CC BY
95
УДК 662.654.1 В.Г. Гридин
РАЗРАБОТКА МОДУЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СЖИГАНИЯВУТ ИЗ ОТХОДОВ УГЛЕОБОГАЩЕНИЯ
Предложена модульная установка для приготовления и сжигания из отходов углеобогащения.
Ключевые слова: углеобогащение, отходы, утилизация.
а последние годы в Российской Федерации возрос интерес к использованию в малой и средней энергетике нетрадиционных топлив - отходов углеобогащения, например, отходов флотации, кека пресс-фильтров и др.
Территория Сибири и Крайнего Севера богата природными ресурсами, месторождениями угля и других полезных ископаемых. Но здесь имеет место дефицит трудовых ресурсов, так как население страны сосредоточено преимущественно в европейской части России. Поэтому на территориях Сибири и Крайнего Севера более приемлемо развитие отраслей добывающей промышленности с вывозом качественных ресурсов: в частности обогащенного угля в европейскую часть России. Обогащение угля необходимо для сокращения транспортных расходов. В процессе обогащения образуются техногенные отходы, представленные крупной породой с содержанием горючих не более 20% и тонкодисперсными шламами, содержание породных частиц в которых составляет от 18 до 60%. Количество таких шламов составляет до 25-40% отходов углеобогащения.
Утилизация углесодержащих отходов производится, как правило, наиболее примитивным образом. Воды шахтного притока, технологические воды обогатительных фабрик с мелкими угольными частицами сбрасываются в поверхностные отстойники, которые периодически чистятся механо-гидравличес-ким способом и повторно добытые угольные шламы либо сбрасываются в отработанные выработки шахт, либо в ближайшие овраги и водоемы. В отдельных случаях производится обезвоживание отходов флотации и их складирование на свободных площадях.
В результате промышленные предприятия несут экономические
потери за счет неполного использования добытого топлива, увеличиваются затраты на добычу и переработку дополнительного исходного сырья. А эксплуатация гидроотвалов и различного вида отстойников и хранилищ углеродсодержащих образований и отходов приводит к загрязнению грунтовых вод, пылевым бурям, что наносит серьезный вред окружающей среде.
Указанная проблема присуща всем угледобывающим регионам России.
В большинстве европейских стран также реализуются программы по переводу энергетики на использование альтернативных видов топлив. Наиболее актуальным в данном аспекте в условиях угольной промышленности России видится в использование отходов углеобогащения, как одного из основных видов отходов загрязняющих окружающего среду, но потенциально возможных для эффективно получения тепловой и электрической энергии.
Однако, кек пресс-фильтров и отходы флотации переувлажнены, имеют низкую теплоту сгорания и относятся к трудно сжигаемым топливам. По теплоте сгорания, влажности, объёму воздуха, необходимого для полного сгорания, и объёму продуктов сгорания кек пресс-фильтров и отходы флотации близки и для их сжигания могут использоваться универсальные вихревые топки и системы стабилизации горения.
Производственное объединение «Прокопьевскуголь» совместно с НПЦ «Экотехника», имея опыт приготовления и сжигания водоугольного топлива, приготовленного из высокозольных шламов угля марки СС, поставило перед собой задачу разработать модульную установку приготовления суспензионного топлива из отходов углеобогащения (ВУТ) производительностью до 5 т/ч в комплексе с модульным энергосберегающим технологическим комплексом по производству, транспортировке и распределению тепла и электроэнергии.
Существенной новизной предлагаемых технологических и технических решений являются следующие элементы:
- установка приготовления суспензионного угольного топлива из угольных шламов в модульном исполнении;
- универсальная вихревая система сжигания, обеспечивающая надежное и эффективное сжигание различных забалластированных топлив с минимально возможными вредными выбросами в окружающую среду;
Газообразные продукты сгорания
Схема технологического комплекса
- эффективная система пылеулавливания;
- применение парового турбогенератора для выработки электрической энергии.
Общая схема предлагаемого к разработке технологического комплекса приведена на рисунке.
Отходы углеобогащения, представленные кеком пресс-фильтров, являются липким и трудным в обращении материалом. В проекте предлагается изготовление из него суспензионного топлива с требуемыми технологическими характеристиками на специально разработанной модульной установке приготовления. Модульная установка приготовления топлива включает оборудование для доизмельчения (при необходимости) угольного шлама, получения раствора реагента-пластификатора, смешивания исходных продуктов, гомогенизации и аккумуляции готового топлива, насосное оборудование, приборы КИП и А.
Конструкция модульной установки позволяет до минимума сократить объем строительно-монтажных работ на месте строительства, так как может поставляться транспортабельными элементами максимальной заводской готовности в пределах каждого элемента. Сжигание полученного топлива производится путем его подачи насосом и распыления в вихревой топке с помощью пневмомеханических форсунок.
При проведении исследований реконструируется паровой котел с универсальной механизированной вихревой топкой для сжигания забалластированных видов топлива. Топка имеет независимое, регули-
руемое дозирование топлива и легко автоматизируется, т.к. не содержит больших масс горящего топлива, и требует минимум ручного труда для обслуживания. В топке котла дополнительно устанавливаются дожигатели (без увеличения габаритов котлов) и в результате реализуется камерно-слоевое сжигание. Причем выгорание и топочные процессы протекают не только в слое, но равномерно распространены на весь топочный объём. Соответственно снижаются максимумы как температур, так и тепловых потоков, что в итоге повышает надежность работы топочных экранов котлов. Активная внутрито-почная аэродинамика, наличие камеры дожигания и возврат уноса обеспечивают глубокое выжигание горючих, малые потери тепла с недожогом и высокий КПД котла 85-88%.
Экологические характеристики разрабатываемых котлов благодаря развитой внутритопочной аэродинамике в несколько раз выше, чем у типовых твердо- и жидкотопливных котлов, а масса выбросов, в том числе золы и шлака значительно меньше, что особенно важно при установке котлов в населенных пунктах.
Для стабилизации топочного процесса на переувлажненных топливах применяется подогрев дутья, утепление топки и возможно сжигание качественного резервного топлива. В вихревых топках используется система внутритопочной стабилизации горения за счет поступления горящего потока в корень факела и его воспламенения. Кроме этих специальных мер для стабилизации горения предполагается использовать стандартные подходы, в частности, подогрев дутья. Для улавливания пыли разрабатывается пылеуловитель, основанный на использовании вихревых эффектов Коэнда.
Основные параметры турбогенератора
ТГ 0,6А/0,4 Р12/3,7:
мощность 600 кВт
число оборотов ротора турбины 8000 об/мин
число оборотов ротора генератора 1500 об/мин
напряжение 3-х фазного тока 400 В
частота 50 об/мин
давление сухого насыщенного пара перед турбиной 1,2 (1,0-1,4) МПа
температура свежего пара 187 оС
давление сухого насыщенного за перед турбиной 0,37 (0,3-0,5) МПа
номинальный расход пара 16,5 т/ч
тип генератора СГ2-600
межремонтный период 20000 часов
99
Основные технологические показатели технологического комплекса
Параметр Технологический Отечественные Зарубежные
комплекс аналоги аналоги
Производительность модульной установки по подготовке топлива (на основе угольных шламов). до 5 т/ч Отсутствуют до 5 т/ч
Теплопроизводительность котельной установки до 20 т пара/ч до 20 т пара/ч до 20 т пара/ч
Удельный расход топлива (QН =3600 ккал/кг) не более 170 кг/т пара не более 7,0кг/кВтхч до 200 кг до 10 кг/кВтч Нет данных
Окислы азота (N0,,) 200 мг/м3 750 мг/м3 225 мг/м3
Оксиды углерода (СО) 100 мг/м3 375 мг/м3 250 мг/м3
Двуокись серы ^02) 0-200 мг/м3 до 175 мг/м3 до 250 мг/м3
Эффективность улавливания пыли 95% 65% 80%
Энергоемкость приготовления суспензионного топлива из угольных шламов не более 30 кВтхч/т до 35 кВт-ч/т до 35 кВт-ч/т
Себестоимость приготовления топлива не более 250 руб./т до 350 руб./т до 300 руб./т
Себестоимость 1 получаемой энергии не более 50 коп/кВтхч до 120 коп/кВтхч нет данных
Себестоимость полученной тепловой энергии не более 250 руб/Гкал до 550 руб/Гкал нет данных
Для получения собственной дешевой электроэнергии предлагается использование в котельной паровых турбогенераторов ТГ 0,6А/0,4 Р12/3,7, разработанных ОАО «Калужский турбинный завод» (г. Калуга). Система управления турбогенератором позволяет работать параллельно между несколькими турбогенераторами, с внешними сетями, дизельными и т.п. электростанциями.
Небольшие габаритные размеры (длина - 4,47 м, ширина - 2,13 м, высота - 2,37 м) позволяют устанавливать его в котельной вблизи котла, без существенных капитальных затрат на монтажные работы. Турбогенератор работает в автоматическом режиме, дополнительного штатного персонала существующей котельной не требуется.
Разработка предлагаемых технологических решений позволит:
- снизить себестоимость получаемой тепловой и электрической энергии более чем в 2,5 раза;
- улучшить экологическую обстановку в районе расположения промышленных предприятий;
- повысить надежность тепло- и электроснабжения промышленных предприятий и окружающих населенных пунктов;
- осуществить очистку отстойников и гидроотвалов;
- осуществить комплексную переработку углеродсодержащих образований и отходов, загрязняющих окружающую среду;
- осуществлять эффективную утилизацию техногенных углеродсодержащих образований и отходов с получением конечных товарных продуктов - тепловой и (или) электрической энергии;
- обеспечить улучшение качества жизни и здоровья населения.
ЕИЭ
Gridin V.G.
MODULAR INSTALLATION DEVELOPMENT FOR PREPARATION AND BURNING SECONDARY COAL FUEL FROM COAL PREPARATION WASTE PRODUCTS.
Given article is devoted working out of modular installation for preparation and burning from a coal waste.
Key words: coal preparation, waste products, utilization.
___ Коротко об авторе __________________________________________________
Гридин В.Г. - доктор экономических наук, профессор,
Московский государственный горный университет,
Moscow state mining university, Russia, [email protected]
