В Україну пробують робити паливо з води і вугілля, але поки не дуже виходить
Коли років 45 тому барель нафти коштував близько 10 доларів, а літр бензину — майже як пляшка кока-коли в півгалона, наукові праці з водовугільних суспензій були малоцікаві. Попит на них виник лише після арабо-ізраїльської війни — «судного дня» жовтня 1973-го й подальшого світового «ойл-шоку». Тоді бочка «рідкого золота» подорожчала вчетверо, а сьогодні й 110 у.о. — не межа. От і настав час ВВП — водовугільного палива.
Вугілля рубають — шлами летять
Чим більше добувають, перевозять і споживають горючого кам’яного і бурого вугілля, тим більше від нього усіляких відходів: золи, пустої породи, шахтних і стічних вод. Але рівень нинішніх технологій дозволяє значно розширити сферу використання й збільшити обсяги переробки відходів і шкідливих викидів вугільної індустрії — видобутку, збагачення, коксохімії, спалювання.
Найважливішим вугільним регіоном країни, де запасів вистачить ще років на 400, є Донбас. Ті, що на Галичині, у Червонограді, — поганенький, але поки НЗ. Тамтешнє вугілля високозольне й містить багато сірки. Відомо, що перед використанням на КХЗ і в енергетиці рядове вугілля попередньо треба збагачувати. Після цієї процедури залишаються мертвим капіталом мільйонотонні терикони, хвости, шлами, брудні й отрутні шахтні води, зібрані в шламонакопичувачах фабрик вуглезбагачення й КХЗ, і поки майже не використовувані. Вони стали найнебезпечнішими екологічними «мінними полями», особливо на сході країни.
— За багатьма компетентними оцінками, на цих промполігонах такого корисного «непотребу» нагромадилося більше 100 мільйонів тонн, — пояснює професор Українського державного хіміко-технологічного університету (УДХТУ, Дніпропетровськ) доктор хімічних наук Вільям Задорський. — Це забалансові вугільні шлами й відходи флотації, які можуть стати додатковим енергоносієм. Ще їх називають «промпродуктом», придатним для переробки. Він набагато дешевше звичайного коксівного вугілля. Золи в таких відвалах 30—70%, а вміст органічного залишку — 30—50%.
Відомі технології вилучення із забалансових продуктів вуглецевмісної горючої складової не дозволяють домогтися таких результатів. Отже зараз, напередодні майбутнього глобального дефіциту енергоресурсів, дуже актуальне проведення у вугільній галузі цільових НДР зі створення нових технологій, які скорочують до мінімуму втрати вугільної речовини з відходами, а також із залучення в теплоенергетичне використання «промпродуктів», що дозволить різко знизити собівартість виробництва енергії.
Чиста економія
Вугілля, що міститься у відходах збагачення, може бути використане, якщо їх переробити на нову продукцію — водовугільне паливо на основі вугільних шламів. Нові ефективні процеси одержання й застосування ВВП мають ґрунтуватися на наукових засадах колоїдної хімії й фізико-хімічної механіки. Це паливо являє собою висококонцентровану дисперсну систему, що складається з дуже дрібних фракцій вугілля (<250 мкм) і води з домішками пластифікаторів і стабілізаторів.
На думку доцента кафедри промислової теплоенергетики (ПТЕ) Національної металургійної академії України (НМетАУ, Дніпропетровськ) кандидата технічних наук Валерії Пінчук, з урахуванням екологічних лімітів ЄС і Кіотського протоколу треба застосовувати екологічно чисті вугільні технології, що забезпечують високу повноту використання палива за мінімально можливого шкідливого навантаження на довкілля. Проблема створення гідровугільного палива з відходів вуглезбагачення й КХЗ полягає в тому, що шлами значно відрізняються за своїми фізико-хімічними властивостями та складом від вугілля різних класів, бо вони вже проходили попередню обробку під час збагачення, а деякі довго перебували в шламонакопичувачах. Також у технології приготування ВВП зі шламів треба враховувати не тільки фізико-хімічні параметри, а й стан поверхні частинок вугілля. Звичайно, така широка гама властивостей має визначати різні підходи в технології одержання ВВТ, уважає В.Пінчук.
Про переваги ВВТ говорить голова кафедри ПЕТ НМетАУ, професор доктор технічних наук Михайло Губинський:
— Використання ВВТ у 1,5—3,5 раза знижує шкідливі викиди в атмосферу й підвищує ефективність застосування «кам’яного золота» до 98%, тоді як у разі традиційного його спалювання вона не більше 60%. Найголовніша перевага «водовугільної суспензії» — низька ціна та екологічність; вона не окисляється під час зберігання, добре перекачується трубами і розпорошується через пічні форсунки, горить рівним і сильним полум’ям. Готове водовугільне паливо дешевше мазутного в 2—4 рази, а його вартість не перевищує 15—20% ціни вихідного вугілля на місці його видобутку. До того ж ВВП безпечне у разі пожежі і вибухів. Технології його зберігання прості й можуть бути повністю автоматизовані, а перекачувати його можна спеціальними «вуглетрубопроводами», як рідку нафту. Крім того, переведення котелень на цей енергоносій звичайно триває не більше 7 місяців, а за серійного виготовлення необхідного для цього обладнання строк скоротиться вдвічі. Економія на виробленні теплової та електроенергії окупить витрати на реконструкцію котельні із трьох-чотирьох котлів за 2,5—3 роки.
Нове світове паливо?
Найбільшу кількість наукових інститутів, виробничих фірм і корпорацій долучено до теми ВВП у 1979—1984 рр. Більше 100 організацій у США, Європі, Китаї, Японії, Канаді зайнялися серйозними НДДКР із цієї теми. Для цього створені великі міжнародні фірми «Carbogel» і «Co-Al»(США), «Densecoal» (ФРН), SASOL(ПАР), «Fluidgarbon»(Швеція), які придумали різноманітні суміші й техпроцеси приготування й застосування суспензій із води з вугіллям.
А сьогодні в мегаполісах Китаю заборонені будівництво й експлуатація котелень на твердому вугіллі. Урядовою держпрограмою передбачено поетапне переведення багатьох підприємств із нафтогазового на водовугільне паливо. Це має знизити імпорт нафти більш ніж на 70 млн т, мазуту — на 20 млн т на рік, що зменшить залежність ПЕК країни від зовнішнього ринку. Звичайно, це зовсім невигідно сусідній Росії, яка щойно побудувала нафтопровід від Східного Сибіру до Китаю.
Сьогодні ВВП у Китаї займаються три науково-дослідних центри, є 6 заводів із його виробництва. На котельнях і ТЕС, де спалюють ВВП, уже виробляється до 2 млн кВт енергії. Для технічного посібника із впровадження нового палива в країні створений Державний центр водовугільних суспензій вугільної промисловості. У найближчі 20 років планується довести потужності з виробництва «водовугільних коктейлів» до 100 млн т на рік. А ще намічене будівництво великого заводу з виробництва ВВП, що потроїть його поставки на внутрішній ринок — замість імпортної нафти й місцевого не дуже якісного вугілля.
То що — наближається ера водовугільного палива?
Глобальні тенденції в цій галузі оцінює професор Губинський:
—У світі нема нічого досконалого. Із недоліків ВВП хочу відзначити високу частину води в суспензії, на випаровування не менше 40% якої треба витрачати енергію. Ще більших витрат вимагає безпосередньо процес подрібнення вугілля для одержання самої суспензії: на дуже тонке перемелювання 1 тонни вугілля витрачається 15—20 кВт. Нарешті, під час подрібнення сумішей спрацювання обладнання й, отже, витрати на його амортизацію в декілька разів вище, ніж під час сухого помелу. Але, незважаючи на недоліки, питання про використання ВВП у світовій практиці не втрачає актуальності. У США активно працює програма використання вугілля в промисловій і побутовій енергетиці (ICCG) із загальним обсягом фінансування в 6 мільярдів доларів на найближчу п’ятирічку. Близько 20% цих грошей іде на розв’язання логістично-транспортних проблем. Споживачі «гідровугільної суспензії» — колишні вугільно-мазутні ТЕС, ТЕЦ, заводи хімпрому, металургії та інших галузей індустрії. Сьогодні ж світовий рейтинг із видобутку «вугільної солярки» очолює ПАР, де за техпроцесом SASOL використовують до 40 мільйонів тонн на рік своїх величезних вуглезапасів.
І ще: зола від спалювання ВВП має здутий характер і застосовується як будматеріал. Можливість приготування палива з вугілля майже будь-яких марок — від довгополуменевих і газових до слабоспікливих, навіть антрацитів і бурого, з вугільного штибу й шламу, з вугілля, вилученого зі шлаків і золи винесення ТЕС, а також із торфу — уже давно доведено. Екологічна доцільність цього напрямку особливо переконлива тим, що для одержання ВВП можна використовувати не тільки річкову воду, а й оборотні води ГМК, каналізаційні й промислові стоки.
Цікавий і російський досвід. ВВП використовували в котлах Новосибірської ТЕЦ-5, при цьому експлуатувався 262-кілометровий вуглепровід від м. Білове до Новосибірська. Із 1989 по 1997 рік на ТЕЦ доставлено й спалено в котлах 350 тис. т водовугільного палива. У 1986—1987 рр. провели успішні випробування з переведення на ВВП котла ПК-40А паропродуктивністю 320 т пари на годину на Біловській ГРЕС. На Новокузнецькому МК уперше у світовій практиці застосували ВВП замість мазуту в горні агломашини.
Підвищений інтерес до ВВП у безвугільній Японії, що інвестує в розробку буровугільних родовищ і створення заводів із його переробки у В’єтнамі та Індонезії.
На жаль, ВВП поки не використовується у великій енергетиці незважаючи на те, що питомі витрати на виробництво 1 МВт·год. електроенергії із цього палива нижче, ніж при спалюванні вугілля. Справа ще й у тому, що на заміну вугілля, газу, мазуту на «водовугільний коктейль» потрібні великі інвестиції, особливо на першому етапі його промислового впровадження.
Є українське ВВП!
Фахівці з Інституту технічної механіки (Дніпропетровськ) говорять, що виконані ними сучасні НДР дозволяють дійти висновку: за методами фізико-хімічної механіки можна ефективно створювати з відходів вуглезбагачення висококонцентроване (до 75% вугільної маси) нове паливо з необхідними колоїдно-хімічними й теплотехнічними властивостями. При цьому кінцевий продукт — ВВП — готовий до використання в енергетичних установках і не вимагає спецпідготовки перед спалюванням.
То в чому ж проблема?
Ось думка топ-фахівців у цій галузі Олександра Кузнєцова (НДПКІ «Вуглемеханізація», Луганськ) і Ігоря Токарєва (ТОВ «Ремо», Свердловськ): «Зараз ми вже маємо 5 ефективних проектів використання ВВП замість газу на заводах ВАТ «ІНТЕРПАЙП», ТОВ «Сінтіз», ТОВ «Промцемент», у фірмі «Фагот», ДП «Свердловантрацит». Переведення опалювальних агрегатів із газу на ВВП передбачає річну економію на енерговитратах у межах 1,7—16,4 мільйона гривень, а термін окупності водовугільного техпроцесу — протягом 1 року. Необхідно розробити загальнодержавну програму поступового освоєння ВВП у всіх сферах теплогенерації та тепловикористання, у тому числі ЖКГ, промислові держпідприємства, ТЕС. Долучити до цієї програми приватні видобувні та енергогенерувальні компанії, галузеві інститути НАНУ, Мінпаливенерго, Мінпромполітики, Мінрегіонрозвитку».
