Українською | English

НАЗАДГОЛОВНА


УДК 338.439

 

В. І. Антипов,

аспірант Донецького державного університету управління

 

Доцільність використання вторинних енергетичних ресурсів на вугільних підприємствах

 

V. I. Antypov,

post graduate student of the Donetsk State University of Management

 

Expediency of secondary power resources use at coal enterprises

 

Розглянуто доцільність використання вторинних енергетичних ресурсів на вугільних підприємствах. Проаналізовано можливості використання їх на шахтах України.

 

The expediency of secondary power resources use at the coal enterprises is considered. It is analyzed possibilities of their use on Ukrainian mines.

 

Keywords: resources, power, coal, enterprise, analyze.

 

Ключові слова: ресурси, енергія, вугілля, підприємство, аналіз.

 

 

Актуальность темы. В Украине накоплено около миллиарда тонн складированных отходов угольного производства в виде отвалов отходов угледобычи и складированных отходов углеобогащения. Только в Донецкой области насчитывается 582 террикона, из которых 62 горят. Тепло терриконов, горящих десятками лет, не используется из-за недостаточности научного обоснования протекания физико-химических процессов самовозгорания, генерации тепла вглубь массива пород и отсутствия эффективных способов отбора тепла от очаговых источников тепловыделения. Смесь угольных концентратов и складированных шламовых отходов углеобогащения горит в тепловых установках лучше, чем рядовой уголь, не требуя расхода мазута и природного газа для дожига. Разработка способов обогащения складированных отходов углеобогащения дает возможность  полностью решить проблему ликвидации складированных отходов углеобогащения, что может существенно улучшить экологическую обстановку в угледобывающих регионах [1].

Цель. Разработка на основе раскрытия особенностей формирования тепловых и гравитационных процессов новых способов извлечения энергии из складированных отходов угольного производства, которые не только увеличивают энергетическую базу страны, но и улучшают экологию угледобывающих регионов является актуальной как с научной так и с практической стороны. Кроме того, создание научно обоснованных моделей температурных полей в массиве горных пород позволит принимать более обоснованные инженерные решения при проведении работ под любыми очаговыми источниками тепловыделения: горящими  складированными отходами угледобычи, Чернобыльским реактором, домнами, мартенами, теплотрассами в больших городах и т. д. и использовать полученные закономерности в горном деле, геомеханике, геофизике.

Материалы основного исследования. Индустриализация общества форсирует потребление энергетических ресурсов. Прогнозные цифры суммарных запасов основных поставщиков энергии – угля, нефти, газа – в земной коре составляют около 13 триллионов тонн условного топлива, из которых 12,2 триллиона приходится на уголь. Энергоресурсы являются самой болевой точкой индустриального развития и уже давно стало понятным, что при постоянном росте народонаселения планеты и при росте энергопотребления на душу населения мировые запасы основных энергетических ресурсов, в обозримый период, в значительной степени будут исчерпаны. Именно поэтому и именно в угледобыче использование такого жизненно важного ресурса, как энергия отходов угольного производства заложена, на наш взгляд, весьма весомая составляющая дальнейшего процветания цивилизованного общества [2].

Горнодобывающая промышленность изначально нарушала сложившееся на момент начала работ экологическое равновесие системы «природа – общество» в сторону ухудшения состояния недр, грунтов, атмосферы, поверхностных и подземных вод. Поэтому вполне естественным является желание природопользователя снизить это влияние, уменьшить количество отходов, более полно использовать богатства, извлеченные из недр Земли. Особенно расточительными в этом плане являются угледобывающие регионы.

Добыча угля сопровождается наличием:

-  твердых складированных отходов от проведения и ремонта горных выработок в виде отвалов или терриконов, а также, так называемых, «техногенных месторождений» – складированных отходов углеобогащения в виде сухих отвалов,  илонакопителей и шламоотстойников;

-  жидких отходов в виде откачиваемых шахтных вод и технологических сбросов воды обогатительных фабрик, которые зачастую сбрасывают в речки и балки, насыщая солями грунты и  грунтовые воды;

-  газообразных отходов в виде отработанной воздушной массы после проветривания забоев и выработок шахт [3].

Комплексное использование всех отходов угольного производства может привести к снижению суммарных затрат на добычу и переработку тонны угля минимум на одну четверть [4].

Отходы от проведения и ремонта горных выработок, идущие в отвал образуются за счет проходки выработок, примерно 52%, их ремонта и восстановления – 48%. Они обычно складируются вблизи стволов шахт в виде терриконов и хребтовых отвалов (92%), а также плоских отвалов (8%), каждый из которых занимает территорию в десятки гектаров и имеет объем до 3 млн. м3. Отвалы состоят из аргиллитов и алевролитов (до 86%), пиритов (до 10%), углей (до 15%), содержат древесину, металлические предметы (трубы, провода) и пр. Породы неоднородны по гранулометрическому составу, имеют размер от глинистых частиц до глыб. Высота конусообразных отвалов горной породы – терриконов – достигает 60 ¸ 80 м. Угли отвалов окисляются, самонагреваются и самовозгораются. Температура в очагах горения достигает 1200оС. Тепло от горения складированных отходов не используется, а атмосфера загрязняется выбросами оксида серы и окиси углерода. Для снижения вредного воздействия горения терриконов предпринимались неоднократные попытки их тушения различными способами, последующего облесения и использования пустых пород.

Окисление, самонагревание и самовозгорание углей являются самыми распространёнными процессами в практике добычи угля. Изучение физико-химических закономерностей протекающих реакций при окислении, нагревании и возгорании с доступом молекулярного кислорода давно является предметом исследований многих учёных, работающих в угольной промышленности, физиков, химиков, занимающихся углями, так как этот самопроизвольный процесс часто становится неуправляемым и опасным явлением. Окисление, самонагревание и самовозгорание угля сопровождаются ухудшением качественных показателей углей как сырья для коксохимического производства, прямыми потерями горючей массы, возникновением пожаров, создающих опасные условия для труда людей, загрязнением окружающей среды и всегда приводят к большим материальным убыткам [5].

Основными факторами, определяющими взаимодействие угля с кислородом и фазами протекания термохимических процессов в скоплении угля, являются строение и свойства органической массы угля, вид и характер распределения минеральных включений, физико-химические и механические свойства угля. Физико-химические свойства угля в основном определяются классом, типом по восстановленности, петрографическим составом, степенью углефикации, пористостью структуры.

Специфичность и сложность структуры углей приводят  к значительным трудностям при исследовании их активности в процессе взаимодействия с кислородом. Различие в молекулярной и надмолекулярной структуре в ряду метаморфизма каменных углей обусловливает и различие их физико-химических, технологических, взрыво- и пожароопасных свойств.

Действующий прейскурант цен на уголь, продукты его обогащения и учет добычи в угольной промышленности по горной массе без фактической корректировки цены угля в зависимости от его качества, введенный еще в 1996 году для увеличения кажущихся объемов добычи, привели к тому, что суммарная стоимость всех товарных продуктов углеобогащения оказалась ниже стоимости сырья, его доставки и себестоимости передела. Одновременно с этим произошло значительное снижение качества углей. Зольность углей, используемых в энергетике, за последние 15 лет увеличилась с 26 до 35 - 38 %, что повлекло снижение их удельной теплоты сгорания до 17...19 мДж/кг и вызвало дополнительный расход мазута и природного газа. Естественным является желание повысить рентабельность обогатительных фабрик, улучшив при этом качество энергетического топлива настолько, чтобы исключить дополнительный расход мазута и газа. Единственным вариантом резкого увеличения рентабельности обогатительных фабрик является разработка способов прямого полного использования энергии складированных отходов углеобогащения. Попытки американских и немецких специалистов в 1988 и 1994 гг. выполнить подобные проекты в городе Стаханов положительных результатов не дали.

Углубленное изучение технологических процессов обогащения, сырьевой базы обогатительных фабрик, гранулометрического, фракционного состава углей, входящих в сырьевую базу, показателей качества и технологических свойств шламовых продуктов, находящихся в «техногенных месторождениях» - илонакопителях, позволило сделать вывод о том, что использование угля, содержащегося в отходах углеобогащения, возможно. С учетом сложившегося спроса на энергетическом рынке экономически  выгодным оказалось производство энергетического топлива заданного качества для пылевидного сжигания путем шихтования в необходимом соотношении обогащаемого на ЦОФ угля, с забалансовым шламом из илонакопителя. Себестоимость такого топлива меньше за счет того, что большую его часть составляют, добываемые с помощью экскавации, отходы углеобогащения. Известно, что открытая добыча всегда дешевле, чем подземная, особенно с учетом использования вторичных ресурсов не требующих подготовительных работ по разведке, вскрыше и т.п. Кроме того, топливо, полученное из смеси угольных концентратов и шламовых продуктов, горит лучше, чем рядовой уголь, не требуя расхода мазута и природного газа для дожига. Разработка способов обогащения отходов обогащения, позволяющих резко повысить содержание угля обедненных складированных отходов углеобогащения, вообще позволит полностью закрыть проблему складированных отходов углеобогащения, улучив экологическую обстановку в угледобывающих регионах.

Если использование энергии жидких и газообразных отходов угольного производства имеет достаточно хорошо проработанную предысторию научного обоснования  и практического применения, то разработка способов и средств извлечения энергии из складированных отходов угледобычи и углеобогащения еще не имеет ни научной ни практической базы. Для участия в работе по комплексному использованию отходов угольного производства нами и были взяты наименее исследованные процессы возвращения энергопотерь из складированных отходов угольного производства – использование тепла самовозгорающихся складированных отходов угледобычи и проблема полного прямого использования складированных отходов углеобогащения.

Выводы. На основании анализа литературных источников, научных и проектно-конструкторских разработок можно сделать выводы, что в настоящее время:

- отсутствует полная научно обоснованная рабочая гипотеза распространения тепла от очагового источника тепловыделения в виде самовозгорающегося массива складированных отходов угледобычи с целью утилизации тепловой энергии;

- не уточнены закономерности физико-химических процессов самоокисления, самонагревания и самовозгорания углей в складированных отходах угледобычи;

- не установлены закономерности генерации тепла в массиве перемежающихся водонасыщенных и водоупорных  грунтов и горных пород от очагового источника тепловыделения;

- необходимо проведение лабораторных испытаний для получения экспериментального подтверждения получаемых зависимостей массопереноса в массиве грунтов и горных пород при высоких давлениях и температурах, а также получение количественных значений теплофизических параметров эталонных образцов грунтов и горных пород;

- нет математической модели температурных полей в зоне очагового источника тепловыделения для установления безопасных границ проведения горных выработок или ведения других работ под очагом тепловыделения;

- отсутствуют разработанные и апробированные способы извлечения тепловой энергии из складированных отходов угледобычи или других очаговых источников тепловыделения. Для отбора тепла нужно подобрать составы и разработать технологию производства жаропрочных материалов для изготовления теплоуловителей;

- отсутствуют эффективные способы прямого полного извлечения энергии из складированных отходов углеобогащения и способы обогащения отходов углеобогащения с низким уровнем содержания угля в отходах с целью полной переработки всех складированных отходов углеобогащения;

- отсутствует порядок и методика оценки экономической целесообразности извлечения энергии из складированных отходов угольного производства.

 

Литература

1. О внедрении системы сбора, сортировки транспортировки, переработки и утилизации отходов, как вторичного сырья [Текст]: Постановление Кабинета Министров Украины от 26.07.2001 р. № 915 / [Электрон. ресурс]. – Режим доступа: http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=915-2001-%d0%bf

2. Об Утверждении перечня отдельных видов отходов, как вторичного сырья, сбор и заготовка которых подлежат лицензированию [Текст]: Постановление Кабинета Министров Украины от 28.02.2001 р. № 183 / [Электрон. ресурс]. – Режим доступа: http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg= 183-2001-%d0%bf

3. Ляшко И.И. Механизм государственного управления вторичными сырьевыми ресурсами [Текст]: автореф. дис. канд. наук по гос. управл.: 25.00.02 / Ляшко Ирина Игоревна; Донецкий государственный университет управления. – Донецк, 2006. – 22 с.

4. Гостищев Д.П. Ресурсосберегающие технологии в процессе утилизации ТБО и рекультивация нарушенных земель: монография [Текст] / Д.П. Гостищев, Л.Г. Казакова // М.: МГУП, 2009. – 466 с.

5. Марова С.Ф. Ресурсосбержение и утилизация отходов [Текст]: учебное пособие [Текст ] / С.Ф. Марова // Донецк: ДонГУУ, 2008. – 91 с.

Стаття надійшла до редакції 04.08.2011 р.

 

bigmir)net TOP 100

ТОВ "ДКС Центр"