Пути решения экологических проблем на современном угледобывающем предприятии



Предыдущая | Следующая

 

Пути решения экологических проблем на современном угледобывающем предприятии Все более актуальным становится вопрос эффективного использования угольного топлива и снижения отрицательного воздействия продуктов его сгорания на окружающую среду.
Возвращение угля в энергетику должно сопровождаться внедрением новых технологий, минимизировать сложность и негативные последствия их применения Структура отечественного потребления первичных энергетических ресурсов четко отражает затянувшуюся «газовую паузу», при которой доля угля в топливном балансе страны составляет лишь 18 %, тогда как нефти — 21 %, а природного газа — 52 %. Ежегодно в мировой энергетике потребление угольного топлива растет значительно интенсивнее, чем в России.
По оценкам экспертов, дефицит газа к 2010 г. может составить до 150 млрд куб.
м, поэтому в перспективе уголь должен стать основной альтернативой газу, прежде всего в сибирском регионе, где доля газовых станций значительно меньше, чем в европейской части страны, а близость основных источников угольного сырья — Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов — многократно уменьшает издержки, связанные с доставкой топлива до потребителей.
В ближайшей перспективе прогнозируется значительное повышение роли угля в топливно-энергетическом балансе страны, что в первую очередь обусловлено крупными угольными запасами в стране, в частности в промышленно развитом Кузнецком угольном бассейне. Масштабное возвращение угольного топлива в энергетику должно сопровождаться применением новых технологий его переработки, которые позволят эффективно использовать его преимущества. В этой связи все более актуальным становится вопрос эффективного использования угольного топлива и масштабного снижения отрицательного воздействия угольных промышленных отходов, прежде всего продуктов переработки и сгорания угля, на окружающую среду.
Уголь — главная альтернатива газу — является реальным теплоносителем в электроэнергетике США и Китая, где доля применения угля составляет порядка 50 % и 80 % соответственно, а в Польше процент угольной генерации достигает 96 %.
Такому соотношению способствовали внедрение и развитие целого ряда эко логически чистых и эффективных технологий сжигания угольного топлива.
Важнейшим решением для угольной энергетики должен стать переход от прямого сжигания угля в различных топочных устройствах на приготовление водоугольного топлива (ВУТ) из углей различного качества, в том числе из отходов угольного обогащения. ВУТ — это новое искусственное композиционное топливо, полученное в процессе кавитации и диспергации компонентов, на базе угля, воды и композиционных составляющих. Это не механическая смесь компонентов, а коллоидно-дисперсная топливная система. В этой системе нет по отдельности ни угля, ни воды, ни других компонентов: все компоненты топлива активны. В основе процесса его производства лежит механохимическая активация участвующих компонентов, при котором практически полностью разрушается структура угля с разделением его на отдельные органические и минеральные компоненты с химически активной поверхностью частиц. Участвующая в процессе производства топлива вода также претерпевает ряд превращений, при которых образуется химически активная дисперсионная среда с компонентами ионного и анионного вида.
Перспективность новой кавитационной технологии приготовления данного топлива предопределена особенностью получаемой суспензии, характеризующейся высоким уровнем местного динамического компрессионного и температурного воздействия на исходный отрабатываемый материал (до 2000°С и 25000 атм). Твердый компонент смеси (уголь) измельчается до заданной степени дисперсности, а суспензия приобретает новые свойства, отличающие ее от приготовления традиционным способом, прежде всего: экологической чистотой, взрыво — и пожаробезопасностью процессов хранения, транспортировки и сжигания КаВУТ.
Проверена возможность получения КаВУТ из различных углей и отходов процессов углеобогащения ряда обогатительных фабрик Кузбасса на испытательных стендах в Новокузнецке и Раменском.
Применение суспензионного угольного топлива — реальная возможность замены не только высокозольного угля и низкоэффективных методов его сжигания в слоевых топках, но и дорогостоящих жидких и газообразных видов топлива.
В принципе, при соответствующем задании на его изготовление топливо, полученное по водоугольной технологии, в перспективе может быть использовано как моторное топливо в дизельных двигателях (при максимальном размере частицы не более 25 мкм), а также в газогенераторных установках для газификации Водоугольное топливо — стабильное, экологически чистое на всех стадиях производства и использования, пожаро — и взрывобезопасное топливо из угольных шламов с концентрацией твердых веществ не менее 60 %, воды — 39 % и органического пластификатора — 1 %. Опыт эксплуатации опытно-промышленного углепровода Белово-Новосибирск, широкомасштабные промышленные испытания по замене мазута водоугольным топливом в зажигательных горнах агломерационных машин на Абагурской ОАФ ОАО «КМК» (г.
Новокузнецк), в котельных городов Мыски, Белово и др. показали существенные технологические преимущества, высокую эффективность процесса горения ВУТ и надежную работу основного технологического оборудования.
В настоящее время ОАО «Сибирский НТЦ» (ОАО «Группа Е4») продолжает работы по переходу от прямого сжигания угля к водоугольному топливу. На разрезе «Черниговец» после монтажа и наладки опробован в работе узел приготовления кавитационного водоугольного топлива.
Специалистами ОАО «Сибирский НТЦ» и ЗАО «СибКОТЭКС» совместно с производственниками разреза «Черниговец» и шахты «Заречная» разрабатываются схемы сжигания кавитационного водоугольного топлива, рекомендации и требования к промышленности на изготовление котлов, оснащенных специальными топками, выполняются пуско-наладочные работы и внедрение нового технологического комплекса.
ОАО «Шахта «Заречная» — одно из крупнейших горно-добывающих предприятий Кузбасса с объемом добычи угля до 5 млн т в год. Предприятие оснащено высокопроизводительной горно-добывающей техникой импортного и отечественного производства, имеет собственную обогатительную фабрику, позволяющую выпускать угольный концентрат с высокими технологическими качествами.
Руководители и специалисты ОАО «Шахта «Заречная» подходят к вопросу практично и по-деловому: «Широкое внедрение разработанного в России нового вида жидкого топлива из угля — водоугольного топлива (ВУТ) — может служить основой эффективной замены дорогостоящих дефицитных экологически чистых природных энергоносителей (природного газа и нефти) на многих ТЭЦ и ГРЭС с минимальными капитальными затратами и с сохранением на требуемом уровне вредных выбросов в атмосферу».
При обогащении угля на обогатительной фабрике ОАО «Шахта «Заречная» наряду с высокозольными отходами в процессе переработки образуются шламы, которые сгущаются в радиальных сгустителях и обезвоживаются на ленточных фильтр-прессах фирмы «Феникс» (США). Средняя характеристика шламов (кека фильтр-пресса) представлена в табл 1.
Указанный материал при низкой зольности присаживается в концентрат, а при высокой зольности вывозится в отвал.
С целью более полного использования продуктов обогащения ЗАО НПП «Сибэкотехника» по техническому заданию ОАО «Шахта «Заречная» был разработан технологический регламент и рабочий проект установки приготовления суспензионного водоугольного топлива (ВУТ) на основе кека фильтр-пресса, в соответствии с которым был выполнен комплекс монтажных и пуско-наладочных работ совместно со специалистами шахты????? Технология приготовления топлива характеризуется простотой и малой энергоемкостью. Исходный кек автопогрузчиком загружается в приемный бункер и конвейером направляется в двухшнековый смеситель специальной конструкции.
Одновременно в смеситель дозированно подается техническая вода с реагентом.
После перемешивания в течение 24-30 мин полученная суспензия разгружается в приемный зумпф. В процессе разгрузки на виброгрохоте из суспензии выделяются посторонние предметы и крупные частицы угля и породы (> 3 мм). Из приемного зумпфа готовое суспензионное топливо специальным насосом-активатором перекачивается в аккумулирующую емкость.
Общий вид установки по приготовлению ВУТ при котельной показан на рис. 1.
В табл. 2 представлена усредненная характеристика получаемого топлива.
Сжигание ВУТ осуществляется в котле Е-1-9, установленном в котельной шахты, эксплуатируемой в летний период.
Для этого рядом с котлом была сооружена топка специальной конструкции.
Подача топлива осуществляется перистальтическим диафрагментным насосом. Регулирование подачи топлива осуществляется изменением частоты вращения оборотов электродвигателя насоса. Для распыления ВУТ используется форсунка пневмомеханического типа. Характеристика работы котла на суспензионном угольном топливе представлена в табл. 3.
В процессе комплексного опробования была разработана режимная карта работы котла на ВУТ, обеспечивающая регулирование теплопроизводительности котла в пределах от 0,4 до 0,7 Гкал/ч. Установлен КПД работы котла, равный 87 % при паспортном значении 83 %.
В процессе работы котла с использованием газоанализатора Testo300XXL измерялись концентрации вредных веществ в отходящих газах. Данные значения составили для окиси углерода 164 мг/мі (ПДК=375 мг/мі), для оксидов азота — 303 мг/мі (ПДК=750 мг/мі).
В ходе промышленных испытаний установлено, что эффективным экологически чистым способом утилизации угольных шламов (кека пресс-фильтров) является его сжигание в виде суспензионного топлива с получением тепловой и (или) электрической энергии. По результатам работы, для дальнейшего развития апробированной технологии, подготовлено предложение по созданию миниТЭЦ на основе сжигания кека фильтр-прессового отделения обогатительной фабрики.
Рассматривается вопрос использования получаемых отходов от сжигания ВУТ в стройиндустрии.
Другим особо актуальным направлением в настоящее время является решение сложной проблемы охраны окружающей среды при масштабном применении традиционных процессов сжигания углей в шахтных и поселковых котельных????? В качестве наглядного примера такого решения представляет практический ин терес опыт ликвидации вредных отходов после сжигания углей марки ДР в обычной котельной, оснащенной тремя котлоагрегатами КЕ-10-14 на шахте «Заречная»?????? За каждым из котлов установлены пылеуловители — батарейные циклоны БЦ — 25- (4+2), паспортные данные и результаты эксплуатационных замеров которых приведены в табл. 4.
В процессе работы, помимо тонких частиц сажи, в выбросах участвуют крупные фракции зольных частиц с повышенными абразивными свойствами, что приводит к значительному износу лопастей дымососа, требующий их регулярной замены. Анализ износа рабочих колес показывает, что наиболее опасны частицы размерами от 30 до 120 мкм, ведущие к жгутообразованию в каналах колес. Наличие крупной фракции зольных частиц в выбрасываемых дымовых газах — следствие низкой эффективности пылеулавливания батарейных циклонов. У пяти циклонных элементов (ЦЭ) отмечен значительный абразивный износ выхлопных труб, интенсивное истирание которых происходит в области сопряжения конической и цилиндрической частей. Большой износ внутренней части корпуса ЦЭ в первую очередь происходит за счет того, что большая часть газа через пылевыводные отверстия уходила вместе с высокоабразивной пылью. Анализ отработанной пыли на входе в аппарат показал наличие спе ков — крупных частиц диаметром до 1 000 мкм. В производственных условиях все элементы энергетических агрегатов подвергаются вибрациям, как следствие отложения периодически срываются с поверхностей, пополняясь затем за счет крупных частиц. В общей камере сбора уловленной пыли образуется «пылевая буря», формирующая межэлементный переток запыленного частицами газа, крайне затрудняющая процессы нормального пылеосаждения и образования насыпного слоя из уловленных тонких частиц.
В высокоэффективном батарейном циклоне (БЦ) вихрь осуществляет сборку дисперсного тела из частиц, начиная от вводного канала и заканчивая индивидуальным пылеприемником, формируя дисперсную фазу в виде «жгутов», которые потоком транспортируются в пылеприемник. В батарейных и грунтовых циклонах этап сборки дисперсного тела из частиц в общем пылеприемнике отсутствует. Так, например, эффективность пылеулавливания БЦ на котлах ДКВР-10-13, сжигающих угли Воркутинского месторождения, составляет 70 %, а после установки второй ступени газоочистки — дымососа-пылеуловителя общая эффективность очистки достигла 89 %.
Специалистами шахты «Заречная» в творческом содружестве с учеными Томского политехнического университета были разработаны альтернативные решения для обеспыливания дымовых газов, на основе которых разработана и внедрена установка, представляющая собой трехступенчатую систему пыле — и золоулавливания, включающую в себя: разгрузитель-пылеконцентратор, диффузорный пылеконцентратор и выносные циклоны. Благодаря вводу в систему газоочистки элементов, способствующих стабилизации процессов формирования дисперсных тел из отсепарированных частиц, получены положительные результаты.
Принцип пылеулавливания заключается в применении вихревых разгрузитель-пыле-концентраторов для сгущения пыли в небольшие объемы с последующим выделением в высокоэффективных одиночных циклонах. Пылеконцентраторы обладают высокой пропускной способностью, выделение пыли из газового концентрата осуществляется в одиночных противоточных циклонах. Это техническое решение позволило создать установку относительно небольших размеров, способную выполнять очистку необходимых объемов газов (рис. 2).
Внутренняя поверхность разгрузителя покрыта слоем абразивного материала (чугуна), что увеличивает срок работы аппарата. Устройства для регулирования потоков на разгрузителепылеконценраторе позволяют проводить очистку дымовых газов в зависимости от нагрузки котла.
Запыленный поток (рис. 3) проходит через разгрузительпылеконцентратор 1, где освобождается от крупных частиц и сгустков, а остальная часть концентрируется на переферии и выводится в выносной циклон 3. Далее поток движется через диффузорный пылеконцентратор 2. Здесь пыль сгущается и удаляется в выносной циклон 4. В таких циклонах зола выделяется наиболее эффективно, поскольку в транзитных приемниках происходят процессы затухания потоков и формирования слоя частиц.
Промышленные испытания установки показали (табл. 5), что реально общая эффективность системы пыле — и золоулавли вания составляет 94,2-94,8 % (в зависимости от нагрузки котла), гидравлическое сопротивление — 1500 Па, производительность по дымовым газам — до 45 000 м3/ч.
В настоящее время проводятся исследования и осуществляется разработка конструкции пылеуловителя производительностью до 250 тыс. м3/ч и эффективностью не менее 95 %, которая в блочном исполнении может быть рекомендована к промышленому внедрению на современных угольных ТЭС. Пылеуловители такой конструкции можно использовать в малой энергетике, а также во всех отраслях промышленности, связанных с транспортировкой, складированием и переработкой дисперсных материалов и другими процессами, сопровождающимися выделением большого количества пыли. Их внедрение позволит уменьшить выбросы пыли в атмосферный воздух по сравнению с батарейным циклоном в 4-6 раз.
Список литературы 1. Карпенюк В. И., Красноперов В. Ю., Мурко В. И., Снижко В. Д.,
Стариков А. П., Федяев В. И., Харитонов В. Г. Результаты промышленного опробования технологического комплекса по приготовлению и сжиганию суспензионного угольного топлива //Сибирский уголь в XXI веке, 2008. — № 1(4) январь-февраль.
— С. 38-39.
2. Мессерле В. Е., Устименко А. Б. Как решить проблему сжигания и газификации твердых топлив //Сибирский уголь в XXI веке, 2008. — № 2(5) март-апрель. — С. 33-35.
3. Василевский М. В., Зыков Е. Г., Логинов В. С., Разва А. С., Снижко В. Д. Очистка дымовых газов от золы. //Промышленная энергетика. — 2008. — № 1. — С. 49-52.