Если вы ходите по углю, зачем вам газ?

Перспективы развития энергетики, экономические и экологические проблемы региона необходимо решать комплексно. Именно об этом на страницах нашего издания в начале этого года не раз говорил забайкальский ученый, профессор Владимир Салихов. Один из материалов преподавателя ЗабГУ, где речь шла о технологии водно-угольного топлива (ВУТ), заинтересовал руководство ООО «ТД Завод Эмалированных труб». О перспективах сотрудничества — в этом материале.

История вопроса

В январе этого года из-за малоснежной и безветренной зимы жители краевого центра в социальных сетях всерьез заговорили об экологической катастрофе, нависшей над городом. По всем пяти приоритетным загрязняющим атмосферу веществам, а также по диоксиду серы, оксиду углерода, оксиду азота, сероводороду и саже среднегодовые содержания превышали в Чите предельно допустимые концентрации. Сохранялся высокий уровень загрязнения воздуха и бензопиреном — особо опасным веществом, способным вызывать раковые заболевания. Специалисты отмечают, что максимальные среднемесячные концентрации бензопирена превышают в зимнее время ПДК в десятки раз, а среднегодовые — в пределах одного, двух десятков ПДК.

Одним из решений проблем экологии региона называют газификацию. Сегодня этот вопрос обсуждают на краевом уровне, периодически он звучит в формате федеральной повестки. Однако не все согласны с такой точкой зрения.

Как утверждает профессор Салихов, газопровод-отвод от магистрального газопровода «Сила Сибири» наших экономических и экологических проблем не решит: регион сам при грамотном использовании имеющихся здесь природных ресурсов и новейших технологий может значительно продвинуться в решении экологических проблем Забайкалья. Одним из направлений деятельности, которая позволит снизить экологическую нагрузку на экологию региона, ученый видит в глубокой переработке угля.

— Нам нужно четко уяснить, что прямое сжигание угля в топках, которое сегодня происходит повсеместно, это преступление. Для забайкальской экономики уголь должен стать основным полезным ископаемым, вовлеченным в хозяйственный оборот. На территории края известно 46 угольных месторождений, из которых 22 оценено и разведано. Угли представлены почти всеми известными разновидностями — от бурых до каменных и коксующихся, а марочный состав углей весьма широк, — поясняет профессор Салихов.

По словам ученого, в Энергетической стратегии России, утвержденной Правительством страны на период до 2030 года, подчеркнуто, что главным приоритетом становится не количественное наращивание объемов производства ТЭК, а качественное обновление (модернизация) энергетического сектора страны.

Среди основных задач красной нитью проходит глубокая переработка угля. Это подчеркивается в формируемых кластерах. Так, в кластере «Комплексная переработка угля и техногенных отходов» впечатляет углехимическое направление с планируемым федеральным финансированием.

Таким образом, приходит к выводу Владимир Салихов, глубокая переработка угля и углехимическое направление — важнейшая научно-производственная проблема, во многом решающая вопросы экологии и экономики, а уголь вообще рассматривается как переходящее топливо к энергетике будущего. Нам нужно быть готовыми к этому.

Что такое ВУТ?

Как поясняет профессор Салихов, разведанных запасов угля в Забайкалье хватит на удовлетворение собственных нужд как энергетики, так и по всем компонентам глубокой переработки угля. Одним из перспективных направлений использования угля с кратно меньшим воздействием на экологию в нашем регионе может стать технология ВУТ — водно-угольное топливо.

— Если применить эту технологию на наш регион, то в Забайкалье вполне допустимо строительство следующих углепроводов: разрез Восточный-Читинская ТЭЦ-1 (около 60 км.); разрез Харанорский-Ясногорск (Харанорская ГРЭС, около 80 км.); а также разрез Уртуйский-ТЭЦ Краснокаменска. Это существенно улучшит экологическую и экономическую обстановку в крае, — убежден ученый.

От теории к практике

На публикацию, рассказывающую о технологии ВУТ,  откликнулся ведущий инженер-аналитик ООО «ТД Завод Эмалированных труб» (город Москва) Евгений Бушуев. Он связался с редакцией и в интервью изданию высказал свою точку зрения по поводу перспектив Забайкалья в части использования угля для нужд экономики региона.

— Евгений Анатольевич, ваша компания пока неизвестна нашим читателям, расскажите о себе.

— ООО «Завод Эмалированных труб» и его торговый представитель ООО «ТД Завод Эмалированных Труб» основаны в августе 2014 года. Первую продукцию завод выпустил в городе Ижевске в марте 2015 года.

Технологические линии ООО «ЗЭТ» созданы с учетом многолетнего опыта эмалирования труб и трубодеталей ЗАО «ЭМАНТ» и ЗАО ТД «КАПСТРОЙ», обладателем прав на интеллектуальную собственность и технологическую документацию которых является наше предприятие.

Силикатно-эмалевые покрытия предназначены для защиты поверхности труб и соединительных деталей трубопровода диаметром от 57 до 720 мм от воздействия агрессивных факторов, таких как химическая и электрохимическая коррозия, абразивный износ, отложение парафинов, асфальто-смолистых соединений и солей, что улучшает гидродинамические характеристики трубопроводов.

Трубы с силикатно-эмалевым покрытием находят широкое применение при сооружении промысловых нефтяных трубопроводов; в химической промышленности при транспортировке высокоагрессивных сред; при строительстве теплотрасс; в аэропортах — для перекачки авиационного топлива; при перекачке шламовых стоков на предприятиях горнодобывающей промышленности, а также в других отраслях, где органические или металлические покрытия непригодны.

ВУТ в Забайкалье

— Ваша точка зрения по поводу технологии трубопроводов ВУТ и ее применения в Забайкалье.

— Выработка и применение ВУТ для получения тепла и электроэнергии является довольно перспективным направлением развития топливно-энергетического комплекса. С начала 70-х годов прошлого века в ряде стран, в том числе в США, Канаде, Италии и Китае, ведутся работы по исследованию и созданию опытно-промышленных, демонстрационных и коммерческих установок по производству и использованию ВУТ. Физико-химические свойства угольной суспензии позволяют достичь эффективности сжигания топлива не ниже 98%. Также применение ВУТ является экономически эффективным по сравнению с другими традиционными способами получения энергии, такими как газ, мазут и каменный уголь. Наиболее оправданным способом транспортировки водоугольной смеси от места выработки (это, как правило, обогатительные фабрики угледобывающих компаний) до потребителя является трубопровод. Сам по себе уголь является недорогим ископаемым, за счет чего и получил большую популярность в своем использовании, однако стоимость его перевозки железнодорожным транспортом порой составляет одну треть, а иногда и половину конечной стоимость угля. Поэтому самым оптимальным вариантом является производство ВУТ на обогатительных фабриках угледобывающих компаний. Там имеется полное техническое оснащение (возможность использовать отходы основной деятельности обогащения, превратив процесс переработки угля в безотходное производство) и последующая его транспортировка до потребителя (ТЭЦ, ТЭС) по трубопроводам, длина которых может доходить до нескольких сотен километров.

Что касается Забайкальского края, технология применения ВУТ как источника энергии является актуальной и оправданной, т.к. регион богат залежами угля и входит в тройку лидеров угледобычи нашей страны, извлекая из недр около 6% российского угля. Основные угледобывающие компании региона способны обеспечить водоугольным топливом действующие станции, которые работают на твердом угле, а также вновь вводимые в эксплуатацию энергообъекты, которые будут со временем появляться в связи с инвестиционной привлекательностью региона.

В том, что Забайкальский край ожидает развитие, сомневаться не приходится. Доказательством тому может служить не так давно начавшая функционировать ГРК «Быстринское» (входит в ГМК «Норникель»), а также реализуемый в настоящее время Байкальской горной компанией (входит в состав Металлоинвест) проект обустройства Удоканского месторождения меди, которое является крупнейшим месторождением в России и одним из самых больших в мире. А так как основным источником электро и теплоэнергии в регионе ввиду отсутствия газа является уголь, то вполне целесообразно переоборудовать основные мощности генерирующих подстанций и доставлять на них ВУТ по трубопроводным системам от производителей данного вида топлива.

Уже на протяжении нескольких лет идет речь о газификации Забайкалья, однако этот вопрос до сих пор остается открытым по ряду причин. Во-первых, в связи с отсутствием в регионе газовых месторождений газопровод планируется вести от «Силы Сибири» по маршруту Сковородино — Чита — Улан-Удэ. Для ВУТ такой проблемы нет, поскольку все сырье для водоугольной смеси добывается в Забайкалье.

Министр энергетики РФ Александр Новак во время недавних парламентских слушаний задал представителям от Забайкалья вопрос: «Если вы ходите по углю, зачем вам газ?», и это вполне логично в конкретном случае. Во-вторых, при газификации региона потребуется строительство газоперерабатывающего завода, что негативно скажется на экологии и к тому же повлечет дополнительные финансовые затраты. В-третьих, под газ придется переоборудовать генерирующие станции, которые сейчас работают по схеме сжигания каменного и бурого угля. В случае с переходом на ВУТ эта модернизация будет незначительной и менее затратной. В-четвертых, сроки строительства. По предварительной информации, газопровод может быть введен в эксплуатацию не ранее 2026 года. И еще один немаловажный аргумент не в пользу газопровода — это рост безработицы в регионе в связи с закрытием шахт. Без работы могут остаться тысячи шахтеров.

Высокое значение КПД

— Есть ли в Сибирском или Дальневосточном федеральном округах примеры работы тепловых станций с применением технологии ВУТ?

— На Кемеровском предприятии сырьевого комплекса УГМК АО «УК «Кузбассразрезуголь» в 2019 году совместно с учеными Кузбасского государственного технического университета имени Т.Ф. Горбачева был проведен эксперимент по производству тепловой и электрической энергии из отходов углеобогащения. В качестве исходного сырья были использованы обладающие стабильными характеристиками качества отходы одной из обогатительных фабрик компании. Из них по специальной технологии было изготовлено водоугольное топливо, на котором работает экспериментальная установка, сконструированная группой ученых во главе с доктором технических наук, профессором Василием Мурко.

В процессе эксперимента при сжигании водоугольного топлива достигнута температура воды 110 градусов Цельсия на выходе из котла. Концентрация вредных веществ в составе дымовых газов более чем в два раза ниже, чем при сжигании угля. Кроме того, зафиксировано более высокое значение КПД котла в сравнении с угольными котлами малой мощности за счет отсутствия механического и химического недожога топлива.

Более подробно с данным экспериментом можно ознакомиться в статье по ссылке http://www.energyland.info/analitic-show-191771.

Вообще отмечу, что, начиная с 1989 года, в СССР эксплуатировался углепровод Белово-Новосибирск. В рамках проекта были построены производство ВУТ в Белово и углепровод протяжённостью 262 км. для его транспортировки. Сжигание ВУТ производилось на Новосибирской ТЭЦ-5. В общей сложности было сожжено свыше 300 тысяч тонн ВУТ. Проект существовал с 1989 по 1993 год. В связи с экономической ситуацией в стране и низкой ценой на газ проект дальнейшее развитие не получил.

В рамках проекта было отработано множество задач и получен значительный практический опыт по применению ВУТ. Одновременно пришлось столкнуться и с рядом технических трудностей, которые впоследствии были успешно решены. Например, на начальном этапе первые образцы форсунок функционировали не более 40-50 часов. Однако позже были приняты меры по изменению геометрии форсунок и отработке необходимых материалов, в результате чего удалось достичь износа форсунок до 1000-1500 часов.

Также пришлось столкнуться с проблемами функционирования трубопровода. Было выявлено, что без специальных мер трубопровод не способен функционировать через 20-30 суток простоя. Кроме того, в числе основных поводов прекращения эксплуатации трубопровода стало его замерзание на одном из участков.

— Чем эта технология отличается от других в плане экологичности, коэффициента полезного действия и по другим показателям?

— Водоугольное топливо является нетрадиционным источником энергии и представляет собой мелкодисперсную смесь (суспензию) измельчённого угля (60-70 %), воды (29-39 %) и стабилизирующей добавки — пластификатора (1 %).

Приготовление ВУТ состоит из трёх основных этапов:

— предварительное дробление до фракции 10-12 мм;

— мокрый помол до фракции <100-150 мкм;

— гомогенизация.

По физическим свойствам водоугольное топливо близко к мазуту, используемому в котельных. Физико-химические свойства ВУТ позволяют достичь эффективности сжигания топлива не ниже 98 %. По сравнению с традиционными источниками получения энергии, такими как мазут и газ, ВУТ действительно выглядит экономически и энергетически эффективным. К тому же, если сравнивать водоугольную смесь с твердым углем, то с точки зрения экологии ВУТ выглядит более привлекательным, т.к. позволяет снизить выбросы твёрдых частиц летучей золы и недогоревшего топлива в атмосферу на 70 %; выбросы оксидов серы — на 27 %; выбросы монооксида углерода — на 4,8 %; выбросы оксидов азота (в пересчёте NO2) — на 17 %. К тому же ВУТ характеризуется высокой степенью выгорания (до 99%) по сравнению с углем. С учетом строительства трубопроводов и исключения ЖД-перевозок из логистической цепочки, и возможностью использования более дешевого бурого угля в качестве основного составляющего, ВУТ делает технологию применения водоугольного топлива экономически эффективной.

Готовы к диалогу

— Может ли ваша компания уже сегодня выйти с каким-либо предложением к правительству Забайкальского края. Если да, что для этого необходимо сделать?

— ООО «Завод Эмалированных труб» обладает уникальной технологией нанесения силикатно-эмалевого покрытия на трубы и детали методом горизонтального шликерного нанесения. Мы работаем с ведущими трубными компаниями РФ и готовы предоставить расчет стоимости стальных труб с внутренним силикатно-эмалевым покрытием, который поможет сформировать понимание затрат на прокладку трубопроводов с ВУТ и покажет экономическую эффективность данного проекта.

— Возражения оппонентов возведения трубопроводов для транспортировки водоугольного топлива (ВУТ) (угольной суспензии) заключается в появлении закупорки трубопровода сгустками ВУТ, и в том числе от времени года. Существует ли такая проблема для вас?

— Проблема закупорки трубопровода сгустками ВУТ не исключена при использовании для перекачки угольной суспензии по стальным трубопроводам, в которых внутренняя поверхность труб незащищена покрытием. Силикатно-эмалевые покрытия износоустойчивы, на стенках труб не откладываются продукты перекачки и, следовательно, не снижается производительность трубопроводов, т.к. гладкая, твердая поверхность эмалированных труб не позволяет образовываться отложениям и органическим наростам, что способствует неизменности сечения трубопроводов и обеспечивает равномерную подачу транспортируемой жидкости. Эмали подбираются в зависимости от агрессивности транспортируемых средств, наличия в них кислот, щелочей, солей. Толщина покрытия 150-500 мкм обеспечивает защиту труб при температурах от -60°С до +350°С.

При низких температурах даже дизельное топливо на морозе замерзает, ВУТ не исключение. Для предотвращения замерзания угольной смеси можно использовать наружную теплогидроизоляцию – ППУ; системы скин-эффекта для подогрева трубопровода; печи подогрева, которые работают на содержимом трубопровода. Как правило, использование одного из данных решений либо их комбинации обеспечивает надежную защиту жидкости и самих труб от замерзания даже в условиях Крайнего Севера.

К тому же низкая электропроводность эмали обуславливает защиту металла от «блуждающих токов», поэтому трубопроводы из таких труб не требуют анодной и катодной защиты.

Срок службы труб с силикатно-эмалевым покрытием может достигать более 50 лет. Гидравлическое сопротивление и потери давления по сравнению с трубами без покрытия уменьшаются в 1,5 раза. Это позволяет уменьшить диаметр трубопроводов и уменьшить металлоемкость в 1,2 раза, снизить мощность насосных станций.

— А как будет решаться проблема расслаиваемости ВУТ в зависимости от турбулентного или ламинарного течения?

— При турбулентном потоке угольной суспензии вполне возможна расслаиваемость ВУТ. Это связано с изначальной шероховатостью поверхности стальной трубы, которая под действием потока жидкости и перепада  температур способствует налипанию и последующему сцеплению между собой частичек угля. В процессе эксплуатации трубопровода происходит уменьшение внутреннего проходного сечения труб вплоть до создания аварийной ситуации. Решить данную проблему способно силикатно-эмалевое покрытие, которое, благодаря своей гладкой поверхности и химической нейтральности, не позволяет образовываться отложениям и органическим наростам, что способствует неизменности сечения трубопроводов и обеспечивает равномерную подачу транспортируемой жидкости.

— ВУТ — нелинейно-вязкопластичная жидкость. Есть ли здесь проблемы?

— По своей структуре ВУТ аналогично вязкой нефти, насыщенной асфальтосмолопарафиновыми отложениями (АСПО), ее также называют НеНьютоновская жидкость, то есть не течёт без внешнего усилия. Многолетний опыт применения труб с силикатно-эмалевым покрытием (СЭП) показал его высокую эффективность при работе с высоковязкими средами. Покрытие обеспечивает защиту внутренней поверхности стальных трубопроводов от коррозии, устойчивость к механическому воздействию, гидроабразивному износу и высокому содержанию газа в перекачиваемой жидкости. Их использование помогает предотвратить отложение солей и образование асфальтосмолопарафиновых отложений. Эти свойства СЭП достигаются благодаря специальной технологии горизонтального нанесения покрытия с помощью автоматического центробежного устройства, входному контролю всех сырьевых компонентов, используемых при производстве эмали, а также соблюдению требований к поверхности труб и позволяют использовать СЭП в осложненных условиях эксплуатации, где применение лакокрасочных материалов невозможно.

— Какие будут в Забайкалье затраты на приготовление ВУТ (угольной суспензии)?

— Нам сложно оценить затраты на приготовление угольной суспензии, но очевидно, что экономический эффект от выработки ВУТ на обогатительных фабриках и дальнейшая его транспортировка по трубопроводам будет выше по сравнению с использованием каменного или бурого угля в твердом виде, к тому же нанесет меньший ущерб экологии.

Решать комплексно

— А как вы оцениваете качество забайкальских углей через призму их использования в технологии ВУТ,  и какая глубина помола угольной смеси?

— Для забайкальской экономики уголь является стержнем, на котором держится вся электроэнергия, тепло и жилищно-коммунальное хозяйство, т.е. является основным полезным ископаемым по балансовым запасам, вовлеченным в хозяйственный оборот. Особенностью бурого угля Забайкалья (в частности, тарбагатайских углей) является отсутствие в их составе свободных гуминовых кислот (щелочной экстракт) или их очень низкие содержания, в том числе в зоне окисления, что более характерно для каменных углей и совсем не свойственно бурым углям, тем самым обеспечивая больший КПД при сжигании. Также бурые угли Забайкальского края характеризуются повышенными и высокими содержаниями германия. Германий — важнейший редкий металл, широко используемый в космических исследованиях, военной технике, радиотехнической, электротехнической промышленностях и т.д. В связи с этим у технологии ВУТ имеется большой потенциал, т.к. непосредственно на обогатительных фабриках будет возможность получать полезные металлы и перерабатывать уголь, получая из него жидкое топливо, которое в дальнейшем поступит на ТЭС по трубопроводам.

Мы готовы провести испытания, как лабораторные, так и промышленные, силикатно-эмалевого покрытия на предмет стойкости покрытия к ВУТ, изготовленной из забайкальских углей.

Чтобы получить смесь, уголь сначала дробят на крошки размером 10–12 мм, потом перемалывают мокрым способом до фракции менее 150 мкм. Сама по себе угольная смесь напоминает мазут, но только с содержанием абразивных частиц в виде молотого угля.

— Взаимодействует ли ваша компания с учеными России, занимающимися технологией ВУТ и его транспортировкой по трубопроводам?

— Начиная с 2019 года мы активно изучаем применение ВУТ в энергетической отрасли РФ. Среди ученых, занимающихся данным направлением, с которыми мы уже контактируем или только планируем начать работу, помимо Владимира Салиховича Салихова можно выделить профессора Василия Ивановича Мурко (Кузбасс), доктора технических наук Сергея Романовича Исламова (Красноярск).

— Ваша оценка перспектив применения технологии ВУТ в Забайкалье.

— Мы абсолютно согласны с профессором Салиховым в том, что вопросы развития энергетики, экономические и экологические проблемы нужно решать комплексно. Это сжиженный и компримированный газ, газификация угля и его глубокая переработка (теперь уже и обработка угля электронным пучком), солнечная и ветровая энергетика, древесные пеллеты, энергия малых рек и земных недр. Искать панацею от всех проблем только в газификации региона — занятие бесперспективное. В то же время рациональное использование угля, его глубокая переработка существенно улучшит экологическую и экономическую обстановку края и, соответственно,  приведет к повышению качества жизни забайкальцев. Мы, со своей стороны, готовы предложить правительству Забайкальского края наработки в данной сфере, поделиться накопленным опытом.

— Спасибо за интервью.

Подготовил Анатолий КВАСОВ.