CC BY
104
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
© В.И. Косов, А.Н. Васильев, 2001
УДК 622.331 % --
В.И. Косов, А.Н. Васильев
РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ДОБЫЧИ ТОРФА
С
уществующие технологии добычи торфа требуют применения большого комплекта энергонасыщенных машин по осушению, подготовке, ремонту производственных площадей, технологического оборудования по производству продукции из торфа и транспорту ее до потребителя.
В результате сжигания горючего в двигателях машин в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ. Различают вредные выбросы которые нормируются действующими российскими и зарубежными стандартами и выбросы которые не нормируются, но дают заметный вклад в суммарную токсичность отработавших газов двигателей [1].
К нормируемым вредным веществам относятся:
оксиды азота N0,, -сумма N0 и NO2 в пересчете на N0^ оксид углерода (||) -СО; углеводороды, СН - пары несгоревшего топлива и смазочного масла в пересчете на СН^; частицы- твердый фильтрат (углерод) и аэрозоли несгоревшего топлива и смазочного масла, определяемые непосредственно или косвенно по показателю «дымность» отработавших газов.
К ненормируемым вредным веществам относятся:
оксиды серы S0х - сумма S02 и S03 в пересчете на S02; альдегиды - сумма формальдегида и акролеина в пересчете на акролеин (С3Н4О).
Торфяные месторождения, являясь лабильными природны-
ми экосистемами требуют особого подхода к их освоению и соответствующих экологически сбалансированных технологий [2]. Разработка торфяных ресурсов на данном « водном» объекте технологически сложна и должна проводится по технологиям, обеспечивающим минимальное экологическое вмешательство в экосферу [3, 4].
Актуальной задачей современного этапа является оценка применяемых способов добычи торфа с позиции экологии при добыче одной тонны высококачественной торфяной продукции.
Выбор наивыгоднейшего в экологическом отношении способа добычи торфа прежде всего должен максимально учитывать все положительные биогеосферные функции болот (рис. 1), однако их полный учет достаточно сложен и многообразен и поэтому в данном случае, в качестве критерия оценки экологичности технологических способов добычи торфа нами предлагается рассмотреть только выброс вредных веществ в атмосферу в результате сжигания горючего в двигателях машин при производстве 1 т торфа:
М = 10-3 Е Мтег, (1)
где Мт - расход топлива на производство
1 т торфяной продукции, кг/т; е^г - удельные
по топливу средневзвешанные выбросы, г/кг.
Удельные средневзвешанные выбросы загрязняющих веществ по топливу приняты по табл.1
Таблица 1
УДЕЛЬНЫЕ ВЫБРОСЫ ПО ТОПЛИВУ
Загрязняющие вещества Удельные средневзвешенные выбросы по топливу, Єіг ,г/кг
Оксиды азота:
М0х в пересчете на М02 75
N0 30
N02 30
Оксид углерода (||) СО 20
Углеводороды СН в пересчете на СН185 2,5
Взвешенные частицы 2
Оксиды серы S0х в пересчете на S02 10
Альдегиды А в пересчете на С3Н4О 1
Рис. 1. Биогеосферные функции болот
(данные ЦНИДИ) [1].
Первоначально рассчитаем расход топлива на производство 1 т торфяной продукции для одного из самых распространенных способов - фрезерного способа добычи торфа [5].
Примем технологическую схему строительства осушительной системы и подготовки торфяной залежи с применением комплекса машин КПО-О,
МТП-71, ТЭ-3М, МТП-42 А,
МТП-52 (категория месторождения вторая). Наименования работ, применяемые машины и механизмы, объем работ на 1 га площади и производительность машин принята согласно рекомендации [6]. На ремонте принята технологическая схема ремонта производственных площадей добычи торфа методом корчевания с применением комплекса машин МТП-26- МТП-29 [6].
Расход топлива на производство 1 т торфяной продукции определим по предлагаемой формуле (2), в которой первое слагаемое представляет расход топлива при строительстве осушительной системы и подготовки производственных площадей, второе и третье -работы технологического оборудования (уборочной машины, фрезера, ворошилки, валкователя и штабелирующей маши-ны),четвертое - работы оборудования на ремонте производственных площадей и пятое -транспорта продукции 48 Уг
1=1
104 SlPвсhср Рб
+ ^ 0 q0 Кд0 Кг 0 +
+ Е
/=1
П S0 г0 т .
Sjг]
N ]^ ]Кд] Кг]) / ^ oqц) +
(2)
18 Ук
+ Е NkqkKдk——JL-
к=1 SkT прЧс
21
+ NtqtKдt (—- + 5т)/Q,
ср
где NI, N0, N N, ^ - соответственно мощность двигателя машины, которая выполняет 1-ю операцию при строительстве осушительной системы и подготовки производственных площадей, технологического оборудования занятого на уборке, фрезеровании, ворошении, валковании и штабелировании, при ремонте производственных площадей, тепловоза или другого транспортного средства, кВт; дг, д0, qj, дк, дт - соответственно среднеэксплуатационный удельный эффективный расход топлива на дизель, кг/(кВтч); Кдг Кд0 ,Кд], Кдк, Кдт - коэффициенты использования двигателя по мощности; У1, У к -объем работ на 1 га площади; 104 - площадь 1 га, м2; SI, S0, SJ, Sк - соответственно производительность машины за 1 ч работы; рвс - выход торфа
из одного м3 залежи, т/м3; Иср - средняя глубина залежи, м; [ -коэффициент использования ба-
лансовых запасов; Кг0 ,К] - соответственно коэффициенты использования мощности двигателя по времени; г0, г] - соответственно число часов работы уборочной машины, фрезера, ворошилки, валкователя и штабелирующей машины в сутки, ч; т- повторность выполнения операции в цикле соответственно на фрезеровании, ворошении,
валковании и штабелировании; То, Т - соответственно продолжительность технологического цикла по операциям; qц - цикловой сбор торфа,т/га; Тпр - периодичность выполнения операций при ремонте производственных площадей, лет; qсез -
сезонный сбор торфа, т/га;ет- коэффициет использования площади; 1ср - расстояние транспор-
сред-
тирования торфяной продукции, км;
няя скорость транспортного средства, км/ч; 5т -время погрузки и выгрузки (обмена составов) транспортного средства, ч; Q - масса торфяной продукции, перевозимая транспортным средством, т.
Энергетические затраты (кВт ч/ т) на 1 т продукции определим по предлагаемой формуле (3)
48
Э -Е N
Уг
4 + (N0 + Е^
г'-1 I0 Sгрвсhср Рб ]-1
ы,)<
18
/(quSo) + Е Nk
Уk
,21
+ + 5т )/Q,
17ср
(3)
Рассмотрим следующие различные технологические схемы добычи торфа:
I. Технологические схемы производства фрезерного торфа:
1 схема - МТФ-41, МТФ-18, МТФ-22, МТФ-33Б, МТФ-71;
2 схема - МТФ-43А, МТФ-18,МТФ-22, МТФ-33Б, МТФ-71;
3 схема - МТФ-55, МТФ-22, МТФ-71;
4 схема - МТФ-61, МТФ-18, МТФ-21, ВФТ-
19;
5 схема МТФ-62, МТФ-21, МТФ-37 (валкова-ние и фрезерование);
6 схема - МТФ-62, МТФ-18, МТФ-21, ПВП-8.
II. Технологические схемы с раздельной уборкой из наращиваемых валков:
7 схема МТФ-96, ВФС-1, МТТ-17, МТП-24В-1, БШР-1 -существующая в промышленности;
8 схема МТФ-62, МТФ-96, ВФС-1 - предлагаемая;
9 схема МТФ-43АМ, МТФ-96, ВФС-1, МТФ-71 - предлагаемая [7].
III. Технологические схемы производства кускового торфа фрезформовочным способом:
10 схема МТК-12А, МТК-21Б, МТК-32;
11 схема МТК-16, МТК-22, МТК-33.
IV. Технологическую схему производства кускового торфа экскаваторным способом:
12 схема МТК-14, МТК-13, МТК-21Б, МТК-
32.
Исходные данные для расчетов: торфопред-приятие находится в Тверской области, верховой тип залежи, торф степенью разложения R=23% и пнистостью залежи П>1,5 %, торф добывается на топливо. Число циклов в сезоне п ц =23 , цикловой сбор q ц = 14,1 т/га при продолжительности цикла двое суток. Для однодневной длительности цикла q ц =0,75-14,1=10,6 т/га. В технологической схеме с применением МТФ-37 q ц = 1,1-14,1=15,5 т/га.
При производстве кускового торфа фрез-формовочным способом с применением машины МТК-12 А (10 схема) и МТК-16 (11 схема) цикловой сбор равен qц= 109 т/га. Число циклов в сезоне 3, продолжительность цикла 30 суток. Данные по технологическому оборудованию приведены в табл. 2.
При производстве кускового торфа фрезфор-мовочым и экскаваторным спосо-
Таблица 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБОРУДОВАНИЯ
Марка оборудования Марка тягача Масса агрегата Производительность, га/ч Мощность , кВт Расход топлива, кг/кВт ч Кд
МТФ-18 ДТ-75Б 10095 5,3 59 0,252 0,8 0,88
МТФ-21 ДТ-75 6695 7,32 59 0,252 0,8 0,9
МТФ-22 ДТ-75 7900 13,09 59 0,252 0,8 0,9
МТФ-33Б ДТ-75Б 10220 12,74 59 0,252 0,8 0,86
МТФ-37 ДТ-75Б 13860 6,27 59 0,252 0,8 0,86
ВФТ-19 ДТ-75Б 10960 12,84 59 0,252 0,8 0,86
МТФ-41 ДТ-75Б 13060 1,59 59 0,252 0,8 0,86
МТФ-43А ДТ-75Б 13460 1,82 59 0,252 0,8 0,86
МТФ-55 — 14780 1,89 132 0,252 0,8 0,79
МТФ-61 — 13085 2,6 55 0,265 0,8 0,78
МТФ-62 — 19960 3,8 96 0,238 0,8 0,78
МТФ-71 — 14450 5,01 30 0,285 0,8 0,86
МТФ-96 ДТ-175Б 10060 3,48 125 0,252 0,8 0,86
ВФС-1 МТЗ-82 4190 11,26 57 0,252 0,8 0,9
ПВП-8 ДТ-75Б 11160 2,97 59 0,252 0,8 0,86
МТТ-17 - 14500 6,6 69,1 0,252 0,8 0,86
МТП-24В-1 ДТ-75Б 6000 1,7 59 0,252 0,8 0,86
МТК-12А ДТ-75Б 8460 0,114 59 0,252 0,9 0,9
МТК-16 ДТ-75Б 9360 0,13 59 0,252 0,9 0,9
МТК-13 Д-108 15900 80(м3/ч) 80 0,252 0,9 0,75
МТК-14 АМ-0,1 26500 80(м3/ч) 80 0,252 0,9 0,75
МТК-22 ДТ-75Б 10660 0,43 (0,68) 59 0,252 0,9 0,9
МТК-33 ДТ-75Б 14360 0,21 59 0,252 0,9 0,9
бами предусматривается строительство картовых каналов глубиной до 1,2—1,6 м, валовых каналов глубиной до 1,4—1,8 м и магистральных каналов до 1,8—2,2 м. При фрезформовочном способе предусматривается ежегодное профилирование и планировка поверхности карт. При экскаваторном способе производства кускового торфа предусматривается во время ремонта производственных площадей прочистка картовых каналов и мостов через них и планировка поверхности.
Результаты расчетов показали, что наименьшее количество вредных веществ, в результате сжигания горючего в двигателях машин, выбрасывается при фрезерном способе производства торфяной продукции (табл.7 и 8).
Применение более мощных двигателей на пневматических комбайнах МТФ-55 (схема 3) приводит к увеличению выбросов вредных веществ на 1 т продукции.
Выброс вредных веществ при выполнении операции уборки зависит от расстояния транспортирования торфа в штабель. При уборке торфа перевалочными машинами восьми валков в
штабель среднее расстояние транспортирования составляет 50 м, а при уборке двенадцати валков -70 м. Среднее расстояние транспортирования торфа при уборке бункерными машинами с расстоянием между валовыми каналами 500 м составляет 250 м.
Работа, совершаемая при уборке торфа с одной карты в штабель равна
А = %gfJср , нм (4)
где дц —цикловой сбор, кг/м 2; g — ускорение свободного падения, м/ с2; / н —площадь одной карты нетто, м 2; 1Ср — среднее расстояние транспортирования, м.
Таблица 3
УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ТОПЛИВА НА ДОБЫЧУ1 Т ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА
Наименование Номера технологических схем
процесса 1 2 3 4 5 6
Строительство осушительной системы и подготовка производственных площадей 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
Технологический процесс производства фрезерного торфа 1,14 1,05 1,30 1,08 0,92 1,09
Ремонт производственных площадей 1,43 1,43 1,43 1,43 1,43 1,43
Транспортные расходы 0,77 0,77 0,77 0,77 0,77 0,77
Итого 3,64 3,55 3,80 3,58 3,42 3,59
Таблица 4
УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ТОПЛИВА НА ПРОИЗВОДСТВО 1 Т ТОРФА
Наименование процесса Фрезерный торф. Уборка из многоцикловых валков Кусковой торф (влажностью 40 %)
Номера технологических схем
7 8 9 10 11 12
Строительство осушительной системы и подготовка производственных площадей 0,3 0,3 0,3 0,23 0,23 0,23
Технологический процесс производства торфа 1,4 1,0 1,07 1,63 1,56 3,68
Ремонт производственных площадей 1,43 1,43 1,43 1,50 1,50 0,25
Транспортные расходы 0,77 0,77 0,77 0,77 0,77 0,77
Итого 3,90 3,50 3,57 4,13 4,06 4,93
Таблица 5
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАТРАТЫ ( КВТ Ч/Т)НА ДОБЫЧУ1 Т ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА
Наименование Номера технологических схем
процесса 1 2 3 4 5 6
Строительство осушительной системы и подготовка производственных площадей 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4
Технологический процесс производства фрезерного торфа 6,2 5,9 8,0 6,6 5,4 6,8
Ремонт производственных площадей 6,9 6,9 6,9 6,9 6,9 6,9
Транспортные расходы 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7
Итого 18,2 17,9 20,0 18,6 17,4 18,8
Табл
Ма сса вредных веществ (г/т) при производстве 1 тторфа
га
о
о
м
ов
н
ч:
о
о
н
о
го
о
о
га
га
X
ш
п
ш
У
о
п
Ф
с
ш
X
о
сч
из
400
350
доо й 50 200 150 100 50 0
370
273 266 2 85 269 257 269
-340—305
262____268
7
8
9
10 11 1 2
Номера технологических схем
Фрезерный
ч&Ш*
СО
Оксиды азота:
МОх в пересчете N0 N02
Оксид углерода Углеводороды СН в пересчете на СН],§5 Частицы
Оксиды серы S0х в пересчете на S02
Альдегиды А в пересчете на ___________С3Н4О_____________
торф. Сущ^ 273 109 109
73
9 7
36
4
ествующая т 266 106 106 71
9 7
36 4
ехно-28 11 11 7
Фрезерный торф
5Уборка и§ 9 мно-
коциклов!07 вал-107
ков
10
8
38
4
72
9
7
36
4
Кусковой
мс^^оЧный то
9 7
34 4
Кусково
Экскава-
ый
9
7
36
4
Таблица 8
МАССА ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ (Г/Т) ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ 1 Т ТОРФА
л
Т
Загрязняющие вещества Фрезерный торф. Уборка из многоцикловых валков Кусковой торф (влажностью 40 %)
Номера технологических схем
7 8 9 10 11 12
Оксиды азота:
N0х в пересчете на N02 292 262 268 310 305 370
N0 117 105 107 124 122 148
N02 117 105 107 124 122 148
Оксид углерода (||) СО 78 70 71 83 81 99
Углеводороды СН в пере-
счете на СН],§5 10 9 9 10 10 12
Взвешенные частицы 8 7 7 8 8 10
Оксиды серы S0х в пересче-
те на S02 39 35 36 41 41 49
Альдегиды А в пересчете на
С3Н4О 4 4 4 4 4 5
Чем больше совершаемая работа при
транспортировании торфа в штабель, тем больше расход топлива на 1 т добытого торфа, а значит возрастают выбросы вредных веществ в атмосферу. При организации технологического процесса добычи фрезерного торфа с раздельной уборкой из наращиваемых валков и расположением штабелей торфа через 1 км, резко возрастает удельный расход топлива на 1 т торфа, за счет работы прицепов по транспортированию торфа и как следствие происходит увеличение количества выбросов вредных веществ (схема 7).
Работа, совершаемая по перемещению торфа в штабель, при существующей технологии производства торфа бункерными уборочными машинами, в 250/70= 3,6 раза превышает работу при уборке торфа перевалочными машинами 12 валков в штабель и в 5 раз при уборке 8 валков в штабель. Сравнение технологических схем 8 и 9 с применением перевалочных и модернизированных бункерных уборочных машин, при одинаковом технологическом обору-
довании, занятых на операциях фрезерования и ворошения показывает, что при перевалочном способе уборки расход топлива на 1 т торфа меньше, чем при работе модернизированных бункерных уборочных машин. Сокращение выбросов при перевалочном способе уборки достигается из-за отсутствия операции штабелирования и сокращения объема работы по транспортированию торфа в штабель. Поэтому перевалочный способ уборки выбрасывает минимум вредных веществ в атмосферу в результате сжигания горючего в двигателях машин при производстве 1 т торфа.
В заключении следует отметить, что технология уборки фрезерного торфа из многоцикловых валков перевалочными машинами (работающими по принципу раздельного способа уборки) обеспечивает минимальные выбросы вредных веществ в атмосферу от сжигания горючего в двигателях машин, занятых в технологическом цикле производства торфа.
1. Куляшов А.А., Серебренников О.Д., Новиков А.А. Расчет объемов выбросов при работе дизельной техники на карьерах // Горный вестник.1998, №5.- С.56-61.
2. Косов В.И., Базин Е.Т., Лиштван И.И. От физики торфа и торфяных залежей к биосферносовместимым технологиям освоения торфяных и сапропелевых месторождений // Торфяная отрасль и повышение эффективности ис-
пользования энергобиоресурсов. Тверь, ТГТУ.2000.- С.37-41.
3. Косов В.И. Биосферная совместимость при освоении торфяных и сапропелевых месторождений- основа технологий ХХ1 века // Труды международной конференции «Освоение недр и экологические проблемы- взгляд в ХХ1 век».М. :ИПКОН РАН.2000. С.62-67.
4. Косов В.И., Панов В.В. Торфяноболотные системы в экосфере (интеграция техносферы с
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
биогеосферой).- Тверь: ТГТУ,
2000.- 187 с.
5. Справочник по торфу./ Под ред. Б.Н. Соколова.-М.: Недра. 1982.-640с.
6. Технологические схемы строительства осушительных систем, подготовки и ремонта производственных площадей для добычи торфа (рекомен-дации).М.: ЦБНТИ МТП РСФСР, 1981.- 50 с.
7. Патент РФ №2150003. Способ добычи фрезерного торфа. БИ №3, 2000. (Васильев А.Н.)
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Косов В.И. - профессор, доктор технических наук, Тверской государственный технический университет. Васильев А.Н. — доцент, кандидат технических наук, Тверской государственный технический университет.
