Углепровод в России: когда уголь потечёт по трубам

Мало кто не слышал о нефте- и газопроводах. Однако не все знают, что по трубам можно транспортировать и уголь. Углепроводы есть в США и Китае, а когда-то были и в России. Но со временем российские предприятия отказались от такого способа транспортировки. Почему углепроводы не прижились в нашей стране? Есть ли у технологии перспективы в современных реалиях?

Что это за зверь — водоугольное топливо?

В первую очередь нужно пояснить, что по трубам транспортируют не сам уголь, а специальную суспензию, которую ещё называют водоугольным топливом (ВУТ). Для этого уголь с зольностью 12-18% при мокром помоле измельчается в частицы примерно в 200 микрон, после чего добавляется реагент — стабилизирующая добавка (пластификатор).

Это необходимо для того, чтобы не допустить выпадения твёрдых частиц. Наконец, частицы угля смешивают с водой для получения суспензии, пишет в статье «Проблемы внедрения водоугольного топлива в России» коллектив авторов во главе с академиком РАН Климентием Трубецким.

Как мы видим, перед тем как отправить уголь по трубопроводу, необходимо совершить немало манипуляций. Стоит ли овчинка выделки? Сторонники развития этого вида транспорта приводят по этому поводу сразу несколько аргументов.

Во-первых, трубопроводный транспорт экономичнее по сравнению с железнодорожными перевозками. Конечно, нельзя забывать о больших капитальных затратах на строительство углепроводов.

Но в то же время углепромышленники обоснованно жалуются на недостаточную пропускную способность Восточного полигона РЖД. Не стоит забывать и о месторождениях в новых регионах добычи, например о проекте компании «Эльгауголь» в Якутии. Здесь затраты на создание транспортной инфраструктуры понадобятся в любом случае.

К тому же в случае с трубопроводами мы получаем непрерывный поток, что позволяет гарантировать равномерность поставок. Немаловажно и то, что для поддержания углепроводов требуется намного меньше обслуживающего персонала по сравнению с железнодорожными перевозками при одинаковой пропускной способности. Наконец, при таком способе транспортировки не происходит потерь продукта.

Впрочем, на этом преимущества водоугольного топлива и углепроводов не заканчиваются.

«Применение ВУТ позволяет увеличить эффективность сжигания углей и утилизировать угольные шламы, снизить количество выбросов вредных веществ с продуктами сгорания. ВУТ отличается низкой токсичностью на всех технологических этапах (приготовление, транспортирование, хранение и использование), взрыво- и пожаробезопасностью, высокой полнотой выгорания топлива при полном отсутствии химической неполноты сгорания топлива.

Для производства ВУТ возможно использование углей любых марок и качества, включая угольные шламы, а также промышленных стоков и шахтных вод, что дополнительно снижает нагрузку на окружающую среду. Фактически энергоустановки, работающие на водоугольном топливе, являются естественными очистителями загрязнённой воды.

Вода (которая может быть и сточной), составляющая около 30% ВУТ, пройдя через цикл испарения и конденсации в атмосфере и естественные почвенные фильтры, возвращается в биосферу в виде абсолютно чистой жидкости», — пишет в статье «Перспективы внедрения углепроводного транспорта в России» сотрудник Института географии СО РАН Егор Шерин.

Российский опыт: углепровод «Белово — Новосибирск»

Неудивительно, что к этой технологии проявили интерес и в нашей стране. Крупнейшим таким проектом стал углепровод «Белово — Новосибирск». Его проектирование началось в 1979 году, после визита делегации в СССР в штат Невада, США, где имелась развитая сеть углепроводов.

На сегодняшний день их общая протяжённость превышает 400 км. В 1988 году новосибирский объект был готов, причём на нём работали не только советские строители, но и итальянская фирма Snamprogetti. Труба тянулась из г. Белово в Кемеровской области до ТЭЦ-5 в Новосибирске, её общая протяжённость составила 262 км. Максимальная пропускная способность объекта составляла 3 млн тон угля в год, или 360 кубометров в час, писал «Коммерсантъ» летом 1994 года.

«Всего за 1989-997 годы на оборудовании и сооружениях углепровода было приготовлено, транспортировано и сожжено на теплоэлектростанции около 400 тыс. тонн водоугольного топлива с долей твердых частиц 53,7% при зольности исходного угля 16,5%», — пишет Климентий Трубецкой.

Не нужно быть профессором математики, чтобы понять, что на максимальную мощность углепровод так и не вышел. Связано это было с рядом технических проблем. Ключевая из них — промерзание водо-угольной смеси в зимние месяцы.

«Зимы у нас больно холодные, это аварийно-опасная технология. Трубопровод встал — и всё. То есть с точки зрения обеспечения надёжности энергоснабжения это не метод, особенно в Сибири», — отметил в своём выступлении на круглом столе «Перспективные направления добычи и переработки топливно-энергетических ресурсов» в рамках Сибирского энергетического форума (СЭФ) начальник управления инновационных технологий переработки угля — заместитель технического директора «СУЭК-Красноярск» Сергей Степанов.

Впрочем, промерзание не является нерешаемой проблемой.

«Защитить водоугольное топливо в углепроводе от промерзания в зимнее время возможно различными способами, как то покрытием стенки углепровода теплоизоляционным слоем в 50 мм либо добавкой предельных спиртов в ВУТ (добавление 15% С2Н5ОН понижает температуру его замерзания до — 15 °С)», — пишет по этому поводу Егор Шерин.

К тому же эти проблемы во многом были обусловлены недочётами, допущенными на стадии строительства. Дело в том, что на отдельных скалистых участках трассы верхняя часть углепровода располагалась выше нулевой изотермы, что и приводило к промерзанию, считает Егор Шерин.
Однако в постперестроечной России никто так и не взялся доводить объект «до ума». Углепровод признали неэффективным, закрыли и вскоре разобрали на металлолом.

Водоугольное топливо: за и против

Эксперимент нельзя назвать полностью неудачным, была доказана принципиальная возможность транспортировки угля по трубопроводам. Однако в реальности закрытие углепровода «Белово — Новосибирск» фактически поставило крест на дальнейших перспективах этой технологии. Тогда почему за рубежом она до сих пор пользуется популярностью?

Как отметил в своём выступлении на СЭФе профессор кафедры «Топливообеспечение и горюче-смазочные материалы» СФУ Альберт Фельдман, только в США действуют около 30 тысяч углепроводов. Может, пришло время и в России вернуться к хорошо забытому старому? Попробуем взвесить все за и против.

Помимо экологичности, специалисты отмечают и высокий КПД сгорания ВУТ.

«Увеличивается степень выгорания горючей массы до 95–99%, что намного превышает этот показатель при сжигании рядового угля в слоевой топке. Уменьшаются эксплуатационные затраты на хранение, транспортирование по углепроводам и сжигание по сравнению с углем на 20–30%. КПД котлов возрастает до 80–85%», — отмечает Егор Шерин.

Впрочем, ряд экспертов полагает, что эффективность ВУТ сильно преувеличена.

«Я не верю в высокий КПД, потому что часть тепловой энергии будет тратиться на испарение воды. Здесь нет неоспоримых преимуществ, есть и другие технологии, которые не уступают ВУТ по сумме положительных качеств», — считает Сергей Степанов.

Однако здесь надо сделать ремарку: представителя СУЭК нельзя назвать полностью беспристрастным в этом вопросе. Под «другими технологиями» г-н Степанов, скорее всего, имел в виду частичную газификацию угля, о преимуществах которой не раз говорил с высокой трибуны, в том числе и на СЭФ. Подробнее о преимуществах и ограничениях этого способа переработки угля читайте в первом номере журнала «Добывающая промышленность» за 2023 год.

В свою очередь, коллектив авторов во главе с Климентием Трубецким делают упор на то, что водоугольное топливо, которое поставлялось по углепроводу «Белово — Новосибирск», не нужно было осушать, оно сразу было готово к сжиганию.

«Воспламенение распылённых капель начинается не с воспламенения летучих паров, а с гетерогенной реакции на их поверхности, в том числе с водой и водяным паром…

В связи с особенностями процесса горения, протекающего в полувосстановительной среде при относительно высоких концентрациях водяного пара, топливо сгорает без выбросов продуктов монооксида углерода, вторичных углеродов, сажи и канцерогенных веществ.

Резко сокращается образование и выбросов твёрдых частиц микронных фракций (до 80-95%), оксидов серы (до 70-85%) и оксидов азота (до 80-90%)», — пишет г-н Трубецкой.

При этом существуют технологии камерного сжигания, сжигания в кипящем слое и с тепловой внешней стабилизацией зоны воспламенения. И всё же сжигание ВУТ без предварительной подготовки возможно не во всех котлах из-за высокого содержания влаги.

Кроме этого, больших затрат требует сам процесс изготовления суспензии. Здесь стоит учитывать расход энергии и износ оборудования при измельчении угля, приводит позицию ведущего научного сотрудника Института горючих ископаемых Генриха Ходокова портал «Новые химические технологии». Таким образом, рассуждать о высокой эффективности ВУТ приходится с определённой осторожностью.

Следующий довод в пользу водоугольного топлива — это то, что для него подходят низкокалорийные угли, а по некоторым оценкам даже шламы.

«В Харбинской Академии наук очень активно занимаются водоугольными суспензиями именно с той точки зрения, что здесь в качестве топлива можно использовать низкокалорийные угли. Более того, при гравитационной обработке здесь можно добиться более высокого КПД за счёт выравнивания всех параметров», — рассказала участникам СЭФ доцент Инженерно-строительного института СФУ Ольга Дубровская.

Это открывает новые возможности, например, для Канско-Ачинского бассейна, отметили участники «круглого стола». Впрочем, сомневающиеся нашлись и здесь. В роли «обвинителя» вновь выступил Сергей Степанов.

«Критическая калорийность топлива, при которой его можно сжигать без «подсветки» в котле, —
2 700 килокалорий. У Канско-Ачинского угля — 3 700. Если смешать его наполовину с водой, то калорийность будет уже ниже 2 000 килокалорий. Традиционно для водоугольных суспензий использовали как раз выосококалорийное топливо.

Эта технология берёт своё начало ещё с 40-50-х гг. ХХ века, когда появилась гидродобыча. Зачем осушать уголь, когда его можно куда-то в виде суспензии транспортировать?» — рассуждает представитель СУЭК.

Ждать ли нам новых углепроводов в России?

И всё же стоит ли нам ожидать строительства новых углепроводов в России? Главная проблема в том, что углю приходится конкурировать с другими видами топлива. А это ещё больше повышает риски при строительстве такой дорогостоящей инфраструктуры, как углепроводы.

«Перспективы прокладки углепровода за пределы Кузбасса с востока и Урала с запада в сегодняшней России не просматриваются в связи с использованием преимущественно газа и мазута на теплоэлектростанциях европейской России и Западного Урала, меньшей потребностью в энергетических углях в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке, наличием богатого невозможными к перевозкам на дальние расстояния энергетическими углями Канско-Ачинского бассейна и крупных гидроэлектростанций Хакасии, Красноярского края, Иркутской и Амурской областей, а также ограничивающего фактора рельефа в районе оз. Байкал», — пишет Егор Шерин.

Несмотря на это, многие в 1990-х и начале 2000-х гг. считали, что время углепроводного транспорта ещё придёт. Этот оптимизм был связан с тем, что угля в недрах намного больше, чем нефти и газа, и хватит его на более длительный срок.

«При условии существенного повышения в России цен на природный газ и нефть вследствие истощения их запасов в будущем всё же появится возможность продолжения углепровода в западном направлении. Так, его логично будет проложить от Екатеринбурга в центральные районы европейский России, в города Московской, Тульской, Рязанской, Тверской, Ярославской и Вологодской областей.

Потребителями здесь будут выступать крупнейшие теплоэлектростанции европейской части России, работающие в настоящее время на угле, и местные промышленные предприятия», — предположил Егор Шерин.

Однако за последние несколько лет ситуация сильно изменилась, и не в лучшую для угля сторону. В рамках набирающей силы климатической повестки это топливо получило своего рода «чёрную метку» за свою неэкологичность. В России позиции угля теснит газ, в Европе и США — ВИЭ. В этих условиях большие инвестиции в строительство углепроводов — это не только финансовый, но и имиджевый риск. И это при том, что ВУТ позволяет снизить количество вредных выбросов в атмосферу по сравнению с обычным углём.

Так что в ближайшие годы ждать появления в России новых углепроводов не стоит. Если их время и придёт, то, пожалуй, через 100 лет, когда в недрах иссякнут запасы нефти и газа. Но тогда, возможно, человечество будет иметь в своём распоряжении более эффективные источники энергии.

Текст: Андрей Халбашкеев