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).

• 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.

• 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.

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.

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.

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.

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).

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

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.

• 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 .