Магістральний трубопровідний транспорт вугілля

Сучасні магістральні гідротранспортні системи (МГТС) можуть використовуватися для транспортування вугілля як палива або сировини для коксування. Основні термінальні операції початкових ланок МГТС — подрібнення, приготування пульпи, акумуляція гідросуміші; кінцевих — прийом і розподіл пульпи, її зберігання, зневоднення.

Специфічна особливість МГТС — технологічний і економічний взаємозв'язок виконуваних операцій і узгодження її технологій передуючих і подальших комплексів переробки матеріалу. Тому вуглезбагачувальну фабрику на головному терміналі слід розглядати як початкову ланку підготовки матеріалу до гідротранспорту, а зневоднення на приймальній станції — як частину технології по підготовці вугілля до спалювання (коксування, зрідження тощо).

Переваги

безперервність і рівномірність вантажопотоку;
підвищена надійність;
можливість повної автоматизації;
незалежність від погодних умов;
економічна перевага над залізничним транспортом, особливо, коли шахти знаходяться у віддалених районах;
має суттєво менші транспортні втрати та техногенне навантаження на довкілля;
створює менше шуму;
малі терміни будівництва.

Зміна форми вугільних зерен марки Ж при транспортуванні на відстань 450 км. (За даними проф. В. С. Білецького)

Недоліки

висока енергоємність гідротранспортних установок;
подрібнення вугілля під час транспортування у трубопроводі;
розмокання глин при гідротранспортуванні;
труднощі зі зневодненням вугілля;
зміна форми вугільних зерен при гідротранспортуванні.

Способи гідравлічного транспортування вугілля

Існує декілька способів гідравлічного транспортування вугілля:

пульпопроводами з подальшим зневодненням

Пульпопроводами транспортують гідросуміш води і вугілля, подрібненого до крупності 0–1 (3–6) мм. Масова концентрація гідросуміші — 50 % (співвідношення рідини і твердого становить 1 : 1). Зневодненню після транспортування у пульпопроводі, як правило, підлягає вугілля для коксування.

пакетне транспортування

Дослідники університету Міссурі запропонували принципово інший тип вуглепровода: для кускового транспортування використовується вугілля, спресоване в брикети діаметром на 5-10 % менше ніж діаметр трубопровода і довжиною близько двох діаметрів труби. Співвідношення вугілля і води за масою становить 3 (4) : 1. Такі трубопроводи потребують на 70 % менше води і мають кращі теоретичні економічні показники, ніж класичні шламові трубопроводи, але технологія ще не впроваджена на практиці, побудована пілотна установка.

транспортування висококонцентрованого водовугільного палива

Висококонцентровані водовугільні суспензії (ВВВС), що спалюються безпосередньо у топках котлоагрегатів, також можуть транспортуватися МГТС — технологія «Densecoal». Водовугільна суспензія — суміш, що містить 60-70 % (у деяких видах ВВВС вміст вугілля досягає 80 %) подрібненого до — 100—250 мкм енергетичного вугілля, 29-39 % води, і 0,5-1,5 % хімічних добавок — пластифікаторів, які зберігають гомогенність суспензії і не дозволяють їй розшаровуватися.

Елементи пульпопровода

Основними елементами гідротранспортної системи є:

головний термінал — початок системи, де продукт дробиться, подрібнюється, готується гідросуміш і впускається в лінію. Тут розміщуються складські споруди та головна насосна станція;
трубопровідна магістраль з насосними станціями, які розміщуються уздовж лінії, щоб переміщати продукт через трубопровід. Розташування цих станцій визначає топографія місцевості, тип гідросуміші, умови мережі, які в цілому визначають втрати напору при гідротранспортуванні;
апаратура блокування — перша лінія захисту для трубопроводів. Запірними клапанами оператор може ізолювати будь-який сегмент лінії для роботи обслуговування або ізолювати прорив чи витік. Блокувальні клапани зазвичай розміщені через кожні 30-50 км, залежно від виду трубопровода. Це не обов'язковий елемент, але звичайна практика для пульпопроводів. Розташування цих станцій залежить виключно від природи продукту, що передається, траєкторії трубопровода та оперативних умов лінії;
приймальний термінал — комплекс для зневоднення і подальшого використання продукту.

Історія впровадження та використання

Див. також: Магістральний трубопровідний транспорт енергетичного вугілля, Магістральний трубопровідний транспорт коксівного вугілля.

Перший вуглепровід діаметром 200 мм був побудований в 1914 р. в Англії. Найвідомішим у світі був магістральний вуглепровід шахти Блек-Меса (Аризона, США), довжиною 439 км і продуктивністю 5,8 млн т на рік. У 1964 р. енергетична компанія Peabody Energy підписала контракт з племенами навахо і тапі про використання їх водних ресурсів для створення гідросуміші і її подальшого транспортування на завод в Мохейві, потужністю 790 МВт. Процес потребував великої кількості води, що викликало екологічну кризу на цих територіях. Під натиском соціальних та етнічно-релігійних рухів вуглепровід попри технологічну придатність та економічну ефективність був законсервований 31 грудня 2005 року.

Основні показники вугільних магістральних гідротранспортних трубопроводів
Місце знаходження	Країна	Довжина, км	Діаметр, мм	Продуктивність, млн т/рік	Кількість насосних станцій	Роки використання
Блек-Меса, Аризона	США	439	457; 366	5,8	4	1970—2006 рр.
Кадіс—Іст Лейк, Огайо	США	174	254	1,3	4	1957—1963 рр.
Мерлебак, Лоррейн	Франція	9	381	1,5	—	В експлуатації з 1952 р.
Бєлово – Новосибірськ	Росія	252	500	3,0	3	1990—1994 рр.
Порто-Торрес	Італія	4	406/304	3,5—4,1	—	В експлуатації

Невирішеність проблеми деградації технологічних властивостей вугілля під час далекого гідротранспорту і частково дефіцит водних ресурсів привів до того, що більшість вугільних МГТС було заморожено або їх будівництво не розпочалося; до таких проектів трубопроводів належать:

Вайомінг — Техас, протяжністю 1400 миль;
Колорадо — Техас, 1300 миль;
Іллінойс — Флорида, 1500 миль;
Кузбас-Урал-Центр, близько 2500 км.

Реалізація цих проектів відкладена на невизначений термін. Попри це, інтерес до проектів МГТС залишається великим.

Всі реалізовані і майже всі запроектовані магістральні гідротранспортні системи були призначені для енергетичного вугілля.

Передача коксівного вугілля не передбачалася внаслідок часткової втрати ним коксівних властивостей при гідравлічному транспортуванні. В Україні в 1990-х роках була розроблена і випробувана технологія дального гідротранспорту частково агломерованого (масляна агломерація) вугілля, що дозволяє усунути негативний вплив факторів гідравлічного транспортування на його коксівні властивості (основні розробники — Донецький національний технічний університет, НВО Хаймек — розробки В. С. Білецького).

Гідротранспорт спеціально підготовленого вугілля

Гідравлічний трубопровідний транспорт вуглемасляного агломерату

Механізм процесів гідротранспортування агломерату і вугілля відрізняється, але суттєвих відмінностей не спостерігається, що свідчить про технологічну прийнятність процесу гідравлічного транспортування вуглемасляного агломерату.

Див. Гідравлічний трубопровідний транспорт вуглемасляного агломерату

Гідравлічний трубопровідний транспорт висококонцентрованої водовугільної суспензії (ВВВС)

Висококонцентровані водовугільні суспензії (ВВВС), що спалюються безпосередньо у топках котлоагрегатів, також можуть транспортуватися МГТС — технологія «Densecoal». Це ефективна екологічно чиста альтернатива природному газу і нафті. У порівнянні з сухим меленим (пилоподібним) вугіллям, ВВВС, використовувана для теплоенергетичних цілей, допомагає скорочувати викиди оксидів, азоту, сірки і чадного газу на 20-35 %, і гарантує 99 % згорання органічної маси, покращуючи екологічну ситуацію.

Інтенсивні наукові дослідження по створенню водовугільного палива і його транспортування в МГТС почалися у 80-і рр. ХХ ст. в Японії, США, Італії, ФРН, Китаї, а з 1985 р. — у СРСР. Вітчизняні науково-організації у співробітництві з фірмою «Снампрожетті» (Італія) розробили, збудували і запустили в експлуатацію в 1990 р. дослідно-магістральний вуглепровід Бєлово-Новосибірськ (Росія) довжиною 262 км з продуктивністю 3 млн т вугілля за рік на суху масу. В середині 1990-х років фінансування проекту було припинено і вуглепровід розпродали по частинах у приватну власність.

За кордоном технології-аналоги інтенсивно розробляються і впроваджуються. Так корпорація в галузі енергетики та охорони довкілля (EERC) (шт. Огайо, США) розробила технологію «Cofiring» спільного спалювання висококонцентрованого водовугільного палива (ВВП) з традиційними паливами. Фірма «Снампрожетті», Італія — комплекс Порто Торрес з повним циклом збагачення, гідротранспортування та спалювання водовугільного палива з колумбійського вугілля продуктивністю 3,5-4,1 млн т/рік.

Література

Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
Дуд Т. Дж. Обзор гидротрубопроводных систем, построенных в мире за последнее время — 20-я Международная техническая конференция по утилизации угля и топливным системам, Клиэрустэр, шт. Флорида, США, 20-23 марта 1995 г.
Смолдырев А. Е. Гидро- и пневмотранспорт в металлургии (техника и технология, инженерные расчеты) — М., «Металлургия», 1985. — 280 c.
Світлий Ю. Г., Білецький В. С.. Гідравлічний транспорт (монографія). — Донецьк: Східний видавничий дім, Донецьке відділення НТШ, «Редакція гірничої енциклопедії», 2009. — 436 с. ISBN 978-966-317-038-1
Круть, Олександр Анатолійович. Водовугільне паливо: Монографія. К.: Наук. думка, 2002. 169 с.
Світлий Ю. Г., Круть О. А. Гідравлічний транспорт твердих матеріалів. Донецьк: Східний видавничий дім, 2010. — 268 с.
Гидротранспорт угля с масляной грануляцией // Пром. транспорт. — М., 1984. — № 6. — С. 17.
Использование масляной грануляции при подготовке угля к транспортированию по магистральным гидротранспортным системам / Т. В. Карлина, А. Т. Елишевич, В. С. Белецкий // Исследование технологии и оборудования терминальных комплексов магистрального гидротранспорта: сб. науч. тр. / Всесоюз. науч.-исслед. и проект.-изыскат. ин-т трубопровод. гидротанспорта (ВНИИПИгидротрубопровод).– М.: ЦНТИ и П. — 1985. — С.45–49.
Гидротранспорт коксующегося угля / А. Т. Елишевич, В. С. Белецкий, Ю. Г. Свитлый, Т. В. Карлина // Пром. транспорт. — 1986. — № 6. — С.11 .
Изменения технологических свойств коксующегося угля Кузбасса при дальнем гидравлическом транспортировании / А. Т. Елишевич, В. С. Белецкий, А. Ф. Гребенюк, Г. П. Маценко, И. Г. Дедовец, Ю. Н. Потапенко // Химия твердого топлива. — 1989. — № 4. — С. 54–59 .