 | - | - | 0-6 |
CaO | 2-5 | 2-4 | 3-4 | 2-5 |
MgO | 1-3 | 0,4-1,5 | 1-1.2 | 0,2-0,9 |
SO 3 | 0,6-1,6 | - | 0.8 | 0,2-0,9 |
K2O _ _ | 2,5-4,7 | 1,7-2,3 | 1,6-1,7 | 0,4-0,7 |
Na2O _ _ | 0,4-1,3 | 1-1.4 | egy | 0,1-0,4 |
A különböző típusú szilárd tüzelőanyagok hamu összetételének fázis-ásványtani vizsgálatai azt mutatják, hogy minden típusú hamu fő fázisa az üveg. A kristályos fázist különböző mennyiségű kvarc, hematit, magnetit és különféle kalcium-szilikátok képviselik.
A pernye az elégetett szén típusa szerint van felosztva:
- antracit (antracit, fél-antracit és sovány szén égése során keletkezik),
- szén,
- barnaszén;
kémiai összetétel szerint alacsony kalciumtartalmú (savas és szupersavas) és magas kalciumtartalmú (magas szulfát- és alacsony szulfáttartalmú) [10] ; vagy savas (legfeljebb 10%-os kalcium-oxid-tartalommal) és bázikus (lignit, 10%-nál nagyobb kalcium-oxid-tartalommal) [11] ;
a diszperzió foka szerint (a 008-as számú szitán lévő maradék szerint) alacsony diszperzióra (max. 30%), közepesen (20%-ig) és erősen diszpergáltra (15%-ig) [10] ; vagy három osztályba (a 0045-ös számú szitán nedves diszperziós maradék szerint) - legfeljebb 15%, legfeljebb 40%, több mint 40% [11] ;
a gyújtási veszteségtől függően 4 kategóriába sorolható (legfeljebb 2%, legfeljebb 5%, legfeljebb 9%, több mint 9%) [11] .
A szilárd fosszilis tüzelőanyagoknak kevés hatása van a természetes radioaktivitás általános hátterére, de egyes lerakódásaik, valamint a szilárd fosszilis tüzelőanyagok, különösen a hamu és salak feldolgozási termékei fokozott radioaktivitás és magas természetes radionuklid (tórium) tartalommal rendelkeznek. , rádium, urán és a 40 K izotóp). Az eredeti szén termikus feldolgozása után felfogott szilárd termékekben a természetes radionuklidok tartalma jelentősen megnő. Így a világ számos országában végzett speciális vizsgálatok kimutatták, hogy a hőerőművel szomszédos területeken a talaj és a levegő radioaktivitása, valószínűleg az égéstermékek lerakódása miatt, esetenként nemcsak a hátteret, de még az égéstermékek lerakódását is meghaladja. a megengedett legnagyobb értékek tízszeresére [12] . Sok múlik azon, hogy egy adott hőerőmű milyen szenet használ, emellett sokat meghatároznak a szén előkészítésének, égetésének, leválasztásának, a hamu és salaktermékek begyűjtésének technológiái is [13] . A földkéreg átlagos urántartalma 2,0 g/t, a gazdag pernye átlagos urántartalma eléri a 400 g/t-t.
CHPP neve (TPP) | Pernyetartalom, g/t | |
---|---|---|
Th | U | |
Uglegorskaya | 37.2 | 7.6 |
Zuevskaya | 56,0 | 10.4 |
Kurakhovskaya | 16.7 | 2.9 |
Mironovskaya | 32.4 | 4.2 |
Novocherkassk | 33.0 | 5.2 |
Luhanszk | 17.8 | 4.5 |
Shakhtinskaya | 23.9 | 7.0 |
Moszkva CHPP-22 | 51.5 | 4.9 |
Vlagyimirszkaja CHPP-1 | 25.9 | 2.9 |
A finom pernyeben felhalmozódó természetes radionuklidok miatt, amelyek jelentős része a szén elégetése után nem kötődik meg, a légkörbe kerül, majd a földfelszínen ülepedik, természetes radionuklidok felhalmozódása következhet be a TPP körüli talajokban [ 13] . A földfelszínre hulló pernye nagy része a növények légi részein ülepedik, és végül a talajba kerül. Emellett a környezet radioaktív szennyeződéséhez jelentős mértékben hozzájárulhat az erdőkben a fák koronája által visszatartott hamu és aeroszol hatása (akár 5-ször) [14] .
A CHPP-ből nyersanyagként szállított pernyének a természetes radionuklidok összes effektív fajlagos aktivitása szempontjából további felhasználásra meg kell felelnie a vonatkozó normák és higiéniai előírások követelményeinek. A természetes radionuklidok teljes fajlagos effektív aktivitása 370 Bq / kg-ig az orosz szabványok szerint az építőanyagok minden típusú építkezéshez megengedettek [15] . A Reftinskaya GRES hamujából származó természetes radionuklidok összes fajlagos effektív aktivitása 95,1 Bq/kg, az ezen alapuló gáz-hamubetoné 40,33 Bq/kg [16] .
A pernye puccolános tulajdonságokkal és/vagy hidraulikus aktivitással rendelkezhet [11] . A pernyét építőanyagok gyártásánál puccolánként használják cement, száraz építőkeverékek előállításához , a portlandcement [3] részleges helyettesítésére beton , beton és vasbeton termékek gyártásában. A puccolán adalékok jelenléte nagyobb védelmet nyújt a betonnak a nedves körülményekkel és a kemény vegyszereknek való kitettséggel szemben [3] .
A magas kalciumtartalmú pernye talajba juttatása lehetővé teszi az ehhez felhasznált cement és mész egy részének pótlását.
A pernye javító adalékanyagként való alkalmazásának célszerűségét az határozza meg, hogy mésszel kémiai reakcióba lépve alacsony bázisú kalcium-hidroszilikátokat képeznek, amelyeket a cement ásványi részecskék és a talaj egyetlen szerkezeti komplexummá aggregálnak. Ellentétben a talaj cementtel történő megerősítésével, ebben az esetben a kötőanyag közvetlenül magában a keverékben képződik. Így a pernye és a mész együttes alkalmazása a talajok megerősítésére a kötőanyag szintézis elvén alapul a talaj-hamu-mész rendszerben [17] .
Az aktív pernyével vagy mész-hamu kötőanyaggal kezelt talajokat viszonylag lassú szilárdságfejlődés és jelentős deformálhatóság jellemzi. Ugyanakkor zsugorodási vagy hőmérsékleti repedések általában nem jelennek meg a talajban a hamukötő anyagokon az első üzemévben. Oroszország északi és középső régióinak körülményei között a hamukötőanyaggal megerősített talajt elsősorban az aszfaltbeton burkolatok alapozására ajánljuk. A vízálló aszfaltbeton burkolat megtartja az alap nedvességtartalmát, ami a hidratációs folyamatok normál lefolyásához szükséges, ami a hamukötő anyagoknál hosszabb időt vesz igénybe, mint a cementeseknél [18] .
A hidraulikus útkötőanyagokat (HPA) nagyon széles körben használják Németországban a talaj stabilizálására, elsősorban a hagyományos kötőanyagokhoz, például mészhez vagy cementhez képest alacsony költségük miatt. A GDV összetételét és főbb paramétereit az EN13282-1 [19] és az EN13282-2 [20] szabvány tartalmazza . A magas pernye kötőanyagokkal kapcsolatos kutatások már jóval az EN szabványok megalkotása előtt elkezdődtek a Cseh Köztársaságban. Az RSS5 kötőanyagot, amely 80%-ban fluidizált szénégetésből származó pernye és 20%-ban égetett mészből készítik, 2010 óta használják a mész jó alternatívájaként agyagok és vályogok kezelésére [21] .
A kőris kavics kalcinált vagy nem égetett hamu granulálással nyerhető.
A pernye granulálásával, majd a granulátum kemencében magas hőmérsékleten történő szinterezésével kalcinált hamu kavicsot nyernek.
A pernye hideg granulálásával forgó tartályokban történő lekerekítéssel el nem égett pernye nyerhető.
A kőris kavicsot nagy teljesítményű betonban, öntömörödő betonban és könnyűbetonban használják.
A jó minőségű beton esetében a kőris kavics használatával csökkenthető a beton költsége, miközben megőrzi alapvető tulajdonságait. Az öntömörödő betonoknál a pernye lekerekített formája és viszonylag kis mérete növeli a beton folyóképességét és bedolgozhatóságát, különösen erősen megerősített állapotban. Az ilyen keverékeket betonszivattyúk könnyebben szivattyúzzák. A kőris kavics könnyűbetonban való alkalmazása csökkenti annak sűrűségét és javítja a hőteljesítményét [22] [23] .
A hamut ásványi adalékként vagy töltőanyagként használják nehéz, könnyű, cellás beton, száraz építőkeverékek és habarcsok gyártásánál a cement, adalékanyagok megtakarítása, a beton- és habarcskeverékek technológiai tulajdonságainak, valamint a beton minőségi mutatóinak javítása érdekében. betonok és habarcsok.
A cellás beton gyártása során savas hamut használnak a keverék szilícium-dioxid komponenseként, valamint a nem autoklávozott betonban lévő cement megtakarítására. A szerkezeti hőszigetelő betonokban a savas hamut a porózus homok részleges vagy teljes helyettesítésére és a beton átlagos sűrűségének csökkentésére használják. A savas hamut a víz alatti és a hidraulikus építmények belső zónáinak szerkezeteihez használják [24] .
Ha a cement egy része helyett bizonyos típusú hamut (főleg savas hamut) használunk természetes keménységű betonban, a nyomószilárdság 28-60 napon belüli csökkenése (20-30%-kal), majd a szilárdság későbbi kiegyenlítése 90-180 nap a hasonló összetételű, hamu hozzáadása nélküli betonhoz képest [9] . Ezért a beton és a hamutartalmú habarcs összetétele főként pozitív kötési hőmérsékleten releváns.
A pernye beépíthető az öntömörödő beton összetételébe a betonkeverék stabilitásának javítása, a víztartó képesség növelése érdekében; a beton sűrűsége és szilárdsága egyidejűleg nő [25] .
A 30% feletti kalcium-oxid CaO tartalmú bázikus hamut kötőanyagként használják a mész vagy cement részleges helyettesítésére autoklávban és nem autoklávban keményedő cellás betonban, habarcsok és betonok gyártásához előregyártott és monolit betonokhoz, valamint vasbeton termékek és szerkezetek. A mész egy része a hamuszemcsék mélységében található, és már a cementkő szerkezetének kialakulása után kölcsönhatásba lép a vízzel, ami repedésekhez és a cementkő szilárdságának csökkenéséhez vezet. Ez megakadályozza az erősen bázikus hamu használatát betonokban és habarcsokban.
28 napos normál kikeményedés után a pernye szabad CaO-ja már csak 50%-ban reagál a vízzel, de gőzölési körülmények között a hidratáció 70-80%-kal halad át. A hidroszulfoaluminát fázisok képződése is eltérő módon megy végbe, ha normál körülmények között a kalcium-szulfát főként az ettringithez kötődik , akkor a gőzölés során a kalcium-monoszulfoalumináthoz kötődik. Így a hamutartalmú anyagok gőzölése csökkenti a roncsoló folyamatok kockázatát az edzett anyagban [26] .
A destruktív folyamatok problémájának megoldására a pernye nagyobb diszperziós fokig előőrölhető, szabaddá téve a mészszemcséket [27] . Ez a technológiai módszer biztosítja a mészoltást, mielőtt a cementkő elveszítené képlékeny tulajdonságait, kiküszöbölve a szilárdságcsökkenés és az anyagrepedés veszélyét. A 410 m 2 /kg fajlagos felületű gipsszel előőrölt pernye alkalmazása lehetővé tette öntömörödő beton előállítását szilárdságcsökkenés nélkül 6 hónapos kikeményedés után, magasabb cementpótlási fok mellett. 50%-ra. De a kötőanyag hamuval való töltési fokának növelése jelentősen megnöveli a beton zsugorodási alakváltozásait [28] .
A pernye diszperziós összetétele és kémiai tulajdonságai lehetővé teszik a cementek összetételében történő felhasználását. Az Oshmyany CHPP tőzegégetésből származó fő pernye esetében további 500-as portlandcement összetételét javasolták legfeljebb 20%-os pernyetartalommal, 200-as fokozatot legfeljebb 70%-os hamutartalommal [29] .
A pernye az aktív szén helyettesítésére használható például a metilénkéket és a metilénvöröst tartalmazó azofestékeket tartalmazó szennyvíz kezelésére [30] .
A mintegy 252 millió évvel ezelőtti perm-triász kihalási esemény során a szibériai csapdák széntelepeinek meggyulladása következtében a modern pernyehöz hasonlóan nagy mennyiségű szenet engedtek az óceánokba, amely a tengeri üledékekben megőrződik. Kanadai sarkvidék . Felmerült, hogy a pernye mérgező környezeti feltételekhez vezethet. [31]
Szótárak és enciklopédiák | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |