Около каждой крупной шахты, разреза или угольно-обогатительной фабрики пейзаж разнообразят не только курганы (попросту говоря, холмы пустой породы, извлекаемой на поверхность вместе с углем), а еще и "хвосты" — громадные хранилища жидких отходов, образующихся при бурении горных пород с водой или промывочным раствором, а также при обогащении сырья. Эти отходы называются шламом. Средних размеров углеобогатительная фабрика или шахта ежедневно выдают 300-600 тонн шлама, который хранится в многочисленных шламоотстойниках — тех самых "хвостах". Впрочем, отходами их сейчас называть не совсем правильно — в России появилась и уже применяется на практике технология использования шламов в качестве топлива.

Горючая смесь
Идея использования водно-угольных суспензий в качестве топлива зародилась еще в 1950-х годах в Институте горючих ископаемых АН СССР. Развитие такого эффективного и безопасного способа, как гидродобыча, приводило к образованию колоссального объема отходов в виде взвеси из угля и воды. Откачанные из шахт на поверхность отходы и образуют уже упоминавшиеся огромные мертвые "хвосты". Нечто подобное возникает и возле углеобогатительных фабрик.
На базе разработок института в конце 1980-х годов был построен опытно-промышленный продуктопровод, по которому ВУТ доставлялось в Новосибирск из небольшого кемеровского городка Белово. Впрочем, главной целью этого проекта было не использование углешламов, а применение нового вида транспортировки угля для разгрузки железнодорожного Кемеровского узла, поэтому в трубу закачивались не шламы, а смесь угля с водой. Планировалось, что по трубопроводу будет ежегодно транспортироваться 3 млн тонн суспензии. В ходе испытаний в течение 1989-1993 годов на Новосибирскую ТЭЦ-5 было доставлено более 350 тыс. тонн ВУТ. Однако из-за начавшегося в стране экономического кризиса проект развития этой гидротранспортной системы был свернут — по словам очевидцев, труба уже давно демонтирована и, скорее всего, сдана в металлолом.
Новый этап в истории водно-угольного топлива начался лишь спустя десятилетие. За это время использование ВУТ в масштабах, сравнимых с промышленными, было освоено в Японии и Китае; водно-дисперсионные угольные смеси стали использоваться и в США — правда, вода там применяется лишь в качестве транспорта: после доставки смеси в район теплоэлектростанции угольная пыль высушивается и лишь потом сжигается. Получила развитие технология сжигания ВУТ и в России — именно в нашей стране была изобретена технология, позволяющая сжигать ВУТ без предварительного обезвоживания и, главное, использующая для приготовления горючей смеси не уголь, а отходы его добычи и обогащения.
В настоящее время разработкой технологий приготовления водно-угольного топлива и проектированием установок для его использования занимаются несколько предприятий. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в этой области ведут, например, новокузнецкая компания "Сибэкотехника", московские "Компомаш-ТЭК" и "Гидротрубопровод".

Что такое водно-угольное топливо?
Водно-угольное топливо (ВУТ) — это смесь, которая на 60-70% состоит из тонко измельченного угля и на 29-39% — из воды. Еще один процент приходится на пластификаторы, которые не позволяют суспензии расслаиваться на составляющие компоненты и поддерживают ее однородность.	Водно-угольное топливо гораздо дешевле газа или мазута и не уступает им в экологичности
	Вид топлива Процент сгорания Стоимость (руб./Гкал) ВУТ 95 112 Уголь 60 152 Газ 99 210 Мазут 99 430 Источник: Silicate Systems

У каждого разработчика свои успехи. Специалисты "Компомаша" вместе с сотрудниками Конструкторского бюро химического машиностроения из Королева разработали технологию одноэлектродного плазменного розжига и поддержания постоянного горения водно-угольных суспензий. "Компомаш" также может похвастаться опытным образцом аппарата-газификатора, который превращает ВУТ из низкосортных высокозольных углей в горючий газ для котельных мини-ТЭЦ. Технологией получения из водно-угольной смеси синтетического газа обладает также научно-производственное объединение "Гидротрубопровод".

"Сибэкотехника", напротив, сосредоточилась на использовании ВУТ в качестве нового самостоятельного топлива. Как поясняет Сергей Мосин, руководитель проекта "Комплексное энергосбережение" компании Silicate Systems, внедряющей разработки "Сибэкотехники", новокузнецкие разработчики сконцентрировали усилия на технологиях приготовления, локальной транспортировки и автоматизированного сжигания ВУТ. Они создали новые, дешевые и эффективные реагенты-пластификаторы и добились успехов в снижении энергоемкости приготовления ВУТ. "Сибэкотехника" также разработала автоматизированный экспресс-метод определения состава углей для ВУТ. По словам Мосина, компания готовит испытательный стенд, позволяющий подбирать и сертифицировать сорта водно-угольного топлива в зависимости от свойств используемых углей (ведь угли разных бассейнов и даже пластов бывают настолько различными по зольности, наличию серы, тяжелых металлов, что требуют корректировки на уровне состава пластификатора). Также проведены испытания работы на ВУТ для больших котлов с паропроизводительностью в 50 и 250 тонн пара в час.

Компания не ограничилась патентованием своих ноу-хау, а смогла успешно применить их на практике. В России на водно-угольном топливе уже работают несколько энергоустановок: с 2000 года — в котельной села Ульяново Московской области, с 2002 года — в одной из котельных малой мощности компании "Кузбассэнерго". "Сибэкотехника" модернизировала имеющуюся котельную на шахте "Тырганская" в городе Прокопьевске для работы на ВУТ всех ее паровых котлов (КЕ-10/14).
Угольная компания "Южкузбасс-уголь" собирается модернизировать имеющиеся на центральных обогатительных фабриках (ЦОФ) "Абашевская" и "Кузнецкая" котельные и построить новую котельную с утилизацией вырабатываемого пара в электрическую энергию с суммарной мощностью 25 МВт. Такая электрическая мощность покрывает потребности ЦОФ, а сравнительная оценка применительно к ЖКХ этой утилизированной из пара котлов электрической мощности сопоставима с потреблением электроэнергии 25 тыс. отдельных домов (квартир) или примерно 75 тыс. жителей при среднем потреблении.
Разработки применены и на заводе горношахтного оборудования в городе Белово Кемеровской области, а также на новосибирском предприятии "Хлеб", представитель которого заявил, что за первые 20 дней работы котельной на ВУТ, заменившем мазут, предприятие сэкономило миллион рублей.

Конец совковой лопаты
Судя по восторженным отзывам людей, продвигающих водно-угольное топливо, это один из важнейших энергоносителей будущего. Главные достоинства ВУТ- его дешевизна и экологичность. По расчетам Silicate Systems, "стоимость ВУТ, готового для прямого использования, в пересчете на тонну условного топлива ниже стоимости мазута в два-четыре раза и не превышает 15-20 процентов от цены исходного угля на месте его добычи" (см. таблицу). Низкая стоимость одной гигакалории объясняется тем, что жидкое угольное топливо можно изготавливать из шламов: очевидно, что отходы угольного производства дешевле, чем сам бурый или каменный уголь. Сергей Мосин оценивает стоимость одной гигакалории на ВУТ, приготовленном из обычного угля, примерно в 340 рублей, а из шлама — в 230 рублей. Для сравнения: тариф на 1 гигакалорию, вырабатываемую из газа, в Москве с начала 2006 года составляет 690 рублей (из которых 200 рублей — расходы на транспортировку).
Сергей Мосин перечисляет и другие преимущества ВУТ: "Водно-угольное топливо пожаро- и взрывобезопасно. Технологии его хранения и транспортировки просты и могут быть полностью автоматизированы, перекачка может осуществляться по трубопроводам аналогично нефти. В отличие от мазутных цистерн, емкости, в которых зимой транспортируется ВУТ, легко очищаются от остатков топлива". К тому же, по словам Мосина, перевод котельных на ВУТ обычно занимает не больше семи месяцев, а при постановке необходимого для этого оборудования на поток этот срок сократится вдвое. Экономия на выработке тепловой и электрической энергии позволяет окупить затраты на реконструкцию котельной из трех-четырех котлов за 2,5-3 года.
В числе достоинств ВУТ называется, как уже было сказано, и его экологичность. По данным доклада президента Союза промышленников и предпринимателей угольной промышленности Юрия Малышева, при замене угля на водно-угольное топливо можно снизить выбросы в атмосферу твердых частиц в 2,5-3 раза, оксидов азота — в 1,5-2 раза, а оксидов серы — в 2-2,5 раза. Сергей Мосин объясняет: "Полнота сгорания этого топлива — не ниже 95 процентов. После сжигания ВУТ остается порошок в виде конгломератов белого или серого цвета, состоящих в основном из несгораемых минеральных частиц". Естественно, столь низкий процент отходов упрощает решение сложной задачи по улавливанию летучей золы. Здесь уместно напомнить, что экологическая небезопасность применяющихся сейчас промышленных технологий сжигания угля — один из основных доводов противников более широкого внедрения этого топлива в энергетике.
Переработка шламов в ВУТ позволит решить и некоторые другие проблемы отраслей угледобычи и ЖКХ. Рекультивация земель, занятых отвалами и отстойниками, улучшит экологическую обстановку на угольных шахтах и разрезах. А перевод котельных на автоматизированные процессы сжигания ВУТ позволит наконец отказаться от тяжелого ручного труда кочегаров.

Не верю!
Впрочем, не все специалисты превозносят водно-угольное топливо. Один из разработчиков технологий ВУТ — ведущий научный сотрудник Института горючих ископаемых Генрих Ходоков утверждает, что использование данного топлива бесперспективно. "Суспензия содержит не менее 40 процентов воды, на испарение которой нужно затратить энергию. А еще больших затрат энергии требует процесс получения самой суспензии. Чтобы смолоть тонну сухого угля, пригодного для использования на ТЭЦ, необходимо затратить 15-20 киловатт-часов, аналогичные энергозатраты при приготовлении суспензии, предназначенной для транспортирования по трубам, могут превосходить 100 киловатт-часов на тонну. Наконец, при измельчении жидких смесей износ оборудования и, следовательно, затраты на его амортизацию в разы более высокие, чем при сухом помоле", — аргументирует свое скептическое отношение к ВУТ Ходоков. По словам специалиста, перспективы использования водно-угольного топлива связывались с тем, что за счет экономии на транспортных расходах можно будет возместить повышенные издержки на приготовление и использование ВУТ: "Стоимость кузбасского угля в европейской части России раза в три превосходит стоимость угля в Кузбассе. Поскольку наиболее низкими издержками отличается трубопроводный транспорт, появилась идея транспортировать уголь по трубам. Расчеты показали, что такой способ транспортировки становится выгодным лишь на расстоянии от 500 километров".
Отчасти подобный скептицизм разделяет и главный инженер "Мосэнерго" Владимир Сергеев. По его мнению, процесс подготовки водно-топливной смеси для сжигания экономически более эффективен по сравнению с отгрузкой угля железнодорожным транспортом и дальнейшим измельчением топлива до консистенции сахарной пыли. Однако Сергеев обращает внимание на сложности при использовании ВУТ: "Основной недостаток связан с тем, что водно-угольное топливо сильно увлажнено. Топки котлов электростанций "Мосэнерго" рассчитаны на сжигание сухого угля с влажностью четыре-десять процентов, поэтому из ВУТ нужно испарять влагу до сжигания, сохраняя при этом калорийность топлива".

Не следует также забывать, что создание протяженной трубопроводной инфраструктуры является весьма капиталоемким проектом, который энергетики, страдающие от износа основных фондов, самостоятельно осуществить вряд ли смогут. Да и на переоборудование электростанций на ВУТ средств у них сегодня нет.
Правда, разработчики водно-угольного топлива пока не пытаются "пристроить" свои технологии в "большой" энергетике. Надежды они связывают в первую очередь с предприятиями ЖКХ в регионах, где ведется добыча местного угля, а теплоэнергетика использует привозное топливо (как, например, в богатой углем Якутии, где в энергетике широко используется дорогостоящий привозной мазут).
"Интерес к технологии проявляют владельцы небольших котельных, а также угледобывающие компании. Экономить можно на всем. Если производить тепло в месте его потребления, то потери при транспортировке теплоносителя снижаются в разы", — говорит Сергей Мосин. На возражения критиков относительно эффективности технологий использования ВУТ он отвечает, что жидкость в дисперсной среде выполняет роль промежуточного окислителя и на основных стадиях горения активизирует поверхность угольных частиц твердой фазы, позволяя добиваться большей полноты сгорания ВУТ по сравнению с сухим углем. "Эта разница вполне позволяет расходовать энергию и на испарение воды, и на подготовку жидкой смеси", — комментирует Мосин. Он приводит еще один аргумент в пользу ВУТ: при строительстве газовых мини-ТЭЦ минимальная стоимость одного киловатта установленной мощности составляет 1100 евро, аналогичные же затраты при переоборудовании существующих котельных в мини-ТЭЦ на водно-угольном топливе составляют около 400 евро.
Основные же сложности Сергей Мосин связывает с тем, что бизнес в ЖКХ до сих пор весьма своеобразен: чем больше затрат, в том числе и на топливо, тем легче обосновывать бесконечное повышение тарифов. "А при таком подходе дело до внедрения инноваций дойти не может", — сокрушается Мосин. И с этим трудно спорить.

Павел Сухов, журнал "Энергия промышленного роста"

Используя дешевый угольный шлам и Аппарат Вихревого Слоя можно создать топливо, ничем не уступающее по теплоотдаче мазуту и газу, но при этом в разы экономичнее – водоугольное топливо, он же водоуголь.

Что представляет собой «водоугольное топливо»?

Водоугольное топливо или жидкое топливо (имеет ряд сокращений ВУТ, ВВП, CWS, CWSM, CWM) представляет собой смесь угля, воды и пластификатора. В наши дни ВУТ получает все более широкое распространение на теплогенерирующих предприятиях как альтернатива газу и мазуту. Главным преимуществом данного вида топлива является его экономичность, так как теплоотдача от ВУТ ничем не отличается от столь дорогого газа и мазута, а стоимость сырья в разы ниже.

Применение АВС приводит к значительной экономии продолжительности процесса производства материала (в 3 раза), при этом мы получаем в 5-6 раз больше продукта, чем при использовании шаровой мельницы мокрого помола

Вклад стоимости топлива (топливная составляющая) в стоимость единицы вырабатываемого тепла (1 Гкал) или единицы вырабатываемой электроэнергии (1 кВт*ч), как правило, является основным и превышает 50% от стоимости единицы тепла. Оставшаяся часть себестоимости тепла (электричества) зависит от стоимости эксплуатации котельного оборудования, включая фонд заработной платы, стоимость аренды, амортизацию зданий и основных средств, накладные расходы, налоги и пр. Для газовых, мазутных и угольных котельных и ТЭЦ указанные параметры уже посчитаны, либо имеются методики по расчёту. Для котельных и ТЭЦ на ВУТ необходимо производить индивидуальные расчёты.

Водоугольное топливо имеет следующие характеристики:

• реологические (вязкость, напряжение смещения);
• седиментационные (сохранение однородности в статических и динамических условиях);
• топливные (энергетический потенциал, полнота выгорания органических соединений)

Водоуголь обладает следующими свойствами:

• температура воспламенения – 800-850°С;
• температура горения – 950-1150°С;
• теплотворная способность – 3700-4700 ккал.
• степень сгорания углерода более 99 %

Технология производства водоугольного топлива

ВУТ на 55-70% состоит из мелкоизмельченного угля, 30-45% воды и пластификатора. Наличие в составе ВУТ воды обеспечивает снижение вредных выбросов в атмосферу и превращает уголь в взрыво- и пожаробезопасный материал. Стоимость угля приблизительно в 3 раза ниже стоимости топочного мазута. Несмотря на мировые колебания цен на уголь, подобное соотношение стоимости условного топлива из мазута и ВУТ практически всегда сохраняется.

Процесс производства водоугольного топлива состоит из трех основных этапов (рис.1):

1. Предварительное дробление до размера фракции 3-12 мм. При использовании в качестве сырья угольный шлам с мелкими фракциями, то данную стадию можно исключить.
2. Мокрый помол в шаровых мельницах до фракции <3-150 мкм. Ключевая стадия производства ВУТ, так как от качества и тонины помола зависят дальнейшие характеристики ВУТ, такие как вязкость и стабильность.
3. Гомогенизация. На данной стадии устраняются неравномерности распределения частиц угля внутри суспензии, добавляются пластификаторы и стабилизаторы. На третьей стадии ВУТ приобретает необходимые гомогенные свойства.

Этапы производства водоугольного топлива

Измельчение угля – основная задача, которую необходимо решить в процессе производства водоугольного топлива. Реологические свойства и стабильность процесса горения прямопропорционально зависят от стабильности процесса измельчения угля с заданными параметрами и четкого соблюдения концентраций вспомогательных веществ.

Для дробления угля, горючего сланца или коксовой мелочи могут использоваться молотковые дробилки и шаровые мельницы различных видов.

Среди различных существующих способов помола угля, шаровые мельницы непрерывного мокрого помола получили наиболее широкое распространение на сегодняшний день.

Предварительно измельченный до фракции 3-6 мм уголь подают в шаровые мельницы для дальнейшего помола, в которые одновременно подается вода и присадка. В мельницах происходит дальнейший помол угля до фракции 0-3 мкм. После соединения всех ингредиентов, материал подают обратно в мельницу для более тщательного перемешивания.

Внедрение Интенсификатора Технологического Процесса АВС-100

Как мы уже рассказывали в предыдущих статьях, имеют ряд преимуществ перед оборудованием других типов: резкое, в десятки и сотни раз ускорение процессов как физических, так и химических; улучшение качества получаемых продуктов; уменьшение расхода сырья и увеличение выхода продукта; снижение затрат энергии; уменьшение необходимых производственных площадей и пр.

Для сравнения ознакомьтесь с результатами размола порошков в АВС и различных мельницах.

Таблица 1

Результаты работы различного оборудования на процессе измельчения порошков

Оборудование	Потребляемая мощность, кВт	Производительность, кг/ч	Выход фракций – 3 мкм, %
Шаровая мельница (мокрое измельчение)
Шаровая мельница (сухое измельчение)
Центробежная мельница
Молотковая мельница

Как видно из таблицы, применение АВС приводит к значительной экономии продолжительности процесса производства материала (в 3 раза), при этом мы получаем в 5-6 раз больше продукта, чем при использовании шаровой мельницы мокрого помола.

Следует отметить, что АВС эффективнее всего применять для процессов доизмельчения материала. Кроме того, аппараты вихревого слоя позволяют получать продукт более высокой тонины помола. Разрабатываемые нами аппараты позволяют не только интенсифицировать ряд технологических процессов, но и резко повысить культуру производства, исключить из технологических процессов шаровые и вибрационные мельницы, являющиеся источником повышенного шума и пыления.

Водоугольное топливо

Водоугольное топливо (ВУТ)представляет собой смесь (суспензию) из мелкоизмельчённого (размер частиц не должен превышать 200 мкм) угля и воды. Так как эта смесь довольно быстро расслаивается с осаждением угольных частиц, в нее обычно добавляют пластификатор, массовая доля которого в топливе составляет около 1%. В этом виде ВУТ может храниться, перевозиться в автомобильных и железнодорожных цистернах или перекачиваться по трубопроводам. В ряде случаев в состав суспензии могут быть включены различные добавки (ПАВ, стабилизаторы и т. д.), изменяющие стабильность, вязкость или иные свойства ВУТ. ВУТ может использоваться в качестве замены мазута , газа и угля. При сжигании ВУТ происходит газификация содержащегося в нем угля с образованием синтез-газа , который вступает в реакцию с продуктами разложения воды (водород и кислород) при температурах свыше 900 градусов. Благодаря этому достигается почти полное сгорание топлива (до 98%). Основные преимущества ВУТ состоят в снижении топливных затрат по сравнению с мазутом и газом, снижении вредных выбросов, прежде всего NO x , а также технологическом удобстве использования угля в жидкой форме.<--АИ?-->

Введение

Производство и состав ВУТ

Водоугольное топливо (ВУТ) является частным случаем водоугольной суспензии (ВУС). Согласно классификации, которая установлена Национальными стандартами водоугольного топлива в Китае , при производстве ВУТ важно добиться фракции измельченного угля до 75 мкм. Содержание частиц с фракцией свыше 300 мкм допускается незначительно, в зависимости от класса топлива. При работе на топливе с высоким содержанием крупной фракции значительно возрастает износ деталей и процент механического недожога при сжигании. Предпочтительно использование молодых сортов углей, с высоким содержанием летучих. Это могут быть угли Г, Д, СС, в некоторых случаях - бурые . Также, классификация регламентирует основные характеристики водоугольных суспензий, допустимых для использования: процентное отношение угля, воды и реагента в смеси; вязкость топлива; содержание золы, серы, летучих.

Другую технологию с использованием прямоточного секционированного аппарата многократной инверсии фаз и импульсным вводом перегретого водяного пара в каждую секцию предложил профессор Украинского государственного химико-технологического университета Вильям Задорский [кто? ] . По его словам, применение этого метода обеспечивает снижение затрат энергии и достижение высокой степени гомогенизации суспензии.

Области применения

Водоугольное топливо применяется в качестве замены газа и/или мазута на котельных и тепловых агрегатов ТЭС . ВУТ используется в качестве экологически чистого и недорогого источника тепловой энергии.

История ВУТ

История ВУТ в СССР начинается с 1959 года, когда приказом Совета Министров были начаты разработки по внедрению ВУТ. В начале 70-х годов в результате мирового нефтяного кризиса разработки ВУТ начались в Японии, США, Италии. Однако после стабилизации цен на нефть в 80-х годах эти разработки существенно замедлились. Новая волна разработок в области ВУТ началась в начале 90-х годов.

• соответствует классу безопасных веществ, не содержит агрессивные и вредные компоненты;
• при случайном разливе не загрязняет окружающую среду.

ФГУП Гидротрубопровод в 1990-х годах была предложена идея деминерализации ВУТ до содержания золы в нём около 1%. Однако полученный продукт не нашёл широкого применения в силу того, что понижение зольности угля является дорогостоящей процедурой, сводящей на нет экономические преимущества ВУТ.

Технологичность

• ВУТ не пожароопасно.
• ВУТ не взрывоопасно.
• ВУТ можно хранить и транспортировать в обычных мазутных цистернах.
• Для хранения ВУТ не требуется нагрев до 70 градусов, как это требуется для мазута. Достаточно поддержание положительной температуры.
• Большинство газомазутных котлов могут быть переведены на ВУТ. В угольных котлах переход на ВУТ, как правило, ещё проще.

На энергетических котлах:

• снижает шлакообразование (за счёт снижения температуры факела и «разрыва» минеральной части угля);
• увеличивает диапазон регулирования котла;
• снижает зависимость режимов работы котла от марок исходного угля.

Автономность

• ВУТ может быть основным топливом в негазифицированных районах
• Для приготовления ВУТ может быть использован практически любой уголь. То есть, большинство местных углей.

Особенности ВУТ по сравнению с углём

В период активных исследований сжигания водоугольного топлива в период СССР (в том числе на Новосибирской ТЭЦ-5) было установлено, что воспламенение угля в составе водоугольного топлива происходит при более низкой температуре. Например, угли с высоким содержанием летучих (марки Г, Д) воспламеняются при температурах около 450 градусов вместо 650. Угли с низким содержанием летучих (антрациты) воспламеняются при температуре около 650 градусов вместо 950 . Более низкая температура воспламенения позволяет эффективно поддерживать горение угля в топке по сравнению с традиционным пылеугольным сжиганием, где используется подсветка газом и/или мазутом до 10÷15 %. Более низкая температура горения антрацитов позволяет их эффективно использовать в энергетических котлах без угрозы шлакования, возникающего из-за плавления золы в факеле.

Ограничения применимости ВУТ

Наличие влаги

Совершенно очевидно, что влага, которая может составлять до 40% ВУТ, является балластом и часть энергии от сгорания угля тратится на энергию фазового перехода воды из жидкого состояния в газообразное. Точное значение затраченной энергии нужно считать исходя из теплотворной способности угля. Для углей большинства марок можно считать, что на каждые 10% влаги тратится 1% теплотворной способности угля. Важно отметить, что при сравнении угля и ВУТ необходимо сравнивать влажность ВУТ и влажность исходного угля, которая может составлять до 25%. Например, если исходный уголь имеет влагу 15%, а полученное ВУТ имеет влажность 38%, то дополнительно требуется испарить 38% - 15% = 23% влаги. Несмотря на свою очевидность, этот факт очень часто игнорируется при проведении предварительных расчётов.

Стабильность ВУТ

Типовое ВУТ, полученное на большинстве установок, сохраняет свою стабильность (не расслаивается) в течение суток-двух. Современное оборудование позволяет поднять эту стабильность до недели-двух, и даже до года без применения дополнительных присадок-стабилизаторов. Ограниченная стабильность вынуждает использовать добавки-пластификаторы или специальные способы обработки, когда необходимо увеличить срок хранения ВУТ, что, очевидно, удорожает само топливо. Выходом из данной ситуации является приготовление ВУТ на компактных установках, ближе к моменту потребления. Такой подход позволяет иметь сменный или суточный запас ВУТ в непосредственной близости от потребителя. Основной запас топлива в этом случае обеспечивается за счёт запасов исходного угля.

Абразивный износ форсунок

На первых стадиях применения ВУТ имел место высокий абразивный износ форсунок для сжигания ВУТ. Например, на Новосибирской ТЭЦ-5 первые форсунки служили не более 40 часов. В современных условиях эти вопросы решены, вплоть до выпуска серийных горелочных устройств для ВУТ, прежде всего китайского производства.

Приготовление ВУТ

Классический способ приготовления ВУТ состоит из трёх основных стадий:

1. Дробление рядового угля до грансостава 10..20 мм;
2. Мокрый помол угля (в присутствии воды);
3. Гомогенизация, хранение.

Для дробления угля на первой стадии используются стандартные дробилки: молотковые, щёковые и др. Выбор дробилок осуществляется в зависимости от типа угля, его характеристик: влажность, зольность, твёрдость.

Приготовление в вибромельницах

Вибромельницы для приготовления ВУТ (2* 1,5 т/ч)

Для мокрого помола (вторая стадия) чаще всего использовались вибромельницы различных конструкций. В качестве мелющих тел в вибромельницах используются шары диаметром 20-50 мм. Выбор диаметра шаров определяет грансостав ВУТ на выходе мельницы. Практика использования вибромельниц показала, что для достижения проектных значений грансостава и влажности ВУТ на выходе вибромельницы обязательно должен быть установлен классификатор для разделени продукта помола на готовый (с грансоставом менее заданного) и требующий повторного помола. Таким образом, приготовление ВУТ в вибромельницах, как правило, реализует замкнутый цикл помола.

Дополнительно, к мокрому помолу в вибромельницах целесообразно применение дополнительных гомогенизаторов. Энергозатраты на приготловление ВУТ в вибромельницах составляют обычно от 55 кВт*ч/т, без учёта рециркуляций продукта.

В качестве примера можем привести объект в г. Свердловск (Луганская Обл., Украина),где местной компанией была запущена установка приготовления и сжигания водоугольного топлива на промышленном объекте - сушке технологических углей. На съемках видно, как устроен цех. Система приготовления и сжигания контролируется автоматикой, потребности в рабочей силе минимальны.

Приготовление в ГУУМП

В 2009 году группой компаний Амальтеа был разработан и успешно протестирован Гидроударный Узел Мокрого Помола (ГУУМП), реализующий открытый цикл приготовления ВУТ с заданными характеристиками. Приготовление ВУТ в ГУУМП осуществляется за один проход. Одновременно с мокрым помолом в ГУУМП осуществляется гомогенизация суспензии. Энергозатраты на приготловление ВУТ в ГУУМП составляют 8…10 кВт*ч/т, при этом рециркуляция продукта не требуется.

Стабильность ВУТ

ГУУМП позволяет получить водоугольное топливо, стабильное на протяжении не менее 3..5 суток без применения добавок-пластификаторов, что существенно упрощает технологию приготовления ВУТ. Данная стабильность вполне достаточна для большинства применений ВУТ. При необходимости длительного хранения ВУТ (например, для транспортировки) возможно применение пластификаторов. Также поддержание стабильности ВУТ возможно путём периодической рециркуляции в ёмкостях хранения ВУТ.

Сжигание ВУТ

Теория горения ВУТ

Неправильно считать, что ВУТ горит после того, как из его состава испарится вода, входящая в его состав. Горение ВУТ состоит из нескольких стадий. На первой стадии, помимо испарения воды, имеют место гетерогенные реакции, приводящие к частичной газификации ВУТ с образованием CO и Н 2 , то есть синтезгаз. При температурах около 900 °C вода разлагается на ионы H + и OH − , создавая, таким образом, условия для гетерогенных реакций. Именно данные реакции приводят к снижению температуры воспламенения ВУТ по сравнению с исходным углём (см.выше). В зависимости от выбранного способа сжигания ВУТ доля образования синтезгаза может увеличиваться или уменьшаться. На сегодня можно выделить два основных способа горения ВУТ: факельное (камерное) и в кипящем слое.

Факельное сжигание

Факельное (камерное) сжигание является на сегодня основным способом сжигания ВУТ, особенно в котлах средней и большой мощности. Геометрия котлов, как правило, позволяет организовать факел внутри камеры сгорания таким образом, чтобы частицы угля, входящие в состав ВУТ, могли полностью прогореть.

Как показывает практика горения ВУТ, воспламенение топлива начинается непосредственно у среза форсунки, которая подаёт его внутрь камеры сгорания. К недостаткам способа можно отнести достаточно высокие требования к горелочному устройству котла (форсунке).

Сжигание в кипящем слое

При сжигании ВУТ в кипящем слое струя топлива подаётся на нагретый слой инертного материала. Частицы водоугольного топлива, попадающие на кипящий слой, практически мгновенно воспламеняются. Несомненными преимуществами данного способа сжигания являются относительная простота реализации на котлах небольших мощностей, достаточно большой диапазон регулирования мощностей работы котла (без потери КПД), невысокие требования к качеству подаваемого топлива. К недостаткам можно отнести капиталоёмкость организации кипящего слоя на котлах средней и большой мощности, особенно в случае реконструкции последних.

Сжигание с газификацией

Горение ВУТ в топке кипящего слоя в режиме газификации в котле КВ-0,2

При сжигании ВУТ в кипящем слое возможны технологические решения по реализации режима газификации ВУТ (пиролиза), для которого ВУТ является идеальным сырьём. В этом случае сжигание осуществляется в две стадии: газификация и непосредственное сжигание полученных газов. В зависимости от технологических особенностей возможна комбинация методов сжигания. Синтезгаз, полученный на стадии газификации, попадая в топку котла увеличивает стабильность горения ВУТ. Недостатком метода на сегодняшний день является отсутствие серийно выпускаемых котлов.

ВУТ сегодня

В России

С 2004 года развитие технологии в России получило новый оборот. Первый опытно-промышленный центр приготовления ВУТ с момента закрытия проекта Белово-Новосибирск построен в пос. Ёнский Ковдорского района Мурманской области. Цех приготовления ВУТ в пос. Ёнский использует технологию предыдущего поколения (вибромельницы) для мокрого помола угля и приготовления ВУТ.

Украина

Начиная с 2009 года, цена на импортируемый российский газ для Украины возросла, причиной чему послужил так называемый газовый конфликт . С этого времени особо остро становится вопрос о поиске альтернативных источников топлива и энергобезопасности страны в целом. Правительство Украины на законодательном уровне закрепило ряд приоритетных направлений развития топливно-энергетического комплекса страны. К числу таких инициатив можно отнести:

Также в июне 2012 года было представлено на общественное обсуждение проект изменений в Энергетическую стратегия Украины до 2030 года . Согласно представленному проекту, запланировано постепенное сокращение импорта газа по следующему сценарию: 2015 г. - 33,7, 2020 г. – 27,1, 2025 г. – 20, 2030 г. – 5 млрд.куб.м/год. Проектом запланировано увеличение собственной добычи газа в два раза до 44 млрд.куб.м/год.

Очевидное стремление правительства к обеспечению энергетической безопасности и поиску альтернативных источников энергии, находит свое отражение в деятельности научных организаций и коммерческих предприятий. Научно-исследовательский проектно-конструкторский институт «Углемеханезация» (г. Луганск) ведет разработки в направлении внедрения водоугольных технологий и отрабатывает технологию на котельной в г. Нововолынске; компания «Украинское тепло» совместно с китайскими специалистами запустила промышленную сушку технологических углей, работающую на водоугольном топливе в октябре 2012 года; ряд коммерческих предприятий являются представителями основных мировых производителей оборудования для водоугольного топлива.

Примечания

1. Перевод китайского стандарта на ukrheat.com (оригинал)
2. Углепровод Белово-Новосибирск . vodougol.ru . Архивировано
3. Российский опыт внедрения промышленной технологии производства водоугольного топлива . RosTeplo.ru . Архивировано из первоисточника 5 декабря 2012.
4. . Архивировано из первоисточника 5 декабря 2012.

Мурко В. И. ,

ГУП «НПЦ «Экотехника»,

Дурнин М. К. ,

ЗАО «Южкузбассуголь»

В настоящее время проблема совершенствования топливно-энергетического баланса приобретает особую актуальность. Истощение эксплуатируемых газовых месторождений вопрос даже не десятков, а нескольких лет.

Обеспечение энергетической безопасности государства является главной целью этой проблемы. Несмотря на активное в последнее время лоббирование отдельными средствами массовой информации идей развития атомной энергетики, как панацеи энергетического кризиса, общемировая статистика в этой области показывает, что атомная энергетика дает только 20 % электроэнергии и доля ее снижается. Сегодня в странах с развитой экономикой более 50 % производства электроэнергии происходит за счет сжигания угольного топлива, а в Китае – стране с переходной экономикой – 72 %. В России при снижении добычи газа и увеличении производства электроэнергии доля угольного топлива в выработке электроэнергии поднялась с 29 % до 33 % в течение одного года.

Очевидно, что наметившаяся тенденция к росту объемов производства угля будет развиваться и далее. В ближайшее время угольное топливо станет основным энергоносителем.

Тем более актуальным становится вопрос более эффективного использования этого топлива, снижения отрицательного воздействия продуктов сгорания на окружающую среду, удешевления его стоимости.

Широкое внедрение разработанного в России нового вида жидкого топлива из угля – водоугольного топлива (ВУТ) может служить основой эффективной замены дорогостоящих дефицитных экологически чистых природных энергоносителей (природного газа и нефти) на многих ТЭЦ и ГРЭС с минимальными капитальными затратами и с сохранением на требуемом уровне вредных выбросов в атмосферу.

В середине 1970-1980 годов именно внедрение ресурсосберегающих, экологически чистых угольных технологий стало ответом развитых стран мира на нефтяной кризис.

Водоугольное топливо – стабильное, экологически чистое на всех стадиях производства и использования, пожаро- и взрывобезопасное топливо из угольных шламов с концентрацией твердых веществ не менее 60 %, воды – 39 % и органического пластификатора – 1 %.

Опыт эксплуатации опытно-промышленного углепровода Белово-Новосибирск, широкомасштабные промышленные испытания по замене мазута водоугольным топливом в зажигательных горнах агломашин на Абагурской ОАФ ОАО «КМК» (г. Новокузнецк), в котельных г.г Мыски, Белово и др. показали существенные технологические преимущества, высокую эффективность процесса горения ВУТ и надежную работу основного технологического оборудования. В таблице представлены результаты замеров вредных выбросов в атмосферу при сжигании ВУТ в сравнении с традиционными видами топлив.

Наименование вредных выбросов	Наименование объекта
	ТЭЦ-5		Абагурская ОАФ		Котельная в г. Мыски		Котельная в г. Белово
	Угольная пыль + мазут	ВУТ + угольная пыль	мазут	ВУТ + мазут	мазут	ВУТ	Слоевое сжигание угля	ВУТ
Оксиды азота (NO x), мг/м 3	904	660	56,1	40,0	53,6	43,6	435	285
Оксиды серы (SO 2), мг/м 3	1710	338	2011	1292	236,0	47,2	нет данных	нет данных
Бенз(а)пирен, х10 9 мг/м 3	0,087	0,022	нет данных	нет данных	нет данных	нет данных	нет данных	нет данных
Пыль, мг/м 3	639	222	755	914	нет данных	нет данных	82	45

Существенное снижение выбросов оксидов азота при сжигании ВУТ обусловлено более низкой температурой в зоне горения, не превышающей 1000-1250 °С. Применение низкосернистого угля (содержание серы не более 0,5 %) для приготовления ВУТ обеспечивает уменьшение образования сернистого ангидрида в дымовых газах. Кроме того, использование водоугольного топлива позволяет с большей эффективностью улавливать оксиды серы.

Особенности горения тонкораспыленных капель водоугольного топлива приводят к образованию высокопористых золовых частиц, плотность которых не превышает 350 кг/м3. Эффективность работы существующих систем пылеулавливания при сжигании ВУТ повышается по сравнению с пылеугольным сжиганием.

Твердая фракция продуктов сгорания – мелкодисперсная зола пользуется спросом в производстве строительных материалов, как связующее при изготовлении бетонов для неответственных конструкций, отделочных и иных стройматериалов. Так как при сжигании ВУТ происходит более полное сгорание, до 95-98 %, исходного топлива, объемы твердых продуктов сгорания многократно ниже, чем при сжигании традиционных углей. При этом КПД котлов возрастает до 80 % и мало зависит от их физического состояния, обеспечивая тем самым высокую экономичность работы котлов.

Разработанные процессы приготовления, хранения и транспортирования водоугольного топлива также обеспечивают его экологические преимущества.

Совмещение операций переработки угля (включая обогащение) и приготовления ВУТ на одном заводе рядом с угледобывающим предприятием позволяет существенно снизить загрязнение окружающей территории за счет исключения сброса тонких частиц угля в отстойники и накопительные площадки.

Хранение водоугольного топлива в закрытых емкостях и возможность транспортирования ВУТ по трубопроводам, в авто- и железнодорожных цистернах, в наливных судах исключают пыление и потери топлива. Полная пожаро- и взрывобезопасность не требует дополнительных мер предосторожности.

Разработанные бизнес-планы и рабочие проекты промышленных установок приготовления и сжигания ВУТ показывают, что срок окупаемости капитальных вложений составляет 1-1,5 года. Стоимость 1 т ВУТ при этом равна 200-250 руб. при низшей теплоте сгорания не менее 3500 ккал/кг.

На основании предложения НПЦ «Экотехника», имеющего опыт приготовления и сжигания ВУТ в котельных шахт «Тырганская», «Инская», Мысковского спецгормолзавода, Беловской ГРЭС и ТЭЦ-5 г. Новосибирск, технической дирекцией ОАО УК «Кузнецкуголь» принято решение о строительстве цеха подготовки водоугольного топлива на базе технологического комплекса ликвидируемой шахты «Зыряновская», производительностью 160 тысяч тонн ВУТ в год. В расположенной рядом котельной шахты «Кушеяковская» один из котлов КЕ-10/14С будет переоборудован для сжигания ВУТ.

Сырье для приготовления водоугольного топлива будет поступать с ЦОФ «Абашевская», расположенной в двух километрах от цеха подготовки ВУТ.

Обогатительные фабрики ОАО УК «Кузнецкуголь» – ЦОФ «Кузнецкая» и ЦОФ «Абашевская» характеризуются многотоннажным выходом шламов и других отходов углеобогащения. Годовой объем переработки рядовых углей только на ЦОФ «Абашевская» составляет 3100-3400 тыс. т. При этом выход шлама после пресс-фильтров составляет более 100 тыс. т в год, из которых примерно 50 тыс. т складируется в отстойники и отвалы и практически не используется. На начало 2001г. в отстойниках и отвалах скопилось около 3 млн. т шламов. Низшая теплота сгорания шламов при влажности 20-25 % – 3000-4000 ккал/кг. Фактически в отвалах находятся и ежедневно пополняются запасы добытого угля, которые не находят применения в настоящее время. В то же время фабрика несет убытки в виде платежей за загрязнение окружающей среды и вследствие необходимости использования концентрата в качестве топлива для котельной (8-9 тыс. т концентрата в год). По энергетическому потенциалу поток кусковых углесодержащих отходов и шламов превышает имеющиеся нужды в теплоте собственных предприятий и находящихся поблизости потребителей. Замена угля отходами углеобогащения экономически выгодна и перспективна. Потребителями этого вида топлива могут быть промышленные и коммунально-бытовые котельные и другие теплогенерирующие установки, использующие в качестве топлива дорогие и дефицитные марки углей, а также жидкое топливо. ВУТ может быть использовано в топках различных типов, в том числе для слоевого, факельного и факельно-слоевого сжигания как при полном переводе установки на сжигание ВУТ, так и при частичной замене твердого, жидкого или пылеугольного топлива.

Проект создания производства по приготовлению водоугольного топлива практически в центре промышленного района с развитой инфраструктурой транспортного сообщения, наличием трудовых ресурсов, источников сырья и близко расположенных потенциальных потребителей конечного продукта является экономически оправданным. Предварительные расчеты показывают, что при продажной цене ВУТ 150 руб. за тонну, первая очередь строительства окупается в течение одного-двух лет.

Перспективы дальнейшего развития использования водоугольного топлива весьма обширны. Применение ВУТ на железнодорожном транспорте, возрождение паровозной тяги, кажется архаизмом, но сравнение стоимости перевозок, с учетом вздорожания электроэнергии, экологической чистоты этого топлива и достижений теплотехники, доказывает реальность этого направления. Даже простое снижение потребления угля на 20 % и обеспечение при этом экологической безопасности при комплексном использовании продуктов сгорания доказывает необходимость серьезного подхода к этому вопросу.

Водоугольное топливо является нетрадиционным источником энергии и представляет собой мелкодисперсную смесь (суспензию) измельчённого угля, воды и стабилизирующей добавки (пластификатора):

ВУТ = Уголь (60%…70%) + Вода (29%…39%) + Пластификатор (1%)

По физическим свойствам водоугольное топливо близко к мазуту, используемому в котельных, поэтому ВУТ может быть использовано для выработки тепла и электричества на газовых, мазутных и угольных ТЭС аналогично газу и мазуту. Физико-химические свойства ВУТ позволяют достичь эффективности сжигания топлива не ниже 98%.

Водоугольное топливо обладает рядом преимуществ таких, как:

· полное сгорание капель ВУТ из мелко измельчённого угля повышает эффективность используемого топлива и снижает выбросы вредных газов в атмосферу по сравнению с мазутом и углём;

· водоугольное топливо взрыво и пожаробезопасно;

· стабильное горение жидкого ВУТ даёт возможность установки паровых турбогенераторов для выработки электроэнергии, схожих с турбогенераторами, использующими мазут в качестве источника энергии;

· для хранения водоугольного топлива требуется нагрев ёмкостей только до температуры 7-10 градусов Цельсия, в то время как для мазута - около 70 градусов;

· водоугольное топливо может быть приготовлено с использованием воды, загрязнённой органикой, смолами, нефтепродуктами и другими отходами с полной очисткой возвратной воды от этих компонент и утилизацией вредных веществ;

· зола, получаемая в результате сгорания ВУТ, является готовым продуктом для производства строительных материалов;

· водоугольное топливо производится не только из каменного угля и угольного шлама, но и из бурого угля и торфа.

К недостаткам можно отнести снижение теплоты сгорания на 900 кДж/кг из-за дополнительного количества влаги по сравнению с сухим углем, но это компенсируется за счет увеличения объема сгораемой массы топлива.

Водоугольное топливо является альтернативой использования традиционного мазута и угля на теплоэлектростанциях. Модернизация оборудования под использование водоугольного топлива возможна во всех котельных, использующих мазут, газ или уголь. ВУТ можно сжигать в большинстве существующих (действующих) паровых и водогрейных котлов: ДКВР, ДЕ, КЕ, БКЗ-50-40ГМ, БКЗ-35-40ГМ, БКЗ-75-40ГМ и др. В большинстве случаев используется факельное или вихревое сжигание.

В некоторых случаях, для более эффективного использования преимуществ водоугольного топлива, требуется изменение внутренней геометрии котла. Производимые изменения позволяют использовать вихревое горение, при котором происходит стабилизация горения и воспламенения за счёт подачи горячих продуктов горения в корень факела, что не просто позволяет использовать водоугольное топливо, но и увеличить КПД котла при работе на мазуте (в случае перехода с ВУТ на мазут в качестве резервного топлива). Помимо факельного (в том числе вихревого) горения имеется значительный опыт одноступенчатого сжигания водоугольного топлива в кипящем слое, что эффективно для котлов малой мощности и позволяет снизить зависимость эффективности горения водоугольного топлива от качества исходного угля. Данная методика активно разрабатывается в Японии и ряде европейских государств, таких как Германия и Австрия, которые заинтересовались перспективами водоугольного топлива. Использование двухступенчатого сжигания водоугольного топлива (с газификацией) позволяет упростить процесс перехода с мазута и газа на ВУТ при модернизации котла, а также упростить управление котлом. Внедрение ВУТ на угольных котлах упрощается из-за наличия уже установленной системы золоулавливания. Конкретный способ сжигания ВУТ определяется в зависимости от ситуации: новое строительство, либо модернизация, состав исходного сырья и др.

Водоугольное топливо - инновационный продукт, поэтому технология его производства, применения, транспортировки и утилизации постоянно совершенствуется. Крупные НИИ работают над улучшением свойств водоугольного топлива, его более широкого применения в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве.

Водоугольное топливо по своим экологическим характеристикам превосходит традиционные источники энергии. Также водоугольное топливо, как нетрадиционный вид топлива, может конкурировать по экологичности с альтернативными источниками энергии, в частности с биотопливом (табл. 3.1).

Таблица 3.1 Результаты замеров вредных выбросов в атмосферу при сжигании ВУТ в сравнении с традиционными видами топлива

Наименование вредных выбросов	Наименование объекта
	Абагурская ОАФ	Котельная в г. Мыски	Котельная в г. Белово
Угольная пыль + мазут	ВУТ + угольная пыль		ВУТ + мазут			Слоевое сжигание угля
Оксиды азота (NO x), мг/м 3
Оксиды серы (SO 2), мг/м 3							нет данных	нет данных
Бенз(а) пирен, х10 9 мг/м 3			нет данных	нет данных	нет данных	нет данных	нет данных	нет данных
Пыль, мг/м 3					нет данных	нет данных