Главная >  Энергосбережение 

 

Эколого-экономические аспекты вн. А.Я. Лаптиенко, канд.техн.наук (Физико-технический институт им. Галкина), М.Е. Басанцева,студ. (ДонНТУ)

 

Б.С.Панов, докт. геол.-минер. наук, Э.В. Янковская,канд.хим.наук (ДонНТУ),

 

В России, которая по данным геологов обладает крупнейшими, а возможно и самыми крупными запасами природного газа в мире, электростанции могут рассчитывать на преимущественное потребление природного газа в течение не более 20 лет. Не приходится рассчитывать и на мазут, получаемый из нефти, т.к. в связи с ожидаемым переходом нефтеперерабатывающих заводов на углубленную переработку нефти с целью увеличения выхода светлых моторных топлив, нефтяных остатков, в том числе и мазута в стране будет не хватать. По мнению большинства специалистов, именно углю в ХХI веке предстоит стать ведущим энергоресурсом тепловых электростанций. Сегодня доля угля на ТЭС России не превышает 28%, но уже с начала ХХI века предсказывается его рост до 35% к 2010-2015 гг., а в 2025- 2030 - до 40-45% [2].

 

Наибольшими потребителями углей в Украине являются тепловые электростанции (ТЭС). Основу ТЭС (по состоянию на конец 1999г.) составляли 104 энергоблока с мощностью 150-800 МВт, на которых в структуре топливного баланса на газ приходилось 47,8%, мазут - 20,8%, уголь 31,4%. для обеспечения безопасности Украины в области энергетики принято решение развивать угольную стратегию топливного снабжения ТЭС [1].

 

В углях обнаружены практически все элементы Периодической системы элементов Д.И.Менделеева. Однако содержание только девяти из них выше 0,1%. Эти элементы (S, Si, Аl, Fе, Са, Мg, Na, К, Тi) являются макрокомпонентами минеральной части, основными (за исключением серы) золообразующими элементами. Остальные, в количествах менее 0,1%, называют малыми элементами (микроэлементами). При изучении закономерностей накопления микроэлементов в углях и их поведения при обогащении и сжигании существенное значение имеют сведения о формах соединений микроэлементов в твердых топливах. В первую очередь проводят изучение тех микроэлементов, которые могут либо представлять экологическую опасность, либо реально или потенциально промышленную ценность. К промышленно ценным относят: U, Ge, Ga, Мо, V, Нg, Rе, В, Li, Аg, Se, РЗЭ, Sc, Ве, Аu; к экологически опасным: As, Нg, Ве, V, Zn, РЬ, Мо, U, F, Cl, Ni, Сr, Sb, В, Cu, Тh, 40К, Rа, U, следовательно, золы углей являются сырьевым источником редких элементов [З,4].

 

Это в свою очередь должно привести к широкому внедрению в практику принципиально новых методов подготовки угля к сжиганию на ТЭС, т.е. к глубокой переработке угля либо на электростанциях, либо на месте его добычи, что может оказаться особенно перспективным при наметившейся тенденции объединения энергетиков с угольщиками с образованием энергоугольных компаний. Глубокая переработка углей необходима прежде всего потому, что по зольности, сернистости и другим показателям уголь мало пригоден в его исходном виде для эффективного сжигания на электростанциях. Уже сейчас в отвалах электростанций Украины накоплено более 300 млн. т золошлаковых отходов. Лишь небольшая их часть находит применение в строительстве, производстве строительных материалов, в качестве удобрений и т.д. Во многих случаях возможности расширения золоотвалов практически исчерпаны.

 

Концентраторами многих малых элементов могут быть высокозольные фракции (плотность более 1,6-1,7 г/см угольного вещества. В то же время, носителями микроэлементов являются фракции плотностью менее 1,6-1,8 г/см3 с преимущественным содержанием органического вещества [3]. По-видимому, носителем многих микроэлементов в углях является мелкодисперсная пиритная его часть, в которой должны быть сконцентрированы элементы, образующие труднорастворимые сульфиды (Hg, As, Аg, Sb, Zn, Рb и др.), т.е. концентраторами многих микроэлементов в исходном угле являются высокодисперсные частицы (сульфиды железа) размером менее 50-70 мкм, ассоциированные с органическими веществами и не отделяемыми от них при разделении по плотности даже в лабораторных условиях. Особая роль пирита как концентратора и носителя ртути подчеркнута в работах А.Г.Дворникова. Сотрудниками кафедры ПИ и ЭГ ДНТУ совместно с геологической службой США были проведены исследования образцов углей ряда действующих шахт Донбасса. Эти исследования подтвердили вывод о преимущественном нахождении ртути в пирите.

 

Массовая доля общей серы в углях колеблется в широких пределах (0,1-11%). В углях большинства месторождений бывшего СССР она составляет 0,5-2%, в Донецком бассейне- 3-6%, т.е. большинство углей Донецкого бассейна относятся к высокосернистым. Выделяют разновидности серы: органическую, сульфидную, сульфатную. При сжигании и газификации углей большая часть содержащейся в них серы переходит в газообразные соединения SОх. В Украине очистка дымовых газов от SОх на ТЭС не осуществляется. Сульфиды присутствуют в углях преимущественно в виде пирита, редко марказита. Пирит является постоянным компонентом угольных пластов и на отдельных участках его содержание достигает 10-20%. В углях пирит находится в виде конкреций различной формы и размеров (от долей мм до 1 м). В наибольшей степени распространены высокодисперсные включения пирита (<100 или <40мкм), тесно связанные с органическим веществом [5]. Московским геологом Г.С. Калмыковым [6], изучавшим высокосернистые нижнекарбоновые угли Кизеловского бассейна на Среднем Урале, было установлено, что чем мельче дробится уголь, тем больше в нем определяется пиритной серы и тем меньше органической серы Например, при измельчении углей от 0,2 до 0,01 мм содержание в них снижалось, в среднем, на 0,19%. Г.С. Калмыковым обнаружено, что выделения пирита имеют размеры вплоть до 1 мкм, причем 1/3 всех выделений была мельче 100 мкм. Эти данные подтверждаются и при исследовании ряда других углей. Например, в карбоновых углях Сиднейского бассейна Канады размер большинства дисперсных выделений пирита лежит в интервале 0,05-0,0 1 мм, но иногда доминируют мельчайшие частицы размером всего в доли микрона. В LT - золе легких фракций (<1,35 г/см трех польских каменных углей с помощью комплекса методов (рентгеновский дифрактометрический анализ, Фурье-ИК-спектроскопия, Мессбауэровская спектроскопия) было доказано присутствие пирита, который преобладал среди железосодержащих минералов. Это интерпретируется как свидетельство тесной ассоциации пирита с угольным органическим веществом, на 67-89% состоящим в этих фракциях из витринита. То есть это означает присутствие микроминеральной формы пирита, не поддающейся гравитационному фракционированию [6].

 

В Донецком физико-техническом институте НАНУ разработан высокоградиентный криомагнитный (сверхпроводниковый) сепаратор СКМ, с помощью которого возможно обогащение слабомагнитных мелкозернистых минералов вплоть до микронных размеров. Сепаратор может быть использован для очистки угольного топлива от серы и золы. Таким образом, могут быть созданы новые техногенные месторождения редких малых элементов углей и одновременно решены проблемы выбросов SOx и токсичных элементов в атмосферу.

 

Многочисленные исследования состава углей Донецкого бассейна показывают, что основная масса серы представлена в виде мелких пиритных включений (FeS , полное раскрытие которых достигается при измельчении углей до крупности менее 0,1 мм. Результаты обогащения тонкоизмельченных углей на обогатительных фабриках по традиционным технологиям, основанным на гравитационных эффектах разделения горючей массы топлива и его неорганических примесей, показывают низкую эффективность десульфурации, составляющую не более 15-20%. десульфурация тонкоизмельченных углей, а следовательно, последующее извлечение из пиритной части суммы микроэлементов, возможно методом высокоградиентной магнитной сепарации [7]. Было установлено, что из углей марки АШ в магнитный продукт извлекаются на 60-85% такие элементы, как Аs, Ni, Рb, и Аg; из углей марки Т на 60-75% извлекаются Рb, Сr, Ni, Zn, Ga, а Мn, Со, Sn, Zr, Ва - на 40-50%.

 

Высокоградиентная магнитная сепарация в сильных магнитных полях, создаваемых сверхпроводниковыми обмотками, является выгодным технологическим процессом. С помощью данного метода из угля может быть извлечена основная часть серы и «полезные» (токсичные) элементы, а затем из сконцентрированной магнитной фракции возможно извлечение большого количества ценных элементов в виде товарных продуктов. Так, например, максимальное содержание в угле Рb (г/т) до 300 (среднее значение 1,3 , As - 700 (среднее 6 , Аg - 0,05 (среднее 0,00 . То есть, при извлечении пиритной части угля в ней может концентрироваться (г/т) Аg - 0,9; Рb- б0000;Аs - 130000.

 

При очистке углей высокоградиентный магнитный сепаратор производительностью 10-100 т/час извлекает более 90% пиритной серь и до 40-50% прочих золообразующих примесей. При этом потребляемая мощность не превышает 15-20 кВт.

 

Библиографический список

 

По сравнению с иными способами создания магнитного поля высокоградиентная магнитная сепарация в сильных магнитных полях обеспечивает значительно меньшее энергопотребление и повышенную производительность в пересчете на единицу массы оборудования. Сепаратор такой конструкции имеет в 10 раз меньший вес и потребляет в 10 раз меньше электроэнергии по сравнению с традиционным сепаратором (без сверхпроводниковых обмоток) аналогичной производительности, Внедрение метода высокоградиентной криомагнитной сепарации позволит минимизировать выбросы SОx и большой группы тяжелых металлов в атмосферный воздух и попутно получить комплексное сырье - концентрат пирита, с которым связаны многие ценные элементы.

 

Белосельский Б.С. Газ или уголь? (какое топливо будет сжигаться на электростанциях России в ХХI веке?).// Энергосбережение и водоподготовка. - 1999.-№ - С. 16—19.

 

Азаров С.М. Оценка влияния выброса вредных примесей на окружающую среду при производстве электроэнергии сжиганием угля.// Экотехнологии и ресурсосбережение, 2001.-№3.-С.53-55.

 

Высоцкий С.П., Мастика Ю.С. и др. Десульфурация и обогащение углей перед их сжиганием на ТЭС.// Энергетика и электрификация. – 1993.-№ - С. 53-56.

 

Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Неорганическое вещество углей. – Екатеринбург, 2002.- 422с.

 

 

Принципы построения и работы АСК. 7. Инвестиции в топливно. Сколько нефти осталось на Земле. Энергосбережение в научном центре РАН в Черноголовке.

 

Главная >  Энергосбережение 

0.0509