стратегическое направление



Предыдущая | Следующая

 

стратегическое направление повышения качества и расширения сфер их использования ГОЛОВИН Георгий Сергеевич Директор ИГИ Доктор химических наук КРАПЧИН Сергей Сергеевич Аспирант ИГИ Угольная промышленность России была и в обозримой перспективе останется одной из базовых отраслей материального производства, а уголь занимал и будет занимать относительно большой удельный вес в топливном и сырьевом балансах страны. Подтверждением этому являются намечаемые объемы добычи угля. В программном документе «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» предусматривается доведение добычи угля в 2010 г. до 335 млн т и в 2020 г.
до 430 млн т [1].
Решение этой задачи вполне осуществимо, поскольку угольная промышленность располагает большими балансовыми запасами углей (202 млрд т), наличием производственного потенциала и кадрами, способными обеспечить квалифицированное выполнение операций на всех стадиях производственного цикла. Необходимо также подчеркнуть, что характерным для балансовых запасов углей является высокая степень разведанности и большая обеспеченность ими (470 лет), под которой в данном случае понимается отношение запасов к годовой перспективной добыче. Для сопоставления заметим, что этот показатель по природному газу равняется 65 и нефти — 60 годам. При этом, дальнейшее увеличение запасов углеводородных ресурсов будет сопряжено с большими затратами на проведение геолого-разведочных работ, которые придется выполнять в суровых природно-климатических условиях (север, шельфы морей).
Вместе с тем, отдавая должное углю в части запасов и потенциально возможного увеличения объемов его добычи, следует констатировать следующие объективно существующие обстоятельства, влияющие на роль угля в экономике страны.
Во-первых, добываемый на предприятиях отрасли уголь во многих случаях не отвечает требованиям потребителей по таким качественным параметрам, как содержание в нем золы, влаги, серы и мелочи. Это ограничивает сферу его использования, снижает конкурентоспособность по сравнению с другими видами топлива, негативно влияет на теплотехнические показатели энергетических установок и результаты хозяйственной деятельности предприятий.
Повышение качества добываемых углей на современном этапе осуществляется только на основе метода обогащения. В угольной промышленности функционирует сейчас около 40 обогатительных фабрик. В настоящее время почти все угли, используемые для производства металлургического кокса, проходят стадию облагораживания по золе на обогатительных фабриках. Это вызывается тем, что минеральные примеси в угле препятствуют получению металлургического кокса требуемых физико-механических свойств. Поэтому облагораживание углей по золе в данном случае вызывается технологической необходимостью. Обогащению подвергаются также угли энергетического назначения, что обусловливается относительно низким качеством добываемых углей.
Во-вторых, вещественный состав каменных и бурых углей позволяет использовать их не только в качестве энергетического топлива, но и технологического сырья для переработки в продукцию с более высокими качественными параметрами или с новыми потребительскими свойствами. В настоящее время уголь как технологическое сырье используется в основном для производства кокса. Для этой цели расходуется около 50 млн т углей коксующих марок. Это направление переработки сохранится и в дальнейшем, поскольку доменные печи как основные агрегаты производства чугуна могут успешно работать только на предварительно переработанном угольном топливе — металлургическом коксе.
Решение проблем, касающихся повышения качества и конкурентоспособности углей, расширения сфер их использования и снижения загрязнения окружающей среды отходами и вредными выбросами, образующимися на стадиях нахождения угля, в перспективе может быть достигнуто на основе реализации технологий и процессов нового поколения. Такая констатация корреспондируется с некоторыми целевыми установками Энергетической стратегии России. В ней зафиксировано следующее принципиальное положение: «В целях повышения конкурентоспособности угля на рынке энергетических ресурсов важное значение в рассматриваемый период должно приобрести качество угольной продукции. Для этого предусматривается широкое применение наиболее прогрессивных методов переработки и обогащения углей и комплексного использования топливно-энергетических ресурсов» [1].
В отраслевой программе «Концепция развития угольной промышленности России до 2010 года» также поставлена задача, имеющая непосредственное отношение к проблеме рационального использования углей и защиты окружающей среды от загрязнения: «Необходимо в ближайшие годы создать чистые технологии на всех стадиях производственного цикла: добыча — переработка — транспорт, заложить основы для промышленного применения в долгосрочной перспективе новых технологий» [2].
Неоспоримым является также и тот факт, что внедрение новых технологий в промышленных условиях обусловливается не только технической возможностью их реализации, но и экономической целесообразностью производства и использования получаемой продукции в различных отраслях национального хозяйства страны. Исходя из этой объективно существующей предпосылки, в статье излагается краткая сущность новых технологий, объединенных в группы по назначению получаемой продукции, и результаты их экономической оценки. При этом численные значения оценочных показателей не претендуют на абсолютную истину, но они есть порядок величин, соответствующих современным условиям.
Первая группа технологий — технологии, обеспечивающие повышение качества угольной продукции, сжигание которой сопровождается повышением КПД энергетических установок и экономией топлива по сравнению с использованием для этой цели менее качественных рядовых углей.
В перечень таких технологий необходимо включить окускование углей методом горячего брикетирования и термическое обогащение их по влаге.
Технология термобрикетирования углей разработана ИГИ, Сибгипрошахт и предназначена для производства окускованного бездымного угольного топлива для потребителей со слоевой системой сжигания: энергетических установок КБХ, отопительных печей у населения и других топочных устройств небольшой мощности. Процесс осуществляется при давлении 100 МПа и температуре 400оС.
Окускование производится в штемпельных прессах без применения связующих материалов, чем и обеспечивается их бездымность при сжигании [3]. Техническая осуществимость применения технологии подтверждена работой опытных установок.
На основе имеющейся информации была разработана проектно-сметная документация на строительство Головной опытнопромышленной установки при разрезе «Березовский-I». Термобрикеты имеют более высокие качественные параметры по сравнению с углем, используемым для их производства: зольность — 9,4 %, влажность — 2 %, теплота сгорания — 6 200 ккал/кг. Для сравнения зольность рядового угля составляет 7,5 %, влажность — 31 %, а теплота сгорания – 3 750 ккал/кг.
Ниже приведены результаты экономической оценки рассматриваемой технологии и эффективности производства термобрикетов применительно к предприятию, вырабатывающему 500 тыс. т названного топлива в год (табл. 1)
Приведенные показатели позволили выявить эффективность их сжигания в энергетических установках коммунально-бытового хозяйства и населения. При решении этой задачи условно допускалось, что альтернативные виды угольного топлива в одном случае сжигаются на месте их производства (добычи), а во втором — перевозятся на различные расстояния. Критерием оценки приняты затраты на 1 т у. т. (7 000х103 ккал) полезного тепла, получаемого потребителем. Это обеспечивается применением соответствующего к. п. д. энергетических установок, который зависит от вида угольного топлива. При сжигании в одной и той же печи рядовых углей он равен 0,467, сортовых углей крупностью 13 мм — 0,625 и окускованных видов топлива: термобрикетов, брикетов, гранулов — 0,75.
С учетом этих предпосылок определены затраты потребителя на получение единицы полезного тепла при сжигании различных видов топлива (табл. 2).
На основании данных табл. 2 можно сформулировать следующие выводы:
— переработка бурых углей и использование полученных из них окускованных видов топлива на месте их производства являются не эффективными для потребителя;
— наиболее эффективным видом топлива для потребителей, удаленных от топливных баз на расстояние свыше 500 км, следует признать экологически чистое топливо — термобрикеты; затраты на получение единицы полезного тепла при сжигании термобрикетов на расстоянии 500, 750 и 1 000 км соответственно будут меньше на 178 руб. (1 247-1 069), 299 (1 444-1 145) и 417 руб (1 635-1 218).
Технология термического обогащения высоковлажных углей разработана ИГИ и Гипрошахт и предназначена для облагораживания углей по влаге (типа канско-ачинских) и основывается на принципе скоростной обработки мелкозернистого угля (класс 2-5 мм) газовым теплоносителем в вихревой камере [4]. Техническая осуществимость технологии проверена на опытной установке при Московском коксогазовом заводе производительностью 600 кг/ч.
В результате термического облагораживания качественные параметры исходного угля и получаемого продукта (термоугля) изменяются следующим образом (табл. 3).
На основе этих данных и использовании других источников [5] скорректирована экономическая оценка технологии, и определена эффективность производства 300 тыс. т термоугля, что соответствует потребности электростанции в топливе мощностью 1 200 тыс. кВт (табл. 4).
Термоуголь как энергетическое топливо является альтернативой рядовому углю — исходному сырью для его производства. О сравнительной эффективности их использования при производстве электроэнергии на электростанции указанной выше мощности и условно удаленной на различные расстояния от топливных баз свидетельствуют данные табл. 5.
Данные табл. 5 подтверждают экономическую целесообразность производства и использования термоугля на электростанциях по сравнению со сжиганием рядовых углей высокой влажности.
Вторая группа технологий — технологии, обеспечивающие производство продукции с новыми потребительскими свойствами.
К таким технологиям следует отнести ожижение и газификацию углей с целью получения из них жидкого топлива для различных видов транспорта и газификацию, обеспечивающую производство газообразного экологически чистого топлива для электростанций.
Технология переработки углей методом гидрогенизации разработана научно-исследовательскими и проектными организациями России (ИГИ, Сибгипрошахт, Тульский филиал «Гипрошахт», Грозгипронефтехим, ВНИИНефтемаш) и предназначена для производства различных видов жидкого топлива. Согласно этой технологии гидрогенизационной переработке подвергается смесь, состоящая из 50 % тонкоизмельченного угля и 50 % жидких тяжелых остатков собственного производства. В эту смесь добавляются активный катализатор и ингибитор, ускоряющие протекание реакций. Процесс осуществляется при давлении водорода в 10 МПа и температуре 700оС [6].
Технология реализована на Опытном заводе СТ-5, построенном при шахте «Бельковская» Подмосковного бассейна.
В результате проведенных опытов установлено, что на 1 т жидких (обезличенных) продуктов будет расходоваться примерно 5 т углей (типа канско-ачинских), включая выработку пара и электроэнергию для удовлетворения собственных нужд. Выход отдельных видов продуктов характеризуется следующими величинами (% к итогу):
бензин — 23 %, дизельное топливо — 62 %, остальные — 15 %. Получаемые виды продуктов отвечают требованиям ГОСТ. В свое время была разработана проектно-сметная документация на строительство Головной установки СТ-75.
На основе данных Опытного завода с использованием другой информации [5] скорректированы показатели эффективности производства жидкого топлива на предприятии с условно принятой мощностью в размере 500 тыс. т (табл. 6).
Технология переработки углей методом газификации разработана Институтом горючих ископаемых и предназначена для производства экологически чистого топлива для тепловых электростанций. Электростанции, как известно, является основными потребителями каменных и бурых углей, качественные параметры которых во многих случаях не отвечают их требованиям по таким параметрам, как содержание золы, серы и влаги в них. Негативное влияние названных компонентов в угле вполне очевидно и подтверждено эксплуатацией энергетических установок. Вместе с тем, исходя из задачи этого раздела статьи, анализируется и экономически оценивается только технологическое мероприятие по извлечению сернистых соединений из углей на основе метода газификации.
Газификация углей в странах с развитой угольной промышленностью рассматривается сейчас в двух аспектах: во-первых, как метод производства технологических и высококалорийных газов, соответственно предназначенных для использования в качестве сырья и бытового топлива и, во-вторых, как метод подготовки (облагораживания) высокосернистых и высокозольных углей путем превращения их в газ, очищенный от пыли и сернистых соединений. Необходимость реализации второго направления в условиях России обусловливается использованием больших количеств многобалластных углей в энергетике.
В нашей стране разработан и в опытных условиях проверен метод газификации углей в генераторах кипящего слоя с горячей очисткой газа от серы и пыли [7].
Согласно этой схеме процесс газификации осуществляется в кипящем слое при относительно низком давлении и температуре с использованием этих физических параметров в утилизационной турбине для производства электроэнергии. Технология была реализована на опытной установке при Московском коксогазовом заводе (г.
Видное). Выполненными опытами подтверждена техническая возможность получения экологически чистого газа энергетического назначения из подмосковных углей, имеющих высокое содержание серы (2–3,5 %), канско-ачинских, характеризующихся большой влажностью (35 %), и экибастузских с зольностью до 50 %. Степень очистки газа от сернистых соединений составляет 95 %, а угольной пыли — 100 %.
При этом следует подчеркнуть, что из-за относительно низкой теплоты сгорания газа (1 200-1 300ккал/м3) его нецелесообразно транспортировать на большие расстояния.
По этой причине газовое производство (цех, отделение) должно быть структурным подразделением электростанции и рассматриваться в технологической схеме как стадия подготовки топлива к сжиганию.
Техническая возможность такого сочетания получила практическую реализацию в некоторых странах [8].
В России был разработан проект строительства установки по газификации углей, которая должна комбинироваться с энергетическим блоком мощностью 250 тыс. кВт Ново-Тульской ТЭЦ-5 и Кировской ТЭЦ-5.
Из-за финансовых затруднений проект не реализован ни на одной из названных Экономическая целесообразность перевода энергетических установок на газ, полученный из многобалластных углей, была в свое время установлена проектными организациями. Доказательством тому являются также нижеприведенные результаты расчетов, выполненных применительно к современным условиям.
Решение этой задачи осуществлялось для следующих условий:
— сырьем для производства газа приняты бурые подмосковные и каменные донецкие угли с содержанием серы соответственно 3,5 и 2 %;
— объем производства газа корреспондируется с потребностью в топливе со стороны электростанции с условно принятой мощностью (300 тыс. кВт);
— электростанции, независимо от вида топлива (уголь и газ из него), поставлены в равные условия в части одинакового отпуска электроэнергии на сторону.
Результаты оценки этих вариантов приведены в табл. 7.
Приведенные в табл. 7 данные подтверждают экономическую целесообразность производства электроэнергии на синтетическом газе по сравнению с использованием для этой цели многобалластных углей. Одновременно снижается загрязнение окружающей среды сернистыми соединениями и угольной пылью.
Третья группа технологий — технологии, обеспечивающие переработку углей в продукцию нетопливного назначения, пользующуюся большим спросом со стороны многих отраслей промышленности.
В перечень таких видов продукции необходимо включить адсорбенты и коагулянты — очистители жидкостей и газов от вредных веществ, гуминовые удобрения — стимуляторы роста сельскохозяйственных растений; горный воск — составной компонент исходного сырья при производстве продукции во многих отраслях промышленности.
Производство перечисленных видов продукции будет способствовать наиболее полному удовлетворению потребности в них и расширению сфер использования углей.
Список литературы 1. Яновский А. Б., Мастепанов А. М., Бушуев В. В. и др. Основные положения Энергетической стратегии России на период до 2020 года. // Теплоэнергетика. — 2002. — № 2.
2. Концепция развития угольной промышленности России до 2010 года.
3. Фомин А. П. Развитие производства получения кускового бездымного топлива для бытовых целей. / Сб. докладов сессии Научного совета РАН. Звенигород: 1998.
4. Скрипченко Г. Б., Рубан В. А., Лопатин В. Л. // ХТТ. -1995. — № 2. – С. 12.
5. Кудинов Ю. С. Уголь сегодня, завтра:
технология, экология, экономика. М.: Новый 6. Малолетнев А. С., Кричко А. А., Горкуша А. А. Получение синтетического жидкого топлива из углей. М.: Недра. — 1992.
7. Кричко А. А., Черненко И. И., Агеева Т. В.
Газификация углей — эффективный метод защиты окружающей среды // Уголь. — 1990.
8. Саламов А. А. Парогазовые установки с газификацией топлива // Теплоэнергетика.
— 2002. — № 6.