Влияние качества каменных углей на себестоимость производимой электроэнергии и ресурсосбережение Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Е.П. Пилова, 2003

УЛК 658.26:622.332./335.003

Е.П. Пилова

ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА КАМЕННЫХ УГЛЕЙ НА СЕБЕСТОИМОСТЬ ПРОИЗВОДИМОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ

Снижение издержек общества на свое энергообеспечение при минимизации ущерба окружающей среде в настоящее время становится все более актуальным.

Уголь как топливный ресурс имеет целый ряд позитивных свойств. К ним относятся: низкая цена по сравнению с нефтью и газом (в пересчете на эквивалентное топливо), большие запасы в недрах Земли, возможность транспортирования и хранения без использования дорогостоящих технологий, а также относительно стабильные мировые цены в связи с возможностью поставок из многочисленных стабильных источников. Однако несовершенство угольных энерготехнологий привело к низкой его конкурентоспособности по сравнению с другими энергоносителями.

Вместе с тем, прирост производства электроэнергии в мире осуществляется за счет использования угля, что подтверждается тесной корреляцией между ростом мирового потребления энергоносителей и ростом добычи ископаемых углей.

Одним из направлений совершенствования угольных энерготехнологий является использования топлива с качеством, обеспечивающим максимальную его энергетическую эффективность для каждого из используемых способов сжигания [3].

Вопрос о качестве угля является одним из наиболее важных и экономическое обоснование его уровня призвано убедить производителей угольной продукции и ее потребителей в том, что увеличение количества топлива при снижении его калорийности не всегда приводит к росту объемов производства тепла и электроэнергии. Об актуальности этой проблемы свидетельствует ряд публикаций последнего времени [1-7], которые посвящены как экономической оценке применения обогащенного угля в энергетике [1, 3, 6], оценке потерь и разубоживания при добыче [2, 7], так и системному подходу при взаимодействии производителей и потребителей угольной продукции, определяющим интегральное качество [4, 5].

Целью настоящей работы является определение условий максимальной экономической эффективности использования каменных углей в энергетике и обоснование уровня их качества при обогащении.

Основным показателем качества каменных углей при производстве тепла и электроэнергии является низшая теплота сгорания рабочего топлива, определяемая из формулы:

2н = 28100 ~ ^ - 0,025Ж ,

100

где 26 - высшая теплота сгорания угля, МДж/кг, Л, W - его зольность и влажность, %.

Однако влияние зольности на экономическую эффективность угольных тепловых электростанций проявляется еще и в снижении коэффициента полезного действия котлоагрегатов, в повышении расходов на топливо-приготовление в связи с ухудшением размолоспособности углей из-за большей доли породы в них.

Коэффициент полезного действия котлоагрегата, равный отношению полученного количества тепла, которое будет превращено в электроэнергию, к количеству тепла выделяющегося при сжигании угля, зависит от потерь тепла с горячими шлаками и золой, а также термической диссоциации некоторых минералов, содержащихся в угольной породе, т.е.:

п = а = 60 -а£

20 20

Поскольку потери тепла при сжигании А2 пропорциональны количеству породы в угле, характеризующемуся зольностью Л, то зависимость к.п.д. от зольности должна иметь линейный характер:

Пк = а - ЪЛ ,

что подтверждается практикой работы тепловых электростанций.

Себестоимость производства электроэнергии на тепловых электростанциях определяется суммой условно-постоянных и условно-переменных расходов:

С. = 1К +ХГ, ■

Наиболее существенное влияние на себестоимость среди условно-переменных расходов имеет стоимость топлива, т.е. топливная составляющая себестоимости. Ее величина связана с удельным расходом топлива и его стоимостью.

Оценить влияние топливной составляющей можно через стоимость полезной тепловой энергии.

Затраты на топливо слагаются из себестоимости добычи угля или его цены в случае его покупки у производителя Су, затрат на обогащение Соб, на транспортирование Стр, погрузочно-разгрузочные работы Сп, складирование Сск, а также подготовку топлива к сжиганию (на измельчение и сушку) Си. При этом величины Стр, Сп, Сск, Си зависят от количество транспортируемого и обрабатываемого топлива.

В случае обогащение угля это количество снижается пропорционально выходу концентрата ук, определение которого изложено в работе [3].

Таким образом, затраты ТЭС на топливо, получаемого из одной тонны угля составят:

С = С + С б +г (С + С + С + С )Количество пот у об / к\ тр п ск и)

лезного тепла, получаемого из этого топлива равно произведению массы, пропорциональной выходу концентрата, низшей теплоты сгорания рабочего топлива и коэффициента полезного действия котлоаг-регата, т.е.

Рис. 1. .Зависимость количества полезного тепла, получаемого при сжигании продуктов обогащения каменных углей в зависимости от их зольности: 1 - шахта Павлоград-ская; 2 - шахта Терновская; 3- шахта им. Сташкова; 4 -шахта Западно-Донбасская

Рис. 2. Зависимость стоимости полезного тепла, полученного при сжигании продуктов обогащения различной зольности из каменных углей различных шахт: 1 - ЗападноДонбасская; 2 - им. Сташкова; 3 - Терновская; 4 -Павлоградская

Рис. .3. Зависимость стоимости полезного тепла, полученного из продуктов обогащения каменных углей шахты Пав-лоградская при различных транспортных тарифах, дол./т: 1- 5,6; 2 - 3,7; 3 - 1,9

2 = Г к2 Пк .

Следует отметить, что между выходом концентрата и его зольностью существует специфическая зависимость, обусловленная распределением массы рядового угля и золы по фракциям плотности, характерным для угольного пласта и технологии его разработки, а также технологией и режимами обогащения [3].

Изменение стоимости топливной составляющей в себестоимости производства электроэнергии в зависимости от качества и количества обогащенного угля можно оценить по стоимости топлива в производстве полезного тепла:

р = Ст = Су + Соб + ук (Стр + С + Сск + Си)

2 2 Гк[26(100 - [ - Ш)/100 - 0,025Ш] - ЪЛк)

Для исследования этой зависимости выполнен вычислительный эксперимент по определению стоимости полезного тепла, выделяющегося при сжигании концентратов различного качества, получаемых при обогащении углей, добываемых в шахтах государственной холдинговой компании Павлогадуголь. В качестве исходных данных использованы гранулометрические и фракционные составы рядовых углей марки Г с высшей теплотой сгорания 33,52 МДж/кг, скорректированные на зольности 30 и 40%. В расчете использованы сложившиеся на энергорынке Украины цены на угли указанного качества. Принималось, что обогащение углей осуществляется с использованием типовых технологий с глубиной переработки до нуля и себестоимостью передела 1,2 долл. на 1 т рядового угля. Расчет качественноколичественных показателей обогащения осуществлялся с использованием разработанных в НГЛУ компьютерных программ по технологическому управлению процессами углеобогащения. Затраты на погрузочно-разгрузочные работы, складирование и измельчение топлива не учитывались. Коэффициенты в уравнении для определения к.п.д. понимались из практики эксплуатации ТЭС и составляли: а = 0,4, Ь=0,025.

На рис. 1 представлена зависимость количества полезного тепла, получаемого при сжигании массы угольного концентрата из углей различных шахт с зольностью горной массы 40% при различной степени обогащения, характеризуемой его зольностью. Зависимость носит экстремальный характер с максимумом при зольности концентрата порядка 8-10%,

что примерно соответствует материнской зольности угольного пласта. Различие значений максимума объясняется отличием фракционных составов рядовых углей и распределений внутренней зольности по фракциям плотности.

Значительное сокращение количества полезного тепла при дальнейшем понижении зольности концентратов объясняется резким падением выхода концентрата при использовании в процессе обога-

щения плотностей разделения, меньших плотности чистых угольных фракций. Лнализ зависимости показывает возможность экономии 10-15% природных топливных ресурсов при использовании для сжигания угольных концентратов с вышеприведенной зольностью. Рис. 2 демонстрирует зависимость удельной стоимости полезного тепла, полученного при сжигании массы концентратов различной степени обогащения, полученных из тонны рядового угля.

Минимальная стоимость мегаджоуля полезной тепловой энергии в соответствии с приведенными данными будет при такой степени обогащения угля, которая обеспечивает ее максимальное количество (рис. 1).

Для исследованного диапазона снижение стоимости может составлять 27-32% в зависимости от фракционных составов углей. На такую же величину снизится топливная компонента в себестоимости производства электрической энергии.

Рис. 4. Зависимость стоимости полезного тепла, полученного из продуктов обогащения каменных углей шахты Пав-лоградская при различной зольности горной массы, %: 130; 2- 40______________________________________

Доставка обогащенного топлива на ТЭС снижает транспортные расходы в связи с сокращением его массы. Поскольку транспортные расходы входят в общие затраты электростанции на топливо, то повышение степени обогащения также приводит к понижению затрат на производство полезного тепла. Рис. 3 показывает зависимость стоимости полезного тепла как в зависимости от степени обогащения топлива, так и от дальности транспортирования, учет которой осуществлен через транспортные тарифы.

Увеличение дальности транспортирования, безусловно, увеличивает затраты на производство тепла, однако минимум затрат всегда будет соответствовать той степени обогащения угля, при которой из данного топлива будет получено максимальное количество тепла. Рис. 3 подтверждает то, что повышение зольности горной массы ведет к повышению расходов на производство тепловой энергии даже при получении топлива с оптимальным качеством.

Рост зольности горной массы сопровождается увеличением засорения угля вмещающими породами и затрат на добычу. Однако при этом оптимальное значение зольности концентрата не меняется, поскольку соотношение количеств угольных и промежуточных фракций и их зольности не меняется, поскольку оно определено строением угольного пласта.

Таким образом, с точки зрения достижения максимального интегрального позитивного эффекта при производстве электрической энергии на угольных ТЕС, заключающегося в снижении издержек на топливо и ресурсосбережении, необходимо использовать обогащенное топливо с оптимальными зольностями производимых концентратов, определяемыми для каждого угольного пласта.

------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дебердеев И.Х., Линев Б.И., Молчанов А.И. К вопросу энергетического подхода к потребительским свойствам угольного топлива// Уголь.- 1999.- №5(878).- С.56-59.

2. Комплексная оценка послед-

ствий потерь и разубоживания энергетических углей/ В. А. Шестаков, А.А. Венедиктов, Л.М. Акимов и др.// Горный информационно-аналитический бюллетень.- 2001.- №7.-

С.107-110.

3. Пилов П.И, Шаров А.И, Пилова Е.П. Технолого-экономическая модель обоснования качества угля для энергетики// Горный информа-

ционно-аналитический бюллетень.-2001.- №3.-С.161-165.

4. Пучков Л.Л. Системный подход к изучению объектов угольной горно-энергетической системы (УГЭС)// Горный информационноаналитический бюллетень.- 2000.-№4.

5. Пучков Л.Л. Системный анализ к изучению распределения финансовых потоков угольной горноэнергетической системы (УГЭС)// Горный информационноаналитический бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ, - 2001.- №4.- С.23-26.

6. Се Цян, Дебердеев И.Х. Разработка и применение методики оценки эффективности использования на ТЭС обогащенного угольного топлива// Уголь.- 1999.- №10.- С.46-48.

7. Эффективность разработки угольных месторождений с учетом направлений использования и стадий переработки угля/ В.А. Шестаков, Л.М. Акимов, А.А. Белодедов и др.// Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ, - 2001.- №1.- С.205-208.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Пилова Екатерина Петровна - аспирантка кафедры экономики промышленности НГАУ.