СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ СУСПЕНЗИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИЛ ГРАВИТАЦИИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к области транспортировке, механической очистке, выработке электрической и механической энергии с использованием сил гравитации и может быть использовано в горнорудной промышленности, в энергетике, в строительстве и в других производствах.
Целью изобретения является транспортировка по продуктопроводу концентрированной очищенной от различных примесей суспензии для захоронения продуктов очистки в хвостохранилищах в местах добычи полезных ископаемых, выработка электрической и механической энергии с использованием сил гравитации за счет перепада высот, доведения качественных и гранулометрических характеристик суспензии до требуемого стандартом значения, получение качественно нового типа экологически чистого топлива (ЭКОВУС), сокращения до минимума потребление электрической и механической энергии при подготовке суспензии.
Способ осуществляется путем дробление угля, его мокрое измельчение с получением суспензии размерами частиц 300-500 мкм, ступенчатую деминерализацию измельченного угля для снижения зольности, разбавлением водой до концентрации 70% угля и 30% воды, полученную суспензия загружаться в емкость, которая за счет сил гравитации всасывается в продуктопровод, где через определенное расстояние с учетом рельефа местности и перепада высот, монтируются малые гидроэлектростанции, квитанционные и деминерализационные установки с целью выработки электрической и механической энергии и доведения качественных характеристик топлива до требуемых стандартами значения, при необходимости обезвоживание суспензии для последующего приготовления искусственного композиционного жидкого топлива и пылевидного сжигания, суспензия приобретает новые свойства, выгодно отличающие ее от получаемой традиционным способом, отличительной особенностью способа является использования кавитационных и других установок без электрического привода в обратном режиме за счет сил гравитации.

Изобретение относится к области транспортировке, механической очистке, выработке электрической и механической энергии с использованием сил гравитации и может быть использовано в горнорудной промышленности, в энергетике, в строительстве и в других производствах.
Известен способ подъема жидкости на высоту Н и преобразования силы гравитации, действующей на воду, в механическую энергию [1]. Известный способ осуществляют при помощи вакуумного устройства, содержащего резервуар с рабочей жидкостью и соединенную с ним емкость, расположенную на высоте Н над уровнем резервуара. Способ включает подъем жидкости в емкость на высоту Н из резервуара под действием вакуума, падение жидкости, обладающей потенциальной энергией, которую используют для полезной работы, и слив жидкости в резервуар для дальнейшего использования.
Недостатком указанного способа является, то что вакуум создается при помощи вакуумного насоса, для работы которого затрачивается электрическая энергия, что приводит к потерям и энергетическим затратам.
Известен способ приготовления водоугольного топлива с использованием кавитационного воздействия и технологическая линия для осуществления способа приготовления водоугольного топлива [2]. Технический результат - создание эффективного и энергоэкономного способа получения водоугольного топлива, обладающего высоким энергетическим потенциалом, экологической чистотой, низкой себестоимостью, широкой сферой применения и достаточно простой технологической линией для его осуществления.
Недостатком указанного способа является, то что энергетические затраты на приготовление и улучшения качественных характеристик водоугольного топлива не восполняются.
В качестве прототипа выбран способ получения высокодеминерализованного водоугольного топлива [3], относящийся к энергетическому топливу на основе ископаемых углей, которое может быть использовано для сжигания в котлах, печах и других установках объектов теплоэнергетики при замене им газа и мазута. Способ получения водоугольного топлива из ископаемого угля включает дробление угля, его мокрое измельчение с получением водоугольной суспензии, ступенчатую деминерализацию измельченного угля для снижения его зольности с образованием первичного и вторичного продуктов, последующую их деминерализацию и обезвоживание. Мокрое измельчение угля проводят до коллоидного размера частиц с получением водоугольной суспензии со средним поверхностным размером дисперсной фазы не более 3 мкм. Полученную суспензию разбавляют водой до концентрации угля 1-3, а деминерализацию первичных и вторичных продуктов осуществляют совместно путем соединения продуктов с близкими по значению зольностями. Способ позволяет получить высокодеминерализованное экологически чистое водоугольное топливо "ЭКОВУТ" на основе ископаемых углей, воды и других химических ингредиентов (в случае необходимости), предназначенное для замены газа и мазута на топливопотребляющих объектах.
Недостатком указанного способа ,, то что энергетические затраты на приготовление экологически чистого водоугольного топливо "ЭКОВУТ" не восполняются и применяется химические ингредиенты.
Целью изобретения является транспор-тировка по продуктопроводу концентрированной очищенной от различных примесей суспензии для захоронения продуктов очистки в хвостохранилищах в местах добычи полезных ископаемых, выработка электрической и механической энергии с использованием сил гравитации за счет перепада высот, доведения качественных и гранулометрических характеристик суспензии до требуемого стандартом значения, получение качественно нового типа экологически чистого топлива (ЭКОВУС), сокращения до минимума потребление электрической и механической энергии при подготовке суспензии.
Суспензия может применяться без добавления химических компонентов, пригодного для прямого сжигания в котлах, печах, различных энергетических установках предназначенного для замены угля, мазута и газа, а так же по мере необходимости, обезвоживания и осушка суспензии для пылевидного сжигание.
Задачей изобретения является, сокращение автотранспортных расходов на транспортировку угля и золы, получение суспензии с низким содержанием зольности обладающего высоким энергетическим потенциалом, экологической чистотой (ЭКОВУС), низкой себестоимостью, широкой сферой применения, снижение энергетических затрат на ее приготовление путем выработки электрической и механической энергии с использованием сил гравитации при транспортировке по продуктопроводу за счет перепада высот, сокращение выбросов парниковых газов при транспортировке и сжигания угля, а так же захоронения продуктов очистки в хвостохранилищах в местах добычи полезных ископаемых. При необходимости продукты примеси могут быть использованы для дальнейшей переработки и получения других материалов, таких как корунд, двуокиси кремния и др.
Способ транспортировки суспензии с использованием сил гравитации для выработки электрической и механической энергии и улучшения качественных характеристик, заключается в том что предварительно приготавливается суспензия путем дробление угля, разбавление водой до концентрации 70% угля и 30% воды, мокрое измельчение с получением водоугольной суспензии размерами частиц 300-500 мкм, ступенчатая деминерализация измельченного угля для снижения зольности с образованием первичного и вторичного продуктов, последующую их деминерализацию и обезвоживание, водоугольной суспензии до 3-5% с целью минимизации истирания продуктопровода и последующего захоронение в хвостохранилищах продуктов очистки в местах добычи полезных ископаемых. Полученную суспензию загружают в емкость, которая за счет перепада высот и сил гравитации поступает в продуктопровод, где через определенное расстояние с учетом рельефа местности и перепада высот, в продуктопровод монтируют малые гидроэлектростанции, кавитационные и деминерализационные установки. Кинетическую энергию суспензии используют для выработки электрической и механической энергии, улучшения качественных характеристик суспензии на квитанционных установках, деминерализация до 1,5-2% и при необходимости обезвоживания для пылевидного сжигания. В процессе транспортировки суспензии, применяют кавитационные и другие установки используют без дополнительного расхода электрического привода в обратном режиме за счет сил гравитации.
Вырабатываемая электрическая и механическая энергия используется:
- для улучшения качественных характеристик топлива до требуемых стандартами значения и при необходимости обезвоживание суспензии для последующего приготовления искусственного композиционного жидкого топлива (ИКЖТ) для пылевидного сжигания проводят деминерализацию до 1,5-2%.на топках ТЭЦ и котельных установках.
- в процессе приготовления экологически чистой водоугольной суспензии (ЭКОВУС) все энергетические затраты восполняются за счет выработки электрической энергии малыми электрическими станциями вмонтированных в продуктопроводе и улучшение качественных характеристик суспензии за счет использования кавитационных и деминирализационных установок в обратном режиме без использование электрической энергии.
- для покрытия расходов электрической и механической энергии по подготовке суспензии, транспортировке и доведение качественных характеристик до стандартных значений, обезвоживания и сушки суспензии для пылевидного применения. Необходимо отметить, что насосы, квитанционные и другие установки, используемые в комплексе с продуктопроводом работают в обратном режиме за счет сил гравитации и для регулирования нагрузки на валу установок можно применять электромагнитный тормоз или генератор с регулируемой нагрузкой.
В процессе транспортирования со значительными скоростями на большие расстояния водоугольной суспензии ее плотность и гранулометрический состав меняется в широких пределах в зависимости от физико-химических свойств органической массы угля и минеральных примесей.
В предлагаемом способе транспортировки по магистральному продуктопроводу, для контроля и изменения качественных характеристик суспензии необходимо устанавливать приборы для определения плотности и содержание зольности в суспензии в начале и в конце транспортирования по продуктопроводу с целью определения изменения качественных характеристик ЭКОВУС.
Суспензию можно обезвоживать и применить для приготовления ИКЖТ, пылевидного сжигания, в топках ТЭС, ТЭЦ и котельных установках, так как все характеристики исключительно подходят для приготовления ИКЖТ и пылевидного сжигания, зольность которого составляет 1,5-2,0% и практически при сжигании зола не остается. Скорость движения суспензии зависит от перепада высот и может достигнут порядка, 75-80 м/сек, что в разы выше чем в существующих трубопроводах.
Высокие скорость при транспортировке суспензии, может отрицательно влиять на эксплуатационные характеристики продуктопровода. Для снижения скорости движения суспензии в продуктопроводе, на определенных ее участках с учетом рельефа местности, предусматриваются устанавливать МГЭС для выработки электроэнергии, квитанционные и деминерализационные установки, оборудования для доведение гранулометрических характеристик, снижения зольности и обезвоживание суспензии с использованием сил гравитации, без применения насосных станций для создания избыточного давления. В продуктопроводе необходимо применять специальные футерованные трубы с целю защиты трубопровода от истирания.
Энергетические затраты на приготовление, транспортировку и доведение качественных характеристик суспензии до требуемых стандартом значения покрывается за счет выработки электрической и механической энергии с использованием сил гравитации получаемой за счет перепада высот. Другой и важной особенностью предлагаемого способа является, то что насосы, квитанционные и другие установки используемые в комплексе с продуктопроводом работают в обратном режиме за счет сил гравитации и для регулирования нагрузки на валу
установок предусматривается генератор с регулируемой нагрузкой.
Обогащение угольной суспензии снижает зольность и значительно увеличивает КПД станции и котельных установок, следовательно, и вырабатываемую мощность станции. Высокая зольность угля имеет непропорционально неблагоприятное влияние на теплотворность угля.
Обогащение угля предназначенного для энергетических целей, позволяет:
- значительно снизит его зольность, и получить концентраты существенно большей теплотворной способностью при сжигании, повышая эффективность работы ТЭС, ТЭЦ и котельных установок;
- снизит содержание серы, CO2, NOX и ртути в атмосферных выбросах, тем самым уменьшит вредное воздействие на окружающую среду.
- уменьшить объем таких отрицательных процессов, как шлакование и отложение в топках, на трубах и газоходах, тем самым уменьшить эксплуатационные расходы.
Преимуществами изобретения являются высокую производительность, транспортирования на большие расстояния и полную автоматизацию, невысокие эксплуатационные расходы, совмещения транспортирования с другими технологическими процессами, обогащением, улучшением качественных характеристик материала, выработки электрической и механической энергии.
Из золы углей в промышленных масштабах извлекаются редкоземельные элементы, такие как галлий, свинец, цинк, молибден, селен, золото, серебро, рения считается перспективным.
В данном изобретение расход электрической энергии на приготовление, транспортировку и доведение качественных характеристик суспензии до требуемого стандартом значений, последующего приготовления ИКЖТ и обезвоживания, возмещается за счет выработки электрической и механической энергии при транспортировке суспензии по продуктопроводу с использованием сил гравитации за счет падение высот с значительно большими скоростями 75-80 м/сек, что полностью исключает возможность выпадение в осадок суспензии.
Пример применения
В г. Душанбе в 2014 году была построена ТЭЦ «Душанбе–2» на угле. Для работы ТЭЦ используются угли месторождения «Фон-Ягноб». Потребления угля с учетом ввода на полную мощность ТЭЦ 400 мВт, составит 3000 тонн в сутки или 125 тонн в час. На 1 мВт мощности расход угля по расчетам составляет 0,31 тонн или на 1 кВт мощности 3,1 кг. При работе ТЭЦ на полную мощность 400 мВт, расход угля составляет 365х3000 = 1095000 тонн в год.
Предлагается строительства продуктопровода с северной части тоннеля «Истиклол» (Анзоб) по вентиляционной шахте до поста «Майхура» внутренним диаметром Dy–80 мм, протяженностью – 18 км, На территории Майхуры построит комплекс для переработки, очистки и хранении водоугольной суспензии из каменных углей месторождения «Зидди». После построит продуктопровод «Майхура-ТЭЦ Душанбе-2», протяжённостью – 60км.
Тоннель «Анзоб» расположен на высоте 2763, «Майхура» на высоте 1456, перепад высот составляет 1307м. Теоретически при плотности угольной суспензии равным Y - 1,3; Объем перекачивающей суспензии за единицу времени с учетом диаметра трубы равным Dy- 80мм, высотой напора 320м и скоростью истечения суспензии V-79м/сек, составит Q-0,4 м3/сек, при этом расчетная мощность одной электрической станции составит P–1 306 кВт. Для уменьшения давления и гидравлических ударов в продуктопроводе необходимо с учетом рельефа местности устанавливать несколько однотипных МГЭС с высотой напора порядка 320м, при этом количество МГЭС на участке тоннель «Анзоб-Майхура» составит 4 шт., расчетная мощность 4х1 306= 5 224 кВт.
ТЭЦ Душанбе-2 расположен на высоте 841м, перепад составляет – 615м., при этом расчетная мощность станций составит 1 306х2= 2 612 кВт. На участке «Майхура-ТЭЦ-2» необходимо установить два МГЭС мощностью по 1 306 кВт каждая и высотой напора порядка 320м. Расчетная мощность электрических станций каскада всего продуктопровода составит 6х1 306= 7 836 кВт, что достаточно для покрытия фактически участвующей мощности всего комплекса по подготовки и транспортировке угольной суспензии. Излишки электрической энергии можно генерировать в электрические сети близ лежащих кишлаков, которые имеют дефицит электрической энергии в зимний период.
Для работы ТЭЦ в 2017-2018гг подана заявка в объеме 1085000 тонн угля с месторождения «Фон-Ягноб». Для перевозки указанного количества угля самосвалами с объемом кузова 19 м3 необходимо проделать 1085000/19х0,8= 71382 рейса.
0,8 – плотность угля в рассыпном виде.
Расход топлива на 100 км. - 28 литров.
Стоимость топлива – 6 сомони литр
Расстояние Фон-Ягноб – Душанбе и обратно – 280 км
Расход топлива на 280 км – 280/100х28= 78 литра
Расход топлива на 71 382 рейсов составит – 78х71 382= 5 567 796 х 6= 33 406 776 сомони.
При сжигания 1 литра дизельного топлива выбросы CO2 составляет – 2,6 кг CO2/л. Всего выбросы составит 2,6х5567796 = 14476270 х
0,84/1000 = 12 160 тонн CO2, не считая других парниковых газов таких как NOX и бенз(а)пирен. С учетом розы ветров по Варзобскому ущелью вся эта масса окажется в атмосфере г. Душанбе.
Необходимо отметить, что только на перевозку угля в сухом виде автотранспортом, выбросы CO2 составят 12160 тонн, не считая выбросы при сжигании угля с зольностью 17-38%, которая составляет около 3038000 тонн, а так же снижения мощности станции при сжигании высокозольного угля и перевозки золы в золоотвалы.
Строительство продуктопровода «Тонель Истиклол - Майхура» и «Майхура – ТЭЦ Душанбе-2» дает возможность:
- улучшить экологическую обстановку Варзобского ущелья и г. Душанбе;
- сэкономить финансовые и материальные средства на автотранспортные расходы, только расходы на приобретения дизельного топливасоставляет – 33406776 сомони, не считая расходы на амортизацию, оплата водителю и расходы на ремонт;
- сократить выбросы парниковых газов от транспортных средств на - 12160 тонн в год;
- уменьшить воздействие на полотно автодороги транспортными средствами, тем самым продлить межремонтные периоды;
- повысить КПД ТЭЦ и теплотворность углей, за счет значительного сокращения зольности от 17-38% до 1,5-3,0%;
- уменьшить расход угля на единицу вырабатываемой электрической и тепловой энергии за счет сокращение зольности от 17-38% до 1,5-3,0%;
- автоматизировать процесс транспортировки и подачи угля потребителю, за счет чего сократить эксплуатационные и транспортные расходы;
- расходы на электрическую и механическую энергию на приготовление и транспортировку суспензии путем выработки электрической и механической энергии при транспортировке по продуктопроводу с использованием сил гравитации;
- улучшение качественных характеристик суспензии при транспортировке суспензии по продуктопроводу;
- перевести ведомственные котельные установки в г. Душанбе на водоугольное топливо.
ИКЖТ искуственное компазиционное жидкое топливо, приготавливается на основании угля, нефтепродуктов и воды в определенной пропорции с применением кавитационных технологий.

1. Патент US 4514977, F 04 F 10/00 от 07.05.1985
2. Патент РФ 2380399, МПК: C 10 L 1 32, 2010
3.Патент Российской Федерации RU2178455.