Гидротранспорт
Сущность данной технологии состоит в том, что транспортируемые материалы (уголь, руда и т.д.) перекачиваются в потоке жидкого носителя, в основном, воды. Гидротранспорт твердых и сыпучих материалов получил наибольшее распространение и, видимо, будет основным в их перевозках на большие расстояния в будущем.
Хотя технология транспорта угольной пульпы по трубопроводам была запатентована еще в девяностые годы прошлого века, первый углепровод длиной 27 км был построен в 1944 году (США). Сейчас в различных странах мира эксплуатируется свыше 100 трубопроводов, по которым осуществляется гидротранспорт каменного угля, железного и медного концентрата, известняка, фосфатов и других грузов. О динамике строительства пульпопроводов можно судить по данным табл. 17.1.
В 1978 г. объем трубопроводного транспорта угля и руды за рубежом составил 12, а в последующие два года достиг 50 млн. т. В ближайшие годы этот объем может возрасти до 300 млн. т.
В нашей стране по трубопроводам транспортируется выше 80 млн. т угля в год. С 1966 г. в Кузбассе эксплуатируется 2 трубопровода длиной по 10 км для транспорта кускового угля от гидрошахт Инская и Юбилейная. Действуют трубопроводы для транспорта же-лезнорудного концентрата, в числе которых концентратопровод «Лебединский горно-обогатительный комбинат - Оскольский электрометаллургический комбинат» длиной 26 км.
Таблица 17.1 Характеристика некоторых действующих пульпопроводов
| Транспортируемый материал | Страна | Длина, км | Диаметр, мм | Пропускная способность, млн. т/г | Год ввода в эксплуатацию |
| США | 1,3 | ||||
| Каменный уголь | США США США | 440 1670 288 | 457 965 558 | 4,8 25,0 10,0 | |
| США | 2,8 | ||||
| США | 2,5 | ||||
| Железный концентрат | Мексика Аргентина Мексика | 1,8 2,1 1,5 | |||
| Бразилия | 12,0 | ||||
| Медный | Индонезия | 0,3 | |||
| концентрат | США | 0,4 | |||
| Тринидад | 0,6 | ||||
| Известняк | Великобритания | 0,7 | |||
| США | 1,5 |
На Норильском горно-металлургическом комбинате эксплуатируется трубопроводная система для транспортирования концентрата полиметаллических руд. Трубопроводы широко применяются для гидротранспорта отходов обогащения горнообогатительных комбинатов, для золошлакоудаления на тепловых электростанциях, для перемещения огромных масс грунта при строительстве гидротехнических сооружений.
Такой транспорт снижает себестоимость перевозок по сравнению с ленточными конвейерами в 1,5...2 раза, с железнодорожными перевозками на короткие расстояния - в 2,5...4 раза, с автотранспортом - в 6...8 раз.
Одним из главных факторов, влияющих на выбор диаметра трубопровода и концентрации твердых материалов в пульпе, является их плотность. В табл. 17.2 приведены рекомендуемые параметры пульпы, получаемой из ряда материалов.
Таблица 17.2 Рекомендуемые параметры пульпы
| Материал | Плотность, KF/MJ | Максимальный размер твердых частиц, мм | Средняя весовая концентрация твердых частиц в пульпе, % |
| Каменный уголь | 1,4 | 2.2 | |
| Известняк | 2,7 | 0,3 | |
| Медный концентрат | 4,3 | 0,23 | |
| Железный | 5,0 | 0,15 | |
| концентрат |
При соблюдении указанных рекомендаций и скорости перекачки около 1,5...2,0 м/с пульпа находится практически в гомогенном состоянии. Дальнейшее увеличение скорости ограничивается усилением абразивного износа труб.
Как уже отмечалось, традиционно в качестве жидкого носителя используется вода.
В последние годы обсуждается вопрос о выборе новых видов носителей, что связано с дефицитом воды в районах добычи минерального сырья, необходимостью её последующей очистки и осушки транспортируемых материалов. Для устранения этих недостатков рекомендуются различные решения. Так, в США предложено использовать в качестве носителя природные воды с большим содержанием солей, непригодные для использования в быту, например, морскую воду, засоленные грунтовые воды и т.п., предварительно повысив в них концентрацию солей с таким расчетом, чтобы носитель имел плотность 1,025... 1,2 кг/м3. Благодаря тому, что плотности носителя и частиц станут более близки, осаждение транспортируемого материала будет затруднено.
В Австралии разработана технология транспортировки угля совместно с водой, маслом и небольшим количеством присадок. Перед смешением уголь размалывают. Достоинством этой технологии является то, что в процессе последующего движения по трубопроводу вода вымывает породу, а уголь с маслом и .присадками образует гранулы. Теплотворная способность гранулированного угля на 20 % выше, чем негранулированного.
Обсуждается вопрос об использовании в качестве носителей таких жидкостей, как нефть, метанол, сжиженный нефтяной газ и водо-нефтяные смеси. Теплотворная способность угля, транспортируемогов потоке нефти, существенно увеличивается, а устойчивость пульпы вследствие более высокой вязкости носителя возрастает. Отметим, что метанол может быть получен непосредственно из самого же угля.
С тем, чтобы исключить затраты на отделение носителя в Англии угольный порошок транспортируют в смеси с 50 % топливного мазута. Смесь подается к паровым котлам, где сжигается с распылением в форсунках. В США для аналогичных целей используется смесь, состоящая из 50 % угля, до 40 % мазута и 10-20 % воды. Ультразвуковая обработка смеси предотвращает выпадение осадка.
Другое направление совершенствования технологии гидротранспорта - это поиск новых материалов и конструкций труб, способных сократить абразивный износ оборудования и внутренней поверхности трубопровода. С этой целью используются закаленная сталь и трубы из полиэтилена низкого давления или металлические с различными покрытиями.
Наиболее прогрессивные технические решения планируется использовать и при расширении сети пульпопроводов в нашей стране. В 1985 г. выполнены разработки, обосновывающие целесообразность строительства углепровода Кузбасс-Урал-Поволжье-Центр протяженностью 3000 км, диаметром 1420 мм с 32 насосными станциями.
Согласно проекту предусматривается технология приготовления, транспортирования и прямого сжигания в котлах электростанций нового вида жидкого топлива - водоугольной суспензии, содержащей около 70 % по массе тонкоизмельченного угля с химическими добавками, обеспечивающими достаточную текучесть и длительную стабильность суспензии. При такой технологии требуется меньшее количество воды, упрощается перекачка суспензии по разветвленным трубопроводам, допускается ввод системы на неполную производительность и регулирование сезонной производительности аналогично нефтепроводам. Кроме того, уменьшается абразивный износ оборудования, упрощается аккумулирование и хранение суспензии, уменьшаются вредные выбросы в атмосферу при сжигании.
Для отработки указанной технологии предназначен опытно-промышленный углепровод «Белово-Новосибирск» протяженностью 260км.