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

Подождите немного. Документ загружается.

разработал и освоил производство комплекта узлов реконструкции котла

ДКВ-10-13 и в 1987 г. начал их серийный выпуск. В настоящее время

на угольных предприятиях Украины находятся в эксплуатации более ста

модернизированных котлов с топками НТКС.

Высокая экономическая эффективность и экологическая чистота ис-

пользования топок НТКС подтверждена исследованиями Уральского

политехнического института при сжигании углей Кизеловского бассейна

и отходов их обогащения, а также водоугольных суспензий, получаемых

из отходов обогащения углей Нерюнгринского месторождения. Экспе-

риментально установлено, что при использовании известняка в качестве

сорбента диоксида серы степень их связывания в процессе сжигания угля

составляет 60—80%, вследствие чего концентрация их снижается с 12

до 2,4 г/м

. При сжигании отходов обогащения кизеловского угля ввод

в установку известняка приводит к снижению концентрации диоксида

серы со 120 до 30 г/м

. В опытах по сжиганию водоугольных суспензий

нерюнгринского угля в топках НТКС не обнаружено какого-либо ощу-

тимого присутствия сернистых газов в продуктах сгорания [10].

Дальнейшее повышение экологической безопасности при использо-

вании топок НКТС для сжигания высокозольных углей и отходов про-

изводства возможно при условии оснащения их высокоэффективными

системами пылеулавливания и применения соответствующих добавок для

снижения выбросов сернистых соединений.

Многочисленные публикации посвящены значительным технико-эко-

номическим преимуществам НТКС. Однако расчет экономического эф-

фекта, как правило, производится без учета реального влияния сжигания

топлива в кипящем слое на качество атмосферного воздуха, в связи с

чем МНИИЭКО ТЭК были проведены исследования выбросов 15 кот-

лоагрегатов с топками НТКС.

В результате исследований установлено, что переоборудование топок

слоевого сжигания угля на сжигание отходов углеобогащения в НТКС

сопровождается резким увеличением выбросов твердых частиц (до де-

сятков раз) и ростом выбросов диоксида серы. Выбросы оксидов азота

остаются на том же уровне. Концентрация взвешенных частиц в дымовых

газах достигает 20—50 г/м

и более, причем до 78% возрастает содер-

жание тонкодисперсных частиц крупностью менее 10 мкм, которые прак-

тически не улавливаются в традиционных циклонных пылеуловителях.

Для эффективной очистки дымовых газов за котлами с топками НТКС

необходима установка в качестве второй ступени очистки высокоэффек-

тивных пылеуловителей типа рукавных фильтров, электрофильтров, мок-

рых пылеуловителей и т. п. Во всех случаях требуется существенное уве-

личение капитальных и эксплуатационных затрат на очистку дымовых

газов, что значительно снижает экономический эффект.

Установлено, что внедрение НТКС целесообразно лишь на крупных

котельных, где могут быть комплексно решены вопросы сжигания отхо-

дов в топках НТКС, очистки дымовых газов от взвешенных частиц, сни-

жения выбросов диоксида серы путем введения известняка и утилизации

зольного остатка в качестве сырья для производства стройматериалов [8].

Две модификации тканевых фильтров разработаны МНИИЭКО ТЭК.

Тканевый каркасный фильтр ФТК-180 (рис. 32) предназначен для вы-

сокоэффективной сухой очистки от пыли дымовых газов шахтных котель-

ных установок, сжигающих уголь в низкотемпературном кипящем слое.

Фильтр рассчитан для работы с газами температурой до 180 °С и должен

эксплуатироваться под разрежением, создаваемым дымососом соответ-

ствующей производительности, обеспечивающей оптимальные условия

эксплуатации изделия по удельной газовой нагрузке.

Шахтный рукавный фильтр ФРШ-270 (рис. 33) предназначен для ис-

пользования в условиях действующих котельных установок. Степень

очистки запыленного газа этих фильтров — не менее 99% при концент-

рации пыли на входе в фильтр 50 г/м

; производительность по

очищенному газу 20 тыс. м

/ч; температура газа максимальная у ФТК-180

со-

ставляет 180 °С, а у ФРШ-270-200 °С.

Кроме того, в МНИИЭКО ТЭК разработан комбинированный фильтр

ФК-4, который представляет собой единый двухступенчатый аппарат. На

первой ступени с помощью группы циклонов производится сухое улав-

ливание основной части пыли дымовых газов, а на второй ступени, вы-

полненной в виде группы скрубберов, происходят улавливание осталь-

ных, самых мелких фракций пыли и растворение в известковом молоке

содержащихся в дымовом газе оксидов серы. Производительность фильт-

ра 30 тыс. м

/ч.

Комбинированный фильтр ФК-4 позволяет значительно сократить

объем образующегося при мокрой очистке химически агрессивного жид-

котекучего шлама и сохранить основную сухую часть уловленной пыли в

качестве одного из исходных строительных материалов.

На основе новых конструкций очистного оборудования разработана

технология сухой очистки дымовых газов шахтной котельной установки

с утилизацией тепла и уловленной пыли (рис. 34). Технология позволяет

поддерживать температуру дымовых газов перед фильтром на минималь-

но допустимом уровне, исключить образование сернистых соединений,

увеличить срок службы фильтровальной ткани и предотвратить

непроизводительную потерю теплоты.

Экспериментально исследованы в течение длительного времени

(300 ч) характеристики различных фильтрующих материалов,

применяемых при изготовлении рукавных фильтров: полифенилсульфид,

Фильтры изготовлялись из указанных материалов без обработки и с об-

работкой поверхности. Установлено, что лучшими показателями при

фильтровании дымовых газов процесса сжигания угля обладают сополи-

мер полиамида и стеклоткань.

Подводя итоги сказанному, следует отметить, что существенный про-

гресс в области разработки фильтров может быть достигнут при условии

создания новых синтетических фильтровальных материалов с высокой

термостойкостью.

В области создания новых конструкций фильтров наблюдается недо-

статочное внимание к использованию малогабаритных форм с плоскими

фильтровальными элементами (на 30% менее по металлоемкости) и пат-

ронными элементами с развернутой фильтровальной поверхностью [8].

2.2.5. ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

Опасным источником загрязнения атмосферы при ведении открытых гор-

ных работ являются дизельные двигатели большегрузного автотранспор-

та. Проведенные исследования показали, что основным способом обез-

вреживания выхлопных газов дизелей является использование катали-

тических нейтрализаторов [5].

Для обеспечения условий длительной работы нейтрализатора требу-

ются материал-носитель (подложка) и каталитический слой, выдержи-

вающие высокие тепловые (до 900 °С) и ударные нагрузки, а также стой

кие к коррозии и вибрации.

Этим требованиям не удовлетворяет традиционно применявшаяся до

сих пор в качестве подложки керамика. Значительным преимуществом

по тепловым характеристикам в сравнении с керамикой обладают ме

таллы:

За счет низкой теплоемкости металлическая подложка менее

энергоемка, чем керамическая, а благодаря высокой теплопроводности

исключены точечные перегревы и нарушения каталитической активности

при резких повышениях температуры в связи с изменениями режима

работы двигателя. При этом МНИИЭКО ТЭК при создании фильтра для

очистки выбросов загрязняющих веществ от дизелей были разработаны

металлические подложки.

Для предварительных испытаний были изготовлены образцы катали

затора с размером ячейки 2 — 3 мм, пористостью 94 — 96%, плотностью

0,6 г/см

и удельной поверхностью до 100 м

/г.

В качестве основной характеристики активности катализатора

использовали нулевую степень конверсии оксида углерода в диоксид

по следующей реакции:

( г а з )

= С

(тв)

СО

2(газ)

Степень конверсии определялась как отношение количества образо-

вавшегося С0

к количеству поступившего СО, выраженного в процентах.

При испытаниях был использован проточный газовый реактор в ком-

плексе с ИК-спектрометром «Спекорд М-80». Измерения проводились

I импульсном режиме и показали следующие результаты:

Как видно из приведенных данных, испытанные образцы на основе

металлической подложки способны обеспечить достаточно высокую сте-

пень конверсии оксида углерода в диоксид.

Опытный образец фильтра испытан в промышленных условиях на

автомобиле марки КАМАЗ-95111 грузоподъемностью 13 т с пробегом

до установки фильтра 76576 км и двигателем КамАЗ-740. На входе и

выходе из фильтра располагались устройства для отбора газа на анализ.

В первом цикле фильтр испытывали после пробега автомобилем

27ООО км. Анализы проб газа производили двумя методами:

прибором 102ФА-01М путем поочередного подсоединения его к шту-

церам «вход» и «выход» (табл. 19);

одновременным отбором проб газа на «входе» и «выходе» из фильтра

и емкости из полиэтилентерефталатной пленки и последующим анализом

проб с применением приборов типа ГХПВ и 102ФА-01М (табл. 20).

Более корректные результаты по степени очистки выхлопных газов

от оксида углерода получены при использовании второго метода анализа,

обеспечивающего одновременный отбор и усреднение отобранной для

анализа пробы газа. Максимальная степень очистки СО в первом цикле

(после 27000 км пробега) составила около 90%. Усредненная эффек-

тивность очистки (в случае переключения скоростей со 2-й по 5-ю) —

84%.

Во втором цикле испытаний фильтра после 40000 км пробега кон-

центрация оксида углерода измерялась индикаторными трубками (прибор

типа ГХПВ) с одновременным отбором проб газа до и после нейтрали-

затора в емкости из полимерной пленки. При этом отбирались усред-

ненные пробы за период от момента начала движения автомобиля до

развития им предельной скорости (табл. 21).

Эффективность очистки отходящих газов от оксида углерода для ма-

шины без груза составила 69,4%, а с грузом — 50%. Анализ полученных

результатов свидетельствует о снижении эффективности очистки отхо-

дящих газов по оксиду углерода на 15—20% во втором цикле испытаний

по сравнению с первым.

Таким образом, результаты промышленных испытаний фильтра —

нейтрализатора газов на автомобилях типа КамАЗ свидетельствуют о воз-

можности обеспечения достаточно высокой степени очистки выхлопных

газов от оксида углерода. Исследования по созданию промышленного

нейтрализатора выхлопных газов необходимо продолжить.

За последние годы в промышленности все большее применение на-

ходят мембранные способы разделения газов, которые относятся к энер-

го- и ресурсосберегающим и экологически чистым технологиям. Уже се-

годня на их основе решаются многие проблемы: извлечение водорода из

продувочных газов синтеза аммиака, очистка природного газа от диоксида

углерода и сероводорода, концентрирование гелия при его получении из

природного и нефтяного газов. В угольной промышленности мембранные

методы могут найти применение для получения кондиционного метана,

извлекаемого при дегазации шахт. Концентрирование метана с помощью

мембран позволит утилизировать его в качестве экологически более чис-

того по сравнению с углем топлива, снизить расход угля на собственные

нужды и получить значительный экономический эффект.

Кроме указанного направления, целесообразным представляется ис-

следование возможности использования мембранных методов для очист-

ки дымовых газов от диоксида серы и оксидов азота.

В заключение следует отметить, что целенаправленные исследования

по защите воздушного бассейна от загрязнений вредными выбросами

угольных предприятий ведут МНИИЭКО ТЭК, ИГИ, ННЦ ГП — ИГД

им. А.А. Скочинского и многие другие научные учреждения. На основе

многолетних исследований ими разработаны новые подходы, эффектив-

ные способы и технические средства пылегазоулавливания от организо-

ванных и неорганизованных источников загрязнения, многие из которых

находятся в стадии промышленной проверки и освоения. Реализация этих

разработок, безусловно, позволит улучшить экологическую обстановку

в районах размещения предприятий угольной промышленности.

2.3. ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

РЕКУЛЬТИВАЦИИ

НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

2.3.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ

ЗЕМЕЛЬ

Рекультивация земель играет важнейшую роль в восстановлении при-

родного потенциала, нарушенного в процессе производственной деятель-

ности угольных предприятий. Она включает в себя комплекс горно-тех-

нических, инженерных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных и дру-

гих мероприятий, направленных на воссоздание биологической продук-

тивности и народнохозяйственной ценности отработанных земельных

площадей, а также улучшение состояния окружающей среды. В связи с

этим обеспечение требуемого качества рекультивированных земель яв-

ляется одним из показателей технологического совершенства производ-

ства, соответствия его современным экологическим требованиям и нор-

мативам [ 1 ].

Содержание и объем нормативных требований к качеству рекульти-

вированных земель зависят от целенаправленности рекультивационных

работ и направления использования нарушенных территорий.

При выборе направления рекультивации обычно руководствуются

ГОСТом 17.5.1.01 —83, где выделено семь направлений рекультивации:

сельскохозяйственное (создание пашни, лугов, пастбищ, многолетних

насаждений);

лесохозяйственное (лесопосадки эксплуатационного и специального

назначения);

рыбохозяйственное (создание в понижениях техногенного рельефа

рыбоводческих водоемов);

водохозяйственное (создание в понижениях техногенного рельефа во-

доемов различного назначения);

рекреационное (создание на нарушенных землях объектов отдыха);

санитарно-гигиеническое (биологическая или техническая консерва-

ция нарушенных земель, оказывающих воздействие на окружающую

среду, рекультивация которых для использования в народном хозяйстве

экономически неэффективна);

строительное (приведение нарушенных земель в соответствующее со-

стояние, пригодное для промышленного и гражданского строительства).

Восстановление нарушенных земель выполняется в соответствии со

специальными проектами рекультивации, разрабатываемыми для каж-

дого угледобывающего предприятия с учетом следующих методических

документов:

• «Методические указания по проектированию рекультивации на-

рушенных земель» [12]. Указания содержат нормативно-справочный,

методический и технологический материал, необходимый для проектиро-

вания технической и биологической рекультивации. Приведены рекомен-

дуемые технологии по рекультивации нарушенных земель при открытой

И подземной добыче, технологии формирования экологически безопасных

плоских отвалов. Методические указания предназначены для проектных,

научно-исследовательских институтов, производственных объединений,

занимающихся проектированием и производством работ по рекульти-

вации.

• «Типовые технологические схемы рекультивации техногенных

ландшафтов при добыче угля открытым и подземным способом» [13],

где отражены разработка, складирование и укладка плодородного слоя

почвы (ПСП) и потенциально плодородных пород(ППП) при транспорт-

ных и бестранспортных системах; тушение, разборка и рекультивация

откосов отвалов и уступов разрезов; технологические карты сельскохо-

зяйственной и лесохозяйственной рекультивации. Приведены методики

расчета схем, выбора параметров, машин и оборудования.

• «Методическое пособие по контролю и оценке качества рекуль-

тивационных работ на угледобывающих предприятиях» [14]. В пособии

описаны способы и очередность определения качества рекультивацион-

ных работ с учетом действующих ГОСТов и методик определения агро-

химических и физических свойств почв. Приведены критерии определе-

ния качества рекультивированных земель в полевых и лабораторных ус-

ловиях. Разработаны критерии оценки основных агропроизводственных

показателей рекультивированных земель в баллах.

• «Концепция создания рационального техногенного ландшафта при

ведении горных работ» [15], согласно которой техногенный ландшафт

горного предприятия должен обеспечивать минимальный уровень эко-

логического влияния на природные системы окружающих территорий как

после завершения горных работ, так и на этапах их осуществления. Ос-

новными компонентами создания рационального техногенного ландшаф-