Каплунов Ю.В., Климов С.Л., Красавин А.П. Экология угольной промышленности на рубеже XXI века

Подождите немного. Документ загружается.

обеспечивающая очистку выбросов от оксидов серы и азота до 90 — 95%

с последующей их утилизацией.

При расположении предприятий в густонаселенных районах строятся

закрытые герметичные склады, системы транспортирования, разгрузки

и погрузки угля. Открытые угольные склады ограждаются щитами для

защиты от ветра, оборудуются системой орошения. Фирма «Юлиус Кох»

(Дания) изготовляет легкие и прочные щиты из полиэфирных пластмасс,

снижающие пылеобразование при хранении и транспортировании угля

не менее чем на 80%. Для повышения эффективности систем орошения

и устранения переувлажнения угля применяют различные химические до-

бавки: «Гидродайн» (США), MST (Великобритания) и др.

Новым техническим решением в технологии пылеподавления явля-

ется создание водонепроницаемых синтетических пленок на пылящей

поверхности. Фирмой «Эдгар Воугхен» (Великобритания) разрабо-

тан эффективный реагент для этих целей — эмульсия «Биндер М166».

Она используется в объемной концентрации 2—8% с расходом 2,5 —

3,5 м

/100 м

поверхности. Время высыхания при температуре воздуха

+ 20 °С, относительной влажности 90% и скорости ветра 15 м/с состав-

ляет 3,5 ч. В сочетании с жидкостью «Даст контрол G65» эмульсия может

применяться также для пылеподавления на технологических автодорогах.

Поверхность дорог и пыль остаются влажными в 3 раза дольше, чем при

обработке их обычной водой. В США эффективным средством подавле-

ния пыли признана система пенного типа, изготовляемая фирмой «Де

Тер». Расход воды при ее применении снижается и составляет не более

2 дм

/т обрабатываемого материала.

2.2.2. ПРОФИЛАКТИКА И ТУШЕНИЕ ГОРЯЩИХ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ

На предприятиях угольной промышленности насчитывается более 2 тыс.

отвалов различной формы, в том числе горящие породные отвалы. Само-

возгорание породных отвалов зависит от многих факторов, которые под-

разделяются на две группы: генетические и внешние. Главными факто-

рами в самовозгорании являются генетические, а внешние (форма, пара-

метры отвалов и др.) — способствующими.

Практика показывает, что технология отвалообразования оказывает

определенное влияние на перераспределение горючих веществ на по-

верхности в породном отвале, на воздухопроницаемость и изменение ее

по высоте (сегрегация пород). Наиболее благоприятные условия для

самовозгорания создаются на терриконах и хребтовых отвалах. Анало-

гичные условия складываются и при формировании плоских отвалов с

отсыпкой под откос.

В угольной промышленности снижение воздухопроницаемости пород-

ных отвалов достигается несколькими путями, в том числе: ликвидацией

резких переходов в угловых и краевых их частях (благоприятна овальная

или круглая форма); формированием отвалов послойно с укаткой каждого

слоя, отсыпкой по периметру слоев грунтовых призм, перекрытием от-

косов глиной или суглинком с последующей укладкой и др. Особое вни-

мание уделяется верхней трети склона и примыкающей к ней полосе ши-

риной 5—7 м, так как здесь возникают наибольшие перепады давления

под действием ветра. Уменьшение угла откоса с 38 до 25° снижает вли-

яние ветра в 1,5—2 раза.

Важным направлением снижения вероятности самовозгорания в от-

валах является также уменьшение химической активности отвальной

массы путем обработки ее ингибиторами-антипирогенами, т.е. вещест-

вами, вступающими в химическое взаимодействие с углем и покрываю-

щими поверхность защитными пленками (2,5—10%-ный раствор хло-

ристого кальция, 5—10%-ный раствор хлористого натрия, 1-5%-ная

суспензия отходов содового производства и др.).

Мероприятия против самовозгорания породных отвалов в угольной

промышленности стали применять с середины 60-х годов, когда было

подвержено горению до 70% всех отвалов, причем технические трудности

производства работ по тушению конических и хребтовых отвалов послу-

жили толчком к запрещению их отсыпки и переходу на формирование

плоских отвалов.

Организация плоских отвалов в первоначальный период положитель-

но сказалась на экологической обстановке в угольных бассейнах, однако

несоблюдение мероприятий по профилактике и отступление от утверж-

денных проектов и здесь явились причиной их самовозгорания.

В настоящее время в Кузнецком бассейне насчитывается более 70%

плоских породных отвалов, на территории Восточного Донбасса их число

составляет почти 30%. Организация плоских отвалов в Восточном До-

нбассе сопряжена с трудностями по ряду причин, главной из которых

является дефицит свободных земель. Значение этого фактора заметно

снижается при размещении групповых отвалов в оврагах, балках с про-

ведением соответствующих мероприятий.

На предприятиях угольной промышленности разработаны и внедрены

эффективные технические решения по складированию склонных к само-

возгоранию отвальных пород, включающие в себя проведение профи-

лактических работ против самовозгорания с одновременной рекультива-

цией.

Технология формирования многоярусных плоских отвалов (рис. 27)

с проведением минимального объема профилактических работ против

самовозгорания заключается в снятии растительного слоя в пределах зе-

мельного отвода под отвал, формировании грунтовых призм по контуру

породных слоев, послойной укладке ярусов из пород, доставляемых к мес-

там складирования, и последующем уплотнении отвальной массы буль-

дозером и катком. По периметру формируемых ярусов у основания со-

оружается аккумулирующая траншея. Бермам придается поперечный

уклон 4—6°. Глубина траншеи ограничивается толщиной укладываемого

слоя пород и составляет обычно 0,6 м.

Для каждого укладываемого слоя пород строятся временные бетонные

дороги из плит, которые в летнее время в целях снижения пылеобразо-

вания поливают водой.

На горизонтальной поверхности отвала с помощью глинистых пород

создаются емкости для каждого укладываемого слоя. Вместимость их

равна количеству годовых атмосферных осадков, приведенных к площади

поверхности отвала. Емкости, образованные на предыдущем слое, пога-

шаются при отсыпке последующего слоя, а поверхность пород каждого

слоя планируется с уклоном 1 — 2° к центру отвала. С помощью емкостей

появляется возможность собрать осадки и направить их на охлаждение

пород и ликвидацию отдельных очагов горения, предотвратить окисление

горючих веществ в отвальной массе, подавать воду в оросительную сис-

тему для полива в летний период растений, высаживаемых на откосах

по мере отсыпки отвала.

Технология безвредного для окружающей среды складирования пород,

склонных к самовозгоранию, заключается в следующем. С земельного

отвода, выделенного под плоский отвал, снимается плодородный слой

почвы и производится укладка водонепроницаемого слоя до проектных

границ дамбы второго яруса (рис. 28). Водонепроницаемый слой состоит

из глины, покрывается предохранительным слоем породы, защищающим

его от механических повреждений. Затем формируется изолирующий

слой из инертных материалов по периметру отвала на высоту каждой

вновь формируемой дамбы. Одновременно по внешнему контуру отвала

образуется насыпь из инертных материалов, от которой ведется отсыпка

и складирование породы с последующим уплотнением отвальной массы.

После этого на откосах укладывается плодородный слой грунта и про-

изводится лесонасаждение. Затем по периметру границ отвала присту-

пают к послойному (до 1 м) возведению дамбы первого яруса. При этом

поверхность дамбы в каждом ярусе планируется с уклоном 1 —2° к центру

отвала, что способствует скоплению атмосферных осадков в емкостях,

образованных при формировании дамбы.

После возведения дамбы первого яруса производится отсыпка само-

возгорающихся пород к центру с одновременным возведением очередной

дамбы по периметру вновь формируемого яруса. Отсыпаемая порода ска-

тывается по откосу во внутреннюю аккумулирующую емкость, заполнен-

ную сточными водами, раскисает и заиливает микропустоты, образовав-

шиеся в результате сегрегации пород в отвальной массе. Одновременное

воздействие дамбы по периметру каждого последующего яруса способ-

ствует также увеличению фронта работ по отсыпке пород и обеспечивает

более полный сбор атмосферных осадков внутри аккумулирующей ем-

кости отвала.

В целом распределение способов профилактики самовозгорания по-

родных отвалов в угольной промышленности характеризуется следую-

щими данными, %: заиливание глинистым раствором — 19, уплотне-

ние — 47,6, покрытие инертным материалом — 25,5, обработка анти-

пирогенами — 2, отсыпка противопожарного барьера — 5,9 [1].

Тушение породных отвалов на шахтах и обогатительных фабриках ве-

дется в соответствии с «Правилами безопасности в угольных и сланцевых

шахтах». На каждый породный отвал, подлежащий тушению, составля-

ется проект, который включает: характеристику породного отвала и све-

дения о составе слагающих его пород; результаты температурной съемки

отвала; описание технологии работ с составлением сметы, перечнем не-

обходимого оборудования и мероприятиями по технике безопасности.

Наибольшее распространение в угольной промышленности как спо-

соб тушения конических и хребтовых породных отвалов получило пере-

формирование их в отвалы плоской формы. Технология тушения отвалов

этим способом включает в себя смыв пород с вершины гидромонитором,

понижение высоты отвалов до заданной отметки путем послойного ох-

лаждения пород и сталкивания их под откос бульдозером, охлаждение

нижележащих пород через вскрытую горизонтальную площадку. Отвал

считается потушенным после его понижения не менее чем на половину

первоначальной высоты и охлаждения верхнего слоя глубиной 2,5 м до

температуры 80 °С.

Технология тушения горящих породных отвалов путем инъектирова-

ния пульпой применяется на отвалах высотой до 40 м, не подверженных

интенсивному горению. Нагнетание пульпы производится в поверхност-

ный слой верхней и средней частей отвала. Нижняя часть отвала уплот-

няется мелкой породой, стекаемой с вершины. В целях безопасности ус-

тановка инъекторов в центре очага или зоне горения не допускается.

При высоких температурах пород (более 300 °С) вершина отвала или

отдельные ее участки (при значительных размерах площадки) обваловы-

ваются и заливаются водой (суспензией) на одну-две смены. Откосы по-

нижаемых и плоских отвалов тушатся путем смывания водой или глини-

стой пульпой (при интенсивном горении) с помощью гидромониторов.

Тушение плоских или пониженных породных отвалов, кроме инъек-

тирования, осуществляется осаждением их до глубины 0,5 м (путем на-

весной струи воды из гидромонитора), нарезкой бульдозерным ножом

траншей на поверхности глубиной до 0,5 м, которые через каждые 8— 10 м

разделяются перемычками: траншеи заливаются водой до глубины 1,5 м,

а затем глинистой пульпой с соотношением Т:Ж до 1:8.

Для повышения качества и эффективности тушения отвалов в уголь-

ной промышленности зачастую используют антипирогены: хлористый

кальций, поваренную соль и отходы содового производства. Антипиро-

гены не оказывают существенного влияния на технологию ведения и сто-

имость работ; их применение целесообразно при температуре пород от-

вала выше 300 °С. Для размыва пород гидромониторной струей приме-

няются 1 -2%-ные, а для инъектирования — 3—5%-ные растворы анти-

пирогенов.

Для повышения эффективности работ по профилактике самовозго-

рания и тушению породных отвалов в угольной промышленности созданы

и успешно функционируют специальные управления по тушению, про-

филактике и рекультивации отвалов, имеющие в своем составе квали-

фицированные кадры и современную технику. Планомерная работа этих

управлений позволяет оперативно тушить горящие породные отвалы,

снижая тем самым выбросы газообразных веществ в атмосферу.

2.2.3. КОМПЛЕКСНОЕ ОБЕСПЫЛИВАНИЕ НА РАЗРЕЗАХ

Производство горных работ на угольных разрезах сопровождается обра-

зованием значительного количества пылегазовых выбросов, загрязняю-

щих атмосферу прилегающих территорий. Наряду с традиционными ис-

точниками загрязнения воздушного бассейна (промышленные котельные,

аспирационные системы обогатительных фабрик и углесортировок, го-

рящие породные отвалы) существенное загрязнение атмосферного воз-

духа на разрезах происходит при буровзрывных работах, экскавации и

погрузке в транспортные средства вскрышных пород и угля, транспор-

тировании горной массы, внутреннем и внешнем отвалообразовании, а

также при работах на открытых складах, технологических комплексах на

промплощадках, приемных ямах, породных и угольных станциях примы-

кания. Доля газообразных вредных веществ в выбросах разрезов состав-

ляет 13%, а твердых веществ — 87% [ 1 ].

Для предотвращения пылегазовых загрязнений воздушного бассейна

на всех угольных разрезах осуществляется комплекс мер, направленных

на сокращение и улавливание вредных веществ в процессе производства.

В качестве основных направлений этой работы приняты следующие:

применение технологических процессов производства с минимальным

выделением загрязняющих веществ в атмосферу разрезов;

локализация и подавление вредных веществ непосредственно в местах

их образования (гидроорошение, обработка пылесвязующими составами,

заиливание и др.);

очистка промышленных выбросов в атмосферу от загрязняющих ве-

ществ с помощью специальных устройств (циклоны, скрубберы и т.д.).

Положительный опыт борьбы с загрязнением атмосферы на разрезах

накоплен в АО «Кузбассразрезуголь» и «Красноярскуголь».

В АО «Кузбассразрезуголь» ведется систематическая работа по лик-

видации котлоагрегатов, не оснащенных средствами пылеулавливания,

и дополнительному оснащению котлоагрегатов пылеулавливающим обо-

рудованием. В АО «Красноярскуголь» более 80% промышленных ко-

тельных оборудованы пылеулавливающими циклонами ВЦ и ЦН, уста-

навливаются более мощные котлы и циклоны ВЦУ. Эти меры наряду

С проведением работ по тушению и ликвидации очагов эндогенных по-

жаров, поливу в летнее время автодорог и других мероприятий позво-

ляют ежегодно предотвращать выброс в атмосферу около 6,3 тыс. т

твердых и газообразных вредных веществ, или 63,6% их общего коли-

чества.

Дальнейшее повышение эффективности комплексного обеспылива-

ния технологических процессов на разрезах возможно путем перехода на

малоотходные и безотходные технологии производства, обеспечивающие

минимальное выделение вредных примесей в атмосферу, создания и ос-

воения систем автоматического контроля и прогнозирования загрязнения

атмосферного воздуха в рабочих зонах для принятия оперативных мер

7 - 1052

по их уменьшению, применения новых средств пылегазоочистки с учетом

специфики промышленных производств и природно-климатических ус-

ловий.

Представляет интерес новая технология подавления высокодина-

мичных пылегазовых выбросов, образующихся при массовых взрывах

на разрезах. Технология основана на применении специально созданного

композиционного ПАВ («Смап-А»), обладающего высокой смачиваю-

щей и коагулирующей способностью. Она включает в себя приготовле-

ние раствора рабочей концентрации из товарного продукта и доставку

его к месту заряжания взрывных скважин; подготовку и размещение изо-

лирующих оболочек в неактивной части заряженных скважин; наполне-

ние оболочек рабочим раствором ПАВ; диспергирование и выброс рас-

твора ПАВ газообразными продуктами взрыва линейного заряда над об-

лаком.

Технология позволяет по сравнению с традиционными способами за-

бойки скважин уменьшить высоту выброса пылегазового облака в 2 —

4 раза; обеспечить коагуляцию и седиментацию пыли из пылегазового

облака через 40—70 с с момента взрыва в пределах санитарно-защитной

зоны разреза; уменьшить концентрацию ядовитых газов во взорван-

ном горном массиве (условно СО) на 30—35%; эффективно подавить

выбросы пыли при рабочей концентрации раствора ПАВ 0,5— 1 % и

удельном его расходе 0,12—0,26 дм

на 1 м

взорванной горной массы;

увеличить время запирания газообразных продуктов взрыва в скважи-

не и за счет этого повысить степень дробления горной массы на 20 —

30%.

В американской литературе описан опыт сохранения качества техно-

логических автомобильных дорог при использовании водоэмульсионного

способа их обеспыливания в карьере, добывающем известняк для про-

изводства портландцемента. Карьер глубиной 68,6 м расположен в штате

Аризона, имеет 7 горизонтов, из которых 3 рабочие. Добытый известняк

и пустую породу вывозят 6 автосамосвалами, ежедневно совершающими

40—60 циклов, что равноценно 100 км пути по дорогам в карьере. Пы-

леобразование на дорогах силикозоопасно, так как известняк содержит

до 21% свободной двуокиси кремния. Для борьбы с пылью на дорогах

используются поливочные машины с цистернами вместимостью 13,5 и

31,5 м

, орошающие полотно дороги раствором лигнина в воде в отно-

шении 1:10. Применение раствора лигнина сократило периодичность по-

ливки дорог водой с двух раз в месяц до одного раза в два месяца. Это

обеспечило значительную экономию денежных средств на борьбу с

пылью при высокой эффективности обеспыливания автодорог, повыше-

нии их качества за счет образования пленки на их поверхности, пред-

упреждающей преждевременное разрушение покрытия дорог [8].

2 . 2 . 4 ОЧИСТКА ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЕЛЬНЫХ

Котельные установки предприятий угольной промышленности обору-

дованы в основном котлоагрегатами со слоевыми топками ДКВ, ДКВР,

КВ-ТС-20, КЕ-25- 14С паропроизводительностью 2,5—40 т/ч. В качест-

ве топлива обычно используется бурый и каменный уголь, удельный вес

которого в топливном балансе промышленных котельных составляет

91 %. Сжигание угля в слоевых топках сопровождается интенсивным вы-

бросом в атмосферу пыли, диоксида серы, оксидов азота и углерода, что

требует применения специальных технических средств и технологических

приемов их очистки.

Учитывая довольно высокую температуру дымовых газов (250—

.100 °С) и большое содержание крупных (более 10 мкм)частицвуносимой

пыли, котельные установки чаще всего оборудуются индивидуальными

пылеуловителями, которые располагаются непосредственно за хвосто-

выми поверхностями нагрева перед дымососами. Размещение их допус-

кается в закрытых помещениях или вне здания. В отдельных случаях,

зависимости от местных условий и режима работы котельной, применя-

ется установка пылеуловителей для группы котлов.

При установке индивидуальных пылеуловителей обычно используют-

с я батарейные циклоны ВЦ, состоящие из двух параллельно работающих

секций, одна из которых при малых нагрузках может быть отключена.

Компоновка котельной с батарейными циклонами ВЦ приведена на

рис. 29. Циклоны устанавливаются к котлоагрегатам с пылевидным и

взвешенным способами сжигания топлива, а также со слоевым сжига-

нием, когда количество дымовых газов превышает 30 тыс. м

/ч.

Достигаемая степень очистки дымовых газов зависит от дисперсного

состава улавливаемой пыли и при пылевидном сжигании топлива состав-

ляет 83—90%, а при слоевом сжигании — 85—92%.

В котельных установках с паропроизводительностью 2,5—25 т/ч в ка-

честве пылеулавливающего оборудования используется также батарей-

ный циклон БЦУ-М, имеющий большой диапазон производительности

по газу. При выборе и эксплуатации данного пылеуловителя следует

иметь в виду, что он обеспечивает весьма высокую эффективность очист-

ки отходящих газов от пыли, но имеет аэродинамическое сопротивление,

вдвое большее, чем циклон БЦ.

Практика показывает, что в котельных, оборудованных водогрейны-

ми чугунными секционными котлами с поверхностью нагрева 30-80 м

(более предпочтительно применение циклонов ЦН, обеспечивающих до-

статочно высокую степень очистки дымовых газов от золы и недожога.

Из-за малого объема дымовых газов (0,9—1,5 м

/с), образующихся при

работе чугунных секционных котлов, циклоны ЦН по сравнению с цик-

лонами БЦ обладают преимуществом в простоте изготовления, надеж-

ности в эксплуатации, эффективности в работе и меньшем расходе ме-

талла на изготовление. При этом на каждый котел целесообразно уста-

навливать индивидуальную группу циклонов (обычно из двух спаренных

циклонов), расположенную непосредственно за котлом. Циклоны могут

находиться внутри или вне здания котельной. На рис. 30 показана ком-

поновка группы циклонов ЦН-15, расположенных вне котельной.

В схеме предусмотрена искусственная тяга (дымосос) из-за высокого

аэродинамического сопротивления циклона ЦН-15. Степень очистки со-

ставляет 90%.

В последние годы в отечественной угольной промышленности и за

рубежом получил распространение комплексный метод снижения выбро-

сов вредных веществ в атмосферу, связанный с применением сжигания

топлива в топках с низкотемпературным кипящим слоем (НТКС). Пре-

имуществом данного метода по сравнению с традиционными способами

(пылевидное, слоевое сжигание и др.) является возможность сжигания

низкосортных углей с удельной теплотой сгорания до 6300 Дж/кг, с со-

держанием золы до 80%. При этом достигается снижение вредных вы-

бросов диоксида серы за счет связывания их щелочноземельными эле-

ментами, содержащимися в минеральной части топлива, или путем до-

бавки известняка к сжигаемому углю. Кроме того, в условиях низкотем-

пературного процесса горения (850 — 950 °С) достигается снижение вред-

ных выбросов оксидов азота. Таким образом, отпадает необходимость в

дополнительном строительстве дорогостоящих установок для обессери-

вания дымовых газов. Годовой экономический эффект от применения

топок НТКС в зависимости от условий эксплуатации составляет 30—

200 тыс. руб. ( в ценах 1984 г.) [9].

Большой практический опыт перевода котлов на использование то-

нок низкотемпературного кипящего слоя накоплен угольными пред-

приятиями Украины. Так, на шахте № 2 шахтоуправления им. газеты

«Правда» АО «Донецкуголь» реконструирован котел ДКВ-4-13, пере-

веденный на водогрейный режим с установкой топки НТКС (рис. 31).

В топке сжигались угли марки Т зольностью 40—60%, влажностью 7 —

9%, с выходом летучих 11 — 12% и содержанием серы 2-3,5%. Котло-

агрегат оборудован контрольно-измерительными приборами (КИП) и

средствами автоматики, позволяющими управлять его работой в авто-

матическом режиме и дистанционно; дополнительно он снабжен обору-

дованием первой ступени очистки и системой возврата уноса из бункеров

циклонов в топку котла. Результаты проведенных испытаний и длитель-

ных производственных наблюдений показали, что теплопроизводитель-

ность котла находится в пределах 4,5-8,4 ГДж/ч, КПД котлоагрегата

составляет 82—85%. Кроме того, успешно произведено опытное сжига-

ние в топке котла (в течение 10 ч)угольно-породной массы террикоников

с зольностью до 76%.

Учитывая положительные результаты, Бийский котельный завод со-

вместно с Центральным котлотурбинным институтом им. И.И. Ползунова