Водоугольное топливо

3. Экономические: снижает в 2-3 раза стоимость 1 т условного топлива (у.т.); на 15-30% сокращаются эксплуатационные затраты при хранении, транспортировке и сжигании; обеспечивает снижение в 3 раза капитальных затрат при переходе ТЕС и ГРЕС от сжигания природного газа и мазута на водоугольное топливо; окупаемость затрат при внедрении ВУТ составляет 1-2,5 года. 
 
 
 

Способы приготовления водоугольного топлива [8]:  

1. Приготовлениение ВУТ с дозированной подачей предварительно дробленого угля, воды и реагента-пластификатора на мокрое измельчение в стержневой мельнице;  

2. С включением  мокрого измельчения и классификацией  угля, подачей воды и диспергаторов в мельницу, причем, процесс ведут с предыдущей электрохимической обработкой воды;  

3. Смешивание  с водой угольной пыли размером  частичек не больше чем 20 мкм  (полученное топливо используют  для двигателей внутреннего сгорания);  

4. Приготовление  водоугольного топлива путем мокрого измельчения угля с водой при нагревании гидросмеси до 200-300С^о токами высокой частоты под давлением 1,5-10 МПа и введении в гидросмесь поверхностно-активных добавок;  

5. Получение  водоугольного топлива из бурого угля при сухом измельчении, дегазации и смешивании с водой и добавками в гомогенизаторе, причем, сухое измельчение угля ведут одновременно с его гидрофобизацией в струйной мельнице в инертной среде. 

    Эти подходы довольно трудоемкие и имеют низкую производительность ввиду трудностей с технологическими процессами химической обработки угля в связи с повышенными энергетическими затратами, сложностью оборудования, вследствие чего у получаемого ВУТ низкий энергетический потенциал и относительно высокая стоимость.

    Наиболее перспективной на сегодняшний день считается технология приготовления, когда водоугольное топливо получают сухим измельчением предварительно дробленого до менее чем 3 мм исходного угля в роторно-вихревой мельнице до частиц размером меньше 20 мкм. При высокоскоростном ударном разрушении частиц в помольной камере роторно-вихревой мельницы происходит селлективное раскрытие сростков минералов и угля. Минеральные частички с более высокой плотностью и твердостью сравнительно с органической составляющей угля на выходе из помольной камеры имеют большие, чем у частичек угля, размеры и под действием гравитационных сил выделяются из основного потока измельченных частичек. В результате этого процесса остаточная зольность водоугольного топлива не

превышает 2-8 масс.%.

    Для получения высококонцентрированного ВУТ, особенно из влажного бурого угля, необходима частичная гидрофобизация поверхности частичек, достаточная для обеспечения высокой концентрации ВУТ. Кроме того, следует удалить не только воздух из пор, но и гигроскопическую влагу. При ультратонком (менее чем 20 мкм) высокоскоростном ударном измельчении частички угля, проходя через помольную камеру роторно-вихревой мельницы, раскрывают свои поры и высушиваются до влажности менее чем 0,5%, что и обеспечивает необходимую гидрофобность поверхности угольных зерен. В результате существенным образом уменьшается способность частичек к связыванию воды, а именно водоугольное топливо имеет более высокую концентрацию твердой фазы.

    Дальнейшая обработка гидравлической смеси в диспергаторе оказывает содействие созданию коллоидной системы с твердыми частичками размером менее чем 5 мкм, в результате чего получают водоугольное топливо с улучшенными физико-механическими, структурно-реологическими, теплофизическими и экологическими свойствами для его продолжительного хранения, транспортировки и сжигания в энергетических установках, включая дизельные и газотурбинные. 

6. Кавитационная технология приготовления водоугольного топлева[10]: водоугольное топливо получают сухим измельчением предварительно дробленного до менее 3 мм исходного угля в роторно-вихревой мельнице до частиц размером менее 20 мкм. В процессе измельчения одновременно производится сепарация угля от минеральных компонентов и гидрофобизация частиц угля. Последующее смешивание частиц угля с водой производится в гидравлическом диспергаторе с получением коллоидной гидросмеси, содержащей 70-80 мас. % и более твердой фазы с частицами менее 5 мкм. В результате получается водоугольное топливо с улучшенными физико-механическими, структурно-реологическими, теплофизическими и экологическими свойствами для его длительного хранения, транспортирования и сжигания в различных энергетических установках, включая дизельные и газотурбинные. 

Возможный эффект от внедрения  ВУТ 

    На практике применение суспензионного угольного топлива делает реальной замену как обычного угля и малоэффективных методов его сжигания в слоевых топках, так и дефицитных редких и газообразных видов топлива [9].

    Особенно проблема обостряется в угольных регионах, где вокруг угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий в гидроотвалах и отстойниках накапливается большое количество отходов углеобогащения в виде тонкодисперсных угольных шламов. Ее решают, как правило, довольно примитивным путем. Воды шахтного притока, технологические воды обогатительных фабрик с мелкими угольными частичками скидываются в поверхностные отстойники, которые периодически чистятся механо-гидравлическим способом; повторно добытые угольные шламы или скидываются в отработанные выработки шахт, или в ближайшие овраги и водоемы. В отдельных случаях отходы флотации обезвоживают и складируют на свободных площадях [10].

   Перевод шламов в транспортабельное и технологически удобное суспензионное водоугольное топливо обеспечит большой экономический эффект и резко улучшит экологическую обстановку в регионах. При этом, получаемое топливо и технологии его использования должны отвечать требованиям современного рынка: экономическая конкурентоспособность и минимально возможное опасное экологическое влияние на окружающую среду при его получении и использовании. [11].

    Стратегические цели при внедрении суспензионного угольного топлива определяются: минимизацией затрат на реконструкцию существующих систем теплоэнергетики; увеличением экономической и экологической эффективности систем теплоэнергетики и созданием экономической мотивации для отказа от использования топочного мазута, природного газа и угля со слоевым сжиганием; повышением надежности и гарантированной трудоспособности систем теплоэнергетики; усилением энергобезопасности конечных потребителей. Судя по откликам специалистов, которые внедряют ВУТ, это один из важнейших энергоносителей будущего [12]. Главные его преимущества - дешевизна и екологичность. Вдобавок, ВУТ пожаро- и взрывобезопасное топлево. Технологии его хранения и транспортировки просты и могут быть полностью автоматизированы, перекачивание можно осуществлять по трубопроводам аналогично нефти. В отличие от мазутных цистерн, емкости, в которых зимой транспортируется ВУТ, легко очищаются от остатков топлива [13].

    Переработка шламов в ВУТ решит и некоторые другие проблемы областей угледобычи и ЖКХ. Рекультивация земель, занятых отвалами и отстойниками, улучшит экологическую обстановку на угольных шахтах и разрезах, а переход котельных на автоматизированные процессы сжигания ВУТ существенно уменьшит долю ручной работы.

    Вопрос об использовании ВУТ в мировой практике не теряет своей актуальности. Работы по совершенствованию и внедрению инноваций в начале 21 столетия не прекращаются в Японии, Италии, США, Канаде и других странах. В США реализуется программа использования угля в промышленной и бытовой энергетике с общим объемом финансирования в $6 млрд. на ближайшие 6-10 лет. При росте цен на нефть и снятии ограничений на строительство углепроводов прогнозируется начало интенсивного применения водоугольного топлива в разных областях промышленности [14]. Отсутствие достаточного количества собственных месторождений нефти и природного газа в Китае заставляет страну ориентировать развитие своей энергетики на угольное топливо. В то же время, жесткие требования к охране окружающей среды усложняют правила его использования. В мегаполисах КНР запрещены строительство и эксплуатация котельных, которые работают на угле. Государственной программой правительства Китая предусмотрен поэтапный переход предприятий от нефтегазового на водоугольное топливо. Это обеспечит сокращение импорта нефти более чем на 70 млн. т, мазута - на 20 млн. т на год, который уменьшит зависимость топливно-энергетического комплекса страны от внешнего рынка [15]. 
 
 

Выводы 

    Несмотря на широкое внедрение нового вида жидкого топлива в промышленное производство, до сих пор не разработаны четкие рекомендации по регулированию параметров ВУТ. Многочисленные экспериментальные данные дают разнообразную, временами противоречивую оценку влияния отдельных факторов на текучесть и седиментационную стойкость водоугольных суспензий. Это объясняется тем, что существующие теоретические основы регулирования свойств высококонцентрированных дисперсных систем не учитывают особенностей состава твердой фазы ВУТ. Отсутствие теоретически и экспериментально обоснованной зависимости между составом, количеством минеральных примесей в ВУС и ее реологическими параметрами препятствует созданию водоугольного топлива с необходимыми качественными характеристиками.  

    Анализ существующих решений по получению ВУТ показал, что зольность твердой фазы колеблется в широких границах и определяется, в основном, требованиями потребителей к качеству топлива. При этом существуют лишь одиночные работы по определению экономически целесообразного уровня зольности угля в суспензии, что особенно важно при использовании ВУТ как заменителя сухого угля на ТЭС и в котельных. Невысокие требования потребителей к уровню зольности твердой фазы в этом случае (Аd < 10-12 %) допускают возможность создания разнообразных технологических схем, которые позволяют получать ВУТ с разным содержанием минеральных примесей. И только на основании сравнения всего комплекса затрат на приготовление, транспортировку и сжигание ВУТ можно выбрать вариант технологии получения ВУТ с максимальной экономической эффективностью. 

    На основании обзора литературных источников можно сказать о том, что при разработках технологий приготовления твердой фазы ВУТ не учитывается влияние методов обогащения, и в частности флотации и масляной агломерации, на параметры водоугольного топлива. Отсутствуют любые данные о влиянии предыдущего омасливания поверхности угля аполярными реагентами на эффективность ее взаимодействия с реагентами-пластификаторами, на агрегативную стойкость и текучесть ВУС. В то же время, разный характер воздействия реагентов-собирателей и пластификаторов привносит отрицательное влияние флотационного и масляно-агломерационного обогащения на реологические свойства водоугольного топлива. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература 

1. Делягин Г.Н.  Экологически чистое топливо  ЭКОВУТ – путь резкого улучшения  экологической ситуации в энергетике  России. с.320 – 323

http://energo20.ru/article-88-43-453.html  

2. Абрамов А.А. Флотационные методы обогащения. Учебник для вузов. М.: Недра, 1984, 711с. 

3. Использование  вибромельниц для приготовления ВУТ

http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Mt/2008/St/08pvaeim.pdf  

4. Влияние температуры  на реологические характеристики  водоугольных суспензий из бурых углей / М.П. Баранова, М.Л. Щипок, Б.Н. Кузнецов

http://liquidcoal.ru/2008/10/17/33  

5. Технологии  сжигания водоугольного топлива (ВУТ) в котельных и на электростанциях / Ф. А. Серант, Л. И. Филин, Ю. В. Овчинников, К. В. Агапов, В. Ф. Рульковский, Ю. Н.

http://svetercom.ru/news/1/24/  

6. Получение  высококонцентрированного ВУТ на основе бурых углей разной степени окисленности / Савицкий Д. П., Макаров А. С., Егурнов А. И.

http://vodougol.ru/technology  

7. Евгений Карпов  Газета "Энергетика и промышленность  России"

http://www.ntpo.com/patents_fuel/fuel_4/fuel_32.shtml  

8. Павел Сухов  Огненная вода 

http://www.ntpo.com/patents_fuel/fuel_4/  

9. Применение  экологически чистого водоугольного топлива - один из путей энергосбережения / В. И. Мурко, д.т.н., директор ФГУП «НПЦ «Экотехника», В. И. Федяев генеральный директор ЗАО НПП «Сибэкотехника»

http://masters.donntu.edu.ua/2009/feht/bondarenko/ htm  

10. Газета: №  03 (119) февраль 2009 года: Производство  и энергетика: Кавитационная технология приготовления водоугольного топлива

http://www.ntpo.com/patents_fuel/fuel_1/fuel_26.shtml  

11. А. А. Круть, канд. техн. наук, НПО «Хаймек», Л. Н. Козыряцкий, канд. техн. наук, Донецкий национальный технический университет ВУТ на основе угольных шламов

http://www.inno.ru/project/29649  

12. Кавитационные технологии для приготовления жидкого угля.

http://liquidcoal.ru  

13. Морозов А.Г., Мосин С.И., Мурко В.И. ВУТ в теплоэнергетике // Энергия: экономика, техника, экология. 2007. № 4  

14. Делягин Г.Н., Корнилов В.В., Кузнецов Ю.Д., Чернегов Ю.А. Совершенствование водоугольного топлива и перспектива его применения // Приложение к научно-техническому журнала «Экономика топливно-энергетического комплекса России». М.: ВНИИОЭНГ. 1993. 31 с.