Проблеми солоного вугілля України

На основі оцінки сучасних технологічних процесів гірничозбагачувального виробництва розглянуто шляхи розв’язання проблеми промислового використання солоного вугілля в теплоенергетиці України. На сьогодні впровадження запропонованого підходу є найбільш економічно доцільним порівняно з іншими техноло...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2015
Автори:	Круть, О.А., Дунаєвська, Н.І.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2015
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	Статті та огляди
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84894
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:	Проблеми солоного вугілля України / О.А. Круть, Н.І. Дунаєвська // Вісник Національної академії наук України. — 2015. — № 6. — С. 55-60. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-84894
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-848942015-07-17T03:02:11Z Проблеми солоного вугілля України Круть, О.А. Дунаєвська, Н.І. Статті та огляди На основі оцінки сучасних технологічних процесів гірничозбагачувального виробництва розглянуто шляхи розв’язання проблеми промислового використання солоного вугілля в теплоенергетиці України. На сьогодні впровадження запропонованого підходу є найбільш економічно доцільним порівняно з іншими технологіями з підготовки, перетворення і отримання кондиційного палива з такого вугілля. На основе оценки современных технологических процессов горно-обогатительного производства рассмотрен путь решения проблемы производственного использования соленого угля в теплоэнергетике Украины. На сегодня внедрение предложенного подхода является наиболее экономически обоснованным по сравнению с другими технологиями по подготовке, преобразованию и получению кондиционного топлива из такого угля. Based on the analysis of modern technological processes of coal cleaning/washering the ways to solve the issues of industry usage of high chlorine coal in energy sector of Ukraine have been proposed. Accounting for the up-to-date developments in the above field, it is considered that proposed approach is the best economically feasible one compared to other technologies on coal handling, cleaning and production of proper coal product. 2015 Article Проблеми солоного вугілля України / О.А. Круть, Н.І. Дунаєвська // Вісник Національної академії наук України. — 2015. — № 6. — С. 55-60. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84894 656.50 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Статті та огляди Статті та огляди
spellingShingle	Статті та огляди Статті та огляди Круть, О.А. Дунаєвська, Н.І. Проблеми солоного вугілля України Вісник НАН України
description	На основі оцінки сучасних технологічних процесів гірничозбагачувального виробництва розглянуто шляхи розв’язання проблеми промислового використання солоного вугілля в теплоенергетиці України. На сьогодні впровадження запропонованого підходу є найбільш економічно доцільним порівняно з іншими технологіями з підготовки, перетворення і отримання кондиційного палива з такого вугілля.
format	Article
author	Круть, О.А. Дунаєвська, Н.І.
author_facet	Круть, О.А. Дунаєвська, Н.І.
author_sort	Круть, О.А.
title	Проблеми солоного вугілля України
title_short	Проблеми солоного вугілля України
title_full	Проблеми солоного вугілля України
title_fullStr	Проблеми солоного вугілля України
title_full_unstemmed	Проблеми солоного вугілля України
title_sort	проблеми солоного вугілля україни
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Статті та огляди
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84894
citation_txt	Проблеми солоного вугілля України / О.А. Круть, Н.І. Дунаєвська // Вісник Національної академії наук України. — 2015. — № 6. — С. 55-60. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT krutʹoa problemisolonogovugíllâukraíni AT dunaêvsʹkaní problemisolonogovugíllâukraíni
first_indexed	2025-07-06T12:00:57Z
last_indexed	2025-07-06T12:00:57Z
_version_	1836898852736598016
fulltext	ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 6 55 КРУТЬ Олександр Анатолійович — доктор технічних наук, головний науковий співробітник Інституту вугільних енерготехнологій НАН України УДК 656.50 ПРОБЛЕМИ СОЛОНОГО ВУГІЛЛЯ УКРАЇНИ На основі оцінки сучасних технологічних процесів гірничозбагачувального виробництва розглянуто шляхи розв’язання проблеми промислового вико- ристання солоного вугілля в теплоенергетиці України. На сьогодні впрова- дження запропонованого підходу є найбільш економічно доцільним порівня- но з іншими технологіями з підготовки, перетворення і отримання кондиційного палива з такого вугілля. Ключові слова: солоне вугілля, граничні умови, відсаджувальний про- цес, енергозабезпечення. Вступ У західній та північній частині Українського Донбасу (Дніп- ропетровська, Полтавська, Луганська області) розвідано зна- чні вугільні родовища так званого солоного вугілля. Основні з них — Новомосковське, Петриківське, Богданівське, Старо- більське, розвідані запаси яких становлять близько 12 млрд т високоякісного вугілля марок Д і Г. Загалом це приблизно 25 % усіх запасів низькозольного, висококалорійного палива таких марок в Україні. Крім того, високий вихід летких речовин, низь- ка вологість, невелика глибина залягання пластів роблять цей вид вугілля перспективним твердим паливним ресурсом для вітчизняних ТЕС. Однак це можливо лише за наявності про- мислових, економічно привабливих технологій енергетичного використання вугілля з таких родовищ. Причина одна — до- мінування у вугіллі шкідливої домішки — водорозчинної солі у вигляді галіту. Підвищений вміст натрію і хлору призводить не лише до ускладнення процесу спалювання вугілля в котло- агрегатах (шлакування поверхні нагріву, значна корозія), а й до негативних екологічних наслідків (виділення токсичних спо- лук аж до утворення діоксинів) [1]. Отже, незважаючи на те, що запаси солоного вугілля є на всіх континентах земної кулі, зазначені вище характеристики стримують його енергетичне використання у світі. ДУНАЄВСЬКА Наталія Іванівна — кандидат технічних наук, в. о. директора Інституту вугільних енерготехнологій НАН України 56 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 6 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Розвиток і сучасний стан досліджень солоного вугілля Вивчення солоного вугілля розпочав німець- кий учений Г. Леман у 50-х роках минулого століття. Над проблемою працювали у США (Г. Кроунголд), Австралії (Р. Дур’є), Великій Британії (Е. Скипсі), Японії (Н. Кейо) та ін. У Росії в дослідженні цього виду вугілля задіяні колективи установ Далекосхідного відділення РАН, в Україні — Український державний ін- ститут мінеральних ресурсів, Український дер- жавний хіміко-технологічний університет (Дніп- ропетровськ), Інститут фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М. Литвиненка НАН Украї- ни, НВО «Хаймек» (УкрНДІгідровугілля), До- нецький національний технічний університет, Інститут геологічних наук НАН України та ін. Достатньо глибоко вивчено природу солоно- го вугілля українського походження, взаємо- зв’язок сполук Na і Cl з його інгредієнтами. З метою оцінки і вибору перспективного тех- нологічного рішення промислового викорис- тання солоного вугілля було проведено експе- риментальні дослідження з вивчення процесів піролізу, газифікації, зрідження, коксування вугілля, виконано пошукові роботи щодо іон- ного обміну та зв’язування Na і Cl в різних розчинах. За цими напрямами отримано певні позитивні результати, зафіксовано кількісно- якісні характеристики продуктів переробки вугілля [2, 3]. Пошук шляхів прямого використання (спа- лювання) або збагачення солоного вугілля продовжується вже не одне десятиліття в різ- них країнах світу. Проте й донині це питання залишається невирішеним. Промислового, ве- ликотоннажного способу збагачення вугілля з високим вмістом лужних металів поки ще не- має. Перспективні для впровадження техноло- гії мають бути ефективними й економічними, вирізнятися простотою і технологічністю. На сьогодні до них можна віднести надзвичайно вузьке коло технічних рішень. На нашу думку, це лише технології збіднення солоного вугілля вугіллям звичайної якості. Слід додати, що за- вдяки самій природі вугілля та різноманітності його властивостей і характеристик усі вугільні технології, які потребують підвищення якості вугілля чи перетворення його на інші продук- ти, є досить складними, що гальмує їх застосу- вання. Тому проблема впровадження солоного вугілля у промисловість та енергетику існує майже в усіх країнах, де є його запаси, в тому числі й в Україні. Як показали дослідження, в українському вугіллі мінеральна компонента (NaCl) має адсорбційне походження, тобто мінерали про- никали в уже сформовані вугільні пласти з розчинів, що містилися в гірничих породах, у процесі адсорбційних впливів. Такі мінерали, приурочені до тріщинок і пор у вугіллі, утво- рюють гнізда та стягнення. Під час подрібнен- ня вугілля відбувається розкриття цих мінера- лів, що уможливлює їх ефективне вилучення. Таке походження мінеральної компоненти в українському вугіллі визначило один з осно- вних шляхів можливого знесолювання вугіл- ля — спосіб промивання водою [4]. Значний обсяг наукових досліджень у цьому напрямі було виконано в зазначених вище установах України. Результати наукових досліджень Вивчення солоного вугілля з метою його тех- нологічного застосування в теплоенергетиці нині триває в Інституті вугільних енерготех- нологій НАН України в рамках фундамен- тальних досліджень за темою «Наукові основи технологій очистки та термічної переробки за- соленого вугілля Західного Донбасу». Під час виконання цієї роботи проведено теоретичні та прикладні дослідження зі встановлення за- лежності ступеня вилучення шкідливих домі- шок із солоного вугілля при промиванні водою від різних параметрів водовугільної суміші та фізико-технічних впливів на неї. У загально- му вигляді залежність процесу знесолення від фізико-технічних властивостей солоного ву- гілля і водного середовища можна представи- ти так: t0,4 = ƒ(Ввих, k1Dсер, k2С, k3М, k4Т, k5Diн), ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 6 57 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ де t0,4 — час контакту вугілля з водою до мо- менту, коли вміст NaCl у вугіллі досягне гра- ничного рівня, прийнятого для безпосередньо- го спалювання в котлоагрегатах (вміст Na2О в золі вугілля менш ніж 0,4 %); Ввих — вихідний вміст солі у вугіллі; Dсер — середня крупність вугільних частинок; С — концентрація твердої фази у водовугільній суміші; М — мінераліза- ція вихідної промивальної води відносно NaCl; Т — температура водовугільної суміші; Dін — зміна інтенсивності турбулентного потоку водовугільної суміші (ефект перемішування); k1…k5 — комплексні коефіцієнти, що залежать від природних властивостей і характеристик вугілля, а також від зміни вказаних функціо- нальних параметрів. Додатково було проведено оцінювання за- лежності ступеня видалення солі від фізико- хімічних властивостей вугілля та технічних вод вугільних підприємств. У загальному ви- гляді їй відповідає такий вираз: t = ƒ(а1pH, a2O, a3pe), де pH — водневий показник води; O — ступінь окиснення вугілля; pe — ступінь забруднення води хімічними реагентами; а — коефіцієнти. У цілому процес видалення солі з вугілля можна описати таким виразом: y = [(yвих — yo) exp(—t/b)] + yo, де y, yвих, yo — вміст домішок солі у вугіллі; t — час контакту вугілля з водним середовищем; b — параметр, що характеризує якісні показни- ки водовугільної суміші. У результаті детального аналізу було з’я со- вано, що технологія видалення солі на основі водного промивання має ряд жорстких вхідних граничних умов для досягнення кондиційності палива, а окремі співвідношення характеристик рядового вугілля й технічної води ускладню- ють процес знесолення або роблять його взага- лі неможливим. Наприклад, велика крупність вугілля збільшує необхідний час його контак- ту з водою, що спричинює економічну невигід- ність технології. Відсутність турбулентності у водовугільному середовищі, якщо різниця між швидкостями переміщення вугільної частинки і води дуже мала, також збільшує тривалість знесолення. Водночас глибоке механічне зне- воднення вугілля після промивання, навпаки, дає позитивні показники. Ще важливіше враховувати, що за високої концентрації твердої фази (більш як 50 %) і на- явності у водовугільній суміші понад третини вугільних частинок мікронних класів (менш як 0,074 мм) можливий початок зворотно- го процесу адсорбції іонів Na і Cl. Крім того, зворотна адсорбція може пришвидшитися, якщо в технічній воді є такі групи реагентів, як поверхнево-активні, нафтово-масляні речови- ни, флокулянти тощо [5]. Тому було вивчено і вперше встановлено ряд вхідних граничних умов, а також необхідних операційних проце- Окремі параметри і вхідні граничні умови знесолення вугілля Параметри, процес Граничні умови Примітки Клас вугілля Рядове вугілля марки Д круп- ністю не більше 0—13 мм Середня круп- ність вугільної частинки Dсер ≤ 3 мм Концентрація вугілля (С) у водовугільній суміші С ≤ 50 % Найприйнятніше співвідношення твердої і рідкої фаз Т:Р = 1:2; С ≤ 33 % Вихідна міне- ралізація води < 10—12 г/л за NaCl — Температура водовугільної суміші Зумовлена стан- дартом для цехів підприємства Прийнятно, якщо є можли- вість, задіяти скидне тепло під- приємства Активація перемішування Швидкість во- дяного потоку більша за швид- кість вугільної частинки vв.п. > vв.ч. Наявність турбу- лентних потоків Механічне зневоднення вугілля Робоча воло- гість після зне- воднення Wy p < 25 % — Питомий вміст частинок ву- гілля класу 0,074 мм Не більше 32— 35 % за концен- трації твердої фази С ≥ 50 % Можливий поча- ток процесів зво- ротної адсорбції 58 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 6 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ сів, які дозволяють досягти позитивного ефек- ту знесолення солоного вугілля (див. табл.). Аналіз сучасного збагачення руд і вугілля показав, що всі зазначені технологічні умови промивання вугілля водою можна забезпечити при традиційних технологіях збагачення ву- гілля на вуглезбагачувальних фабриках. Тому для концептуального оцінювання було вибра- но два напрями технічних рішень одержання кондиційного палива: 1) традиційне збагачення рядового вугілля (зменшення зольності) — основний процес; зне- солення рядового вугілля — основний процес; 2) знесолення рядового вугілля — основний процес; традиційне збагачування — додатко- вий процес. Виходячи з цих напрямів було вивчено тех- нічні характеристики, режими роботи й пара- метри різних збагачувальних апаратів і машин сучасних фабрик, де для збагачення викорис- товується водне середовище. Принципове технічне рішення отримання кондиційного палива Пошук і аналіз режимно-технологічних про- цесів таких апаратів, як концентраційні столи, відсаджувальні машини, елеватори, гвинтові сепаратори, мийні жолоби, шнекові сепарато- ри тощо, показав [6], що відсаджувальна ма- шина є найбільш придатним апаратом для ре- алізації способу промивання солоного вугілля. Простота конструкції, режими та параметри її роботи цілком відповідають умовам видален- ня мінералів солі з вугілля, а саме: • некласифіковане відсаджування рядового вугілля класу 0—13 мм і менше; • співвідношення твердої фази (вугілля) і рідкої (води) Т:Р = 1:2 (С ≤ 33 %); • наявність турбулентних потоків; • тривалість контакту вугілля з водою може сягати 300 с; • обов’язкове зневоднення після відсаджу- вальної операції; • за потреби можливий попутний процес знезолення вугілля. Широкий діапазон регулювання зазначе- них параметрів у відсаджувальних машинах, побудова ланцюга їх взаємодії, автоматизація процесу знесолення вугілля на основі наявних приладів — солевимірювачів, дають усі підста- ви стверджувати, що збагачення солоного ву- гілля у відсаджувальних машинах може бути впроваджено без великих додаткових капі- тальних витрат. Для повного досягнення поставленої мети — отримання кондиційного палива способом промивання водою — потрібне проектування гідромеханізованого підприємства або комп- лексу підприємств. Дві-три шахти видобува- ють вугілля сучасними механізованими під- земними комплексами. На поверхні вугілля надходить на вузол підготовки та змішування його з технічною (шахтною) водою з концен- трацією 50 % і далі транспортується гідравліч- ним трубопровідним транспортом до групової збагачувальної фабрики на відстань до 20 км (див. рис.). Демінералізація солоного вугілля під час транспортування в гідравлічному трубопро- воді є попутним процесом [7]. За умови до- статньої тривалості контакту вугілля з водою у трубопроводі (до 1 години і більше) і досяг- нення норми вмісту NaCl у вугіллі гідросуміш надходить на лінію зневоднення або контроль- ну відсаджувальну операцію. За потреби здій- снюється цикл традиційного збагачення висо- козольного вугілля. Природним недоліком способу промивання солоного вугілля з використанням техноло- Принципова схема вугільного гідромеханізованого комплексу: 1 — шахта; 2 — вузол підготовки вугілля для гідротранспортування; 3 — вуглепровід; 4 — гру- пова збагачувальна фабрика; 5 — цех відсаджувальних машин ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 6 59 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ гічного обладнання сучасних вуглезбагачу- вальних фабрик є необхідність додаткового очищення (знесолення) води разом зі звичай- ним очищенням оборотної води. Вирішення цієї проблеми лежить у площині проектуван- ня водно-шламової схеми циркуляції оборот- ної води, потреби в заборі свіжої води. З цих міркувань можлива побудова лише вузлового очисного демінералізаційного комплексу для води. Відомо, що найекономічнішим способом демінералізації води є зворотний осмос. Впро- вадження цієї технології у світі збільшується щороку на 12—18 %. Наприклад, на хімічному заводі концерну «Стирол» (м. Горлівка) термін окупності цеху очищення технологічної води методом зворотного осмосу становив трохи більше 2 років. Іншим рішенням може бути зворотне закачування води в нижні горизонти. На окремих родовищах для цього є відповідні гірничо-геологічні умови. Компенсувати зростання собівартості вугіл- ля (через необхідність очищення води) можуть такі чинники, як неглибоке й пологе залягання вугільних пластів, а також наявність несклад- них гірничо-геологічних умов. Висновки За результатами досліджень з демінераліза- ції солоного вугілля в стаціонарних умовах і гідротранспортування в трубопровідних сис- темах запропоновано промислову технологію досягнення його кондиційних якостей. На сьо- годні технологія промивання вугілля водою в сучасних збагачувальних апаратах, а саме у відсаджувальних машинах, є найбільш пер- спективною з огляду на її простоту, гнучкість та економічність. За результатами досліджень фізико-техніч них характеристик солоного вугілля й водного сере до- вища, їх взаємозалежностей, а також завдяки ви- значенню окремих граничних умов ефективності знесолення вугілля знайдено принципове рішен- ня, яке полягає в поєднанні в один (або в окре- мий) технологічний процес збагачення вугілля за сіллю і традиційного збагачення за зольністю. Такий підхід є цікавим з точки зору науково- технічного рішення і заслуговує на увагу як пер- спективний напрям щодо подальшого вивчення, деталізації операційних параметрів, режимів і ха- рактеристик збагачення солоного вугілля. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Дунаєвська Н.І., Корчевой Ю.П., Майстренко О.Ю. Стан та перспективи використання українських покладів солоного вугілля в енергетиці. Экотехнологии и ресурсосбережение. 2002, 3: 29—33. 2. Белецкий В.С., Пожидаев С.Д., Кхелуфи А., Сергеев П.В. Перспективы освоения соленых углей Украины. До- нецк: Донец. гос. техн. ун-т, 1998. 3. Шендрик Т.Г., Саранчук В.И. Соленые угли. Донецьк: Східний видавничий дім, 2003. 4. Иванова А.В., Кривеча Т.А., Охотник А.К. Изучение процессов накопления щелочных металлов в углях Дон- басса в связи с проблемой их промышленного использования. Тез. VII Всесоюз. угольной конф. Ростов-на-Дону, 1981: 380—382. 5. Круть А.А. Особенности деминерализации углей при гидротранспортировании. Вісник інженерної академії наук України. 2014, 2: 36—38. 6. Благов И.С., Коткин А.М., Зарубин Л.С. (ред.). Справочник по обогащению углей. М.: Недра, 1984. 7. Круть А.А., Свитлый Ю.Г. Исследование обессоливания угля в процессе гидротранспортирования. Уголь Укра- ины. 1984, 1: 41. Стаття надійшла 04.03.2015. 60 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 6 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ А.А. Круть, Н.И. Дунаевская Институт угольных энерготехнологий Национальной академии наук Украины ул. Андреевская, 19, Киев, 04070, Украина ПРОБЛЕМЫ СОЛЕНОГО УГЛЯ УКРАИНЫ На основе оценки современных технологических процессов горно-обогатительного производства рассмотрен путь решения проблемы производственного использования соленого угля в теплоэнергетике Украины. На сегод- ня внедрение предложенного подхода является наиболее экономически обоснованным по сравнению с другими технологиями по подготовке, преобразованию и получению кондиционного топлива из такого угля. Ключевые слова: соленый уголь, граничные условия, отсадочный процесс, энергообеспечение. O.A. Krut’, N.I. Dunayevska Coal Energy Technology Institute of National Academy of Sciences of Ukraine 19 Andriivska St., Kyiv, 04070, Ukraine THE PROBLEMS OF HIGH CHLORINE COAL IN UKRAINE Based on the analysis of modern technological processes of coal cleaning/washering the ways to solve the issues of industry usage of high chlorine coal in energy sector of Ukraine have been proposed. Accounting for the up-to-date developments in the above field, it is considered that proposed approach is the best economically feasible one compared to other technologies on coal handling, cleaning and production of proper coal product. Keywords: high chlorine coal, boundary conditions, sedimentation, energy supply.

Проблеми солоного вугілля України

Репозитарії

Схожі ресурси