Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки

Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки

Розглянуто загальні проблеми, пов’язані із залученням до господарського обороту низькокалорійних відходів видобування і збагачення вугілля. Наведено результати систематизації і узагальнення інформації про їх технічні характеристики, викладено методичні підходи до вибору критеріїв оцінки їх енергети...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2010
Main Author: Майдукова, С.С.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут економіки промисловості НАН України 2010
Subjects:
НТП та організація виробництва
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/24808
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки / С.С. Майдукова // Економіка пром-сті. — 2010. — № 3. — С. 101-106. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-24808
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-248082025-02-23T17:08:58Z Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки Залишковий енергетичний потенціал низькокалорійних відходів вугільного виробництва: критерії оцінки Residual energy potential of low-calorie coal-mining waste: criteria of estimation Майдукова, С.С. НТП та організація виробництва Розглянуто загальні проблеми, пов’язані із залученням до господарського обороту низькокалорійних відходів видобування і збагачення вугілля. Наведено результати систематизації і узагальнення інформації про їх технічні характеристики, викладено методичні підходи до вибору критеріїв оцінки їх енергетичного потенціалу. Ключові слова: вугілля, енергозбереження, відходи виробництва, вторинні ресурси. Рассмотрены общие проблемы, связанные с вовлечением в хозяйственный оборот низкокалорийных отходов добычи и обогащения угля. Приведены результаты систематизации и обобщения информации об их технических характеристиках, изложены методические подходы к выбору критериев оценки их энергетического потенциала. Ключевые слова: уголь, энергосбережение, отходы производства, вторичные ресурсы. The general problems connected with involving of low-calorie wastes of mining process and coal enrichment into economic turnover are considered. The results of systematization and generalization of the information about their technical characteristics are shown; methodical approaches to choosing the criteria of estimation of their energy potential are presented. Keywords: coal, energy saving, production wastes, secondary resources. 2010 Article Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки / С.С. Майдукова // Економіка пром-сті. — 2010. — № 3. — С. 101-106. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-109Х https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/24808 ru application/pdf Інститут економіки промисловості НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic НТП та організація виробництва
НТП та організація виробництва
spellingShingle НТП та організація виробництва
НТП та організація виробництва
Майдукова, С.С.
Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки
description Розглянуто загальні проблеми, пов’язані із залученням до господарського обороту низькокалорійних відходів видобування і збагачення вугілля. Наведено результати систематизації і узагальнення інформації про їх технічні характеристики, викладено методичні підходи до вибору критеріїв оцінки їх енергетичного потенціалу. Ключові слова: вугілля, енергозбереження, відходи виробництва, вторинні ресурси.
format Article
author Майдукова, С.С.
author_facet Майдукова, С.С.
author_sort Майдукова, С.С.
title Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки
title_short Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки
title_full Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки
title_fullStr Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки
title_full_unstemmed Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки
title_sort остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки
publisher Інститут економіки промисловості НАН України
publishDate 2010
topic_facet НТП та організація виробництва
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/24808
citation_txt Остаточный энергетический потенциал низкокалорийных отходов угольного производства: критерии оценки / С.С. Майдукова // Економіка пром-сті. — 2010. — № 3. — С. 101-106. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT majdukovass ostatočnyjénergetičeskijpotencialnizkokalorijnyhothodovugolʹnogoproizvodstvakriteriiocenki
AT majdukovass zališkovijenergetičnijpotencíalnizʹkokaloríjnihvídhodívvugílʹnogovirobnictvakriterííocínki
AT majdukovass residualenergypotentialoflowcaloriecoalminingwastecriteriaofestimation
first_indexed 2025-11-24T03:14:31Z
last_indexed 2025-11-24T03:14:31Z
_version_ 1849639904217137152
fulltext С.С. Майдукова ОСТАТОЧНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ НИЗКОКАЛОРИЙНЫХ ОТХОДОВ УГОЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА: КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ Во Вселенной существует множество источников энергии. Одни из них доступны человечеству для целенаправленного исполь- зования, другие – самостоятельно формируют среду его обитания. В развитии земной циви- лизации энергии вообще и её природному ис- точнику – ископаемому топливу – в частности принадлежит главная роль. Полнота преобра- зования первичного потенциала топлива в другие виды энергии определяется множест- вом показателей, в их числе важное значение имеет его теплотворная способность, обуслов- ленная не только молекулярным строением, но и содержанием в нем балласта, т.е. негорю- чих веществ, вынужденными и невынужден- ными потерями органической (горючей) части в виде отходов производства. Процессы добычи, обогащения и сжи- гания угля сопряжены с образованием и складированием на земной поверхности отходов (шахтная и фабричная порода, шламы, флотохвосты), сопоставимых по своей массе с реализуемой в Украине угольной продукцией. Общая масса этих отходов, скопившихся на территории Донбасса, оценивается в 6-7 млрд. тонн. Отвалы и хранилища, рассредоточенные на территории горнопромышленных районов, создают множество проблем, связанных с техногенной нагрузкой на окружающую среду, выводом из сельскохозяйственного оборота земель, их рекультивацией, тушением породных отвалов и т.д. Осуществление действенных мер по ликвидации вредного воздействия породных отвалов и различного рода хранилищ и накопителей требует больших финансовых и технических ресурсов. На протяжении последних двух десятилетий в связи с энергетическими кризисами и необходимостью выполнять обязательства, принятые Украиной в соответствии с требованиям Киотского протокола, программ энергосбережения, интерес к низкокалорийным отходам как вторичному источнику природных ресурсов значительно увеличился, хотя до настоящего времени крупных инновационных проектов, которые предусматривали бы использование этих источников сырья, нет. В значительной мере это вызвано и отсутствием доступной ин- формации о качественном диапазоне минерального и энергетического потенциала сырья, характеризуемого однозначными техническими критериями, которые могут служить ориентиром для сопоставления и выбора объектов инвестиций. Цель публикации – изложить возможные методические подходы к определению таких критериев. При отборе технических характеристик, предлагаемых в качестве критериев, следует, как нам представляется, руководствоваться определенными принципами. Так, управление природными ресурса- ми, в том числе и определение экономической эффективности их использования, вопросы энергосбережения требуют использования единого инструментария и критериев оценки показателей во внутригосударственных, меж- дународных экономических отношениях, соб- людения единых стандартов и тождества в используемой терминологии. Исходные данные для определения количественных показателей критерия должны базироваться на минимальном количестве исходной информации, не требующей проведения специальных опытов, иметь простую, доступную для понимания математическую форму и физический смысл, быть однозначными, а в случае необходимости характеризоваться категориями математической статистики (дисперсия, вариация, стандартное отклонение и др.). Часть аналитических методов определения полноты (эффективности) ___________________________ ©Майдукова Светлана Сергеевна – аспирант. ГП “Донуги”, Донецк. ISSN 1562-109X извлечения органической части угля, используемых при оценке результатов обогащения (показатели содержания в каждом из продуктов посторонних примесей, удельная плотность, содержание минеральных составляющих и т.д.), можно было бы использовать для оценки потерь органической составляющей угля в конкретных породных отвалах шахт. Однако целенаправленного систематического контроля фракционного, гранулометрического состава, содержания золы в складируемой породе службами контроля качества на шахтах не ведется, поскольку это сопряжено с чрезвычайно высокой трудоемкостью операций, связанных с отбором, разделкой и лабораторным анализом многотоннажных потоков породы и ограниченными возможностями впоследствии использовать полученную информацию на практике, поскольку рынок вторичного природного сырья в Украине не сформирован. В этих условиях остается возможность ориентироваться на специальные исследования по установлению вещественного состава породных отвалов и на его зольность. Зольность – это одна из наиболее широко используемых технических и потребительских характеристик твердого топлива, определяемая по весу минерального остатка в озоленной без доступа воздуха аналитической пробе. Однако в процессе прокаливания пробы испаряется влага, образуются химические соединения, в результате чего количество золы оказывается меньше, чем содержание минеральных примесей в породе [1]. Для компенсации погрешностей при определении потерь (органической составляющей в породе) предложено много методов [2]. Однако все они основаны на результатах лабораторного анализа, что требует агрегации больших массивов информации в случае, когда это касается угольной отрасли, и поэтому как возможный источник информации зольность может быть использована ограничено. В процессах обогащения в последние годы из-за возросшего содержания породы в горной массе многие фабрики стали выделять только два продукта – концентрат и породу. Продукт промежуточной удельной плотности (1500-1800 кг/м3) большей своей частью, а в коксующихся углях почти целиком направляют в отвал. В таких случаях для вычисления зольности породы может быть использован материальный баланс не трех, а двух продуктов, представленный в виде равенства 1 1 2 2100 d d d oA A A   , (1) где 1 2, ,d d d oA A A – зольность добытого угля, товарной продукции и породы соответственно; 1 2,  – долевое участие в смеси добытого угля, товарной продукции. Преобразуя (1), получим 1 1 2 2 100 d d d oA AA       , % . (2) Таким образом, используя степень из- влечения в породу сухой беззольной массы  как соотношение 2 2(100 ) 100 d d o A A     , (3) можно оценить размеры потерь горючей массы. Теплотворная способность. Основной характеристикой всех видов твердого топлива является его тепловой потенциал, измеряемый количеством тепловой энергии, т.е. теплота сгорания. Поскольку угольное вещество – это не только углерод, но и различные негорючие элементарные примеси (влага, соединения, сера, минералы), не выделяющие при сгорании тепла, то, как уже упоминалось, его потенциал измеряется низшей теплотворной способностью Р нQ . Как видно из приведенного ниже уравнения [3], процедура вычисления Р нQ учитывает влагу 6( 9 )p p p н BQ Q W H   , ккал/кг, (4) где BQ – высшая теплотворная способность; PW и H – содержание влаги и водорода в топливе соответственно, %. Несоответствие зольности угля в ка- честве критерия потенциальных потерь топ- лива не исключает возможности использовать этот показатель как важную информативную единицу в тепловых, технологических расчетах, при нормировании показателей, разработке технических условий и других нормативных документов. В международной энергетической системе в качестве технико- экономической единицы используют теплоту сгорания 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива, равную 7000 ккал/кг [4], под названием «условное топливо». Удельная теплота сгорания зависит от свойств угольного вещества, от его влажности и зольности (4). Для расчета высшей удельной теплоты сгорания BQ (кДж/кг) по элементарному составу углей используют еще и формулу, предложенную Д.И. Менделеевым [5], в тех случаях, когда данные, полученные калориметрически, отсутствуют:  4,18 81( 300 26( )B t t tQ C H O S    , (5) где , , ,t t t tC H O S – теоретическое содержание углерода, водорода, кислорода и серы соответственно. Что касается донецких каменных углей, то они достаточно изучены и данные, характеризующие их основные показатели, приведены в табл. 1 [6]. Таблица 1 Средневзвешенная теплота сгорания по выходу марок угля Марка У.к. (типа донецких) Выход летучих веществ (VГ),% Элементарный состав (в % на горючую массу) Теплота сгорания ( )Г ВQ , ккал/кгСГ НГ ОГ+SГ орг NГ Д 43,0 80,0 5,5 12,7 1,8 7950 Г 38,0 84,0 5,0 9,3 1,7 8200 Ж 33,0 87,0 5,0 6,3 1,5 8450 К 24,0 88,0 4,8 6,0 1,5 8600 ОС 14,0 89,0 4,5 5,0 1,5 8600 Т 12,0 91,0 4,0 4,0 1,0 8500 А 7,0 93,0 3,0 3,0 1,0 8200 Для установления в исходном материале истинного содержания минеральных веществ (в отличие от экспресс-анализа зольности) требуются длительные и трудоемкие лабора- торные исследования. Из-за этого на практике для определения количества горючих веществ в отходах добычи и обогащения угля, предназначенных, например, для дорожного строительства, применяют расчётные методы. Наиболее простым из них является эмпирическое уравнение, предложенное В. Ланге, 100 1,1 ,dB A  %. (6) Углеродный показатель. Наиболее представительным генетическим показателем степени метаморфизма является выход летучих веществ VГ (%). Немецкий углехимик В.Шольц установил эмпирическую связь VГ с содержащимся в отходах обогащения каменных углей Рурского бассейна с углеродом CГ. Она описана нелинейным уравнением 229,23 0,0104( ) 0,00583( ) .Г Г ГC V V   (7) При этом В. Шольц исходит из того, что содержание в угле азота и органической серы не зависят от степени метаморфизма, а двухпроцентная погрешность количества летучих в производимых расчетах даёт ошибку не более 0,1 абс. % [7]. Используя данные Донуги [8] о содержании летучих в донецких каменных углях, в результате статистического анализа нами установлено: а) все данные о VГ распределены по нормальному (гауссовскому) закону, что сви- детельствует о случайном характере их отклонений от средней величины в выборке (рис. 1); б) средние значения выхода летучих укладываются в границы величин, приведенных в справочной литературе (табл. 2) [6]; Рис. 1. Распределение в выборке марок углей по содержанию летучих веществ Таблица 2 Характеристики донецких каменных углей Марка угля Элементарные составляющие По К. Рам- зину ГV , % По результатам статобработки данных, приведенных в [8] Расчетные значения СГ по [2] По данным [9]СГ, % ГV , % ГV , % , % число объектов Д 80,0 43,0 42 42,3 1,5 16 81,3 81,0 Г 84,0 38,0 35-44 40,2 2,2 37 82,4 83,4 Ж 87,0 33,0 26-35 34,3 3,0 20 85,0 85,3 К 88,0 24,0 18-26 26,5 23,6 16 87,9 88,6 ОС 89,0 14,0 12-18 20,9 1,5 5 89,5 90,9 Т 91,0 12,0 17 11,2 2,6 24 91,4 91,3 А 93,0 7,0 9 4,7 1,6 42 92,0 91,9 в) точки координат донецких каменных углей (VГ, СГ), приведенные в табл.2, уклады- ваются в границы 95%-го доверительного интервала, построенного В.Шольцем для рурских углей (рис. 2). Заимствовано: Шольц А. Определение содержания горючих веществ в отходах углеобогащения // Глюкауф. – 1974. – № 14. Г 0 Д ЖК ОС Т A 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0 10 20 30 40 50 60 70 % Vг А Т К Ж ОС О Г Д 94 92 90 88 86 84 82 80 С од ер ж ан ие у гл ер од а, % 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Выход летучих, % Пунктиром обозначены границы 95%-ного доверительного интервала. Рис. 2. Зависимость между содержанием углерода и выходом летучих в сопоставлении с углями Донецкого бассейна Таким образом, результаты наших ис- следований позволяют вполне правомерно рекомендовать углеродный показатель kF , предложенный В.Шольцем, и для оценки количества связанного углерода в отходах обогащения донецких углей. Этот показатель – частное от деления сухого органического угольного вещества K на содержание связанного углерода, приведенного к сухой массе СГ, т.е. k Г KF C  . (8) Графико-аналитический метод. Технические характеристики разрабатывае- мых пластов угля и вмещающих их пород в пределах Донбасса имеют значительные отличия, обусловленные как природными, так и техногенными факторами. Поэтому исследуемые нами выборки данных об уровне минерализации породных отходов характеризуются определенным размахом варьирования. Для характеристики отвальной породы шахт и отходов обогащения угля использованы методы математической статистики и, в частности, законы распределения упорядоченных ранжированных показателей с разбивкой их на отдельные интервалы. Наиболее рас- пространенным видом графического изображения распределения данных является гистограмма, которая характеризуется положениями центра группирования, представляющего собой среднюю арифметическую величину, медиану, моду. Используемые нами показатели, характеризующие ресурсный потенциал отходов угольного производства, представлены в виде дискретных случайных величин, которые получены в результате статистической обработки показателей, рассредоточенных во времени и пространстве. На самом деле, как отмечают специалисты [8], мы имеем дело с непрерывными величинами, которые могут быть представлены в виде ряда последовательных значений, ограниченных временем. В рассматриваемом нами случае – это зольность, теоретически ограниченная, с одной стороны, максимальными потерями в отходах органической части угольного пласта, с другой – максимальной зольностью негорючего остатка в лабораторных пробах. Таким образом, для оценки горючего остатка в забалансовых продуктах и отходах нами предложен ряд интегральных функций распределений непрерывных значений зольности, приведенных на рис. 3. Рис. 3. Интегральные кривые распределения зольности во вторичных ресурсах ОФ: 1 – порода; 2 – флотохвосты; 3 – забалансовые шламы; 4 – балансовые шламы 100 80 60 40 20 0 С ум ма рн ы й вы хо д, % 20 30 40 50 60 70 80 dA , % Графики этих функций не имеют скачков и представляют собой монотонно возрастающие кривые. Проецируя заданную величину Ad на каждую из кривых, по точке её пересечения с графиком можно определить выход (содержание) материала, зольность которого не превышает заданной величины. Каждая из кривых описывается эмпирическим уравнением вида ln ,dk A b   % . (9) Данные о результатах обработки ис- ходной информации и значения членов уравнения 9 приведены в табл. 3. Графо-аналитический метод оценки потерь органической массы угля, как и другие рассмотренные подходы, основан на данных материального баланса компонентов элементарного состава каменного угля, использованных для определения минерального (негорючего) остатка в отходах десятков обогатительных и сотен угледобывающих предприятий. Поэтому использованные нами значения выхода летучих являются дискретными величинами, агрегированными по результатам лабораторных анализов проб различных марок угля Донбасса за определен- Таблица 3 Данные статистической обработки информации Объект анализа Число объектов Средняя зольность материала, % Члены уравнения k b Породные отвалы ОФ 65 77,2 5,5511 51,066 0,99 Хвостохранилища ОФ 36 66,1 5,0667 41,219 0,98 Забалансовые шламы 44 59,2 4,8928 37,008 0,97 Балансовые шламы ОФ 21 35,4 2,793 23,948 0,99 Вмещающие породы угольных пластов 888 86,52 0,1941 3·10-6 0,99 ный промежуток времени. В научных публикациях, справочниках, материалах статотчетности не приведены стандартные характеристики выборок либо границы вероятных отклонений точечных показателей генеральной совокупности и, наконец, хотя бы отдельных выборок. Поэтому в широком смысле их следует рассматривать как обобщенную оценку, укладывающуюся в определенные границы. Государственными и международными стандартами на проведение всех операций по отбору, разделке, подготовке и химическому анализу проб установлены допустимые дву- сторонние отклонения от средних показателей. Например, расхождения значений в пробах угля для определения выхода летучих веществ на сухую массу (ГОСТ 27313-95 (ISO 1170-77) по необеззоленным и обеззоленным углям составляют 5-6% (абс.). Расхождение между зольностью и долей минеральной массы в угле может превышать 5% [9]. Таким образом, назрела острая необходимость в Государственном стандарте Украины на допустимую эффективность извлечения в товарной продукции органической части топлива. Отсутствие такого нормативного документа крайне осложняет проведение маркетинговой оценки потенциальных энергетических потерь в отходах. Предложенные методические подходы правомерно могут рассматриваться в числе других показателей в качестве оценки потерь топлива в отходах угольного производства. Литература 1. Камнева А.И. Теоретические основы химической технологии твердых горючих ископаемых / А.И. Камнева, В.В. Платонов. – М.: Химия, 1990. – 288 с. 2. Филиппенко Ю.Н. Достоверность оп- ределения теплоты сгорания и выхода летучих веществ каменных углей в широком диапазоне зольности / Ю.Н. Филипенко, Е.В. Рудавина, П.Т. Скляр, Н.В. Чернявский // Энерготехнология и энергосбережение. – 2009. – № 2. – С. 11-17. 3. Теплота сгорания низшая. Краткая химическая энциклопедия. Т. 5. – М.: Сов. энцикл., 1967. – 1184 с. 4. Угли каменные. Краткая химическая энциклопедия. Т. 5. – М.: Сов. энцикл., 1967. – 1184 с. 5. Справочник по обогащению углей. 2-е изд. – М.: Недра, 1984. – 614 с. 6. Полулях А.Д. О методике расчета качественно-количественных показателей продуктов обогащения углей / А.Д. Полулях // Уголь Украины. – 2010. – № 2. – С. 30-34. 7. Шольц А. Определение содержания горючих веществ в отходах обогащения угля / А. Шольц // Глюкауф. – 1974. – № 11. – С. 17-20. 8. Кадастр угольных пластов на шахтах и разрезах Госуглепрома Украины. – Донецк: Донецкий научно-исслед. угольный ин-т, 2001. – 126 с. 9. Дунин-Барковский И.В. Теория веро- ятности и математическая статистика в тех- нике / И.В. Дунин-Барковский, Н.В. Смир- нов. – М.: Гос. изд-во технико-теоретической лит-ры, 1955. – 556 с.

Similar Items