CC BY
69
УДК 622.85:658.26 © Д.Г. Закиров, М.А. Мухамедшин, А.В. Николаев, Г.Д. Закиров, 2019
Проблемы и пути повышения экологичности и энергетической эффективности развития угольных предприятий
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-9-112-115
ЗАКИРОВ Д.Г.
Доктор техн. наук, профессор, главный научный сотрудник ГИ УрО РАН, генеральный директор Ассоциации энергетиков Западного Урала, 614007, г. Пермь, Россия, emal: awup.perm@mail.ru
МУХАМЕДШИН М.А.
Ведущий инженер лаборатории геотехнологических процессов и рудничной газодинамики ГИ УрО РАН, 614007, г. Пермь, Россия, e-mal: man2108479@yndex.ru
НИКОЛАЕВ А.В.
Канд. техн. наук, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 614990, г. Пермь, Россия, e-mal: nikolaev0811@mail.ru
ЗАКИРОВ Г.Д.
Главный инженер проектного центра «ПНИПУ - Нефтепроект», 614010, г. Пермь, Россия, е-mail: zakirov@pc.pstu.ru
В статье проведен анализ существующих проблем развития предприятий угольной промышленности и природоохранных мероприятий в регионах добычи и переработки угля. Описаны имеющиеся на предприятиях отрасли нетрадиционные, вторичные энергетические ресурсы и преимущества их использования. Представлены методологические направления и принципы экологизации угольных предприятий для снижения вредного воздействия на окружающую среду.
Ключевые слова:энергетическая эффективность, эко-логичность, природоохранные мероприятия, потенциал, энергосбережение.
ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное развитие угольной промышленности может быть обеспечено только путем дальнейшего совершенствования технологий добычи и снижения издержек производства.
Анализ реальных условий развития топливно-энергетического комплекса России и средств транспорта энергоресурсов в перспективе показывает, что тенденция опережающего роста затрат на добычу и транспортировку топлива сохранится. Горнорудные и угледобывающие предприятия отличаются высокой энергоемкостью производства и негативным влиянием на окружающую среду.
В долгосрочной программе развития угольной промышленности России на период до 2030 г. предусмотрено снижение не менее чем в 1,5 раза энергоемкости добычи и переработки угля при улучшении экологической ситуации [1].
ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧНОСТИ
И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗВИТИЯ
УГОЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Строительство и эксплуатация горнорудных, угледобывающих и перерабатывающих предприятий сопровождаются многосторонним негативным воздействием на окружающую природную среду: изменение ландшафта, оседание земной поверхности, эрозия почв. В экологическом отношении это проявляется в загрязнении вредными веществами и отходами производства естественных водоемов, воздушного бассейна, изъятии из сельскохозяйственного оборота земель за счетобразования неблагоприятных форм техногенного рельефа, снижения продуктивности земельных угодий, ухудшения гидрологических и гидрогеологических режимов, изменений тепловых, магнитных, электрических и силовых полей в массиве разрабатываемых площадей, создании тепловых и газовых вертикальных инверсий в атмосфере. Особую экологическую опасность создает суммарное воздействие отходов предприятий угольной промышленности на окружающую среду.
Анализ состояния природоохранных мероприятий по регионам добычи и переработки угля показывает, что в настоящее время основная масса технических решений и мероприятий направлена на нейтрализацию и устранение последствий деятельности производств, а не на
исключение первопричин и их источников. Применяемые на практике технологии очистки воды и воздуха, водоочистные сооружения и пылегазоулавливающие установки несовершенны и малоэффективны. Поскольку нет комплексных технологий очистки, в очистных сооружениях улавливаются из нескольких десятков вредных веществ единицы, а остальные вновь поступают в природу. Данные меры малоэффективны, так как они не ликвидируют причины, порождающие негативные явления, а только частично ликвидируют последствия, что приводит к ухудшению экологической обстановки в регионах и большим экономическим затратам.
Для решения проблемы рекомендуется в качестве основного направления работ по эффективному снижению отрицательного воздействия на природную среду развивать малоотходные производства на базе комплексного использования попутных минеральных и энергетических ресурсов шахт, разрезов и других предприятий угольной отрасли, создав эколого-технологические процессы, взаимосвязанные не только с основной технологией добычи угля, но и с получением конечного продукта — электрической и тепловой энергии, строительных материалов.
Добыча и обогащение угля являются составными частями производства тепловой и электрической энергии, поэтому и угольное предприятие должно входить в состав энергетического холдинга, при этом конечным продуктом становятся уголь, электрическая и тепловая энергия. Самым рациональным способом совместить интересы партнеров я вляется созда ние межотраслевых холдингов, где все цепочки - от добычи угля до производства металла и электроэнергии - координируются в одной управленческой системе. Уже сегодня обеспокоенность существующими проблемами надежной поставки электроэнергии и ценовыми изменениями на нее заставляет крупных потребителей электроэнергии развивать собственную генерацию. Угроза конкуренции со стороны крупных потребителей электроэнергии оценивается менеджментом энергетических компаний как высокая.
При сложившемся соотношении цен на энергоносители экономически целесообразно ориентироваться угольным и горнорудным предприятиям на собственные источники тепловой и электрической энергии, а проблему повышения энергоэффективности и охраны окружающей среды следует рассматривать в рамках угольно-энергетического предприятия комплексно по всем звеньям технологической цепи: добыча и переработка топлива — производство энергии и ее потребление.
Технологические процессы угольно-энергетического предприятия, дополняя друг друга, позволят эффективно использовать природные ресурсы, создавать и применять безотходные и энергосберегающие технологии с учетом преимуществ сквозного производственного цикла. Органичная связка «ТЭС - угольное предприятие» даст возможность значительно снизить потери в сетях энергоснабжения источника топлива, с максимальной отдачей использовать утилизированную энергию отходов добычи угля (метан, низкотемпературные тепло шахтных вод, вентиляционной струи, дымовые газы, оборотная
вода и т.д.). Кроме того, использовать в качестве топлива отходы обогащения угля. Твердые отходы от сжигания угля на ТЭС имеет смысл использовать для закладки выработанного пространства в шахте, что позволит не изымать для складирования отходов дополнительные земельные угодья и исключить неизбежные при этом ре-культивационные работы. Эффективность такого комплексного подхода нами в свое время была доказана в технико-экономическом обосновании создания ТЭС на промплощадке шахты «Обуховская» ОАО «Ростовуголь» [2], несколько лет тому назад это было обосновано и доказано в ряде публикаций [3, 4, 5, 6] и вошло в долгосрочную программу развития угольной промышленности России до 2030 г. [1].
Иметь собственные источники энергии сегодня выгодно, так как их экономичность, как правило, не ниже, чем на электростанциях АО-энерго, а иногда и выше. Такие энергоисточники, полностью исключают транспортную составляющую тарифа, которая в составе общего тари-фана электроэнергию сегодня более 50% [4].
Создание собственных источников энергии на угольных промышленных предприятиях объясняется целым рядом преимуществ мини-ТЭЦ:
- значительным снижением потерь электрической и тепловой энергии за счет их приближения к потребителям;
- уменьшением в 2-3 раза затрат предприятий на электроэнергию и тепло и, соответственно, снижением себестоимости выпускаемой промышленной продукции;
- существенным повышением надежности электроснабжения и независимостью роста мощности предприятий от потенциала энергосистем.
Кроме того, в настоящее время электрический КПД мини-ТЭЦ достигает 40%, а тепловой — 50%, то есть их полный КПД находится в пределах 80-90%, что даже выше, чем крупных ТЭЦ [4].
Сооружение мини-ТЭЦ обходится значительно дешевле, чем строительство крупных электростанций. К тому же такие ТЭЦ весьма привлекательны для инвестиций, так как окупаются за 1-4 года [5].
Исходя из этого, Ассоциацией энергетиков Западного Урала совместно с ГИ УрО РАН была разработана Концепция решения проблемы надежности, экономичности энергоснабжения потребителей строительством собственных источников энергии, которая активно внедряется на предприятиях Западного Урала, дает хорошие результаты.
Угольная промышленность характеризуется одновременно наличием нетрадиционных источников энергии, к которым относится теплота шахтных вод, вентиляционных выбросов, хозяйственно-бытовых стоков и породных отвалов. Использование этих нетрадиционных источников энергии, утилизация низкопотенциального тепла с использованием попутного шахтного метана для теплоснабжения и горячего водоснабжения потребителей шахты являются весьма актуальной задачей [7, 8].
Актуальным остается использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). К источникам таких ВЭР относятся тепло дымовых газов котельных, оборотная вода компрессорных установок, вентиляционной струи, шахтных вод.
Для получения дополнительной энергии необходимо предусматривать утилизацию всех имеющихся вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), обладающих определенным тепловым потенциалом, а также использование попутного газа метана.
Весьма актуальной остается проблема повышения энергетической эффективности угольной отрасли.
Как показывает анализ проведенных энергетических обследований, предприятия угольной промышленности имеют значительный выявленный потенциал энергосбережения основных видов энергетических ресурсов [4, 7]:
- по электроэнергии - до 7-15%;
- по тепловой энергии - до 10-19%;
- по котельно-печному топливу - до 15-18%;
- по моторному топливу - 1,5-5% [8].
Реализация имеющихся резервов обеспечит большой экономический результат, поскольку эффективное использование топливно-энергетических ресурсов, в том числе вторичных ресурсов, и минимизация экологических платежей за счет внедрения природоохранных технологий значительно снизят издержки основного производства на природоохранную деятельность, сделают его прибыльным. С оптимизацией всех технологических звеньев топливно-энергетического процесса, конечной продукцией которого является электрическая и тепловая энергии, выполняется и другая цель - создание интенсивного горного производства с получением дополнительной (и дешевой) энергии.
Экологизация угольного предприятия зависит от организации технологических процессов добычи и переработки угля, обеспечивающих рациональное использование и охрану недр, комплексное использование отходов с получением товарной продукции, полное исключение или уменьшение до санитарных норм загрязнения окружающей среды отходами добычи и переработки угля, исключение нарушения земельных угодий, замкнутые водо-оборотные циклы и замкнутые топливно-энергетические структуры. Требования представляют собой систему ограничений (экологических и экономических), целесообразных технологических направлений и возможных технических решений добычи и переработки угля, обеспечивающих рациональное природопользование и охрану окружающей среды [9].
Кроме того, методологические направления экологизации следует различать по сферам воздействия угольного производства на окружающую среду. Так, для уменьшения вредного воздействия на водные и земельные природные ресурсы базовым направлением следует считать применение безотходных технологий добычи угля, а для снижения загрязнения биосферы основное направление - переход к безотходному производству или к безотходным технологиям, а также применение энергосберегающих технологий и технологий очистки и пылегазоулавливания. Основные принципы экологизации непосредственно добычи угля заключаются в:
- размещении пород вскрыши, а также пород от проведения и ремонта горных выработок и от обогащения в выработанных пространствах разрезов и шахт, исключая складирование их на поверхности;
- максимальном ограничении техническими и технологическими приемами притоков воды в горные выработки, исключении дренажных вод из процесса смешения с технологическими и их загрязнения;
- очистке загрязненных шахтных и карьерных вод непосредственно в шахте или на разрезе, позволяющей использовать их для технологического водоснабжения;
- минимальном отчуждении земель для застройки путем размещения инженерных объектов в заглубленных и полузаглубленных полостях;
- сохранении подрабатываемого массива с применением закладки и других способов поддержания массива пород выработанного пространства [3].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По нашему мнению, предприятия угольной промышленности целесообразно рассматривать в составе комплекса производств, расположенных на одной промпло-щадке и выпускающих конечную продукцию в виде товарного угля, стройматериалов, электрической и тепловой энергии.
Создание такого комплекса производств обеспечит минимальное отчуждение земли, возможность размещения в горных выработках невостребованных отходов всех производств комплекса, использование очищенных сточных вод для технологического водоснабжения, покрытие нужд тепла и электроэнергии за счет собственных источников, сокращение перевозок, совмещение ряда служб и вспомогательных объектов. Снижение вредного воздействия на окружающую среду будет обеспечиваться как на уровне отдельных производств, так и всего комплекса в целом.
В Горном институте УрО РАН ведутся работы, направленные на исследование энергетических и экологических проблем развития угольной, горнорудной промышленности, энергетики и промышленных предприятий, направленные на снижение энергоемкости и экологизацию производства, повышение энергетической эффективности и энергосбережения, внедрение возобновляемых и вторичных источников энергии. При этом в качестве методологической основы был принят системный и инновационный подход.
На основании методологических подходов к решению локальной экологической и энергетической оптимизации была разработана обобщенная модель рациональной экологизации технологических объектов на примере угольного предприятия на базе энергосберегающих природоохранных и безотходных технологий, разработана модель управления природоохранной деятельностью промышленного предприятия.
Для повышения энергетической эффективности и экологизации горнорудных и угольных предприятий необходимо создать предприятия по добыче и выработке тепловой и электрической энергии, строительных материалов и комплексному использованию отходов производства.
Сп исок литературы
1. Долгосрочная программа развития угольной промышленности России на период до 2030 года / Утверждена Распоряжением Правительства РФ от 24.01.2012 N 14-р).
URL: https://www.rosugol.ru/upload/pdf/dpup_2030.pdf (дата обращения: 15.08.2019).
2. Закиров Д.Г. Основные пути комплексного решения эффективности угольного производства // Уголь. 2002. № 11. С. 61-62.
3. Закиров Д.Г. Концептуальные основы энергосбережения в угольной промышленности России // Уголь. 2001. № 4. С. 13-16.
4. Закиров Д.Г. О путях решения проблем надежности и экономичности энергоснабжения потребителей, снижения энергоемкости производства // Энергетик. 2006. № 9. С. 9-10.
5. Закиров Д.Г., Закиров Д.Д., Мухамедшин М.А. Научно-методические основы разработки программ повышения энергоэффективности и энергосбережения угольных предприятий на базе энергетических обследований // Уголь. 2010. № 3. С. 66-68. URL: http://www.ugolinfo.ru/ Free/032010.pdf (дата обращения: 15.08.2019).
6. Закиров Д.Г. Инновационные решения в повышении энергетической эффективности и экологичности угольной промышленности // Уголь. 2011. № 4. С. 73-75 URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/042011.pdf (дата обращения: 15.08.2019).
7. Закиров Д.Г. Тепловые насосы - теплотрансформато-ры на службе экологии и энергоэффективности. Пермь: ООО «Печатный салон «Гармония», 2014. 424 с.
8. Закиров Д.Г., Рыбин А.А. Использование низкопотенциальной теплоты. М.: РУСАЙНС, 2015. В 2-х книгах: книга 1 - 158 с., книга 2 - 154 с.
9. Красноштейн А.Е., Закиров Д.Г. Энергетические и экологические проблемы развития угольной промышленности и пути их решения // Уголь. 2009. № 6. С. 69-73. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/062009.pdf (дата обращения: 15.08.2019).
ECOLOGY
UDC 622.85:658.26 © D.G. Zakirov, M.A Mukhamedshin., A.V. Nikolaev, G.D. Zakirov, 2019
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 9, pp. 112-115
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-9-112-115
Title
PROBLEMS AND wAYS TO IMPROVE THE ENVIRONMENTAL FRIENDLINESS AND ENERGY EFFICIENCY OF THE DEVELOPMENT OF COAL FACILITIES
Authors
Zakirov D.G.1, 2, Mukhamedshin M.A.', Nikolaev A.V.3, Zakirov G.D.4
1 Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, 614007, Russian Federation
2 Association of Power Engineers of the Western Urals, Perm, 614007, Russian Federation
3 Perm National Research Polytechnic University, Perm, 614990, Russian Federation
4 Design center "PNIPU - Nefteproekt", Perm, 614010, Russian Federation
Authors' Information
Zakirov D.G., Doctor of Engineering Science, Professor, Chief Researcher, General Director, e-mail: awup.perm@mail.ru
Mukhamedshin M.A., Leading Engineer of the Laboratory of Geotechno-logical processes and mine gas dynamics, e-mal: man2108479@yndex.ru Nikolaev A.V., PhD (Engineering), e-mal: nikolaev0811@mail.ru Zakirov GD, Chief Engineer, e-mail: zakirov@pc.pstu.ru
Abstract
The paper analyzes the existing problems of the development of coal industry enterprises and environmental measures in the regions of coal mining and processing. Non-traditional, secondary energy resources available at the enterprises of the industry and the advantages of their use are described. The methodological directions and principles of greening coal enterprises are presented to reduce the harmful effects on the environment.
Keywords
Energy efficiency, Environmental friendliness, Environmental measures, Potential, Energy saving.
References
1. Dolgosrochnaya programma razvitiya ugol'noy promyshlennosti Rossii na period do 2030 goda. Utverzhdena Rasporyazheniyem Pravitel'stva RF ot 24.01.2012 N 14-r [Long-term program for the development of the Russian coal industry for the period until 2030. Approved by Order of the Government of the Russian Federation of 24.01.2012 No. 14-r]. Available at: https:// www.rosugol.ru/upload/pdf/dpup_2030.pdf (accessed 15.08.2019). (In Russ.).
2. Zakirov D.G. Osnovnyye puti kompleksnogo resheniya effektivnosti ugol'nogo proizvodstva [The main ways of a comprehensive solution to the efficiency of coal production]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2002, No. 11, pp. 61-62. (In Russ.).
3. Zakirov D.G. Kontseptual'nyye osnovy energosberezheniya v ugol'noy promyshlennosti Rossii [Conceptual basics of energy conservation in the Russian coal industry]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2001, No. 4, pp. 13-16. (In Russ.).
4. Zakirov D.G. O putyakh resheniya problem nadezhnosti i ekonomichnosti energosnabzheniya potrebiteley, snizheniya energoyemkosti proizvodstva [About the ways to solve the problems of reliability and efficiency of energy supply to consumers, reduce the energy intensity of production]. Energetik -Энергетик, 2006, No. 9, pp. 9-10. (In Russ.).
5. Zakirov D.G., Zakirov D.D. & Mukhamedshin M.A. Nauchno-metodicheskiye osnovy razrabotki programm povysheniya energoeffektivnosti i energosberezheniya ugol'nykh predpriyatiy na baze energeticheskikh obsledovaniy [Scientific and methodological foundations for the development of energy efficiency and energy saving programs for coal enterprises based on energy surveys]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2010, No. 3, pp. 66-68. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/032010.pdf (accessed 15.08.2019). (In Russ.).
6. Zakirov D.G. Innovatsionnyye resheniya v povyshenii energeticheskoy effektivnosti i ekologichnosti ugol'noy promyshlennosti [Innovative solutions to improve energy efficiency and environmental friendliness of the coal industry]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2011, No. 4, pp. 73-75. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/042011 .pdf (accessed 15.08.2019). (In Russ.).
7. Zakirov D.G. Teplovyye nasosy - teplotransformatory na sluzhbe ekologii i energoeffektivnosti [Heat pumps - heat transformers in the service of ecology and energy efficiency]. Perm, "Pechatnyy salon "Garmoniya" LLC, 2014, 424 p. (In Russ.).
8. Zakirov D.G. & Rybin A.A. Ispol'zovaniye nizkopotentsial'noy teploty [Use of low-potential heat]. Moscow, RUSAINS Publ., 2015, in 2 books: book 1 - 158 p., book 2 - 154 p. (In Russ.).
9. Krasnoshteyn A.E. & Zakirov D.G. Energeticheskiye i ekologicheskiye prob-lemy razvitiya ugol'noy promyshlennosti i puti ikh resheniya [Energy and environmental problems of the development of the coal industry and ways to solve them]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2009, No. 6, pp. 69-73. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/062009.pdf (accessed 15.08.2019). (In Russ.).
Received August 2,2019
