CC BY
93
------------------------------------ © Ю.В. Шувалов, Ю.А Нифонтов,
А.Н. Никулин, 2005
УДК 662.8:622.812
Ю.В. Шувалов, Ю.А. Нифонтов, А.Н. Никулин
БРИКЕТИРОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА
Семинар № 7
1ГЛ началу XXI столетия основу топ--*\ ливного и сырьевого балансов России составляют нефть, природный газ и энергетические угли. Это обусловлено их большими запасами, наличием технических решений по добыче и переработке сырья, а также постоянным спросом на получаемую продукцию. В то же время нефть, природный газ и уголь являются невозобновляемыми природными ресурсами, а их объемы добычи, разведанные запасы, как и прогнозные ресурсы, конечны. При этом, газ и нефть являются основным сырьем химической промышленности и их использование в качестве топлива ограничивается исключительной ценностью на мировом рынке, что обеспечивает значительную часть поступлений в бюджет РФ.
В целях высвобождения нефти и газа для производства тепловой энергии целесообразно использовать твердые виды топлива: уголь, горючие сланцы, древесный
опил и торф, которые обладают достаточным для получения тепловой энергии уровнем теплоты сгорания (таблица). Однако, использование в энергетических установках низкосортных углей и горючих сланцев приводит к тому, что твердые отходы, получаемые на стадиях добычи, обогащения и сжигания, становятся существенными источниками загрязнения окружающей среды в результате образования угольной и сланцевой пыли, окислов серы и азота, хвостов обогащения.
Угольная мелочь. Данный продукт является предметом особого внимания природоохранных и экологических служб России. Образуясь в процессе добычи, угольная мелочь стала составляющей товарного угля, расширившего свои фракционные границы от 50 мм до 0 мм. Отгрузка подобного продукта с добывающих и обогащающих предприятий не составляет особого труда, а вот переработка его
Эффективность использования различных видов топлива
Виды топлива Единицы измере- ния Стои- мость, руб- Теплота сгорания, МДж/кг Эк- вива- лент Количество т на 1 Гкал Стоимость руб/т у. т.
Условное топливо т 29,300 1 1,00
Природный газ 1000 м3 545,00 19,260 0,66 1,52 828,0
Уголь марки Д т 1000,00 18,400 0,62 1,57 1612,9
Сланец т 385,00 8,300 0,25 4,00 1540,0
Торф кусковой т 366,00 12,800 0,43 2,29 838,14
Торф фрезерный т 310,90 9,800 0,34 2,97 923,38
Торфяной брикет т 700,00 17,600 0,57 1,66 1162,0
Мазут т 2250,00 31,200 1,06 0,94 2393,6
на перевалочных пунктах (в речных и морских портах, прирельсовых складах, площадках региональных топливных складов и пр.) изымает фракцию 0-3 мм из топливного оборота и превращает ее в продукт ветрового и техногенного переноса, формируя современные поверхностные угольные залежи, интенсивно подвер-гающиеся комплексному окислению и физическому разрушению механизмами и людьми.
Наиболее рациональным решением этой проблемы является, отсечение угольной мелочи фракции 0-3 мм от угольного потока на стадии перегрузки с железнодорожного транспорта на портово-терминальные поля. На этой стадии можно утилизировать и самую тонкую летучую фракцию создающую взрывоопасные смеси с воздухом. Дан-ный материал после рассева приобретает самостоятельное значение, и будет являться исходным для брикетирования в чистом виде или в составе поликомпонентной брикетной шихты.
В районах потребления топливноэнергетических ресурсов, кроме скопившейся на угольных складах и перевалочных базах угольной мелочи, накапливается значительное количество других углеродсодержащих отходов промышленного производства и жизнедеятельности человека: отходы добычи и обогащения горючих сланцев, отходы деревопереработки, побочные продукты и отходы нефтехранения и нефтепереработки, и многие другие исходные материалы.
Горючие сланцы — низкокалорийное полезное ископаемое. Без до-
полнительной обработки используется только в специальных топочных системах. Бытовое применение горючих сланцев как источника тепла ограничено. При разработке нового продукта, созданного на основе горючих сланцев и способного их заменить, опираясь на улучшенные потребительские качества,
изучен и, в должной степени учтен, многолетний опыт их использования.
Древесные опилки — проблема утилизации отходов деревообрабатывающих производств стоит также остро, как и проблема перевозки огромного объема древесных опилок с мест их скопления к месту переработки и потребления. Разработанные технологии позволяют создать транспортный брикет, т.е. окомко-вать опилки на время перевозки с дальнейшим превращением материала в рыхлую массу, готовую к производству любой продукции. Речь может идти об оснащении деревообрабатывающих производств компактным брикетным комплексом, способным переработать весь объем стружечно-опилочных отходов.
Торф — продукт традиционного использования в северных регионах европейского континента. Доминирующими недостатками данного материала при добыче является его низкая плотность и повышенная влажность. Современные технологии позволяют перерабатывать торф без предварительного обезвоживания и доводить его плотность до 1 г/см3, что сразу делает его перевозку с мест добычи к месту потребления рентабельной. Торф может быть самостоятельным компонентом (монокомпонентом) при создании унифицированного топлива, и в этом случае время производства и транспортные расходы будут сведены к минимуму. Современные технологии позволяют обрабатывать торф до такого состояния, когда его свойства позволят подвергать его хранению без специально обустроенных складов — под навесом, перегружать общепринятым механизированным способом, повысить теплоту сгорания конечного топливного продукта.
Наиболее перспективным из представленных видов твердого углеродсодержащего энергетического сырья является использование в качестве топлива или основы для его производства отходов обогащения угля (угольной мелочи),
горючего сланца, древесных отходов и торфа различного качества и потребительских свойств.
В настоящее время, одной из наиболее подготовленных в техническом и экономическом аспекте, является технология утилизации твердых горючих отходов путем окускования способом брикетирования и гранулирования. Данный способ предусматривает использование самого передового направления в области брикетирования — способа экструзионного векторного воздействия.
Использование этой технологии позволяет производить топливные брикеты с удельными затратами электроэнергии на формование не более 1,5-2 квтч/т. В технологической цепочке исключается процесс подготовки угольной шихты по влажности (сушки). Брикетная установка размещается в помещении 150-200 м2 высотой не менее 5 м, и компонуется в виде единичного брикетного модуля с фиксированной производительностью
Единичный брикетный модуль. Технологическая схема: 1 - бункер для сырья; 2 - вибросито В 21; 3 - электромагнитный металлоуловитель; 4
- транспортер; 5 - винтовой смеситель; 6 - дозатор 294 ПТ; 7 - экструдерный пресс ЭУТБ-4; 8 -автомат для резки брикетов ПЛПК 04; 9 - виброраскладчик; 10 - сушилка ЛС 1,0-12НК-02; 11
- конвейер для охлаждения и доставки на упаковку
1,5-2,0 т брикетов в час (рисунок). Увеличение производительности установки достигается простым добавлением необходимого количества модулей с соответствующим увеличением производственной площади.
Послеформовочная обработка брикетов (сушка) обеспечивается в ленточной сушилке типа ЛС. Расход теплоносителя, независимо от его вида (топочные газы, мятый пар, электроэнергия) не превышает 75-100 квтч/т. Все технологическое оборудование отечественного производства. Основная его часть выпускается серийно.
В качестве компонентов для подготовки брикетной шихты могут быть использованы практически любые углеродсодержащие отходы производства и жизнедеятельности человека (угольная мелочь, донные шламы, отработанные масла, древесный опил, стружка, илы городских очистных сооружений и т.д.), а также не востребованные сегодня в полной мере горючие полезные ископаемые (торф, горючий сланец, сапропель).
Полученные по данной технологии брикеты удобны при транспортировании и хранении, комфортны в употреблении, легко поддаются растопке и обладают легкой воспламеняемостью, после роз-
жига горят бездымным пламенем по всему фронту засыпки. В процессе горения сохраняют свою форму, не осыпаются и не проваливаются сквозь щели колосниковой решетки. Практически полностью выгорают без шуровки. Остаток после сжигания имеет зольность 9598 %.
Наиболее благоприятным для реализации брикетов представляется внутренний рынок — районы центральной европейской части России, при организации производства в Вологодской области — районы Вологодской области. В результате выполнения маркетинговых исследований, установлен следующий уровень потребления: Ярославская обл. >12 тыс. т брикетов в год; Ивановская — >60 тыс.т в год; Тверская — >20 тыс. т в год; Костромская — >40 тыс. т в год; Архангельская ~ 4,5 тыс. т в год; Кировская >45 тыс. т в год; Ленинградская ~ 300 тыс. т, в том числе сжигается в муниципальных котельных области ~ 160 тыс. т.
Предлагаемое к производству брикетное топливо конкурентоспособно с привозными несортовыми углями. Сравнительный анализ показывает высокую эффективность и самую низкую цену те-плоэнергии, выработанной в муниципальных котельных Ленинградской области, в том числе при использовании угле- и торфобрикетного топлива. Расчеты выполнены с учетом средней цены угля с затратами на доставку в котельную и подготовку к сжиганию 1062 руб./т (рг1 = 6066 ккал/кг) и фактическом состоянии используемых котлов КПДср = 70 %, а также потерь мелких классов применяемых несортовых рядовых углей при подготовке к сжиганию в котельной (перевалка бульдозером на площадке и при подаче в приемные бункера, и т.д.) и сжигании (провал через колосники), которые составляют до 20 % от объемов поставляемого угля, так как при поставке сорта ОМСШ и ДР содержание угольной мелочи (класс - 6 мм) не нормируется, а сорт ПК согласно ТУ 12-03-
2115-01-94 должен содержать угольной мелочи не более 20 %. Таким образом, при сжигании смеси углей марок ГЖО и Д Печорского бассейна стоимость 1 Гкал тепла составляет:
1062 х (1000 х 0,8 : 6066 : 0,70) = =200,08 руб./Гкал.
Сжигание кузбасского угля марки Г с = 5600 ккал/кг и Цу = 887,8 руб./т с учетом ж/д тарифа, НДС и поставки на котельную позволяет получить следующую стоимость 1 Гкал тепла:
887,8 х (1000 х 0,8 : 5600 : 0,70) = =181,18 руб./Гкал
При использовании брикетного топлива, с учетом изготовления из мелочи несортовых углей = 6460 ккал/кг), вблизи объектов потребления (плечо доставки не более 50 км) — на прирельсовых модульных установках с оптимальной себестоимостью производства и ценой поставки с учетом НДС и транспортных затрат 1000 руб./т, а также с исключением провала через колосниковую решетку при слоевом сжигании и с увеличением КПД топочных устройств до 76-80 % стоимость 1 Гкал тепла составляет:
1000 х (1000 : 6460 : 0,80) = 193,5 руб/Гкал
Для брикетов из мелочи кузбасских углей марки Г (Р4Г = 5600 ккал/кг, Цу = 887,8 руб/т с учетом ж/д тарифа, НДС и поставки на котельную) с низшей удельной теплотой сгорания по рабочему топливу = 6200 ккал/кг при цене с учетом НДС и учетом поставки на котельную равной 955 руб./т стоимость производства 1 Гкал тепла составляет:
955 х (1000 : 6200 : 0,80) = 192,49 руб/Гкал.
При использовании брикетов из фрезерного торфа стоимостью 195,6 руб/т с учетом НДС и низшей удельной теплотой сгорания по рабочему топливу = 2100 ккал/кг. При переработке торфа в брикеты цена брикета с учетом НДС,
доставки на котельную и подготовки к сжиганию составляет 195,6 + +25 + 50 + 10 + 130 = 410,6 руб/т, в случае применения в качестве компонентов шихты угля или нефтеотходов р4г увеличится до 4200 ккал/кг. Тогда стоимость производства 1 Гкал тепла составляет:
410,6 х (1000 : 4200 : 0,8) = 122,2 руб/Гкал.
Для сравнения можно указать, что при использовании брикетов из отходов древесины (щепа, опил и пр.) при максимальной цене с доставкой на 50 км — 180 руб/пл. мЗ или 225 руб/т и с учетом затрат на погрузо-разгрузочные работы 225 + 18 + 7 = 250 руб./т стоимость брикетов составляет 250 + +50 + 10 + 130 = 460 руб/т.
Стоимость производства 1Гкал тепла составляет:
460 х (1000 : 4200 : 0,8) = 136,90 руб/Гкал.
Таким образом, твердые горючие отходы горнодобывающей, лесной и других отраслей промышленности представляют ценный продукт, вовлечение которого в хозяйственный оборот обеспечивает:
• снижение загрязнения окружающей среды;
• сбережение ценных топливноэнергетических ресурсов;
• повышение полноты использования ресурсов;
• снижение затрат на производство тепловой энергии;
• широкое использование местных видов низкокалорийных топлив.
Повышение эффективности сжигания достигается применением запальных — легковоспламеняющихся топливных брикетов, включающих зажигательный
слой, содержащий гексаметилентетраа-мин (25-50 %), нитрат калия (5-20 %) и горючую массу рядовых брикетов со связующим — термопластичным полиизопреном или эпоксидной смолой, модифицированной введением низкомолекулярного жидкого бутадиенового каучука с карбоксильными группами в соотношении смола — каучук: 1 моль на 0,08-0,1.
Комплекс технологических решений для получения брикетов основан на неизвестном ранее экспериментально установленном явлении миграции в толще брикета сложных флюидных систем и заключается в подготовке шихты смешиванием тонких классов горючих материалов (угольный шлам, мелочь, древесный опил) со связующим тонкодисперсным материалом из цемента с известью, которые вводятся в состав шихты в сухом виде, брикетировании шихты с последующей термической обработкой. Подготовка шихты включает в себя также гомогенизацию частиц первичной смеси, их сближение до получения вторичных ассоциатов (гранул) крупностью: 6-5 мм — 6-8 %, 5-1 мм — 4345 %, 1-0,5 мм — 18-20 %, 0,5-0,1 мм — 28-30 %, < 0,1 мм — 0,7-1,1 %. После-формовочная термическая обработка проводится при температуре 120-150 оС.
Технология реализована при строительстве брикетной установки производительностью 72 тыс. т брикетов в год на шахте "Северная" ОАО "Воркутауголь" и брикетного модуля производительностью 10 тыс. т в год (Ленинградская область, ОАО "Концерн ЛЕМО").
1. Блинов В.А., Нифонтов Ю.А., Лезгин Л.А. Способ получения топливных брикетов -Патент на изобретение N 2006500, 1994.
2. Будаев С.С., Нифонтов Ю.А. Молявко А.Р., Прокашев А.Н., и др. Способ получения угольных
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
брикетов - Патент на изобретение N 2078794, 1996.
3. Нифонтов Ю.А., Шувалов Ю.В., Бенин А.А. "Явление самоструктурирования при брикетировании углеродсодержащих твердых материалов
с активным тонкодисперсным связующим"/ Научное открытие, № 219
от 23 декабря 2002 г., Российская академия естественных наук, Международная академия авторов научных открытий и изобретений, Международная ассоциация авторов научных открытий, М., 2002.
4. Шувалов Ю.В., Нифонтов Ю.А., Экгардт В.И., Бенин А.А., Никулин А.Н. Способ получения топливных брикетов / Патент на изобретение № 2227803, 2004 г.
5. Шувалов Ю.В., Маковский А.Н., Кусков В. Б. Способ получения топливных брикетов /Патент на изобретение № 2208044, 2003 г.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------
Шувалов Ю.В. - декан горного факультета, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, действительный член РАЕН, АГН, МАНЭБ,
Нифонтов Ю.А. - профессор кафедры технологии и техники бурения скважин, доктор технических наук, член-корр. РАЕН, МАНЭБ:
Никулин А.Н. — студент горного факультета,
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет).
----------------------------------------- © А.Е. Воробьев, В.П. Малюков,
2005
УДК 622.363.1/.2:24:553.068.6
А.Е. Воробьев, В.П. Малюков
ПРИМЕНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В КАМЕННОЙ СОЛИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ГАЗОКОНДЕНСАТНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ
Семинар № 7
лиятельным фактором, в значительной степени сказывающимся на экологическом состоянии территорий разрабатываемых месторождений, считается комплексность освоения природных ресурсов. Для Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) - это добыча газа и конденсата, хранение газонеф-тепродуктов в подземных выработках в каменной соли, использование промстоков для размыва подземных выработок, размещение отходов в подземных выработках,
сброс промстоков в подземные горизонты, использование котловин для утилизации минерализованных стоков. Масштабы экологических последствий деятельности предприятия, осваивающего недра, могут быть снижены в процессе экологического управления производством на разных стадиях решения экологических проблем при разработке и применении технологии для защиты окружающей среды с использованием подземных выработок-емкостей для размещения в них отходов производства [1].
