Автор:
Нечипир Е.И.,
Ягнышева Т.В.
Источник:
Сборник докладов на XXII Всеукраинскую научную конференцию аспирантов и
студентов «Охрана окружающей среды и рациональное
использование
природных ресурсов» – Донецк, ДонНТУ, 2012.
По мнению мирового энергетического сообщества, уголь – это топливо будущего. Прогнозные ресурсы угля на Земле в настоящее время составляют более 14,8 трлн. т, а мировые промышленные запасы угля – свыше 1 трлн. т, что значительно превосходит запасы и ресурсы всех других энергоносителей. Мировой рынок угля более конкурентен, чем нефтяной и газовый, поскольку его месторождения имеются на всех континентах, почти во всех странах. Около трех четвертей мировых запасов угля приходятся на страны бывшего СССР (Россия, Украина, Казахстан), США и Китай.
Угольная промышленность Украины играет важную роль в топливно–энергетическом балансе страны. Применение углей в качестве топлива для производства тепла и электроэнергии на сегодняшний день занимает ведущее место по объемам потребления. Почти вся электроэнергия нашей области производится на тепловых электростанциях, работающих на местном топливе.
Предприятия энергетики относятся к основным загрязнителям воздушного бассейна. На их долю приходится свыше 30% выбросов вредных веществ от общего объема выбросов стационарными источниками, в том числе 59% окислов серы, 27% золы, 12% окислов азота.
С точки зрения экологии, уголь является наиболее загрязняющим окружающую среду ископаемым топливом. При оценке степени экологического влияния каменных углей на состояние окружающей среды особое внимание обращается на содержание в них минеральных примесей и серы, в отдельных случаях – учитывается состав и содержание в них ряда токсичных элементов–примесей.
Для эффективного использования углей, кроме балластных и вредных примесей важнейшее значение имеют сведения о теплоте сгорания, разломоспособности и реакционной способности, теснейшим образом связанных со степенью метаморфизма и петрографическими особенностями углей.
Качественные характеристики топлива влияют на экологические и экономические показатели работы котельных. К экологическим показателям можно отнести зольность, содержание азота, серы в используемом угле, а к экономическим – расход топлива, который увеличивается при использовании энергетических углей низкого качества и штрафы, связанные с ростом валовых выбросов вредных веществ.
По данным Европейской Экономической Комиссии ООН общие выбросы серы Украиной составляют 7% всех европейских выбросов этого загрязнителя. Кроме того, 13 основных украинских ТЭС (Славянская, Старобешевская, Углегорская, Узловская и др.) включены ею в список 100 наиболее крупных источников загрязнения атмосферы Европы диоксидом серы. В качестве энергетического топлива вышеназванные ТЭС используют, в том числе и угли шахты «Холодная Балка». В связи с этим проблема изучения экологических последствий использования исследуемых углей является очень актуальной для нашего региона.
Для предварительной оценки углей в недрах с позиций возможного вреда, который может причинить сжигание товарной продукции, необходима какая–то нормировка. Ясно, что использование просто средних содержаний серы и других минеральных примесей не годится вследствие разной теплотворной способности углей. Например, бурые угли могут быть заметно беднее по содержанию серы и токсичных микроэлементов, чем каменные угли, однако для получения одного и того же количества энергии их придется сжечь почти вдвое больше, что приведет к выбросу в атмосферу значительно большего количества токсичных веществ на единицу произведенной электроэнергии. Предложено нормировать средние содержания серы по теплотворной способности углей – это позволяет сравнить разные угли друг с другом, выявлять участки «удельной потенциальной токсичности».
Чем выше в углях одинаковой стадии метаморфизма содержание серы, тем выше экологический риск промышленного использования углей. Сера, согласно типизации химических элементов неорганических веществ, относится к технологически и экологически вредным элементам. Поскольку уголь шахты используется в качестве энергетического сырья, то при его сжигании энергетическими установками ТЭС в атмосферный воздух выделяется один из наиболее токсичных газов – сернистый ангидрид (SO2). Антропогенное загрязнение окружающей среды серой в два раза превосходит природное. В присутствие кислорода происходит окисление SO2 в SO3. При соединении с водой эти окислы образуют сернистую и серную кислоты, которые оседают на землю в виде кислотных дождей. Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы, повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв. Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека.
Исследования качества углей пласта h10в, отрабатываемого шахтой «Холодная Балка», проводились по данным 107 проб. Для определения характера распределения качественных показателей угля пласта h10в данные обрабатывались с использованием программы статистической обработки SPSS и программы Surfer. Установлено, что зольность чистых угольных пачек пласта весьма непостоянна и колеблется в значительных пределах без видимой закономерности. Пределы колебания зольности пласта составляют 3,7–30,0%. Такие значения зольности соответствуют углям со средним содержанием золы. Содержание серы в угле изменяется от 1,2 до 8,9%. Таким образом, угли исследуемого пласта, в соответствии с принятой классификацией углей Донбасса по сернистости, представлены всеми 4 группами: малосернистые (4 пробы), среднесернистые (25 проб), сернистые (64 пробы) и высокосернистые (14 проб). Среднее содержание серы составляет 3,17%.
С целью установления взаимосвязи между качественными показателями угля пласта h10в был проведен корреляционный анализ. В результате чего была установлена значимая положительная связь между золой и содержанием серы. Это дает возможность предположить, что содержание серы в углях пласта h10в прямо пропорционально содержанию золы.
Проведенный анализ карт распределения содержания серы, зольности и метаморфизма углей пласта h10в на площади шахтного поля позволил выявить участки повышенной «удельной потенциальной токсичности», которые характеризуются одновременным повышением содержания золы и серы.
При отработке углей пласта h10в шахты «Холодная Балка» марки Т на данных площадях рекомендовано предварительное обогащение для последующего использования в качестве энергетического сырья.