Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам
Водовугільне паливо є екологічно чистим, ефективним замінником природного газу та мазуту при використанні у великій та малій теплоенергетиці, а також суміжних галузях промисловості, як основне, так і допалювальне паливо....
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33295 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам / А.А. Круть // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 269-274. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-33295 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-332952012-05-28T13:02:30Z Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам Круть, А.А. Водовугільне паливо є екологічно чистим, ефективним замінником природного газу та мазуту при використанні у великій та малій теплоенергетиці, а також суміжних галузях промисловості, як основне, так і допалювальне паливо. Coal-water fuel is an environmentally safe and efficient substitute of natural gas and fuel oil for combustion as the main and reburn fuel in heat power, electric utility and allied industries. 2009 Article Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам / А.А. Круть // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 269-274. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33295 622.693.4 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Водовугільне паливо є екологічно чистим, ефективним замінником природного газу та
мазуту при використанні у великій та малій теплоенергетиці, а також суміжних галузях промисловості, як основне, так і допалювальне паливо. |
| format |
Article |
| author |
Круть, А.А. |
| spellingShingle |
Круть, А.А. Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам Геотехническая механика |
| author_facet |
Круть, А.А. |
| author_sort |
Круть, А.А. |
| title |
Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам |
| title_short |
Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам |
| title_full |
Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам |
| title_fullStr |
Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам |
| title_full_unstemmed |
Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам |
| title_sort |
водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33295 |
| citation_txt |
Водоугольное топливо – альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам / А.А. Круть // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 269-274. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT krutʹaa vodougolʹnoetoplivoalʹternativaprirodnomugazuižidkimnefteproduktam |
| first_indexed |
2025-07-03T13:49:51Z |
| last_indexed |
2025-07-03T13:49:51Z |
| _version_ |
1836633913884147712 |
| fulltext |
"Геотехническая механика" 269
УДК 622.693.4
А.А. Круть, канд. техн. наук
(АОЗТ „НПО „Хаймек”)
ВОДОУГОЛЬНОЕ ТОПЛИВО – АЛЬТЕРНАТИВА
ПРИРОДНОМУ ГАЗУ И ЖИДКИМ НЕФТЕПРОДУКТАМ
Водовугільне паливо є екологічно чистим, ефективним замінником природного газу та
мазуту при використанні у великій та малій теплоенергетиці, а також суміжних галузях про-
мисловості, як основне, так і допалювальне паливо.
COAL-WATER FUEL AS ALTERNATIVE TO NATURAL GAS AND
LIQUID OIL PRODUCTS
Coal-water fuel is an environmentally safe and efficient substitute of natural gas and fuel oil for
combustion as the main and reburn fuel in heat power, electric utility and allied industries.
Водоугольное топливо – это искусственная композиционная топливная сис-
тема (суспензия), обладающая псевдопластичными свойствами, присущими
неньютоновским средам с определённой седиментационной устойчивостью –
статической при хранении в течение продолжительного времени и динамиче-
ской при транспортировании по трубопроводам или в закрытых ёмкостях авто-
мобильным, железнодорожным или водным транспортом. С этой точки зрения
основные показатели его качества это, прежде всего, структурно-реологические
характеристики (вязкость, напряжения сдвига и градиент скорости). Кроме то-
го, ВУТ – жидкое топливо, которое оценивают по теплотворной способности и
экологической чистоте сжигания, а также способности сохранять потребитель-
ские качества при транспортировании и хранении на протяжении продолжи-
тельного времени. Водоугольное топливо нетоксично, взрыво- и пожаробезо-
пасно.
Важная топочная характеристика водоугольного топлива – температура
воспламенения. В соответствии с теорией проф. Делягина Г.Н.[2] выход лету-
чих веществ при сжигании ВУТ задерживается испарением влаги из распылён-
ных капель в потоке воздуха, и процесс начинается не с воспламенения продук-
тов деструкции угольного вещества (выхода летучих), а непосредственно с ге-
терогенных реакции активированных угольных частиц на поверхности агломе-
рированной капли водоугольного топлива. Поэтому по сравнению с сухим уг-
лём зависимость температуры воспламенения от выхода летучих веществ зна-
чительно слабее и сама температура ниже.
Одна из особенностей горения ВУТ – параллельное протекание процессов
горения частиц твёрдой фазы с поверхности капель топлива и испарения влаги,
заключённой в этих каплях. Именно это предопределяет высокую активность
выгорания органической массы топлива и обусловливает экологическую чисто-
ту его сжигания. Другая заключается в агломерации летучей золы в сфериче-
ские агломераты размером до 30 мкм, что повышает эффективность работы зо-
лоуловителей до снижения уровня выброса твёрдых частиц на уровне
60 – 80 % допустимого.
Вокруг капель водоугольного топлива при горении образуется полувосста-
270 Выпуск № 83
новительная среда, которая способствует восстановлению попадающих в неё
монооксидов азота монооксидом углерода при температуре 800 – 900 °С.
Уменьшение температуры в зоне горения на 100 – 200 °С по сравнению с су-
хим углём приводит к четырёх-шестикратному снижению образования «тер-
мических» окислов азота.
Опыт мировой практики показывает, что при сжигании ВУТ в энергетиче-
ских котлах большой мощности снижение образования оксидов азота за счёт
перечисленных факторов составляет 30 – 50 % по сравнению со сжиганием пы-
левидного угля. Существенное снижению образования оксидов азота обуслов-
ливает низкий коэффициент избытка воздуха, при котором протекает горение
ВУТ (3 – 7 %).
Водоугольное топливо может быть приготовлено на основе углей любых
марок, в том числе из высокозольных угольных шламов массовой концентраци-
ей до 70 %. В отличие от традиционных топлив, исходя из свойств которых
проектируются теплофикационные установки, характеристики ВУТ задают при
разработке композиции и приготовлении применительно к технологии топли-
воиспользования.
Сфера использования водоугольного топлива в мировой практике включает
мощные энергоблоки крупных тепловых электростанций; промышленные кот-
лоагрегаты малой и средней паровой мощности; сушильные установки, нагре-
вательные и обжиговые печи; есть сведения об использовании ВУТ в судовых
дизелях. Наиболее жёсткие требования предъявляются к ВУТ, предназначен-
ному для использования в качестве штатного топлива в котлоагрегатах круп-
ных электростанций, которое доставляются туда трубопроводным транспортом.
В качестве исходного применяют малозольный (Аd = 7 … 12 %) обогащённый
либо обогащаемый в процессе приготовления водоугольной суспензии уголь.
Операция обогащения в этом случае не только повышает энергетический по-
тенциал топлива, но и стабилизирует характеристики исходного продукта.
Массовая концентрация в зависимости от марки угля от 62 до 70 %. Эффектив-
ную вязкость при градиенте скорости в интервале 8 – 20 с–1
выдерживают в
пределах 1,5 – 0,5 Па·с. Динамическая и статическая седиментационная ста-
бильность обеспечивают сохранение заданных свойств водоугольного топлива
при транспортировании и хранении.
Терминалы приготовления ВУТ, предназначенного для сжигания в топках
котлов средней и малой мощности, целесообразно размещать непосредственно
у мест использования, что исключает необходимость транспортирования на
значительные расстояния и длительное хранение. Требования к такому топ-
ливу снижены. В качестве исходного продукта служит уголь зольностью до
30 %. Массовая концентрация составляет 60 – 65 %, эффективная вязкость
1,5 – 2,0 Па·с.
Водоугольное топливо, используемое при совместном сжигании со штатным
топливом более высокой реактивности и с более высоким энергетическим по-
тенциалом в качестве дожигового или для снижения выбросов окислов азота,
можно приготовить на основе необогащённого угля или отходов обогащения –
"Геотехническая механика" 271
высокозольных угольных шламов (Аd = 45 … 47 %). Концентрация такого ВУТ
может быть снижена до 55 %, а эффективная вязкость при градиенте скорости
έ = 9 с–1 повышена до 2,0 – 2,5 Па·с.
Основными технологическими операциями, обеспечивающими необходи-
мые теплотехнические, реологические и седиментационные характеристики
ВУТ, являются измельчение до гранулометрического состава, в наибольшей
мере приближающегося к составу максимальной упаковки, и выбору химиче-
ской добавки-пластификатора.
Отечественными и зарубежными специалистами предложен ряд грануло-
метрических составов исходного продукта для приготовления ВУТ, общим
признаком которых является бимодальность, обеспечиваемая применением та-
ких технологических приёмов как, например, двухстадийное измельчение в
шаровой и стержневой мельницах или измельчение в одной мельнице с регули-
рованием гранулометрии мелющих тел.
Роль химических добавок-пластификаторов сводится, в основном, к повы-
шению гидрофильности развитой поверхности угольных частиц при создании
вокруг них тончайшей гидратной оболочки толщиной не более
(15 – 20)·10–6 мм, что препятствует непосредственному контакту между уголь-
ными частицами и способствует диспергированию угольных частиц в дисперс-
ной среде, предотвращая, таким образом, их агломерацию.
В качестве химических добавок наибольшее распространение получили:
дофен – суперпластификатор, получаемый на основе отходов фенольного
производства;
НФУ – продукт конденсации формальдегида с нафталеном, как отходы наф-
таленового производства;
ЛСТ – лигносульфонаты натриевые и аммониевые, модифицированные от-
ходы целлюлозно-бумажной промышленности;
УЩР – углещелочной реагент, продукт выщелачивания бурых углей щело-
чью натрия;
сульфогумат натрия – модифицированные гуминовые кислоты бурого угля.
Впервые интерес к использованию водоугольных суспензий в качестве ко-
тельного топлива возник в 60-х годах прошлого века на волне всеобщего увле-
чения новой перспективной технологией гидравлического транспорта угля, как
средство повышения его эффективности путём непосредственного сжигания в
топках котлов, исключая, таким образом, дорогостоящую операцию обезвожи-
вания. Вновь мировая научная общественность заинтересовалась технологией
водоугольных суспензий в связи с топливным кризисом 70-х годов. На этот раз
водоугольная суспензия рассматривается уже как котельное и печное топливо –
альтернатива природному газу и жидким нефтепродуктам (водоугольное топ-
ливо, Coal-Water Fuel).
В настоящее время передовые позиции по внедрению технологии ВУТ за-
нимают страны, которые, не имея собственных природных ресурсов углеводо-
родных энергоносителей, вынуждены импортировать большое количество неф-
ти и природного газа для нужд своей развивающейся экономики, попадая, та-
272 Выпуск № 83
ким образом, в экономическую зависимость от их поставщиков.
Существенное развитие исследования и внедрение технологии водоугольно-
го топлива получили в Китае, где на более чем 50-ти предприятиях с годовой
производительностью до 1,5 млн. т производится 15 млн. водоугольного топли-
ва в год. Железнодорожным или автомобильным транспортом его транспорти-
руют на расстояния до 1000 км и сжигают в топках промышленных котлоагре-
гатов мощностью до 200 МВТ. Из терминала в порту Чингал морскими танке-
рами водоугольное топливо экспортируют в Японию.
Первый топливно-энергетический комплекс с магистральной гидротранс-
портной системой протяженностью 262 км был сооружён в 1989 году в б.
СССР. От терминала приготовления (г. Белово) на базе гидрошахты Инская и
Моховского угольного разреза водоугольное топливо в количестве 3 млн. т/год
(по сухому углю) доставляли на ТЭЦ-5 г. Новосибирска, где сжигали в котле
паропроизводительностью 670 т/ч.
С учётом опыта освоения этого комплекса итальянская фирма «Снампрод-
жетти» на о. Сардиния построила демонстрационный комплекс «Порто Торрес»
мощностью 500 тыс. т/год. Водоугольное топливо массовой концентрацией 63
% по двум 2-километровым трубопроводам поступает на электростанцию, где
сжигается в котле мощностью 300 т/ч, а также на береговой терминал для по-
грузки в танкеры и отправки на экспорт.
Повышение роли угля, как основного энергоносителя, и увеличение объёмов
его использования в развивающейся экономике сопряжено с ухудшением эко-
логической ситуации в промышленно развитых регионах (повышенный выброс
твёрдых частиц и оксидов азота при термической сушке, загрязнение воздуш-
ного пространства и водоёмов от многочисленных шламонакопителей). Это об-
стоятельство стимулировало интенсификацию утилизации отходов обогащения
в теплоэнергетике, превращая их из источника экологической угрозы в допол-
нительный источник дешёвых энергоносителей, т.е. в источник дохода.
Наиболее приемлемой с технической и экономической точек зрения техно-
логией использования мелкого угля из шламонакопителей является приготов-
ление на их основе водоугольного топлива, что наряду со снижением себестои-
мости электрической и тепловой энергии обеспечивает существенный экологи-
ческий выигрыш.
С разработкой специалистами США технологии гидротермообработки (hot
water drying), весьма перспективным становится использование в теплоэнерге-
тике водоугольного топлива, приготовленного на основе бурого угля.
Рассматривая экономическую целесообразность использования водоуголь-
ного топлива в Украине, необходимо отметить следующее. Высокая стоимость
ВУТ с повышенным энергетическим потенциалом при соответствующих реоло-
гических и седиментационных характеристиках, обусловленная сложностью
технологии приготовления (включая операцию обогащения и применение доро-
гостоящих химических добавок), существенно ограничивает его конкуренто-
способность по отношению к рядовому энергетическому углю и возможность
использования в качестве штатного топлива для мощных энергоблоков круп-
"Геотехническая механика" 273
ных тепловых электростанций.
Таким образом, в большой теплоэнергетике водоугольным топливом целе-
сообразно заменять природный газ или мазут в ситуациях, которые исключают
экономически оправданные альтернативные решения. Осложняющее обстоя-
тельство в этом случае – необходимость дооборудования котлоагрегатов систе-
мами золошлакоудаления. Перспективен также вариант применения в пыле-
угольных котлах ВУТ, приготовленного на основе угольных шламов, в качестве
дожигового топлива и для управления выбросами окислов азота. Экономиче-
ский эффект усиливается экологическим выигрышем.
В малой теплоэнергетике водоугольное топливо достаточно эффективно в
качестве штатного топлива может быть использовано в котлах малой и средней
мощности, особенно в топках слоевого сжигания. Эколого-экономический эф-
фект в этом случае может быть весьма значительным. Например, перевод на
водоугольное топливо трёх городских котельных, укомплектованных котлами
ДКВР 10–13 и КЕ 25–14, работающими на угольном концентрате марок Г и Д,
может обеспечить снижение: расхода топлива на производство тепловой энер-
гии в 1,3–1,7 раза; стоимости 1 ГДж теплоты на 1,28 – 1,42 у.е.; годовой стои-
мости топлива более чем на 600 тыс. у.е.; годового экологического ущерба бо-
лее чем на 180 тыс. у.е.
Как дожиговое топливо ВУТ, приготовленное на основе угольных шламов,
рекомендуется для котлов промышленного и бытового назначения всех типов,
включая топки кипящего слоя. В последнем случае водоугольные суспензии
повышенной концентрации могут быть питанием процесса. Исследования пока-
зали, что такой технологический вариант обеспечивает повышение полноты
выгорания органической массы на 15 % и снижение выбросов окислов азота на
25–40 %.
Стремление использовать в качестве энергоносителей угольные шламы без
их повторного обогащения привело к разработке технологий совместного сжи-
гания с топливом более высокого энергетического потенциала и реактивности.
Примером такой технологии является совместное сжигание ВУТ, приготовлен-
ного из отходов обогащения с коксовым газом коксохимических заводов, кото-
рый также является отходом производства. Анализ технико-экономических по-
казателей установки для утилизации коксового газа и угольного шлама коксо-
химического завода в виде водоугольного топлива в соотношении 80:20 пока-
зывает, что в зависимости от зольности шлама годовая расчётная прибыль со-
ставляет 4,53 – 4,58 млн. у.е.
Значительный экономический эффект может быть получен на цементных
заводах при замене водоугольным топливом природного газа в количестве,
обеспечивающем 25 % подводимой к обжиговой печи тепловой энергии. Так,
для четырёх обжиговых печей общей часовой мощностью по клинкеру 117 т,
годовая стоимость заменяемого газа составит 3, 846 млн. у.е. при годовой стои-
мости ВУТ на базе антрацитового шлама (зольность 37 %) 1,36 млн. у.е.
Существенным шагом в стабилизации топливно-энергетического баланса
Украины может явиться расширение сферы использования в теплоэнергетике
274 Выпуск № 83
бурого угля. Первый шаг в его реализации – создание теплоэнергетического
комплекса на базе вновь построенного буроугольного разреза на Верхнеднеп-
ровском месторождении с годовой производительностью 5 млн. т и пылеуголь-
ных энергоблоков Приднепровской ТЭС мощностью 1200 МВт с использовани-
ем Днепра в качестве транспортной артерии. В дальнейшем подобные комплек-
сы предполагается распространить на ряд тепловых электростанций, располо-
женных по течению Днепра.
Подобный комплекс целесообразно создать на бале Ново-Дмитриевского
буроугольного месторождения с гидротранспортом или железнодорожным
транспортом водоугольного топлива до Славянской или Змиёвской ТЭС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Круть О.А. Водовугільне паливо.–К.–Наукова думка.–2002.–169 с.
2. Делягин Г.Н. Водоугольное топливо – экологически чистое топливо // Трубопроводный гидротранспорт
твёрдых материалов.–К.–1993.–с. 299-323.
3. Папаяни Ф.А., Самойлик В.Г., Свитлый Ю.Г. Использование бурого угля в теплоэнергетике // Стабили-
зационный потенциал использования угля в теплоэнергетике Украины; Тр. научн.-метод. сем. К.–1997.–с. 15–
19.
|