Эколого-экономическая оценка применения технологий сжигания брикетов изготовленных из отходов обогащения углей Прокопьевского района

 

      Состояние водной среды

      Реки  загрязняются сточными водами предприятий  горнодобывающей, топливно-энергетической, металлургической, коксохимической, химической, деревообрабатывающей промышленности, агропромышленного комплекса и  коммунального хозяйства. Соответственно загрязнены и подземные воды.

    Характерными  загрязняющими веществами рек Кемеровской  области являются нефтепродукты, фенолы, соединения азота, железа, цинка, марганца, меди, взвешенные вещества, органические соединения по показателям ХПК (химическое потребление кислорода) и БПК₅ (биохимическое потребление кислорода за 5 суток).

    Практически во всех реках района отмечается превышение ПДК по нефтепродуктам (от 1 ПДК до 5, 4 ПДК), фенолам (1-16ПДК), азоту аммонийному и нитратному  (10-13ПДК), железа (1,1 – 16,6ПДК), марганца (1,9-13 ПДК), меди (5,4-26 ПДК), цинка (1,5 -9,2 ПДК).

    Кислородный режим рек удовлетворительный.

    В 2010 году, по сравнению с 2009 годом, состояние  водных объектов 1-й категории улучшилось на 6,7 % по санитарно-химическим и на 6,9 % по микробиологическим показателям.

    Качество  воды водных объектов 2-й категории  улучшилось на 12,5 % по санитарно-химическим и на 0,7 % по микробиологическим показателям (табл. 1.5).

    Таблица 1.5 - Гигиеническая характеристика водоемов Кемеровской области для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения (1-й категории) и для рекреационного водопользования (2-й категории) 2009-2010 гг. (%)

Категория водоемов	Доля  проб воды, не соответствующих гигиеническим  нормативам, %
	по  санитарно-химическим показателям			по микробиологическим показателям
	2008	2009	2010	2008	2009	2010
1-я	26,0	23,9	17,2	43,0	41,9	35,0
2-я	33,0	34,8	22,3	36,0	33,8	33,1

 

 

    Состояние земельных ресурсов

    Качество  грунтов ежегодно снижается, что  обусловлено загрязнением их посредством  оседания загрязняющих веществ из атмосферы, питания загрязненными подземными водами. К тому же, для ведения  производственной деятельности, предприятиями  изымаются земли разного назначения (лесной фонд, водный фонд, сельскохозяйственные земли) и в результате ведения  горных работ нарушаются (оседания, провалы, отвалы, шламохранилища, карьеры  и т.д.).

    В целом экологическая ситуация в  Кемеровской области практически  критическая. На рис. 1.3 представлено районирование  территории области по уровню техногенной  нагрузки.

      

       Рис. 1.3 – Районирование территории области по уровню техногенной нагрузки

      районы  интенсивного техногенеза

      районы  трансграничного влияния техногенеза

      районы  вне зоны влияния техногенеза 
 

      Анализ  рис. 1.3 свидетельствует о том, что  около 30% территории области являются чрезвычайно техногенно нагруженными, экологическую ситуацию в которых  можно назвать критической. 

 

4. Проблемы  загрязнения атмосферы  от сжигания углей

 

     О роли угля в загрязнении атмосферы  в Европе было известно давно. Однако в 19 веке он был самым дешевым  и доступным видом топлива  в Западной Европе, в том числе  и Великобритании. Есть на чем работать промышленности, производство дает прибыль, да и продажа угля бытового отопления  приносит неплохой доход - скажите, пожалуйста, при чем здесь разговоры о  каком-то там воздухе? "Даже в начале текущего столетия, пишет английский ученый Т.С.Уилсон,- находились промышленники, которые уверяли, что дым безвреден  для здоровья, что шотландский  уголь немыслимо сжигать без  дыма и что истинные беды происходят от дыма, который дают домашние печи и камины".

     При сжигании угля в атмосферу поступает 93,6млн.т в год. Кроме того, в атмосферу поступают соединения серы, токсичных и парниковых газов NO₂, SO₂, CO₂, образующихся в процессе сжигания угля, высокодисперсных зольных частиц, токсичных микроэлементов и их соединений, образующихся при термообработке углей.

     По  объёму выбросов вредных веществ  угольная отрасль занимает шестое место  в промышленности Российской Федерации (вклад на уровне 5%). Степень улавливания  и обезвреживания загрязняющих веществ  крайне низка (9,1%), при этом не улавливаются углеводороды и ЛОС.

     В 2010 году выросли выбросы углеводородов (на 45,5 тыс. т), метана (на 40,6 тыс. т.), сажи (на 1,7 тыс. т), ряда других веществ; отмечено снижение выбросов ЛОС (на 5,2 тыс. т), диоксида серы (на 2,8 тыс. т), твёрдых веществ (на 2,2 тыс. т).

     Зональность угля, поступающего от отдельных поставщиков  на ТЭС, превышает 79% (в Великобритании она в соответствии с законодательством  – 22%, в США – 9%). И увеличение выброса  летучей золы в атмосферу продолжается. Между тем электрофильтры для  золоулавливания производит лишь один Семибратовский завод, удовлетворяя ежегодные потребности в них не более чем на 5%.

     ТЭС, работающие на твёрдом топливе, интенсивно выбрасывают в атмосферу продукты угля и сланцев, содержащих до 50% негорючей  массы и вредных примесей. Удельный вес ТЭС в электробалансе страны составляет 79%. Они потребляют до 25% добываемого твёрдого топлива и  сбрасывают в среду обитания человека более 15 млн т золы, шлаков и газообразных веществ [6].

     В США каменный уголь продолжает оставаться основным видом топлива для электростанций. К концу столетия все электростанции там должны стать экологически чистыми, предстоит повысить КПД до 50% и  более (сейчас 35%). Чтобы ускорить внедрение  технологий очистки угля, ряд угольных, энергетических и машиностроительных компаний при поддержке федерального правительства разработал программу, на реализацию которой потребуется 3,2 млрд долларов. В течение 20 лет  только в США новые технологии будут внедрены на существующих электростанциях  общей мощностью 140 тыс. МВт и на новых переоборудуемых электростанциях  общей мощностью 170 тыс. кВт.

     Экологические технологии сжигания топлива. Традиционный диффузионный способ сжигания даже высококачественных углеводородных топлив приводит к загрязнению окружающей атмосферы главным образом оксидами азота и канцерогенными веществами. В связи с этим необходимы экологически чистые технологии сжигания этих видов топлива: с высоким качеством распыления и смешения с воздухом до зоны горения и интенсивным сжиганием обедненной, предварительно перемешанной, топливно-воздушной смеси, оптимальная с термохимической точки зрения камера сжигания (КС) должна обеспечивать предварительное испарение топлива, полное и равномерное перемешивание его паров с воздухом и устойчивое сжигание обедненной горючей смеси при минимальном времени её пребывания в зоне горения.

     В этом плане гораздо эффективнее  традиционного диффузного гибридный  способ сжигания, представляющий комбинацию диффузной зоны с каналом для  предварительного испарения и перемешивания  топлива с воздухом.

     Разработаны технологии сжигания угля в котлах с циркулирующим кипящим слоем, где достигается эффект связывания экологически опасных примесей серы. Эта технология внедрена при реконструкции  Шатурской, Черепетской и Интинской  ГРЭС. В Улан-Удэ строится ТЭЦ  с современными котлами. Институтом «Теплоэлектропроект» разработана  технология газификации угля: сжигается  не сам уголь, а выделенный из него газ. Это экологически чистый процесс, но пока он, как и любая новая  технология, дорог. В будущем будут  внедрены технологии газификации даже нефтяного кокса.

     При сжигании угля в псевдосжиженном  слое выброс в атмосферу соединений серы уменьшается на 95%, а окислов  азота – на 70%.

     Очистка дымовых газов. Для очистки дымовых  газов применяется известково-каталитический двухступенчатый метод с получением гипса, основанный на поглощении диоксида серы известняковой суспензией в  две ступени контакта. Подобная технология, как свидетельствует мировой  опыт, наиболее распространена на тепловых электростанциях, сжигающих жидкое и твёрдое топливо с различным  содержанием серы в нём, и обеспечивает степень очистки газов от окислов  серы не ниже 90-95%. Большое количество отечественных электростанций работают на топливе со средним и высоким  содержанием серы в нем, поэтому  этот метод должен получить широкое  распространение в отечественной  энергетике. У нас в стране практически  отсутствовал опыт очистки дымовых  газов от сернистого ангидрида мокрым известняковым способом.

     На  долю ТЭС приходится около 70% выбросов оксидов азота в атмосферу. В  США и Японии методы очистки дымовых  газов от оксидов азота нашли  широкое применение, в этих странах  работает более 100 установок, в которых  используется метод селективного каталитического  восстановления оксидов азота аммиаком на платино-ванадиевом катализаторе, правда, стоимость этих установок очень  высока, а срок службы катализатора – незначителен.

     В последние годы в США фирмой «Genesis Research of Arizona» разработана технология получения так называемого самоочищающегося угля. Такой уголь лучше горит, и при его использовании в дымовых газах оказывается на 80% меньше диоксида серы, дополнительны же расходы составляют лишь часть затрат на установку скрубберов. Технология получения самоочищающегося угля включает две стадии. Первоначально от угля посредством флотации отделяются примеси, затем уголь размалывается в порошок и добавляется в шлам, при этом уголь всплывает и примеси тонут. На первой стадии удаляется почти вся неорганическая сера, а органическая остается. На второй стадии порошкообразный уголь соединяется с химическими веществами, название которых является коммерческой тайной, а затем уплотняется в комки величиной с виноградину. При сгорании эти химические вещества вступают в реакцию с органической серой, причем сера надежно изолирована, что исключает ее попадание в атмосферу. Комки такого модифицированного угля можно транспортировать, хранить и применять как обычный уголь.

     Парогазовые системы. Эффективная комплексная  система, обеспечивающая не только улавливание  вредных примесей из дымовых газов  ТЭС, но и одновременно снижающих  примерно на 20% удельный расход топлива  на производство электроэнергии, разработана  в Энергетическом институте Г.Н. Кржижановского. Суть ее в том, что  перед сжиганием в топке паровых  котлов ТЭС уголь газифицируют, очищают  от твердых (содержащих вредные вещества) примесей и направляют в газовые  турбины, где продукты сгорания с температурой 400-500 градусов Цельсия сбрасываются в обычные паровые котлы. Подобные парогазовые системы широко используют энергетики ряда стран для уменьшения выброса в атмосферу.

     Глубокая  комплексная переработка угля. За рубежом интенсивно ведутся работы по отработке технологий и оборудования газификации угля для полного  обеспечения промышленности в горючих  газах, синтез-газе и водороде. В  Нидерландах введена в действие демонстрационная установка кислородной  газификации угля для энергоблока  мощностью 250 МВт. Намечен ввод четырех  подобных установок от 175 до 330 МВт  в Европе, десяти установок от 100 до 500 МВт в США и одной установки  мощностью 400 МВт в Японии. Процессы газификации при высоких температурах и давлениях дают возможность  перерабатывать угли широкого ассортимента. Известны исследования по высокоскоростному  пиролизу и каталитической газификации, реализация которых сулит огромные выгоды [7].

     Необходимость углубления переработки угля продиктована предшествующим ходом развития тепло- и электроэнергетики: наилучшие  результаты достигаются при комбинированной  переработке угля в электричество  и тепло. Качественный скачок в использовании  угля связан с его комплексной  переработкой в рамках гибких технологий. Решение этой сложной проблемы потребует  новых технологических установок  для энергохимических комплексов, которые  обеспечат повышение экономичности  ТЭС, снижение капитальных удельных затрат и кардинальное решение вопросов экологии.

 

ГЛАВА 2

Анализ  состояния производства угольных брикетов 

     2.1. Ситуация по видам  и качеству топливных  брикетов 

     Уголь является одним из главных энергетических ресурсов, наряду с нефтью и газом, однако запасы угля на нашей планете и в России в частности значительно превышают запасы нефти и газа, по меньшей мере на порядок.