Первые исследования угольных суспензий были выполнены в Институте горючих ископаемых (ИГИ) и ЭНИН еще в середине прошлого века и даже ранее [1—4]. Уже тогда разрабатывали технологию утилизации загрязняющих окружающую среду дисперсных угольных шламов, которые образуются в процессах обогащения, гидравлической добычи и гидротранспортирования угля из шахты. Из-за высокой стабильности и дисперсности шламовых суспензий требуются значительные затраты на их обезвоживание. Прямое (без предварительного обезвоживания) сжигание шламовых суспензий в тепловых агрегатах решило бы проблему их утилизации. Предполагали, что в определенных условиях это может оказаться выгоднее и технологичнее, чем сжигание дисперсного угля, выделяемого посредством обезвоживания и высушивания шламовых суспензий. В техноэкономических расчетах эффективности прямого сжигания было принято, что стоимость угольных шламов мала по сравнению с другими затратами на их переработку в технологически приемлемое топливо.
Все предложенные технологии прямого сжигания шламовых суспензий оказались экономически несостоятельными, а экологические аспекты проблемы — социально тревожными и значимыми.
Практическое использование шламовых угольных суспензий осложнено еще их неоднородностью вследствие различного происхождения, местонахождения, разных условий содержания и хранения. Проекты прямого сжигания шламовых угольных суспензий не были реализованы. К настоящему времени построенные установки демонтированы.
Наряду с технологией прямого сжигания шламов разрабатывали и технологию получения топливных суспензий — водоугольного топлива (ВУТ) из кондиционного рядового угля. В отличие от угольных шламов минералогический состав и свойства рядового каменного угля регламентированы, количество угля заданного состава практически не ограничено. Поэтому изготовление из него ВУТ менее затруднительно. Водоугольное топливо рассматривали как доступную, хотя и неполноценную, замену (как паллиатив) энергетических продуктов гидрогенизации угля. Способы получения углеводородных жидкостей из угля посредством его гидрогенизации известны. Однако эти способы по всем разработанным к настоящему времени технологиям недостаточно совершенны; получаемые в опытнопромышленных установках жидкие топлива по стоимости неконкурентоспособны с нефтепродуктами.
Кардинальная политико-экономическая проблема ВУТ базируется на том факте, что промышленные запасы угля значительно шире и равномернее распространены по земному шару, чем совокупные запасы нефти и газа, а в энергетическом эквиваленте многократно их превосходят. Огромные залежи угля сосредоточены в России, Китае, США, Австралии, Канаде, ЮАР и во многих других странах. Добыча и транспортирование угля на любые, особенно дальние, расстояния механизированы и четко организованы. Поэтому перспектива использования угля, сжигаемого как жидкое топливо, вместо нефтепродуктов для уменьшения зависимости промышленных стран от поставок нефти представлялась весьма заманчивой.
Возможно вы искали - Реферат: рефераты
Потенциальная экономичность угольного топлива определяется относительно низкой стоимостью энергии, получаемой при его сжигании (на ТЭС) — примерно 1, 5 дол. за 1 МДж для битуминозного угля против 4, 5 дол. за 1 МДж для мазута (по ценам энергоносителей в 1997 г. в США: мазута — 150, угля — 30...40 дол. за 1 т на месте доставки).
Отношение к проблеме и ассигнования на разработку суспензионных угольных топлив в разных странах определялись конкретным состоянием и степенью обеспечения местными энергоносителями, а также соотношением затрат на производимую в них энергию из добываемого и привозного угля, нефти и газа. Во всех странах целью программ по созданию нефте- и газозаменяющих видов топлива [не только суспензионноугольного (СУТ)] было обеспечение как экономической независимости, так и экологической безопасности.
Тематика по ВУТ стала особенно популярной в 70-х годах прошлого века. Задача состояла в разработке технологий приготовления ВУТ такого качества, чтобы с наименьшими издержками можно было заменить им мазут в энергетических агрегатах. Проектировали также трубопроводное транспортирование ВУТ на дальнее расстояние. Разрабатывали технологию применения ВУТ в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и вместо угля в газогенераторах. Был также выполнен значительный объем работ по замене угля на ВУТ в тепловых котельных. Предполагали этим уменьшить объем вредных выбросов.
В структуре энергетического баланса России в 2003 г. мазут и газ составили примерно 70 %, причем в европейской части — более 86 %. На долю газа в настоящее время приходится примерно 61 % производства электроэнергии. Доля угля в производстве электроэнергии в России составляет не более 26 %. Ее увеличение за счет уменьшения доли газа более чем актуально. Перевод на угольное топливо мазутных и газовых ТЭС и котельных экономически перспективен еще потому, что освободит для экспорта высокоценные энергоносители. Следует отметить, что структура внутренних цен в России на энергоносители неблагоприятна для замещения углеводородного топлива углем. Так, в средней полосе России цена рядового угля со средней теплотой сгорания примерно 17... ...20МДж/кг составляет 1 800 руб/т, а цена мазута со средней теплотой сгорания 42 МДж/кг — до 3 800 руб/т. Невыгодность замены мазута углем очевидна.
Для России наиболее актуальна проблема доставки угля из Кузбасса на Урал и в ее европейскую часть. Некогда богатые угольные месторождения европейской части России в значительной мере или полностью исчерпаны, или добыча угля обходится непомерно дорого из-за бедности пластов и большой глубины их залегания. Доставка угля из Кузбасса в центральные районы страны практически утраивает стоимость угля. Поэтому для России, как и для Китая и США (стран с развитыми сетями железнодорожного и водного транспорта) экономически актуально создание сетей гидротранспортирования угля и технологии получения угольного моторного топлива для транспортных двигателей.
Похожий материал - Статья: Обитатели почвы
В Институте горючих ископаемых, НПО «Гидротрубопровод» и других научных центрах выполнен значительный объем работ по созданию технологии приготовления, транспортирования и сжигания ВУТ из рядового угля разных марок. Был спроектирован и построен опытно-промышленный комплекс, который включал в себя терминал приготовления ВУТ расчетной производительностью 400 тыс. т/год, трубопровод длиной 262 км и терминал приема и сжигания ВУТ на ТЭС в Новосибирске.
Определенный опыт применения ВУТ накоплен также в некоторых странах, в том числе в Китае и США. Китай занимает первое место в мире по объему добычи и потреблению угля (более 1 млрд т/год), почти вся его энергетика (95 %) основана на нем. Одной из проблем Китая является транспортирование угля от мест его добычи к местам потребления, причем трассы доставки часто проходят по пересеченной местности, и потому наиболее выгодным может оказаться трубопроводный транспорт водных суспензий. Кроме того, Китай заинтересован в экспорте угля в Японию и другие страны Тихоокеанского региона, топливные ресурсы которых весьма ограничены. Морские перевозки угля в составе суспензии, ее загрузка в танкеры, выгрузка и сжигание по жидкостной схеме представлялись экономически рациональными. В течение нескольких лет Китай совместно с Японией разрабатывает проекты приготовления в Китае угольных суспензий и транспортирования их танкерами к прибрежным ТЭС Японии, где они используются совместно с мазутом и вместо него. Часть этих проектов прошла завершающую стадию и реализована в промышленном масштабе.
В США ежегодно добывают примерно 900 млн т угля, из которых 85 % используют для получения электроэнергии. Угольные ТЭС обеспечивают примерно 65 % всего ее производства, еще 25 % — АЭС и ГЭС. И только примерно 10 % электроэнергии вырабатывают сжиганием нефтепродуктов и природного газа на ТЭС и в дизельных генераторах. Для США наиболее актуальны разработки моторных угольных топлив для транспортных двигателей — основных потребителей добываемой в стране и импортируемой нефти. Как и в Китае, в США перспективным считали танкерное транспортирование водоугольной суспензии (ВУС) в страны Тихоокеанского побережья. Трубопроводное транспортирование угля расценивали, в основном, как альтернативу железнодорожному транспорту с его высокими тарифами. В США уже много лет успешно действуют трубопроводы, которые, однако, транспортируют не суспензию, а угольную пульпу. В отличие от ВУС ее обезвоживают на конечном терминале с последующим сжиганием угля по пылеугольной технологии. Опытный трубопровод для транспортирования ВУС был построен, но так и не введен в эксплуатацию, поскольку компания, владеющая проходящей параллельно ему железнодорожной дорогой, немедленно снизила тарифы на перевозку угля. В настоящее время трубопровод также переведен на транспортирование угольной пульпы.
Промышленные проекты по использованию ВУТ в Европе до настоящего времени не реализованы.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВНЫХ УГОЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ
Очень интересно - Статья: Механика митоза
Разработаны технологии приготовления и использования угольных суспензий на основе нефти, метанола и воды. Наиболее перспективными принято считать ВУС или ВУТ. Очевидным недостатком ВУС является большое содержание в них воды — до 40 % состава, причем этот показатель невозможно заметно уменьшить из-за катастрофического роста вязкости с повышением содержания угля (рис. 1).
Рисунок 1 - Зависимость эффективности вязкости ВУС от содержания в ней угля (Кузбасса, шахта «Инская») и способа приготовления. 1-3 - из исходного угля с зольностью 13, 5% (1- по одностадийной технологии без гомогенизации, 2 - по двустадийной без гомогенезации; 3 - по двустадийной технологии с гомогенизацией); 4 - из обогащенного до зольности 7% угля по двустадийной технологии с гомогенизацией; 5 - из обогащенного угля оптимального бимодального гранулометрического состава
Зависимость вязкости угольных суспензий от содержания в них твердой фазы подробно изучена. На нее влияют степень гидрофобности угля, количество в нем и состав минеральных примесей — глины. Вязкость суспензии можно в значительной мере уменьшить химическими реагентами (ПАВ) — сочетанием дисперсантов и стабилизаторов (рис. 2), а также подбором гранулометрического состава угольных частиц (рис. 3). Оба этих приема обременительны по затратам — они могут составлять значительную часть стоимости суспензии, сопоставимую со стоимостью угля.
Вам будет интересно - Реферат: Аконит
Рисунок 2 - Зависимость эффективности вязкости ВУС из угля двух фракций [крупной (к) размером 250...125 и мелкой (м) размером 60...0 мкм] от содержания в ней дисперсанта (а) и стабилизатора (б). Стрелками указан порог седиментационной стабильности. 1 - содержание угля С = 63 %, соотношение фракций к/м = 60/40; 2 - С = 63, 5 %, к/м = 63, 4/36, 6; 3 - С = 66 %, к/м = 50/50; 4 - С = 63, 5 %, к/м = 66, 7/33, 3
Рисунок 3 - Влияние доли тонкой фракции (менее 60 мкм) на эффективную вязкость ВУС с содержанием угля С = 63, 5 %. 1 и 2 - крупная фракция (125...259 мкм): 1 - свежеприготовленная, 2 - она же через 7 сут; 3 - крупная фракция (125...250 мкм) с 5% частиц менее 125 мкм
Большим содержанием воды в суспензии обусловлены дополнительные затраты на ее транспортирование вместе с углем, а затем — на испарение в процессе сжигания. Согласно расчетам на каждые 10% воды расходуется 1 % угля. Преимущество же ВУС по сравнению с углеводородным топливом состоит в ее взрыво- и пожаробезопасности на всех технологических стадиях приготовления и транспортирования. Кроме того, технологии приготовления ВУС хорошо сопрягаются с процессами обогащения и деминерализации угля — исключают необходимость обезвоживания угля по их завершении, что отчасти компенсирует затраты на испарение воды, содержащейся в ВУС, и на транспортирование ее вместе с углем.
Суспензионные технологии предотвращают пыление и окисление, свойственные рядовому углю при его транспортировании и хранении. Потери угля в этих процессах в зависимости от условий, способа и дальности доставки составляют 3...5 % его массы и в совокупности с потерями при разгрузке и складировании являются заметной статьей расходов при расчете стоимости получаемой при его сжигании энергии. Кроме того, распыление угля загрязняет местность вдоль пути его транспортирования и окрестности складирования.
Похожий материал - Изложение: Экология фотосинтеза
Технологические свойства топливных водных угольных суспензий (как и всяких других) определяется следующими параметрами:
содержанием твердой фазы (угля);
дисперсностью твердой фазы (гранулометрический состав и удельная поверхность угля с минеральными примесями);
вязкостью и ее зависимостью от скорости и температуры транспортирования;