Эколого-экономическая оценка применения технологий сжигания брикетов изготовленных из отходов обогащения углей Прокопьевского района

Московский  государственный  горный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

на тему:

Эколого-экономическая  оценка применения технологий сжигания брикетов изготовленных  из отходов обогащения углей Прокопьевского района 
 

Дипломант: ____________________ 

Руководитель: _____________________ 

Руководитель          части:  _______________ 
 
 

Москва

2012

Аннотация 

     В дипломной работе рассмотрены вопросы  экологического состояния Прокопьевского района Кемеровской области, который  значительно техногенно нагружен наличием предприятий угледобывающей отрасли.

     Установлено, что основное загрязнение воздуха  в городах региона обусловлено  сжиганием в  промышленных и бытовых  котельных мелких фракций угля. Выполнен анализ существующих технологий брикетирования угля, которые позволяют получать высококачественное кусковое топливо  из мелких влажных углей и отходов  обогащения.

     Внедрение технологии сжигания брикетов, изготовленных  из угольных шламов одновременно позволяет  снизить выбросы загрязняющих веществ  в атмосферу и  утилизировать  отходы обогатительных фабрик. Природоохранный  эффект данной технологии составляет 558 тыс. руб./год. 
 

The summary 

     In the thesis questions of an ecological condition of Prokopevsky area of the Kemerovo region which it is technogenic considerable  are considered is loaded by presence of the enterprises of coal-mining branch.

     It is established that the basic air pollution in region cities is caused by burning in industrial and household boiler small fractions of coal. The analysis of existing technologies of briquetting of coal which allow to receive high-quality lumpy fuel from small damp coals and an enrichment waste is made.

     Introduction of technology of burning of the briquettes made from coal шламов simultaneously allows to lower emissions of polluting substances in atmosphere and to utilise a waste of concentrating factories. The nature protection effect of the given technology makes 558 thousand rbl. / year.

Содержание 

Введение 

     Уголь - самый распространенный в мире энергетический ресурс.

     В конце 1980-х начался интенсивный  рост мирового потребления суммарных  энергоносителей, при этом больше всего  вырос темп потребления угля: с 0,9% в год в период 1984-1994 годов 2,7% в  последнее десятилетие. Мировых  запасов угля хватит на 120 лет. Доля в общем объеме мировых промышленных запасов в России составляет 23%. Угольная промышленность России сегодня представляет собой полностью рыночный сегмент  российской экономики, практически 100% угледобывающих организаций имеют  частную форму собственности.

     В недрах России сосредоточено около 4 трлн. тонн прогнозных запасов, это  составляет примерно 30% от мировых запасов, что гораздо больше, чем в другой любой стране мира. Россия остается крупнейшей угольной державой и одним  из мировых лидеров по производству и торговле углем.

     В настоящее время в угольной промышленности России действует свыше 240 угледобывающих предприятий, в том числе 96 шахт и  около 150 разрезов, суммарные производственные мощности которых составляют более 360 млн. т добычи угля в год [1].

     Интенсивная добыча угля оказывает негативное воздействие  на окружающую природную среду. Вблизи городов с развитой горнодобывающей промышленностью при длительной многолетней эксплуатации угольных шахт и разрезов, углеобогатительных фабрик, железорудных шахт и разрезов, а также предприятий теплоэнергетики создались необустроенные свалки промышленных отходов. Опасность промышленных отходов определяется содержанием в них металлов, макроэлементов и полиароматических. углеводородов (ПАУ), которые могут мигрировать в подземные и поверхностные воды, почву и растения [2]. Как следствие в водоисточниках; включая подземные воды, в концентрациях выше ПДК обнаруживаются марганец (1,3-1,8 ПДК), железо (1,1-3,2 ПДК), фенол (4-15 ПДК), свинец (1,1-1,4 ПДК), кадмий (1,6-1,8 ПДК) и др. [3].

     При этом загрязненные химическими веществами подземные воды используются как источник хозяйственно-питьевого водоснабжения для населения шахтерских городов.

     Атмосферное загрязнение (дегазация, эрозия, т.п.) вследствие нарушения целостности пород (шахты, карьеры, терриконы и т.д.)

     Почва в шахтерских городах загрязнена хромом, свинцом, цинком, марганцем  и кадмием, концентрации которых в 6,1-30,5% случаев превышали ПДК, а суммарный показатель химического загрязнения почвы составляет 34-60% на территории площадью более 4500 га.

     Местные сельскохозяйственные продукты контаминированы  свинцом, кадмием и мышьяком, концентрации которых в 1,6-3,4% проб превышали ПДК.

     В шахтерских городах остаются: более  чем у 60 тыс. человек повышенные канцерогенные индивидуальные риски, составляющие 1·10^-4; у 170 тыс. чел. популяционные относительные риски смертности, обусловленные запыленностью воздуха и достигающие 0,6 случая на 1000 человек.

     Не  исключением по напряженной экологической  ситуации является и такой угледобывающий регион, как Прокопьевский район  Кемеровской области РФ.

     Несмотря  на ряд проводимых природоохранных  мероприятий экологическая обстановка в регионе остается достаточно напряженной. Основное загрязнение воздуха в городах региона обусловлено сжиганием в  промышленных и бытовых котельных мелких фракций угля. В настоящее время технологии сжигания  мелкодисперсного угля несовершенны, в результате чего происходит его недожог и выброс в атмосферу сажи и пыли.

     В то же время в мире широко применяют технологии брикетирования угля, которые позволяют получать высококачественное кусковое топливо из мелких влажных углей. Опытные сжигания брикетов изготовленных из отходов обогатительных фабрик Прокопьевского района показал их конкурентоспособность по параметрам сжигания длиннопламенным углей мелких классов.

     Кроме решения вопроса загрязнение  атмосферного воздуха путем снижения выбросов при сжигании брикетов, изготовление их из угольных шламов одновременно позволяет утилизировать отходы обогатительных фабрик. Все это указывает на актуальность данной работы.

     Целью данной работы является проведение эколого-экономической оценки применения технологий сжигания брикетов изготовленных из отходов обогащения углей Прокопьевского района.

     Для достижения поставленной цели в дипломной  работе решались следующие задачи:

1. Анализ влияния угольной промышленности на окружающую природную среду.
2. Анализ состояния по производству угольных брикетов
3. Эколого-экономическая оценка эффективности природоохранной деятельности на шахтах Прокопьевского района.
4. Эколого-экономическое обоснование выбора технологии по брикетированию угля.

ГЛАВА 1

Анализ  влияния угольной промышленности на окружающую природную среду в Кемеровской области 

1. Физико-географическая и экономическая  характеристика Кемеровской области

     Кемеровская область занимает сравнительно небольшую  площадь - 9572,5 тыс. га (95,7 тыс. км²), что составляет 0,6 % территории Российской Федерации. Численность населения – 3,03 млн. чел., плотность населения – 31,7 чел. на 1 км². Всего в области 20 городов. Наиболее крупные из них: Кемерово, Новокузнецк, Прокопьевск, Ленинск-Кузнецкий, Киселевск, Междуреченск, Анжеро-Судженск (рис.1.1).

     Рис.1.1 – Карта Кемеровской области

     Протяженность территории области с севера на юг около 510 км, с запада на восток в среднем 300 км.

     На  севере Кемеровская область граничит с Томской областью, на востоке  с Красноярским краем и Республикой Хакасия. На юге границы с республикой Горный Алтай и Алтайским краем проходят по главным хребтам Горной Шории и Салаирского кряжа, на западе — границы с Новосибирской областью по равнинной местности (рис.1.1) [4].

     Несмотря  на небольшую площадь, которую занимает область, ее природные условия очень разнообразны.

     Центральная часть области представляет собой  Кузнецкую котловину, замкнутую  с трех сторон горными повышениями (с запада Салаирский кряж, с востока – хребты Кузнецкого Алатау, с юга - Горная Шория). Горный рельеф характерен для двух третей территории Кузбасса.

     Кузнецкий Алатау – самая большая горная система области. Общая протяженность главного хребта составляет более 500 км. Самая высокая вершина – Амзас-таскыл (Верхний зуб) - 2178 метров над уровнем моря. Салаирский кряж – древние горы. Протяженность их с юга на север около 300 км, ширина 15-40 км. Кряж сильно сглажен, средняя высота около 400 м над уровнем моря.

     Рельеф  Кузнецкой котловины в основном равнинный. На севере она постепенно переходит в Западно-Сибирскую низменность. На территории региона представлены горно-таежный, лесостепной и степной ландшафты. Горные массивы покрыты тайгой, высоким разнотравьем, а местами переходят в открытые гольцы, которые большую часть времени покрыты снегом.

    Гидрографическая  сеть Кузбасса принадлежит бассейну р. Обь и представлена довольно густой сетью малых и средних рек, озерами, водохранилищами, болотами.

    На  территории Кемеровской области  протекает 32109 рек общей протяженностью 245152 км. Реки Томь и Иня – основные поверхностные источники водоснабжения области.

     Климат  области континентальный и определен географическим расположением Кузбасса на стыке крупных климатических областей (Западносибирской, Восточносибирской, Среднеазиатской и Центральноазиатской), обусловливающих циркуляцию этих воздушных масс. Движение арктических и континентальных воздушных масс со свойственной им сухостью в меридиональном направлении (с севера на юг) формируют ясную антициклональную погоду с сухим жарким летом и суровой малоснежной зимой. Частая ее повторяемость обеспечивает значительно большее получение лучистой солнечной энергии в сравнении с другими регионами, расположенными на этих же географических широтах. Yа территорию Кемеровской области приходится 1722–2186 часов солнечного сияния.

     Перемещение воздуха с запада на восток определяет циклоническую погоду – влажную  и прохладную летом и влажную  слабоморозную зимой. Движение арктических и континентальных воздушных масс формируют ясную антициклональную погоду – с сухим жарким летом и суровой малоснежной зимой.

     Общей характерной чертой климата Кемеровской  области является его континентальность, то есть резкие колебания температуры воздуха по временам года, в течение месяца и даже суток.

     Наиболее  высокие температуры воздуха  в области достигают летом  – плюс 35-38 °С, а самые низкие зимой доходят до минус 57°С.

     Первый  снег выпадает во второй половине сентября, но он сохраняется недолго. Величина снежного покрова на территории области  неодинакова, его высота зависит  от количества осадков, рельефа и  растительности. Так, в южной лесостепи  выпадает – около 40 см, в равнинной  тайге – 80-120 см, а в горной тайге  – 200-250 см.

     В рассматриваемом районе преобладают  ветры юго-западного и южного направлений.

     Область располагает богатыми природными ресурсами. Здесь балансовые запасы угля, крупные  запасы железных, фосфоритовых и нефелиновых  руд, горючих сланцев. Более половины территории области занято лесами.

     Основные  отрасли промышленности: угольная, химическая, черная металлургия.

     Ведущие отрасли сельского хозяйства: мясо-молочное животноводство, птицеводство, пчеловодство.

     В области развита транспортная инфраструктура. Эксплуатационная длина железнодорожных  путей общего пользования – 1,8 тыс. км, протяженность автомобильных  дорог с твердым покрытием  – 8,7 тыс. км (90% общей протяженности), внутренних судоходных путей – 517 км.

     Кемеровская область представляет собой с  эколого-географических позиций своеобразный регион. Центральную часть области  занимает Кузнецкий угольный бассейн, где сконцентрированы добыча угля, металлургические и химические предприятия, крупные ТЭЦ. Этот промышленный конгломерат  с трех сторон окружен горными  образованиями – Кузнецким Алатау, Горной Шорией, Салаирским кряжем, создающими замкнутую географическую систему, обособленную от смежных регионов. Отражающее действие горных хребтов  приводит к тому, что большая часть  промышленных выбросов в атмосферу  осаждается в Кузнецкой котловине  и на обращенных к ней склонах  гор. 

2. Современное состояние угольной отрасли региона

     Уголь - это топливо будущего. Таково мнение мирового энергетического сообщества, включающего производителей нефти  и газа.

     Приближается  период окончания нефтяной цивилизации на Земле. Газовых ресурсов хватит чуть надольше, но и они не бесконечны. Запасов нефти на планете хватит на 40-50 лет, газа на 60-70, угля - до 600 лет. Поэтому основными источниками энергии в долгосрочном периоде за пределами нефтегазовой цивилизации будут уголь и атомная энергетика.

     В мировом топливном балансе на долю угля приходится 23% добычи первичных  энергетических ресурсов, 38% производства электрической энергии, 70% производства металлургической продукции.

     Уголь, наряду с нефтью и газом, является невозобновляемым углеводородным природным  энергетическим ресурсом. Различные  виды угля содержат до 10% водорода и  до 90% углерода. В угле заключено  до 90% энергетического потенциала ископаемого  органического топлива. Сейчас в  мире добывается около 5 млрд.т в  год каменного, бурого и других разновидностей угля.

     По  некоторым оценкам, добыча угля в  ближайшее десятилетие может  возрасти до 7,5 млрд.т в год (в США  до 2 млрд.т). В Европе увеличение потребления  угля составит около 10% в 2003 г. помимо перспектив увеличения объемов добычи, мировыми тенденциями его производства и  использования являются международная  кооперация в области поставок угля и оборудования для его добычи и переработки, рост экспорта как  из старых (Австралия, ЮАР, Россия, США, Польша и др.), так и из развивающихся  поставщиков угля (общий объем  экспорта более 500 млн.т). Только три  порта - Дурбан, Ричардз Бей (ЮАР) и Кембла (Австралия) имеют погрузочную мощность около 200 млн.т в год.

     В мировых ценах на уголь не происходит таких ажиотажных колебаний, как  с ценами на нефть, торговые потоки в основном устоялись. В обороте находится только стабильно качественный уголь (углепродукт), удовлетворяющий экологическим и технологическим требованиям. Несмотря на общее увеличение объемов массовой добычи угля, стремление к безудержному росту добычи отошло в прошлое. Сейчас если происходят колебания добычи, то это объясняется очень точно настроенными механизмами эффективности добычи и использования угля, инвестиционных процессов. Эффективно используются общественные формы координации.

     Интенсивное развитие и техническое совершенствование  угольной промышленности в стране характеризуется  созданием крупных горнодобывающих  и перерабатывающих производств  на базе перспективных месторождений  бурых и каменных углей расположенных  в различных природно-климатических  зонах. Это требует новых технических  и технологических решений и  все больше капитальных вложений с учетом создания необходимой инфраструктуры, энергозатрат на транспортирование  полезного ископаемого и грузов, на проветривание и создание удовлетворительных условий труда горнорабочих.

     В настоящее время на долю угля приходится 11,8% в потреблении топливно-энергетических ресурсов, что значительно ниже технических  возможностей отрасли. По прогнозным оценкам  добыча угля будет увеличиваться. Важной составляющей частью общей стратегии развития отрасли является обеспечение экологической безопасности производства, жизненных условий для населения угольных регионов.

     Угольная  промышленность - важное звено топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Уголь используется в промышленности, на тепловых электростанциях как топливо, а так же как технологическое сырье и топливо в металлургии и химической промышленности (коксующиеся угли). Районообразующая роль топлива сказывается тем сильнее, чем крупнее масштабы и выше технико-экономические показатели ресурсов. Массовое и дешевое топливо притягивает к себе топливоемкие производства, определяя в известной мере направление специализации района.

     Угольная  промышленность является составной  частью ТЭК России, и, соответственно, стратегия ее развития зависит от места, которое отводится углю в перспективном топливно-энергетическом балансе, и от конкретных характеристик последнего.

     Одним из самых крупных угольных месторождений  мира является Кузнецкий угольный бассейн (Кузбасс), который расположен на юге Западной Сибири, в основном на территории Кемеровской области. В бассейне эксплуатируются 58 шахт, 36 предприятий открытой добычи (угольных разрезов), 3 гидрошахты и 25 углеобогатительных фабрик.

     Основные  центры угледобычи находятся в Кемеровском, Ленинск-Кузнецком, Беловском, Прокопьевско-Киселевском, Бунгуро-Чумышском, Ерунаковском, Байдаевском, Осиновском, Мрасском, Кондомском и  Томь-Усинском районах.

     Угленосная  толща Кузнецкого угольного бассейна содержит около 260 угольных пластов различной мощности. Преобладающая мощность пластов угля от 1,3 до 4,0 м. Имеются угольные пласты в 9—15 и даже в 20 м, а в местах раздувов до 30 м. Максимальная глубина угольных шахт не превышает 500 м (средняя глубина около 200 м).

     По  петрографическому составу угли в балахонской и кольчугинской  сериях в основном гумусовые, каменные (с содержанием витринита соответственно 30—60 % и 60—90 %), в тарбаганской серии — угли переходные от бурых к каменным. По качеству угли разнообразны и относятся к числу лучших углей. В глубоких горизонтах угли содержат: золы 4—16 %, влаги 5—15 %, фосфора до 0,12 %, летучих веществ 4—42 %, серы 0,4—0,6 %; обладают теплотой сгорания 7000—8600 ккал/кг (29,1—36,01 МДж/кг); угли залегающие вблизи поверхности, характеризуются более высоким содержанием влаги, золы и пониженным содержанием серы.

     Угли  используются в коксовой и химической промышленности и как энергетическое топливо. 42—45 % добываемых в Кузбассе углей идёт на коксование. Основная часть Кузнецких углей потребляется в Западной Сибири, на Урале, а также в Европейской части России, в последнее время на 41 % вырос экспорт энергетического угля в основном европейским потребителям.

     Объемы  добычи угля по бассейну приведены  в таблице 1.1.

     Таблица 1.1 – Объем добычи угля в Кузнецком  бассейне [5]

     Несмотря  на сложность добычи угля, количество товарной продукции в последние  годы существенно увеличилось (см. табл. 1.1). 

3. Влияние угледобычи на состояние  окружающей природной  среды

      Действующие в Кемеровской области 133 предприятия угледобычи и углепереработки из всех отраслей промышленности, представленных в регионе, вносят самый большой вклад в загрязнение всех компонентов окружающей природной среды.

    Состояние атмосферного воздуха

    Состояние атмосферного воздуха Кемеровской  области определяется, в основном, деятельностью промышленных предприятий. Наибольшая масса выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников сохраняется в городах: Новокузнецк, Осинники, Мыски, Ленинск-Кузнецкий, Полысаево, Белово, Прокопьевск, Кемерово; Междуреченск и Междуреченский район.

    Значительное  негативное воздействие на атмосферный  воздух оказывают предприятия по добыче полезных ископаемых, металлургического  производства, передаче и распределению  электроэнергии. Кроме того, значительную долю в загрязнение атмосферного воздуха вносит автомобильный транспорт, особенно в городе Кемерово, где  вклад автотранспорта в суммарные  выбросы составил 47,3 % (49,700 тыс. т).

    По  данным государственной статистической отчетности по форме № 2-ТП (воздух), представленным Управлением Росприроднадзора по Кемеровской области, общая масса выброса загрязняющих веществ в атмосферу области за 2010 год составила 1614,724 тыс. т, в том числе от стационарных источников 1404,791 тыс. т (табл. 1.2).

      Таблица 1.2 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в 2010 году, тыс. т

    Основными загрязняющими веществами атмосферного воздуха являются газообразные: диоксид  серы, оксиды азота (в пересчете на NO₂), оксид углерода, углеводороды и твердые вещества. Они составляют 1574,982 тыс. т, или 97,5 % от общей массы зарегистрированных выбросов.

    Динамика  выбросов загрязняющих веществ в  атмосферный воздух за период с 2006 по 2010 год представлена в табл. 1.3 и на рис. 1.2.

    Таблица 1.3 - Суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, тыс. т

    Рис. 1.2 -  Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух Кемеровской области  

      В регионе проводятся экологические  мероприятия, направленные а снижение загрязнения окружающей среды (табл. 1.4). Однако увеличение затрат на регулирование  экологии несопоставимо с увеличением  количества источников загрязнения (табл. 1.4).  

      Таблица 1.4 – Источники загрязнения атмосферы  и затраты на природоохранные  мероприятия [5]