Productia de Energie a Romaniei

CUPRINS

Referat I

Referat II

Referat III

Introducere

Producția de energie a României se bazează pe centrale termoelectrice în proporție de aproximativ 50%, peste 35% din energia produsă în centralele termoelectrice utilizând ca resursă primară combustibilul solid indigen (lignit, huilă).

Producția anuală de zgură și cenușă la termocentralele pe cărbune este de cca 10 milioane tone din care 95 % se depozitează definitiv și 5% este valorificată prin vânzare.

Cenușile de termocentrală sunt unanim catalogate drept deșeuri industriale cu impact ecologic sever, cu atât mai mult cu cât eliminarea lor de pe fluxurile de producere a energiei electrice pe baza arderii cărbunilor de pământ are loc masiv, pe arii geografice restrânse și adesea chiar punctuale, dacă zona de generare este raportată la scara unui areal natural mai larg. Din acest punct de vedere, cenușile de termocentrală pot fi considerate a fi „concurate” pe teritoriul României doar de către zgurile provenite din siderurgie (metalurgia feroasă). Între aceste două tipuri de deșeu industrial pot fi găsite elemente surprinzătoare de similitudine, inclusiv legate de mențiunea anterioară, cum ar fi:

evacuarea în cantități foarte mari de pe fluxurile industriale, de ordinul milioanelor de tone anual;

sinergia „producției” curente cu elementul istoric al acumulării în depozitele constituite în timp, depozite care efectiv sunt de natură să modifice relieful geografic natural al zonelor de locație (Figura 1);

valorificarea parțială: cenușile zburătoare (de electrofiltru) și zgurile de furnal sunt practic total utilizate pe fluxurile industriale de fabricare a cimenturilor cu întărire hidraulică, în vreme ce cenușa de vatră și zgurile de elaborare a oțelului în convertizor sau cuptor electric cu arc (în ambele cazuri cu pondere masică de peste 80%), nu sunt valorificate decât foarte restrâns (sub 10% din cantitățile produse).

a b

Fig. 1. Depozite de deșeu industrial.

a. Cenușă de termocentrală (Valea Ceplea-Turceni. b. Zgură siderurgică-Galați

Extinzând analiza comparativă, cenușile grele de termocentrală (cenușa de vatră) prezintă, în comparație cu zgurile siderurgice, avantajul constanței compoziționale generate de sursa constantă de proveniență (arderea ligniților), în vreme ce zgurile de elaborare sunt tributare variațiilor semnificative de parametrii ai tehnologiilor siderurgice, precum și specificității mărcilor de oțel elaborate. Din acest punct de vedere, cenușile de vatră sunt perfect predictibile și ca atare, de luat în considerare drept resursă de materie primă cu caracteristici reproductibile.

În centralele energetice care utilizează drept combustibil cărbunii, cenușa reprezintă reziduul solid care rezultă din combustie și cuprinde particulele fine și grosiere care sunt evacuate din instalația de ardere, împreună sau în contracurent cu fluxul gazelor de ardere.

Lucrările experimentale efectuate au urmărit, în primă etapă, caracterizarea fizico-chimică a materialelor utilizate, urmată de obținerea de produse experimentale prin procedee clasice de omogenizare, fasonare sau tratament termic (uscare, ardere).

Utilizarea cenușii de termocentrală la obținerea amestecurilor de fasonare pentru materiale de construcție obținute prin presare este menționată în literatura de specialitate pe plan mondial, unde sunt prezentate rezultate pozitive obținute prin includerea ca materie primă a cenușii în amestecurile plastice de fasonare, cu o pondere masică de 15-20% /3,4,5/. Pe plan intern, S.C. FIBROCIM S.A. în colaborare cu Universitatea Politehnică Timișoara, studiază posibilitatea utilizării cenușii de termocentrală drept agregat în rețetele de fabricare a țiglelor, prezentând rezultatele obținute în variantele în care cenușa înlocuiește ca degresant în proporție de 5%, 10% și 15% nisipul din rețetele clasice /6/. De asemenea, utilizarea cenușii este experimentată cu succes și de SC MACOFIL SA din Târgu Jiu, ca variantă de rețetă în situațiile când materia primă de bază o reprezenta o argilă cu conținut redus de component degresant /7/.

De asemenea, literatura de specialitate menționează posibilitatea utilizării acestui tip de deșeu și în cazul obținerii amestecurilor de betoane pentru construcții, destinate realizării de prefabricate ușoare /8/ sau a maselor de bătătorire în lucrările de amenajare a terenurilor /9/.

In toate cazurile citate, concluzia specialiștilor este unanimă: cenușile grele de termocentrală (cenușile de vatră) reprezintă o materie primă de mare interes pentru industria materialelor de construcție și care, în cazul abordării riguroase a problemei valorificării, poate constitui o resursă minerală cel puțin la fel de valoroasă ca și cenușile zburătoare (cenuși de filtru), față de care au în prezent „dezavantajul”, dar poate în viitor „avantajul” evacuării de pe fluxurile de ardere a cărbunilor energetici în raport masic de 10:1.

Capitolul I

Instalații de ardere a cărbunilor energetici

1.1.Instalații de ardere de mare capacitate

1.1.1.Prezentare generală

Cenușa de la termocentrale este un reziduu industrial, rezultat în urma arderii rapide în cazane a prafului de cărbune la temperaturi de ÷ °C. Cenușa se prezintă ca o masă fină de culoare gri, vitrificată, alcătuită din granule sferice compacte sau poroase. Cenușa rezultată prin arderea cărbunilor în termocentrale este cel mai important deșeu industrial.

Una din principalele componente ale circuitului termic al centralei este cazanul de abur. Cazanul de abur de 1035 t/h este de tip Benson, cu străbatere forțată, cu un singur drum de gaze de ardere și cu supraîncălzire intermediară.

Construcția sa este de tip turn, suspendată de o platformă situată la cota + 92,0 m. În partea inferioară se află camera de ardere, iar în partea superioară suprafețele de schimb de căldură.

Cazanul de abur este închis etanș, cu pereți tip membrană, având la exterior o izolație termică ușoară și înveliș metalic. Acesta este amplasat într-o sală închisă cu acoperișul la cota + 45,0 m, restul cazanului de abur fiind în aer liber.

Instalațiile electrice folosite pentru reținerea cenușii din gazele de ardere evacuate la coșul de fum (electrofiltrele) sunt montate pe platforma de la cota + 92,0 m.

Instalația de preparare și ardere a cărbunelui cuprinde șase mori tip DGS 100, din care cinci sunt în funcțiune și una în rezervă. Alimentarea fiecărei mori se realizează printr-un dozator cu bandă tip ERKO care extrage cărbunele din buncărele aflate în corpul intermediar.

Sistemul inițial de două arzătoare suprapuse de praf de cărbune a fost înlocuit cu un sistem modern de arzătoare cu o reducere considerabilă a cărbunelui nears și a oxizilor de azot.

Instalația de ardere a combustibilului de aprindere și suport flacără este alcătuită din arzătoare păcură și arzătoare mixte păcură-gaze naturale grupate în trei grupe funcționale: grupa de la cota + 12,00, grupa front cazan și grupa spate cazan. Arzătoarele inițiale au fost înlocuite cu arzătoare moderne cu insuflare de aer terțiar în vederea reducerii formării de oxizi de azot.

Aerul necesar arderii combustibililor este introdus cu ajutorul a două ventilatoare de aer, de tip axial, în construcție orizontală. Pentru ridicarea temperaturii acestui aer sunt prevăzute două preîncălzitoare de aer rotative, de tip Ljüngstrom.

Gazele de ardere rezultate sunt evacuate prin intermediul a două ventilatoare de gaze de ardere, de tip axial, în construcție verticală.

Alimentarea cu aer și evacuarea gazelor de ardere este concepută pe două linii paralele, care pot funcționa și independent până la 70% din capacitatea nominală a cazanului de abur.

Fig. 1.2. Schema circuitelor de aer și gaze de ardere

Fig. 1.3. Schema circuitului de apă – abur a cazanului de 1035 t/h

1-economizor; 2-vaporizator; 3-separator de picături; 4-supraîncălzitor î.p. nr.1; 5-injecția 1; 6-supraîncălzitor î.p. nr.2; 7-injecția 2; 8-supraîncălzitor î.p. nr.3; 9-by-pass de î.p. ; 10-expandor de pornire ; 11- supraîncălzitor intermediar nr.1 ; 12 – injecția nr.3 ; 13 – supraîncălzitor intermediar nr.2 ; 14 – vane de linie ; 15 – ventile eșapare intermediar; 16 – supape de siguranță m.p; 17 – recipient de pornire; 18 – conductă pornire din stare caldă; 19 – conductă de aerisire a recipientului de pornire.

Evacuarea zgurii se realizează pe la baza cazanului de abur printr-o instalație de tipul transportorului cu racleți (Kratzer) într-o baie de apă. Zgura solidificată este apoi concasată și stocată în buncări, de unde este trimisă hidraulic prin conducte la stațiile de pompe Bagger.

Instalația de suflat funinginea cu abur este prevăzută în vederea îndepărtării depunerilor de cenușă de pe suprafețele de schimb de căldură ale cazanului de abur.

Pentru reținerea pulberilor de cenușă din gazele de ardere rezultate sunt prevăzute două instalații de desprăfuire, de tip electrofiltru.

Apa necesară este introdusă în cazanul de abur printr-o turbopompă în regimul normal de funcționare și prin două electropompe de pornire.

Gazele de ardere sunt evacuate în atmosferă prin patru coșuri de fum din beton armat, la fiecare fiind racordate câte două cazane de abur de 1035 t/h.

Instalația de captare a prafului de cenușă din gazele de ardere evacuate la coșul de fum al cazanului

Reținerea prafului de cenușă din gazele de ardere evacuate la coșul de fum al cazanului se realizează cu ajutorul electrofiltrelor. Pentru fiecare cazan energetic există două electrofiltre orizontale, amplasate pe platforma de la cota +92 m a cazanului, unde sunt amplasate și ventilatoarele de gaze de ardere.

Fig. 1.4. Principalele componente ale unui electrofiltru

1 – pâlnie difuzoare; 2 – dispozitiv de liniștire și uniformizare a curgerii; 3A, 3B, 3C – electrozi de depunere în cele 3 tronsoane A, B, C; 4 – electrozi de ionizare; 5 – cadre de întindere a barelor de ionizare; 6 – buncăre; 7 – evacuare cenușă; 8 – izolatorii electrozilor de ionizare; 9 – dispozitiv de scuturare a electrozilor de ionizare prin ciocănire sau vibrare periodică; 10 – confuzor de evacuare a gazelor

În tabelul 1.1 sunt prezentate caracteristicile tehnice ale electrofiltrelor grupurilor energetice ale termocentralei Rovinari.

Tabelul 1.1

În tabele 1.2 și 1.3 sunt prezentate date despre funcționarea electrofiltrelor grupurilor energetice ( viteza gazelor de ardere, timpul de trecere a gazelor print electrofiltru, echipamentul electric, tipul electrozilor, suprafețe de depunere).

Tabelul 1.2

Tabelul 1.3

Legendă: IT- Înaltă tensiune; JT -Joasă tensiune; CIT – Celula de înaltă tensiune;

DSA -Dulap servicii auxiliare ; DCT – Dulap comandă tehnologică ;CEE – Cameră electrică electrofiltru; CCT 3 – Camera de comandă tehnologică grup 3

AP – Automat programabil

Tehnologia de evacuare a zgurii și cenușii varianta clasică

La fiecare cazan de abur de 1035 t/h, zgura rezultată din arderea cǎrbunelui este concasată și transportată hidraulic în diluție de 1:10 prin canale, la stația de pompe Bagger aferentǎ cazanului.

Lignitul din Bazinul Carbonifer al Olteniei Gorj conține 24-32 % cenușă raportată la masa inițială. Din această cantitate de cenușă, aproximativ 15 % se separă în focarul cazanului sub formă de zgură și cenușă, care cade în pâlnia focarului, de unde, este evacuată cu ajutorul unui transportor cu racleți (Kratzer). Kratzerul evacuează zgura și cenușa pe o sită cu dimensiunile ochiurilor de , unde particulele fine sunt separate de particulele grosiere de zgură.

Particulele grosiere sunt trimise spre un concasor, după care, cu ajutorul unor ejectori cu apă, zgura este evacuată spre stația de pompe șlam (Bagger).

Instalația de evacuare a zgurii are rolul de a răci zgura care cade fierbinte din pâlnia focarului, într-o baie de apă și de a o evacua. Această instalație, asigură prin priza de imersie în baia de apă și etanșarea focarului la partea infea de apă și etanșarea focarului la partea inferioară. Nivelul apei în baie este menținut cu ajutorul unui preaplin.

Baia de apă a evacuatorului de zgură este alimentată cu apă de spălare în permanență, astfel încât temperatura din Kratzer să nu depăsească 60oC. Căzând în baia de apă, căldura zgurii este absorbită de apa de răcire.

Procesul de răcire se desfășoară de regulă atât de rapid, încât bulgării mari de zgură se transformă în particule mici, friabile. Particulele de zgură sunt transportate din baia de apă cu ajutorul racleților, prinși pe un lanț calibrat.

Caracteristicile tehnice principale ale instalației de evacuare a zgurii și cenușii

Caracteristici funcționale:

.

b) Caracteristici apă de răcire:

Pentru sfărâmarea zgurii până la dimensiunea de 30 mm, sunt prevăzute două concasoare cu câte un valț și fălci de sfărâmare, cu debitul de 10-20 t/h.

După procesul de concasare, zgura sfărâmată este deversată într-un buncăr intermediar și apoi în canalele de zgură. Zgura și cenușa este preluată de către doi ejectori (de bază) care o transportă cu ajutorul presiunii hidraulice la canalul de evacuare.

Fig. 1.5 Instalația de evacuare a zgurii și cenușii din focarul cazanului

Caracteristici tehnice pentru ejectorii de zgură:

Pompele de apă impuls asigură apa necesară funcționării ejectorilor de zgură, fiecare grup energetic fiind prevăzut cu câte șase pompe. Acestea sunt de tip SADU 100×4 (4buc.) și B.I.M. 150-125-500 (2 buc.).

Caracteristici tehnice pentru pompele SADU 100×4:

Caracteristici tehnice pentru pompele BIM 150-125-500:

Cenușa zburătoare, care pleacă din focar odată cu gazele de ardere, este reținută parțial și colectată în pâlniile de sub preîncălzitoarele de aer, pâlniile electrofiltrelor și pâlnia coșului de fum, de unde este evacuată prin cădere liberă, prin țevi cu diametru mare ( sau 600 mm) montate cu înclinare mare.

Din pâlniile de sub preîncălzitoarele de aer, cenușa este condusă prin cădere liberă prin țevi până la cota +, unde este amestecată cu apa de spălare într-un bazin și apoi evacuată spre stația de pompe șlam.

Cenușa din pâlniile electrofiltrelor, este evacuată cu ajutorul unor clapete cu contragreutate și apoi condusă prin țevile cu înclinare mare până la stația de pompe șlam. Cenușa din pâlnia de sub coșul de fum se evacuează tot gravitațional prin țevile cu înclinare mare, până la stația de pompe șlam.

Stațiile de pompe Bagger asigură evacuarea din centrală a zgurii și cenușii. Stația de pompe Bagger aferentǎ fiecǎrui cazan dispune de trei linii de pompare din care o linie în exploatare, o linie în rezervǎ și o linie în reparație.

O linie de pompe Bagger cuprinde douǎ pompe centrifuge înseriate, fiecare pompǎ având caracteristicile:

D = 1100 m3/h

H = 80 mca

Zgura și cenușa în hidroamestec cu diluție mare (1:10) sunt transportate la depozitele de zgură și cenușă ale centralei. Pentru depozitarea zgurei și cenușii evacuată din Centrala Termoelectrică Turceni au fost prevăzute două spații de depozitare și anume:

Depozitul de zgură și cenușă nr. 1- amenajat ca depozit de bază situat la cca 3,3 km de termocentrală în Valea Ceplea, în care evacuarea hidroamestecului de zgură și cenușă se face în prezent în soluția cu două trepte de pompare, înseriate în sistem „pompă în pompă”.

Depozitul de zgură și cenușă nr. 2 – amenajat ca depozit tampon sau de avarie, situat la cca 1 km de termocentrală, în albia veche a râului Jiu, în care depozitarea hidroamestecului de zgură și cenușă se face limitat, în perioadele când nu este posibilă evacuarea în depozitul nr. 1 din Valea Ceplea.

În conformitate cu prevederile Directivei 1999/31/CE privind evacuarea și depozitarea deșeurilor rezultate din procesele de ardere din cazane, transpusă în HG 349/2005, este obligatoriu să se renunțe la sistemul de evacuare și depozitare a deșeurilor cu apă în exces.

În programul Guvernului României de implementare a Directivei 1999/31/CE privind depozitarea deșeurilor și a Directivei 2001/80/CE privind eliminarea emisiilor anumitor poluanți din aer, se prevede o perioadă de tranziție pentru conformare între anii 2008-2013, în care sunt cuprinse toate centralele pe cărbune.

În vederea alinierii la Normele Europene de mediu și de eficiență energetică, se impune pe lângă reabilitarea tehnologică a centralelor pe cărbune, respectiv realizarea instalațiilor pentru desulfurarea gazelor de ardere și înlocuirea actualelor instalații de evacuare, transport și depozitare a produselor rezultate în urma procesului de ardere a cărbunelui în cazanele grupurilor energetice, cu instalații nepoluante.

Sistemul de evacuare, transport și depozitare a zgurii și cenușii, varianta clasică, prezintă o serie de inconveniente dintre care menționăm:

necesită cantitați mari de apă pentru transportul hidroamestecului, ceea ce conduce la costuri mari de exploatare,

excesul de apă din depozit afectează siguranța, respectiv stabilitatea locală și generală a depozitului,

o serie de substanțe nocive conținute în zgură și cenușă sunt dizolvate în apă și o parte din ele se infiltrează în sol.

În concluzie, cauza tuturor acestor inconveniente o reprezintă tehnologia de evacuare, respectiv apa în exces.

Pornind de la prezența în cenușă a următorilor compuși chimici: SiO2; CaO; MgO; Fe2O3; Al2O3 și a metalelor grele, principalii factori de mediu afecțați în situația actuală, precum și efectele posibile sunt prezentate în continuare.

Infiltrațiile din depozit afectează pânza freatică și subsolul datorită lipsei etanșeității și drenării necorespunzătoare a cuvei acestuia. Acestea au ca efect creșterea mineralizării freaticului și sărăturării solului, având în vedere și aspectul cumulativ.

Este afectată calitatea apelor de suprafață, prin deversări de apă din depozit, sau de hidroamestec de zgură și cenușă în caz de incidente sau avarii.

Pulberile de cenușă, antrenate de vânt de pe suprafața uscată a compartimentelor depozitelor, afectează toți factorii de mediu: apă, vegetație, organisme vii, sol, așezări umane. Pulberile cu granulație fină afectează în principiu organismele animale și sistemul foliar al plantelor, la distanțe mari de depozit. Sunt afectate mucoasele tractului digestiv și respirator al omului și animalelor. Pulberile de granulație medie și mare se depun în apropierea depozitelor pe suprafața solului și plante.

Flora din zona depozitului, atât cea spontană, dar mai ales cea cultivată, suferă efecte negative de pe urma antrenării de către curenții de aer a fracțiunilor fine de cenușă, ceea ce atrage după sine reducerea vitalității și a producției culturilor.

Un alt efect al poluării este acumularea de către plante a unor concentrații crescute de metale grele (crom, plumb, arseniu, molibden) până la nivele toxice, cu implicații asupra sănătății consumatorilor.

Soluțiile practicate până acum pentru protecția mediului la depozite, respectiv: drenarea parțială, recircularea apei limpezite, stropirea suprafeței compartimentelor aflate de rezervă sau peliculizarea acestuia cu substanțe liante pentru fixarea cenușii nu au dat rezultatele așteptate.

Tehnologia de evacuare a zgurii și cenușii în șlam dens

Tehnologia de evacuare în șlam dens, reprezintă procesul tehnologic de preparare a amestecului zgură/cenușă cu apă, în scopul obținerii unui amestec bifazic (solid-lichid) omogen-șlam, pe de o parte, iar pe de altă parte, implică procesul tehnologic de depozitare a șlamului bazat pe solidificarea amestecului bifazic (șlam) în halda de depozitare, rezultând așa numita „piatră de cenușă”. Această tehnologie poate fi implementată atât în termocentralele noi, cât și în cele existente. Începând de la punctele cazanului de colectare a cenușii, cenușa este furnizată în formă solidă uscată abrazivă, reprezentând cenușă grosieră și cenușă fină provenită de la electrofiltre și de la canalul de desprăfuire a gazelor de ardere.

Esența tehnologiei șlamului dens constǎ în amestecarea continuă a zgurei umezite de sub cazane și a cenușii uscate de electrofiltru cu apǎ, prin circulația hidraulică intensă, în raport solid / lichid ≥ 1, ce are ca efect activarea substanțelor chimice de tip cimentoid aflate în cenuși și crearea unui șlam dens omogen, care este pompat la depozit, unde, în timp, se întărește rezultând o rocǎ de cenușă.

Fig. 1.7 Concentrator de zgură și cenușă

Fig. 1.8 Schema bloc a evacuării zgurii și cenușii pentru cazanul de 1035 t/h

Pornind de la caracteristicile deosebit de favorabile ale șlamului dens, tehnologia de evacuare și depozitare a zgurii și cenușii în fluid dens, presupune în principal:

realizarea de instalații de captare, transport și stocare a cenușii uscate de la electrofiltre;

realizarea de instalații de preluare, transport și separare (concentrare) a zgurei de la Kratzer;

realizarea de instalații de amestecare prin circulație hidraulicǎ intensă a apei, cenușii și zgurei pentru producerea șlamului dens;

realizarea de instalații de pompare, transport și distribuție a fluidului dens la depozit.

Pentru evacuarea și depozitarea zgurii și cenușii în tehnologia șlamului dens, se are în vedere preluarea și prelucrarea urmǎtoarelor debite pentru un cazan de 1035 t/h:

110 t/h cenușǎ;

20 t/h zgurǎ;

20 t/h ghips.

Pentru Termocentrala Turceni sunt prevǎzute două stații de preparare și pompare șlam dens, fiecare deservind câte două cazane de 1035 t/h, stația nr.1 va deservi cazanele nr. 3 și 4 iar stația nr. 2 cazanele nr. 5 și 6. Fiecare stație de preparare și pompare va fi deservită de patru linii de pompare (douǎ în funcțiune, una în rezervǎ și una în reparație) care transportă șlamul dens la depozitul de zgură și cenușă.

Stația nr. 1 de șlam dens se va amplasa în zona din spatele cazanului nr. 2 între șirul „G” și coșul de fum, respectiv între axele 9 și 14 ale clădirii principale.

Stația nr. 2 de șlam dens se va amplasa în zona din spatele cazanelor blocului nr. 8 între axele 48 și 56 ale clădirii principale.

Etapele parcurse în cadrul procesului tehnologic de evacuare în șlam dens constau în:

captarea uscată a cenușii și transportul acesteia la silozurile de stoc;

preluarea și transportul hidraulic al zgurei la concentratoarele de zgură;

prepararea șlamului dens, care încorporează zgura, cenușa și șlamul de ghips de la instalațiile de desulfurare a gazelor de ardere;

transportul șlamului dens, pe o rețea de conducte, la depozit.

Zgura și cenușa provenite din punctele de colectare ale focarului sunt preluate cu transportorul Kratzer, după care sunt trecute printr-un concasor înainte de a fi transportat.

Cenușa uscată este transportată pneumatic la mixerul de șlam unde se realizează amestecul de cenușă-apă până se obține vâscozitatea prestabilită.

Zgura și cenușa umedă captată de Kratzer poate fi adăugată amestecului, astfel încât să se păstreze vâscozitatea și proprietățile de autoîntărire ale șlamului. Utilajul în care are loc formarea propriu-zisă a amestecului bifazic omogen, este mixerul hidraulic de șlam dens.

Mixerul hidraulic realizează amestecul efectiv de zgură/cenușă-apă, operație ce se desfășoară în mod continuu la un raport de amestec lichid-solid prestabilit, menținând vâscozitatea și proprietațile șlamului.

În principal aparatul este compus dintr-un rezervor cilindric vertical, prevăzut cu un con în partea inferioară-evacuare, iar în partea superioară a cilindrului fiind montat capul de amestec, unde are loc amestecul preliminar cenușă-apă.

Aici are loc dozarea cenușii și apei de injecție pentru realizarea amestecului în raportul prestabilit. Zgura provenită de la Kratzer este introdusă în circumix odată cu apa de injecție, luând în calcul cantitatea de apă conținută de aceasta.

A doua etapă de mixare are loc în pompele de recirculare a șlamului ce aparțin echipamentului, pompele preluând o parte din șlamul rezultat în partea inferioară a mixerului hidraulic și alimentând partea superioară a rezervorului de amestec și capul de mixare. Restul de șlam rezultat în partea inferioară a mixerului, este preluat în mod continuu de către pompele de transport, menținându-se astfel un nivel constant de șlam în mixer.

Pompele de transport șlam sunt pompe centrifuge. Pierderile de presiune în conductele de transport șlam dens, pot ajunge până la 5-8 [bar/km] conductă.

Șlamul preparat de mixerul hidraulic este o substanță omogenă, cu un minim de bule de aer în masa șlamului și proprietăți excelente de autoîntărire.

Tehnologia șlamului dens este ecologică din punct de vedere al poluării. Depozitele de zgură și cenușă clasice au un efect negativ asupra mediului înconjurator, apa meteorică provenită din ploi și zăpadă transportând substanțele nocive conținute în zgură și cenușă în pânza de apă freatică.

Gradul de periculozitate al haldelor de depozitare asupra mediului ambiant, depinde de legislația de mediu din fiecare țară.

O abordare din acest punct de vedere asupra tehnologiei de șlam dens, consideră că șlamul dens solidificat reprezintă un material neclasificat, fiind considerat poluant până în momentul în care testele de laborator și de sol, au demonstrat că nu are nici un efect nociv asupra mediului ambiant.

Se menționează două aspecte principale:

proprietățile șlamului dens diferă de proprietățile zgurei și cenușii;

șlamul dens în formă lichidă diferă de șlamul dens solidificat.

Pentru fiecare stat există legi care descriu procedura de clasificare necesară determinării gradului de poluare.

O procedură tipică de clasificare implică efectuarea următoarelor teste în laborator și/sau teste în teren-halda de depozitare:

efectuarea analizei chimice a șlamului;

efectuarea testului de permeabilitate pe o probă de șlam de laborator și pe o suprafață de control în halda de depozitare (aproximativ 25 m2);

testul de disoluție cu apă și soluții chimice specifice pe proba de laborator pentru a determina dizolvarea componentelor nocive din compoziția chimică a șlamului;

investigarea parametrilor geotehnici pentru roca de cenușă rezultată, cum ar fi porozitatea, densitatea volumică uscată, forța de comprimare.

Se mai efectuează și alte teste pentru a determina proprietațile șlamului în stare fluidă, ca densitatea și vâscozitatea, date necesare în proiectarea procesului tehnologic. De obicei aceste date se obțin cu ajutorul unui stand de probă mobil.

Schema principală de funcționare a instalației de șlam dens

Particulele solide utilizate în tehnologia șlamului dens sunt zgura și cenușa rezultate în urma procesului de ardere a prafului de carbune.

Instalația aferentă tehnologiei șlam dens, presupune colectarea și transportul zgurei și cenușii, realizarea amestecului bifazic zgură/cenușă-apă și depozitarea șlamului dens rezultat. Schema principală de funcționare a unei astfel de instalații este sintetizată în figura 1.9.

Conform schemei de funcționare, instalația de șlam dens cuprinde următoarele subsisteme principale:

colectare-transport zgură de la Kratzer;

colectare-transport cenușă de la electrofiltre și preâncălzitoare aer (P.A.R);

preparare și pompare șlam pe depozit; pompa de înaltă presiune;

transport șlam la depozit; conducta de transport;

distribuția șlamului pe depozit.

Fig. 1.9 Schema de principiu a evacuării zgurii și cenușii prin metoda fluid dens

Subsistemul de colectare-transport zgură

Zgura de la cazanele nr. 5 și 6 este preluată de la cuvele Kratzer și transportată hidraulic în soluția clasică la stațiile de pompe Bagger. Totodată, în canalele de transport hidraulic, va fi deversată cenușa grosieră de la economizor și PAR (se va păstra schema actuală de evacuare hidraulică). De la stațiile de pompe Bagger, zgura + apa de transport în diluție mare (1:10) este preluată de pompele de zgură în diluție mare.

Pompele de zgură în diluție mare vor asigura transportul acesteia la concentratoarele de zgură. Concentratoarele de zgură, câte unul pentru fiecare cazan, sunt amplasate în cadrul stației de șlam dens. Fiecare concentrator este dimensionat să preia debitul de apă + zgură corespunzător a două cazane. În funcționare normală, fiecare cazan funcționează cu concentratorul propriu de zgură. În cazul ieșirii din funcțiune a unui concentrator, concentratorul învecinat poate prelua două cazane.

Amestecul de zgură cu apă în diluție mare (1:10) trece printr-un grătar cu autocurățire montat pe o cotă superioară concentratorului, care are rolul de a reține eventualele corpuri străine, și este deversat într-unul din concentratoarele de zgură.

Corpurile reținute în grătar sunt colectate lângă clădire, într-un container. Concentratorul de zgură are rolul de a reduce cantitatea de apă, diluția finală a amestecului fiind de 1:3 – 1:4 (raport masic). Astfel, cantitatea de apă introdusă împreună cu zgura în mixerul de șlam dens nu va fi în exces față de necesarul de apă pentru prepararea șlamului dens. Apa în exces din separatorul de zgură este utilizată pentru transportul hidraulic al zgurei pe actualele canale, de la cazane la stațiile de pompe Bagger.

Pentru a realiza transferul apei în exces, de la concentratoarele de zgură la bazinul de aspirație al pompelor de spălare, s-a prevăzut o cuvă în exteriorul concentratorului, concentrică cu acesta, care preia apa decantată prin prea-plinul concentratorului. Evacuarea apei la bazinul de aspirație a pompelor de spălare se face gravitațional. La ieșirea din concentratorul de zgură, amestecul de zgură și apă în diluție de 1:3 – 1:4 este pompat spre mixerul de șlam dens, fiind încorporat în șlamul dens. Reglarea cantității pompate se va face de către calculatorul de proces al mixerului, pompele de zgură concentrată fiind prevăzute cu convertizor de frecvență pentru reglarea debitului pompat.

Pompele de zgură sunt în număr de trei, din care două în funcțiune, una în rezervă, în situația în care concentratorul de zgură deservește două cazane. Pompele de zgură concentrată deservesc câte un mixer de șlam dens, respectiv câte un cazan. Fiecare pompă are conductă proprie de refulare la mixer. Nu sunt prevăzute interconexiuni, deoarece fiecare mixer este deservit de două pompe de zgură concentrată (rezervă 100%).

Tot sub concentratoarele de zgură sunt amplasate circuitele de apă limpezită și pompele de apa limpezită, care asigură apa de etanșare la pompele de șlam dens și la pompele de zgură, respectiv la mixerele de șlam dens. S-a prevăzut un colector de apă de spălare pentru alimentarea inelului de injecție apă pe conul concentratorului, precum și pentru spălarea circuitelor de conducte de șlam dens și zgură. În zona dintre cele două concentratoare este prevăzută o cuvă de drenaje, echipată cu două pompe submersibile.

Subsistemul de colectare-transport cenușă

Cenușa colectată din zona electrofiltrelor și din zona preîncălzitoarelor de aer, este transportată pneumatic la silozul tampon de colectare a cenușii, situat deasupra mixerului hidraulic. Captarea cenușii din zona electrofiltrelor se face prin intermediul unor camere de transport pneumatic, situate sub pâlniile electrofiltrelor. Cenușa colectată în pâlnii este direcționată la camerele de încarcare-transport, care funcționează în schemă tandem pe fiecare câmp al electrofiltrului, fiind montate câte două pe fiecare conductă de transport.

Fig. 1.10. Montajul camerelor de încărcare-transport cenușă

Pentru fiecare stație de șlam dens se prevăd douǎ silozuri de cenușă uscată. Fiecare siloz deservește câte un cazan de 1035 t/h. Fiecare siloz este echipat cu două racorduri de extracție cenușă, în partea inferioară. Pe unul din racorduri este alimentat cu cenușă mixerul în funcțiune, iar pe cel de-al doilea mixerul de rezervă. Silozurile sunt realizate în variantă metalică, izolate termic. Pe capacul silozului sunt amplasate racordurile de intrare a cenușii de la sistemul de transport cenușă. Tot pe capacul silozului este amplasat filtrul cu saci pentru desprăfuirea silozului. Cele două pâlnii inferioare ale fiecărui siloz vor fi echipate cu dispozitive de aerare, pentru prevenirea depunerii de cenușă pe pereți.

Subsistemul de preparare și pompare șlam pe depozit

Mixerul hidraulic, împreună cu pompele anexe, reprezintă instalația de preparare a șlamului dens și are următoarele componente principale: dozator de cenușă, cap superior de premixare, tanc de mixare, pompă de recirculare tanc de mixare, pompă de recirculare șlam cap de premixare, instalație de măsură a caracteristicilor șlamului și de automatizare a funcționării.

Capul de premixare al mixerului este alimentat cu cenușă de la silozul tampon. Dozarea cenușii este asigurată de dozatorul celular rotativ cu turație variabilă, amplasat în partea inferioară a silozului. Realizarea amestecului cenușă-apă de către instalația mixer hidraulic are loc în trei faze.

În prima fază, formarea amestecului bifazic are loc în capul de premixare cu jet de apă, unde are loc formarea intensă a amestecului.

Cenușa provenită de la siloz, intră în contact cu jetul de apă circular ce se formează prin injecția apei pe direcție tangențială, la circumferința capului de premixare.

În cea de- a doua fază, amestecul se realizează în tancul principal de mixare, unde are loc mixarea preamestecului format în prima fază, cu șlamul de zgură prelevat de pompa de vehiculare a zgurei de la Kratzer.

Realizarea amestecului se face pe același principiu ca și la capul de premixare. Definitivarea amestecului are loc în cea de-a treia fază, care are loc în pompele de recirculare a șlamului aferente mixerului hidraulic.

Cele două pompe preiau șlamul rezultat în partea inferioară a tancului de amestec, una refulează în tancul de premixare iar cealaltă în tancul de mixare.

Din conducta de refulare a pompei ce alimentează tancul de mixare, o parte din debitul de șlam refulat este direcționat către pompa de transport șlam la depozitul de zgură și cenușă. Rata de recirculare a șlamului este de aproximativ trei ori mai mare față de debitul de șlam refulat.

Dozajul apei de amestec este asigurat, pe cât posibil, doar prin robinetul de reglare montat pe circuitul de apă spălare-antrenare zgură de la Kratzer. Dacă acesta nu este în funcțiune sau cantitatea de apă nu este suficientă, se adaugă apă printr-un circuit de apă adițional.

Datorită faptului că în mixerul hidraulic se creează o mică suprapresiune, este prevazută o legătură între acesta și coșul de fum, pentru a evacua aerul umed impur rezultat. Înainte de evacuarea pe coșul de fum a aerului impur rezultat, acesta este trecut printr-un filtru umed de desprăfuire.

Instalația de pompare a șlamului dens, asigură transportul acestuia până la depozitul de zgură și cenușă, prin intermediul conductei de transport.

În stația de șlam dens sunt amplasate patru mixere de șlam. Fiecare mixer deservește un cazan, două mixere fiind în funcțiune și două în rezervă. Cele două mixere de șlam dens aferente unui bloc energetic, se alimentează cu cenușă direct din silozul de cenușă uscată.

Cele patru mixere de șlam dens sunt dimensionate pentru a prelua, fiecare, întreg debitul de zgură și cenușă produs de un cazan de 1035 t/h. Astfel, un mixer va fi în funcțiune și unul în rezervă pentru fiecare din cele două blocuri energetice deservite de stația de șlam dens.

În componența șlamului dens va intra zgura și cenușa produsă de un cazan, la un debit de 20 t/h zgură și 110 t/h cenușă, și apa brută până la atingerea parametrilor de proiect ai șlamului dens.

Totodată, mixerul de șlam dens în funcțiune poate prelua și un debit de șlam de ghips de 40 m3/h de la instalația de desulfurare a fiecărui cazan, din care 20 t/h solide.

Fiecare mixer de preparare șlam dens este compus dintr-un recipient de amestec, un dispozitiv de dozare și două pompe de recirculare. Dozatorul controlează debitul de cenușă uscată preluată din siloz.

Una din pompe, pompa de recirculare cap mixer, recirculă amestecul de apă și cenușă din partea inferioară a recipientului în capul mixer, a doua pompă realizând recircularea în corpul recipientului, din partea inferioară în cea superioară, pentru omogenizare.

Din conducta de refulare a pompei de recirculare tanc mixer, se realizează și aspirația pompei de transport șlam dens la depozitul de zgură și cenușă. Apa folosită la prepararea șlamului dens, este apa utilizată la transportul zgurei, respectiv apa brută ca debit de completare (și de rezervă).

Debitul de apă de preparare se obține în primul rând prin apa conținută în zgura de la concentrator, restul de apă fiind întrodus în capul mixer printr-un circuit distinct. Debitul de apă este controlat de calculatorul de proces al instalației, odată cu debitele de cenușă și zgură întroduse în mixer.

Șlamul dens este recirculat în instalația de preparare șlam dens până la atingerea parametrilor nominali (densitate, temperatură). Raportul de amestec, solide – apă este de 1:1 până la 1,3:1. După uniformizare, omogenizare și atingerea parametrilor nominali, șlamul dens este pompat pe conductă la depozitul de zgură și cenușă.

Fiecare mixer de șlam dens este capabil să producă 220 m3/h (300 t/h) de șlam dens (încărcare 20 t/h zgură +110 t/h cenușă – debit corespunzător unui cazan energetic încărcat nominal și 40 m3/h șlam de ghips de la desulfurare). Aceste debite sunt corespunzătoare regimului nominal al cazanului.

În cazul funcționării la sarcini parțiale, debitul de șlam dens se va reduce în mod corespunzător. Existența rezervei de 6 ore în silozurile de cenușă uscată, face posibilă o relativă elasticitate în funcționarea instalației de șlam dens.

Debitele pompate pot fi mai mari sau mai mici decât debitele de cenușă și zgură colectate instantaneu de la cazan, în funcție de necesitățile de preluare a șlamului dens în depozit.

Au fost prevăzute racorduri de spălare pe circuitele de șlam dens, acestea asigurând spălarea circuitelor de șlam dens până la aspirația pompelor de șlam dens. Spălarea conductelor se face cu apa din colectorul apă spălare, la 6 bar. Totodată, mixerul de șlam dens și circuitele de conducte aferente acestuia se spală prin umplerea mixerului cu apă de adaos și pornirea pompelor din limita acestuia. În proiect sunt cuprinse și apa de etanșare la pompele de recirculare din limita mixerelor de șlam dens.

În fiecare stație de șlam dens sunt prevăzute patru linii de pompare șlam dens la depozit. Fiecare grup de pompare este dimensionat pentru a prelua debitul de șlam dens aferent unui cazan de 1035 t/h în funcționare la sarcină normală, două grupuri de pompe vor fi în funcțiune, un grup în rezervă și unul în reparație.

Fiecare grup de pompe de transport șlam dens este dimensionat la un debit nominal 220 m3/h (300 t/h) de șlam dens. Pentru pomparea șlamului dens s-a ales soluția de pompare cu pompe centrifuge (concepute pentru acest tip de aplicații) în mai multe trepte de pompare.

Pompele centrifuge permit trecerea prin corpul pompei a particulelor de dimensiuni relativ mari, spre deosebire de pompele cu piston și membrană (care au supape de intrare/ieșire din camera de pompare).

Pentru a asigura o concasare la dimensiuni ale particulei de 5-8 mm (dimensiuni maxim admise la pompele cu membrană), ar fi necesară înlocuirea actualului concasor cu o concasare în trei trepte. Deci, utilizarea pompelor centrifuge are ca urmare, o sensibilitate mult redusă a instalației de pompare la dimensiunile particulelor de zgură concasată. Totodată, costul echipamentelor și al pieselor de schimb cu uzura ridicată, este mult mai mic în cazul utilizării unor pompe centrifuge.

Pentru fiecare cazan s-au prevăzut câte două grupuri de pompare șlam dens la depozit. Un grup de pompare va fi în funcțiune, unul fiind în rezervă. Fiecare linie de pompare deservește un mixer de șlam dens, respectiv un cazan.

Au fost prevăzute racorduri de spălare pe circuitele de zgură și de șlam dens, acestea asigurând spălarea circuitelor de șlam dens până la depozitul de zgură și cenușă. Spălarea conductelor spre depozit se face cu pompele de șlam dens aflate în rezervă, prin intermediul unui colector comun de spălare.

S-au prevăzut și pompe de spălare de avarie, pentru situația în care spălarea conductelor nu se poate realiza prin pornirea rezervei. Spălarea conductelor din incintă se va face cu apă din refularea pompelor de spălare existente.

Avantajele tehnologiei de evacuare în șlam dens

Studiile de laborator și testele făcute pe roca obișnuită din șlamul dens realizat cu zgură, cenușă și subprodusele de desulfurare (gips), au avut menirea de a demonstra că roca respectivă se va menține în categoria deșeurilor inerte.

Rezultatele testelor respective confirmă acest lucru, întrucât aportul suplimentar de ioni de Ca adus de gips are ca efect obținerea unei roci mai compacte, cu o permeabilitate și mai redusă, în care vor fi reținute toate substanțele poluante, fără posibilități de migrare ulterioară.

tehnologia șlamului dens nu reprezintă doar un proces tehnologic pentru evacuarea amestecului de zgură și cenușă cu apă, ci o tehnologie de transformare a tehnologiilor neprietenoase față de mediu ea permițând transformarea acestor deșeuri în deșeuri inerte. Aceste substanțe nepericuloase, cum sunt zgura, subprodusele desulfurării sau cenușa sunt transformate într-un deșeu inert, respectiv rocă de cenușă.

Pornind de la aspectele prezentate, se poate spune că realizarea unui depozit stabil și ecologic presupune:

captarea uscată și transportul cenușii rezultate de la cazanele grupurilor energetice de 330MW;

realizarea unei instalații de preluare, transport și separare (concentrare) a zgurei de la transportorul Kratzer;

realizarea unei instalații de amestecare prin circulație hidraulică întensă a apei, cenușii și zgurei pentru producerea șlamului dens,

realizarea de instalații de pompare, transport și distribuție a șlamului dens la depozit.

Pentru ca reziduurile solide de ardere și subprodusele de la instalațiile de desulfurare să fie evacuate în tehnologia șlamului dens, concepția de ansamblu trebuie să urmărească următoarele direcții generale:

evacuarea cenușii grosiere să se facă pneumatic;

evacuarea cenușii fine de la pâlniile electrofiltrelor să se facă pneumatic;

evacuarea zgurii să se facă ținând seama de sistemul actual, realizându-se adaptări pentru mărirea concentrației șlamului în zgură;

pe cât posibil, apa utilizată la prepararea șlamului dens să fie apa conținută în șlamul de zgură (în șlamul de subproduse de desulfurare oricum se va folosi apa uzată).

Instalații de ardere în strat fluidizat

Prezentare generală

Instalațiile de ardere în strat fluidizat asigură arderea particulelor în stare de plutire. Pentru aceasta, portanța asigurată de aerul de ardere insuflat trebuie să fie egală cu greutatea particulei.

Dezavantajele acestei metode sunt:

– necesitatea unei granulații foarte uniforme a particulelor, astfel, particulele mai mici sunt antrenate înainte de a arde, iar particulele mari cad spre partea de jos;

– necesitatea unui debit constant al instalației, deoarece întregul conținut de cenușă pleacă din focar, sub formă de cenușă volantă (antrenată).

Cazanul de apă fierbinte CAF -10 Gcal/h cu ardere în strat fluidizat este un cazan cu construcție în formă de П, cu circulație forțată care are sistemul fierbător pentru apa fierbinte introdus într-o construcție zidită la focar și într-o construcție cu pereți membrană la convectiv.

Cazanul funcționează cu combustibil solid – lignit cu putere calorifică minimă de 1200 kcal/kg la o granulație cuprinsă între 0-5(7) mm.

Pentru asigurarea stratului fluidizat inițial se folosește zgură și cenușă cu granulația de 0÷5 mm sau prin pâlnie din exterior introduse în cazan cu ajutorul celor două alimentatoare melcate (șnecuri).

Pornirea cazanului se face cu combustibil lichid (CLU sau păcură preîncalzită).

Alimentarea cu cărbune se realizează din gospodăria de cărbune proprie la buncărele cazanului de unde prin cele două alimentatoare melcate cărbunele este introdus în focar. Gazele de ardere străbat focarul în sens ascendent după care intră în sistemul convectiv pe cele două drumuri (descendent-ascendent) și mai departe prin instalația de desprăfuire mecanică (ciclon- multiciclon) – prin canalul de gaze ajung la coșul de fum unde se evacuează în atmosferă.

Zgura și cenușa rezultată în procesul de ardere se elimină prin cele patru puncte de evacuare de la răcitor, sistemul convectiv, ciclon și multiciclon la transportortorul hidraulic prin curgere liberă (tubulară de transport hidraulic) prin canalele de transport hidraulic până la stația de pompe Bagger de unde ajunge la depozitul de zgură și cenușă.

Pentru funcționarea cazanului se utilizează următoarele circuite de aer:

aerul de fluidizare pentru focar;

aerul de fluidizare pentru răcitorul de cenușă care devine aer secundar și se introduce tangențial în partea superioară a cazanului;

aerul de baraj pentru vizoare și arzătoare;

aerul comprimat pentru pulverizarea combustibilului pe perioada pornirii.

De la UATAA

CARACTERISTICILE DEPOZITELOR DE ZGURĂ ȘI CENUȘĂ DIN JUDEȚUL GORJ

Prezentare generală

Pentru județul Gorj, sunt reprezentative depozitele de zgură și cenușă ale termocentralelor Turceni și Rovinari.

Un alt depozit de zgură și cenușă există și pentru Uzina de Agent Termic și Alimentare cu Apă Motru (S.C. UATAA S.A).

Fig. 1. Depozitul de cenușă Valea Ceplea (SE Turceni)

Fig. 2. Depozitul de cenușă al S.C. UATAA S.A. Motru

Depozitele de cenușă transportată prin hidroamestec

Depozitul de zgură și cenușă Valea Ceplea este o structură de vale, construită cu dezvoltare spre amonte și cu depunere hidraulică, care se situează pe valea râului cu același nume, afluent al Jiului, situat la circa 3 km de locația termocentralei Turceni, accesul auto realizându-se pe drumul județean din localitatea Turceni, din care se ramifică un drum tehnologic paralel cu albia pârâului Ceplea până la depozitul de zgură și cenușă.[3]

Suprafața totală ocupată de depozit este de circa 250 ha, rezultând o capacitate de depozitare de circa 33 milioane m3.

Depozitul de zgură și cenușă nr. 2, este amplasat lângă incinta Termocentralei Turceni, în partea de sud-est. Suprafața ocupată de depozit este de 180 ha.

Celulele 1, 2, 3, în suprafață de circa 100 ha sunt epuizate având suprafața acoperită cu vegetație spontană. Celulele 4.1 și 4.2 cu suprafața de 80 ha se constituie în rezerva de depozitare.

Proprietatea actuală a depozitelor

Depozitele de zgură și cenușă nr. 1 și nr. 2 sunt deținute de Termocentrala Turceni conform certificatelor de atestare a dreptului de proprietate asupra terenului, seria M03 nr. 8188 pentru depozitul de zgură și cenușă nr. 1, Valea Ceplea; seria M03 nr. 9335 pentru depozitul de zgură și cenușă nr. 2, celulele 1 și 2, seria M03 nr. 9625 pentru depozitul de zgură și cenușă nr. 2, celula 3, seria M03 nr. 9544 pentru depozitul de zgură și cenușă nr. 2, celula 4.

Depozitul de zgură și cenușă Valea Ceplea este utilizat în funcționarea curentă a centralei electrice pentru depunerea hidroamestecului rezultat. Incinta de depozitare a fost construită prin executarea a trei diguri.

Digurile din depozitul de zgură și cenușă Valea Ceplea au coronamentele la următoarele cote:

digul de închidere a văii = 168 mdMN; are o înălțime de 21 m și o lungime de cca 200 m;

digul de compartimentare nr.1 = 170 mdMN; are o înălțime de 15 m și este situat la cca 1 km de digul de închidere;

digul de compartimentare nr.2 = 180 mdMN; are o înălțime de 13 m și este situat la cca 2 km de digul de închidere.

Digurile sunt realizate din argilă, cu saltele drenante din balast în interior și cu panta taluzurilor de circa 1:2,5. Lățimea digurilor la coronament este de 10 m.

Astfel, digurile împart incinta de depozitare în trei compartimente, care sunt în funcțiune în mod succesiv: un compartiment în exploatare, un compartiment în execuție și un compartiment în uscare.

În compartimentul I s-au executat 6 diguri de supraînălțare succesive din 5 în 5 m odată cu umplerea cu zgură și cenușă, astfel că cele șase diguri de supraînălțare au cotele: 170 mdMN, 175 mdMN, 180 mdMN, 185 mdMN, 190 mdMN și 195 mdMN.

În compartimentul II s-au executat 5 diguri de supraînălțare succesive din 5 în 5 m odată cu umplerea cu zgură și cenușă, astfel că cele cinci diguri de supraînălțare au cotele: 175 mdMN, 180 mdMN, 185 mdMN, 190 mdMN și 195 mdMN.

În compartimentul III s-au executat 4 diguri de supraînălțare succesive din 5 în 5 m odată cu umplerea cu zgură și cenușă, astfel că cele patru diguri de supraînălțare au cotele: 184 mdMN, 188 mdMN, 191 mdMN și 195 mdMN.

Toate digurile de supraînălțare din cele trei compartimente au secțiune trapezoidală având la coronament o lățime de 4,0 m și taluzurile cu panta 1:3.

La piciorul aval al digurilor este prevăzut un prism drenant și o saltea drenantă din pietriș, sort 30+70, învelite în geotextil.

Depozitului nu i s-a realizat o etanșare a terenului de fundare, de aceea a fost necesară identificarea și impermeabilizarea capetelor de strate permeabile, întâlnite în cele trei compartimente.

Depozitele Termocentralei Rovinari sunt: Balta Uncheașului, Cicani-Beterega. Depozitele de zgură și cenușă, amplasate la 2-5 km distanță de centrală, ocupă o suprafață de 318,9 ha:

Balta Uncheașului – 34,2 ha;

Cicani – Beterega – 284,7 ha.

Capacitatea de stocare disponibilă la sfârșitul anului 2009 (inclusiv cea rezultată din supraînălțările tehnic posibile): 5.500.000 m3 (capacitate construită disponibilă la sfârșitul anului – 2.700.000 m3).

Capacitate construită în anul 2005 :

Cicani cota +172mdMB – 1,6 mil. m3;

Beterega compartimentul I cota +172mdMB – 1,7 mil. m3.

Total capacitate construită în anul 2005: 3,3 mil. m3.

Situația depozitelor:

Balta Uncheașului ( 34,2 ha ) – depozit epuizat, placat cu pământ, înierbat;

Cicani – Beterega

– Compartiment Cicani Vest, Mijloc și Est ( 154,3 ha ) – epuizate, placate cu pământ, înierbate.

– Compartiment Cicani Extindere, Beterega I și II (130,4 ha) – active.

Suprafețe de teren ocupate de depozite, pe categorii:

epuizate : 188,5 ha

active : 130,4 ha.

Suprafețele menționate sunt ocupate de platformele tehnologice (estacade de conducte, stații de pompe apă recirculată) și de depunerile de zgură și cenușă. Pentru urmărirea comportării construcțiilor, depozitele sunt prevăzute cu foraje piezometrice, borne de tasare, foraje pentru supravegherea calității apei freatice.

Depozitele de cenușă uscată

Depozitul de zgura și cenușă evacuate la Uzina de Agent Termic și Alimentare cu Apă Motru (S.C. UATAA S.A) a fost pus în funcțiune în anul 1966, se află la 1 km de uzina de agent termic și este încadrat în zona industrială ”incinta centrală Meriș”.

Suprafața depozitului este de aproximativ 10 ha, fiind un depozit de tip ”șes” cu un singur compartiment, cu diguri (supraînălțări) pe toate laturile.

Cantitatea de zgură și cenușă uscată depusă anual este de cca. 20000 t .

Principalele caracteristici ale cenușilor de termocentrală

Caracteristicile cenușilor prezentate în literatura de specialitate pe plan mondial

O clasificare a cenușilor se poate face în funcție de locul de captare și modul de evacuare:

Cenușa și zgura de focar. Din totalul sterilului rămas după ardere, 10% . . . 15% reprezintă cenușa și zgura de focar, reziduuri captate chiar în zona de ardere a cărbunilor, respectiv la baza focarului și constituie partea grosieră care în mod obișnuit se evacuează hidraulic.

Cenușa de haldă reprezintă cenușa cu granulație fină antrenată de gazele de ardere. Evacuarea se face hidraulic și datorită trecerii lor în suspensie apoasă, aceste cenuși își modifică într-o oarecare măsură activitatea.

Cenușa uscată și însilozată la termocentrale. Aceste cenuși au granulație foarte fină și sunt antrenate de gazele de ardere spre zonele superioare de evacuare. Ele sunt captate în mecano- și electrofiltre, depozitate în silozuri și transportate rutier sau pe calea ferată la consumatori (fabricanții de cimenturi aditivate). Cenușile uscate, fiind cele mai valoroase, prezintă și cel mai ridicat grad de valorificare. Alcătuite din particule cu dimensiuni mai mici de 0,25 mm și caracterizate prin lipsa totală a resturilor de cărbune nears, aceste cenuși poartă denumirea generică de „cenuși zburătoare”, denumire care sugerează proprietatea specifică de a nu decanta din gazele de ardere și a fi antrenate pe întreg traseul parcurs de către acestea.

Cenușa de haldă părăsește instalația în același timp cu gazele de ardere, fiind parțial reținută și colectată în pâlniile situate sub preîncălzitoarele de aer și în pâlniile coșului de fum. Din pâlniile colectoare, cenușa este transportată liber prin conducte largi (cu diametrul de 400 – 600 mm), conducte care au o înclinare mare față de sol, apoi este amestecată cu apă și evacuată prin intermediul instalațiilor de transport echipate cu pompe Bagger de mare capacitate.

Zgura de termocentrală este formată din particule cu dimensiuni de 0,25-1 mm sau mai mari. Zgura rezultată din arderea lignitului la fiecare cazan de 1035 t/h, este concasată, granulată și transportată hidraulic prin canale la stația de pompare. Pompele Bagger asigură evacuarea zgurii și cenușii în hidroamestec (raport cenușă/apă 1:8 …1:10) și transportul spre depozitele de zgură și cenușă.

Pentru a face deoasebirea față de cenușile zburătoare, cenușile decantate din gazele arse și zgura grosieră poartă denumirea generică de „cenușă de vatră” sau „cenușă grea de termocentrală”.

În termeni generali, pot fi clasificate trei tipuri de cuptoare de cazane cu funționare pe bază de cărbune utilizate în industria energetică: cu colectare uscată, cu colectare umedă și cu focare ciclon. Cel mai des întâlnit este focarul cu colectare uscată [4].

Când cărbunele pulverizat este ars într-un focar cu colectare uscată, aproximativ 80 % din toată cenușa părăsește cuptorul ca cenușă zburătoare, antrenată în gazele de ardere . Când cărbunele pulverizat este ars înztr-un focar cu colectare umedă, cca. 50% din cenușă este reținut la baza focarului, restul fiind antrenat în gazele arse [4].

Într-un focar ciclon, unde cărbunele măcinat este utilizat drept combustibil, 70 – 80 % din cenușă este reținută ca zgură la baza focarului și doar 20 – 30 % părăsește focarul, ca cenușă uscată, pe traseul de gaze arse. În figura 2 [4] este prezentată o diagramă generală a formării și colectării cenușii zburătoare, într-un cazan cu colectare uscată.

Fig. 2. Cenușa generată de o centrală termoelectrică [4]

Din punct de vedere compozițional, între cenușile zburătoare și cele de vatră apar diferențe evidente, după cum rezultă și din datele înscrise în tabelul 2 [5]

Tabelul 2

Compoziția chimică oxidică a cenușilor de termocentrală [5]

1. Proprietățile fizice ale cenușii volante

Proprietățile fizice ale cenușii volante ajută la clasificarea cenușilor zburătoare pentru scopuri inginerești.

Proprietățile discutate sunt: greutatea specifică, distribuția mărimii granulelor, proprietățile indicilor, indicele de umflare și suprafața specifică [3].

3.1.1.1. Densitatea specifică este o proprietate fizică foarte importantă, determinantă pentru stabilirea utilizării cenușii drept materie primă industrială.

În general, densitatea specifică a cenușii zburătoare este de cca. 2 g/cm3, dar poate varia și între limitele 1,6 – 3,1 g/cm3. Comparativ cu componentele minerale din sol, cenușa are densitate mai scăzută.

Variația densității specifice a cenușii volante este rezultatul combinării mai multor factori si anume: mărimea, forma particulei și compoziția chimică.

Este cunoscut faptul că cenușa conține formațiuni de cenosfere vitroase cu porozitate închisă și particule recristalizate cu porozitate deschisă.

Densitatea redusă se datorează fie numărului ridicat de cenosfere goale la interior în care se află captive gaze de ardere, fie structurii specifice a formațiunilor cristaline, determinată de compoziția chimică, sau a amândorura [4].

Prelucrarea cenușii prin procedee fizice (măcinare) determină creșterea densității specifice, îndeosebi datorită „distrugerii” formațiunilor vitroase (cenosfere) cu porozitate inițială închisă.

3.1.1.2. Distribuția dimensională a particulelor oferă informații referitoare la modul de condiționare a cenușii, respectiv a aparteneței acesteia la categoria de pulbere fină, mai puțin fină sau grosieră, proprietate în baza căreia se poate realiza și o clasificare a acesteia. Leonards și Bailey [6] consideră că cenușile de termocentrală pot fi asociate, din punct de vedere al compoziției granulometrice, cu categoriile minerale de argile nisipoase sau nisipuri argiloase, ponderea majoră revenind, de regulă, fracției cu textură argiloasă.

Totuși, spre deosebire de argile, cenușile prezintă grad redus de uniformitate a distribuției dimensionale a particulelor, respectiv variație între 0,61 – 3,70 a coeficientului de curbură și între 1,59 – 14,0 a celui de uniformitate [4].

Mamane și colab. [7], care studiază distribuția Al/Si în funcție de diametrul particulelor de cenușă, precum și Hemmings și Berry [8], în analiza compoziției chimice medii a cenușilor, menționează faptul că există o relație directă între dimensiunile particulelor și conținutul în compuși oxidici majori.

Sarbajit Ghosal și colab. [9], reiau acest aspect, pornind de la premisa că încă din compoziția cărbunelui, în masa minerală sunt prezente în echilibru faze cristaline discrete. Totuși, distribuția dimensională a particulelor de cenușă rezultate în urma arderii este de tip continuu. Acest fapt derivă din specificitatea formării în procesul complex al arderii, în care incluziunile minerale se topesc, sinterizează și se răcesc ulterior rapid, dând naștere particulelor sferice de cenușă (cenosfere). Autorii propun utilizarea unor funcții matematice care sa descrie distribuția compozițională a cenosferelor, respectiv corelația dimensiune-compoziție:

– o funcție co(D), definită astfel încât co(D)d(D) să reprezinte fracția masică (%) a oxidului o prezent în particulele cu diametru între D și D+dD. Integrând funcția pe întreg domeniul dimensional al particulelor, se obține fracția masică medie a oxidului o din cenușă;

– o a doua funcție ξ(x,D), definită astfel încât ξ(x,D)dxdD să reprezinte fracția volumică a cenușii corespunzătoare unei fracții masice a compusului oxidic o cuprinsă între x și x+dx și un domeniu al diametrelor între D și D+dD.

– în fine, va exista o funcție ζo(x), astfel încât ζo(x)dx reprezintă fracția numerică a particulelor având conținutul masic de oxid o între x și x+dx.

În mod convențional, pentru studierea relației dimensiune-compoziție, funcția cumulativă se definește ca:

și reprezintă fracția de masă medie a oxidului o pentru toate particulele de cenușă având diametrul mai mic decît D.

3.1.1.3. Proprietățile de lucrabilitate sunt importante pentru determinarea potențialului de utilizare a cenușilor în lucrări geotehnice, parametrul de interes maxim fiind cel al limitei de plasticitate.

În mod curent, pentru determinarea limitei de plasticitate sunt aplicate două metode: metoda cilindrilor (Casagrande) și metoda cu con penetrant, ambele aplicându-se pământurilor alcătuite din particule cu dimensiuni sub 2 mm. Limita inferioară de plasticitate, notată Wp, reprezintă umiditatea la care solul trece de la starea plastică la cea „vârtoasă” (rigidă). Limita superioară de plasticitate, notată Wf, reprezintă umiditatea la care solul trece din starea plastică în cea lichidă (de curgere) [10].

Metodele sunt dificil de aplicat în cazul materialelor (pământuri) cu plasticitate scăzută (categorie din care fac parte și cenușile de termocentrală), datorită faptului că acestea au tendința mai curând de „alunecare” (clivaj), decât de curgere (tixotropie redusă). În plus, în cazul aplicării metodei cu con penetrant, cenușa are tendința de a decanta apă la suprafață, de unde inducerea unui coeficient de eroare relativ ridicat al încercării [4].

O metodă de determinare a limitei de plasticitate numită ”Conținutul de apă în echilibru sub metoda eforturilor Ko” a fost găsită ca fiind eficientă pentru cazul cenușii de cărbune. Metoda e simplă, cu erori în limite, cu timp scurt de determinare și se poate reproduce ușor.

Totuși, nu se potrivește pentru cenușa de clasă C ale cărei granule se întăresc în timp.

Rezultatele obținute folosind metoda propusă arată că cenușa volantă are limita de plasticitate cuprinsă între 26 – 51%, iar cenușa de vatră între 22 – 64% [4].

3.1.1.4. Indicele de integrare liberă în sol nu este de o importanță majoră, fiind aproape neglijat în calcule. El a fost studiat de Holtz și Gibbs pentru a stabili limitele de integrare în sol. Rezultatele indică aproximativ 70% indice de neintegrare în sol datorită floculației. Datorită faptului că zgura apare în fracții mici în cenușa cărbunelui, indicele de integrare în sol este neglijabil [4].

3.1.1.5.Suprafața specifică

Studiul ei reprezintă un mod de a înțelege proprietățile fizice și comportamentul în aplicațiile tehnice. Experimentele se fac pentru cazuri anume, folosindu-se metoda Blaines – cu permeabilitatea aerului și metoda Desiccator [4].

3.1.1.6. Difracția cu raze X, se aplică pentru a determina fazele minerale și anume să se vadă dacă cenușa conține quartz sau feldspat.

Studiile făcute pe cărbune indian au relevat faptul că el conține mult quartz și mai puțin feldspat, carbonați și cloriți.

Cenușa din cărbune conține ambele faze: cristalină și amorfă [4].

3.1.1.7. pH-ul

Cenușa zburătoare poate fi clasificată ca o fază amorfă, fero-alumino silicatică.

Oxizii alimino-feroși din faza amorfă ca și oxizii manganoși prezenți pe suprafața particulelor de cenușă volantă se comportă precum un „receptor”, deoarece absorb urmele tuturor elementelor.

Gradul de solubilitate al acestor oxizi determină eliberarea elementelor asociate cu ei în mediul apos. pH-ul mediului apos afectează solubilitatea acestor oxizi și astfel și proprietățile fizico-chimice.

Mai departe, mobilizarea urmelor de elemente în mediul apos este de obicei reglată de solubilitatea hidroxizilor și carbonaților care, de asemenea, depind de pH-ul soluției apoase [4].

3.1.1.8.Conținutul de elemente levigabile

Prezența solizilor solubili este un aspect important care cere examinare (cercetare) datorită faptului că substanțele solide solubile în apă influențează în foarte mare măsură aptitudinea aplicațiilor tehnice. In plus, solubilitatea substanțelor biologic active precum: Ca, Mg, Fe, P, S, K, Mn, afectează randamentul culturilor agricole pe o suprafață foarte mare. Solubilitatea substanțelor este între 400-17600 ppm pentru cenușa volantă, 800-3600 ppm pentru cele ușoare și 1400-4100 ppm pentru cele grele [4].

3.1.1.9.Reactivitatea față de CaO (puzzolanicitate)

Duritatea (rezistența) cenușii volante se îmbunătățește cu timpul datorită reacțiilor puzzolanice, determinate de reactivitatea elementelor de silice și de var (CaO.

Reactivitatea față de var reprezintă o proprietate care depinde de proporția de silice reactivă din cenușa de cărbune.

Pe baza cercetărilor, reactivitatea față de CaO s-a găsit ca fiind mare pentru cenușa de cărbune care conține silice, indiferent de tipul acesteia (volantă, ușoară, grea) [4].

3.1.1.10.Comportarea la compactare

Densitatea cenușii de cărbune este un parametru important deoarece controlează rezistența, compresibilitatea și permeabilitatea. Densificarea cenușii îmbunătățește proprietățile tehnico-aplicative. Greutatea compactată a materialului depinde de metoda de energie aplicată, distribuția mărimii granulelor, caracteristicile plasticității și conținutul de umiditate la compactare.

Variația densității cu conținutul de umiditate pentru cenușile volante este mai mică în comparație cu cea a unui pământ bine granulat, ambele având aceeași granulație mediană. Tendința cenușii de a fi mai puțin sensibilă la variația umidității decât solurile, se poate explica prin conținutul de aer al cenușii.

Solurile au un conținut de aer între 1-5% la o densitate maximă în stare uscată, în timp ce cenușa zburătoare conține 5-15% aer..

Conținutul ridicat de aer tinde să limiteze presiunea porilor în timpul compactării ceea ce permite cenușii volante să fie compactă într-un grad ridicat chiar dacă conține apă [4].

3.1.2.Proprietățile chimice influențează impactul asupra mediului. Aceasta include contaminarea solurilor și subsolurilor cu metale grele [4].

Compoziția chimică sugerează posibile aplicații ale cenușii obținute din arderea cărbunelui. S-a găsit că ea conține în principal silice, alumină, oxid de fier și oxid de calciu. SiO2 conținut în cenușă este de 38-63% în cenușa volantă, 37-75% în cenușile ușoare care se depun sub formă de pulberi umectate și 27-73% pentru cele grele.

Al2O3 este cuprins între 17-44% pentru cenuși volante, 11-53% pentru cenușile ușoare și 13-27% pentru cele grele.

CaO reprezintă 0-8% pentru cenușa zburătoare, 0,2-0,6% pentru cele ușoare, 0-0,8% pentru cele grele.

Fe2O3 este prezent în proporție de 5-35% în toate tipurile de cenuși.

3.1.2.1.Compoziția chimică a cenușii

Cenușile de termocentrală conțin numeroase elemente sub forma unor compuși cu compoziție definită.

Principalii compuși oxidici prezenți în cenuși sunt silicea (SiO2), alumina (A12O3), oxizii de fier (în special Fe2O3 dar și FeO și Fe3O4), varul (CaO), oxidul de magneziu (MgO), oxizii alcalini ( Na2O și K2O), SO3 sub forma de sufați. In cantități reduse se mai întâlnesc în stare combinată titan, beriliu, germaniu, fosfor, bor, molibden, mangan, iar la nivel de urme (ppm), metale grele (indiu, cadmiu, wolfram) și pământuri rare.

În raport cu natura substanțelor de origine și cu vârsta geologică a cărbunilor, se deosebesc cenuși :

– silicoaluminoase, în compoziția cărora predomină silicea SiO2 și alumina A12O3 ;

– sulfocalcice, având ca compuși principali varul CaO și anhidrida sulfurică;

– netipice, a căror compoziție nu este predominată de nici unul dintre compușii arătați in aliniatele precedente.

In tabelul 3 sunt redate după Jarrige [11] compozițiile chimice medii ale cenușilor silicoaluminoase și sulfocalcice din Franța în comparație cu cele ale zgurii de furnal, argilei, clincherului portland și sticlei, care ca și cenușile sunt materiale silicioase. Din datele înscrise în tabel se rețin atât diferențele de ordin cantitativ dintre principalii compuși oxidici prezenți în cenușile silicoaluminoase și în cenușile sulfocalcice, conținutul ridicat în var liber al cenușilor sulfocalcice, cât și deosebirile față de celelalte materiale de natură silicioasă.

În raport cu celelalte materiale din tabelul 3, cenușile silicoaluminoase se particularizează în special prin conținutul mai ridicat de alumină și printr-o varietate mai largă de compuși secundari, între care și oxidul de titan.

Tabelul 3

Compoziția chimică medie a cenușilor de termocentrală din Franța, a zgurei de furnal, argilei, clincherului portland și sticlei [11]

Conținutul de var (CaO) al cenușilor sulfocalcice este egal cu cel al zgurilor de furnal și inferior față de cel al clincherului portland dar, spre deosebire de ultimele două produse silicioase cenușile sulfocalcice conțin o cantitate însemnată de var liber și de anhidridă sulfurică.

Cenușile de termocentrală din țara noastră care sunt cenuși silicoaluminoase au compoziții chimice relativ apropiate de cea prezentată în tabelul 3.

Se menționează că, în general, compozițiile chimice ale cenușilor din țară și în special compușii oxidici principali nu prezintă variații prea mari în timp și nici nu diferă prea mult de la o termocentrală la alta. Totuși, după cum se observă din tabelul 4, există deosebiri între cenușile de lignit și cenușile provenite din arderea cărbunilor bruni și huilei, precum și unele elemente care particularizează cenușile de la o singură sau de la mai multe termocentrale [12].

Din examinarea datelor înscrise în tabelul 4, care reprezintă mediile obținute pe probele prelevate în decurs de șase ani se constată:

– toate cenușile, atât cele de lignit cât și cele provenite din arderea cărbunilor bruni și huilei, se caracterizează prin conținutul ridicat de SiO2 , Al2O3 si Fe2O3 și prezența cantitativ redusă a oxizilor metalelor alcaline;

– cenușile de Mintia și Paroșeni sunt mai bogate în alumină (Al2O3) decât cenușile de lignit;

– în raport cu conținutul de SiO2 și Al2O3 cantitățile procentuale de CaO, MgO și SO3 sunt în general mult mai reduse, existând totuși diferențe între cele două categorii de cenuși în special în privința varului. Cenușile de lignit sunt mai bogate în CaO precum și în MgO și SO3;

– cenușa de Oradea prezintă față de cenușa de Ișalnița și Rovinari, un conținut procentual de CaO mai redus și de SO3 mai mare.

Tabelul 4

Compozițiile chimice medii pe 6 probe anuale [12]

Cercetări efectuate arată că apar variații în compoziția oxidică a cenușilor în raport cu finețea lor și locul de prelevare.

Din tabelul 5, în care s-au înscris cantitățile procentuale solubile în HCl raportate la totalul conținutului fiecărui compus chimic, se constată:

– solubilitatea mai redusă a SiO2 și Al2O3 din cenușile de Mintia și Paroșeni față de aceiași compuși oxidici din cenușile de lignit ;

– solubilitatea SO3, totală la cenușile de Mintia, Paroșeni și Oradea și foarte mare la cenușile de Ișalnița și Rovinari;

– unele deosebiri între cenușile de Ișalnița, Rovinari și Oradea — care sunt cenuși de lignit — privind solubilitatea SiO2 (Oradea), Fe2O3 (Rovinari) și MgO (Ișalnița).

Tabelul 5

Proporția părții solubile în acid clorhidric[12]

Partea solubilă în HCl a cenușilor de Mintia și Paroșeni nu depășește 10 – 12%; aceste cenuși sunt mai puțin solubile în HCl decât cenușile de lignit, care trec în soluție în proporție de 15 – 25%.

Tuturor cenușilor silicoaluminoase le este însă caracteristic conținutul ridicat de SiO2 și de Al2O3 a căror limită inferioară nu coboară sub 30% respectiv sub 10%.

Cenușile de termocentrală din țară noastră conțin silice și alumină în cantitate apropiată cu cea a cenușilor din Anglia, Germania și S.U.A.

Prezența redusă a substanțelor combustibile din cenușile volante constituie o condiție importantă de calitate. Cenușile românești conțin în general sub 3,5% substanțe combustibile, iar cele de la termocentralele Mintia și Paroșeni — sub 1,5%. Spre deosebire de acestea, cenușile grele (de vatră) sunt caracterizate prin conținuturi relativ ridicate de cărbune rezidual (nears), respectiv 8-15%.

În prezent pentru zgura și cenușa grea de termocentrală nu s-a găsit utilizare curentă în România, deși acest deșeu a fost încadrat în categoria deșeurilor industriale nepericuloase.

Cu toate acestea, diferite proprietăți chimice, mineralogice și morfologice ale cenușilor oferă posibilitatea procesării în vederea reutilizării acestora.

Un anumit tip de cenușă a fost transformată în ceramici și ceramici sticloase (GCs) de către diferite echipe de cercetători. Până acum, cercetările au fost orientate în principal către producția de plăci de ceramici dense și ceramici sticloase, utilizate ca și componente arhitecturale ornamentale în construcții [13, 14, 15,].

Cenușa este potențial periculoasă datorită conținutului de metale grele (cadmiu, zinc, plumb, mercur care în procesul de ardere sunt concentrate în reziduul solid), cu mențiunea că pe plan mondial au fost semnalate foarte puține situații de depășire a concentrațiilor maxime admisibile și niciodată la cenușile rezultate din arderea cărbunilor energetici indigeni. Pentru siguranță, sunt totuși oportune necesare metode de inertizare, de imobilizare a componentelor periculoase în sticlă, cum ar fi cele specifice obținerii ceramicii sticloase (vitroceram) sau a altor materiale ceramice arse.

3.1.3. Proprietăți definitorii

Valorificarea curentă a cenușilor de termocentrală se bazează în principal pe proprietățile lor puzzolanice sau cimentoide. Materialele puzzolanice sunt solide vitroase cu conținut important de silice, care nu prezintă prin ele înșile proprietăți de liant hidraulic, dar conțin constituenți (silice in formă reactivă) care, la temperatura ordinară, se pot combina cu Ca(OH)2 în prezența apei pentru a forma compuși cu solubilitate mică și proprietăți de întărire, în principal 11,3A tobermoritul (5CaO.6SiO2.5H2O). În general, materialele puzzolanice pot fi de origine naturală sau artificială. Dintre puzzolanele artificiale o importanță deosebită o prezintă cenușa zburătoare (de termocentrală).

Proprietățile cenușilor de termocentrală care influențează direct proprietățile betoanelor sunt forma, distribuția granulometrică și densitatea particulelor de cenușă.

Caracteristicile morfologice ale particulelor de cenușă depind de sursa, de uniformitatea compozițională și granulometrică a cărbunilor, de parametrii de pulverizare și de ardere, de tipul și performantele instalației de desprăfuire.

Distribuția granulometrică, definitorie pentru activitatea hidraulică în beton, rezistența betonului și durabilitatea, sunt funcții directe de proporția de particule cu d<45 micrometrii.

Compoziția chimică și mineralogică a cenușii zburătoare este determinată de tipul de cărbune și parametrii de combustie ai acestuia. Conținutul în minerale al cărbunilor conduce la obținerea de cenuși silicoaluminoase sau aluminosilicatice; conținutul ridicat în sulfați conduce la obținerea de cenuși sulfocalcice.

3.2. Caracteristicile cenușilor de vatră utilizate în cadrul lucrărilor experimentale

Zona ocupată de depozitul de zgură și cenușă Valea Ceplea se suprapune peste aria de dezvoltare a depozitelor de terasă de vârstă neogenă, caracteristică platformei moesice de la vest și sud-vest de râul Jiu. Depozitele de terasă sunt reprezentate prin alternanțe succesive de argile și nisipuri cu intercalații cărbunoase. În sectorul situat la vest de râul Jiu, au fost identificate următoarele formațiuni geologice:

formațiunea de la Berbești

formațiunea de la Jiu- Motru

formațiunea de Dunăre

Formațiunea Jiu- Motru înglobează depozitele zonei colinare, care au fost observate direct în depozitul de zgură și cenușă Valea Ceplea, în versantul stâng și în versantul drept. Alternanța pachetelor de roci argiloase și nisipoase evidențiate în cadrul cartării geologice din Valea Ceplea, aparține treimii superioare a formațiunii. În cadrul straturilor argiloase au fost observate orizonturi decimetrice de nisipuri sau nisipuri presate, la fel cum, în cadrul straturilor nisipoase au fost observate zone cu liant prăfos-argilos. Analizând poziția depozitului de zgură și cenușă Valea Ceplea, în corelație cu cadrul geostructural propriu zonei colinare, se constată că nu există un paralelism riguros între cotele ce aparțin celor două maluri ale depozitului, a straturilor nisipoase (permeabile). Această asimetrie este determinată în principal de hiatusuri (pauze) în procesul local de sedimentare care au generat efilări de straturi sau grosimi variabile ale straturilor de argile sau nisipuri, aspect lentiform, etc.[16].

3.2.1. Sursa de proveniență

Cenușile de termocentrală analizate provin dintr-un depozit istoric –Compartimentul 1 din depozitul Valea Ceplea – și din acest punct de vedere sunt eliminate riscurile variațiilor de caracteristici derivate din modificări aleatoare ale condițiilor de generare, rămânând a stabili limitele acestor variații în funcție de perioada de depozitare, caracteristici care vor rămâne constante pe toată durata utilizării acestui tip de deșeu. Din punct de vedere cantitativ (cca. 20 milioane de tone) și ținând cont de destinația și ponderea utilizării, un astfel de depozit poate fi echivalat cu un zăcământ natural de nisip, de unde și necesitatea determinării variației proprietăților de interes în funcție de coordonatele de poziție (puncte de intersecție într-un sistem de trei axe ortogonale) [17].

Din expertizarea cartografică a depozitelor de zgură și cenușă aparținând Sucursalei Electrocentrale Turceni, rezultă că suprafața ocupată de compartimentul nr. 1 al depozitului de zgură și cenușă este de 52,64 ha, volumul de cenușă depozitat fiind de 13.034.470 m3. Pentru compartimentul nr. 2 al aceluiași depozit suprafața ocupată este de 45,40 ha, iar volumul depus este de 10.825.795 m3.

Ținând cont de mărimea acestor depozite, se poate considera că pentru aplicații industriale ele pot reprezenta surse de materii prime comparabile cu zăcăminte importante de minerale naturale, de tipul nisipurilor. De aici concluzia că o investigare a caracteristicilor cenușii, pe întreg volumul unui depozit istoric, prezintă un grad ridicat de interes. Acesta este și motivul pentru care în etapa de prelevare și caracterizare a probelor elementare s-a recurs la extragerea prin foraj de probe multiple, reprezentative pentru întreg volumul de cenușă din depozitul menționat.

În figura 3 este prezentată localizarea geografică a depozitului de cenușă Valea Ceplea pe harta județului Gorj.

Fig. 3. Localizarea geografică a depozitului de cenușă Valea Ceplea

3.2.2. Prelevarea probelor elementare de cenușă

În cadrul experimentărilor, drept sursă de cenușă de vatră a fost selectat depozitul istoric al SE Turceni din Compartimentul nr. 1 – Valea Ceplea.

In primă fază, pentru caracterizarea cenușii de termocentrală din depozitul Valea Ceplea au fost prelevate 14 probe elementare, din poziții aferente ariei de mijloc a depozitului și de la adâncime de 0,5-0,8 m de suprafață. Poziționarea punctelor de prlevare a probelor este prezentată în figura 4.

Fig.4. Pozițiile de prelevare a probelor elementare de cenușă, din zona de suprafață a depozitului Valea Ceplea

In vederea asigurării unui grad corespunzător de reprezentativitate a rezultatelor investigațiilor de laborator, din probele elementare au fost confecționate probe medii zonale (conform delimitării grafice din figura 4), astfel:

Proba medie A: probele elementare 1, 2, 4 și 5;

Proba medie B: probele elementare 3, 6 și 7;

Proba medie C: probele elementare 8, 9 și 12;

Proba medie D: probele elementare 10, 11, 13 și 14.

In a doua fază, s-a trecut la investigarea caracteristicilor cenușii la scară mult mai largă a depozitului.

Pentru prelevarea extinsă a probelor elementare de cenușă din depozitul Valea Ceplea – Compartimentul 1, s-a stabilit o metodologie care prevede execuția de foraje în 120 de puncte situate la intersecțiile unui caroiaj sub forma de pătrate cu latura de 100 de metri la suprafața depozitului. Din fiecare punct de foraj s-au extras probe de la adâncimile succesive de 5m, 10m, 15m și 20m, plus alte 20 de probe prelevate la distanțe aproximativ egale din stratul de suprafață al depozitului, rezultând astfel un număr de 500 probe elementare [18]. In figura 5 este prezentat planul topografic al depozitului de cenușă din Valea Ceplea [16].

Fig. 5. Plan topografic cu depozitul de cenușă Valea Ceplea, Compartiment nr. 1 [16]

Respectând această metodologie de stabilire a punctelor de foraj, au rezultat 173 puncte de colectare probe, așa cum se poate observa și pe fig. 2.2. Datorită adâncimii variabile pe zona perimetrală a depozitului s-a renunțat la 53 de puncte din zona perimetrală rămânând 120 așa cum se stabilise inițial. Poziționarea punctelor finale deforaj, precum și notațiile corespunzătoare identificării probelor elementare prelevate sunt prezentate în figura 6 [18].

Fig. 6. Poziționarea punctelor de foraj pe depozitul de cenușă Valea Ceplea și modul de grupare a probelor pe zone de suprafață distincte ale depozitului [18].

Din 120 puncte echidistante de pe suprafața depozitului, au fost extrase prin foraj două seturi de probe elementare a câte 3 – 4 kg fiecare, la adâncimi succesive de 5m, 10 m, 15 m și 20 m (2 x 4 x 120 probe) – figura 6. De asemenea, din 20 de puncte selectate au fost prelevate eșantioane similare din stratul de suprafață al depozitului (2 x 20 probe). Cele două seturi a câte 500 probe elementare au fost ambalate în cutii din material plastic cu capac etanș, pentru păstrarea intactă a caractericticii de umiditate. Toate pozițiile de prelevare a probelor au fost marcate pe harta depozitului, astfel încât fiecărei probe elementare îi corespunde un punct de poziție definit tridimensional [18].

Din fiecare eșantion de cenușă, a fost prelevată câte o probă medie elementară de cca. 1 kg, aceste probe fiind preluate pentru efectuarea testelor de laborator: analize de umiditate și densitate în vrac (netasat și tasat) și analize de compoziție granulometrică. Pentru a asigura rigurozitatea și corectitudinea necesare interpretării și accesului la baza de date (fișe de caracteristici, buletine de analiză) pentru fiecare deșeu în parte, a fost stabilită o procedură de alocare a unui cod de identificare pentru fiecare probă elementară în parte, alcătuit din caractere literare și numerice distincte și care au fost menținute în toate etapele de caracterizare și utilizare experimentală, astfel încât să poată fi identificată sursa de proveniență inițială.

Fig. 7. Imagini din timpul prelevării și transportului probelor de cenușă de la depozitul de zgură și cenușă Valea Ceplea

Pentru fiecare zonă a depozitului, au fost obținute prin cumularea probelor elementare de foraj, probele reprezentative corespunzătoare adâncimilor de foraj de 5 m, 10 m, 15 m și 20 m, rezultând astfel un număr de 20 de probe reprezentative de foraj a câte 60-80 kg fiecare, la care se adaugă o probă reprezentativă cumulată din toate probele elementare prelevate la cota 0 (inclusiv cenușa rămasă din probele A … D din lotul 2011 caracterizat anterior). Probele cumulate au fost obtinute prin omogenizarea probelor elementare în betonieră cu cădere liberă, timpul de omogenizare fiind de 3 minute.

Probele cumulate de cenușă de termocentrală au fost marcate în așa fel încât să poată fi identificată ușor poziția din depozit pe care o reprezintă fiecare (zonă și adâncime):

– E5, E10, E15, E20;

– F5, F10, F15, F20;

– G5, G10, G15, G20;

– H5, H10, H15, H20;

– I5, I10, I15, I20;

– Cota 0.

În Tabelul 6 este prezentată repartizarea punctelor de foraj pe cele 5 zone de suprafață ale depozitului, respectiv punctele din care au fost prelevate probe elementare la cota 0.

Tabelul 6

Modul de grupare a probelor elementare de cenușă de termocentrală

în vederea obținerii probelor reprezentative[18]

3.2.3. Aspectul fizic general

Aspectul general al cenușilor de vatră diferă de la o haldă la alta, aceasta datorându-se în principal tipului de cărbune ars precum și performanțelor tehnice ale fiecărei termocentrale.

La modul general, aspectul este acela al unui praf nisipos de culoare închisă, spre negru-cenușiu. Proporția cărbunilor nearși care închid culoarea este mai mare în cazul cărbunilor inferiori, mai bogați în steril de carieră și material organic pietrificat. Cenușa de culoare închisă se încălzește mai ușor sub acțiunea razelor solare, se consolidează mai repede dar pierde multă apă prin evaporare, ceea ce reduce eficiența recuperării. În acest sens, o stropire ușoară antispulberare poate fi benefică.

Particulele de cenușă sunt adesea sferice dar sunt și multe cu forme neregulate. Suprafața specifică generală este cuprinsă între 5,5 și 9,5 m2/g. Zgura se deosebește esențial de cenușă prin formă neregulată și dimensiuni mai mari ale particulelor elementare.

3.2.4.Compoziția mineralogică

Cenușa și zgura sunt resturi necombustibile, constituite în esență din calcit, pirită și alte minerale, care în timpul arderii cărbunelui se subdivid și se descompun. Particulele de argilă rămânând în zona de ardere un timp suficient, devin sfere mici de silicați complecși topiți, asemănători sticlei. Analizele mineralogice ale zgurii și cenușii provenite din arderea cărbunilor inferiori, așa cum este cazul cărbunilor din zonă, indică prezența unor agregate compacte, rotunde, alături de alte agregate spongioase dantelate. Foarte frecvent a fost constatată prezența unor particule sferice, opace, de dimensiuni cuprinse între 0,8 și 8 microni.

Din datele mineralogice rezultă că cenușile se prezintă structural ca fiind constituite din două faze:

cristalină în procent de 10 – 16 %

vitroasă 50 – 70 %

Ponderea relativă a acestora, pentru depoziul Valea Ceplea (Turceni), este prezentată în tabelul 7.

Tabelul 7

Ponderea relativă a fazele oxidice cristaline și vitroase din cenușa de vatră

depozitată în Compartimentul 1 – Valea Ceplea (Turceni)

Investigația experimentală punctuală prin difracție cu raze X, aplicată probelor medii inițiale A, B, C și D [20], confirmă în parte informațiile generale anterioare, după cum rezultă din datele înscrise în tabelul 8 și din alura pick-urilor de reflexie interplanară RX din figura 8.

Tabelul 8

Fazele mineralogice identificate prin difracție cu raze X în probele medii de cenușă[20]

Fig. 8. Diagrama de difracție în raze X a probei de cenușă din Valea Ceplea(Turceni) [20]

Determinările difractometrice punctuale menționate, nu evidențiază prezența mulitului (3Al2O3.2SiO2) sau magnetitului (Fe3O4). In cazul primului component mineralogic, rezultatul poate fi considerat corect, atâta vreme cât condiția formării cenușii (1100 – 1200 0C) este totuși departe de a asigura recristalizarea unui compus de foarte mare stabilitate termodinamică, cum este mulitul, cu atât mai mult cu cât sistemul compozițional studiat include o pondere semnificativă de CaO, condiții în care formarea prin reacții în fază solidă a anortitului este mult mai veridică. In acest sens „pledează” și prezența majoră a oxizilor de fier, care dacă la acest nivel al temperaturilor de lucru este de așteptat să fie generatori principali ai fazelor amorfe, derivate din formarea primară a faialitului (2SiO2.Fe2O3 – eutectic la cca. 1150 0C), ar concura la fel de agresiv consolidarea compoziției binare mulitice, prin generarea de brownmillerit (4CaO.Al2O3.Fe2O3), compus pe care nu îl determină nici investigațiile proprii, nici cele ale autorilor de lucrări de specialitate studiate.

Prezența fierului sub forma oxidului binar FeO.Fe2O3 (Fe3O4 – magnetit) în cenușile de termocentrală nu poate fi negată, atâta vreme cât referiri pertinente din literatura de specialitate o atestă [22, 23, 24]. Cum exactitatea determinării difractometrice nu poate fi contestată (linii spectrale total diferite ale celor trei compuși oxidici ai fierului), la fel cum condiția de formare a cenușii nu asigură formarea Fe3O4, rămâne de rezolvat această incertitudine, prezentă de fapt și în situații mult mai “concrete” ale compozițiilor cu conținut ridicat de oxizi ai fierului, cum ar fi zgurile metalurgice sau țunderele rezultate pe fluxurile tehnologice de prelucrare a oțelului din secțiile de laminare și trefilare. Nu este de neglijat nici aspectul că magnetitul ar putea proveni, ca atare, din componenta minerală inițială a cărbunilor arși în focarele cazanelor generatoare de aburi.

3.2.5. Compoziția oxidică

Analizele globale indică faptul că cenușile sunt alcătuite preponderent din oxizi de aluminiu și siliciu, suma lor reprezentând cca 70 % pentru cenușa de lignit. Importantă pentru formarea zgurii și cenușii este prezența oxizilor alcalini fondanți (Na2O, K2O) care, alături de oxizii fierului, sunt principalii „formatori” de faze amorfe vitroase (topituri).

În zona de ardere, compușii oxidici din steril (luat ca atare sau component interstițial al cărbunilor), suferă transformări fizico-chimice importante, în urma cărora cea mai mare parte va fi regăsită în cenușă în stare esențial modificată față de cea inițială.

Datorită vitezei mari de trecere a substanțelor minerale prin zona cu temperaturi ridicate, în afara proceselor de oxidare și disociere, alte reacții au loc cu viteze foarte moderate, de unde proprietățile reactive înalte ale unor compuși specifici (îndeosebi din clasa compozițională SiO2 – CaO) și care determină cu prioritate valoarea de utilizare tehnico-aplicativă a acestor deșeuri industriale (efectul puzzolanic).

În tabelul 9 sunt prezentate procentele în care se regăsesc compușii oxidici în zgură și cenușă, comparativ cu pământurile argiloase (resurse naturale pe care, conform obiectivului tezei, le pot suplini).

Tabelul 9

Compoziția oxidică a cenușii de termocentrală și a pământurilor argiloase [12]

Cenușile din România se încadrează în categoria cenușilor silicoaluminoase cu activitate puzzolanică moderată, generată în principal de conținutul relativ scăzut de oxid de calciu, respectiv de faptul că acest compus oxidic, determinant pentru aptitudinea de liant hidraulic, se află majoritar fixat în componenți mineralogici inerți (anortit).

3.2.6. Textura

Proprietățile granulometrice ale cenușilor diferă în funcție de tipul cărbunelui și de caracteristicile tehnologice ale centralelor. Cu cât mineralele necombustibile sunt mai puțin dure cu atât este mai probabil ca particulele rezultate prin ardere să fie de dimensiuni mai mici. Compoziția granulometrică mai depinde și de gradul inițial de pulverizare a cărbunelui și de poziția materialului atât pe suprafața, cât și în profunzimea haldei. Compoziția granulometrică în haldă este influențată de distanța față de tunurile de descărcare și de adâncime de prelevare a probelor. Dispunerea hidraulică a cenușii generează sedimentarea diferențială a particulelor în funcție de mărimea acestora. În perioada de drenare a apei de transport, are loc sedimentarea particulelor de cenușă, viteza de sedimentare fiind determinată de greutatea fiecărei particule. Astfel, particulele grosiere de cenușă vor alcătui baza fiecărui strat depus, urmând ca partea superioară să fie alcătuită din paticule de dimensiuni mai mici care rămân mult timp în suspensie. Aceasta va influența în mod nefavorabil și fenomenul de spulberare. Neuniformitatea granulometrică a diferitelor straturi de cenușă se va manifesta și asupra unora dintre principalele lor proprietăți fizice și mecanice.

3.2.7. Caracteristici obținute prin determinări de laborator

Din probele reprezentative de cenușă de termocentrală au fost prelevate probe de laborator, care au fost supuse încercărilor fizico-mecanice pentru determinarea umidității, compoziției granulometrice și densității (greutatea volumetrică în stare netasată și tasată). Rezultatele testelor de laborator sunt prezentate în Tabelul 10.

Fig. 9. Determinarea caracteristicilor fizice ale cenușii

Tabelul 10

Caracteristicile fizice ale probelor reprezentative de cenușă din depozitul Valea Ceplea [18]

În tabelele 11-15 se prezintă rezultatul analizei statistice a conținutului de umiditate, densitatii si compozițiilor granulometrice (grupate în 6 clase), pentru probele de cenușa prelevate pe cele cinci profile de adâncime. Se observa faptul ca nu exista discrepante majore între seriile de date.

3.2.8. Interpretarea statistică a rezultatelor

Tabelul 11

Rezultatele analizei statistice pentru umiditate, densitate si compozitie granulometrica, pentru cenusile prelevate de la suprafață (cota 0).[19]

Tabelul 12

Rezultatele analizei statistice pentru umiditate, densitate si compozitie granulometrica, pentru cenusile prelevate de la adâncimea de 5 m.[19]

Tabelul 13

Rezultatele analizei statistice pentru umiditate, densitate si compozitie granulometrica, pentru cenusile prelevate de la adâncimea de 10 m.[19]

Tabelul 14

Rezultatele analizei statistice pentru umiditate, densitate si compozitie granulometrica, pentru cenusile prelevate de la adâncimea de 15 m. [19]

Tabelul 15

Rezultatele analizei statistice pentru umiditate, densitate si compozitie granulometrica, pentru cenusile prelevate de la adâncimea de 20 m.[19]

In figurile 10-13 sunt prezentate rezultatele modelării și ecuațiile modelului pentru toate cele patru adâncimi.

Se observa că datele cu cea mai mare variabilitate sunt reprezentate, pentru toate seriile de date, de materialul cu clasa de granulometrie < 0,125 mm, în timp ce materialul cu clasa de granulometrie > 2 mm sunt cele mai compacte.

Fig 10. Rezultatele modelării și ecuația modelului pentru cenușile prelevate de la adâncimea h=5 m [19]

Fig 11. Rezultatele modelării și ecuația modelului pentru cenușile prelevate de la adâncimea h=10 m [19]

Fig.12. Rezultatele modelării și ecuația modelului pentru cenușile prelevate de la adâncimea h=15 m [19]

Fig. 13. Rezultatele modelării și ecuația modelului pentru cenușile prelevate de la adâncimea h=20 m [19]

Pentru determinarea unui model care să poate fi utilizat pentru estimarea cantității de material ce poate trece prin sită, în functie de adâncimea de la care s-a prelevat materialul, s-a utilizat un proces de fitting.

Din figurile 10-13 se observă faptul ca toate modelele sunt descrise de ecuatii exponentiale.

3.2.9. Determinări ale compoziției chimice

Uniformitatea caracteristicilor fizice ale cenușii, care poate fi remarcată pe întreg volumul mare al unui depozit (peste 10 mii m3), sugerează și o uniformitate corespunzătoare a compoziției chimice, fapt atestat de încercările de laborator efectuate pe 4 probe medii, confecționate prin cumularea probelor elementare prelevate de la cotele de adâncime diferite (5 m, 10 m, 15 m, 20 m), rezultatele obținute fiind înscrise în tabelul 16 [18].

Tabelul 16

Compoziția chimică oxidică a probelor medii de cenușă de termocentrală [18]

După cum s-a menționat anterior, unul dintre parametrii compoziționali studiați permanent în cazul cenușilor de termocentrală, îl reprezintă cel al conținitului de metale grele. Acest fapt se datorează atât destinației de utilizare curentă (fabricarea cimenturilor și betoanelor de construcție), cât și depozitării masive ca deșeu industrial în sit-uri construite direct în mediul natural. În ambele situații, cenușile pot reprezenta un factor de risc ecologic.

În cadrul lucrărilor experimentale de referință, pentru probele de cenușă prelevate din Depozitul Valea Ceplea al Complexului Energetic Oltenia – Sucursala Electrocentrale Turceni, au fost efectuate determinări ale conținutului de metale grele în cadrul Laboratorului de specialiteate al Agenției pentru Protecția Mediului Gorj [19], rezultatele obținute fiind prezentate în tabelul 17.

Tabelul 17

Rezultatele analizei metalelor grele din probele de cenușă [19]

3.2.10. Conținutul de carbon fix

Unul dintre parametrii compoziționali importanți determinați în cazul cenușilor de termocentrală îl reprezintă conținutul de carbon fix, parametru care este de natură să clasifice acest tip de deșeu industrial, prin prisma randamentului de funcționare a echipamentelor de ardere, respectiv a reziduului de cărbune nears remanent în cenușa evacuată.

Pentru utilizările în scopuri tehnice a cenușii, remanența cărbunelui nears poate reprezenta un inconvenient, atât prin prisma faptului că reprezintă un component total diferit din punct de vedere compozițional față de restul componenților oxidici, cât și prin aceea că poate determina uneori efecte secundare nedorite. De exemplu, în cazul utilizătii cenușii drept materie primă la fabricarea materialelor de construcție, poate determina tente de culoare cenușii ale produselor finite.

Rezultatele investigațiilor de laborator efectuate în cazul probelor de cenușă prelevate din Compartimentul 2 al Depozitului Valea Ceplea [18], sunt prezentate în tabelul 18 și în graficul din figura 14..

Tabelul 18

Conținutul de carbon fix al probelor de cenușă

Prelevate din Depozitul Valea Ceplea [18]

Fig. 14. Variația conținutului de carbon al probelor de cenușă din Valea Ceplea [18].

6. CONCLUZII

a) Cenușile de termocentrală reprezintă deșeuri industriale rezultate în cantități foarte mari, ca urmare a arderii cărbunilor energetici în focarele generatoare de aburi ale electrocentralelor mari, care funcționează cu utilizarea acestora drept combustibili.

b) Pentru regiunea Olteniei și în special pentru județul Gorj (reprezentat de electrocentralele Turceni și Rovinari din cadrul Complexului Energetic Oltenia), acest aspect prezintă un grad aparte de specificitate, prin aceea că în această zonă sunt concentrate cele mai mari capacități de producere a energiei electrice prin arderea ligniților, de unde și „prioritatea” nedorită de principal generator al acestui tip de deșeu industrial.

c) Valorificarea cenușilor de termocentrală prin reintroducerea în circuitul industrial este aplicată în mod curent doar pentru un anumit tip de cenușă, captat pe filtrele de purificare a gazelor de ardere (cenușile zburătoare) și revine sectorului de fabricare a cimenturilor de tip Portland aditivate. Acest tip de cenușă reprezintă însă doar cca. 10% din reziduul solid rezultat din arderea cărbunilor, restul (cenușa grea sau cenușa de vatră) fiind în proporție de 98-99% depozitată în spații special amenajate, care prin dimensiunile lor (zeci de milioane de metri cubi) colmatează și scot din circuitul natural sute de hectare de teren.

d) Cenușile de vatră, adaptate prin prelucrare mecanică procedeului de hidro-amestec (raport cenușă-apă 1:10) și transportate prin pompare în depozite istorice, au suferit în timp fenomenul de pierdere treptată (prin sisteme de drenare) a excesului de apă. Astfel, acestea pot fi asimilate în prezent unor zăcăminte de materiale solide de tipul nisipurilor, care pot constitui sursă de materie primă alternativă pentru fabricarea materialelor de construcție.

e) Cercetări aprofundate, efectuate în cadrul Proiectului LIFE 10 ENV/RO/729 [2, 3, 16, 18, 19, 20, 21], confirmă mențiunea anterioară, în primul rând prin rezultatele determinărilor de laborator efectuate, dar și prin faptul că aceste rezultate sunt reprezentative pentru un întreg depozit istoric (Compartimentul 2 al Depozitului din Valea Ceplea – Sucursala Electrocentrale Turceni), pentru care cantitatea de cenușă depozitată este evaluată la 20-22 milioane tone. Reprezentativitatea rezultatelor este asigurată prin investigarea a 514 probe elementare de cenușă, recoltate de pe întreaga suprafață a depozitului, inclusiv prin foraje la adâncimi de 5m, 10m, 15m și 20m. În proporție de peste 95%, caracteristicile fizice definitorii pentru un astfel de tip de material, se încadrează în limitele următoare:

– umiditatea: 24 – 34 %

– compoziția granulometrică: peste 90% în domeniul 0 – 3 mm

– densitatea în vrac:

– netasat 0,7 – 0,8 g/cm3

– tasat 0,9 – 1,1 g/cm3

Aceste proprietăți permit încadrarea cenușii analizate în clasa de agregat granular ușor cu compoziție granulometrică fină.

f) Din punct de vedere compozițional, cenușa grea de termocentrală depozitată în Valea Ceplea, poate fi inclusă în categoria materialelor silico-alumino-calcice cu conținut relativ ridicat de oxizi ai fierului:

SiO2 40 – 50 %

Al2O3 15 – 20 %

Fe2O3 8 – 9 %

CaO 9 – 14 %

MgO 2 – 3 %

Na2O + K2O 1,5 – 2 %

Din acest punct de vedere, se poate afirma că cenușa studiată respectă domeniul compozițional al solurilor silico-argiloase specifice României, în care se regăsesc elementele specifice provenienței din “fund de mare” (calcar, dolomită, alcalii), dar și cele ale rocilor magmatice “clasice” (Fe2O3).

g) Compoziția mineralogică (cuarț, anortit, hematit) respectă alura generată de conținutul în oxizii principali, cu mențiunea că aspectul specific al “fixării” oxidului de aluminiu în anortit (CaO.Al2O3.2SiO2) derivă din condiția formării cenușii la temperaturi înalte (1100-1200 0C), specifice funcționării arzătoarelor de cărbune care echipează generatoarele de aburi ale electrocentralelor.

h) Caracteristica conținutului de metale grele nu diferă esențial de proprietatea similară a materiilor prime naturale exploatate și utilizate în zona județului Gorj, poate doar cu excepția conținutului de zinc. Acest parametru trebuie însă să fie întotdeauna completat cu cel referitor strict la conținutul de metale grele din componentele levigabile, singurul în măsură să demonstreze un eventual risc biologic sau de contaminare a mediului. De regulă, în cazul cenușilor de termocentrală metalele grele sunt prezente în compuși oxidici complecși insolubili, caracteristici recristalizării din formațiuni sinterizate sau topituri formate la temperaturi înalte.

i) Conținutul (sub 3 %) în cărbune nears al cenușii rezultate pe fluxul de ardere a ligniților din cadrul Sucursalei Electrocentrale Turceni poate fi considerat redus și chiar foarte redus, comparativ cu date din literatura de specialitate [4, 11], care relatează situații frecvente ale prezenței carbonului fix cu ponderi de peste 5% (și chiar 10%) în cenușa de vatră.

j) Prin prisma principalelor caracteristici fizico-chimice determinate pe probe reprezentative de cenușă prelevate din Compartimentul 2 al Depozitului Valea Ceplea al Complexului Energetic Oltenia – Sucursala Electrocentrale Turceni, se consideră că acest deșeu industrial, important prin prisma cantității disponibile, reprezintă o sursă alternativă de interes pentru tehnologiile de fabricare a materialelor de construcție și justifică aprofundarea activității de documentare din literatura de specialitate, precum și a experimentărilor practice specifice acestei direcții de cercetare, conform programului destinat elaborării tezei de doctorat.

BIBLIOGRAFIE

[1] N. Pănoiu, C. Cazacu, L.Mihăescu, C.Totolo, Al. Epure, Instalații de ardere a combustibililor solizi, Ed. Tehnică, București 1985, 468 p.

[2] ICEM-SA Bucuresti – Proiect LIFE 10 ENV/RO/729, Raport de început, Martie 2012.

[3] Agenția de Protecție a Mediului (APM) Gorj, Universitatea “Constantin Brâncuși” din Târgu Jiu – New building materials by ecosustainable recycling of industrial wastes, EcoWastes, LIFE+ Project LIFE10ENV/RO/729, Raport de început, Anexa tehnică 3.8 a : The impact upon environment caused by ash and slag.

[4] Ankur Upadhyay Manish Kamal, Characterization and utilization of fly ash, Department of Mining Engineering National Institute of Technology Rourkela, ORISSA, 2007.

[5] Ahmad Rifa’I, Noriyuki Yasufuku, Kazuyoshi Tsuji – Characterization and effective utilization of coal ash as soil stabilization on road application, Ground Improvement Technologies and Case Histories, Copyright _© 2009 by Geotechnical Society of Singapore (GeoSS), pg. 469-474. http://www7.civil.kyushu-u.ac.jp/geotech/pp_geoenv/09-9.pdf

[6] Leonards G.A, Bailey B. – Pulverized Coal Ash as Structural Fill. Journal of Geotechnical Engineering, American Society of Civic Engineers, Vol.108, GT4, 1982, pg. 517-531.

[7] Mamane, Y., Miller, J.L., Dzubay, T.G. – Characterization of Individual Fly Ash Particles Emitted from Coal an Oil-Fired Power Plants, Atmospheric Environment, vol. 20, No. 11, 1986, pg. 2125-2135.

[8] Hemmings, R.T., Berry, E.E. – Speciation in Size and Density Fractionated Fly Ash, Material Research Siciety Symposium Proceedings, Vol.65, 1986, pg. 91-104.

[9] Sarbajit Ghosal, Jon L. Ebert and Sidney A. Self – Chemical Composition and Size Distributions for Fly Ashes

https://web.anl.gov/PCS/acsfuel/preprint%20archive/Files/38_4_CHICAGO_08-93_1195.pdf

[10] SC Tarr SRL – Procedură tehnică: Limita de plasticitate a pământului – Metoda cilindrilor de pământ cu aparatul Casagrande. Cod PTL 01.01.06, Ediția 1, 15.03.2012.

[11]  Adolphe Jarrige – Chemical Analysis of Fly Ash, 1971

[12]  Adriana Foanene – Studiul posibilităților de reducere a poluării rezultată prin arderea cărbunelui la centralele termoelectrice din bazinul Oltenia, referat teză de doctorat, Universitatea din Craiova, Școala Doctorală “Acad. Radu Voinea”2009

[13] Carlsson CL, Adriano DC. Environmental impacts of coal combustion residues. J Environ Qual. 1993; 22:227–47,

[14] Bocaccini AR, Kopf M, Stunpfe W.Glass-ceramics from filter dusts from waste incinerator. Ceramic International. 1995; 21:231–5,

[15] Kara A, Kurama H, Kara Y, Kurama S. Utilization of coal combustion fly ash in terracotta bodies, Key Engineering Material, 2004; 264-268:2513-2516.

[16] Complexul Energetic Oltenia – Sucursala Electrocentrale Turceni, Universitatea “Constantin Brâncuși” din Târgu Jiu – New building materials by ecosustainable recycling of industrial wastes, EcoWastes, LIFE+ Project LIFE10ENV/RO/729, Raport de început, Anexa tehnică 3.1. “Studiu privind depozitele de cenușă și zgură ale Complexului Energetic Turceni”, martie 2012.

[17] Popescu Luminița Georgeta, Predeanu Georgeta, Abagiu Traian Alexandru, Volceanov Eniko, Lucica Anghelescu, Popa Roxana Gabriela, Characterization of wastes from energetically industry from gorj in order to reuse, NATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE WITH INTERNATIONAL PARTICIPATION, “CONFERENG 2012”, November 09th -10th 2012, pag. 246-256.

[18] Universitatea “Constantin Brâncuși” din Târgu Jiu, ICEM SA Bucuresti – New building materials by ecosustainable recycling of industrial wastes, EcoWastes, LIFE+ Project LIFE10ENV/RO/729, Mid-Term Report, Anexa tehnică 4.1a., ianuarie 2013.

[19] Universitatea “Constantin Brâncuși” din Târgu Jiu, Agenția pentru Protecția Mediului Gorj – New building materials by ecosustainable recycling of industrial wastes, EcoWastes, LIFE+ Project LIFE10ENV/RO/729, Mid-Term Report, , Anexa tehnică 4.1b., ianuarie 2013.

[20] ICEM SA București, Universitatea “Constantin Brâncuși” Tg. Jiu – New building materials by ecosustainable recycling of industrial wastes, EcoWastes, LIFE+ Project LIFE10ENV/RO/729, Raport de început, Anexa tehnică 3.4. “Caracterizarea probelor elementare de deșeuri”, martie 2012.

[21] Universitatea “Constantin Brâncuși” Tg. Jiu, Complexul Energetic Oltenia – Sucursala Electrocentrale Turceni – New building materials by ecosustainable recycling of industrial wastes, EcoWastes, LIFE+ Project LIFE10ENV/RO/729, Raport de început, Anexa tehnică 3.4a. “Caracterizarea probelor elementare de deșeuri”, martie 2012.

[22] S.C. White, E.D. Case – Characterization of fly ash from coal-fired power plants, Journal of Materials Science, 25 (1990), pg. 5215-5219

[23] Olushola S. Ayanda, Olalekan S. Fatoki, Folahan A. Adekola, Bhekumusa J. Ximba – Characterization of Fly Ash Generated from Matla Power Station in Mpumalanga, South Africa, E-Journal of Chemistry, 2012, 9(4), pg. 1788-1795, ISSN: 0973-4945

[24] Pandian N.S. – Fly ash characterization with reference to geotechnical applications, J. Indian Inst. Sci., Nov.–Dec. 2004, 84, pg. 189–216

Lucrări experimentale efectuate

4.1.Caracterizarea materialelor utilizate

În cadrul lucrarilor experimentale privind obținerea noilor tipuri de produse, cenușa de termocentrală a fost utilizată drept degresant sau agregat granular pentru materiale monolitice, exclusiv și în combinație cu alte două categorii importante de deșeuri industriale: șlamurile de foraj petrolier și zgurile metalurgice.

Conform rezultatelor obținute și în baza comparației cu tehnologiile clasice de fabricare a materialelor de construcție, s-a stabilit că cele patru tipuri de deșeuri industriale pot constitui surse de materii prime alternative, după cum urmează:

4.1.1.Cenușa de termocentrală

Cenușa de termocentrală poate fi asimilată categoriei agregatelor granulare ușoare conform clasificării ASTM C 330 și utilizată la realizarea amestecurilor de beton sau de fasonare prin presare și extruziune. Principalele caracteristici fizice ale cenușii de termocentrală din Depozitul Valea Ceplea (cenușă de hidroamestec) sunt prezentate în Tabelul 1, valorile reprezentând media determinărilor pe 500 probe elementare prelevate din cinci sectoare de suprafață ale depozitului (E, F, G, H, I) și cinci cote de adâncime (0-5-10-15-20 m) /1/.

Tabelul 1

Principalele caracteristici fizice ale cenușii de termocentrală SE Turceni

Determinările de laborator au indicat faptul că, din punct de vedere al compoziției chimice, cenușa de termocentrală din Depozitul Valea Ceplea se încadrează în clasa oxidică SiO2 – Al2O3 – Fe2O3 – CaO, fiind din acest punct de vedere relativ similară argilelor feldspatice calcaroase parțial calcinate (șamote sub-arse) /1/:

În tabelul 2 sunt prezentate caracteristicile cenușii uscate de la S.C. UATAA S.A. Motru (cenușă de strat fluidizat).

Tabelul 2

Comparând datele înscrise în Tabelele 1 și 2, se observă cu ușurință diferențele de caracteristici dintre cele două tipuri de cenuși.

4.1.2. Alte tipuri de deșeuri industriale

4.1.2.1.Șlamul de foraj petrolier (detritus) evacuat de la adâncimi de 600 – 1400 m (straturile geologice Dacian și Ponțian) este similar din punct de vedere compozițional și al plasticității cu argilele silico-calcice, pe care le poate înlocui parțial în amestecurile tehnologice pe fluxurile industriale de fabricare a cărămizilor de construcție. Pentru scopul tehnologic propus, prezintă interes detritusul provenit din forajele la care drept element de densificare se utilizează carbonatul de calciu (făină de calcar), caracterizat prin compoziție chimică oxidică 50-55% SiO2, 8-12% Al2O3, 3-5% Fe2O3, 7-10% CaO, 2-3% MgO, 3,5-5,5% Na2O+K2O și pierdere la calcionare de 13-15%.

Testele de plasticitate (Figura 3) efectuate pe amestecuri conținând cenușă de termocentrală, zgură de cuptor electric și procente variate de șlam de foraj și o argilă standard utilizată la fabricarea cărămizilor pentru construcții (argilă Rovinari), confirmă faptul că șlamul contribuie la asigurarea lucrabilității amestecurilor, putând înlocui parțial argila, după cum se observă din datele înscrise în Tabelul 3 /2/.

Tabelul 3

Plasticitatea relativă a amestecurilor cu șlam de foraj petrolier /2/

*) Indice de referință

Fig. 3. Epruvete pentru test de plasticitate Pfefferkorn

4.1.2.2. Zgurile metalurgice

Zgura metalurgică provenită din procedeul de elaborare a oțelului în cuptor electric cu arc (zgura CE), după prelucrare prin concasare și granulare, prezintă caracteristicile unui agregat granular dens și poate fi utilizată la realizarea betoanelor de construcție cu rezistență mecanică ridicată, precum și a maselor de ștampare pentru straturile de formă la construcția de drumuri. Acest tip de zgură este un material dur, compact, recristalizat din topituri de temperatură ridicată (peste 1500 oC) și care la prelucrarea prin concasare/granulare generează un agregat cu conținut relativ scăzut de fracție dimensională mică, după cum se observă și din datele înscrise în Tabelul 4.

Tabelul 4

Caracteristicile fizice ale zgurii de cuptor electric granulate /1/

Din punct de vedere al compoziției chimice, zgurile de cuptor electric sunt caracterizate prin variația în limite relativ largi a ponderii principalilor componenți (SiO2 12 – 20 %, Al3O3 3 – 7 %, Fe2O3 25 – 38 %, MgO 3 – 6 %, CaO 32 – 42 %, MnO 5 – 8 %, Cr2O3 0,5 – 1,4 %), fapt care însă nu este de natură să genereze inconveniente, dată fiind inerția chimică ridicată față de componentele din amestecurile de fasonare a materialelor pentru construcție, inclusiv în cazul tratamentelor termice la 1000-1100 oC.

Zgura metalurgică provenită din procesul de tratament secundar al oțelului lichid în oala-cuptor (zgura LF), după măcinare fină (sub 0,09 mm), prezintă particularitatea existenței simultane în compoziție a oxidului de calciu liber – CaO (var) în proporție de 25-30% și a silicatului bicalcic – SiO2.2CaO (compus tipic pentru cimenturile Portland), putând fi utilizată drept liant hidraulic la prepararea mortarelor rapide pentru înzidire, a amestecurilor pentru turnarea de prefabricate ușoare și a amestecurilor pentru execuția straturilor de formă la construcțiile de drumuri. Spre deosebire de zgura de cuptor electric, zgura LF conține cantități relativ scăzute de formațiuni compacte (recristalizate din topitură), fapt care îi conferă o aptitudine bună de fragmentare și măcinare fină. Compoziția chimică de bază (SiO2, 12 – 25 %, Al2O3, 4 – 8 %, Fe2O3, 0,5 – 2 %, MgO, 7 – 15 %,CaO, 50 – 65 %, MnO, 0,3 – 3 %, Cr2O3, 0,1 – 0,3 %) confirmă prezența majoră a silicaților de calciu și a oxidului de calciu liber, respectiv proprietățile de liant hidraulic al acestui tip de zgură metalurgică.

a b

Fig. 4. Zguri metalurgice (a – zgură de cuptor electric, b – zgură de tratament secundar)

4.1.3. Materiale auxiliare utilizate în cadrul lucrărilor

4.1.3.1. Argila de Rovinari

În cadrul lucrărilor efectuate, drept material plastifiant de referință a fost utilizată argila feldspatică de Rovinari, materie primă naturală rezultată în cadrul lucrărilor de decopertare la exploatarea ligniților în carieră și utilizată în mod curent pe fluxul de fabricare a cărămizilor de construcție în cadrul întreprinderii de profil MACOFIL SA din Târgu Jiu (agentul economic la care se preconizează experimentarea procedeului de fasonare prin extrudare a noilor tipuri de produse). Argila de referință prezintă punct de sinterizare la cca. 1180 oC și punct de topire la cca. 1220 oC /1/, în Tabelul 4 fiind prezentată compoziția chimică oxidică specifică a acesteia.

Tabelul 4

Compoziția chimică a argilei feldspatice de Rovinari /1/

Din Anexa 4.5.

4.1.3.2. Lianți hidraulici

Pentru obținerea compozitelor ceramice prin procedee cu întărire la rece, au fost utilizați lianți hidraulici uzuali, sub forma cimenturilor Portland pentru construcții de tip CEM I 42,5 N și CEM I 52,5 R.

Pentru efectuarea testelor de rezistență mecanică la lianții hidraulici, la prepararea mortarelor normale (conform EN 196-1) a fost utilizat nisip cuarțitic pentru construcții uscat, a cărui compoziție granulometrică este prezentată în Tabelul 30. Din acest punct de vedere, nisipul utilizat este sensibil asemănător, dar nu identic cu nisipul normalizat CEN (nisip poligranular) prevăzut în standardul european, motiv pentru care rezultatele încercărilor nu pot constitui elemente de referință pentru calitatea cimenturilor utilizate. Acest fapt nu reprezintă un impediment pentru efectuarea lucrărilor, în cadrul acestora fiind urmărită doar diferența dintre proprietățile mecanice ale celor două tipuri de ciment Portland și nu certificarea calității.

Tabelul 30

Compoziția granulometrică a nisipului cuarțitic uscat

Timpul de întărire al lianților hidraulici a fost determinat conform procedeului standard prevăzut îm normativul EN 196-3 (metoda Vicat), rezultatele încercărilor efectuate fiind prezentate în Tabelul 31.

Fig.24 Determinarea timpului de întărire (metoda Vicat)

Tabelul 31

Determinarea timpului de priză pentru lianții hidraulici

Timpul „abrupt” de întărire inițială a amestecului zgură LF-apă (începutul de priză), respectiv de 3-4 ori mai scurt decât cel al cimenturilor Portland rapide, reprezintă încă un argument pentru specificitatea compozițională menționată anterior, fiind caracteristic amestecurilor de ciment și var.

Determinarea rezistențelor mecanice ale lianților hidraulici a fost efectuată cu aplicarea procedurii prevăzute în normativul EN 196-1, respectiv pe epruvete rectangulare cu dimensiunile de 160x40x40 mm confecționate din amestecuri tip mortar normal de ciment (liant + nisip + apă) compactate în tipare metalice standard prin vibrare (frecvanța 50 Hz, amplitudine 0,75 mm). Rezultatele încercărilor efectuate sunt prezentate în Tabelul 31, iar în Tabelul 32 sunt înscrise rezultatele determinărilor de compoziție chimică pentru proba de ciment Portland I 42,5N.

Tabelul 32

Determinarea rezistențelor mecanice ale lianților hidraulici

Tabelul 33

Compoziția chimică a cimentului Portland I 42,5N

*) P.C. – pierdere la calcinare

4.1.3.3. Agregate granulare ușoare

Agregatele granulare ușoare utilizate sunt perlit expandat și deșeu de blocuri BCA granulat.

Perlitul expandat utilizat drept agregat granular auxiliar a provenit dintr-un lot curent de fabricație al SC PROCEMA PERLIT SRL Jilava, similar loturilor utilizate la fabricarea betoanelor termorezistente ușoare pe fluxurile industriale ale producătorilor de profil. Principalele caracteristici ale perlitului expandat și ale deșeului de BCA granulat sunt prezentate în Tabelele 34 – 37.

Tabelul 34

Caracteristicile fizice ale perlitului expandat /1/

Tabelul 35

Compoziția chimică a perlitului expandat /1/

P.C. – pierdere la calcinare

Tabelul 36

Caracteristicile fizice ale deșeului de BCA granulat /17/

Tabelul 37

Compoziția chimică a deșeului de BCA granulat /17/

*) P.C. – pierdere la calcinare

Pornind de la aceste premise, lucrările experimentale efectuate au urmărit stabilirea condițiilor în care aceste deșeuri industriale pot participa drept componente în amestecurile de fasonare a produselor, în două categorii principale de aplicații:

– ca adaosuri secundare în cazul unor rețete tipice pentru tehnologiile uzuale de fabricare a materialelor de construcție, cu scopul de a stabili limitele ponderii până la care nu influențează negativ caracteristicile de bază ale produselor obținute;

– ca materii prime de bază la fabricarea unor noi tipuri de materiale pentru construcție, similare din punct de vedere al caracteristicilor cu unele materiale uzuale și asimilabile din acest punct de vedere claselor de produse respective.

Metodologii de lucru utilizate

Din punct de vedere al mecanismului de dezvoltare a structurii de rezistență a produsului finit, au fost luate în considerare următoarele:

Fabricarea produselor folosind procedeul de extruziune și presare, urmate de tratamente termice de uscare și ardere;

Obținerea de produse monolitice (betoane, mortare, mase de bătătorire) destinate punerii în operă la locul de serviciu (turnare șape, torcretare) sau execuției de prefabricate, având în compoziție drept liant cimenturi (mecanisme de liere hidraulică).

Au fost elaborate tehnologii ce au urmărit stabilirea influenței adaosului de deșeu asupra etapelor de lucru, dar și a proprietăților produselor obținute experimental.

Stabilirea rețetelor de dozare a componenților

Stabilirea rețetelor de dozare a fost făcută cu scopul stabilirii limitelor la care ponderea deșeurilor în amestecurile de fasonare a produselor poate demonstra un efect tehnologic pozitiv, dar și al celor la care influențează negativ valoarea de utilizare practică a produselor obținute. După caz, în situațiile în care tehnologiile studiate vizau arii largi de aplicabilitate practică (de exemplu fabricația de cărămizi pentru construcții pe flux industrial continuu sau a betoanelor termorezistente pentru torcretare), au fost investigate un număr mai ridicat de variante compoziționale, la care ponderea deșeurilor diferă la nivel de 10%, 5% sau chiar 2% între amestecuri.

Dozarea componenților și realizarea amestecurilor de fasonare

Dozarea componentelor solide (deșeuri + materiale auxiliare) s-a realizat exclusiv gravimetric, opțiunea derivând din constatarea că în condițiile cantităților relativ mici de materiale procesate la obținerea amestecurilor, erorile induse de dozarea volumetrică depășeau limita de acceptabilitate. Evident, cunoscând densitățile în vrac (netasat și tasat) al materialelor utilizate la obținerea amestecurilor, rețetele de dozare gravimetrică pot fi ușor convertite în varianta volumetrică (procedeu frecvent utilizat în practică, îndeosebi în cazul obținerii șarjelor de betoane pentru turnare-vibrare sau torcretare).

Dozarea apei de lucru s-a realizat, de regulă, volumetric, dar în situațiile în care ponderea acestui adaos în șarjele de amestecuri a fost relativ mică (de exemplu, influență în situația variației adaosului de apă în limite sub 5%), pentru exactitate mai bună în evaluarea necesarului s-a optat pentru varianta stabilirii prin măsurători gravimetrice a apei efectiv adăugată la șarja de lucru.

Omogenizarea amestecurilor de fasonare a fost realizată,de regulă, manual (Figura 5), procedeu sugerat atât de mărimea șarjelor de lucru (maxim 6 kg), cât și de necesitatea observării corecte a aptitudinii de omogenizare în funcție de ponderea deșeurilor în amestec: fenomene de segregare, peletizare etc. In situațiile în care mărimea șarjelor a fost mai mare de 6 kg (de exemplu în cazul betoanelor), la realizarea lor a fost utilizat un amestecător planetar (Figura 6).

Fig. 5. Omogenizarea manuală a amestecurilor

Fig. 6 Omogenizarea șarjelor de beton în amestecător planetar

Capacitate utilă: 40 litri

Turația recipientului: 26 rot/ min

Turația paletei: 48 rot/min în contrasens

Fasonarea amestecurilor studiate a fost realizată prin procedee de presare în matriță (Figura 7), în cazul variantelor de lucru care vizează fabricarea cărămizilor de construcție liate ceramic (produse arse), respectiv prin turnare-vibrare sau ștampare în tipar (Figura 8) în cazul produselor cu întărire la rece (betoane și mase cu întărire hidraulică).

Fig. 7. Presa utilizată la realizarea epruvetelor cilindrice Ø50mm, h50mm prin procedeu de presare din amestecuri plastice, semiplastice și semiuscate.

Caracteristici de lucru:

– Forța maximă de presare 30 tf

– Cursa pistonului de presare 150 mm

– Reglarea poziției mesei de lucru 300 – 1200 mm

Fig. 8. Dispozitivele utilizate pentru realizarea produselor prin procedeu de turnare-vibrare:

– Masă vibrantă standard: Frecvența de vibrare 50 Hz; Amplitudinea vibrării 0,75 mm

– Tipare metalice pentru cuburi 100x100x100 mm

– Tipare metalice pentru prisme 160x40x40 mm (conforme EN 196)

– Tipare metalice pentru prisme 230x54x64 mm (conforme EN 1402)

Tratamentul termic al produselor obținute

Tratamentul termic de uscare a produselor a fost efectuat în etuvă de laborator termostatată (Figura 9), la temperatura de 105…110 oC, cu menținere în palier de 5 ore la temperatura maximă în cazul pieselor de format mic (cilindrii Ø50 mm, h50 mm), respectiv 6 ore pentru formatele mai mari și/sau la execuția cărora a fost utilizat un adaos mai ridicat de apă de lucru (cuburi din beton cu dimensiunile de 100x100x100 mm).

Fig. 9. Etuvă de laborator EC 200 (Caloris)

– Volum util de lucru 200 dm3

– Temperatura maximă 240 oC

– Afișare digitală a parametrilor de lucru (temperatură, timp)

– Precizie de stabilizare ± 2 oC

– Control cu microprocesor al procesului

Tratamentul termic de ardere la temperatură înaltă a fost realizat în cuptor cu rezistență electrică (Figura 10), în regim controlat de creștere a temperaturii (4…5 oC/minut). În cazul produselor obținute pe bază de argilă (liere ceramică), arderea s-a efectuat la temperaturi maxime de 900 – 1030 oC, cu menținere în palier de 3 ore la nivelul maxim. Pentru produsele cu liant hidraulic considerate ca având vocație termorezistentă (betoane ușoare pe bază de cenușă de termocentrală), tratamentul termic de ardere s-a realizat la temperaturi maxime de 600 – 900 oC, cu menținere timp de 4 ore în palier final.

Fig. 10. Cuptor cu rezistență electrică (LAC)

– Volum util 30 dm3

– Temperatura maximă de lucru 1340 oC

– Control cu microprocesor al gradientului termic și a timpului de menținere în palier

4.2.4.Caracterizarea produselor

Caracterizarea produselor realizate a fost efectuată prin teste de laborator, urmărindu-se variația principalilor parametrii fizico-mecanici (densitate geometrică, rezistențe mecanice, variație dimensională după ardere și răcire, densitate aparentă, capacitate de absorbție și porozitate deschisă), în funcție de compoziția amestecurilor de fasonare și procedeul de compactare aplicat, respectiv a tratamentului termic final. Echipamentele utilizate la efectuarea încercărilor de laborator sunt prezentate în Figurile 11 – 13.

Fig. 11. Șubler pentru măsurarea dimensiunilor

pieselor realizate, cu exactitate de măsurare de 0,1 mm

Fig. 12. Balanță de laborator cu exactitate de cântărire de 0,1 g și posibilitate de cântărire hidrostatică pentru determinarea densității aparente, capacității de absorbție și porozității deschise.

Fig. 13. Presă automată pentru încercări mecanice (UTEST)

– Clasa de precizie 1

– Forța maximă dezvoltată 2000 kN

– Programare și reglaj computerizat al parametrilor încercării

– setarea dimensiunilor epruvetei

– setarea gradientului de creștere a forței aplicate

– sesizare automată a momentului distrugerii epruvetei (sfârșitul încercării)

– afișaj grafic și numeric al parametrilor pe parcursul încercării

Etapele de lucru

Etapele de lucru desfășurate în cadrul experimentărilor sunt prezentate în figurile 14 și 15.

Fig. 14. Schema fluxului tehnologic de obținere a produselor experimentale presate și arse

Fig. 15. Schema fluxului tehnologic de obținere a produselor experimentale monolitice

4.3. Produse experimentale obținute în cadrul lucrărilor

4.3.1.Produse experimentale obținute prin procedee cu întărire la cald

Cenușa de termocentrală și zgura de cuptor electric au fost utilizate drept agregate granulare (degresanți) la realizarea amestecurilor de fasonare, cu pondere totală variind între 10 – 60%. În toate variantele experimentate, dozarea componenților s-a realizat gravimetric, astfel încât în toate referirile, compoziția amestecurilor este exprimată în procente de masă.

Dată fiind inerția chimică relativă a componentelor utilizate (lipsa interacțiunii la rece), nu se impune, din acest punct de vedere, respectarea unei ordini anume în adăugarea acestora la șarja de amestec. Totuși, tendința argilei de a adera la pereții recipientului și de a forma aglomerate (pelete) în timpul omogenizării mecanice, determină oportunitatea ca aceasta să fie introdusă în amestec ultima dintre componentele solide. Astfel, în cazul utilizării tuturor componentelor menționate, s-a stabilit că ordinea eficientă de adăugare este:

Cenușa de termocentrală

Zgura de cuptor electric + omogenizare preliminară

Șlamul de foraj petrolier + omogenizare preliminară

Argila + omogenizare preliminară

Apa de lucru + omogenizare finală.

În Tabelul 5 sunt prezentate rețetele de dozare a componentelor solide, aplicate la obținerea amestecurilor de fasonare în cadrul lucrărilor experimentale. Cantitatea de apă adăugată pentru atingerea lucrabilității optime este menționată în Fișele tehnice de lucru, pentru fiecare rețetă în parte.

Tabelul 5

Rețetele de dozare a componenților pentru produsele ceramice experimentale

obținute prin presare și liere la cald

4.3.1.1. Confecționarea epruvetelor presate

Masa amestecurilor de fasonare a variat între 2 – 2,5 kg, în funcție de ponderea și densitatea în vrac a materialelor componente, astfel încât să se asigure posibilitatea realizării a minimum 8 epruvete din fiecare rețetă testată (de regulă, 8-12 epruvete). Amestecurile au fost omogenizate manual respectând ordinea de adăugare menționată anterior, urmărind atingerea unui grad cât mai avansat de uniformitate și evitând formarea de aglomerate (pelete) cu conținut ridicat de argilă. Tendința de peletizare se accentuează o dată cu creșterea conținutului de argilă și se manifestă în momentul adăugării apei de lucru, în cazul amestecurilor cu peste 50-60% argilă fiind necesară acțiunea suplimentară pentru dezaglomerarea (spargerea) peletelor formate (pe fluxurile industriale, această operație se realizează prin trecerea amestecului printr-o moară cu valțuri)/21/.

Amestecurile de fasonare omogenizate au fost menținute timp de 24 de ore la temperatură ambiantă și în condiții de conservare a umidității (pungi din polietilenă etanșe), în scopul asigurării unei distribuții uniforme avansate a apei de lucru în masa totală a amestecurilor. Procedeul este cunoscut sub denumirea de „maturare”, aplicarea lui fiind determinată de viteza mică cu care microparticulele de argilă absorb excesul de umiditate (straturile geologice argiloase sunt practic impermeabile).

Fasonarea produselor a fost realizată prin presare în matriță metalică, obținându-se piese ceramice cilindrice cu diametrul de 50 mm ± 0,2 mm și înălțimea de 50 mm ± 0,5 mm (Figura 16).

Fig. 16. Piese ceramice crude obținute prin presare în matriță.

Pentru asigurarea constanței dimensionale a pieselor, cantitățile de amestec necesare fasonării au fost obținute prin cântărire cu exactitate de 1g. Forța de presare aplicată a corespuns unei presiuni nominale de 50 MPa ± 2 MPa, cu două etape intermediare de dezaerare la cca. 10 MPa.

După fasonare, piesele ceramice crude au fost marcate cu vopsea termorezistentă (pe bază de oxid verde de crom), măsurate (exactitate 0,1 mm) și cântărite (exactitate 1g), apoi păstrate în atmosferă liberă la temperatura ambiantă minimum 72 de ore înaintea tratamentului termic.

Fig. 17 Marcarea pieselor ceramice cu vopsea termorezistentă

Uscarea epruvetelor a fost realizată în etuvă electrică termostatată la temperatura de 105 oC ± 2 oC, cu palier de cca. 5 ore la temperatura maximă, după răcire fiind repetate operațiunile de măsurare și cântărire.

Piesele uscate au fost supuse tratamentului termic la temperatură înaltă (ardere) în cuptor cu rezistență electrică și control prin procesor al parametrilor de lucru. Viteza de încălzire aplicată (gradientul termic) a fost de 5 oC/minut, până la temperaturi maxime de 970 oC, 1000 oC și 1030 oC, cu menținere în palier de 3 ore și răcire ulterioară liberă în incinta cuptorului închisă (cca. 16 ore). Au fost astfel obținute piese ceramice arse (epruvete), care ulterior au fost supuse încercărilor de laborator (Figura 18).

Fig. 18. Piese ceramice presate tratate termic (epruvete arse)

4.3.1.2. Determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale produselor realizate

Caracteristicile fizico-mecanice a căror variație în funcție de natura și ponderea adaosurilor de deșeuri industriale în compoziție au fost studiate, sunt:

densitatea geometrică (calculată prin măsurare și cântărire);

densitatea, capacitatea de absorbție, porozitatea deschisă (determinate prin metoda fierberii în apă și cântăririi hidrostatice);

variația dimensională liniară după tratament termic și răcire (contracția la ardere);

rezistența mecanică la compresiune (spargere la compresiune mecanică).

Pentru determinările simple (densitate geometrică, variație dimensională), dimensiunile epruvetelor arse au fost măsurate cu exactitate de 0,1 mm, iar masa cu exactitate de 1g.

Rezistența mecanică la compresiune a fost determinată în condițiile solicitării epruvetelor la forță de compresiune aplicată cu viteză constantă corespunzătoare unui gradient de presiune de 0,2 MPa/sec, până la distrugere și înregistrarea ca rezultat al determinării a forței maxime atinse pe parcursul încercării..

Pentru determinarea densității, capacității de absorbție și porozității, epruvetele au fost cântărite uscat, fierte în apă timp de 2,5 ore în vederea înlocuirii totale cu apă a aerului din porii deschiși, apoi cântărite imersat în apă și în stare umedă, în aer, obținându-se parametrii necesari pentru calcul:

ms – masa probei în stare uscată, g

mu – masa probei umede (pori umpluți cu apă), g

mh – masa probei umede imersată în apă (cântărire hidrostatică), g

Folosind parametrii măsurați, se calculează proprietățile probei:

unde: d – densitatea probei, g/cm3

ρ – densitatea lichidului de imersie (apă), g/cm3

P – porozitatea deschisă a probei, %

A – capacitatea de absorbție a probei, %

In cazul acestei determinări, măsurătorile de masă au fost făcute cu exactitate de 0,1 g.

Rezultatele încercărilor de laborator efectuate pentru determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale pieselor compozite ceramice presate și arse sunt prezentate în Fișele tehnice de lucru prezentate în tabelele 6-26.

Tabelul 6

Tabelul 7

Tabelul 8

Tabelul 9

Tabelul 10

Tabelul 11

Tabelul 12

Tabelul 13

Tabelul 14

Tabelul 15

Tabelul 16

Tabelul 17

Tabelul 18

Tabelul 19

Tabelul 20

Tabelul 21

Tabelul 22

Tabelul 23

Tabelul 24

Tabelul 25

Tabelul 26

4.3.1.3. Compoziția chimică a produselor presate și arse

Determinările de compoziție chimică oxidică au fost realizate în Laboratorul de specialitate al Societății Comerciale PROSPECTIUNI SA București, în baza Contractului de prestări servicii încheiat cu Universitatea „Constantin Brâncuși” din Târgu Jiu /17/.

Având în vedere compozițiile chimice oxidice ale materialelor utilizate (prezentate anterior), s-a estimat că pentru scopul tehnologic propus, caracteristicile chimice nu reprezintă un factor de influență semnificativ, fapt confirmat prin aceea că variații importante ale ponderii diverșilor componenți nu sunt de natură să modifice sensibil comportarea produselor în etapa de tratament termic la temperatură înaltă, respectiv nu influențează vizibil temperatura optimă de dezvoltare a structurii de rezistență ceramică în materialul compozit, estimată în jurul valorii de 1000 oC (după rezultatele încercărilor fizico-mecanice).

Pentru a demonstra acest aspect, au fost selectate un număr de 7 probe reprezentative pentru variația ponderii deșeurilor industriale utilizate, rezultatele determinărilor de laborator fiind prezentate în Tabelul 27.

Tabelul 27

Compoziția chimică determinată pe compozite ceramice presate

după tratament termic la 1000 oC /17/

*) P.C. – pierdere la calcinare

După cum se observă din datele înscrise în tabel, produsele ceramice obținute se înscriu în același sistem cuaternar compozițional oxidic ca și deșeurile studiate: SiO2 – Al2O3 – Fe2O3 – CaO, de unde și similitudinea proprietăților termo-fizice de bază. Cum era de așteptat, variații importante în ponderea compușilor oxidici de bază induce prezența în amestecul de fasonare a zgurii de cuptor electric, care din punct de vedere chimic este totuși diferită de ceilalți componenți, prin valori mult mai ridicate al conținutului de CaO. S-a subliniat însă în rapoartele tehnice anterioare faptul că zgura metalurgică prezintă specificitatea unei inerții chimice foarte avansate, datorată stabilității termodinamice generată de proveniența specifică: recristalizare din topituri de temperatură foarte înaltă (peste 1500 oC). Din acest motiv, zgura de cuptor electric nu interacționează prin schimb de substanță cu ceilalți componenți din sistem la temperaturile la care au loc reacțiile în fază solidă (sinterizarea) și deci nu influențează aceste procese, fapt dovedit de rezultatele practice obținute.

În Tabelul 28 sunt prezentate grupat rezultatele medii ale încercărilor de laborator efectuate pe epruvete confecționate exclusiv din cenușă și argilă, iar în figurile 19-22 sunt reprezentate grafic variațiile valorilor de parametrii fizici, în funcție de ponderea masică a cenușii de termocentrală în amestecurile de fasonare și temperatura maximă de ardere a epruvetelor /18/.

Urmărind rezultatele obținute, se observă că adaosul de cenușă în amestecurile de fasonare conduce la scăderea densității produselor, respectiv faptul că aceasta acționează ca un componente granular ușor. Efectul colateral pozitiv este bineînțeles acela al creșterii porozității deschise, fapt care conduce implicit la creșterea aptitudinii de izolare termică a produsului, dar apare și efectul negativ al diminuării rezistenței la compresiune, toate efectele menționate variind constant odată cu creșterea conținutului de cenușă din amestecul de fasonare.

Tabelul 28

Conținutul de cenușă, temperaturile de ardere și rezultatele

încercărilor de laborator efectuate pe epruvetele cilindrice arse /18/

Fig. 19 Variația densității aparente în funcție de conținutul

de cenușă și temperatura de ardere /17/

Fig. 20 Variația capacității de absorbție în funcție de conținutul de

cenușă și temperatura de ardere /17/

Fig. 21 Variația porozității deschise în funcție de conținutul de

cenușă și temperatura de ardere /17/

Fig. 22 Variația rezistenței la compresiune în funcție de conținutul de

cenușă și temperatura de ardere /17/

Se observă deasemenea că în cazul epruvetelor tratate termic la 1030 oC apar variații anormale ale parametrilor fizici investigați, iar în cazul a două tipuri de rețete studiate, rezistența la compresiune nu a putut fi determinată corect, datorită deformațiilor majore de formă apărute după ardere (temperatură maximă de tratament prea mare). Se constată însă și faptul că efectele negative scad semnificativ la adaosurile de cenușă de peste 20%, de unde concluzia că acest component este de natură să mărească stabilitatea produselor la variațiile temperaturii maxime de ardere pe fluxul de fabricare.

4.3.2. Produse obținute prin procedee cu întărire la rece

Utilizarea cenușii de termocentrală, șlamului de foraj petrolier și a zgurii metalurgice la obținerea materialelor de construcție monolitice de tipul betoanelor cu întărire hidraulică și maselor de ștampare este sugerată de însăși starea și caracteristicile lor fizice.

Cenușa de termocentrală prezintă similitudine cu nisipurile naturale cuarțitice argilo-calcaroase, extrase și utilizate în mod curent la prepararea amestecurilor de betoane, caracteristica specifică constând în densitatea în vrac mai scăzută cu cca. 25-30% comparativ cu nisipurile (asimilabile deci cu un agregat granular ușor conform ASTM C 330), de unde aptitudinea utilizării pentru obținerea de betoane ușoare, conform clasificării din standardul EN 206-1. In literatura de specialitate apar referiri frecvente la utilizarea cenușii drept agregat granular la obținerea prefabricatelor din beton cu densitate sub 1 kg/dm3 /10/, betoane polimerice /11/, betoane celulare autoclavizate sau mase de compactare pentru construcția de drumuri /12/.

Detritusul de foraj este considerat apt utilizării ca material de umplutură sau ca adaos în amestecurile de compactare pentru straturile inferioare ale construcțiilor de drumuri /13/, dar și ca materie primă la fabricarea cărămizilor sau prefabricatelor din beton pentru construcții /14/.

Zgurile metalurgice prezintă toate caracteristicile unui agregat granular dens. Deși diferă din punct de vedere al compoziției chimice de agregatele dense naturale (piatra spartă), aceste zguri, datorită stabilității termodinamice ridicate conferită de procesele din care provin (răcire din topituri formate la peste 1500 oC), sunt total inerte la interacțiunea cu lianții clasici utilizați în construcție, de unde aptitudinea folosirii în compoziția betoanelor sau a maselor ștampate de umplutură sau nivelare. De regulă, direcția principală de valorificare este aceea de agregat granular în betoanele pentru construcții sau mixturi asfaltice, precum și ca material de umplutură la execuția terasamentelor și a fundațiilor de drumuri /15,16/.

Lucrările experimentale efectuate au urmărit studierea posibilităților de utilizare a cenușii de termocentrală din Depozitul Valea Ceplea, a zgurilor metalurgice de elaborare a oțelului în cuptor electric (zgura CE) și de tratament secundar în oala-cuptor (zgura LF), la obținerea de compozite ceramice pentru construcții prin procedee de compactare prin turnare/vibrare a amestecurilor și dezvoltarea structurii de rezistență (întărire) la temperatura ambiantă. Cenușa de termocentrală și zgura de cuptor electric au fost utilizate cu rol de agregate granulare în realizarea amestecurilor de șarje, în timp ce zgura de tratament termic a fost testată ca liant hidraulic alternativ pentru întărirea la rece.

Având în vedere stabilitatea termică relativ ridicată a cenușii de termocentrală (temperatură de topire peste 1100 oC) și densitatea scăzută (agregat granular ușor), a fost luată în considerație posibilitatea utilizării acestui deșeu industrial drept sursă alternativă de agregat granular la fabricarea betoanelor termorezistente ușoare (densitate 0,8 – 1,2 g/cm3) și ultraușoare (densitate sub 0,8 g/cm3) cu temperaturi maxime de utilizare de 600 – 900 oC, în compoziția cărora poate înlocui materialele tradiționale de tipul șamotelor sintetice ușoare sau diatomitei calcinate.

În cazul zgurii de tratament secundar (zgura LF), utilizarea drept liant hidraulic se bazează pe particularitatea conținutului ridicat de oxid de calciu (55-65%), din care o parte sub forma de silicati de calciu (compusi mineralogici tipici ai cimenturilor Portland), iar altă parte sub forma de oxid liber (var). Se deduce astfel că, în stare fin măcinată, acest tip de zgură metalurgică va manifestă proprietăți de liant hidraulic, motiv pentru care în cadrul lucrărilor experimentale zgura LF a fost considerată ca aparținând acestei categorii de materiale pentru construcții și caracterizat inclusiv din acest punct de vedere.

Determinarea conținutului de oxid de calciu liber din amestecuri de materiale face obiectul unor discuții controversate în ceea ce privește corectitudinea și exactitatea metodelor de analiză aplicate, în mod deosebit în situațiile în care este existent în procente relativ mari, concomitent cu alți compuși ai oxidului de calciu hidraulic activi (silicați, aluminați) sau inactivi (calcar, anortit, gehlenit etc.). Ținând cont de specificitatea compozițională a zgurii de tratament secundar generată de condițiile de temperatură foarte ridicată la care se formează (peste 1500 oC), respectiv lipsa calcarului (CaCO3) nedescompus din compoziție, s-a considerat că pentru evaluarea conținutului de oxid liber este utilă aplicarea comparativă a testului de reactivitate pentru var industrial, așa cum este el descris ca procedură în normativul SR 3910-2.

Conform normativului menționat, reactivitatea varului este definită prin volumul de soluție acid clorhidric 4N care neutralizează prin titrare într-o perioadă de timp definită, o suspensie de var în apă, în prezență de indicator acido-bazic standard (fenolftaleină), Metoda de încercare a fost aplicată în condiții similare (Figura 23) pe probe de var industrial standard și zgură de tratament secundar, rezultatele obținute fiind prezentate în Tabelul 29.

Fig. 23. Test de evaluare a CaO liber din zgura de tratament secundar

Tabelul 29

Test comparativ de reactivitate var / zgură LF

Calculând raportul dintre volumele de acid clorhidric consumate în condiții similare de lucru, se estimează că zgura de tratament secundar supusă testului conține 33,13% echivalent de reactivitate var industrial.

3.2.2. Confecționarea produselor experimentale cu întărire la rece

Natura componenților utilizați la obținerea amestecurilor de fasonare sugerează includerea acestor tipuri de produse în categoria materialelor monolitice de tipul betoanelor și maselor de ștampare. Epruvetele pentru încercări se confecționează direct din materialul nefasonat (amestec de componenți), în formate și prin procedee consacrate (condiții standard de lucru), astfel încât să existe veridicitatea și similitudinea rezultatelor indiferent de locul și momentul în care se realizează testele de laborator.

Piesele ceramice cu întărire la rece au fost realizate în formate rectangulare:

cuburi cu dimensiunile de 100 x 100 x 100 mm;

prisme cu dimensiunile de 160 x 40 x 40 mm;

prisme cu dimensiunile de 230 x 54 x 64 mm.

Dozarea componenților din amestecuri a fost realizată gravimetric, cu exactitate de cântărire de 1 g.

Ordinea de adăugare a componenților în amestec a urmat regula generală a obținerii inițiale a amestecului omogen de agregate granulare, urmată de adăugarea liantului hidraulic și la sfârșit a apei de lucru, până la asigurarea consistenței necesare pentru punerea în operă. Excepție fac amestecurile cu conținut de perlit expandat, material care datorită densității foarte scăzute este antrenat în curenții de aer și provoacă emisii semnificative de pulberi în timpul omogenizării uscate. Inconvenientul poate fi evitat prin umectarea inițială a perlitului, astfel încât în cazul realizării unei șarje de amestec conținând toate tipurile de componenți, ordinea de adăugare recomandată este:

Perlit expandat

Cca. 50% din necesarul total de apă estimat + omogenizare preliminară (umectare perlit)

Cenușa de termocentrală

Zgura de cuptor electric (CE) + omogenizare amestec de agregate granulare

Zgura de tratament secundar (LF)

Ciment + omogenizare preliminară

Restul de apă de lucru + omogenizare finală.

În Tabelul 38 sunt prezentate rețetele de dozare a componentelor solide, aplicate la obținerea amestecurilor de fasonare în cadrul lucrărilor experimentale. Cantitatea de apă adăugată pentru atingerea lucrabilității optime este menționată în Fișele tehnice de lucru.

Tabelul 38

Rețetele de dozare a componenților pentru produsele ceramice experimentale

obținute prin procedee cu întărire la rece /17/

Tabelul 39

Tabelul 40

Tabelul 41

Tabelul 42

Tabelul 43

Tabelul 44

Tabelul 45

Tabelul 46

Tabelul 47

Tabelul 48

Tabelul 49

Tabelul 50

Tabelul 51

Tabelul 52

Tabelul 53

Tabelul 54

Tabelul 55

Tabelul 56

Tabelul 57

Tabelul 58

Tabelul 59

Tabelul 60

Tabelul 61

Studiind caracteristicile cenușilor de vatră se observă că punctul relativ ridicat de topire (1160-1180 oC) este similar cu al unor agregate granulare ușoare utilizate în industria materialelor refractare (diatomită calcinată, perlit expandat, vermiculit expandat, zgură granulată de furnal).

În aceste condiții, cenușa de vatră oferă posibilitatea fabricării betoanelor termoizolatoare cu temperatura maximă de serviciu de 1100-1150 oC. În plus, cenușa asigură și posibilitatea utilizării lianților hidraulici de tip Portland la fabricarea betoanelor, prin aceea că participă cu componente oxidice active (α-SiO2, 2CaO.SiO2, Fe2O3), cunoscute a avea efect de stabilizare a proprietăților liante la temperaturi ridicate.

În figura 25 este reprezentată grafic, comparativ, variația rezistenței la compresiune a betoanelor termoizolatoare obâinute pe bază de cenușă de vatră, în variantele utilizării drept liant hidraulic a unui ciment Portland (CEM I 52,5R), respectiv a unui ciment refractar aluminos (Fondu Lafarge) /19/.

Urmărind alura graficelor din figura 25, se observă că în cazul utilizării drept liant hidraulic a cimentului Portland, arderea la temperaturi de peste 900oC determină diminuarea semnificativă a rezistenței mecanice, concomitent cu variații ale densității, porozității și contracției liniare care sugerează formarea de fază lichidă cu pondere masică mai mare de 10%, respectiv deteriorarea structurii de rezistență după răcire. Rezultatele obținute sunt importante și prin aceea că vin să confirme datele din literatura de specialitate referitoare la valori minime ale rezistențelor la compresiune pe care betoanele refractare pe bază de cimenturi aluminoase le înregistrează în domeniul temperaturilor de 600-900oC, respectiv posibilitatea utilizării până la acest nivel maxim al temperaturilor de serviciu a unor cimenturi cu preț de livrare mult mai scăzut /19/.

Fig. 25 Variația rezistenței la compresiune în funcție de temperatura de ardere a epruvetelor /19/

Spre deosebire de cazul produselor presate și arse, în cazul procedeelor cu întărire la rece timpul de realizare a șarjelor de amestec prezintă importanță, datorită faptului că fenomenul de întărire hidraulică a lianților utilizați începe din momentul primului contact al acestora cu apa, astfel încât în situația unor perioade foarte mari de amestecare sau a intercalării unor perioade de pauză între operațiunile succesive, pot apare fenomene de pierdere a lucrabilității prin întărire parțială prematură a amestecului. În cazul lucrărilor experimentale efectuate, un randament bun de omogenizare și obținerea de șarje cu lucrabilitate optimă au fost asigurate prin respectarea următoarelor durate a operațiunilor:

– umectare perlit expandat 1 – 1,5 minute

– omogenizare preliminară agregate granulare 1 – 1,5 minute

– omogenizare preliminară amestec agregate + lianți hidraulici 1 – 1,5 minute

– adăugare treptată rest de apă + omogenizare periodică 1 – 2 minute

– omogenizare finală 3 – 5 minute, în limita de maxim 10 minute de la momentul adăugării lianților hidraulici în amestec.

Compactarea amestecurilor proaspete a fost realizată prin vibrare în tipare metalice pentru cuburi și prisme, utilizând în acest scop o masă de vibrare standard cu frecvența de 50 Hz și amplitudinea 0,75 mm a vibrațiilor (Figura 8). Pentru facilitarea operațiunii de decofrare (evitarea aderenței la pereți), pe suprafețele de contact între tipare și materialul compactat a fost aplicată prin pensulare o peliculă fină de ulei mineral.

Piesele vibrate au fost menținute timp de 24 de ore în matrițe, la temperatura ambiantă și acoperite cu folie de polietilenă în scopul evitării pierderii de apă prin evaporare, apoi decofrate. După decofrare, piesele întărite au fost inscripționate (Figura 17) și păstrate în ambalaje etanșe (saci din polietilenă), minimum 48 de ore în cazul produselor care urmau să fie supuse tratamentelor termice, respectiv până la momentul efectuării testelor fizico-mecanice, pentru celelalte categorii. Înainte de tratamentul termic sau al încercării în stare rudă, piesele au fost măsurate cu exactitate de 0,1 mm și cântărite cu exactitate de 1 g.

Fig. 26. Produse experimentale întărite la rece

Uscarea pieselor a fost realizată în etuvă electrică termostatată la temperatura de 105 oC ± 2 oC, cu palier de cca. 5 ore la temperatura maximă, după răcire fiind repetate operațiunile de măsurare și cântărire. Piesele uscate au fost supuse tratamentului termic la temperatură înaltă (ardere) în cuptor cu rezistență electrică și control prin procesor a parametrilor de lucru. Viteza de încălzire aplicată (gradientul termic) a fost de 5 oC/minut, până la temperaturi maxime de 600 oC, 800 oC, 900 oC, 1000 oC și 1150 oC cu menținere în palier de 4 ore și răcire ulterioară liberă în incinta cuptorului închisă (cca. 16 ore).

Fig. 27. Produse experimentale supuse tratamentului termic la temperatură înaltă

4.3.2.1. Determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale produselor realizate

În cazul produselor ceramice cu întărire la rece obținute experimental în fază micropilot, au fost determinate următoarele caracteristici fizico-mecanice:

densitatea geometrică (calculată prin măsurare și cântărire), pentru toate tipurile de produse;

densitatea, capacitatea de absorbție, porozitatea deschisă (determinate prin metoda fierberii în apă și cântăririi hidrostatice), pentru produsele tratate termic;

variația dimensională liniară după tratament termic și răcire (contracția la ardere), pentru produsele tratate termic;

rezistențele mecanice la încovoiere și compresiune, pentru toate tipurile de produse.

Pentru determinările simple (densitate geometrică, variație dimensională), dimensiunile epruvetelor arse au fost măsurate cu exactitate de 0,1 mm, iar masa cu exactitate de 1g.

Rezistența mecanică la compresiune a fost determinată în condițiile solicitării epruvetelor la forță de compresiune aplicată cu viteză constantă, corespunzătoare unui gradient de presiune de 0,1 MPa/sec în cazul produselor ușoare cu densitate sub 1,2 g/cm3, respectiv 0,25 MPa/sec în cazul produselor dense, până la distrugere și înregistrarea ca rezultat al determinării a forței maxime atinse pe parcursul încercării.

Fig. 28 Determinarea rezistenței mecanice la compresiune

Determinarea densității, capacității de absorbție și porozității a fost efectuată prin metoda fierberii în apă și cântăririi hidrostatice, conform procedurii de lucru și calcul. Rezultatele încercărilor de laborator efectuate pentru determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale pieselor compozite întărite la rece sunt prezentate în Fișele tehnice de lucru.

4.3.2.2. Compoziția chimică a produselor experimentale întărite la rece

Ca și în cazul produselor presate, determinările de compoziție chimică oxidică au fost realizate în Laboratorul de specialitate al Societății Comerciale PROSPECTIUNI SA București, în baza Contractului de prestări servicii încheiat cu Universitatea „Constantin Brâncuși” din Târgu Jiu. /17/

Inerția chimică a agregatelor granulare se manifestă și în legătură cu lianții hidraulici, reacțiile caracteristice de hidratare prin care se dezvoltă structurile de rezistență din produse nefiind influențate de tipul și ponderea componentelor din amestecul de fasonare. Singurele situații în care s-ar putea pune problema unor incompatibilități compoziționale, sunt cele ale variantelor de produse pentru care se preconizează utilizarea la temperatură ridicată (betoane termoizolatoare), motiv pentru care în cazul acestora s-a efectuat investigarea compoziției chimice (rețetele de dozare de tip BIC, BICP și BICPB). De asemenea, dată fiind prezența masivă (80%) în compoziție a zgurii de cuptor electric la proba BCZ, situație total atipică pentru betoanele uzuale de construcție, a fost determinată compoziția chimică a produsului și în această variantă de dozare.

Rezultatele determinărilor efectuate sunt prezentate în Tabelul 69.

Tabelul 69

Compoziția chimică determinată pe compozite ceramice întărite la rece /17/.

*) P.C. – pierdere la calcinare

Datele înscrise în tabel indică faptul că, din punct de vedere compozițional, nu există riscul unor interacțiuni chimice între componente în domeniul temperaturilor de utilizare preconizate pentru variantele de betoane cu vocație termorezistentă (600 – 900 oC). Se face referire în primul rând la conținutul de oxizi fondanți (Na2O, K2O), a căror pondere în compoziția betoanelor menționate este chiar mai redusă decât în cazul unor betoane refractare termoizolatoare de uz curent.

Ca și în cazul produselor presate, compoziția atipică a betonului pe bază de zgură de cuptor electric (conținut foarte ridicat de Fe2O3, prezența MnO) nu constituie un impediment, dată fiind stabilitatea și inerția chimică ridicată a formațiunilor recristalizate din topitură, caracteristică zgurilor, care determină această „anomalie”.

Evidențierea elementelor de noutate

Pornind de la aceste date preliminare, lucrarile experimentale au urmărit și stabilirea caracteristicilor fizice și termo-mecanice ale betoanelor refractare ușoare, în compoziția cărora cenușa de termocentrală UATAA – Motru participă drept agregat granular ușor, alături de alte agregate clasice (perlit expandat, șamotă ușoară sintetică), la realizarea amestecurilor de betoane refractare termoizolatoare cu întărire hidraulică, pe bază de ciment refractar alumino-calcic.

Caracteristicile fizice ale agregatelor granulare ușoare utilizate sunt prezentate în tabelul 62.

Tabelul 62

Caracteristicile fizice ale agregatelor granulare utilizate

Pentru realizarea amestecurilor experimentale de beton a fost utilizat drept liant hidraulic cimentul aluminos ISTRA 50, fabricat de firma CALUCEM GmbH (Germania) – Sucursala Croația. Caracteristicile fizico-mecanice ale cimentului utilizat au fost determinate conform prevederilor din standardul EN 196-1 și sunt prezentate în Tabelul 63. La prepararea mortarului normal de ciment a fost utilizat un raport apă/ciment cu valoarea 0,40 (conform prescripției din fișa tehnică a producătorului).

Tabelul 63

Caracteristicile fizico-mecanice ale cimentului ISTRA 50

Prepararea șarjelor experimentale de betoane a fost realizată cu respectarea prevederilor din standardul EN 1402-5, utilizând un amestecător cu volumul util de 40 litri, la care s-a asigurat rotirea cuvei 20-22 rpm, respectiv rotirea în contra-sens a paletei cu 54-60 rpm.

Fig…… Amestecător cu volumul util de 40 litri

În Tabelul 64 sunt prezentate rețetele de dozare a componentelor solide, aplicate la obținerea amestecurilor de fasonare în cadrul lucrărilor experimentale folosind cenușa de la S.C. UATAA S.A. Motru.

Tabelul 64

Rețetele de dozare a componentelor din șarjele de betoane

După ardere și răcire, epruvetele din betoane termoizolatoare au fost supuse testelor de laborator, în vederea determinării principalelor caracteristici fizico-mecanice: densitatea geometrică, variația dimensională liniară după ardere și răcire, rezistența la compresiune, densitatea aparentă, capacitatea de absorbție, porozitatea deschisă.

Fig……. Determinarea rezistenței mecanice la compresiune

Tabelul 65

Tabelul 66

Tabelul 67

Tabelul 68

Analizând datele din tabele, pot fi formulate următoarele concluzii:

– conținutul de cenușă de vatră din amestecul de beton influențează în mod evident densitatea finală, efectul fiind similar celui indus de prezența perlitului expandat, chiar dacă între cele două tipuri de agregat granular ușor există diferențe semnificative din punct de vedere al densității în vrac;

– variația rezistențelor mecanice urmează o linie firească de scădere, o dată cu creșterea conținutului de agregate granulare cu densitate foarte scăzută, putând fi însă observat că această diminuare este mai evidentă în situațiile în care ponderea majoră aparține cenușii;

– conținutul mai ridicat de cenușă determină și contracții liniare mai mari după ardere și răcire, de unde concluzia că în situațiile aplicațiilor la locuri de utilizare caracterizate prin solicitare termică la limita superioară a domeniului studiat (1100…1150 0C), este de preferat selectarea variantelor compoziționale la care ponderile de cenușă și perlit expandat sunt echilibrate.

4. CONCLUZII

Lucrările experimentale efectuate au permis definirea condițiilor practice de utilizare a deșeurilor industriale studiate la obținerea compozitelor ceramice aparținând categoriei materialelor de construcție:

– cenușa de termocentrală prezintă caracteristicile unui agregat granular ușor, putând pe această bază să devină o materie primă alternativă, atât în cazul fabricării produselor fasonate prin presare și liate la temperatură înaltă (cărămizi), cât și al celor cu întărire la rece (betoane și mase). Experimentările au demonstrat posibilitatea utilizării acestui deșeu cu ponderi variate în amestecurile de fasonare, începând cu 10% în cazul necesității de a menține o plasticitate avansată a acestora (pentru aplicații de tipul extrudării) și până la 70% în cazul participării ca agregat granular exclusiv la obținerea amestecurilor de beton;

– conținutul de cenușă de vatră din amestecul de beton influențează în mod evident densitatea finală, efectul fiind similar celui indus de prezența perlitului expandat, chiar dacă între cele două tipuri de agregat granular ușor există diferențe semnificative din punct de vedere al densității în vrac;

– variația rezistențelor mecanice urmează o linie firească de scădere, o dată cu creșterea conținutului de agregate granulare cu densitate foarte scăzută, putând fi însă observat că această diminuare este mai evidentă în situațiile în care ponderea majoră aparține cenușii;

– conținutul mai ridicat de cenușă determină și contracții liniare mai mari după ardere și răcire, de unde concluzia că în situațiile aplicațiilor la locuri de utilizare caracterizate prin solicitare termică la limita superioară a domeniului studiat (1100…1150 0C), este de preferat selectarea variantelor compoziționale la care ponderile de cenușă și perlit expandat sunt echilibrate;

– șlamul de foraj petrolier prezintă proprietatea de a conferi plasticitate/lucrabilitate amestecurilor de agregate granulare, utilizarea sa fiind recomandată la obținerea amestecurilor de fasonare prin presare sau ștampare, drept înlocuitor parțial al argilelor naturale. Similitudinea compozițională și de caracteristici cu argilele feldspatice uzuale, este demonstrată și de faptul că pentru asigurarea dezvoltării structurii de rezistență în produse prin reacții în fază solidă (sinterizare) este necesar tratamentul termic la același nivel maxim de temperatură cu cel recomandat în cazul tehnologiilor uzuale (960-1000 oC);

– zgura de cuptor electric poate fi asimilată cu un agregat granular dens și utilizată cu acest rol la realizarea amestecurilor de fasonare. Din acest punct de vedere, deșeul prezintă proprietăți contrare cenușii de termocentrală și determină creșterea densității produselor obținute, motiv pentru care utilizarea la fabricarea cărămizilor de construcție nu reprezintă o soluție viabilă. În schimb, poate reprezenta o materie primă de interes pentru fabricarea betoanelor și maselor de ștampare cu densitate mare și rezistențe ridicate la eroziune și abraziune;

– zgura de tratament secundar demonstrează caracteristici bune de liant hidraulic, atât în cazul utilizării exclusive, cât și în combinație cu cimenturi uzuale de tip Portland, pe care însă nu le poate concura din punct de vedere al rezistențelor mecanice atinse în compozitele cu întărire hidraulică. Poate însă reprezenta o soluție tehnică alternativă pentru execuția unor straturi de umplutură sau egalizare, în primul rând prin prisma efectelor economice favorabile;

– din punct de vedere al compoziției chimice, utilizarea cenușii de termocentrală nu implică modificări majore dată fiind similitudinea cu multe dintre agregatele granulare naturale (nisipuri calcaroase). De asemenea, un agregat granular de tipul zgurii de cuptor electric nu modifică proprietățile chimice ale produselor realizate datorită stabilității foarte ridicate (recristalizare din topituri de temperatură înaltă – peste 1500 oC);

– cenușile rezultate din procedeul de ardere a ligniților în strat fluidizat prezintă specificitatea unei densități în vrac mai scăzute și a unui conținut mai redus de particule fine (sub 0,1 mm). Aceste caracteristici asigură posibilitatea utilizării pentru obținerea de betoane termoizolatoare având densități cu 10-15 % mai mici, comparativ cu cazul utilizării cenușilor de hidroamestec, la ponderi similare de utilizare în rețetele de dozare.

BIBLIOGRAFIE

1. Institutul de Cercetări Metalurgice București, Univ. „C-tin Brâncuși”, Proiect LIFE 10 ENV/RO/729 – Raport intermediar, ianuarie 2013, Anexa Tehnică 4.1a.

2. Institutul de Cercetări Metalurgice București, Univ. „C-tin Brâncuși”, Proiect LIFE 10 ENV/RO/729 – Raport de început, martie 2012, Anexa Tehnică 3.4.

3. Tayler G. V. & Daidone W. The use of bottom ash in the manufacture of clay face brick. World of Coal Ash (WOCA) Conference, 9-12 May, 2011, Denver, Colorado, USA.

4. Braganca S.R., Zimmer A. VBergmann C.P. Use of mineral coal ashes in insulating refractory brick. Refractories and Industrial Ceramics, vol.49, issue 4, pp 320-326, 2008.

5. Zimmer A., & Bergmann C.P. Fly ash of mineral coal as ceramic tiles raw material. Waste Management, vol. 27, Issue 1, pp 59–68, 2007.

6. I.Neamtu, N.Rujenescu, I.Lazau, D.Becherescu. Utilizarea cenușii de termocentrală în producția de țigle din beton. Lucrare prezentată în cadrul celei de a 8-a Conferință Internațională – Zilele universității „Constantin Brâncuși”, Tg.Jiu, mai 2002.

7. I. Dumitru – Obtinerea materialelor de constructii în cadrul MACOFIL SA – Lucrare prezentată în cadrul Workshop-ului ECOWASTES, Târgu Jiu, Noiembrie 2013.

8. Benjamin L. Phillips, Jack Groppo, Roger Perrone – Evaluation of processed bottom ash for use as lightweight aggregate in the production of concrete masonry units. – 2005 World of Coal Ash (WOCA) Conference, Lexington, USA.

9. Steven H. & Panarese, William C. Kosmatka – Design and Control of Concrete Mixtures (13th ed) (EB-001).

10. Benjamin L. Phillips, Jack Groppo, Roger Perrone – Evaluation of processed bottom ash for use as lightweight aggregate in the production of concrete masonry units. – 2005 World of Coal Ash (WOCA) Conference, Lexington, USA.

11. M.Bărbuță, M.Harja, D.Babor – Betoane polimerice cu cenușă de termocentrală. Analiza morfologică pe baza miscroscopiei electronice. Revista Română de Materiale, nr. 40 (1), 2010, pag. 3-14.

12. Steven H. & Panarese, William C. Kosmatka – Design and Control of Concrete Mixtures (13th ed) (EB-001).

13. Deyanda Flint – Beneficial uses of drill cuttings – SoYouWanna.com website.

14. Web.ead.anl.gov. website – Drillind waste management information system.

15. National Slag Association website, 2009 – Common uses for slag

16. Teresa Annunziata Branca and Valentina Colla – Possible Uses of Steelmaking Slag , www.intechopen.com

17. Univ. „C-tin Brâncuși”, Proiect LIFE 10 ENV/RO/729 –Raport de progres Anexa 4.5, ianuarie 2014

18. Anghelescu Lucica, Abagiu Alexandru, Cazalbașu Ramona ,Recycling of fly ash as raw material for bricks manufacturing, Annals of the „Constantin Brancusi” University of Targu Jiu, Engineering Serie, No. 1/2013, pag. 114-123, ISSN 1842-4856.

19. Traian Alexandru Abagiu, Luminita Georgeta Popescu, Georgeta Predeanu, Ramona Cazalbasu., Lucica Anghelescu, Use of power plant bottom ash as granular aggregate to manufacturing of lightweight heat resistant concretes, The 2nd INTERNATIONAL ROMCEN CONFERENCE, Production and use of fly ash in construction industry – Present situation and perspectives, 24-25 June 2014, Calimanesti-Cozia, Romania,

20. Lucica Anghelescu, Sorin Mihai Radu, Luminița Popescu, Mihai Cruceru, Corina Chiroiu, Diaconu Bogdan, Fly ash from coal-fired power plants as raw material in building materials industry. Experimental assessment of thermo-physical properties, 14th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2014, 17-26 June, 2014, Albena Co., Bulgaria, pag. 245-253, vol. I, ISBN 978-619-7105-15-5

21. Anghelescu Lucica, Chiroiu Corina Natalia, Radu Sorin Mihai, Production of construction materials from power industry waste, International Multidisciplinary Scientific Symposium, ”UNIVERSITARIA SIMPRO 2014”, 10-11 OCTOBER, 2014.

BIBLIOGRAFIE

Răducanu, C., Pătrașcu, R., Evaluarea eficienței energetice, Editura AGIR, București, 2006,

***, Legea nr. 199/2000 privind utilizarea eficientă a energiei, republicată.

***, Evacuarea, transportul și depozitarea deșeurilor rezultate în urma procesului de ardere a cărbunelui în cazanele grupurilor energetice de la Complexul Energetic Turceni, Institutul de Studii și Proiectări în Energetică București, documentație contract 24218/983/5915/1.

Contract de prestări servicii de cercetare științifică nr. 535/10.05.2010, Studiu tehnico-economic evacuare și depozitare zgură și cenușă în fluid dens comparativ cu evacuare și depozitare zgură și cenușă în hidroamestec (metoda clasică de transport)

Proiect LIFE 10 ENV/RO/729 – Anexa 3.2-Studiu privind caracteristicile cenușii și zgurii de termocentrală

Analiză comparativă între metoda de evacuare și depozitare zgură și cenușă în fluid dens și metoda de evacuare și depozitare zgură și cenușă în hidroamestec (metoda clasică de transport) la Complexul Energetic Turceni, Analele Universității “Constantin Brâncuși” din Târgu Jiu, Seria Inginerie, Nr.3 /2010

P.K. Senapati, B.K. Mishra, A. Parida, Modeling of viscosity for power plant ash slurry at higher concentrations: Effect of solids volume fraction, particle size and hydrodynamic interactions, Powder Technology 197 (2010) 1–8.

R.S. Blissett, N.A. Rowson, An empirical model for the prediction of the viscosity of slurries of coal fly ash with varying concentration and shear rate at room temperature, Fuel 111 (2013) 555–563.

Sarah Jamil, P.C. Abhilash, Amita Singh, Nandita Singh∗, Hari M. Behl, Fly ash trapping and metal accumulating capacity of plants: Implication for green belt around thermal power plants, Landscape and Urban Planning 92 (2009) 136–147.

Lal C. Ram*, Reginald E. Masto, An appraisal of the potential use of fly ash for reclaiming coal mine spoil, Journal of Environmental Management 91 (2010) 603–617.

P.K. Senapati, R. Mohapatra, G.K. Pani, B.K. Mishra, Studies on rheological and leaching characteristics of heavy metals through selective additive in high concentration ash slurry, Journal of Hazardous Materials 229– 230 (2012) 390– 397.

Tugce Bekat, Muharrem Erdogan, Fikret Inal, Ayten Genc, Prediction of the bottom ash formed in a coal-fired power plant using artificial neural networks, Energy 45 (2012) 882-887.

T.Y. Yang, H.B. Ji , S.Y. Yoon, B.K. Kim, H.C. Park, Porous mullite composite with controlled pore structure processed using a freeze casting of TBA-based coal fly ash slurries, Resources, Conservation and Recycling 54 (2010) 816–820.

Sunil Chandel, S.N. Singh, V. Seshadri, Deposition characteristics of coal ash slurries at higher concentrations, Advanced Powder Technology 20 (2009) 383–389.

Sudha Jala, Dinesh Goyal, Fly ash as a soil ameliorant for improving crop production—a review, Bioresource Technology 97 (2006) 1136–1147.

L. Reijnders, Disposal, uses and treatments of combustion ashes: a review, Resources, Conservation and Recycling 43 (2005) 313–336.

Moțoiu, C., Centrale termo și hidroelectrice, Editura Didactică și Pedagogică, București 1974.

Leca, A., Moțoiu, C., ș.a., Centrale electrice. Probleme, Editura Didactică și Pedagogică, București 1977.

Laurențiu, P., Exploatarea centralelor electrice. Probleme de siguranță, Editura Tehnică, București 1989.

B. Diaconu, Centrale termoelectrice. Editura SITECH Craiova 2005.

Dinculescu, C., Moțoiu, C., ș.a. Centrale termoelectrice. Probleme de proiectare, construcție și exploatare, Editura Tehnică, București 1959

Schroder, K., Centrale termoelectrice de putere mare, vol. III, Editura Tehnică, București 1971.

*** Manualul inginerului termotehnician vol. III, Editura Tehnică, București 1986.

Note tehnice pentru centralele electrice. Degazorul, Centrul de documentare energetică, București 1973.

Knizia, K., Thermodynamik des Dampfkreisprozesses, Springer Verlag, Berlin 1966.

Everett, B., Steam Plant Operation, McGraw-Hill Professional, 2004.

Kam, W., Priddy, P., Power Plant System Design, Wiley 1985.

Evacuarea și depozitarea zgurii și cenușii în tehnologia fluidului dens
– Soluție economică și ecologică de management a deșeurilor solide din centralele pe cărbune, Tiberiu Trotea, SC COMPLEXUL ENERGETIC ROVINARI SA.

Manual de utilizare a instalației de desprăfuire (electrofiltre) de la CTE Rovinari

BIBLIOGRAFIE

Răducanu, C., Pătrașcu, R., Evaluarea eficienței energetice, Editura AGIR, București, 2006,

***, Legea nr. 199/2000 privind utilizarea eficientă a energiei, republicată.

***, Evacuarea, transportul și depozitarea deșeurilor rezultate în urma procesului de ardere a cărbunelui în cazanele grupurilor energetice de la Complexul Energetic Turceni, Institutul de Studii și Proiectări în Energetică București, documentație contract 24218/983/5915/1.

Contract de prestări servicii de cercetare științifică nr. 535/10.05.2010, Studiu tehnico-economic evacuare și depozitare zgură și cenușă în fluid dens comparativ cu evacuare și depozitare zgură și cenușă în hidroamestec (metoda clasică de transport)

Proiect LIFE 10 ENV/RO/729 – Anexa 3.2-Studiu privind caracteristicile cenușii și zgurii de termocentrală

Analiză comparativă între metoda de evacuare și depozitare zgură și cenușă în fluid dens și metoda de evacuare și depozitare zgură și cenușă în hidroamestec (metoda clasică de transport) la Complexul Energetic Turceni, Analele Universității “Constantin Brâncuși” din Târgu Jiu, Seria Inginerie, Nr.3 /2010

P.K. Senapati, B.K. Mishra, A. Parida, Modeling of viscosity for power plant ash slurry at higher concentrations: Effect of solids volume fraction, particle size and hydrodynamic interactions, Powder Technology 197 (2010) 1–8.

R.S. Blissett, N.A. Rowson, An empirical model for the prediction of the viscosity of slurries of coal fly ash with varying concentration and shear rate at room temperature, Fuel 111 (2013) 555–563.

Sarah Jamil, P.C. Abhilash, Amita Singh, Nandita Singh∗, Hari M. Behl, Fly ash trapping and metal accumulating capacity of plants: Implication for green belt around thermal power plants, Landscape and Urban Planning 92 (2009) 136–147.

Lal C. Ram*, Reginald E. Masto, An appraisal of the potential use of fly ash for reclaiming coal mine spoil, Journal of Environmental Management 91 (2010) 603–617.

P.K. Senapati, R. Mohapatra, G.K. Pani, B.K. Mishra, Studies on rheological and leaching characteristics of heavy metals through selective additive in high concentration ash slurry, Journal of Hazardous Materials 229– 230 (2012) 390– 397.

Tugce Bekat, Muharrem Erdogan, Fikret Inal, Ayten Genc, Prediction of the bottom ash formed in a coal-fired power plant using artificial neural networks, Energy 45 (2012) 882-887.

T.Y. Yang, H.B. Ji , S.Y. Yoon, B.K. Kim, H.C. Park, Porous mullite composite with controlled pore structure processed using a freeze casting of TBA-based coal fly ash slurries, Resources, Conservation and Recycling 54 (2010) 816–820.

Sunil Chandel, S.N. Singh, V. Seshadri, Deposition characteristics of coal ash slurries at higher concentrations, Advanced Powder Technology 20 (2009) 383–389.

Sudha Jala, Dinesh Goyal, Fly ash as a soil ameliorant for improving crop production—a review, Bioresource Technology 97 (2006) 1136–1147.

L. Reijnders, Disposal, uses and treatments of combustion ashes: a review, Resources, Conservation and Recycling 43 (2005) 313–336.

Moțoiu, C., Centrale termo și hidroelectrice, Editura Didactică și Pedagogică, București 1974.

Leca, A., Moțoiu, C., ș.a., Centrale electrice. Probleme, Editura Didactică și Pedagogică, București 1977.

Laurențiu, P., Exploatarea centralelor electrice. Probleme de siguranță, Editura Tehnică, București 1989.

B. Diaconu, Centrale termoelectrice. Editura SITECH Craiova 2005.

Dinculescu, C., Moțoiu, C., ș.a. Centrale termoelectrice. Probleme de proiectare, construcție și exploatare, Editura Tehnică, București 1959

Schroder, K., Centrale termoelectrice de putere mare, vol. III, Editura Tehnică, București 1971.

*** Manualul inginerului termotehnician vol. III, Editura Tehnică, București 1986.

Note tehnice pentru centralele electrice. Degazorul, Centrul de documentare energetică, București 1973.

Knizia, K., Thermodynamik des Dampfkreisprozesses, Springer Verlag, Berlin 1966.

Everett, B., Steam Plant Operation, McGraw-Hill Professional, 2004.

Kam, W., Priddy, P., Power Plant System Design, Wiley 1985.

Evacuarea și depozitarea zgurii și cenușii în tehnologia fluidului dens
– Soluție economică și ecologică de management a deșeurilor solide din centralele pe cărbune, Tiberiu Trotea, SC COMPLEXUL ENERGETIC ROVINARI SA.

Manual de utilizare a instalației de desprăfuire (electrofiltre) de la CTE Rovinari