ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ имени В. Е. ВЕДЕНЕЕВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ТЕПЛОЭЛЕКТРОПРОЕКТ

---

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ДРЕНИРОВАННЫХ 30Л00ТВАЛ0В ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

П 64-77 ВНИИГ

ЛЕНИНГРАД

1977

всесоюзный ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ГОСУ Д А РСТВЕН Н Ы И ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ проектный институт ТЕПЛОЭЛЕКТРОПРОЕКТ

---

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ДРЕНИРОВАННЫХ ЗОЛООТВАЛОВ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

П *4-77 •НИИГ

ЛЕНИНГРАД

1977

УДК 621.182.0

«Руководство» регламентирует вопросы проектирования дренированных золоотвалов и служит дополнением к «Руководству по проектированию золоотвалов тепловых электрических станций». П 20-74.

В «Руководстве» рассматриваются общие положения проектирования и выбор конструкции дренированного золоотвала, разделение по крупности золошлаковых материалов в классификаторах. технология намыва дренированных золоотвалов, особенности формирования намываемого материала на дренированное основание и расчет уклонов поверхности намыва, расчет длины зоны инфильтрации, проектирование дренажной сети в основании отвала. проектирование гранулометрического состава обратных фильтров дренажей, контрольно-измерительная аппаратура.

Применение дренированных золоотвалов дает возможность отказаться в большинстве случаев от возведения дамб наращивания и обеспечивает получение осветленной воды, полностью очищенной от взвеси в результате фильтрации водной составляющей пульпы через намываемый золошлаковый материал.

В связи с недостаточным опытом проектирования и возведения дренированных золоотвалов настоящее «Руководство» следует рассматривать, как временное, так как некоторые положения «Руководства» в дальнейшем могут подвергнуться пересмотру и уточнению.

© Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники имени Б. Е. Веденеева (ВНИИГ), 1977.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В 1974 г. ВНИИГом совместно с Теплоэлектропроектом издано «Руководство по проектированию золоотвалов тепловых электрических станций», П 20-74, в котором изложены вопросы проектирования и расчета золоотвалов (при гидравлической системе удаления золошлаковых 'материалов) с отстойным прудом для осветления сточной воды. Существующая система складирования золошлаковых материалов и осветления сточной йоды перенесена с отвалов (хвостохранилищ) отходов производства обогатительных фабрик цветной и черной металлургии и в течение более 40 лет практически сохраняется без изменения со всеми присущими ей недостатками. Наеример, на действующих золоот-валах нередки случаи, «когда почти половина площади используется под отстойный пруд, в пределах которого объем складируемого золошлакового материала на единицу площади значительно меньше, чем па остальной части отвала, при изменяющихся погодных условиях отстойный пруд зачастую ire обеспечивает стабильного (во времени) осветления воды. Для возведения дамб наращивания и ограждающих дамб требуется большой парк механизмов, что существенно удорожает складирование золошлакового материала ТЭС.

Сотрудниками Теплоэлектропроекта Г. С. Агеевым, И. П. Купцовым и Л. В. Юсимом предложен новый тип отвала, так называемый «дренированный золоотвал», в основании которого (или в пределах боковой его зоны) устраивается развитая дренажная сеть, рассчитанная на прием водной составляющей пульпы. Разработка методик расчетов и конструктивных решений дренированных золоотвалов разных типов выполнена в лабораториях грунтовых сооружений и фильтрационных исследований ВНИИГа В. А. Мелентьевым, М. П. Павчичем, В. Г. Пантелеевым, В. И. Аравиным и В. Н. Жиленковым.

В процессе намыва дискретного материала на дренированную поверхность вода, профильтровавшаяся через намытые отложения, освобождается от взвеси, а частицы материала остаются на поверхности этих отложений. На таком отвале в общем случае отпадает необходимость возведения дамб наращивания и организации отстойного пруда.

Одним из основных вопросов проектирования дренированных золоотвалов является расчет длины откоса намыва, в пре-

3

делах которой вся водная составляющая «пульпы, сбрасываемой из разводящего пульпопровода на откос, профильтровывается через намываемые отложения. Решение этого вопроса должно учитывать закономерности растекания пульпы на откосе намыва и фильтрационную способность отложений. Установление закономерностей растекания пульпы потребовало выполнения обширных натурных экспериментальных исследований русловых процессов в пространственных условиях на золоотвалах и гидроотвалах, на основании которых была разработана методика расчета многорукавных наносонесущих потоков.

В результате был создан метод вычисления площади смоченной поверхности откоса намыва и определения длины зоны инфильтрации водной составляющей пульпы в зависимости от удельного расхода руслоформирующего потока и фильтрационной способности отложений.

Были также разработаны основы расчета инфильтрации при блуждании потоков пульпы на откосе намыва. Составлены способ расчета профиля поверхности намыва золошлакового материала, методика проектирования дренажной сети в основании отвала и подбора обратных фильтров дренажей.

Предложена классификация дренированных золоотвалов. Все положения, необходимые для обоснования проектирования дренированных золоотвалов и принятые в основу настоящего «Руководства», разрабатывались лабораториями грунтовых сооружений и фильтрационных исследований ВНИИ Га в течение 1972—1975 гг.

Разработанные методы расчета дренированных золоотвалов могут быть использованы не только, когда в основании золоот-вала проектируется дренажная сеть, но и в случае фильтрующих грунтов, залегающих на территории, предназначенной для складирования золошлакового материала (при согласовании с органами санитарного надзора допустимости фильтрации в основании отвала). Первая редакция «Руководства», составленная в 1975 г. во ВНМИГе, была разослана для ознакомления во многие проектные, производственные и научно-исследовательские организации. На первую редакцию были получены отзывы от следующих организаций:

Новосибирского отделения Теплоэлектролроекта;

Рижского отделения Теплоэлектролроекта;

Уральского отделения Теплоэлектролроекта;

Львовского отделения Теплоэлектролроекта;

Харьковского отделения Теплоэлектролроекта;

Т еплоэлектропроекта;

Южного отделения ОРГРЭС;

Проектного института Союзводок.тнадпроект;

Всесоюзного научно-исследовательского института нерудных строительных материалов и гидромеханизации (ВНИИНеруд).

4

Вторая редакция «Руководства» разработана с учетом замечаний перечисленных организаций.

«Руководство по проектированию дренированных золоотва-лов тепловых электрических станций» составлено в комплексной лаборатории грунтовых сооружений ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева зав. сектором (намывных сооружений доктором техн. наук В. А. 'Мелентьевым. Приложение 2 составлено ст. научт. сотр. кант. техн. наук Г. X. Праведным и ииж. О. А. Румянцевым, а приложения 3 и 4 — ст. научи, сотр., канд. техн. наук В. Г. Пантелеевым.

В составлении «Руководства» приняли участие от Теплоэлек-тропроекта: зам. гл. инженера Г. С. Агеев, гл. специалисты Т. Н. Булычев и К. П. Боричев, гл. инженер проекта Д. С. Седловин.

В текст «Руководства» внесены замечания комиссии Ученого Совета ВНИИГа.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящее «Руководство» регламентирует вопросы проектирования дренированных золоотвалов тепловых электрических станций и служит дополнением к «Руководству по проектированию золоотвалов тепловых электрических станций», И 20-74.

Примечание. В настоящем «Руководстве» использованы почти все термины, принятые в «Руководстве» П 20-74. Дополнительно введены следующие термины:

шлаковая зона — зона отложеш1й шлаковых частиц (крупнее 0,25 мм) при почти полном отсутствии зольных;

золошлаковая зона — зона отложении смеси шлаковых и зольных частиц;

зольная зона — зона отложений зольных частиц.

1.2.    Дренированные золоотвалы подразделяются на следующие типы (-рис. 1).

Золоотвал I-A имеет дренированное основание по всей площади. На золоотвал ах этого ги»па вся водная составляющая пульпы профильтровывается через .намытые на надводном откосе отложения и поступает в дренажную систему основания. Для золоотвалов типа I-A отпадает надобность в дамбах наращивания и водосбросных сооружениях.

Золоотвал 1-Б — золоотвал с дренированным основанием в пределах надводного отгкоса намыва и места скопления водной составляющей пульпы (пруды инфильтрации). На золо-отвале этого типа водная составляющая пульпы в основном профильтровывается через отложения зоны подводного намыва, так как несмотря на более низкий коэффициент фильтрации отложений этой зоны, площадь, покрытая водой

Внесено Всесоюзным Утверждено ВНМИГом научно-исследовательским им. Б. Е. Веденеева Срок введения IV квартал 1977 г. институтом гидротехники им. Б. Е. Веденеева и решением № 61 от 7 июня 1977 г. Всесоюзным Государственным по согласованию проектным институтом с Главниипроектом Тсплоэлектропроект Минэнерго СССР

6

(площадь инфильтрации), здесь значительно выше смоченной площади надводного намыва. Водосбросные колодцы и водоотводящие коллекторы на золоотвалах типа I-Б могут предусматриваться лишь как резервные.

Примечание. Дренажная система под надводным откосом намыва проектируется в основном для снижения кривой депрессии.

Золоотвал I-B — комбинированный золоогвал с дренированным основанием боковой зоны и с отстойным прудом (в пределах которого устраиваются водосбросные колодцы и водоотводящий коллектор). На золоотвале этого типа не предусматривается устройство дамб наращивания, так как боковая

зона, определяющая общую устойчивость сооружения, формируется в результате раздельного намыва шлака или крупного золошлакового материала, при инфильтрации водной составляющей пульпы (по типу золоотвала 1-А). Таким образом, здесь намывом создается боковая зона, заменяющая дамбы наращивания.

Примечание. Примеры действующих дренированных отвалов приведены в приложении 1.

1.3. В общем случае дренированные золоотвалы позволяют обеспечить:

а)    отказ от возведения дамб наращивания с помощью «сухоройной» механизации;

б)    формирование более плотных отложений золошлакового материала за счет намыва на дренированное основание;

7

в)    возможность образования боковых зон отвала, надежно определяющих общую устойчивость сооружения за счет низкого положения кривой депрессии и повышенных прочностных свойств отложений золошлакового материала;

г)    возможность получения осветленной воды, полностью очищенной от взвеси в результате фильтрации водной составляющей пульпы через намываемый золошлаковый материал.

Для золоотвала типа I-A, кроме того, обеспечиваются безопасные условия эксплуатации вследствие отсутствия отстойного пруда, в котором сосредоточены обычно большие объемы минерализованной воды.

1.4. При технико-экономическом сопоставлении на стадии ТЭО или на стадии технического проекта дренированных золо-отвалов с другими типами золоотвалов должны быть учтены следующие факторы:

1) Химико-минералогический состав золошлаковых материалов. По классификации ВТИ золошлаковые материалы 1 группы («Руководство по проектированию золоотвалов ТЭС», П 20-74) характеризуются цементирующей способностью вследствие наличия кальций — и магнийсодержащих минералов, суммарное содержание СаО и MgO в которых в пересчете на окисную форму составляет более 15%. На золоотвалах, на которых складируются золошлаковые материалы 1 группы, наблюдается высокая минерализация фильтрационной воды (до 20—30 г/л) за счет вымыва из отложений растворимых соединений, что может привести к обрастанию карбонатами дренажных труб и даже к их закупорке. Кроме того, установлено снижение во времени коэффициента фильтрации отложений золошлаковых материалов 1 группы, поэтому дренированные золоотвалы рекомендуется проектировать лишь для золошлаковых материалов II и III групп.

Таблица I

Годовой выход золошлаковых материалов на ТЭС. тыс. т	Площадь золоотвалов, га	Примечание
<100 100-500 500-1000 1000-1500 >1500	10-80 20—200 60-300 100-400 200-500	Большие площади относятся к равнинным золоотвалам

2) Климатические условия района. В суровых зимних условиях возможно замерзание поверхности отложений золошлакового материала при блуждании русловых потоков на надводном откосе намыва золоотвала, что неизбежно приведет к значительному снижению коэффициента фильтрации верхнего слоя отло-

8

Жений. Поэтому надводный намыв на дренированные основания в зимних условиях, как правило, не рекомендуется.

3)    Местные топографические и гидрологические условия, Дренированные золоотвалы не рекомендуется размещать в пределах часто затопляемой поймы рек, вследствие возможности выхода из строя дренажной системы на время паводков.

4)    Площадь отвалов. Предварительную оценку необходимой площади отчуждения для золоотвалов вновь строящихся тепловых электрических станции по годовому выходу золошлакового материала можно получить из табл. 1, составленной на основании результатов обследования большого количества действующих золоотвалов.

1.5.    Выбор типа дренированного золоотвала производится на основании следующих соображений.

Тип I-A следует использовать только для складирования шлака угольных топлив: жидкого измельченного, жидкого неиз-мельченного, твердого измельченного, твердого неизмельченно-го (крупного и средней крупности), т. е. материала, коэффициент фильтрации которого в намытом теле    10-т-20    м/сут.

Золоотвал типа I-A рекомендуется применять для складирования шлака в теплое время года в тех случаях, когда шлак используется в народном хозяйстве.

Золоотвал типа I-Б рекомендуется проектировать при совместном удалении золошлаковой пульпы на небольших ТЭС при расходе пульпы Q^500h- 1000 м³/ч.

Этот тип золоотвала пригоден для эксплуатации и в зимнее время. Дамбы наращивания по периметру возводятся нагреванием золошлакового материала с помощью бульдозера.

Золоотвал типа I-В рекомендуется проектировать: а) при раздельном удалении золы и шлака на ТЭС, причем шлак используется для намыва боковой зоны; б) при совместном удалении золы и шлака с применением классификаторов для отбора из пульпы фракций крупнее 0,05—0,10 мм и использования их для намыва баковой зоны золоотвала.

Золовая пульпа направляется по разводящему пульпопроводу в центральную часть отвала, осветление сточной воды производится в отстойном пруде. Золоотвал этого типа может применяться в «различных климатических условиях, причем возведение боковой зоны на дренированном основании производится с опережением по высоте в теплое время года для того, чтобы обеспечить емкость для складирования золошлакового материала зимой.

1.6.    Во всех случаях проектирования дренированных отвалов следует -предусматривать сгущение нулыш в системе ГЗУ, «например, с помощью специальных сгустителей конструкции ВНИИНеруда и др. Это мероприятие позволит уменьшить расход водной составляющей пульпы, подаваемой на отвал, что приведет к сокращению длины зоны инфильтрации и снижению