П1324_Межибор

Разработка моделей поведения токсичных элементов при добыче и
сжигании углей Сибирского региона
по направлению «Геохимия» в рамках мероприятия 1.3.1 Программы»
мероприятия 1.3.1 «Проведение научных исследований молодыми учеными кандидатами наук» федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
(ГК П1324 от 11.06.2010 г.)
Аннотация
В процессе работ на шестом этапе, в соответствии с программой работ
предложен вариант опытно-исследовательских работ по сжиганию основных
типов используемых углей в стендовых условиях и выполнена разработка
рекомендаций по возможности использования результатов НИР в реальном
секторе экономики.
Вариант опытно-исследовательских работ по сжиганию основных
типов используемых углей в стендовых условиях.
Для оценки степени возможной экологической опасности и определения
необходимых защитных мероприятий предложен один из вариантов опытноисследовательских работ по сжиганию исследуемых углей в стендовых
условиях. Такого рода работы необходимо проводить с выделением
максимального количества продуктов, образующихся при разных режимах
сжигания в комплексе с проведением соответствующих работ на
действующих котельных и ТЭС. Для физического моделирования огневых
процессов предложена стендовая установка созданная сотрудниками ТПУ
(кафедра ПГС и ПГУ). Установка позволяет проводить разнообразные по
формату эксперименты и представляет собой две последовательно по ходу
газов включенные части: топочную камеру и конвективную шахту,
снабженные вспомогательными системами подачи пыли, горячего воздуха,
контроля и измерений рабочих параметров, очистки и удаления дымовых
газов. Основное её назначение – моделирование процессов горения
натуральных топлив и изучение процессов образования связанных
отложений.
Проводимое при испытаниях определение состава продуктов горения
позволяет оценить:
- степень завершенности процесса сгорания топлива (потери теплоты от
химической неполноты горения);
- условия сгорания топлива (коэффициент избытка воздуха);
- характер сгорания топлива в отдельных зонах топочной камеры
(динамика процесса горения);
- присосы воздуха в газоходы;
- соблюдение норм предельно допустимых концентраций вредных
веществ, выбрасываемых в атмосферу;
- топочный режим и конструктивные особенности котла в связи с
выбросами вредных веществ в атмосферу.
Точность и надежность результатов газового анализа при сжигании угля
во многом зависят от правильности отбора и сохранения пробы газа. Если
проба отобрана неправильно, дальнейший анализ бесполезен. Повторить же
взятие пробы в одинаковых условиях не всегда возможно. Необходимо
избегать кратковременных проб, так как периодические колебания и
случайные нарушения топочного режима могут привести к искажению
состава пробы. Поэтому следует стремиться к отбору средней пробы за опыт
или за определенный промежуток времени, при котором поддерживается
постоянный топочный режим.
Используя материальную базу ТПУ были изготовлены вольфрамренивые термопары различной длины для измерения основных температур в
системе подогрева воздуха, топочной камере, конвективной шахте и в
газоходе. Для измерения расхода воздуха использованы стандартные Uобразные трубки.
Газовый анализ производится с помощью стандартного газоанализатора
“ОРСА”. Отбор дымовых газов для анализа производится из топочной
камеры и конвективной шахты.
Измерение давлений и разряжений производится с помощью
стандартных дифманометров.
Рекомендации по возможности использования результатов НИР.
Проведенные исследования показали, что угли Сибирского региона
характеризуются
благоприятными
экологическими
параметрами.
Благоприятны и радиоэкологические характеристики угольных пластов, не
затронутых процессами гипергенного окисления. В сажистых углях из зоны
окисления угольных пластов нередко устанавливаются радиоактивные
аномалии, что на отдельных месторождениях требует решения проблемы их
утилизации.
В исследуемых углях Сибирского региона зафиксированы единичные
локальные концентрации практически всех изученных токсичных элементов
превышающие ПДК для углей. Исключение составляют селен и ртуть.
Обнаруженные единичные аномалии имеют локальный характер и не несут
серьезных экологических проблем, но требуют организации на предприятиях
систематического эколого-геохимического контроля за качеством товарной
продукции с целью исключения возможности попадания на рынок товарных
углей с высокими концентрациями токсичных элементов-примесей.
Рассчитанные средние содержания токсичных элементов в изученных
объектах Сибири не превышают ПДК этих элементов для углей, а изученные
угли бассейнов и месторождений можно считать экологически не опасными.
Несмотря на благоприятные экологические характеристики большей
части Сибирского региона, проблема их безопасного использования стоит
достаточно остро. В окружающую среду поступает до 90 % содержащихся в
них отдельных токсичных и потенциально токсичных элементов-примесей.
Требуется в ближайшее время и пересмотр девствующих в настоящее
время порогов токсичности для углей, расширение и утверждение нового
перечня токсичных элементов в углях и продуктах их сжигания. Для
эффективного использования угольного топлива в регионе необходимо
получать достоверную информацию о минеральном составе угля и
термохимической устойчивости соединений, уровнях накопления и формах
нахождения элементов-примесей в углях и отходах их использования. Только
в этом случае возможно принятие оптимальных технико-экономических
решений, направленных на снижение отрицательного воздействия
угледобычи и углепереработки на компоненты окружающей среды.
Необходимо проводить оценку возможности получения попутных
концентратов промышленно ценных элементов (германий, редкие земли,
благородные металлы и т.д.) на определенных этапах улавливания продуктов
горения.
Раннее проведенные и настоящие исследования показали, что в
Сибирском регионе установлено несколько типов редкометальных
концентраций. Из них, в качестве возможно промышленно значимых в
настоящее время, могут рассматриваться германиевые, скандиевые,
золоторудные и Nb-Ta-Zr-Hf-Y-редкоземельные. Наиболее перспективны для
освоения угли, характеризующиеся высокими уровнями накопления
германия, скандия и золота.
Отечественного практического опыта извлечения комплекса редких
элементов из углей не существует и, следовательно, достоверная
экономическая оценка углей как источника комплексного сырья в настоящее
время не представляется возможной. Единственное, что можно с полной
уверенностью утверждать - это то, что организация попутного извлечения
редких металлов и других ценных компонентов, содержащихся в рудах и
вмещающих породах, во всех случаях (за редкими исключениями)
обеспечивает существенное повышение экономической эффективности
разработки месторождений.
Основным фактором, определяющим возможность экономически
эффективного извлечения элементов из углей, является уровень
технологических решений. От них зависит рентабельность производства.
Разработка и внедрение высокотехнологичных схем комплексного
использования углей и продуктов углепереработки позволит существенно
изменить отношение к углю как потенциальному источнику многих цветных
и редких металлов. Анализ изученности этого вопроса позволяет сделать
заключение о необходимости проведения специализированных комплексных
поисковых исследований для выбора направления по разработке
эффективных технологических схем извлечения элементов-примесей на
основе современной аппаратурной базы.
Для эффективного освоения углей региона необходимо проведение
комплексных исследований угольных месторождений и бассейнов Сибири.
Проведенные исследования могут служить основой для проведения
масштабных эколого-геохимических исследований на территории России.
Это позволит вовлечь в промышленное производство колоссальный пока не
реализованный источник не только энергетического сырья, но многих
редких, благородных и радиоактивных металлов. Такие работы должны
проводиться на основе государственной программы, для реализации которой
должны быть привлечены специалисты самых разных отраслей знаний.
Только при таком подходе может быть осуществлен прорыв в решении
проблемы комплексного освоения угольных месторождений и получен
ощутимый экономический и социальный эффект.