Угольная пыль ее свойства и опасность. Угольные брикеты для отопления: технология производства и особенности состава

25.08.2023

Обычные опилки и древесные щепки можно жечь в изготовленных для этого котлах, а вот с угольной пылью не все так просто.

Те, кто уже пробовал топить свой котел таким топливом, понял – половина его просто пропадает, проваливаясь между прутами колосников в золу, вторая же половина спекается в камень и не дает прогоревшему топливу попасть в золу. Все эти причины приводят к снижению качества горения, а значит и теплоотдачи.

Но с другой стороны выкидывать угольную пыль, по меньшей мере, глупо, в ней содержится большое количество энергии. И тут проблему способно решить превращение угля в брикеты, о чем мы и поговорим ниже.

Подробнее о технологии брикетирования

Для классификации топливных брикетов применяется ряд параметров:

материал, из которого делают брикет;
форма;
защищенность;
экологичность;
тип упаковки.

Можно, конечно же, сжечь такую пыль, предварительно растопив котел дровами, и уже на них насыпать мелкую фракцию. Но такой подход не является выходом, это очень хлопотно, ведь насыпать пыль из угля нужно понемногу, а значит часто.

Если же вы положите на дрова сразу большое количество угольной пыли, она все-таки просыплется в колосники и таким образом, проблема частичного сгорания топлива никуда не денется, к тому же остальная пыль провалится между дровами, перекроет приток воздуху и горение значительно ослабнет.

Чтобы обойти все вышеперечисленные неудобства, нужно прессовать угольную пыль в брикеты, которые в таком виде будут превосходно гореть, отдавая всю свою энергию.

Российские разработки

Решение по прессованию мелкой фракции топлива было изобретено еще в начале прошлого столетия, Российским исследователем А.П. Вешняковым.

Его идея и до сих пор используется в промышленности и быту. Суть идеи заключается в прессовании древесного порошка в твердые элементы, способные гореть и отдавать тепло ни чем не хуже самого угля.

Не говоря о подробной технологии и не перечисляя их типы, можно отметить, что они бывают двух основных типов:

с применением связующих компонентов, производственное сжигание;
без них, для домашнего использования.

Важно знать: брикеты, изготовленные по технологии, предусматривающей использование согласующих элементов, в быту использовать категорически нельзя. При их горении выделяется множество токсичных веществ, которые в производстве удаляет специальное оборудование.

Мы говорим о технологии изготовления брикетов без применения связующих компонентов. Производство проходит следующим образом:

изначально угольная пыль и мелкие камешки измельчаются, самая большая частичка на выходе не должна быть больше 6 мм;
далее смесь сушат до влажности в 15%. Для этого используют сушилки парового и газового типа;
далее пыль охлаждается и передается к прессу. Его воздействие на мелкую фракцию происходит с давлением от 100 до 150 Мпа, в специальном прессе штемпельного типа;
после чего готовая продукция подается на хранение.

Требования к размеру частичек и давлению прессовки может меняться в зависимости от применяемого оборудования и назначения топлива. К примеру, производственная линия компании ЮНИТЕК работает с частичками до 0.25 мм и их влажностью от 6 до 16%.

В результате мы получаем продукт с зольностью 15-20%, способный выдерживать давление в – 3 кг/см, а при падении с двухметровой высоты, потеря массы от удара будет незначительной. Энергоемкость брикетов будет зависеть, непосредственно, от угольной пыли, из которой их делают.

Промышленное производство

Для производства брикетов промышленного типа применяют такие связующие вещества:

нефтебитумная смесь;
цемент;
лигносульфонатные добавки;
жидкое стекло;
меласса.

Для переработки мелких частиц кокса и некоторых других сортов угля, часто используют цемент, а так же жидкое стекло. Такие материалы используют в основном в металлургии, там, где применение этих веществ допускается.

Каменноугольная смола с нефтебитумом так же применяют для изготовления промышленных угольных брикетов. Топить жилые дома ими нельзя, так как происходит выделение большого количества бензопирена и прочих токсичных элементов, запрещенных СЭС.

Производство дома

Для того чтобы сделать угольные брикеты своими руками, нужно иметь саму пыль угля и глину, безопасный связующий элемент. Добавляя немного воды, пыль и глину смешивают 10:1, таким образом, раствор приобретает нужную консистенцию. Очень важно тщательно смешать вещества.

Для создания брикетов можно использовать как обычный строительный миксер, так и специальное оборудование, например торговой марки Weber. Если вы решили изготовить брикеты вручную, можно использовать в роли формы любые емкости, ящики, кастрюли и т.д. В конце изготовления топливные брикеты нужно высушить.

Обратите внимание: применение оборудования для создания брикетов в домашних условиях будет нерентабельным.

Естественно, что брикет, изготовленные дома не идеальны. Их прочность не так велика, как у промышленных аналогов, имеют разную влажность, и теплоотдачу.

Но как бы там ни было, в котле они горят отлично, гораздо лучше спекающейся и проваливающейся угольной пыли. Да и себестоимость их непременно порадует . Оставленные положительные отзывы, о данной технологии, говорят сами за себя.

Как производят угольные брикеты, смотрите в следующем видео:

Очередной экологический скандал, связанный с углем – жители поселка Ванино страдают от угольной пыли, которой их щедро одаривает порт «Ванино» . «Кислород.ЛАЙФ» почитал местные СМИ, и пришел к выводу – в данной точке на карте Дальнего Востока явно не сложился диалог между крупным бизнесом и местным населением. И разрубить этот узел будет теперь довольно сложно.

Росприроднадзор отреагировал на массовые жалобы жителей пос. Ванино (Хабаровский край) «на загрязнение атмосферы в связи с сортировкой угля на площадке ОАО «Порт Ванино»», одного из крупнейших на Дальнем Востоке. По результатам проведенного административного расследования служба запретила эксплуатацию десяти дробильных установок, осуществляющих вредные выбросы. А также потребовала приостановить деятельность всего предприятия на срок до 90 дней (решения суда на этот счет пока нет; UPDATE - 3 февраля стало известно , что порт оштрафован на 250 тыс. рублей за выбросы).

Жалобы от местного населения Росприроднадзор получал в течение всего прошлого года, ОАО «Ванинский морской торговый порт» (один из ключевых грузоотправителей ОАО «Порт Ванино», контролируется Группой «Мечел» и специализируется на экспорте угля) четыре раза привлекалось к административной ответственности за экологические нарушения. Но ничего не делало, чтобы исправиться. После очередных жалоб Росприроднадзор решил проверить технологические установки, используемые на предприятии для сортировки угля. И выяснил, что часть из них эксплуатировалась незаконно. Они и были опечатаны 27 января. «Объем несанкционированных выбросов в Росприроднадзоре называют «существенным» для качества атмосферного воздуха и акватории в связи с «круглосуточной работой порта»», - пишет газета «Коммерсант».

Тем не менее, в минувшее воскресенье в Ванино прошел митинг протеста против загрязнения воздуха и акватории бухты Ванино (Татарский пролив) угольной и глиноземной пылью (порт специализируется на переработке угля и глинозема). В нем приняли участие, по данным разных СМИ, от 500 до 1000 человек. «Переработка грузов, включая переработку угля и глинозема открытым способом, производится с нарушением технологий, несмотря на подписанную в прошлом году с правительством Хабаровского края программу по повышению экологической безопасности. Угольная и глиноземная пыль не только вредит здоровью работников порта и жителей поселка, но и представляет взрывоопасную смесь, что еще по одному параметру делает предприятие опасным производством», - говорится в резолюции митингующих, которая была направлена всему высшему руководству страны, а также властям Хабаровского края.

Среди требований митинга: «безотлагательная остановка мобильных сортировочных, дробильных установок, грохотов на территории порта Ванино», «незамедлительное начало модернизации переработки угля с соблюдением экологической безопасности», разработка и реализация краевой программы по оздоровлению экологии в поселке и т.д. Впрочем, как напоминает ИА REGNUM, «с момента продажи контрольного пакета акций ОАО «Ванинский морской торговый порт» компании «Мечел» в Ванинском районе не утихают волнения, связанные с нарушением природоохранного законодательства. Впервые на митинг жители Ванино вышли в мае 2013 года. Тогда же по поручению губернатора края Вячеслава Шпорта была разработана и утверждена экологическая программа, которая не исполнена. Еще одна программа была разработана и утверждена в региональном правительстве в 2016 году, но и она не была исполнена».

Среди требований митинга в Ванино: «безотлагательная остановка мобильных сортировочных, дробильных установок, грохотов на территории порта Ванино»

Тянется уже три года

Проблема с угольной пылью в Ванино давняя, по данным местных СМИ – тянется она с 2012 года, когда, по мнению экологических активистов, порт стал наращивать перевалку угля в ущерб остальным видам грузов (но в интересах нового собственника). В прошлом году жители Ванино даже обещали лечь на рельсы, если проблема с открытой перевалкой угля не будет решена, пишет «Тихоокеанская звезда». «Понимаете, даже при активном вмешательстве краевых властей дирекция порта много обещает, но ничего не делает. Целый год надзорные органы давали руководству порта на исправление ситуации, но, увы, порт игнорирует все требования… Если раньше уголь отгружался с точек, максимально удаленных от поселка Ванино, то сейчас уголь буквально под окнами, от дробильных установок до окон ближайшего дома 150 метров при норме минимум 500 метров», - рассказывал СМИ председатель инициативной экологической группы «Ванино» Вадим Москвичев (цитаты – по газете «Тихоокеанская звезда» и «Коммерсант»).

По словам эко-активиста, проблема с угольной пылью особенно обостряется именно в зимнее время : «Везут перемороженный уголь. С ним и работают эти машины, которые называют дробилками, сеялками. Они прогоняют уголь, просеивают его, и в процессе прогонки создается вот это активное пыление. Угольная завеса стоит над поселками Ванино и Токи. Люди задыхаются, я уже молчу о том, что болеют». Москвичев также добавил, что как только установки перестали работать, ванинцы сразу же это почувствовали действительно, угольной пыли стало значительно меньше».

«Собственники порта, которые живут далеко от Ванино, оставят своим детям многомиллиардные счета в иностранных банках. А что оставят они детям тех, кто живет сегодня в Ванино, кто работает в порту? Пыль, грязь и загубленное здоровье? Мы не намерены мириться с таким положением вещей и будем вместе с жителями Ванинского района добиваться от собственников порта уважения к людям, которые здесь живут!», - заявила на митинге депутат Законодательной думы Хабаровского края от ЛДПР Елена Грешнякова . А и.о. главы Ванинского района Николай Ожаровский добавил, что порт «Ванино» - единственно предприятие, которое «не принимает участия в социально-экономическом развитии района»: «Ванинский порт с момента смены собственника не дал району ни копейки».

«Мы прикладываем все усилия»

В руководстве порта «Ванино» заявляют, что обвинения в адрес предприятия о бездействии в связи с угольной пылью являются необоснованными. «Администрация предприятия открыта к диалогу с общественностью и регулярно размещает на собственном сайте и в СМИ информацию о реализации «Плана мероприятий по предотвращению загрязнения угольной пылью порта Ванино», утвержденного правительством Хабаровского края. В 2017 году предприятие намерено увеличить объем средств, выделяемых на реализацию экологической программы», - говорится в сообщении пресс-службы порта. И, действительно, лента новостей сайта ОАО «Порт Ванино» больше похожа на сводку неутихающей битвы с пылением угля.

«К сожалению, от угля возникает пыление - это неизбежное следствие работы любого портового комплекса, имеющего дело с углем. Такая проблема остро стоит в период отрицательных температур. Мы понимаем обеспокоенность общественности, разделяем ее и будем применять все доступные методы для предотвращения пыления», – заявляет генеральный директор ОАО «Порт Ванино» Валерий Балакин . По его словам, предприятием уже изучен опыт крупнейших угольных терминалов Прибалтики, Европы и Кореи, использующих грейферную технологию перевалки.

И ряд мер уже принят: «В порту уже работает снегогенератор для подавления пыли. Закупили еще четыре аналогичных установки, они будут запущены в феврале. В условиях отрицательных температур это наиболее эффективное технологическое решение для борьбы с угольной пылью. Преимущество этих установок в том, что они выдают снег, эффективно осаждающий пылевую взвесь. Простота конструкции обеспечивает надежность в эксплуатации. Также немаловажно, что данное оборудование будет использоваться круглогодично, образуя летом водяной туман».

Кроме того, в конце февраля компания приобретет вакуумный аппарат, который будет очищать подъездные пути и складские площадки в порту, что также снизит уровень пыления. «Следующий этап – установка специальных ограждений во всех местах, где у нас хранится уголь», - заявил Балакин. Работа ужа началась: железобетонными плитами огорожен ряд складских площадок. Плиты для ограждения остальных складов закуплены и будут установлены в ближайшее время по факту доставки необходимых комплектующих.

Во втором квартале текущего года порт ожидает поступления еще одной дорогостоящей штуки - высокоскоростной вакуумной погрузочной машины, предназначенной для работы в морских и речных портах, или на производствах, где требуется собирать просыпи грязи и мусора, а также уголь, глинозем, щебень, пульпу, любые сыпучие и жидкие материалы. Машина представляет собой мощный промышленный пылесос в комплекте с дорожно-подметальной насадкой, и она позволит эффективно и в непрерывном режиме производить очистку всей производственной территории порта.

По поводу же дробилок, которые запретил использовать Росприроднадзор, в пресс-службе порта заявили, что «в целях снижения пыления угля порт отказался от перевалки угля, требующего дробления перед отправкой. Дробильно-сортировочные машины используются исключительно в качестве магнитного сепаратора - для целей улавливания металлических включений в поступающем угле». Также для снижения пыления порт перенес склады угля от 9-го и 11-го причалов на другие участки порта, отдаленные от жилой застройки поселка Ванино.

«Мечел» поможет

Еще 25 января губернатор Хабаровского края Вячеслав Шпорт в ходе рабочей поездки провел встречу с жителями Ванинского района , на которой также присутствовали председатель совета директоров ПАО «Мечел» Игорь Зюзин . Порт перегружает преимущественно уголь компании «Мечел», которая имеет долгосрочные контракты с потребителями угля в странах АТР, сбои поставок по которым недопустимы и могут привести к потере рынков сбыта. Поэтому «Мечел», как клиент порта, заинтересован в бесперебойной работе и дальнейшей технологической модернизации оборудования и инфраструктуры, заявил на встрече генеральный директор ООО «УК Мечел-Транс», член совета директоров «Порта Ванино» Алексей Лебедев .

Он также добавил , что «компания имеет большой опыт работы со многими европейскими портами, где уже решали проблему пыления. Компания, совместно с «Портом Ванино» займется проработкой экологических мер и окажет содействие в организации эффективной системы пылеподавления в зимнее и летнее время».

Губернатор же заявил, что контролировать ход исполнения обязательств предприятия по улучшению экологической обстановки будет специальная рабочая группа. «Соблюдение экологических требований – безусловный приоритет для нас. Мы здесь стоим на стороне граждан, процесс будем контролировать и им помогать. Нам нужны здоровые граждане, которые будут помогать извлекать прибыль», - отметил Вячеслав Шпорт. По его словам, в состав группы обязательно войдут представители общественности, правительства края, администрации района, депутаты и руководство порта. «Вместе мы сформируем программу действий по улучшению экологической обстановки, обязательно с финансовым обеспечением. Согласуем документ с компанией «Мечел» и вместе будем следить за его исполнением. На мой взгляд, для составления проекта такой программы достаточно двух недель», - заявил глава региона.

ОНФ: бизнесу нужно повышать свою экологическую ответственность

«Ванинский случай» свидетельствует не только о трудностях диалога между крупным бизнесом и жителями небольшого, но гордого поселка, волею судьбы ставшего для бизнес-гиганта одной из многих отдаленных производственных площадок. Причем, как пишет «Коммерсант» , не критичной: в случае проблем с перегрузкой в порту «Ванино» уголь от «Мечела» может пойти в другие дальневосточные порты, например, в «Посьет».

Но этот случай также показал, что административные рычаги для нарушителей слабы и не всегда срабатывают так, как должно. Не случайно спецпредставитель президента России по вопросам природоохранной деятельности, экологии и транспорта Сергей Иванов не так давно заявил о том , что штрафы для тех предприятий, которые отказываются модернизировать свои производства, возрастут в несколько десятков раз.

Эксперты Центра общественного мониторинга Общероссийского народного фронта (ОНФ) по проблемам экологии и защиты леса заявили , что нынешние штрафы для предприятий, серьезным образом загрязняющих окружающую среду, совершенно не стимулируют их к более ответственному отношению к природе и модернизации оборудования. По словам координатора Центра Владимира Гутенева , «в абсолютном большинстве случаев эти деятели не придают значимости наносимому ими ущербу окружающей среде и всячески пытаются его скрыть, а когда нарушения зафиксированы, предпочитают ограничиваться штрафами, а не устранением причин их возникновения».

При этом, по мнению Гутенева, тема экологической модернизации российских предприятий совершенно не нова и поднималась неоднократно на протяжении последнего десятилетия: «Значительная часть предприятий не только не провела модернизацию, но и не планирует действий в данном направлении. Вместе с этим проблема загрязнения окружающей среды не всегда относится к старым предприятиям, которые функционируют десятки лет. Известны случаи, когда недавно созданные предприятия не уделяют должного внимания экологическим последствиям своей деятельности».

ОНФ выступают за усиление контроля за обязательной модернизацией производств, приносящих экологический вред. «Возможно, под контролем надзорных ведомств сохранение благоприятной окружающей среды для местного населения станет приоритетной производственной задачей», – резюмировал Гутенев.

Кстати, проблема угольной пыли актуальна не только для Ванино. В Youtube уже появился ролик, сделанный в одной из школ Находки (Приморский край), расположенной поблизости с угольным терминалом (вероятно, порта «Восточного»). «Грязь, их не моют, мы должны дышать этим. Сейчас я вам покажу, посмотрите полы, ладно полы, посмотрите сюда. Вы это видите? Этим мы все дышим», - слышится голос ученика. Помимо учебников и тетрадей учащиеся этой школы приносят с собой по пачке салфеток, чтобы протирать парты и стулья. Каждой пачки хватает примерно на пару дней, сообщает телевидение Находки.

Владимир Гутенев: «Значительная часть предприятий не только не провела модернизацию, но и не планирует действий в данном направлении»

Угольная пыль образуется при следующих производственных операциях:

1. Отбойке угля комбайнами и взрывных работах.
2. Бурении шпуров.
3. Погрузке угля погрузочными машинами.
4. Транспортировке угля конвейерами.
5. Погрузке на погрузочных и разгрузочных пунктах.

Пыль характеризуется совокупностью свойств, определяющих поведение ее в воздухе, превращения ее в организме, действие на организм. Из различных свойств угольной пыли наибольшее значение имеют химический состав, растворимость, дисперсность, взрывоопасность, форма, электрозаряженность.

Для оценки пыли с гигиенической стороны наиболее важным признаком является концентрация пыли в воздухе, ее дисперсность и удельный вес.

Концентрация пыли - это весовое содержание взвешенной пыли в единице объема воздуха. Концентрацию пыли иногда выражают также в количестве пылинок в единице объема воздуха, и в некоторых зарубежных странах эта величина принята за основной показатель запыленности. Однако, первостепенное значение имеет не число пылинок, а их масса, поэтому был принят весовой метод гигиенической оценки запыленности воздуха как основной. Чем выше концентрация пыли в воздухе, тем большее ее количество за тот же период оседает на кожный покров работающих, попадает на слизистые оболочки и, самое главное, проникает в организм через органы дыхания.

Дисперсность - степень измельчения вещества, что определяет длительность пребывания пыли в воздухе, проникновение в дыхательные пути, сорбционную способность и др. Дисперсность пыли выражается в процентном содержании отдельных фракций пыли по отношению ко всему количеству пылинок. Для гигиенической оценки дисперсности пыли условно принято делить ее на следующие фракции: менее 2 мк, 2-4 мк, 4-6 мк, 6-8 мк, 8-10 мк и более 10 мк.

Дисперсность угольной пыли в 82 - 94% менее 5 мк, что является неблагоприятным фактором, т.к. мелкодисперсная пыль поражает более глубокие отделы дыхательных путей.

Гигиеническое значение удельного веса пыли сводится в основном к скорости ее осаждения: чем выше удельный вес пыли, тем быстрее она оседает и тем быстрее происходит самоочищение воздуха.

Вещественный состав. Качественный состав угольной пыли, как правило, определяется составом угольного пласта, а породной - составом вмещающих пород и породных прослоек. Количественные соотношения компонентов пыли зависят от технологических процессов и крепости пород, подвергающихся истиранию или измельчению. Содержание компонентов в пыли вследствие их различной твердости может быть иным, чем в массиве, однако ввиду сложности отбора проб для анализа их состав с допустимой для практики точностью принимают аналогичным составу породы.

Наиболее важное значение из всех ингредиентов вещественного состава, содержание которых определяет вредность пыли для здоровья, имеет прежде всего свободная, а затем связанная двуокись кремния.

Форма частиц. Угольная пыль состоит из частиц различной неправильной формы - единичных или собранных в агрегаты.

Форма частиц может быть: кубообразная, столбчатая, плитчатая, удлиненно-плитчатая, пластинчатая, удлиненно-пластинчатая.

Преобладание той или иной формы зависит от физико-механических свойств угля (структуры, излома, твердости, хрупкости и др.). Для частиц крупнее 40 мкм основное влияние на форму оказывает микротрещиноватость пласта. Форма более мелких частиц обусловлена физико-механическими свойствами вещества угля.

Угольная частица диаметром 10 мкм, находящаяся на расстоянии 1 м от почвы, достигает ее за 4 мин, тогда как при диаметре 1 мкм - это время составляет 6,7 ч. Таким образом, частицы размером 1-2 мкм практически не оседают.

Электрические свойства. Электрозаряженность - наличие на частицах дисперсной фазы электрических зарядов. Диспергированные в воздушной среде частицы пыли несут на себе определенный электрический заряд. Электризация их наступает в результате адсорбции ионов из газовой среды, трения частиц о различные поверхности или друг о друга. Ввиду существования многих условий электризации в пылевом потоке всегда имеются частицы, несущие положительные и отрицательные заряды. По данным исследований, сразу же после распыления заряжается примерно 90 частиц из 100. В большинстве случаев средний положительный заряд частиц определенного размера равен среднему отрицательному. Индивидуальный заряд частиц возрастает с их размером. При разрушении горных пород это возрастание подчиняется квадратичному закону. У частиц, одинаковых по размеру и вещественному составу, величина заряда определяется диэлектрическими свойствами. В вентиляционном потоке могут преобладать частицы того или иного знака. С течением времени величина заряда снижается, может измениться и его преобладающий знак. Через минуту после распыления в витающей угольной пыли преобладали отрицательно заряженные частицы. Через 4-5 мин знак преобладающего заряда угольных частиц изменился на противоположный.

Взрывчатые свойства. Угольная пыль способна взрываться. Скорость распространения пламени ее взрыва изменяется под воздействием многих факторов от нескольких десятков до сотен метров в секунду, зачастую превышая звуковую. Впереди фронта пламени распространяется мощная ударная волна давлением до 1 МПа.

При взрыве пыли требуются дополнительные затраты энергии для создания пылевого облака взрывчатой концентрации. В производственных условиях такое облако может возникнуть либо в результате интенсивного выделения в воздух пыли при том или ином технологическом процессе, либо в результате поднятия отложившейся пыли под воздействием энергии источника воспламенения.

Основными факторами, влияющими на взрывчатость пыли, являются ее дисперсность и концентрация, выход летучих веществ, зольность и содержание влаги, а также вид источника воспламенения и состав атмосферного воздуха.

Во взрыве принимают участие частицы размером до 1000 мкм. Взрывчатость пыли возрастает с увеличением степени ее дисперсности. По мере удаления от источника образования пыль становится более взрывоопасной, поскольку возрастает степень ее дисперсности.

Факторы, влияющие на взрывчатость угольной пыли:

1. Взрывчатая концентрация угольной пыли во взвешенном состоянии от 16 - 96 г./м 3 до 2000 г./м 3 .
2. Выход летучих веществ - 15% и более.
3. Крупность пылинок - до 1 мм, чем она мельче, тем опаснее.

Температура воспламенения угольной пыли 750 - 850 о С. Скорость взрывной волны 1000 м/сек. Самый сильный взрыв при концентрации 300 - 400 г./м 3 .

В Сибири основным способом получения электроэнергии и тепла является сжигание угольного топлива. Несмотря на все возрастающие требования по повышению экологических параметров теплоэнергетических установок на ископаемых топливах, уголь будет оставаться в Сибири основным топливом на ближнюю и дальнюю перспективу, тем более что его запасы многократно превышают объемы других энергетических ресурсов.

В настоящее время на угольных ТЭС и котельных для растопки и поддержания горения сжигают огромное количество дополнительного высокореакционного топлива (мазут, керосин, газ). Совместное сжигание угля с мазутом, практикующееся на пылеугольных ТЭС, приводит к заметному возрастанию мехнедожога топлива, снижению КПД котлов и надежности работы котельного оборудования, повышению выбросов оксидов азота, серы и пентаоксида ванадия. Отсюда очевидна необходимость снижения доли мазута при розжиге и подсветке пылеугольного факела на пылеугольных котлах ТЭС.

Ученые Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН предложили решение данной проблемы — метод механохимической активации угольного топлива. Угольное топливо подвергается высоконапряженному измельчению в специальных мельничных устройствах, за счет чего увеличивается его реакционная способность.

Ученые считают, что таким образом качественные характеристики угля можно приблизить к газомазутным, причем угольная пыль будет стоить значительно дешевле мазута. За счет измельчения уголь лучше горит и легче воспламеняется. Его поджигают с помощью специального газового запального устройства: минуту спустя газ отключают, и угольная пыль горит сама по себе, без посторонних источников.

— В среднем в России сжигают около пяти миллионов тонн мазута ежегодно, а по сравнению с углем мазут дороже примерно в десять раз, — рассказывает аспирант Института теплофизики СО РАН Евгений Бутаков. — Наша «фишка» — убрать мазут, оставить уголь. По расчетам, оборудование для замещения мазута, приобретенное для одной станции, окупится примерно через год. Сегодня нашу систему хотят внедрять в Красноярске — эксперименты уже прошли, ведутся переговоры. Мы предлагали разработку также новосибирским энергетикам, но дальше обмена письмами дело не пошло. К нам приезжали специалисты, мы продемонстрировали им в работе технологию, был получен положительный отзыв. Этим все пока и ограничилось. Чтобы представить наш проект, участвуем в конкурсах, являемся резидентами «Сколково», у нас есть индустриальный партнер в Москве, который занимается поиском заинтересованных структур.

Прогрессивные технологии выгодны прежде всего потребителям электроэнергии, подчеркивают разработчики. Расходы на производство ресурса, и в том числе дополнительные затраты на мазут, включаются в тарифы. По мнению ученых, внедрение новых технологий могли бы ускорить решения на правительственном уровне.

Данилов Александр Геннадьевич
Инженер-эксперт ООО "ГорМаш-ЮЛ", эксперт Единой системы оценки соответствия в угольной промышленности.
Соавторы: Грачев Эдуард Александрович – эксперт Единой системы оценки соответствия в угольной промышленности;
Кульчицкий Станислав Владимирович – эксперт Единой системы оценки соответствия в угольной промышленности;
Галиев Марат Гаптуллович – эксперт Единой системы оценки соответствия в угольной промышленности.

Взрываемость угольной пыли определяется физико-химическими свойствами разрабатываемого шахтопласта и горнотехническими условиями, при которых возможно протекание взрыва.

К физико-химическим свойствам относятся: стадия метаморфизма угля, количественно выражаемая выходом летучих веществ, содержание золы и влаги в угле, дисперсность витающей и отложившейся угольной пыли. К горнотехническим условиям относятся: концентрация взвешенной и отложившейся угольной пыли в горной выработке, источник воспламенения, содержание метана в атмосфере.

Степень влияния перечисленных факторов на взрываемость угольной пыли различна.

Влияние летучих веществ.

Общепризнано, по данным исследований научно-исследовательских институтов МакНИИ, ВостНИИ и др. что с ростом летучих веществ (Vcdaf) взрываемость угольной пыли возрастает, и существует предельное значение выхода летучих, при котором пыль перестает взрываться. При Vcdaf ≤ 6% - уголь неопасен по взрывам пыли, при увеличении выхода летучих частота появления невзрывчатых проб снижается, а при Vcdaf ≥ 15% угольный пласт соответственно является опасным по взрывам пыли. Для углей с Vcdaf >30% нижний предел взрываемости угольной пыли растет незначительно и практически остается постоянным. В качестве показателя взрываемости угольной пыли в отдельных странах приняты различные значения выхода летучих веществ. Например, в Великобритании предельный выход летучих веществ, определяющий взрываемость угольной пыли, составляет 20%. В Польше, Чехии и Бельгии опасными по взрыву пыли считаются пласты угля с выходом летучих более 12-14%. Во Франции взрываемость угольной пыли для каждого шахтопласта определяется лабораторными испытаниями независимо от выхода летучих веществ. В Российской Федерации согласно действующим ФНиП в области промышленой безопасности «Правил безопасности в угольных шахтах» к опасным по взрыву пыли относятся пласты угля с выходом летучих веществ 15 % и более, а также пласты угля (кроме антрацитов) с меньшим выходом летучих, взрывчатость пыли которых установлена лабораторными исследованиями и испытаниями угольной пыли на взрывчатость. Это обосновано систематическим анализом данных испытаний угольной пыли на взрываемость, результаты которого показаны на рис.1. Из графика видно, что при Vcdaf≤ 6%, все испытанные пробы угольной пыли невзрывчаты. При увеличении выхода летучих веществ частота появления незврывчатых проб снижается, а при Vcdaf=15% и более, все испытанные пробы угольной пыли оказались взрывчатыми.

Рис.1. Зависимость частоты n появления невзрывчатой угольной пыли от выхода летучих веществ Vcdaf.

На основании ранее проведенных исследований, как у нас, так и за рубежом, можно сделать вывод о том, что угольная пыль шахтопластов с выходом летучих веществ 6 % и менее по принятым методикам испытаний является невзрывчатой. Однако выход летучих веществ не всегда является однозначным показателем взрываемости угольной пыли. Причина - различие химического состава летучих веществ. Исследования химического состава продуктов термического разложения угля показали, что основными компонентами летучих веществ, обусловливающими взрываемость угольной пыли, являются смолистые вещества и непредельные углеводороды на том основании, что смолы начинают выделяться при более низких температурах, а непредельные углеводороды имеют низкий концентрационный предел взрываемости. Влияние остальных компонентов летучих веществ имеет второстепенное значение. Однако какая-либо количественная зависимость взрываемости пыли от выхода этих компонентов не установлена и не дано объяснение факту взрываемости угольной пыли с выходом летучих веществ менее 10 %, которые практически не содержат смолистых веществ.

Исходя из представлений о структуре угольного вещества, при термическом воздействии на пылеугольные частицы в первую очередь открываются наиболее удаленные от центрального ядра цепи боковых групп молекул. При этом из продуктов термического пиролиза, синтеза и остатков боковых групп образуются газообразные, жидкие и твердые вещества. Газообразные продукты представляют собой смесь газов, состоящую из СО2; СО; Н2; СН4; С2Н6,и др. Учитывая то, что процесс взрыва угольной пыли протекает быстро, за время подготовки к нему частицы пылевого облака прогреваются до температуры значительно меньшей, чем температура источника воспламенения (фронта пламени). Пиролиз пыли происходит в низкотемпературном режиме, а газообразные продукты характеризуются высоким содержанием метана, его гомологов и непредельных углеводородов. Последнее дает возможность считать, что основной компонент газообразных продуктов пиролиза, определяющий взрываемость угольной пыли, - метан (СН4)Это подтверждается и тем, что с увеличением выхода летучих веществ содержание СН4 в продуктах пиролиза растет (рис. 2.).

Рис.2. Зависимость содержания метана в газообразных выработках продуктах пиролиза углей V от выхода летучих веществ Vcdaf.

Для углей с выходом летучих веществ до 30% прослеживается строгая закономерность между содержанием метана в продуктах пиролиза и степенью взрываемости пыли, что используется для соответствующей классификации угольных пластов.

Наличие в атмосфере горючих газов. Так при наличии в выработке метана, нижний концентрационный предел взрываемости угольной пыли снижается и определяется по следующей эмпирической формуле: δмпв = δотл exp (-0,69 ССН4), (например, при СН4=0%, нижний предел взрываемости пыли 40 г/м3; при СН4=0,5% - 30 г/м3; при СН4=2% - 10 г/м3).

Влияние негорючих веществ и влаги.

Минеральные негорючие вещества являются составляющими углей и по своему происхождению могут быть разделены на две группы, одна из которых представляет золу внутреннюю, или конституционную, и вторая - внешнюю. Конституционная зола характеризуется тем, что негорючие вещества химически связаны с угольным веществом, равномерно распределены в угле, а следовательно, и в пыли. Ее содержание невелико и обычно не превышает 2%.. Содержание внешней золы в основном определяется технологией добычи угля. Зола как инертная добавка снижает взрываемоеть угольной пыли из-за экранирующего действия и затрат тепла на ее нагрев, тем самым, уменьшая тепловой баланс системы. Кроме того, негорючие твердые вещества в смеси с угольной пылью, находясь в состоянии аэрозоля, разжижают концентрацию взрывчатых частиц и на стадии термического пиролиза способствуют обрыву реакционных цепей. Указанные свойства негорючих веществ обусловили применение инертной пыли для предупреждения и локализации взрывов угольной пыли.

На взрываемоеть угольной пыли оказывает влияние и вещественный состав негорючих компонентов. Например, если они представлены карбонатами, то при нагревании до 1073К и более из них выделяется значительное количество (12-15% об.) углекислого газа, примесь которого в продуктах пиролиза повышает концентрационный предел взрываемости горючих газов.

Влияние содержания негорючих веществ на взрываемоеть пыли пластов различной стадии метаморфизма сказывается неодинаково. Для угольной пыли с выходом летучих веществ менее 15 % влияние содержания негорючих компонентов сказывается значительнее, чем это имеет место при большем выходе летучих веществ. Исследованиями МакНИИ установлено, что взрываемоеть угольной пыли с выходом летучих веществ менее 15 % существенно снижается при содержании золы 20-30%. В ряде случаев такого содержания золы бывает достаточно, чтобы полностью нейтрализовать взрываемоеть пыли. С увеличением выхода летучих веществ более 15% степень влияния естественной зольности уменьшается. При выходе летучих веществ более 30% естественная зольность не оказывает влияния на взрываемость угольной пыли.

Присутствующая в угле влага проявляет себя двояко. С одной стороны, она действует как инертная добавка, с другой - как фактор, способствующий аутогезии мелких частиц, ведущей к уменьшению удельной поверхности пыли и, следовательно, к снижению ее взрываемости. В силу большой удельной теплоемкости и теплоты испарения она при равной массе поглощает в 4,5-5 раз больше тепла, чем инертная пыль. Содержание естественной влаги в угле незначительно и не оказывает заметного влияния на взрываемость угольной пыли. Но если отложившаяся пыль увлажнена до 12% и более, то она не способна переходить во взвешенное состояние; и создавать взрывоопасные концентрации. При влажности 20-25%, пыль, как правило, не взрывается.

Влияние дисперсного состава пыли.

Многочисленными исследованиями установлено, что степень дисперсности является существенным фактором, определяющим взрываемость угольной пыли. Во взрыве пыли принимают участие частицы разных размеров меньше 1000 мкм, причем взрываемость угольной пыли с увеличением дисперсности растет.

Влияние дисперсного состава угольной пыли на ее взрываемость, подробно изучалось в МакНИИ. Исследования проводились в лабораторных приборах с пылями шахтопластов различной стадии метаморфизма следующих фракций: 600-300; 300-150; 150-75; 75-50; 50-30; 30-10 и менее 10 мкм, а для угля с высоким выходом летучих веществ (Vcdaf = 40,5%) менее 5 мкм.

На рис. 3 показана зависимость давления (Р), развиваемого при взрыве угольной пыли от среднего размера ее частиц (d).

В качестве показателя взрываемости принято удельное давление, развиваемое при взрыве пыли в замкнутом объеме. В двух случаях наблюдалось снижение показателя взрываемости для фракции менее 10 мкм. Причина снижения этого показателя для высокодисперсной пыли - аутогезия, происходящая тем эффективнее, чем мельче пыль. Это было доказано с помощью небольшой добавки пыли крупной фракции, резко снижающей аутогезию, но практически не изменяющей суммарную удельную поверхность. В результате такой добавки достигалось значительное повышение взрываемости пыли фракции менее 10 мкм.

Заслуживают внимания исследования, выполненные в Польше. В экспериментальной шахте им изучалась взрываемость пылей одного и того же пласта с содержанием в одной 85 % частиц размером менее 75 мкм и в другой 96,3 % частиц размером менее 15 мкм. Для первой пыли на нейтрализацию ее взрываемости потребовалась добавка инертной пыли, равная 4 кг на 1 кг угольной, для второй - 6,7 кг. По результатам данной работы и других исследований было установлено, что во взрыве принимают участие частицы размером менее 1000мкм, наиболее высокими взрывчатыми свойствами обладает тонкодисперсная угольная пыль с размерами частиц 60-100мкм, т.е. пыль, проходящая через сито №80, наиболее высокими взрывчатыми свойствами обладает угольная пыль с размером частиц 45мкм.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что взрываемость угольной пыли растет с увеличением дисперсности, поэтому угольная пыль в горных выработках шахты по мере удаления от источника пылеобразования потенциально более взрывоопасна.

Количество взвешенной пыли. Взвешенная в воздухе пыль называется пылевым аэрозолем. При очень большой степени запыленности расстояние между отдельными пылинками очень мало, и пыль невзрывоопасна. Увеличивая расстояние между пылинками, мы достигаем такого момента, когда воспламенение и взрыв еще возможны, это называется верхним пределом взрываемости. Дальнейшее увеличение расстояния между частицами до тех пор, пока взрыв становится невозможным, приводит к так называемому нижнему пределу взрываемости. Наиболее разрушительным действием обладает взрыв пылевоздушной смеси, содержащей 300 г пыли в 1м3 воздуха. Для самой опасной угольной пыли нижний концентрационный предел взрываемости равен 10г/м3.

Химический и минеральный состав пыли. Пыль, при содержании в ней негорючих компонентов от 60-70% не взрывчата.

Список использованной литературы:

Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах, утв. приказом Ростехнадзора от 19.11.2013г №550.
Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по борьбе с пылью в угольных шахтах», утв. приказом Ростехнадзора от 14.10.2014 №462.
ГОСТ Р 54776-2011 Оборудование и средства по предупреждению и локализации взрывов пылевоздушных смесей в угольных шахтах, опасных по газу и пыли.