Пятый элемент

Как известно, для российской экономики уголь — пятый элемент. Пятый базовый экспортный продукт после нефти и нефтепродуктов, газа и чёрной металлургии. Как сказал в докладе на XVIII Международном конгрессе по обогащению угля министр энергетики страны Александр Новак, через полтора десятилетия объёмы обогащения угля удвоятся.

Обогатить и обогатиться

Обогащение — это отделение полезного ископаемого от пустой породы, ведь добывают угольщики тонны, а продают на рынке калории. Александр Новак назвал развитие переработки угля одной из актуальных задач российской энергетики. Во-первых, потому что, начиная с 2014 года в мире снижается потребление угля и сокращается его добыча в Китае, США, Евросоюзе. Во-вторых, ужесточаются экологические требования, что влечёт за собой развитие альтернативных источников энергии.

Наращивание мощностей по обогащению угля стало главным трендом отечественной угольной промышленности потому что такой продукт конкурентен на мировом рынке и продать его можно вдвое дороже. При росте добычи с начала века в полтора раза, объёмы обогащения выросли вдвое: с 85 млн до 181 млн тонн, а к 2030 году удвоятся ещё раз — до 345 млн тонн.

Пять лет тому назад обогащалась лишь четверть энергетических углей, сегодня – практически весь кокс для металлургов и сорок из ста тонн энергетического угля, а в будущем эта цифра вырастет до 85%. В Кузбассе на сегодня уже обогащается три четверти добываемого угля.

Последние 15 лет в стране вводилось по полторы обогатительных фабрики в год, а если сюда прибавить реконструкцию уже действующих, получится вдвое больше мощностей. Причём все фабрики оснащаются высокопроизводительным оборудованием, правда, преимущественно зарубежного производства: США, Германии, Австралии. Чтобы стимулировать отечественных машиностроителей, правительство обещает финансировать научные разработки в сфере создания инновационного углеобогатительного оборудования.

Начни с нуля

Угли не хуже партий делятся на фракции. Самый крупные куски (больше 100 мм) в два спичечных коробка называют плитой. Семечки (6-13 мм) — размером с семечки и есть. Официальное название самой мелкой фракции, от 0 до 6 мм, это штыб, что в переводе, да и по сути, значит «пыль». От этих размеров в том числе зависит и технология обогащения.

Раньше самой мелкой фракцией угля горняки как-то пренебрегали: штыб, он штыба и есть. Но уголь – минерал ломкий, а использование механизации и тяжёлой техники при его добыче в шахтах и на разрезах увеличивает долю угольной «мелочи». На большинстве угледобывающих предприятий содержание в горной массе угля класса 0-3 мм достигает трети всего объёма, поэтому вводимые в последние годы обогатительные фабрики нацелены на глубокую переработку угля, начиная от фракции 0 мм.

Обогащение штыбы позволяет из бросового материала производить кондиционный продукт с допустимой регламентной зольностью и влажностью. Например, брикеты или водоугольное топливо.

Обогащение крупных классов (от 3 мм) отработано в тяжелосредних сепараторах и отсадочных машинах, а вот выделить фракцию менее 3 мм, особенно от 0 до 1 мм — задача дорогостоящая и технически непростая.

К самым эффективным можно отнести технологию флотации, однако она одновременно и самая дорогая: по сравнению с отсадочными машинами дороже в пять–шесть раз, а это значит, что и товарная продукция на выходе влетает в копеечку.

Недорогой и достаточно простой способ «развода» породы и полезного продукта в струйных желобах для угля не подходит. Он эффективен там, где ощутимая разница плотности породы и продукта. Например, для золота, у которого эта разница в сравнении с песком семикратная.

Винтовые сепараторы уголь фракции 0-3 мм обогащают, но широко применения на фабриках не получили из-за малой технологической эффективности и производительности. Диапазон плотности разделения у них ограничен параметрами 1550–2000 кг/м3 и возникают проблемы при обогащении угля крупностью менее 0,15 мм.

Для гидросайзеров или противоточных сепараторов плотность разделения менее 1500 кг/м3 не проблема. Они эффективно работают на фракциях 0,08–3 мм, чем и заслужили  широкое распространение на обогатительных фабриках по всему миру. К их достоинствам можно отнести простоту устройства, автоматическое регулирование плотности разделения и достаточно высокую удельную производительность. Но это оборудование стоит недёшево и требует сложной предварительной подготовки угля, что повышает себестоимость концентрата. Из недостатков стоит отметить и потребность в чистой оборотной воде.

Жидкий уголь

Обогащение является на сегодняшний день самой распространённой технологией глубокой переработки угля в промышленных масштабах, однако она не единственная. К примеру, во времена СССР из угольной «мелочи» делали брикеты. Сейчас промышленного производства брикетов нет, потому что проще и дешевле стало обогащать энергетический уголь, и пока Россия эти угли экспортирует, обогащение будет экономически оправдано, а потому продолжит развиваться.

Но на внутреннем рынке потребность в обогащённом угле невысокая, а его использование требует модернизации электростанций, причём инвестиции при такой модернизации оцениваются в сотни миллионов рублей. Поэтому следующий шаг, записанный и в стратегии развития энергетики страны — развитие перспективных технологий, в частности, углехимии. Но пока что из-за большой науко- и капиталоёмкости эта отрасль у нас в стране находится в зачаточном состоянии.

какими темпами будет развиваться углехимия, покажет время, а вот «жидкий уголь» или так называемое водоугольное топливо (ВУТ), производимое на основе угля мелких фракций, имеет долгую и до сих пор не законченную историю. Она так и не получила широкого распространения.Что такое ВУТ? его готовят из угольной «пыли». В готовый порошок добавляют воду и специальный реагент, чтобы взвесь сохранить в состоянии эмульсии и не дать расслоиться на фракции.

Своё начало работы над ВУТ берут в 1970-х годах. В начале века XXI испытания опытно-промышленных образцов котлов на ВУТ проводились на гидрошахтах кузбасса. задумка была такая: гидротехнология добычи угля весьма энергоёмкая, и электроэнергия в себестоимости тонны угля занимает порядка 30%, поэтому «своя» ТЭЦ, да ещё на дешёвом топливе позволит снизить себестоимость добычи.

Готовое топливо под давлением, как из пульверизатора, распыляется в топке, где, собственно и сгорает. КПД работы котла при этом увеличивается вдвое по сравнению с использованием угля, стоимость одной гекакалории снижается в 2,5 раза. При этом ВУТ является экологически чистым, пожаро- и взрывобезопасным. Вредные выбросы в атмосферу уменьшаются в 1,5-2 раза.

На «жидкий уголь» могут переходить ТЭЦ на мазуте, который вдвое дороже ВУТ, такое топливо можно транспортировать, как нефть, в цистернах и по трубопроводам, а при длительном хранении он не теряет своих качеств.

За рубежом водоугольное топливо широко применяют в Китае, Японии, Италии. У нас этот эксперимент, к сожалению, так и не перешёл на промышленную стадию.

Текст: Елена Баева