Распределение потоков и качество поставляемых энергетических углей в Украине

В связи с недостаточными инвестициями в угледобывающую отрасль и износом шахтного оборудования добыча угля в Украине с 1990 по 1997 г. снизилась от 164,8 до 74,5 млн. т. В настоящее время годовая добыча угля стабилизировалась на уровне 76–83 млн. т. Около 53% общего объема (табл. 2.2) составляет добыча энергетических углей – марок Д, ДГ, Г, Т, А (уголь марки Ж поступает в энергетику только из Львовско-Волынского бассейна, из Донбасса – на коксование; днепровский бурый уголь сжигается только на ТЭЦ г. Александрия).

В условиях СССР в ОЭС Украины пылеугольные энергоблоки ТЭС должны были обеспечивать несение базовой нагрузки, а регулирование переменной части суточного графика нагрузок – газомазутные блоки ТЭС и ГЭС. Поэтому проектным диапазоном регулирования нагрузки существующих пылеугольных котлоагрегатов являются 80–100%. Для этого диапазона установлено, что максимальная зольность для сжигания без подсветки составляет: углей марок А, Т – 25–27% (низшая теплота сгорания не менее 5200 ккал/кг), углей марок Г, ДГ, Д – 27–30% (низшая теплота сгорания не менее 4800 ккал/кг). В настоящее время ситуация существенно изменилась: до половины производства электроэнергии обеспечивается энергоблоками АЭС, способными нести только базовую нагрузку, возможности регулирования ГЭС и ГАЭС ввиду недостаточной мощности ограничены, а газомазутные блоки ТЭС не обеспечиваются природным газом. В этих условиях задачи регулирования нагрузки возлагаются в значительной мере на пылеугольные блоки. В 2000–2007 гг. средняя нагрузка пылеугольных блоков составляла 70–75%, на практике это означает остановку части блоков для прохождения ночных провалов в графике нагрузок и периодическую работу при нагрузке 60% и ниже. При такой нагрузке обеспечить возможность сжигания без подсветки может снижение максимальной зольности: углей марок А, Т – до 21–23% (низшая теплота сгорания не менее 5600 ккал/кг), углей марок Г, ДГ, Д – до 22–24% (низшая теплота сгорания не менее 5200 ккал/кг).

Из таблицы видно, что по среднему уровню зольности рядовые энергетические угли не соответствуют требованиям для пылевидного сжигания на ТЭС, что вызывает необходимость обогащения. Угли на ТЭС поступают как в рядовом виде (размер частиц 0–200 мм) с шахт, так и через обогатительные фабрики (ОФ). На входе ОФ рядовой уголь сортируют на классы крупности. С ОФ на ТЭС поступает уголь, как правило, мелких классов (0–6 мм, штыб, – для антрацитов, 0–13, семечко-штыб, или 0–25 мм – для каменных углей); крупные классы обогащают в тяжелосредных сепараторах и отсадочных машинах до зольности менее 10% и под наименованием «сортовых углей» поставляют в металлургию, коксохимию, коммунальную и промышленную энергетику, на коммунально-бытовые нужды. Из-за исключения крупных классов доля угля, поступающего на ТЭС, является меньшей, чем доля энергетических углей в общей добыче (рис. 2.4). Мелкие классы также могут обогащаться (в отсадочных машинах и флотацией), однако не на всех фабриках, поэтому с большей части ОФ они поступают на ТЭС в виде сухого отсева, зольность которого близка к рядовому углю. Кроме того, на многих ОФ подмешивают в сухой отсев или поставляют на ТЭС отдельно шламы (отходы смывки мелочи перед мокрым обогащением сортовых углей) и промпродукт каменных углей с зольностью 37–45%. Производственная мощность ОФ соответствует гораздо большему, чем нынешний, уровню добычи угля: для энергетических углей только на современных фабриках, способных обогащать мелкие классы, она составляет более 45 млн. т в год, т.е. эти ОФ имеют большой запас по загрузке.

Чтобы понять распределение потоков энергетических углей, необходимо учесть важную технологическую особенность процесса их обогащения. Дело в том, что крупные классы обогащаются до гораздо меньшей зольности, чем классы, содержащие мелочь, и с меньшими потерями горючей массы с отходами (табл. 2.3).

Ввиду лучших технологических свойств малозольных сортовых углей их удельная цена (в пересчете на т у.т.), и тем более в натуральном измерении, выше, чем цена углей, содержащих мелочь, и более высокозольных продуктов.

С другой стороны, для пылевидного сжигания на ТЭС сортовые угли малопригодны: они не содержат мелочь и требуют повышенных удельных затрат на размол, а при зольности меньше 10–12% условия их камерного сжигания нарушаются, поскольку безвозвратно расходуется гарнисажное (образованное пленкой застывшего шлака) теплозащитное покрытие стенок нижней части топки. Поэтому ясно, что на ТЭС должны поставляться обогащенные штыбы, семечко-штыбы и концентрат 0–100. Но поскольку потери при их обогащении выше, их поставка на ТЭС может быть налажена только при условии правильной ценовой политики. До 2002 года в цене концентрата мелких классов потери при обогащении не учитывались, в результате их поставка была невыгодной для угольных предприятий, и распределение потоков энергетических углей имело вид, как на рис. 2.5,а:

• в пересчете на условное топливо из 25,5 млн. т у.т. добытых энергетических углей до ТЭС доходило менее 18 млн. т у.т., остальное уходило в виде сортовых углей другим потребителям (около 5 млн.т у.т.) и отходов (более 2,5 млн. т у.т.);
• абсолютное большинство энергетических углей поступало на ТЭС необогащенным в виде высокозольного рядового угля, отсева, шлама, промпродукта.

Таблица 2.2 Добыча энергетических углей предприятиями Минуглепрома в 2006 г.

Рис. 2.4. Структура потребления угля в Украине в 2005 г.

После ввода в действие ДСТУ 4083-2002 «Вугілля кам’яне та антрацит для пиловидного спалювання на теплових електростанціях. Технічні умови» угольные потоки существенно перераспределились. Поставка на ТЭС рядового антрацита практически прекратилась, каменных углей – значительно сократилась, при этом их зольность снизилась до 30%. Из добытых в 2006 г. 45,4 млн. т энергетических углей через ОФ было пропущено 32,3 млн. т (рис. 2.5,б), причем это пропускание уже не сводилось к простому отсеву мелких классов для ТЭС. Выход отсева сократился до 4,4 млн. т, его средняя зольность снизилась до 32%. Увеличился выход концентрата мелких классов – до 11,0 млн. т, зольность обогащенных мелких классов, включая Т 0–100, снизилась до 20–26%. В период 2003–2006 гг. средняя зольность поставляемых на ТЭС углей снизилась до 24–26%, средняя низшая теплота сгорания повысилась до 5150–5250 ккал/кг (рис. 2.6). В 2006 г. поставка угля на ТЭС в натуральном исчислении не отличалась от 1997 г., но в условном исчислении за счет повышения его качества повысилась до 21 млн. т у.т., что позволило частично компенсировать сокращение поставки на ТЭС природного газа.

Таблица 2.3 Характерная зольность некоторых продуктов обогащения энергетических углей

Рис. 2.5. Распределение потоков энергетических углей в Украине: а – в 1997 г.; б – в 2006 г., где Ad– зольность на сухую массу, Q низшая теплота сгорания топлива

Рис. 2.6. Динамика средней калорийности углей, поступивших на ТЭС Украины