Коли років так 45 тому барель нафти коштував близько 10 доларів, а літр бензину - майже як бутель кока-коли в полгаллона, наукові праці з водовугільних суспензіям були малоцікавими. Попит на них виник лише після арабо-ізраїльської війни - «судного дня» жовтня 1973-го і наступного всесвітнього «ойл-шоку». Тоді бочка «рідкого золота» подорожчала вчетверо, а сьогодні і 110 у.о. - Не межа. Ось і прийшов час ВУТ - водовугільного палива.
Вугілля рубають - шлами летять
Чим більше добувають, перевозять і споживають горючих кам'яного і бурого вугілля, тим більше від них всяких відходів: зол, порожніх порід, шахтних та стічних вод. Але рівень нинішніх технологій дозволяє значно розширити сферу використання і збільшити обсяги переробки різних відходів і шкідливих викидів вугільної індустрії - видобутку, збагачення, коксохімії, спалювання.
Найважливішим вугільним регіоном країни, де запасів вистачить ще років на 400, є Донбас. Ті, що на Галичині, у Червонограді, - поганенько, але поки НЗ. Тамтешні вугілля високозольні і містять багато сірки. Відомо, що перед використанням на КХЗ і в енергетиці рядові вугілля попередньо потрібно збагачувати. Після цієї процедури залишаються мертвим вантажем мілліонотонние терикони, хвости, шлами, забруднені й отруйні шахтні води, зібрані в шламонакопичувачах фабрик вуглезбагачення і КХЗ, і поки практично не використовуються. Вони стали найнебезпечнішими екологічними «мінними полями», особливо на сході країни.
- З багатьох компетентним оцінками, на цих промполігонах такого корисного «непотреба» набралося понад 100 мільйонів тонн, - пояснює професор Українського державного хіміко-технологічного університету (УДХТУ, Дніпропетровськ) доктор хімічних наук Вільям ЗАДОРСЬКИЙ. - Це позабалансові вугільні шлами і відходи флотації, які можуть стати додатковим енергоносієм. Ще їх називають «промпродуктів», придатним для переробки. Він набагато дешевше звичайного коксівного вугілля. Золи в таких відвалах 30-70%, а вміст органічного залишку - 30-50%.
Відомі технології по вилученню з позабалансових продуктів вуглецевмісний горючої складової не дозволяють повністю домогтися таких результатів. Значить зараз, в умовах прийдешнього глобального дефіциту енергоресурсів, дуже актуальне проведення у вугільній галузі цільових НДР по створенню нових технологій, скорочують до мінімуму втрати вугільної речовини з відходами, а також по залученню до теплоенергетичне використання «промпродуктів», що дозволить різко знизити собівартість виробництва енергії .
Чиста економія
Міститься у відходах збагачення вугілля може бути використаний, якщо їх переробити в нову продукцію - водовугільне паливо на основі вугільних шламів. Нові ефективні процеси одержання та застосування ВУТ повинні базуватися на наукових засадах колоїдної хімії та фізико-хімічної механіки. Це паливо являє собою висококонцентрованих дисперсну систему, що складається з дуже дрібних фракцій вугілля (<250 мкм) і води з добавками пластифікаторів і стабілізаторів.
На думку доцента кафедри промислової теплоенергетики (ПТЕ) Національної металургійної академії України (НМетАУ, Дніпропетровськ) кандидата технічних наук Валерії Пінчук, з урахуванням екологічних лімітів ЄС та Кіотського протоколу слід застосовувати екологічно чисті вугільні технології, що забезпечують високу повноту використання палива при мінімально можливої шкідливої навантаженні на навколишнє середовище. Проблема створення гідроугольного палива з відходів вуглезбагачення і КХЗ полягає в тому, що шлами значно відрізняються за своїми фізико-хімічними властивостями і складом від вугілля різних класів, так як вони вже проходили попередню обробку при збагаченні, а деякі довго перебували в шламонакопичувачах. Також в технології приготування ВУТ зі шламів потрібно враховувати не тільки фізико-хімічні параметри, а й стан поверхні частинок вугілля. Природно, така широка гамма властивостей повинна визначати різні підходи в технології отримання ВУТ, вважає В. Пінчук.
Про переваги ВУТ говорить керівник кафедри ПЕТ НМетАУ, професор доктор технічних наук Михайло Губинський:
- Використання ВУТ в 1,5-3,5 рази знижує шкідливі викиди в атмосферу і підвищує ефективність застосування «кам'яного золота» до 98%, тоді як при традиційному його спалюванні вона не більше 60%. Саме головне достоїнство «водовугільної суспензії» - низька ціна і екологічність, вона не окислюється при зберіганні, добре перекачується по трубах і розпорошується через пічні форсунки, горить рівним і сильним полум'ям. Готове водовугільне паливо дешевше мазутного в 2-4 рази, а його вартість не перевищує 15-20% ціни вихідного вугілля на місці його видобутку. До того ж ВУТ безпечно при пожежах та вибухах. Технології його зберігання прості і можуть бути повністю автоматизовані, а перекачувати його можна за спеціальними углетрубопроводам, як рідку нафту. Крім того, переклад котелень на цей енергоносій зазвичай займає не більше 7 місяців, а при серійному виготовленні необхідного для цього обладнання термін скоротиться вдвічі. Економія на виробництві теплової й електроенергії окупить витрати на реконструкцію котельні з трьох-чотирьох котлів за 2,5-3 роки.
Нове світове паливо?
Найбільша кількість наукових інститутів, виробничих фірм і корпорацій залучалися до теми ВУТ в 1979-1984 рр.. Більше 100 організацій в США, Європі, Китаї, Японії, Канаді зайнялися серйозними НДДКР по даній темі. Для цього створені великі міжнародні фірми Carboge і Co-Al (США), Densecoal (ФРН), SASOL (ПАР), Fluidgarbon (Швеція), які придумали різноманітні склади та техпроцеси приготування і застосування суспензій з води з вугіллям.
А сьогодні в мегаполісах Китаю заборонено будівництво та експлуатація котелень на твердому вугіллі. Урядової держпрограмою намічений поетапний переклад багатьох підприємств з нафтогазового на водовугільне паливо. Це має знизити імпорт нафти більш ніж на 70 млн т, мазуту - на 20 млн т на рік, що зменшить залежність ПЕК країни від зовнішнього ринку. Звичайно, це зовсім невигідно сусідній Росії, яка тільки що побудувала нафтопровід від Східного Сибіру до Китаю.
Сьогодні ВУТ в Китаї займаються три науково-дослідних центру, є 6 заводів з його виробництва. На котельних і ТЕС, де спалюють ВУТ, вже виробляється до 2 млн кВт енергії. Для технічного керівництва з впровадження нового палива в країні створено Державний центр водовугільних суспензій вугільної промисловості. У найближчі 20 років планується довести потужності з виробництва «водовугільних коктейлів» до 100 млн т на рік. А ще заплановано будівництво великого заводу з виробництва ВУТ, який потроїть його поставки на внутрішній ринок - замість імпортної нафти і місцевого не дуже якісного вугілля.
Так що - на підході ера водовугільного палива?
Глобальні тенденції в цій галузі оцінює професор Губинський:
- У світі немає нічого досконалого. З недоліків ВУТ хочу відзначити високу частину води в суспензії, на випаровування не менше 40% якої потрібно витрачати енергію. Ще більших витрат потребує безпосередньо процес подрібнення вугілля для отримання самої суспензії: на дуже тонке перемелювання 1 тонни вугілля витрачається 15-20 кВт. Нарешті, при подрібненні сумішей знос обладнання і, отже, витрати на його амортизацію в рази вище, ніж при сухому помелі. Але, незважаючи на недоліки, питання про використання ВУТ у світовій практиці не втрачає актуальності. У США активно працює програма використання вугілля в промисловій та побутової енергетиці (ICCG) із загальним обсягом фінансування у 6 мільярдів доларів на найближчу п'ятирічку. Близько 20% цих грошей йде на вирішення логістично-транспортних проблем. Споживачі «гідроугольной суспензії» - колишні вугільно-мазутні ТЕС, ТЕЦ, заводи хімпрому, металургії та інших галузей індустрії. Сьогодні ж світовий рейтинг з видобутку «вугільної солярки» очолює ПАР, де по техпроцесу SASOL використовують до 40 мільйонів тонн на рік своїх величезних углезапасов.
І ще: зола від спалювання ВУТ має спучений характер і застосовується як будматеріал. Можливість приготування палива з вугілля майже будь-яких марок - від довго-полум'яних і газових до слабоспекающихся, навіть антрацитів і бурих, з вугільного штибу і шламу, з вугілля, видобутого з шлаку і золи виносу ТЕС, а також з торфу вже давно доведена. Екологічна доцільність цього напряму особливо сильна тим, що для отримання ВУТ можна використовувати не тільки річкову воду, але й оборотні води ГМК, каналізаційні та промислові стоки.
Цікавий і російський досвід. ВУТ використовували в котлах Новосибірської ТЕЦ-5, при цьому експлуатувався 262-кілометровий углепровод від м. Белово до Новосибірська. З 1989 по 1997 рік на ТЕЦ доставлено і спалено в котлах 350 тис. т водовугільного палива. У 1986-1987 рр.. провели успішні випробування з перекладу на ВУТ котла ПК-40А паропродуктивністю 320 т пари на годину на Білівське ГРЕС. На Новокузнецькій МК вперше у світовій практиці застосували ВУТ замість мазуту в горні агломашин.
Підвищений інтерес до ВУТ у безугольной Японії, що інвестує в розробку буровугільних родовищ і створення заводів з його переробки у В'єтнамі та Індонезії.
На жаль, ВУТ поки не використовується у великій енергетиці незважаючи на те, що питомі витрати на виробництво 1 МВт.год електроенергії з цього палива нижча, ніж при спалюванні вугілля. Справа ще й у тому, що при заміні вугілля, газу, мазуту на «водовугільних коктейль» потрібні великі інвестиції, особливо на першому етапі його промислового впровадження.
Є українське ВУТ!
Фахівці з Інституту технічної механіки (Дніпропетровськ) стверджують, що виконані ними сучасні НДР дозволяють зробити висновок: за методами фізико-хімічної механіки можна ефективно створювати з відходів вуглезбагачення висококонцентроване (до 75% вугільної маси) нове паливо з необхідними колоїдно-хімічними та теплотехнічними властивостями. При цьому кінцевий продукт - ВУТ - готовий до використання в енергетичних установках і не вимагає спецпідготовки перед спалюванням.
Так за що ж справа?
Ось думка топ-фахівців у цій області Олександра Кузнєцова (НДПКІ «Вуглемеханізація», Луганськ) та Ігоря Токарева (ТОВ «Ремо», Свердловськ): «Зараз ми вже маємо 5 ефективних проектів використання ВУТ замість газу на заводах ВАТ« Інтерпайп », ТОВ «Сінтіз», ТОВ «Промцемент», у фірмі «Фагот», на ДП «Свердловантрацит». Переклад опалювальних агрегатів з газу на ВУТ передбачає річну економію на енерговитратах в межах 1,7-16,4 мільйона гривень, а термін окупності водовугільного техпроцесу - протягом 1 року. Необхідно розробити загальнодержавну програму поступового освоєння ВУТ у всіх сферах теплогенерації і теплоспоживання, включаючи ЖКГ, промислові держпідприємства, ТЕС. Включити в цю програму приватні видобувні і енергогенеруючі компанії, галузеві інститути НАНУ, Мінпаливенерго, Мінпромполітики, Мінрегіонрозвитку ».
Вугілля рубають - шлами летять
Чим більше добувають, перевозять і споживають горючих кам'яного і бурого вугілля, тим більше від них всяких відходів: зол, порожніх порід, шахтних та стічних вод. Але рівень нинішніх технологій дозволяє значно розширити сферу використання і збільшити обсяги переробки різних відходів і шкідливих викидів вугільної індустрії - видобутку, збагачення, коксохімії, спалювання.
Найважливішим вугільним регіоном країни, де запасів вистачить ще років на 400, є Донбас. Ті, що на Галичині, у Червонограді, - поганенько, але поки НЗ. Тамтешні вугілля високозольні і містять багато сірки. Відомо, що перед використанням на КХЗ і в енергетиці рядові вугілля попередньо потрібно збагачувати. Після цієї процедури залишаються мертвим вантажем мілліонотонние терикони, хвости, шлами, забруднені й отруйні шахтні води, зібрані в шламонакопичувачах фабрик вуглезбагачення і КХЗ, і поки практично не використовуються. Вони стали найнебезпечнішими екологічними «мінними полями», особливо на сході країни.
- З багатьох компетентним оцінками, на цих промполігонах такого корисного «непотреба» набралося понад 100 мільйонів тонн, - пояснює професор Українського державного хіміко-технологічного університету (УДХТУ, Дніпропетровськ) доктор хімічних наук Вільям ЗАДОРСЬКИЙ. - Це позабалансові вугільні шлами і відходи флотації, які можуть стати додатковим енергоносієм. Ще їх називають «промпродуктів», придатним для переробки. Він набагато дешевше звичайного коксівного вугілля. Золи в таких відвалах 30-70%, а вміст органічного залишку - 30-50%.
Відомі технології по вилученню з позабалансових продуктів вуглецевмісний горючої складової не дозволяють повністю домогтися таких результатів. Значить зараз, в умовах прийдешнього глобального дефіциту енергоресурсів, дуже актуальне проведення у вугільній галузі цільових НДР по створенню нових технологій, скорочують до мінімуму втрати вугільної речовини з відходами, а також по залученню до теплоенергетичне використання «промпродуктів», що дозволить різко знизити собівартість виробництва енергії .
Чиста економія
Міститься у відходах збагачення вугілля може бути використаний, якщо їх переробити в нову продукцію - водовугільне паливо на основі вугільних шламів. Нові ефективні процеси одержання та застосування ВУТ повинні базуватися на наукових засадах колоїдної хімії та фізико-хімічної механіки. Це паливо являє собою висококонцентрованих дисперсну систему, що складається з дуже дрібних фракцій вугілля (<250 мкм) і води з добавками пластифікаторів і стабілізаторів.
На думку доцента кафедри промислової теплоенергетики (ПТЕ) Національної металургійної академії України (НМетАУ, Дніпропетровськ) кандидата технічних наук Валерії Пінчук, з урахуванням екологічних лімітів ЄС та Кіотського протоколу слід застосовувати екологічно чисті вугільні технології, що забезпечують високу повноту використання палива при мінімально можливої шкідливої навантаженні на навколишнє середовище. Проблема створення гідроугольного палива з відходів вуглезбагачення і КХЗ полягає в тому, що шлами значно відрізняються за своїми фізико-хімічними властивостями і складом від вугілля різних класів, так як вони вже проходили попередню обробку при збагаченні, а деякі довго перебували в шламонакопичувачах. Також в технології приготування ВУТ зі шламів потрібно враховувати не тільки фізико-хімічні параметри, а й стан поверхні частинок вугілля. Природно, така широка гамма властивостей повинна визначати різні підходи в технології отримання ВУТ, вважає В. Пінчук.
Про переваги ВУТ говорить керівник кафедри ПЕТ НМетАУ, професор доктор технічних наук Михайло Губинський:
- Використання ВУТ в 1,5-3,5 рази знижує шкідливі викиди в атмосферу і підвищує ефективність застосування «кам'яного золота» до 98%, тоді як при традиційному його спалюванні вона не більше 60%. Саме головне достоїнство «водовугільної суспензії» - низька ціна і екологічність, вона не окислюється при зберіганні, добре перекачується по трубах і розпорошується через пічні форсунки, горить рівним і сильним полум'ям. Готове водовугільне паливо дешевше мазутного в 2-4 рази, а його вартість не перевищує 15-20% ціни вихідного вугілля на місці його видобутку. До того ж ВУТ безпечно при пожежах та вибухах. Технології його зберігання прості і можуть бути повністю автоматизовані, а перекачувати його можна за спеціальними углетрубопроводам, як рідку нафту. Крім того, переклад котелень на цей енергоносій зазвичай займає не більше 7 місяців, а при серійному виготовленні необхідного для цього обладнання термін скоротиться вдвічі. Економія на виробництві теплової й електроенергії окупить витрати на реконструкцію котельні з трьох-чотирьох котлів за 2,5-3 роки.
Нове світове паливо?
Найбільша кількість наукових інститутів, виробничих фірм і корпорацій залучалися до теми ВУТ в 1979-1984 рр.. Більше 100 організацій в США, Європі, Китаї, Японії, Канаді зайнялися серйозними НДДКР по даній темі. Для цього створені великі міжнародні фірми Carboge і Co-Al (США), Densecoal (ФРН), SASOL (ПАР), Fluidgarbon (Швеція), які придумали різноманітні склади та техпроцеси приготування і застосування суспензій з води з вугіллям.
А сьогодні в мегаполісах Китаю заборонено будівництво та експлуатація котелень на твердому вугіллі. Урядової держпрограмою намічений поетапний переклад багатьох підприємств з нафтогазового на водовугільне паливо. Це має знизити імпорт нафти більш ніж на 70 млн т, мазуту - на 20 млн т на рік, що зменшить залежність ПЕК країни від зовнішнього ринку. Звичайно, це зовсім невигідно сусідній Росії, яка тільки що побудувала нафтопровід від Східного Сибіру до Китаю.
Сьогодні ВУТ в Китаї займаються три науково-дослідних центру, є 6 заводів з його виробництва. На котельних і ТЕС, де спалюють ВУТ, вже виробляється до 2 млн кВт енергії. Для технічного керівництва з впровадження нового палива в країні створено Державний центр водовугільних суспензій вугільної промисловості. У найближчі 20 років планується довести потужності з виробництва «водовугільних коктейлів» до 100 млн т на рік. А ще заплановано будівництво великого заводу з виробництва ВУТ, який потроїть його поставки на внутрішній ринок - замість імпортної нафти і місцевого не дуже якісного вугілля.
Так що - на підході ера водовугільного палива?
Глобальні тенденції в цій галузі оцінює професор Губинський:
- У світі немає нічого досконалого. З недоліків ВУТ хочу відзначити високу частину води в суспензії, на випаровування не менше 40% якої потрібно витрачати енергію. Ще більших витрат потребує безпосередньо процес подрібнення вугілля для отримання самої суспензії: на дуже тонке перемелювання 1 тонни вугілля витрачається 15-20 кВт. Нарешті, при подрібненні сумішей знос обладнання і, отже, витрати на його амортизацію в рази вище, ніж при сухому помелі. Але, незважаючи на недоліки, питання про використання ВУТ у світовій практиці не втрачає актуальності. У США активно працює програма використання вугілля в промисловій та побутової енергетиці (ICCG) із загальним обсягом фінансування у 6 мільярдів доларів на найближчу п'ятирічку. Близько 20% цих грошей йде на вирішення логістично-транспортних проблем. Споживачі «гідроугольной суспензії» - колишні вугільно-мазутні ТЕС, ТЕЦ, заводи хімпрому, металургії та інших галузей індустрії. Сьогодні ж світовий рейтинг з видобутку «вугільної солярки» очолює ПАР, де по техпроцесу SASOL використовують до 40 мільйонів тонн на рік своїх величезних углезапасов.
І ще: зола від спалювання ВУТ має спучений характер і застосовується як будматеріал. Можливість приготування палива з вугілля майже будь-яких марок - від довго-полум'яних і газових до слабоспекающихся, навіть антрацитів і бурих, з вугільного штибу і шламу, з вугілля, видобутого з шлаку і золи виносу ТЕС, а також з торфу вже давно доведена. Екологічна доцільність цього напряму особливо сильна тим, що для отримання ВУТ можна використовувати не тільки річкову воду, але й оборотні води ГМК, каналізаційні та промислові стоки.
Цікавий і російський досвід. ВУТ використовували в котлах Новосибірської ТЕЦ-5, при цьому експлуатувався 262-кілометровий углепровод від м. Белово до Новосибірська. З 1989 по 1997 рік на ТЕЦ доставлено і спалено в котлах 350 тис. т водовугільного палива. У 1986-1987 рр.. провели успішні випробування з перекладу на ВУТ котла ПК-40А паропродуктивністю 320 т пари на годину на Білівське ГРЕС. На Новокузнецькій МК вперше у світовій практиці застосували ВУТ замість мазуту в горні агломашин.
Підвищений інтерес до ВУТ у безугольной Японії, що інвестує в розробку буровугільних родовищ і створення заводів з його переробки у В'єтнамі та Індонезії.
На жаль, ВУТ поки не використовується у великій енергетиці незважаючи на те, що питомі витрати на виробництво 1 МВт.год електроенергії з цього палива нижча, ніж при спалюванні вугілля. Справа ще й у тому, що при заміні вугілля, газу, мазуту на «водовугільних коктейль» потрібні великі інвестиції, особливо на першому етапі його промислового впровадження.
Є українське ВУТ!
Фахівці з Інституту технічної механіки (Дніпропетровськ) стверджують, що виконані ними сучасні НДР дозволяють зробити висновок: за методами фізико-хімічної механіки можна ефективно створювати з відходів вуглезбагачення висококонцентроване (до 75% вугільної маси) нове паливо з необхідними колоїдно-хімічними та теплотехнічними властивостями. При цьому кінцевий продукт - ВУТ - готовий до використання в енергетичних установках і не вимагає спецпідготовки перед спалюванням.
Так за що ж справа?
Ось думка топ-фахівців у цій області Олександра Кузнєцова (НДПКІ «Вуглемеханізація», Луганськ) та Ігоря Токарева (ТОВ «Ремо», Свердловськ): «Зараз ми вже маємо 5 ефективних проектів використання ВУТ замість газу на заводах ВАТ« Інтерпайп », ТОВ «Сінтіз», ТОВ «Промцемент», у фірмі «Фагот», на ДП «Свердловантрацит». Переклад опалювальних агрегатів з газу на ВУТ передбачає річну економію на енерговитратах в межах 1,7-16,4 мільйона гривень, а термін окупності водовугільного техпроцесу - протягом 1 року. Необхідно розробити загальнодержавну програму поступового освоєння ВУТ у всіх сферах теплогенерації і теплоспоживання, включаючи ЖКГ, промислові держпідприємства, ТЕС. Включити в цю програму приватні видобувні і енергогенеруючі компанії, галузеві інститути НАНУ, Мінпаливенерго, Мінпромполітики, Мінрегіонрозвитку ».
