7.3. 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 г. (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. 7.1.

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 эксплуатируются 2 трубопровода длиной по 10 км для транспорта кускового угля от гидрошахт Инская и Юбилейная. Действуют трубопроводы для транспорта железнорудного концентрата, в числе которых концентратопровод «Лебединский горно-обогатительный комбинат - Оскольский электрометаллургический комбинат» длиной 26 км.

Таблица 7.1

Характеристика некоторых действующих пульпопроводов

Транспортиру-емый материал	Страна	Длина, км	Диаметр,мм	Пропускная способность, млн. т/год	Год ввода в эксплуатацию
1	2	3	4	5	6
Каменный уголь	США	175	254	1,3	1957
	США	440	457	4,8	1970
	США	1670	965	25,0	1979
	США	288	558	10,0	1979
	США	119	305	2,8	1980
Железный концентрат	США	35	229	2,5	1967
	Мексика	43	203	1,8	1974
	Аргентина	32	203	2,1	1976
	Мексика	27	203	1,5	1975
	Бразилия	387	503	12,0	1977
Медный концентрат	Индонезия	111	100	0,3	1972
	США	18	100	0,4	1974
Известняк	Тринидад	10	203	0,6	1959
	Велико-британия	92	254	1,7	1964
	США	27	177	1,5	1971

На Норильском горно-металлургическом комбинате эксплуатируется система из 9 трубопроводов общей протяженностью 270 км для транспортирования концентрата полиметаллических руд. Трубопроводы широко применяются для гидротранспорта отходов обогащения горно-обогатительных 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. 7.2 приведены рекомендуемые параметры пульпы, получаемой из ряда материалов.

Таблица 7.2

Рекомендуемые параметры пульпы

Материал	Плотность, кг/м^3	Максимальный размер твердых частиц, мм	Средняя весовая концентрация твердых частиц в пульпе, %
Каменный уголь	1,4	2,2	50
Известняк	2,7	0,3	70
Медный концентрат	4,3	0,23	55
Железный концентрат	5,0	0,15	60

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, транспорти­руемого в 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-про-мышленный углепровод Белово - Новосибирск протяженностью 260 км.