Об особенностях несгоревшего топлива в золах ТЭЦ и его влиянии на свойства золобетонов —

Золы-уноса тепловых электростанций, получаемые от сжигания пылеугольного топлива, находят все более широкое применение в строительной практике, прежде всего для изготовления легких и ячеистых бетонов. В некоторых районах страны, в частности в Кузбассе, где отсутствуют запасы песка, удовлетворяющего техническим требованиям, использование топливных зол для производства различных строительных изделий имеет особенно важное значение.

Действующая в настоящее время «Инструкция по производству и применению изделий из ячеистого золобетона», разработанная в свое время НИПЖБом и ЦНИИСКом АСиА С С С Р, кроме определенных требований к химическому и гранулометрическому уставам неорганический части золы (этим требованиям удовлетворяют золы от сжигания каменных, бурых и антрацитовых углей разных месторождений), ограничивает содержание в ней несгоревшего топлива, независимо от вида сжигаемого угля, до 7″/о.

По этой причине не получают практического применения в строительстве многие виды зол, содержащих повышенное количество несгоревшего топлива. Как видно из данных таол. 1, в золах-уноса крупнейших электростанций Кузбасса (за исключением Кузнецкой ТЭЦ) содержание несгоревшего топлива в 2—3 раза превышает предельно допустимое указанной инструкцией. Это объясняется прежде всего тем, что в качестве пылеугольного топлива чаще всего используются матовые многозольные разновидности угля.

С целью выявления возможности применения таких зол в производстве легких и ячеистых бетонов в Новокузнецком отделении Западно-Сибирского филиала АСиА СССР проведены исследования физико-химических свойств несгоревших частиц топлива в золе и их влияния на качество ячеистого золобетона (он обладает повышенной водо и газопроницаемостью, поэтому возможное отрицательное влияние несгоревших частиц золы на его свойства должно проявиться наиболее ощутимо).

Для исследования характера метаморфизма, который претерпевает уголь при сгорании в топках котлов ТЭЦ и ГРЭС, были выполнены химические, термографические и микроструктурные анализы молотого каменного угля, несгоревшвх частиц и минеральной части золы

Для опытов на Южно Кузбасской и Томь Усинской ГРЭС отбирали пробы каменного угля, измельченного в шаровой мельнице, я одновременно — золы из циклоннных системы зато удаления; несгоревшее топливо отделялось от минеральной части золы флотацией. Флотационным реагентом служил сульфированный керосин, предварительно эмульгированный в воде с добавкой поверхностно-активного вещества (с. с. б.).

Характеристика исходных углей и несгоревшнх частиц золы приведена в табл. 2.

Приведенные серии термограмм раскрывают природу экзотермического эффекта, присущего золам каменных углей. Флотацией оказалось невозможным полностью отделить несгоревшее топливо от минеральной части золы, уже потому, что зола содержит значительное количество частиц, агрегированных из минеральных и органических веществ (30—40% стеклообразной фазы). Поэтому на кривых 5 для золы, подвергнутой флотации, экзотермический эффект при 700—720° связан с характеристикой и количеством полукоксовых и коксовых остатков в золе. Величина эффекта зависит от количества этих остатков.

На термограммах несгоревших частиц эндотермические эффекты испарения гигроскопической влаги практически отсутствуют, что согласуется с данными табл. 2.

На рис. 2 даны микрофотографии молотого угля, несгоревших частиц и золы. Молотый каменный уголь имеет развитую удельную поверхность и, следовательно, высокую поверхностную свободную энергию. Поэтому частицы угля слипаются в агрегаты, которые механическим путем разделить весьма трудно. Несгоревшее топливо, в отличие от черных зерен молотого каменного угля неопределенной формы, состоит из более крупных спекшихся оплавленных частиц круглой или овальной формы.

Вспучивание, оплавление и спекание зереи угля при движении их по топочному пространству котлов характеризуют пирогенетическое превращение каменного угля в полукокс и кокс. Примеси несгоревшего топлива, образовавшиеся при спекании и вспучивании угля в топках, находятся в основном в крупной фракции золы. Это видно из данных табл. 3, в которой представлены результаты седиментометрического анализа зол.

Эти данные также свидетельствуют о том, что потери при прокаливании у растертой и нерастертой золы существенно разнятся. Следовательно, часть золы представляет собой агрегаты неоднородных частиц.

Таким образом, примеси несгоревших частиц в золах электростанций по физическому и химическому характеру сильно отличаются от исходного каменного угля. Они представлены новообразованиями — полукоксом и коксом—с весьма малым содержанием гигроскопической влаги и летучих. Такие примеси более стопки, чем уголь, против воздействия воды, кислорода и других агентов.

О стойкости несгоревшнх частиц в золах ТЭЦ и ГРЭС и тем самым о их вредности для растворов и бетонов можно судить лишь по результатам непосредственных испытаний тех или иных изделий на прочность, морозостойкость, стой, кость против попеременного водонасыщення и высушивания и др.

Опубликованные экспериментальные данные по этому вопросу касаются в основном прочности золобетонов. Так, А. Н. Крашенинников и Н. Г. Чукреев — приводят данные о снижении прочности ячеистого золобетона по мере увеличения в золе несгоревшего топлива. Они относятся к бетонам, полученным на разных пробах золы (пробы отбирали в разное время), что могло существенно повлиять на свойства ячеистого золобетона.

При увеличении содержания несгоревшего топлива с 5,7 до 27,6% сорбционная влажность газозолобетона практически остается постоянной. Следовательно, сорбционная способность по отношению к влаге у минеральной части золы и коксовых остатков примерно одинакова.

Результаты испытаний газозолобетона на водопоглощение и морозостойкость приведены в табл 5.

Как автоклавный, так и безавтоклавный газобетон на золах ТЭЦ намного превышает технические требования, касающиеся морозостойкости.

Для исследования стойкости пропаренного газозолобетона при периодическом водонасыщении и высушивании образцы погружали на 3—4 часа в воду, затем высушивали до равновесной влажности (6—7% по весу) в течение 6—7 сут. Испытания продолжались более года. После 30 и 60 циклов увлажнения и высушивания образцы испытывались на сжатие.

Как известно, развитие энергетики в настоящее время идет преимущественно по пути строительства тепловых электростанций с пылеугольным сжиганием топлива. В топках современных ТЭЦ н ГРЭС, где температура достигает 1400—1500°, есть все условия для превращения каменного угля в полукокс и кокс.