CC BY
86
© М. Груйич, 2002
УДК 621.867.2
М. Груйич
ПРЕИМУЩЕСТВА ТРУБЧАТЫХ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ ДЛЯ ТРАСПОРТИРОВАНИЯ УГЛЯ И ЗОЛЫ
В
М. ^ условиях отечественного производства почти 70 электроэнергии получают сжиганием угля на теплоэлектростанциях. Для этих целей используют в основном низкокалорийные угли (лигниты). На теплоэлектростанциях в результате сжигания угля получают большое количество золы, следовательно - все более и более обостряется вопрос ее отсыпки и загрязнения окружающей среды. Потому на повестку дня ставится вопрос о возможности укладки золы в выработанное пространство карьеров, расположенных близ теплоэлектростанций.
Кроме того, увеличение добычи угля на карьерах вызывает необходимость находить более эффективные способы транспортирования угля на теплоэлектростанции. Необходимость эта становится еще более актуальной, если учесть довольно строгие требования к охране окружающей среды.
Потому одним из возможных решений можно считать применение реверсивных трубчатых ленточных конвейеров, которые могли бы удовлетворить большую часть требований относительно эффективного, надежного и экологического транспорта угля и золы.
Цель настоящей статьи -рассмотреть некоторые возможности применения реверсивных трубчатых ленточных конвейеров, транспортирующих в одном направлении уголь из карьеров на теплоэлектростанции, а при возвратном движении - золу для укладки ее в выработанное пространство. При этом учитывается специфика отечественного производства на карьерах и теплоэлектростанциях.
Основные принципы укладки золы в выработанное пространство
Снабжение теплоэлектростанций углем должно быть своевременным, без простоя, причем с относительно небольшими складами. Склады угля в рамках теплоэлектростанций занимают значительную площадь (с учетом суточного потребления), что обуславливает опасность окислительных процессов и снижения калорийности угля. Потому необходимо непрерывным, надежным, безопасным, экономичным и экологичным транспортным средством обеспечить доставку угля от угольных карьеров до теплоэлектростанций.
Принято транспортировать уголь от угольных карьеров до тепловых электростанций конвейерами непрерывного действия либо комбинированными траспортными системами, включающими сочетание ленточных конвейеров с железнодорожным транспортом или грузовыми автомобилями. Все более распространенным в мире становится транспорт
угля по трубам. Длина транспортирования различна, варьируясь от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров. При большой протяженности траспортирования трасса пересекает различные категории окружающей среды, испытывающей отрицательное воздействие от работы транспортных средств или от транспортируемых материалов.
Производство электроэнергии в Сербии в основном сосредоточено вокруг двух крупных горно-энергетических бассейнов (Колу-ба-ра и Костолац), где добывают свыше 95 % угля, сжигаемого на 5 теплоэлектростанциях. Теплоэлектростанции расположены близ 7 карьеров, причем максимальное расстояние составляет 43 км. Неблагоприятным обстоятельством является то, что и тот и другой бассейн расположены в плотно заселенных сельскохозяйственных регионах, обладающих значительным потенциалом. Добыча и сжигание угля привели к значительной деградации площадей, отведенных под карьеры, отвалы вскрышных пород и отвалы золы.
Лигнитовые угли, добываемые в Колубаре и Костолаце, отличаются высоким содержанием золы (17-18,5 %). Это означает, что упомяутые теплоэлектростанции дают около 5,5 млн т пепла в год (табл. 1). В данный момент в прилегающих к теплоэлектростанциям районах под отвалы золы отведено около 1100 га плодородных сельскохозяйственных угодий с тенденцией роста нарушенных площадей, которые до 2010 года составят свыше 1500 га. Кроме того, зола является значительным источником загрязнения воздуха; по-
тому, что оба энергетических бассейна расположены в зонах сильных ветров. Загрязнение прилегающих водотоков сточными водами из системы гидротранспорта превышает допустимые пределы. Этот факт немаловажен, так как оба бассейна расположены недалеко от двух крупных европейских рек (Дунай, Сава).
Применение золы в различных отраслях строительного дела и промышленности Югославии ничтожно (около 5 %), причем без показателей тенденции роста в предсказуемом будущем. Действующий способ отсыпки золы предусматривался в те времена, когда требования охраны окружающей среды были менее строгими. Кроме того, в силу объективных и субъективных причин за последнее десятилетие наступило значительное ухудшение, отклонение от плановых решений, что особенно сказывается на экологии района.
Наиболее рациональным решением представляется отсыпка золы в выработанное пространство угольных карьеров. Для этих целей необходимо произвести подготовительные работы, определить параметры внутренних отвалов золы (кассеты, способ отвердения золы, рекультивация и т.п.). В районах, упомянутых 5 теплоэлектростанций (идет постройка шестой), расположены 7 угольных карьеров объемом несколько сотен миллионов кубометров выработанного
Таблица 1
ТЭС TENT A TENT B Kolubara A Kostolac A Kostolac B
Расход угля в тыс., т, 12.000 10.000 2.500 2.400 4.200
Количество золы в тыс., т, 1.750 1.560 600 600 1.000
пространства. Часть этого пространства регулярно заполняется в рамках технической рекультивации. Тем не менее, остается достаточно пространства для отсыпки золы.
Идея о складировании золы из теплоэлектростанций в выработанное пространство не является новой в отечественной энергетике. Ведь для этого производилась серьезная подготовка еще на стадии вскрышных работ и выемки угля. Для целей отсыпки золы из теплоэлектростанции Колубара «Б» (еще идет постройка) в угольные карьеры Тамнава подготовительные работы были во всем разгаре. И все же они были приостановлены с значительной отсрочкой завершения строительства теплоэлектростанции.
Отсыпка золы и шлака во внутренние отвалы карьеров отличается следующими преимуществами:
• не нарушается плодородная почва близ теплоэлектростанций;
• заполняется выработанное пространство, образованное при выемке угля и отсыпке вскрышных пород во внешний отвал;
• уменьшается возможность образования впадин в местах, где произведена выемка угля;
• уменьшаются издержки рекультивации карьеров и
т.д.
Кассеты для складирования золы надо сооружать, как правило, в фазе отсыпки пустой породы во внутренние отвалы. Наиболее рациональной формой кассеты оказывается форма четырехугольника. Для сооружения кассет в первой фазе применяют отвалообразователи верхнего яруса отвала, причем при работе в отсупательном порядке. Тогда формируют бортовые, внешние и перегородочные насыпи. Высота насыпи кассеты обусловлена типом отвалообразоователя. При необходимости увеличить высоту насыпи во второй фазе это делают с помощью эскаватора-драглайна. Вторая фаза подразумевает заполнение объема кассеты с первичной консолидацией золы. Лежачий бок и стенки кассеты обкладывают глинистыми породами для предотвращения проникновения воды из золы в водотоки.
После складирования золы в кассеты в рамках внутренних отвалов карьеров Тамнава приступают к процессу рекультивации. Для правильной рекультивации необходимо предварительно определить химический состав золы и ее свойства относительно отвердения. Работы по технической рекультивации минимальны и сводятся к планировке поверхности золы в кассетах.
Биологическая рекультивация производится естественным или искусственным способом. Естественная рекультивация представляет собой длительный и ненадежный процесс, а потому и приступают к озеленению и лесным насаж-
дениям. Притом обычно на поверхность золы наносят слой почвы (почву берут с близ расположенных внешних отвалов) и нередко гумусовый (верхний) слой, способствующий более качественной биологической рекультивации.
Возможность применения трубчатых ленточных конвейеров для реверсивного транспорта угля и золы
Главным препятствием для решения задачи отсыпки золы в выработанное пространство карьеров являются значительные транспортные издержки при экологических ограничениях, которые в значительной степени могут ограничивать внедрение определенных технических решений. В рамках научного проекта, разрабатываемого для потребностей Министерства Республики Сербии по здравоохранению и защите окружающей среды под названием РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭМИССИИ И ОТСЫПКИ ЗОЛЫ ИЗ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НИКОЛА ТЕСЛА (ТЕНТ) В ОБРЕНОВАЦЕ, рассматривалась, так же, возможность транспорта и отсыпки золы в карьеры Тамнава горно-добывающего бассейна Колубара. Теплоэлектростанция Никола Тесла расположена в двух местностях (ТЕНТ«А» и ТЕНТ«Б»), расположенных на расстоянии 12 км друг от друга, причем здесь речь идет о двух независимых производственных системах.
Учитывая потребность больших капиталовложений в транспортную систему для золы от ТЕНТ«А» и ТЕНТ«Б» до карьеров, экономически целесообразным можно считать только сооружение реверсивной транспортной системы, транспортирующей в одном направлении уголь, в другом -золу и шлак с их доставкой близко к отвальному участку. Для этих целей надо выявить возможность применения реверсивных ленточных конвейеров, с помощью которых из направления горно-добывающего бассейна Колубара производилась бы перевозка угля, тогда как на обратном пути транспортировалась бы зола для укладки ее в выработанное пространство.
Доставка угля в ту и другую теплоэлектростанцию в настоящее время производится комбинированной системой: ленточные конвейеры - железнодорожный транспорт. Уголь с четырех карьеров поступает к двум погрузочным пунктам (Вреоци и Тамнава), где производят погрузку в вагонетки с последующей перевозкой до теплоэлектростанций (Колубара «А», ТЕНТ «А» и ТЕНТ «Б»). На рис. 1 представлена схема железнодорожного транспорта от горнодобывающего бассейна Колубара до теплоэлектростанций.
Для транспортирования около 25 млн т угля в год необходимо 12 составов (с одним запасным). Тяга этих составов в каждый момент производится с помощью 6 электровозов. Транспортные расстояния от погрузочных пунктов до теп-
лоэлектростанций составляют
- Тамнава - ТЕНТ«А» . 24 км
- Вреоци - ТЕНТ«А» 33 км
- Тамнава - ТЕНТ«Б» 31 км
- Вреоци - ТЕНТ«Б» ... 43 км
Общее число занятых на железнодорожном транспорте
варьируется и составляет около 600 работников. Трасса действующей транспортной системы (ж/д пути) проходит по большей части через населенные пункты, частично нарушенную окружающую среду, а также через хорошо сохранившиеся сельскохозяйственные районы.
Предварительными исследованиями установлено, что применительно к группе реверсивных систем наилучшие результаты достигаются применением трубчатых конвейеров.
Принцип работы трубчатых ленточных конвейеров можно описать следующим образом. К погрузочному пункту лента поступает в развернутом виде шириной В. При этом лента опирается на несущие (опорные) ролики стандартной формы и конструкции. После погрузки при помощи системы направляющих роликов лента все более и более изгибается до тех пор пока профиль полностью не замкнется, получая форму трубы. В разгрузочном пункте лента так же постепенно принимает свою развернутую форму, после чего разгрузка производится наподобие классических ленточных конвейеров. Холостая ветвь кон-
немаловажно для реверсивной работы.
Трубчатые ленточные конвейеры обладают рядом преимуществ, которые весьма актуальны при транспортировании угля и золы:
• высокая производительность;
• возможность перевозки при больших углах наклона (до 40°);
• предотвращение контакта грузов с окружающей средой на тех участках трассы, где формируется труба;
• возможность перевозки на трассах с поворотами в горизонтальной плоскости;
• высокая степень автоматизации.
Производительность трубчатых ленточных конвейеров обусловлена шириной ленты, то есть диаметром трубы, скоростью движения ленты и степенью заполненности. В табл. 2 приводится характеристика трубчатых ленточных конвейеров некоторых германских изготовителей.
Одной из самых крупных проблем, которую необходимо решить при установке системы с трубчатыми ленточными конвейерами, является собственно определение максимальной длины одного конвейера. К этому вопросу нужно отнестись с должным вниманием, учитывая, что здесь речь идет о полной загруженности как верхней, так и нижней ветвей ленты конвейера.
По данным предварительных расчетов трубчатые ленточ-Таблица 2
Рис. 1. Схема железнодорожного транспорта до теплоэлектростанций
ные конвейеры с полной реверсивной загруженностью углем и золой могут иметь максимальную длину в 4000 м. Это означает, что для одновременного транспортирования угля и золы от Об-реноваца до карьеров Тамнава нужна система, состоящая не менее чем из 6-8 конвейеров.
Для принятия окончательного решения относительно концепции транспорта трубчатыми конвейерами необходимо ответить на следующие вопросы:
1. Какова оптимальная трасса транспортной системы?
2. Каково местонахождение погрузочно-разрузочного пункта близ ТЕНТ«А» и ТЕНТ«Б»?
3. Каковым должен быть оптимальный способ транспортирования золы от ТЕНТ до магистральной системы и от магистральной системы транспорта до пунктов отсыпки в кассеты и др.
Благодаря тому, что трубчатые ленточные конвейеры допускают повороты в горизонтальной плоскости, трасса магистральной системы транспорта угля и золы может быть проложена и рядом с трассой имеющихся железнодорожный путей. Кроме того, трассу можно сократить, если определить кратчайшее расстояние, хотя решение это требует больших размеров экспроприации и постройки энергетических сооружений для снабжения приводных станций. Угрожающее воздействие на окружающую среду отсутствует; нередко эти установки применяют в хорошо сохранившейся окружающей среде (рис. 2).
В качестве примера схемы транспортирования и отсыпки золы из теплоэлектростанций ТЕНТ«А» и ТЕНТ«Б» можно предложить следующее:
• золу из теплоэлектростанций доставляют до сборного пункта гидравлическим путем с плотной смесью;
• на сборном пункте формируется временный отвал (до 100 тыс. т), на котором производится подготовка золы к конвейерному транспорту;
• с помощью автоматизированных дозаторов загружают ленту в развернутом виде;
• одновременно с доставкой угля при использовании системы из 6-8 конвейеров уголь транспортируют в обратном направлении до строящейся теплоэлектростанции Колубара «Б»;
• разгрузку золы производят в пределах ТЕС Колубара «Б», где идет ее подготовка к транспорту гидравлическим путем (по системе, предусмотренной для
Производительность, т3/ч 430 710 1300 2100 3300 4700 7300
Ширина ленты, мм 750-900 900-1050 1050-1200 1200-1500 1500-1800 1800-2000 2000-2400
Диаметр трубы, мм 300 350 400 500 600 700 850
Скорость движения ленты, м/с 2.50 2.91 3.33 3.75 4.16 4.58 5.00
золы Колубары «Б») до кассет внутри карьера Тамнава-Запад;
• в рамках системы гидравлического транспорта до кассет производят подготовку золы для ее отверждения;
• отсыпку производят в подготовленные кассеты, на которые по окончании процесса первичного отверждения наносят пустые породы с временного отвала, затем производят техническую и биологическую рекультивации.
На рис. 3 представлена схема транспорта и укладки золы из теплоэлектростанций ТЕНТ «А» и ТЕНТ«Б» в выработанное пространство карьера Тамнава-Запад. На этой же схеме представлен и транспорт угля реверсивными конвейерами с карьеров горно-добывающего бассейна Колубара.
Основная характеристика реверсивной системы трубчатых ленточных конвейеров для транспортирования угля и золы:
- годовая производительность транспорта угля 25 млн т
- годовая производительность транспорта золы 4,8 млн т
- максимальная длина транспортной системы.......27 км
- кол-во конвейеров в магистральной системе.......6-8
- ширина ленты в развернутом виде.............2400 мм
- диаметр трубы с лентой.......................850 мм
- скорость движения ленты..................4,8 м/с
Рис. 2. Трубчатый конвейер
Рис. 3. Схема траспорта золы и угля системой трубчатых конвейеров: ПКТ-угольные карьеры Тамнава; ПТ — погрузочная станция угля; ПР — погрузочная станция золы; Ю — разгрузочная станция золы; СЮ — центральная разгрузочная станция угля; ЗЗР — сборная станция золы
Поскольку угольные карьеры Тамнава предусмотрены для отсыпки золы из теплоэлектростанции Колубара «Б» (после завершения ее строительства), необходимо по мере развития новых карьеров в этой части бассейна (Ралево, Тамнава-юг) предусмотреть сооружение кассет для отсыпки золы из трех теплоэлектростанций .
Выводы
Проблемы, возникающие вследствие складирования значительного количества золы близ теплоэлектростанций, вызывают необходимость рассмотреть возможность укладки золы в выработанное пространство угольных карьеров. Проведенными анализами выявлено, что большим препятствием, стоящим на пути решения проблемы, является (по экономическим и экологическим причинам) транспорт золы от теплоэлектростанций до карьеров.
При реконструкции и модернизации транспорта угля от карьеров до теплоэлектростанций нужно рассмотреть и возможность применения конвейеров непрерывного действия для возвратного транспорта золы. Для этих целей наиболее пригодными являются трубчатые ленточные конвейеры, прежде всего, по экологическим соображениям, а также благодаря возможности преодоления больших подъемов и создания горизонтальных поворотов. Применением реверсивных трубчатых конвейеров можно сократить затраты энергии, уменьшить число рабочего персонала, сгладить проблему отсыпки золы на теплоэлектростанциях, усовершенствовать процесс складирования и отвердения золы в подготовленных кассетах на угольных карьерах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Груйич М., Лонч М. Преимущества непрерывного транспорта угля для окружающей среды. 6ой Международный симпозиум "Поточная технология на карьерах", Фрайберг, 2001. - С. 233-241.
2. Груйич М. Возможность применения ленточных конвейеров для транспортиро-
вания от шахты на электростанцию угля, а в обратном направлении пепла. 2ая. Международная конференция "Технологии по охране окружающей среды в минералогии", 11-12 сентября 2001, Херлани, Республика Словакия.
3. Лаксич М., Бабович М., Викойчич Р., Ненич Д. Обоснование модели образование отвала зоны внутри выемок от вскрыши в угольных карьерах. 3-ий Международный симпозиум «Горное дело и защита окружающей среды», Белград-Врдник, 2123.5.2001. - С. 148-151.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Милош Груйич — профессор, доктор, Горно-геологический факультет Белградского университета
