Энергетическое использование угольных отходов

На долю топлива в себестоимости 1 кВт*час электроэнергии ТЭС приходится от 65до 70% . Исходя из этого, использование отходов углеобогащения с фактической себестоимостью 0,00грн (по сравнению  со стоимостью угля 800-1200 грн/т) является экономически выгодным и перспективным.

Вокруг угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий в гидроотвалах и отстойниках скапливается большое количество добываемого угля, представленного в виде тонкодисперсных угольных шламов. Указанная проблема решается, как правило, наиболее примитивным образом. Воды шахтного притока, технологические воды обогатительных фабрик с мелкими угольными частицами сбрасываются в поверхностные отстойники, которые периодически чистятся механо — гидравлическим способом, и повторно добытые угольные шламы либо сбрасываются в отработанные выработки шахт, либо в ближайшие овраги и водоемы. В отдельных случаях производится обезвоживание отходов флотации и их складирование на свободных площадях.

Под действием кислорода воздуха уголь и сера, являющиеся составной частью этих отходов окисляются и самовозгораются. При горении выделяются оксиды углерода ,азота и сернистого газа ,которые опасны для здоровья. Накопление в почве соединений токсичных металлов, содержащихся в отходах и канцерогенных веществ из продуктов их горения губительно действует на живые организмы ,вызывая преждевременную смерть людей и прогрессирование нежелательных мутаций генома в популяции. . Таким образом, основной задачей в этой сфере является создание необходимых мощностей по утилизации и обезвреживанию опасных отходов, а также систем экологически безопасного их удаления.

Основная  часть ТЭС  спроектирована и построена в 60-70-е годы  и в настоящее время физически и морально устарела .Основным типом топочных устройств .применяемых на энергетических котлах ТЭС  Украины  являются камерные топки  с жидким шлакоудалением ,что связано с широким использованием  низкореакционного угля марок АШ и Т. Качество угля постоянно ухудшается за счет увеличения объема породы ,состоящей ,в основном ,из тугоплавких оксидов алюминия и кремния ,ухудшающих плавкостные характеристики золы (а .следовательно и условия вывода шлаков )  .

В высокозольном угле возрастает и доля «сростков» ,обладающих  очень низкой реакционностью .Для стабилизации горения требуется добавка высокореакционного топлива(газ, мазут).Однако эта добавка приводит к ухудшению условий выгорания АШ вследствие снижения концентрации кислорода в зоне горения  из-за быстрого его связывания газом или мазутом . В  результате , дорогостоящее высокореакционное топливо только стабилизирует топочные процессы ,но не способствует полноте выгорания угля.

Известно .что гетерогенный процесс горения угля начинается с выделения и воспламенения  летучих, температурные условия выделения и количество которых зависят от геологического возраста  и степени метаморфизма угля. Донецкие антрациты  имеют высокую степень метаморфизма  ,а следовательно, малое содержание летучих с очень высокой температурой начала их выхода (400-450°С).Температура устойчивого воспламенения угля превышает 700°С ,а для высокозольных антрацитов с выходом летучих 4-6%  может достигать 1050°С. Решающим фактором для стабилизации горения и полноты сжигания угля оказывается уровень температур  в ядре горения и время пребывания в зоне высоких температур . Существующие котлы не могут обеспечить заданных условий .поэтому для решения задачи сжигания высокозольных (зольность около 60% )  малореакционных отходов  необходимо  применение принципиально новой технологии.

Данные условия  могут быть реализованы в процессе длительного газифицирующего обжига (10-12ч.)  угольных отходов  в туннельной печи кирпичного производства  .

Результаты исследования минералогического состава отходов углеобогащения показали, что в их  состав входят: глинистые минералы, углистое вещество, кварц, полевые шпаты, слюды, гематит, магнетит и другие вещества. Глинистые минералы представлены в основном гидрослюдами и каолинитом. При обжиге глинистые (каолинит, гидрослюды) переходят в муллит, что позволяет судить о пригодности отходов углеобогащения для использования их в качестве сырья для производства керамических изделий.

Газы рециркуляции, отбираемые на разных участках печи в процессе обжига сырья . охлаждаются в паровых  котлах-утилизаторах. Пар направляется в паровые турбины для производства электроэнергии,  которая используется как на собственные нужды , так и для отпуска в сеть.

Полученный продукт в виде керамического кирпича, обладающего   выраженными теплоизолирующими свойствами и декоративной привлекательностью в сочетании с устойчивостью к атмосферным воздействиям, сможет конкурировать на потребительском рынке с признанными  европейскими аналогами с силу крайне низкой себестоимости.

В 2013г. был разработано ТЭО  строительства утилизационной ТЭС  для ЧАО «Донецксталь » установленной электрической мощностью 60 МВт   , которая  использует для производства тепловой и электрической энергии тепло отходящих газов за туннельной печью для обжига строительного кирпича из отходов углеобогащения обогатительной фабрики в количестве 500 тыс. т /год, надёжно обеспечит  потребности потребителей в электрической и тепловой энергии в соответствии с графиком нагрузок, а также снизит себестоимость  получаемой электроэнергии, а, следовательно, и конечного продукта за счет утилизации углесодержащих отходов низкой стоимости.