Основано на угле
Главная в Кузбассе промышленность активно внедряет новые технологии ученых всей страны
Рассказ «УК» — о последних актуальных разработках.
Новый эффективный способ утилизации отходов угледобывающей промышленности — угольного шлама — с помощью искусственных газовых гидратов предложили ученые Томского политехнического университета (ТПУ). Смесь шлама с гидратом можно будет использовать в качестве альтернативного топлива для выработки тепловой энергии в отдаленных регионах.
Утилизация угольного шлама, а также сжигание низкосортного угля — одна из актуальных задач энергетики. Однако этот процесс осложнен физико-экологическими особенностями сырья: угольный шлам имеет большую задержку воспламенения, низкую температуру в зоне горения и степень сгорания, а также обладает высоким уровнем антропогенных выбросов.
— Одним из перспективных направлений применения газовых гидратов является их использование в качестве источника тепловой энергии, а также для инициирования горения низкосортных шламов при их утилизации. Это, с одной стороны, помогло бы эффективно утилизировать промышленные отходы, а с другой — использовать топливо с улучшенными экологическими показателями, — говорит Никита Шлегель, автор исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ. Для проверки предложенного способа утилизации отходов ученые придумали модельный котельный агрегат с форсуночным устройством для подачи сырья в камеру сгорания. В нем политехники провели более 50 экспериментов. Результаты показали, что газовый гидрат усиливает воспламенение низкосортного топлива и увеличивает степень его сгорания. При этом выделяющийся с поверхности газового гидрата водяной пар снижает антропогенные выбросы. Эксперименты показали, что при сжигании такого композиционного топлива выбросы оксида серы сокращаются в два раза, монооксида углерода — на 28%, оксида азота — на 43%, а углекислого газа — на 21%.
— Разработанная нами технология композиционного топлива из угольного шлама и газовых гидратов в перспективе может использоваться в удаленных поселениях для обогрева помещений. Для примера мы посчитали расход топлива, необходимый для отопления коттеджного поселка с помощью нашей системы с котельной мощностью в 1 МВт.
Так, расход гидратного газа составит около 18 куб. м в час, а расход угольного шлама — примерно 84 куб. м в час. Для сравнения: для отопления обычным углем потребуется от 115 куб. м угля в час. Наша технология экономически и экологически более выгодная. Для полноценного функционирования такой котельной необходим только мобильный реактор гидратообразования», — отмечает Никита Евгеньевич.
Ученые Красноярского научного центра создали керамические композиты, применяемые в мембранах для очистки воды.
Для этого они использовали золошлаковые отходы — побочный продукт работы угольных электростанций.
Спекание при температуре выше 1000 градусов Цельсия промышленных отходов от сжигания угля (фракция дисперсных микросфер летучей золы) и измельченного перлита (природное сырье вулканического происхождения) позволило специалистам получить пористые кремниевые композиты. Испытание показало, что при фильтрации твердые частицы успешно отделялись, а вода очищалась почти на 100% и становилась прозрачной. Еще одним преимуществом новинки является тот факт, что твердые частицы оседают не внутри мембраны, а на ее поверхности. Это дает возможность повторного использования фильтров после прочистки.
Данная инициатива может быть полезна при создании ресурсосберегающих технологий комплексной переработки крупнотоннажных отходов тепловой энергетики, очистки жидких и газовых сред в различных отраслях промышленности.
Из угольной золы можно сделать глинозем — соответствующую технологию подготовили ученые из Института геохимии и аналитической химии РАН, Уральского федерального университета и университета Тунцзи (Китай).
Поскольку он нужен при производстве алюминия, предложенный подход удешевит получение этого металла, а также позволит утилизировать образующиеся в огромных количествах отходы.
Полученный авторами глинозем соответствует стандартам качества, установленным в России, Китае и Индии, поэтому потенциально может использоваться как на отечественных, так и на зарубежных производствах.
Глиноземом называют оксид алюминия, который находит широкое применение в различных отраслях промышленности, однако в основном используется при получении алюминия. Исследования показывают, что сырьем для его получения могут служить различные промышленные отходы, в том числе золошлаковые (угольная зола) — побочный продукт сгорания угля на теплоэлектростанциях. Ежегодно во всем мире электростанции производят более 1 миллиарда тонн угольной золы, которая складируется на шламополях и может попадать в почвы и водоемы, тем самым загрязняя их. Поэтому использование золошлаков для получения глинозема поможет сохранить окружающую среду вокруг электростанций.
Внедрены в промышленное применение инновационные электронные системы инициирования взрывных работ на угольных разрезах для минимизации экологического и сейсмического влияния.
В сравнении с традиционным методом проведения взрывных работ применение новой технологии позволяет проводить взрывы без шума и пыли. Они не фиксируются сейсмостанциями и оказывают минимальное влияние на окружающую среду, людей и сооружения. Такой эффект достигается за счет программируемого короткозамедленного взрывания буровзрывных скважин, что позволяет кратно снизить магнитуду и пылегазовые выбросы в атмосферу.
Система прошла все необходимые испытания и доработки и сегодня начала применяться в промышленных масштабах. В первую очередь она используется на тех предприятиях, где участки горных работ наиболее приближены к населенным пунктам Кузбасса.
Кстати, убедиться в преимуществах инновационной разработки смогли участники XХIV Международной научно-практической конференции по горному и взрывному делу, которая прошла в Кузбассе. Более 250 специалистов и экспертов горного и взрывного дела, ученые и экологи из России, Киргизии, Казахстана, Монголии и Узбекистана на площадке угольного разреза в Кемерове наблюдали за промышленными взрывами по традиционной и инновационной технологии и смогли наглядно их сравнить.
— Мы увидели экологически чистый взрыв без сейсмики, он был проведен так, что мы не заметили даже пыли, — сказал тогда Николай Вяткин, президент национальной организации инженеров-взрывников, заместитель председателя научного совета РАН по проблемам народно-хозяйственного использования взрывов.
Сотрудниками Магнитогорского ГТУ им. Г.И. Носова была разработана методика, которая полезна при проектировании шахтного подъема для больших глубин.
Инновация пригодится при проектировании шахтного подъема для разработки и проходки недр. Она позволяет более тщательно продумать и организовать безопасную эксплуатацию подъема при добыче полезных ископаемых на больших глубинах и проходке вертикальных стволов строящихся шахт.
Выемочно-погрузочный драглайн разработали в Тувинском госуниверситете. Речь идет о землеройной технике, применяемой при освоении месторождений полезных ископаемых открытым способом, в частности об экскаваторах-драглайнах.
Ученые предложили вариант, который позволяет гарантированно выполнять разгрузку ковша в кузов автосамосвала, в бункер конвейера или дробилки опрокидным ковшом практически в любой точке сектора рабочей площадки.
Кузбасские ученые предложили способ проведения ответвления от подземной выработки в зоне скопления воды, который может быть использован при разработке пологих и слабонаклонных угольных пластов, например для проведения сбоек между спаренными штреками.
Данная методика позволяет уменьшить трудоемкость и улучшить условия проведения ответвления от подземной выработки в зоне скопления воды, предотвратив проникновение воды в проводимое ответвление, что существенно облегчает процесс ответвления выработки.
Газификатор переработки твердого низкосортного углеродсодержащего сырья — изобретение специалистов Санкт-Петербургского горного университета.
Оно основано на переработке сырья путем газификации с получением генераторного газа, содержащего оксид углерода и водород, для последующего использования в качестве силового газа в транспортных и энергетических установках.
Технический результат — повышение конверсии углеродсодержащих компонентов, состоящих из пылевидных и газифицирующих веществ.
Коллектив ученых и инженеров в течение ряда лет ведет работы по созданию принципиально нового вида горнопроходческой техники — геоходов.
Машина является инновацией в техническом плане, а в перспективе сможет легко преодолевать расстояния, значительно превышающие мировой рекорд.
Преимущество данной техники в том, что она функционирует по необычному принципу: одновременно разрушается коридор, при этом корпус продвигается вперед. Это отличие позволяет вывести скорость и качество подземных работ на совершенно новый уровень, значительно экономя время.
Аппарат ориентирован на создание нескольких разновидностей каналов. Он вворачивается в породу, двигаясь на манер червя. Поток, формируемый винтовыми крыльями, переходит на обрабатываемую поверхность. От ее крепости зависит сила напорного усилия.
Получается, что геоход может работать в любом направлении. Достаточно лишь задать его, выбрать угол, а после запустить аппарат. Разработка перестала зависеть от веса, ведь масса не играет роли в напорном усилии.
Чудесный «червяк» весит 20 тонн, оснащен гидравлическим приводом. Создает тоннели диаметром 3,2 метра, но может и больше. Угол наклона, в котором работает аппарат, составляет порядка 25 градусов, направление любое. В планах создателей была разработка миниатюрного геохода, предназначенного исключительно для МЧС.
Отечественные специалисты презентовали тестовый образец в 2015 году, а через некоторое время приступили к испытаниям. Создание прототипа обошлось в 200 миллионов рублей.
Геоход интересен тем, что позволяет не только прокладывать новые тоннели. Его можно причислить к спасательной технике, ведь нередко требуется разгребать завалы под землей.
У техники огромный потенциал. Фортификационные сооружения, инженерные коммуникации… Если бы проект был реализован, удалось бы работать даже с чрезвычайно прочными почвами.
Планы огромные, но реализация хромает. Проект остановлен в разработке, но не переведен в статус «заморожен». Остается надеяться, что в будущем геоходы станут передовой техникой для подземных работ.
Eprussia.ru,
news.tru.ru, наука.рф,
«Наука на Урале»,
prk.kuzstuy.ru
ixbt.com