CC BY
14УДК 62.664.4
Хондошко Юлия Владимировна
Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: amr-ka_847@mail.ru Khondoshko Yulia Vladimirovna Amur State University Blagoveschensk, Russia E-mail: amur-ka_847@mail.ru
ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УГЛЕЙ НИЗКОГО КАЧЕСТВА EFFICIENT USE OF LOW-QUALITY COAL
Аннотация. Обогащение энергетических углей как способ повышения концентрации энергии позволяет увеличить калорийный эквивалент для топлива, что способствует смещению стоимости топлива в зону меньшего влияния транспортных затрат. С позиции конкуренции угольного топлива с газом и нефтью основным критерием успеха выступает качество. Поэтому увеличение энергетической ценности как обязательной ступени роста эффективности угольной энергетики является обязательным условием приготовления топлива для сжигания. С целью создания эффективной угольной энергетики и обеспечения облагораживания добываемых углей необходимо интенсивное развитие обогащения.
Abstract. Enrichment of thermal coals as a way to increase the concentration of energy allows to increase the caloric equivalent for fuel, which contributes to the shift in fuel costs to the zone of less influence of transport costs. From the point of view of the competition of coal fuel with gas and oil, the main criterion for success is quality. Therefore, an increase in the energy value, as a mandatory step in the growth of the efficiency of coal energy, is a prerequisite for the preparation of fuel for combustion. To create an efficient coal power industry and ensure the upgrading of mined coal, intensive development of enrichment is necessary.
Ключевые слова: уголь, зольность, влага, механический недожег.
Key words: coal, ash content, moisture, mechanical underburning.
DOI: 10.22250/20730268_2022_99_67
Угли России, применяемые в настоящее время для энергетических целей в промышленности и быту, отличаются значительным разнообразием марок и месторождений, а также существенно различаются по составу и качественным характеристикам, определяющим энергетическую, экологическую и экономическую эффективность их использования. Угольное топливо, представляемое рядовыми необогащенными каменными и бурыми углями, отсевами и промпродуктами антрацитов и каменных углей, отсевами и промпродуктами коксующихся углей, должно иметь куски определенного размера, быть высококалорийным, атмосферо- и водоустойчивым, транспортабельным, выделять как можно меньше вредных веществ, загрязняющих окружающую среду при сжигании, обеспечивать нормальную и эффективную эксплуатацию оборудования.
Зольность угольного топлива колеблется от 8,9 до 51,8%, влажность - от 8,2 до 50,5%, теплота сгорания на рабочую массу - от 7,90 до 25,12 МДж/кг. Более 25% общего объема энергетических
углей, потребляемых в настоящее время, имеют зольность свыше 40%, теплоту сгорания ниже 12,59 МДж/кг - около 20%. В перспективе не следует ожидать улучшения качества энергетического угля, так как основной прирост его добычи планируется обеспечивать путем разработки месторождений более низких рангов открытым способом.
В общем виде ущерб от ухудшения качества энергетических углей поясняет рисунок.
Ухудшение качества энергетических углей ведет за собой:
снижение теплоты сгорания: рост объема топлива; уменьшение мощности ТЭС/котельной. ухудшение технологического процесса и снижение производительности оборудования: нарушение топочного процесса, механичский недожег; снижение КПД котельного оборудования; потери тепла. повышение износа оборудования: увеличение вспомогательного оборудования; увеличение износа и ремонтных простоев; увеличение персонала для ремонта и эксплуатации. увеличение вредного балласта топлива: большие выбросы вредных окислов; увеличение расходов на транспорт и складирование отходов; увеличение количества золы и шлаков.
Факторы снижения эффективности работы ТЭС-котельных при ухудшении качества энергетических углей.
Проблема качества и эффективности использования продукции угольной промышленности в значительной степени определяется как природными условиями (горно-геологические условия, мощность пластов, их материнская зольность, содержание серы), так и технологиями добычи. Это предопределяет специфику ее решения, отличающую ее от других отраслей промышленности.
Одной из особенностей продукции угольной промышленности, потребляемой для энергетических целей (около 75% добываемых углей используется для получения тепла), является независимость качества получаемых тепла, пара, электроэнергии от качества топлива. Однако оно в значительной мере предопределяет технико-экономические показатели тепловых электростанций и теплоцентралей.
Вместе с тем обеспечение заданного качества углей связано с дополнительными затратами на их обогащение либо с потерями запасов, - например, при применении селективной выемки угольных пластов. А задачей технологического цикла добычи и использования углей является производство конечной продукции - электрической энергии минимальной себестоимости при данных природных свойствах энергоносителей и техническом уровне энергетики.
Эта задача требует технологий, обеспечивающих получение угольной продукции оптимального качества, т.е. такого сочетания потребительских свойств, которое обеспечило бы максимальный экономический эффект с учетом всех затрат, связанных с производством и потреблением угля.
Требования, предъявляемые к качеству угля, определяются технологией его сжигания. В угольной электроэнергетике наиболее распространен способ сжигания в топках во взвешенном состоянии предварительно подсушенного и измельченного до крупности 0,1 мм топлива. Сгорание пы-леугольного факела протекает в потоке, в котором достигается высокая интенсивность окисления, обусловленная развитой поверхностью для реакции измельченного топлива с кислородом. Многолетний опыт и масштабы использования такой технологии показали ее экономические преимущества. Но при очевидных положительных аспектах (снижение тепловых потерь, повышение КПД топок и
котельных установок, возможность сжигания высокозольного топлива) пылевидное сжигание имеет ряд недостатков, к числу которых относятся значительный расход электроэнергии и повышенные капитальные затраты на размол и пневмотранспорт топлива.
Для пылевидного сжигания могут использоваться, в принципе, угли всех марок. Фактически их зольность колеблется в пределах от 20 до 45%, что связано с имеющимися ресурсами.
Определение оптимальной зольности потребляемых углей остается в известной мере нерешенной задачей.
При обосновании качества угля в связи со сложностью взаимозависимости свойств для определения коэффициентов весомости возможно применение метода экспертных оценок, основанного на обобщении опыта специалистов.
Изучение коэффициентов весомости свойств по такой методике [3] показало, что в общем понятии «качество угля для пылевидного сжигания» наибольшее значение имеет низшая теплота сгорания рабочего топлива. Этот показатель - более общее свойство качества и определяется такими его показателями как зольность угля, его влажность и низшая удельная теплота сгорания горючей массы топлива.
Таким образом, доминирующим показателем, характеризующим качество угля, предназначенного для пылевидного сжигания на тепловых электростанциях, является низшая удельная теплота сгорания рабочего топлива. Однако ее уровень должен быть обоснован.
Во-первых, она должна находиться в пределах, при которых обеспечиваются оптимальные показатели работы электростанции, во-вторых, производство топлива, удовлетворяющего этим требованиям должно быть экономически целесообразно, в-третьих, использование топливных ресурсов должно быть максимально возможным в данных условиях.
Таким образом, вопрос об обосновании качества угля должен рассматриваться с точки зрения полноты использования его энергетического потенциала, технологических возможностей ее достижения и экономической целесообразности.
Критерием, позволяющим сделать количественную оценку эффективности переработки и сжигания каменных углей, может служить предлагаемый коэффициент их энергетического использования. Он представляет собой отношение количества фактически полученного тепла при сжигании угля или продуктов его обогащения к количеству тепла, которое могло бы быть теоретически получено из горючей массы добытого угля.
Теплотворная способность каменных углей определяется теплотворной способностью содержащейся в них горючей массы, их зольностью, а также влажностью.
Уголь после добычи представляет собой механическую смесь угольных, породных и промежуточных фракций. Они отличаются друг от друга зольностью и имеют различную плотность. Поэтому при его обогащении отделяют высокозольную породу, используя различие плотностей. Массовая или весовая доля обогащенного продукта (концентрата) характеризуется выходом. Его величина определяется содержанием породы в исходном продукте и точностью разделения в используемых технологических процессах.
В качестве экономического критерия целесообразно принять к рассмотрению методику корректировки цены на уголь и продукцию в зависимости от ее качества [5]. Она предусматривает линейное изменение цены в зависимости от содержания основных компонентов, снижающих энергетическую ценность продукта, - зольности и влажности. При этом базовая цена изменяется на величину, пропорциональную отклонению фактической зольности и влажности от нормативных.
Полученная в данном исследовании информация и ее анализ позволили сделать следующий вывод: эффективность использования добываемых углей в энергетике может быть повышена, если
для каждого их них будет определена глубина обогащения, с учетом способа последующего сжигания и дальности транспортирования.
Изучение коэффициента технологической эффективности также показало его экстремальную зависимость от зольности получаемых продуктов. Положение максимума определяется фракционным составом исходного угля и сепарационными характеристиками применяемых для его обогащения процессов. Поскольку физическим смыслом этого критерия является максимальное извлечение горючей массы в концентрат при минимальном его засорении породой, то при его увеличении должна повышаться и энергетическая ценность получаемого топлива.
Экономический критерий также имеет максимум при определенной зольности получаемых концентратов. Его положение определяется зависимостью выхода продуктов обогащения от их зольности, базовыми значениями зольности и влажности, а также величинами коэффициентов, устанавливающих изменение цены от зольности и влажности. Эти показатели относятся к числу задаваемых с целью экономического воздействия на производителя для поддержания определенного уровня качества продукции.
Таким образом, рассмотренные критерии - энергетический, технологический и экономический - в зависимости от степени обогащения угля определяющие различную зольность получаемых продуктов, носят экстремальный характер. Максимумы этих критериев не совпадают, однако возможно совместить максимумы энергетического и экономического критериев за счет подбора соответствующих коэффициентов в экономическом критерии.
Если задачей оптимизации качества углей является максимально возможная степень отдачи тепла, то зольность производимых концентратов и режим, в котором возможно их получение, должны обеспечить максимальное значение энергетического критерия.
1. Котлы с циркулирующим кипящим слоем для различного твердого топлива // Энергетика за рубежом. -2017. - № 3. - С. 29-37.
2. Пилов, П.И., Сбитнев, М.П. Оперативное прогнозирование показателей углеобогащения в условиях динамики объемов и качества сырья // Вибрации в технике и технологии. - 1998. - №4(8). - С.43-45.
3. Ибрагимов, Е.С., Гальтяев, Е.В. Повышение эффективности и надежности работы котлов электростанций // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». - 2019. - Т. 19, № 2. - С. 31-38.
4. Се Цян, Дебердеев, И.Х. Разработка и применение методики оценки эффективности использования на ТЭС обогащенного угольного топлива// Уголь. - 2009. - №10. - С.46-48.
5. Тумановский, А.Г. Перспективы развития угольных ТЭС России // Теплоэнергетика. - 2017. - № 6. - С. 3-13.
