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

     Добываемый  уголь далеко не всегда соответствует  требованиям технологий его сжигания: у бурого угля низкая теплотворная способность, в ходе добычи высококачественного каменного угля происходит его чрезмерное переизмельчение с формированием отходов в виде отсевов. .

     В ходе различных видов хозяйственной  деятельности человека, формируется  значительное количество отходов, которые  также могут служить энергетическим сырьем. Однако использование их в  том виде, в котором они накапливаются, экономически невыгодно.

     Исходя  из этого окускование твердотопливных  ресурсов становится одним из приоритетных направлений при решении проблемы обеспечения нужд коммунально-бытовой  малой энергетики и частного сектора  квалифицированным твёрдым топливом. Для решения вопросов по вторичному использованию отходов ученые разработали технологию брикетирования [8].

     Особенно  важными преимуществами угольного  брикета перед углем является:

• Брикет, при одинаковой цене  в 1,6 раза калориен, чем уголь.
• Брикет экологически чище угля.
• Одним из важнейших качеств бытового топлива – брикетов из каменных углей и антрацитов, обеспечивающих их высокую ликвидность, являются то, что они имеют в 1,5-1,7 раза большую полноту сгорания (КПД) по сравнению с кусковым углем аналогичного сорта. Кроме этого брикеты обеспечивают большую экологичность дымовых газов по сравнению с углем за счет возможности связывания серы в зольном остатке.
• Исследования показывают, что корректировка энергетической части КПД брикетов, изготовленных из мелких и более зольных сортов (Ad=17,4%) по сравнению с крупнокусковым (Ad=8,8%) углем за счет разности зольности между ними приводит к уменьшению его величины с 1,7 раза всего до 1,6 раза. Это означает, что стоимость 1 тонны брикетов с Ad=17,4% может быть равна стоимости 1,6 тонны с Ad=8,8%.
• Дополнительным направлением по увеличению конкурентной способности брикетной продукции является уменьшение  их себестоимости. Анализ структуры цены на угольные брикеты показывает, что она определяется в первую очередь стоимостью исходного сырья, связующего и энергоресурсов, а все остальные затраты на передел не превышают 20%. Поэтому основные усилия на снижение себестоимости брикетной продукции должны быть связаны с мероприятиями по удешевлению угольного сырья.
• Одним из таких способов удешевления стоимости сырья является получение «смесевых» брикетов, когда в более дорогой сорт угля добавляем более дешевый или наоборот.
• Основные преимущества производимой продукции: экологическая чистота, высокие потребительские качества, хорошая конкурентная способность по сравнению с другими видами бытового топлива, обеспеченность брикетного производства сырьевыми ресурсами, а также значительно меньшая себестоимость  продукции в сравнении с зарубежными аналогами.
• Как бытовое топливо брикеты из каменных углей самых древних углей планеты имеют хорошие и длительные перспективы по конкурентоспособности по сравнению с газообразными и жидкими горючими веществами.
• По экологической чистоте брикеты не уступают практически всем горючим газам за исключением водорода.

 

 Для получения  товарного продукта, пригодного для  реализации на рынке вторичного сырья, брикет должен отвечать ряду требований:

     - не должен содержать вредных  примесей элементов сверх допускаемого  уровня;

     - обладать прочностью, достаточной  для его последующей транспортировки; 

     - сохранять прочность при увлажнении  при транспортировке; 

     - обладать прочностью при высоких  температурах;

     - обладать однородностью химического  состава; 

     - обладать однородностью линейных  размеров кусков;

     - иметь себестоимость, сопоставимую  с традиционной.

     Практически во всех странах мира успешно применяют  технологию брикетирования углей и  другого энергетического сырья, тем самым расширяя сырьевую базу, снижая вредное воздействие на окружающую природную среду. В данной работе рассмотрена ситуация по виду и качеству топливных брикетов, изготовливаемых  в разных странах [9].

     Одним из мировых лидеров в производстве угольных брикетов является Германия, где производственная мощность брикетных  фабрик составляет порядка 50 млн.т в  год. Здесь брикеты изготавливаются  из мягких (прессованием на штемпельных  прессах) и твердых (прессованием на кольцевых прессах) бурых углей  без связующих добавок, из антрацита (на вальцевм прессе) и шихты с  использованием связующих добавок.

     Особенно  интересным с точки зрения экологии является производство бездымного топлива  «экстрасит» из обогащенного антрацита  с добавкой неорганического связующего. Такие брикеты имеют высокую  теплоту сгорания, низкую зольность, горят без образования дыма и  сажи, создавая комфорт. Кроме того, в Германии изготавливаются также  бездымное топливо «термобрайт» и «термоглоу». Это карбонизированные  буроугольные брикеты.

     Другим  важным экологическим направлением было производство в Германии термобрикетов  из шихты, состоящей из угля с выходом  летучих не менее 15%, коксовой мелочи, нефтяного кокса, рециркулята твердых  отходов. Производство и использование  таких брикетов позволяет решить проблему отходов и снижает их воздействие на окружающую природную  среду. Однако в Германии основную долю производства (75%) составляют буроугольные брикеты.

     Великобритания  также как и Германия, является крупным потребителем бытового угольного  топлива в виде брикетов.  В Великобритании в соответсвии с законодательством разрешено использовать только бездымное топливо.

     В Великобритании изготавливаются угольные брикеты  со связующими добавками  и прошедшие термическую или  термохимическую обработку для  удаления летучих, а также термобрикеты.

     Термобрикеты  в Англии производятся из двух видов  сырья: 1) угля влажностью 12 %, зольностью 16 %, с обогащением его до концентрата зольностью 4 %, который направлялся на термобрикетированиеи прессование в специальных штемпельных прессах; 2) смесь высокометаморфизированных неспекающихся углей с хорошо спекающимися, по аналогу производства термобрикетов «анцит» в Германии.

     Австралия производит буроугольные брикеты с  зольностью 1,8 % и сернистостью 0,3 %, которые, хотя и не являются бездымным топливом, но относятся к категории экологически чистых топлив.

     В Ирландии также имеется собственное  производство торфяных брикетов без  связующих добавок; брикетов из смеси  угля и торфа, а также термообработанных  каменноугольных брикетов, полученных с использованием мелассы в качестве связующей добавки (брикеты «Аригна»).

     Во  Франции разработаны и реализованы  в промышленном масштабе ряд способов получения бездымного бытового топлива  из каменных углей. Объем его выпуска составляет порядка 2,5 млн.т. в год по следующим видам: антрасин, кармонуа, карболюкс, дистиракс.

     Антрасин  получают из антрацитового штыба  брикетированием с органическим связующим (нефтебитум или каменноугольный  пек). Антрацитовая мелочь перед брикетированием  подвергается обогащению до зольности 8-8,5 %. Полученные брикеты подвергаются термической обработке.

     Кармонуа  получают в коксовых печах Киперса, а карболюкс полукоксованием  кусковых неспекающихся углей. Для  производства дистиракса применяют  брикетирование тощих углей с  каменноугольной смолой и коксованием  брикетов.

     В Бельгии разработан метод окислительной  обработки в кипящем слое песка  брикетов, полученных с органическим связующим. В этой стране было построено 3 брикетных установки по 15 т/час каждая.

     В Чехословакии производство брикетов организованно  из бурых углей без связующих  на штемпельных прессах по немецкой технологии брикетирования и из твердых  бурых углей без связующих  на кольцевых прессах. Производство буроугольных брикетов находится на уровне 1,5 млн. тонн в год.

     В Венгрии применяется технология брикетирования угля с нефтебитумным  связующим в вальцевых прессах. После прессования брикеты термической  обработке не подвергались. Сырьем для брикетирования является 1) бурый  уголь после обогащения, а также  антрацит и каменный уголь; 2) шихта  из 70 % бурого и 30 % каменного угля.

     В Польше для брикетирования используют мелочь углей с добавкой 8-16% связующего (пек или нефтебитум). Важным является то, что 90% брикетов направляется на коксование для получения бездымного топлива [11].

     В Болгарии построена брикетная фабрика  мощностью 1,8 млн. тонн в год, которая  работает по технологии брикетирования без связующих на штемпельных прессах. Сырьем является местный бурый уголь. Однако брикеты, производимые в Болгарии характеризуются низкой атмосферно-и водоустойчивостью, разрушаются при открытом хранении.

     В Румынии для получения бытового топлива из каменных углей применяют  брикетирование с нефтебитумными связующими на вальцевых прессах, а также  брикетирование полукокса со связующим. На брикетирование направляется предварительно обогащенная угольная мелочь зольностью порядка 16-19%, содержанием серы 2,4%, выходом  летучих 36%.

     Турция в основном потребляет топливо, которое импортирует из ряда стран. Собственные установки производят топливные брикеты из кузнецкого угля марки «СС» с добавкой в качестве связующего композиций из мелассы (патоки) и извести, но мощность их незначительна.

     В Российской Федерации в составе  СССР до 1995 года эксплуатировалась  одна брикетная фабрика - Кумертаусская  БФ. Технология и оборудование на этой фабрике были полностью аналогичны брикетным предприятиям в Германии, производящим буроугольные брикеты из молодых бурых углей без связующих добавок.

     В последующем в России в Канско-Ачинском бассейне организовано производство топливных  брикетов из твердых бурых углей  с нефтебитумной добавкой. В Якутии производят брикеты из каменноугольной мелочи с лигносульфонатной связующей добавкой.

     В Украине находится в эксплуатации 5 брикетных фабрик, в т.ч. 4 буроугольные и 1 каменноугольная. Буроугольные брикетные фабрики работают по технологии брикетирования без связующих добавок; каменноугольная со связующими. По показателям зольности, механической прочности и калорийности украинские брикеты из бурых углей аналогичны кумертаусским, но значительно уступают им по экологическим характеристикам из-за высокого содержания серы.

     Каменноугольное брикетное производство Украины  со связующими добавками представлено Донецкой брикетной фабрикой, где перерабатывается  антрацитовый штыб, а в  качестве связующего применяют нефтебитум с температурой размягчения 70-75 °С.

     Украинские  брикеты, несмотря на низкий выход летучих  веществ, не относятся к категории  бездымных топлив [12].

     В ряде стран брикеты не производятся и не применяются. К таким странам  относятся Испания, Португалия, Италия, Югославия.

     Ситуация  по видам и качеству углебрикетного топлива представлена в таблице 2.1.

     По  основным коммерческим показателям  качества - зольности, содержанию серы и теплотворной способности на потребительском  рынке просматривается следующий  уровень по видам брикетного топлива.

     Для буроугольных брикетов - зольность  до 12 %, содержание серы не более 1,2 %, теплота  сгорания на рабочее топливо до 5000 ккал/кг (уровень Германии, Великобритании), зольность 21-30 %, содержание серы 1,5-4,5 %, теплота сгорания на рабочее топливо 4000-4200 ккал/кг (уровень России, Украины, Болгарии).

     Для каменноугольных и антрацитовых брикетов - зольность 4-8,5 %, содержание серы до 1 %, теплота сгорания рабочего топлива более 6000 ккал/кг (в основном более 6500 ккал/кг) уровень Великобритании, Ирландии, Германии, Франции; зольность 13-19 %, содержание серы 0,5-3,3 %, теплота  сгорания на рабочее топливо от 5000-до 6500 ккал/кг (уровень Венгрии, Польши, Румынии, Турции, России).

     В части загрязнения окружающей среды  от сжигаемого бытового топлива следует отметить, что во всех странах отсутствуют единая методология оценки экологической чистоты используемого топлива.

     Единственный  стандарт по оценке выбросов с дымовыми газами от сжигаемого топлива, принятый на государственном уровне, имеется  в Великобритании, в соответствии с которым осуществляется регулирование  топливного рынка в этой стране, с целью недопущения использования  экологически «грязных» видов угольного  топлива.

 

     

     Таблица 2.1 - Ситуация по видам и качеству углебрикетного топлива

Страны Вид брикетного топлива Категория, форма, размеры, масса Химический  состав Механическая  прочность Вид отгрузки потребителям       Зольность сера,% Летучие, % теплота сгорания, ккал/кг при истирании, % при сбрасывании, % при сжатии, кг/кв.см   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Германия Буроугольный  без связующих добавок Дымные, длина 136, 156, 182,91 и 105мм высота 70,55-60 мм толщина 45-50 мм масса 600-700г 300-1200г до 12,0 (предельная 12,0) более 1,2 свыше 50.0 4200-5000 не опр. не опр. 80-120 В вагонах насыпью, в пакетах по 25 кг, в  бумажных сумках по 10 кг   Брикеты из обогащенного антрацита со связующими добавками Бездымный, яйцевидные размер 60x40мм масса 70-75г 6,0-8,0 до 1,0 до 10 более 6500 нет данных нет данных нет данных     Термобрикеты  из угля с выходом летучих не менее 15%, коксовой мелочи, нефтяного кокса Бездымный, яйцевидные масса 70-75г до 5-6 0,9 5,5 более 6500 нет данных нет данных нет данных   Великобритания Брикеты из неспекающихся  каменных углей с выходом летучих  менее 12% с добавкой связующего Бездымный, яйцевидные, масса 70-75г 5.0-11.0 менее 1,0 менее 12.0 более 6500 нет данных нет данных нет данных 80% отгружается  в упаковке в мешках из пропилена,  полиэтилена