Научная статья на тему 'Охрана окружающей среды при перевозке угля железнодорожным транспортом'

Охрана окружающей среды при перевозке угля железнодорожным транспортом Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
1588
194
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Охрана окружающей среды при перевозке угля железнодорожным транспортом»

СЕМИНАР 11

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2000”

МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 года

^ И.Г. Ищук, Е.А. Старокожева, ■

2000

УДК 502:625:622.333

И.Г. Ищук, Е.А. Старокожева

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ УГЛЯ ■ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ■ ТРАНСПОРТОМ^..........

О

дним из наиболее пылящих процессов на разрезах и поверхностных комплексах шахт является погрузка угля в железнодорожные полувагоны. Так, на разрезе «Нерюнгринский» АО «Якутуголь» при этой операции ежегодно выделяется в атмосферу до 250-300 т пыли. На разрезе «Богатырь» в Эки-бастузе запыленность воздуха на уровне погрузки угля в полувагоны самоходным погрузочным устройством СПУ-5000 достигает 93 г/м3.

На угольных шахтах интенсивным источником пылевыделения являются поверхностные комплексы, где идет погрузка угля в полувагоны. Запыленность воздуха на расстоянии 5 м от узла погрузки находится на уровне 50100 мг/м3. Учитывая наличие в отдельных регионах по 10-20 шахт и более можно представить остроту проблемы.

Наблюдения показали, что при загрузке железнодорожных полувагонов основная часть пыли образуется в начальный момент загрузки при выпуске горной массы из бункера погрузочного устройства вследствие удара последней о дно вагона. Так как за доли секунды в вагон падает до 12-20 т горной массы, то вытесняемый воздушный поток приобретает большую скорость и кинетическую энергию. В результате воздушный по ток уносит с собой пыле вые частицы горной мас сы и интенсивно поднима ет пыль с пола полуваго на. Воздушный поток, бу дучи насыщенным пылью сначала движется к торцо вым бортам полувагона и ударяясь о последние

поднимается по ним вверх и выбрасывается в атмосферу.

Особо интенсивное пылевыделе-ние наблюдается при загрузке полувагонов через опорожненный бункер, но при работающем отвальном транспортере, когда горная масса падает с высоты до 10-20 м непосредственно в полувагоны. Эжектируемый запыленный воздушный поток поступает в полувагоны с большой кинетической энергией, а затем выбрасывается из вагона в атмосферу разреза.

На основании экспериментальных работ, выполненных на разрезе «Богатырь» ПО «Экибастузуголь», рекомендована система аспирации и пылеулавливания для пунктов погрузки угля в железнодорожные полувагоны (рис. 1).

Из приведенных в таблице 1 результатов промышленных испытаний системы аспирации бункеров СПУ-5000 видна эффективность и целесообразность ее применения на стационарных и передвижных пунктах погрузки угля в железнодорожные полувагоны.

В районах сухого и жаркого континентального климата при скоростях ветра более 3-4 м/с существенную роль в загрязнении атмосферы играет процесс сдувания пыли с поверхности угля в железнодорожных полувагонах при его транспортировании на большие расстояния. Установлено, что по

Таблица 1

РЕЗУЛЬТАТЫ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ В АСПИРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

пути следования железнодорожных составов от г. Экибастуза до г. Караганды (расстояние около 300 км) теряется 3-5 % угля в виде выдуваемой пыли, что для ЭТЭКа составляет 3-5 млн т топлива в год.

Лабораторные исследования сду-ваемости угольной пыли в аэродинамической трубе проведены при следующих условиях. Слой исследуемого экибастузского угля в пылевидном воздушно-сухом состоянии помещался на подложке внутри трубы. Пробы подвергались воздействию воздушного потока при скоростях от 0 до 10 м /с в течение одной минуты.

Интенсивность сдувания у определялась по разности массы проб до и после воздействия воздушного потока.

При доверительной вероятности 0,95 (п=3) ошибка эксперимента не превышала 8 %.

Результаты эксперимента приведены на рис. 2. Вид зависимости указывает на процесс, состоящий из двух стадий. Вначале происходит разрушение связей в пылевидном материале и с поверхности навески сдуваются отдельные частицы, затем начинается интенсивное сдувание перешедшей во взвешенное состояние пыли.

Определяющим параметром пылев-зметывания следует считать критическую скорость сдувания пыли, величина которой

Места замера запыленности Запыленность воздуха, мг/м3 Эффективность пылеподавления, %

В воздуховодах перед циклонами 63605 -

В воздуховодах за циклонами 4903 92,5

На выходе из фильтров тонкой очистки 373 93

Общая эффективность пылеподавления - 99

характеризует переход пылевидного материала во взвешенное состояние. Для экибастузского угля в воздушносухом состоянии эта скорость

равна 7, 1 м/с. Повышение естественной влажности угля до 8-10 % приводит к увеличению критической скорости сдувания пыли до 10-11 м/с и соответствующему снижению пы-левыделения. Поэтому оправданы усилия на разработку способов, повышающих естественную влажность пылевидных материалов, к которым можно отнести разрушенный и транспортируемый уголь. Однако при переработке и транспортировании угля наблюдается быстрая потеря несвязанной влаги, что приводит к росту пылевыделения за счет ветровой энергии.

Традиционное пы-леподавление водой не дает ожидаемого эффекта (рис. 3) из-за малой критической скорости сдувания пылевидного материала (11 м/с при влажности угольной пыли 10 %), а также из-за быстрого испарения влаги с поверхности.

Рис. 1. Система аспирации и пылеулавливания для пункта погрузки угля в железнодорожные полувагоны:

1 - аспирационный зонт, 2 -

аспирационный воздухопровод; 3 - батарейный пылеуловитель; 4 - бункер для сбора пыли; 5 - вентилятор-дымосос ДН-17; 6 -зернистый фильтр; 7 - полувагон; 8 - погрузочный желоб; 9 - бункер-дозатор; 10 - воздухораспределитель

Рис. 2. Зависимость сдуваемости угольной пыли от скорости воздуха

Рис. 3. Зависимость критической скорости сдувания пылевидного материала от влажности угольной пыли

Одним из кардинальных решений проблемы является нанесение на пылящую поверхность пылесвязующего состава, образующего на поверхности эластичную пленку. Пылевыделение становится невозможным до полного разрушения пленки или до ее покрытия новым слоем пылевидного материала. Такой состав можно образовать на основе высокомолекулярных соединений

(ВМС), которые не способны к испарению и не загрязняют воздушную сферу своими парами.

В качестве ВМС рекомендуется латекс марки СКСМ-30РП, являющийся эмульсией полистирола в воде. Это вещество, по заключению Института гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана, не является высокотоксичным соединением при ингаляционном поступлении и может применятся для предотвращения пылевы-деления на объектах ТЭКа.

Исследования показали, что целесообразно экранировать пылящую поверхность угля, транспортируемого в полувагонах, высококонцентрированными суспензиями в виде паст, которые обладают достаточной прочностью и эластичностью. С целью утилизации угольной пыли, улавливаемой аспира-ционно-вентиляционными системами, для получения пасты использовали эки-бастузский уголь (с размерами частиц менее 0,01 мм), водные растворы латекса и пенообразователя ПО-1. Последний является стабилизатором эмульсии. При промышленных испытаниях пылесвязующий состав содержал: угольную пыль-50 %, латекс СКСМ-30РП-0,5 %, реагент ПО-1-1 %, воду-остальное. Такой состав, как показали лабораторные исследования, является лучшим по се-диментационной устойчивости и по структурирующей способности. Пылесвязующий состав готовился в металлической емкости и насосом набрызгивал-

Таблица 2

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ СПОСОБА СНИЖЕНИЯ ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ УГЛЯ В ПОЛУВАГОНАХ НА БОЛЬШИЕ РАССТОЯНИЯ

Пункты транспортировки Средняя масса угля в Характеристика утилизированной пыли в полувагоне, т обработанных полувагонах

Обработан- ного Необработан- ного Влажность%, Содержание (%) частиц фракций (мкм)

0-100 100-500 500-1000

г. Экибастуз (станция погрузки) г. Караганда (станция разгрузки) 68,4 71,6 35,3 97,2 2,5 0,3

68,4 70,1 4,2 89,0 8,4 2,6

Разница 0,0 1,5 -31,1 -8,2 5,9 2,3

ся на поверхность угля в вагонах с расходом 3-30 л/м2. Уголь транспортировался на расстояние 300 км по маршруту: разрез «Восточный» ПО «Экибастуз-уголь» (г. Экибастуз)-ТЭЦ-3 объединения «Караганда-энерго» (г. Караганда).

Результаты испытаний оценивались по массе и влажности угля, а также дисперсности пыли в поверхностном слое до и после транспортировки. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Видно, что масса угля в обработанных рекомендуемым составом полувагонах после транспортировки не изменилась в то время, как необработанные вагоны в среднем потеряли по 1,5 т угля с каждого полувагона.

Высокие ветровые нагрузки при перевозке угля способствуют выдуванию с поверхности мелкой угольной пыли (класса 0-100 мкм). На каждую тонну утилизированной пыли из полувагона при транспортировке выдувается 5 кг тонкодисперсной пыли на тонну угля. Практически вся угольная пыль, исполь-

зуемая на приготовление пылесвязующего состава, остается в вагонах.

В настоящее время созданы эффективные и биологически мягкие смачиватели Синтанол ДТ-7 и Неонол В1020, пенообразователи Углепен и Углепен-Т. Эти химические реагенты (ПАВы) можно рекомендовать в растворах взамен биологически жесткого реагента ПО-1 в аналогичных количествах.

Временной фактор дает значимые изменения в прочности экранирующей пленки. Через 40 суток прочность пленок снижается до 2,5 раз, но пленка остается в 20-50 раз более прочной, чем после обработки материала водой. Учитывая продолжительность транспортирования угля по железной дороге, этим фактором можно пренебречь.

Температура окружающей среды и длительность ее воздействия оказывают влияние на седиментационную устойчивость паст. Исследования показали, что в течение 24 ч. максимальный стабилизирующий эффект достигается при 0^-5 оС (0,99), в пределах температуры 5^20

оС седиментационная устойчивость снижается до 0,97, а в пределах -10^-15 оС-до 0,95. Повышение температуры от 20 до 30 оС снижает устойчивость паст до минимума (0,93-0,94). Однако такие изменения седиментационной устойчивости паст не повлияли на эффективность пылесвязывания при транспортировании угля в полувагонах от Экиба-стуза до Караганды.

В результате изложенных результатов исследований рекомендуется следующая технология обработки полувагонов пылесвязующими составами:

• приготовление пасты необходимого состава и подвижности в стандартном растворном узле любого типа;

• транспортировка и слив пасты в приемный бункер на пункте погрузки угля в полувагоны;

• подача пасты растворонасосом производительностью 3-6 м3/ч (например, типа СО-50А) и ее набрызгивание с помощью форсунок на поверхность угля в полувагоне.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.