CC BY
218
Промышленная безопасность и геомеханика
171
II. ПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ FIRE AND INDUSTRIAL SAFETY
УДК 622.85 : 622.33
ОХРАНА АТМОСФЕРЫ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ PROTECTION OF THE ATMOSPHERE AT THE ENTERPRISES OF COAL INDUSTRY
А. А. Харионовский - д-р техн. наук, заместитель генерального директора ООО «МНИИЭКО ТЭК», 614007, Россия, г. Пермь, ул. Николая Островского, 60
М. Ю. Данилова - бакалавр, Московский физико-технический институт (МФТИ), 141701, Росиия, Долгопрудный, Институтский пер., 9
A. A. Kharyonovsky - Dr. of Tech. Sci., Deputy General Director of OOO MNIIECO TEK, ul. Nikolay Ostrovsky, 60, ul. Nikolay Ostrovsky, Perm, 614007, Russia
M. Yu. Danilova - bachelor, Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT), 9, Institutskiy per., Dolgoprudny, 141701, Russia
В статье рассмотрена угольная промышленность, как один из значимых источников загрязнения атмосферного воздуха в районах размещения предприятий по добыче и обогащению угля. Сокращение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу является одной из приоритетных экологических задач в угольной промышленности. В статье представлены сведения об объемах выбросов газообразных и твердых загрязняющих веществ в атмосферу предприятиями угольной промышленности, стационарных источниках выбросов, применяемых способах и технических средствах предупреждения образования и снижения выбросов и их эффективности. Рассмотрены источники выбросов шахтного метана, оксида углерода, оксидов азота и диоксида серы в атмосферу. Указаны причины и способы предотвращения самовозгорания угля в шахтах и разрезах, породных отвалов, как источника выделения газообразных веществ, которые загрязняют атмосферу, распространяясь на значительные расстояния и оказывают негативное воздействие на прилегающие территории и близлежащие населённые пункты. Рассмотрены способы предупреждения и подавления пыли на ОФ и технологических комплексах поверхности шахт и разрезов. В статье приведены новые аппараты и устройства для очистки пылегазовых выбросов. Предложен комплекс мероприятий, направленных на повышение технического уровня охраны атмосферы и сокращение выбросов загрязняющих веществ.
The article presents information on the volumes of gaseous and solid pollutants emissions into the atmosphere by coal industry enterprises. The main volume of gaseous substances is represented by mine methane, the sources of which are mine ventilation. The use of methane, emitted into the atmosphere by the ventilation systems of mines, is a complex and unsolved practical problem. Other stationary sources of gaseous emissions are coal boiler plants, the coal washing plant dryers, aspiration systems and burning rock dumps. Solid particles are released into the atmosphere during coal extraction and washing technological processes. For the industrial emissions purification there is a wide range of methods, apparatus and devices, the use of which allows to significantly reduce the emission of pollutants into the atmosphere. Taking into account the accumulated production experience and the results of scientific research, stationary sources emission cleaning technical means and a set of measures aimed at increasing the technical level of atmosphere protection at coal industry enterprises are proposed.
Ключевые слова: УГОЛЬНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ, АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ, ИСТОЧНИКИ ВЫБРОСОВ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА, СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ОЧИСТКИ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Key words; COAL, AIR, EMISSION SOURCES, CONTAMINANTS, METHODS AND TOOLS, CLEANING EFFICIENCY
Г И '
А.А.Харионовскии svch01@yandex.ru
М.Ю. Данилова svch01@yandex.ru
Угольная промышленность вносит значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха в районах размещения предприятий по добыче и обогащению угля. В 2015 г. предприятия отрасли выбросили в атмосферу 1004,5 тыс.т (2,69 кг/т добычи угля) загрязняющих веществ (ЗВ), что составляет 53 % количества образованных. Основная часть выбросов (95 %) представлена газообразными вредными веществами. Доля шахтного метана в общем объёме выбросов ЗВ составила 88 %, в объёме газообразных ЗВ - 93,4 %. К другим газообразным ЗВ относятся оксид углерода (3,7 %), оксиды азота (1,5 %), диоксид серы (1,0 %), прочие (0,4 %). Действующими на предприятиях техническими средствами очистки выбросов уловлено 47 % ЗВ, которые практически целиком представлены твёрдыми веществами. За последние 10 лет (2006-2015 годы) общее количество выбрасываемых в атмосферу ЗВ увеличилось с 908,2 до 1004,5 тыс.т (на 11 %). Удельный показатель выбросов в связи с увеличением объёмов добычи угля открытым способом снизился с 2,93 до 2,69 кг/т или на 8,2 %. Наиболее высокими удельными выбросами ЗВ в атмосферу характеризуется Печорский бассейн (выше в 4,1 раза, чем в среднем по отрасли) и Кузнецкий бассейн (выше в 1,3 раза), что является прямым следствием подземной разработки угольных пластов, отличающихся высокой газообильностью. Сокращение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу является одной из приоритетных экологических задач в угольной промышленности.
Источниками выбросов шахтного метана в атмосферу служат дегазационные установки и вентиляционные стволы шахт. Концентрация метана, получаемого при дегазации угольных пластов, составляет от 25 % до 70 %. На её долю приходится 15-20 % общего количества метана, выбрасываемого в атмосферу. Вентиляционные выбросы шахт представляют собой метановоз-душную смесь (МВС) с содержанием метана преимущественно от 0,2 % до 0,7 %. Количество выбрасываемого метана системами вентиляции шахт составляет соответственно 80-85 %.
Использование МВС с концентрацией метана свыше 25 % не представляет технической сложности. В зарубежных странах (Австралия, США, Канада, Китай и др.) утилизируется с получением электрической и тепловой энергии до 50 % метана, извлекаемого из угольных пластов средствами дегазации. Использование МВС вентиляционных выбросов шахт с концентрацией метана до 1 % представляет значительную слож-
ность и находится в стадии опытно-промышленных и промышленных испытаний. Один из проектов, реализованный на шахте в Австралии, представляет собой действующую электростанцию мощностью 5 МВт на МВС вентиляционной струи с содержанием метана 0,9 % [1].
Производственный опыт использования метана, извлекаемого дегазацией, для получения электрической и тепловой энергии имеется в Печорском и Кузнецком бассейнах. На шахте "Комсомолец" в Кузбассе проведены опытно-промышленные испытания и введена в эксплуатацию контейнерная газоутилизационная установка КГУУ-8, работающая на МВС с концентрацией метана менее 3,5 %. В результате испытаний установлено, что МВС с концентрацией метана менее 3,5 % может быть использована в двигателях внутреннего сгорания для выработки электрической и тепловой энергии [2]. Построенный в Кузбассе "Завод МДУ" освоил производство нескольких типов модульных газопоршневых электростанций, работающих на МВС. Таким образом, техническая возможность использования МВС имеется.
Экономическая целесообразность и объёмы использования МВС на шахтах отрасли определяются рентабельностью работы газоутилизационных установок в условиях конкретных шахт и материальной заинтересованностью во внедрении установок.
Основными источниками выбросов в атмосферу оксида углерода, оксидов азота и диоксида серы являются угольные котельные, сушильные установки ОФ и горящие породные отвалы. Валовые объёмы выбросов этих веществ определяются количеством и физико-химическим составом сжигаемого угля, режимами сжигания, размерами очагов горения породного отвала и интенсивностью горения.
В целом по отрасли фактические выбросы ЗВ находятся в пределах установленных ПДВ и ВСВ. Однако значительная часть предприятий выбрасывает ЗВ с превышением установленных нормативов.
В настоящее время в нашей стране и за рубежом имеется широкий спектр аппаратов и устройств для очистки промышленных выбросов, что позволяет выбрать для конкретных условий предприятий наиболее приемлемые. Основное различие существующего газоочистного оборудования заключается в крупности улавливаемых твёрдых частиц, что определяет оптимальную область их применения и достигаемую эффективность очистки (табл.1).
В зависимости от производительности кот-
Таблица 1. Крупность улавливаемых частиц пыли аппаратами газоочистки [3]
Тип газоочистного оборудования Диаметр улавливаемых частиц, мкм Эффективность очистки, %
Циклоны 4,5 - 200 10 - 98
Мокрые пылеуловители 0,5 - 15 55 - 94
Тканевые фильтры 0,1 - 2,5 80 - 99
Электрофильтры 0,1 - 0,5 94 - 99
лов, режима их работы и качества сжигаемого угля для очистки дымовых газов используются единичные циклоны типа ЦН и батарейные циклоны типа БЦ, БЦУ и др. Эффективность очистки от летучей золы с диаметром частиц более 10 мкм циклонов ЦН составляет в среднем 80 %, батарейных циклонов БЦ - 85-90 %, БЦУ-М - 9599 %.
Сушильные аппараты ОФ, как правило, оборудуются двухступенчатыми и трёхступенчатыми системами очистки. В двухступенчатых системах на первой ступени очистки для улавливания крупнодисперсной пыли устанавливают циклоны типа ЦН или батарейные циклоны ПБЦ и БЦУ-М. На второй ступени для очистки газов от тонкодисперсной пыли применяют мокрые пылеуловители типа ПМ и МПР, тканевые фильтры типа ФРКИ, РФГ, ФВК, ФВС или электрофильтры. Трёхступенчатые схемы очистки применяют преимущественно для очистки дымовых газов, образующихся при сушке мелких угольных концентратов. В трёхступенчатых схемах на первой ступени применяют гравитационные разгрузочные камеры и циклоны ЦН, на второй ступени - батарейные циклоны ПБЦ и БЦУ-М. В качестве аппаратов тонкой очистки на третьей ступени используют мокрые пылеуловители типа ПМ и МПР, эффективность которых достигает 98-99 %. Трёхступенчатые системы очистки предпочтительны, так как обеспечивают наиболее высокую эффективность и достижение нормативов ПДВ.
Специальные технические средства для очистки выбросов котельных и сушильных аппаратов от газообразных ЗВ не применяются. Некоторое снижение их концентрации в дымовых газах происходит попутно с улавливанием твёрдых частиц (летучей золы) при применении мокрых пылеуловителей. При добавлении в воду химических реагентов мокрые пылеуловители способны задерживать до 50 % газообразных ЗВ.
Самовозгорание угля в шахтах и разрезах, породных отвалов рассматривается как аварийная ситуация. Образующиеся при этом газообразные вещества загрязняют атмосферу, распространяются на значительные расстояния и оказывают негативное воздействие на прилегающие территории и близлежащие населён-
ные пункты. Основная причина самовозгорания угля и породной массы заключается в нарушении технологии горных работ и формировании отвалов, несвоевременном и некачественном выполнении профилактических мероприятий по предупреждению самовозгорания. Наиболее эффективным способом предотвращения самовозгорания породных отвалов является применение пожаробезопасных технологий их формирования.
Очистка воздуха систем аспирации производственных зданий ОФ, технологических комплексов поверхности шахт и разрезов при концентрации твёрдых частиц (пыли) до 5 г/ м3 производится в одну ступень, при большей концентрации - в 2 ступени. В одноступенчатых схемах преимущественно используются мокрые циклоны СИОТ, ротоклон "Урал", мокрые пылеуловители ПМ-35, КМП, ПВМ, ЦВП, обеспечивающие эффективность 96-99 %. В двухступенчатых схемах в качестве первой ступени очистки используются аппараты сухой очистки: циклоны ЦН, батарейные циклоны БЦ, в качестве второй ступени - мокрые пылеуловители МПР, КМП, ПВМ. Из аппаратов сухого пылеулавливания на второй ступени используются тканевые рукавные фильтры типа ФРКИ, РФГ, ФВК, ФВС. Двухступенчатые схемы характеризуются более высокой эффективностью и надёжностью.
Технологические процессы по добыче угля открытым и подземным способами сопровождаются дроблением угля и горных пород, образованием и выделением в атмосферу угольной и породной пыли. Для снижения пылеобразования горные машины комплектуются заводами-изготовителями системами орошения или пылеулавливания в местах разрушения угля и породы. Кроме того, применяется целый комплекс способов и технических средств, включая предварительное увлажнение угля в массиве, бурение шпуров и скважин с промывкой, гидрозабойку шпуров и скважин, орошение взорванной массы и стенок горных выработок, устройство водяных и туманообразующих завес и др. Значительное количество не уловленной пыли оседает при движении воздуха в подземных горных выработках и не достигает поверхности шахт.
Таблица 2. Способы предупреждения и подавления пыли на ОФ и технологических комплексах поверхности
шахт и разрезов
Источник выбросов, технологический процесс Способ пылеподавления Эффективность, %
Бурение скважин Мокрое пылеподавление, сухое пылеулавливание 95-97
Взрывные работы Гидрозабойка скважин, орошение зоны взрыва, увлажнение массива пыль 60-90 газы 75-80
Работа экскаваторов, бульдозеров, отвалообразователей Орошение взорванной массы 80-85
Пункты погрузки, разгрузки, перегрузки угля и породы Орошение, обработка пеной, укрытие, аспирация с очисткой 75-90
Угольные склады, породные отвалы, поверхность конвейеров, самосвалов, ж/д вагонов Укрытие, орошение водой, растворами ПАВ, битумной эмульсией, пылесвязывающими составами 85-99
Технологические автодороги Смыв, механическая уборка пыли, орошение водой, растворами ПАВ, пылесвязывающими составами 85-99
Для снижения пылеобразования при технологических процессах на угольных разрезах, ОФ, технологических комплексах поверхности шахт и разрезов разработан комплекс эффективных способов и технических средств (табл.2).
Их применение с учётом условий конкретного предприятия способно обеспечить достижение нормативов ПДВ.
Научно-технические разработки в сфере охраны атмосферного воздуха в нашей стране и за рубежом ведутся по следующим направлениям:
- применение новых химических веществ и реагентов для предупреждения образования ЗВ и интенсификации процессов их связывания и подавления;
- совершенствование конструкций существующего газоочистного оборудования с целью повышения эффективности их работы;
- создание образцов газоочистного оборудования на основе принципиально новых способов и технологий.
В последние годы отечественными и зарубежными фирмами предложен ряд новых аппаратов и устройств для очистки пылегазовых выбросов [4]:
-электрофильтр с вращающимся осади-тельным электродом с пористой поверхностью;
-комбинированный фильтр-
пылегазоуловитель с циклоном и керамическим фильтрующим элементом;
-вихревой фильтр-пылегазоуловитель с регулируемыми геометрическими параметрами тангенциального завихрителя;
-механический гофрированный фильтр-пылеуловитель со съемным фильтрующим элементом;
-механический фильтр с объёмным фильтрующим элементом для задержания крупноди-
сперсных частиц и складчатым фильтрующим элементом для тонкодисперсных частиц.
Разработанные устройства представляют интерес с точки зрения проведения испытаний, оценки возможности и целесообразности их применения на предприятиях угольной промышленности.
Для повышения технического уровня охраны атмосферного воздуха и улучшения экологической ситуации в районах размещения предприятий угольной промышленности необходимо осуществление следующих мероприятий:
- оснащение источников выбросов ЗВ, не имеющих средств очистки, эффективными пы-легазоочистными установками;
- замена пылегазоочистных установок, не обеспечивающих очистку выбросов до установленных нормативов, более эффективными аналогами, переход от одноступенчатой схемы очистки на двух - и трехступенчатую;
- использование при технологических процессах горного производства и обогащения угля существующих эффективных способов и технических средств для предотвращения и снижения пылеобразования и выделения в атмосферу ЗВ;
- применение на действующих и проектируемых породных отвалах пожаробезопасных технологий их формирования;
- мониторинг теплового состояния породных отвалов с целью выявления очагов самовозгорания и принятия оперативных мер по их ликвидации;
- тушение горящих породных отвалов с переформированием конических отвалов в плоские отвалы и последующей рекультивацией;
- производственный контроль технического состояния пылегазоочистных установок и эффективности их работы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Чекменев Ю.В., Фурса А.Н., Чекменев А.Ю. Применение шахтного метана.// Уголь. 2016. № 5. С. 78-81.
2. Мазанник Е.В., Содов А.П., Могилева Е.М., Коликов К.С. Утилизация низкоконцентрированных метано-воздушных смесей.// Уголь. 2014. № 9. С. 86-87.
3. Бернер Г.Я. Технология очистки газа за рубежом. - М.: Изд-во "Новости теплоснабжения", 2006.
4. Буренин В.В. Удаление вредных веществ из пылевоздушных выбросов предприятий.// Экология производства. 2014. № 12. С. 56-63. .
REFERENCES
1. Chekmenev, Yu.V., Fursa, A.N., & Chekmenev, A.Yu. (2016) Primemenije shahtnogo metana [Use of coal mine methane]. Ugol - Coal, 5, 78-81. [In Russian]
2. Mazanik, E.V., Sodov, A.P., & Mogileva, E.M., Colicov K.S. (2014). Utilizatsia nizkokontsentrirovannyh metano-vozdushnyh smesej [Recycling concentrations of methane-air mixtures]. Ugol - Coal, 9, 86-87. [In Russian]
3. Berner, G.J. (2006). Tehnologija ochistki gasa za rubejom [Gas purification technology abroad]. Moscow: Izdatel'stvo "News heat". [In Russian]
4. Burenin, V.V. (2014). Udalenije vrednyh veshestv iz pylevozdushnyh vybrosov predprijatiy [Removing harmful substances from the dusty emissions enterprises]. Ekologiya proizvodstva - Production ecology, 12, 56-63. [In Russian]
GaSos
Стационарный газоанализатор контроля параметров атмосферы в зоне отработанного пространства
Блок индикации и передачи данных
Индикация
Цветной графический экран позволяет отображать данные в режиме
«онлайн» для всех измеренных параметров одновременно. Возможен вывод любой статистики в виде графиков или диаграмм.
Управление
Антивандальные конпки
Выносной блок для измерения концентрации газов и контроля параметров атмосферы
Измерение до 6 газов одновременно, а также температуры, относительной влажности и абсолютного давления одним блоком диффузионным методом без пробоотборного насоса.
Данная методика измерения позволяет снизить энергопотребление и повысить надежность газоанализатора
i if if"
Передача данных
Передача измеренных и расчетных данных в систему сбора информации шахты по цифровому интерфейсу RS-485 и по аналоговому выходу 0,4-2В
Зона отработанного пространства
на правах рекламы
52
