Статья "МЕТОД ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
ГОРЯЩИХ ТЕРРИКОНОВ"
Представлена на странице официального сайта Государственного
комитета Украины по энергосбережению.
Мельников Сергей Афанасьевич,
Жуков Юрий
Петрович,
Гавриленко Борис Владимирович,
ГП
«Научно-технический центр проблем энергосбережения»,
г.Донецк;
Шульга Андрей Юрьевич,
Госкомэнергосбережения.
www.necin.kiev.ua/rus/publications/terikon.htm
Существенное влияние на
природную окружающую среду оказывает выдача и переработка горной
массы и пород от проведения горных выработок, которые выражаются в
занятии земель под отвалы, нарушении естественного ландшафта земной
поверхности, загрязнении атмосферы твердыми и газообразными
примесями, загрязнении водоемов шламовыми водами.
Значительные нарушения природного
ландшафта происходят за счет складирования породы в отвалах шахтами
и обогатительными фабриками. Каждая тысяча тонн подземной добычи
сопровождается выдачей на поверхность 110…150 м3 пород,
тысяча тонн обогащения угля – складированием 100…120 м3
пород. Овалы углеотходов вызывают отчуждение значительного
количества дефицитных земель, загрязнения грунтовых вод, почв и
воздушного бассейна.
Техногенная
нагрузка на единицу территории в Донецкой области более чем в 9 раз
превышает среднюю по Украине.
В
результате работы горнодобывающих предприятий нарушено 24 тыс. га
земель сельхозназначения, из которых 4,3 тыс. га отработаны и
подлежат для рекультивации, этот объем площадей за последние 10 лет
не уменьшается под породными отвалами в области занято 3,7 тыс. га.
У многих угледобывающих предприятий
имеются самозахваты земель. Например, шахты бывшего объединения
«Донецкуголь» под породные отвалы без отвода земель заняли около 200
га, из них 2,6 га сельхозугодий.
За
весь период работы угольных шахт в регионе образовалось 580 породных отвалов, 110 из
которых продолжают гореть, а работы по их тушению практически не
ведутся. Площадь поверхности каждого такого отвала около 0,12
км2. Чтобы провести профилактику самовозгорания всех
поверхностей отвалов
необходимо добыть более 4 млн. т глины или 22 т на 1000 т породы.
Большой вред природному ландшафту
нанесен отсыпкой конических отвалов, высота
которых колеблется от 20 до 110…120 м. Эти отвалы наиболее склонны к
самовозгоранию. На наш взгляд самовозгорание является следствием
химического процесса связанного с высокой концентрацией соединения
серы, которая в соединении с влагой образует сернистое соединение,
вступающие в окислительную реакцию с породами и включениями угля с
выделением тепла.
Общеизвестно, что в
глубине терриконов подверженных горению температура достигает
1000оС и более. Процесс горения длится до 20 лет.
Выше изложенное свидетельствует, что использование
тепла, выделяемого в процессе горения терриконов, может решить
одновременно три задачи, а именно: экологическую, экономическую и
социальную.
- Экологическая – при оптимальном поддерживании процесса
горения, можно избежать вредных выбросов в атмосферу, а главное за
счет полного сгорания горной массы ликвидировать террикон.
- Экономическая – использование
природного тепла, при минимальных финансовых затрататах получение
тепловой и электроэнергии.
- Социальная – создание рабочих мест по технологическому
обслуживанию установок при использовании тепловой энергии горящих
терриконов.
В связи с тем, что
горящие терриконы находятся в непосредственной близости от поселков,
населенных пунктов, использование их
в качестве тепловой энергии весьма заманчиво. Однако ввод в зону
горения террикона любых инородных тел нарушает сплошность его
поверхности, что провоцирует увеличение скорости окисления, т.е.
процесса горения, что связано с активным выделением вредных веществ,
выбрасываемых в окружающую среду. Это крайне отрицательно
сказывается на экологической обстановке, что осложняет использование
горящих терриконов, находящихся в непосредственной близости от
населенных пунктов в промышленных условиях. Хотя экономические
затраты по транспортированию теплоносителей незначительны из-за
малых расстояний между источником тепловой (электро) энергии и
потребителем, затраты по обеспечению безопасности эксплуатации
технологического процесса на данный момент времени весьма
значительны, что приводит к неэффективности их использования.
Горящие терриконы, находящиеся на
значительном удалении от потребителей тепла наиболее перспективно
использовать, когда есть возможность расположить потребителя тепла
рядом или преобразовать тепловую энергию в электрическую.
Промышленное использование
горящих породных
отвалов
вблизи населенных пунктов в качестве источников тепла и
электроэнергии наиболее перспективно, но как указывалось ранее
сопряжено со многими трудностями как технического, экологического,
так и экономического характера.
Горящие
терриконы, находящиеся на значительном удалении от населенных
пунктов наиболее перспективны, на данный момент времени, как с
позиции их скорейшего использования (отработка опытной технологии,
безопасности, экологической чистоты) т.к. в процессе отработки
смягчаются некоторые требования предъявляемые,
санитарно-гигиеническими и экологическими службами. Наиболее
перспективными направлениями по их использованию являются: получение
электроэнергии и химических продуктов (серы, серной кислоты и т.д.).
Практическая реализация
предлагаемого способа использования энергии горящих терриконов
представлена на Рис.1 и заключается в следующем.
В зону
максимальной температуры (очаг горения) вводится посредством
механизма ориентации (2), представляющим собой силовой робот,
позволяющий ввести теплопреобразователь (1) в зону горения.
Теплопреобразователь представляет собой буровую штангу, внутри нее
размещен теплосъемник, в котором находится водоподающая труба, в
которую закачивается вода насосом (3). В периферийной зоне, которая
находится в зоне горения террикона, происходит преобразование воды в
пар, который перемещается к выходу, проходит вдоль подводящего
водяного става, чем подогревает воду, подающуюся в зону
парообразования. Полученный пар поступает в отводной трубопровод и
может направляться непосредственно на коммунальные нужды (обогрев
помещений, получение горячей воды), а так же электропарогенератор
(4) для получения электроэнергии.
Для
активизации процесса горения, посредством той же трубы (буровой
штанги) в зону горения вносятся необходимые реагенты и по ней же
отводятся продукты горения, которые впоследствии и утилизируются.
Управление технологическим процессом осуществляется блоком
управления процессом горения и утилизации продуктов горения (5).
Блок автоматического управления
технологическим процессом способа использования энергии горящих
терриконов включает в себя следующие функциональные блоки:
- блок регулирования и поддержания направления подачи
исполнительного органа в породном отвале для получения пара;
- блок контроля и поддержания режимных параметров получения
теплоносителя в активной зоне породного отвала;
- блок управления подачи реагентов в активную зону генератора
пара, а так же отбора продуктов выделяемых в процессе горения;
- блок управления процессом получения серной кислоты;
- блок управления электропарогенератором.
Работа системы автоматического
управления процессом получения энергии заключается в следующем:
автоматическая подача исполнительного органа генератора пара в
активную зону горения породного отвала осуществляется блоком
регулирования и стабилизации направления подачи исполнительного
органа. Периодически, по мере уменьшения интенсивности
парообразования, которое оценивается косвенно, по датчикам давления
и температуры, расположенных в активной зоне генератора пара.
Стабилизация температуры
парообразования в активной зоне генератора пара производится путем
взаимосвязанного регулирования количества воды, подаваемой в
парогенератор и ввода реагентов в зону горения, а так же
местоположения парогенератора в активной зоне горения породного
отвала.
Разработанный способ
использования тепловой энергии горящих терриконов имеет ряд
оригинальных технических решений защищенных патентами.