Введение к работе
Актуальность работы. Основа функционирования народнохозяйственного комплекса - топливно-энергетический сектор промышленности, составной часзъю которого является угледобывающая отрасль, при этом доля угля в энергетическом балансе составляет 14 %. В го же время угледобывающая промышленность является одной из энергоемких отраслей народного хозяйства, которое потребляет более 15 млрд. кВт*ч электрической энергии.
Одновременно угледобывающее производство характеризуется значительным негативным влиянием на окружающую природную среду. В 1994 г. нз расчета на оду тонну добываемого угля сброшено в водные объекть; 4.2 м3 сточных вод (в том числе 2.75 м3 загрязненных ); потупило в атмосферу 3.1 кг вредных веществ: образовано 3 м3 твердых отходов, при этом, несмотря на сокращение объемов добычи угля (на 32.2 млн.т в 1994г.), наблюдается рост уровня воздействия предприятий на компоненты природной среды.
Тепловая и пневматическая энергия в угольной промышленной» вырабатывается на объектах малой энергетики - котельными и компрессорными установками, которые сами потребляют большое количество энергии н являются крупными загрязнителями окружающей среды. Фактические выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок значительно превышают установленные нормативы, что резко ухудшает экологическую обстановку в угледобывающих регионах.
В то же время объекты малой энергетики имеют значительные неиспользованные резервы для повышения экологичное и экономии топливно-энергетических ресурсов. Они могут быть объектами возможной утилизации низкопотенциального тепла дымовых газов шахтных котельных, оборотной воды компрессорных установок, шахтной воды, хозбытовых стоков, тепловой энерги.1 исходящей вентиляционной струи, позволяющей повысить экологическую, энергетическую, экономическую эффективность горного производства. Однако утилизация шг.копотенциального тепла зи-
трудиена из - за отсутствия надежного теплоутилизационного оборудования и энергосберегающих технологий.
В условиях становления рыночных отношений и структурной перестройки отраслей топливно-энергетического комплекса России, резкого снижения объемов добычи топлива и децентрализации управления промышленностью необходимы радикальные сдвиги в повышении эффективности вовлечения природных ресурсов в материальную деятельность человека и решении экологических проблем. Однако без обоснования методов и способов экологизации объектов малой энергетики, позволяющих осознанно, последовательно и неуклонно улучшать использование энергетических ресурсов при соблюдении экологических нормативов и роста энергетической эффективности объектов малой энергетики путем разработки и внедрения в них технологий энергосбережения, утилизации тепла и средств защиты окружающей среды, невозможно решение проблемы охраны окружающей среды в угольной промышленности.
В связи с вышеизложенным эхологизация объектов малой энергетики угольной промышленности представляет собой актуальную научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.
Цель работы - обоснование рациональных путей экологизации объектов малой энергетики и разработка технических средств их реализации.
Основная вдея работы заключается в снижении техногенного воздействия объектов малой энергетики угольных шахт на окружающую среду за счет поэтапного увеличения их энергетической эффективности и повышения уровня экологичное путем утилизации низкопотенциального тепла и разработки энергосберегающих и природоохранных технологий.
Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий анализ опыта работы объектов малой энергетики в производственных условиях, теоретическое его обобщение, математическое моделирование закономерностей функционирования объектов малой пері епіки, натурные наблюдения и эксперименты.
- экологизацию объектов малой энергетики угольных шахт, включающих в себя шахтные котельные и компрессорные установки, вырабаты-
ваганте тепловую и пневматическую энергию, следует осуществлять на основе поэтапного использования технологий энергосбережения и утилизации тепла, их последующей локальной оптимизации и применения эффективных способов и средств защиты окружающей среды;
- разработка технологий энергосбережения и утилизации тепла, уста
новление их оптимальных параметров и разработка способов и средств за
щиты окружающей среды должны осуществляться на базе разработанной в
диссертации систематизации источников тепловых выбросов в угольной
промышленности и установленных эколого-технологических закономерно
стей;
- экологическую и энергетическую эффективность различных этапов процесса экологизации объектов малой энергетихи целесообразно оценивать с помощью предложенных в диссертации показателей, отражающих соответственно относительную меру снижения техногенной нагрузки на окружающую среду и относительную меру снижения совокупного потребления этими объектами энергии;
повышение экологичностц, срока службы и экономичное работ объектов малой энергетики угольной промышленности следует осуществлять путем утилизации низкопотенциального тепла и перевода на работ) без смазки ц-.шиндров и сальников поршневых компрессоров, энергетической оптимизации их и внедрением средозащитных мероприятий, обеспечивающих значительную экономию топливно-энергетических ресурсов и снижение вредных выбросов в атмосферу;
разработанные в диссертации эффективные средства очистки пыле-газовых выбросов котельных установок целесообразно использовать для достижения необходимой степени защиты окружающей среды.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и реко-мевдациЗ работы пэдтвергздзютсп:
- использованием представительных объемов статисгической инфор
мации и экспериментальны < дышых для анализа, расчетов и обобщений по
результатам исследований, проведенных на 18 компрессорных станциях и
51 котельной установке угольной отрасли;
удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований объектов малой энергетики в условиях производства;
эффективностью результатов внедрения научных исследовании и разработанных в диссертации технических средств в условиях шахт "Ключевская", "Коспашская" АООТ "Кизелуголь", шахты "Зенковская" АО "Угольная Компания Прокопьевскуголь", шахты им.газеты "Известия" ПО "Донбассантрацит".
Научная вовюна работы заключается в следующем: - разработаны и научно обоснованы методы и способы экологизации объектов малой энергетики угольных шахт, заключающиеся в поэтапном использовании технологий энергосбережения и утилизации тепла, их локальной оптимизации и применении эффективных способов и средств защиты окружающей среды;
предложены показатели экологической и энергетической эффективности поэтапной экологизации объектов малой энергетики, отражающие соответственно относительную меру снижения техногенной нагрузки на окружающую среду и относительную меру снижения совокупного потребления ими энергии;
проведена систематизация источников тепловых выбросов угольной промышленности, отражающая физическое состояние теплоносителя, его объем, температурный потенциал и возможность утилизации, а также позволяющая обосновать параметры технологий рационального использования бросового тепла;
установлена закономерность влияния на паропроизводительность котла его конструктивных параметров, основных физико-химических свойств топлива и загрязненности дымовых газов, позволяющая обосновать рациональные способы и средства необходимой защиты окружающей среды;
установлены закономерности образования отложений на теплопере-дающнх поверхностях холодильников в зависимости от времени и физико-химических свойств охлаждающей воды и их влияние на экономичность ра-
боты компрессорной установки, позволяющие повысить ее энергетическую эффективность;
- разработан метод оптимизации температурного режима шахтных
компрессорных установок, уменьшающий потребление электроэнергии.
Научное значение работы заключается в систематизации и обобщении имеющихся теоретических и практических результатов эколого-энергетического совершенствования объектов малой энергетики и разработай на этой основе методов и способов экологизации.
Практическое идагекаг результатов исследования состоит в разработке комплексной энергосберегающей технологии утилизации низкопотенциальной энергии от источников горного производства, гехиолопш перевода на работу без смазки цилиндров и сальников шахтных поршневых компрессоров, технологии охлаждения с утилизацией тепла сжатого воздуха с помощью воздушно-калориферной установки, энергосберегающей автоматизированной технологии регулирования жесткости воды системы охлаждения компрессоров, технологии оптимизации температурного режима компрессора с минимизацией потребления электроэнергии и разработке эффективных средств и технологий по очистке пылегазбвых выбросов котельных установок.
Реализация работы осуществлена путем внедрения на угольных шахтах России и принятием к использованию в научно-исследовательском институте охраны окружающей среды ВНИИОСуголь следующих методов и способов экологизации объектов малой энергетики угольной промышленности:
природоохранная энергосберегающая технология охлаждения шахтных компрессоров с применением тепловых насосов и утилизации низкопо-гегщиального тепла оборотной воды шахтных компрессоров внедрена на шзхге "Ключевская" ПО "Кизелуголь";
технические средства и технология утилизации низкопогенциалыю-го тепла с применением тепловых насосов внедрены в проекте "Технологический комплекс утилизации тепловчх вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) шахты "Зенковская' \0 "Угольная компания "Ирокопьевскуголь";
технология охлаждения с утилизацией тепла сжатого воздуха с помощью воздушно-калориферной установки внедрена на шахте "Ключевская" ПО "Кизелуголь"; S
методические руководства по переводу шахтных поршневых компрессоров на работу без смазки цилиндров и сальников, утвержденные Пермским округом Госгортехнадзора внедрены на шахтах "Ключевская" и "Коспашская" ПО "Кизелуголь";
способ оптимизации времени очистки промежуточных холодильников шахтных компрессоров внедрен в ПО "Кизелуголь".
" По результатам исследований и внедрения основных разработок по повышению эффективности, экономичности и экологичности работы компрессорных установок, созданию энергосберегающих природоохранных технологий и на основе экономичного эффекта получено пять дипломов на трех Всесоюзных конкурсах на лучшее предложение по экономии электрической и тепловой энергии.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались автором и пдлучіши одобрение на 20 всесоюзных, региональных и международных научно-технических конференциях, совещаниях, семинарах, в дом числе: IV Всесоюзной конференции по компрессоросгроению ( Сумы, 1974), V Всесоюзной конференции по компрео$оростроеншо ( Москва, 1978), ежегодных научно-технических конференциях Пермского политехнического института ( Пермь, 1972-1976), совещаниях главных механиков шахт ордена Трудового Красного Знамени ПО "Кизелуголь" и работников Пермского округа Госгортехнадзора' СССР ( Кизел, 1976), сехцин охраны природы Научно-технического совета Минуглепрома СССР "Комплексное использование отходов горного производства в народном хозяйстве" ( Новокузнецк, 1987), Всесоюзном семинаре "Организация отраслевого контроля за выбросами вредных веществ в атмосферу и водоемы на предприятиях угольной промышленности" (Пермь, 1988), секции охраны природы научно-технического совета Минуглепрома СССР " Разработка и внедрение ПДС, ПДВ и мероприятий по их достижению на предприятиях угольной промышленности" (Караганда, 1988), секции машиностроения, технического обслуживания и ремонта энергомеханического оборудования
и связи совета Мннупгепрома СССР "Организация распространения метода сжигания топлива в низкотемпературном' "кипящем" слое на предприятиях отрасли, новые направления в разработке и создании оборудования систем очистки дымовых раюв котельных установок" ( Донецк, 1989), научно-практической конференции "Позышение технического уровня проектов, строительного производства и эффективности научных разработок" (Кемерово,1989), Всесоюзном совещании "Состояние и проблемы очистки выбросов вредных веществ в атмосферу предприятиями угольной промышленности" (Донецк, 1990), Всесоюзной встрече специалистов Минуглепрома СССР "Ресурсосберегающие технологии, экономия сырья, материалов в угольной промышленности" (Москва, 1990), научно-техническом семинаре "Энергосберегающие системы теплохладоснабження на промышленных и гражданских объектах" (Москва, 1992), отраслевом научно-техническом семинаре "Региональные проблемы экологической безопасности угольной промышленности в современных условиях" ( Пермь, 1993), межотраслевой научно-технической конференции 'Экология горного производства и человек" ( Пермь, 1993), межрегиональном семинаре-выставке по энергосбережению ( Свердловск, 1994), межотраслевой научно-технической конференции "Экологическая безопасность ТЭК: проблемы, пути решения" ( Пермь, 1994), Международной конференции "Научно-технические аспекты управления качеством воздуха. "Воздух-95" (Санкт-Петербург, 1995). В течение 1985-1993 гт. отдельные научно-технические разработки, выполненные автором в области создания энергосберегающих технологий, способов и средств снижения вредных выбросов в атмосферу, экспонировались на одной международной выставке, шести отечественных (ВДНХ СССР и ВВЦ), где отмечены одной бронзовой, тремя серебряными медалями, Дипломом почета главгого комитета ВДНХ СССР и медалью лауреата ВВЦ.
Публикация. Основное содержание работы изложено в одной монографии, 4 брошюрах, 46 статьях и тезисах до:л <дов, 11 авторских свидетельствах и патентах.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из более 2S0 наименований. Работа изложена
/ш 212 страницах машинописного текста и включает ~$рисунков и 22 таб-
ЛИЦо]. "
Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры "Экономика природопользования" МГГУ и института ВШ-ЩОСуголь за научные консультации при подготовке диссертации и высказанные замечания при ее обсуждении.