Запасы углей в мире и в Украине. Характеристика ископаемых углей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Запасы углей в мире и в Украине. Характеристика ископаемых углей

1. Запасы углей в мире и в Украине. Характеристика ископаемых углей

каменный угль металлургия кокс

Среди ведущих мировых держав только Япония не располагает большими запасами угля. Хотя уголь - самый распространенный вид энергоресурсов, на нашей планете имеются обширные территории, где угольных месторождений нет. Угли различаются по теплотворной способности: она самая низкая у бурого угля (лигнита) и самая высокая у антрацита (твердого блестящего черного угля). Мировая добыча угля составляет 4,7 млрд. т. в год. Однако во всех странах в последние годы проявляется тенденция к снижению его добычи, поскольку он уступает место другим видам энергетического сырья - нефти и газу. В ряде стран добыча угля становится нерентабельной в связи с отработкой наиболее богатых и сравнительно неглубоко залегающих пластов. Многие старые шахты закрываются как убыточные. Первое место по добыче угля занимает Китай, за ним следуют США, Австралия и Россия. Значительное количество угля добывается в Германии, Польше, ЮАР, Индии, на Украине и в Казахстане.

Добыча угля в США и Канаде

Ископаемый уголь - важнейший и наиболее распространенный источник энергии в США. Страна располагает самыми большими в мире промышленными запасами угля (всех типов), которые оцениваются в 444,8 млрд. т., общие запасы в стране превышают 1,13 трлн. т., прогнозные ресурсы - 3,6 трлн. т. Крупнейший поставщик угля - штат Кентукки, за ним следуют Вайоминг и Западная Виргиния, Пенсильвания, Иллинойс, Техас (в основном лигнит), Виргиния, Огайо, Индиана и Монтана. Примерно половина запасов высокосортного угля сосредоточена в Восточной (или Аппалачской) провинции, протянувшейся с севера на юг от северо-западной Пенсильвании до северной Алабамы. Эти высококачественные угли каменноугольного периода используются для производства электроэнергии и получения металлургического кокса, потребляемого при выплавке железа и стали. К востоку от этого угленосного пояса в Пенсильвании находится угольный бассейн площадью ок. 1300 кв. км, на который приходится почти вся добыча антрацита в стране.

Самые крупные запасы угля размещаются на севере Центральных равнин и в Скалистых горах. В угольном бассейне Паудер-Ривер (шт. Вайоминг) угольные пласты мощностью ок. 30 м разрабатываются открытым способом гигантскими экскаваторами-драглайнами, тогда как в восточных районах страны даже маломощные (ок. 60 см) пласты часто доступны для выемки лишь подземным способом. На бурых углях Северной Дакоты работает крупнейшее в стране предприятие по газификации угля.

Потенциальным источником энергии является метан, содержащийся в угольных пластах; его запасы в США оцениваются более чем в 11 трлн. м3.

Угольные залежи Канады сосредоточены в основном в восточных и западных провинциях, где добывается ок. 64 млн. т. битуминозных и 11 млн. т. бурых углей в год. Залежи высококачественных углей каменноугольного возраста имеются в Новой Шотландии и Нью-Брансуике, более молодых углей не столь высокого качества - в пределах продолжающихся к северу угленосных бассейнов Великих равнин и Скалистых гор в Саскачеване и Альберте. Высококачественные нижнемеловые угли залегают на западе Альберты и в Британской Колумбии. Они интенсивно разрабатываются в связи с растущим спросом на коксующийся уголь металлургическими заводами, расположенными на Тихоокеанском побережье страны.

Добыча угля в Южной Америке

В остальной части Западного полушария промышленные месторождения угля невелики. Ведущий производитель угля в Южной Америке - Колумбия, где он добывается открытым способом главным образом на гигантском угольном разрезе Эль-Серрехон. За Колумбией следуют Бразилия, Чили, Аргентина и Венесуэла, располагающие весьма незначительными запасами угля.

Добыча угля в Азии

Самые крупные запасы ископаемого угля сосредоточены в Китае, где на этот вид энергетического сырья приходится 76% потребляемого топлива. Общие ресурсы угля на территории Китая превышают 986 млрд. т, примерно половина их находится в Шэньси и Внутренней Монголии. Большие запасы имеются также в провинциях Аньхой, Гуйчжоу, Шиньси и в Нинся-Хуэйском автономном районе. Из общего количества 1,3 млрд. т. угля, добытого в Китае в 1995, около половины приходится на 60 тыс. мелких угольных копей и разрезов местного значения, другая половина - на крупные государственные шахты, такие, как мощный разрез Аньтайбао в провинции Шэньси, где ежегодно добывается до 15 млн. т. сырого (необогащенного) угля.

Важными угледобывающими странами в Азии являются Индия (278 млн. т. в год), Северная Корея (50 млн. т.), Турция (53,2 млн. т.), Таиланд (19,3 млн. т.).

Добыча угля в Европе

Добыча угля в Центральной и Западной Европе в 1995 составляла 1/9 от мировой. Высококачественный уголь, добываемый на Британских островах, имеет в основном каменноугольный возраст. Большая часть месторождений угля находится в южном Уэльсе, на западе и севере Англии и на юге Шотландии. В пределах континентальной Европы уголь добывают примерно в 20 странах, главным образом на Украине и в России. Из угля, добываемого в Германии, около 1/3 составляет высококачественный коксующийся уголь Рурского бассейна (Вестфалия); в Тюрингии и Саксонии и в меньшем количестве в Баварии в основном добывают бурый уголь. Промышленные запасы каменного угля в Верхнесилезском угольном бассейне на юге Польши занимают второе место после запасов Рурского бассейна. В Чехии также имеются промышленные запасы каменных (битуминозных) и бурых углей.

Добыча угля в Австралии

Австралия - один из крупнейших в мире производителей угля, экспорт которого в страны Тихоокеанского бассейна постоянно растет. Добыча угля здесь превышает 277 млн. т в год (80% битуминозного, 20% бурого угля). Наибольший объем добычи угля приходится на Квинсленд (угленосный бассейн Боуэн), за ним следуют Новый Южный Уэльс (месторождение в долине р. Хантер, Западное и Южное прибрежное), Западная Австралия (месторождения в окрестностях Банбери) и Тасмания (месторождение Фингал). Кроме того, уголь добывают в Южной Австралии (Ли-Крик) и Виктории (угленосный бассейн Латроб-Вэлли).

Добыча угля в России, Казахстане, Узбекистане

В России на основе сжигания угля производится в два раза меньше энергии, чем в результате сжигания нефти и газа. Однако уголь продолжает играть важную роль в энергетике. В 1995 свыше 260 млн. т. угля было использовано в качестве топлива для ТЭС и в сталелитейной промышленности. Примерно 2/3 ископаемых углей в России составляют каменные, а 1/3 - бурые. Самые крупные каменноугольные бассейны России: Кузнецкий (крупнейший по объему добычи), Тунгусский, Таймырский, Ленский, Иркутский, Южно-Якутский, Минусинский, Буреинский, Печорский, Карагандинский. Важное промышленное значение имеют также Челябинский и Кизеловский бассейны на Урале, Сучанский на Дальнем Востоке и ряд мелких месторождений в Забайкалье. Донецкий угольный бассейн с высококачественными коксующимися углями и антрацитом лишь частично заходит на территорию Ростовской области РФ, а в основном расположен на Украине.

Среди буроугольных бассейнов выделяются Ленский, Канско-Ачинский, Тунгусский, Кузнецкий, Таймырский, Подмосковный.

В Казахстане имеется крупное Экибастузское каменноугольное месторождение и Тургайский буроугольный бассейн, в Узбекистане - Ангренское месторождение бурых углей.

Добыча угля в Украине

В Украине сосредоточено около 4% мировых запасов угля. Основная добыча полезного ископаемого ведется в Луганской, Донецкой и Днепропетровской областях. Причем на Луганскую область приходится 43% добычи. Донецкая область занимает второе место с 27-ма процентами. На Днепропетровскую область приходится 23%, а на Львовскую и Волынскую - 7% общего объема производства угля.

За последнее десятилетие ежегодно на-гора выдавалось от 72,2 до 85,9 млн тонн черного золота, и по этому показателю Украина занимает 12-е место в мире. Добыча в Украине ныне ведется в 160 шахтах.

Запасы каменного угля в Украине составляют около 33873 млн т - это 3,9% мировых запасов. Месторождения этого полезного ископаемого, в основном, сосредоточены в Донецком, Львовско-Волынском антрацитовых бассейнах и Днепровском буроугольном.

Виды ископаемых углей, их применение в народном хозяйстве

Бурые угли - 60-75% углерода, много влаги воды. Теплотворная способность их 5000-7200 ккал/ кг. При хранении на открытом воздухе они быстро выветриваются. Бурые угли используют обычно как энергетическое топливо. Некоторые сорта бурого угля являются сырьем для получения различных химических продуктов.

Каменные угли - 75-87% углерода, теплотворная способность их 7500-9000 ккал/ кг. Эти угли более крепкие, чем бурые, при ударе раскалываются на отдельные куски, по цвету - черные. Каменные угли применяют в промышленности для различных целей. Наиболее ценными являются коксующиеся угли, отличающиеся от обыкновенных каменных углей тем, что при обработке в специальных коксовых печах при температуре 750-1100° без доступа воздуха спекаются, образуя особый продукт - кокс, который применяют на металлургических заводах для выплавки чугуна в доменных печах. При этом из угля выделяются смола и газообразные продукты, из которых после соответствующей переработки изготавливают свыше 300 различных веществ, играющих важную роль в народном хозяйстве.

Антрациты - 87-98% углерода, полуметаллический блеск и раковистый излом, теплотворная способность 7600-9000 ккал/ кг. Цвет антрацита - бархатно - черный, очень крепкий, горит слабым пламенем или совершенно без пламени, почти не выделяет дыма и не спекается, он загорается труднее, чем каменный уголь и для сжигания требует большого количества воздуха, т.е. создания сильной тяги.

Угли подразделяются на технологические марки:

A - Антрацит; ПА - Полуантрацит; Ж - Жирный; К - Коксовый; К2 - Коксовый второй; Г - Газовый; Д - Длиннопламенный; ОС - Отощенный спекающийся; СС - Слабоспекающийся; Т - Тощий; КЖ - Коксовый жирный; ГЖ - Газовый жирный; Б - Бурый

По крупности кусков выделяют следующие классы:

Плитный (П) - 100-200 мм

Крупный (К) - 50-100 мм

Орех (О) - 25-50 мм

Мелкий (М) - 13-25 мм

Семечко (С) - 6-13 мм

Штыб (Ш) - 0-6 мм

Рядовой (Р) - 0-200 мм

2. Оценка исчерпаемости запасов каменного угля, в т.ч. пригодного для коксования

Коксующийся уголь. В Украине коксующейся уголь в основном используется отечественной металлургической промышленностью, на которую приходится около 90% от общего спроса на данный вид сырья. Остальное потребляется другими промышленными потребителями.

Украинские добывающие предприятия удовлетворяют внутренний спрос на 63,0%, в тоже время более чем 1/3 потребляемого коксующегося угля импортируется, в основном из России. В последние годы наблюдался повышенный спрос на уголь как из-за снижения внутреннего производства (вследствие истощения месторождений с простыми геологическими условиями), так и низкого качества добытого угля (уголь с высоким содержанием серы неприемлем для металлургических заводов).

Прогнозные запасы угля в Украине составляют 117,5 млрд. тонн, в том числе 56,7 млрд. - разведанные запасы, из которых энергетических марок - 39,3 млрд. тонн.

Балансовые запасы на действующих шахтах составляют 8,7 млрд. тонн, промышленные - 6,5 млрд., в том числе почти 3,5 млрд. тонн, или 54%, - энергетического.

Учитывая приведенные данные и среднюю добычу угля в Украине в последние годы (около 80 млн. т), можно посчитать - на сколько лет этих запасов хватит:

Прогнозных запасов (общих) - 117 500 / 80 = 1468 лет;

Прогнозных запасов (разведанных, энергетических) - 39 000 / 80 = 487,5 лет;

Балансовых запасов действующих шахт - 8 700 / 80 = 109 лет

Промышленных запасов действующих шахт - 6 500 / 80 = 81,2 лет

Промышленных запасов (энергетических) - 3 500 / 80 = 43,7 лет.

3. Основные тенденции развития технологий получения топлива для металлургии, характеристика современной технологии получения кокса

В современных коксовых печах прочный кокс образуется лишь из достаточно хорошо опекающихся шихт. Вместе с тем велики запасы и слабоспекающихся углей. Из углей этих типов в камерных печах но образуется достаточно прочный и крупный металлургический кокс, но их приходится добавлять, т.к. коксующихся остается все меньше.

Процесс коксования осуществляется в коксовых печах. Каждая коксовая печь снабжена двумя герметичными дверями по торцам. В своде печи имеются три отверстия для загрузки шихты из трех бункеров загрузочного вагона. Под печью располагаются кирпичные регенераторы. Грязный коксовый газ через газосборник и газоотвод направляется в химические цехи. С машинной стороны печь обслуживается перемещающимся по рельсовому пути коксовыталкивателем. С помощью штанги эта машина выталкивает коксовый пирог из печи. Предварительно с коксовой стороны двересъемная машина снимает дверь. Кокс направляется в тушильный вагон. После тушения кокса водой он выгружается на наклонную рампу и конвейером направляется на коксосортировку. Коксовыталкиватель снабжен также перемещающейся по горизонтали штангой-планиром, с помощью которой выравнивается поверхность угольной загрузки перед началом коксования.

Коксовые печи (объем каждой до 42 м³) располагаются параллельно по 70-80 шт., образуя коксовую батарею. Ее обслуживают коксовыталкиватель, двересъемная машина, загрузочный и тушильный вагоны, распределительная угольная башня. Производительность коксовой батареи на холодной влажной шихте достигает 2200 т кокса/сут (до 0,8 млн. т кокса/год).

Стены печей выложены из высокоогнеупорного динасового кирпича. Печи разделяются полыми отопительными простенками, внутри которых сжигается смесь коксового и доменного газов и развиваются температуры до 1400°С. Через стенки печей тепло продуктов сгорания передается теплопроводностью к угольной шихте в рабочем пространстве каждой печи.

Доменный газ и воздух для горения сначала подогреваются раздельно в паре регенераторов под одним из отопительных простенков, например под левым, по отношению к данной коксовой печи. К этим газам присоединяется также холодный коксовый газ. Смесь вспыхивает и горит в левом отопительном простенке. Продукты сгорания перебрасываются над коксовой печью по специальным перекидным каналам и опускаются вниз уже по правому отопительному простенку. Далее продукты сгорания при температуре 1300-1350°С входят в два регенератора под правым отопительным простенком, нагревают их кирпичные насадки и уходят в дымовую трубу с температурой 300-400°С. Через 20-30 мин во всей коксовой батарее осуществляется перекидка клапанов, направление газовых потоков меняется на обратное (рис. 9, б). Теперь доменный газ и воздух греются в правых регенераторах, а дымовые газы греют регенераторы под левыми простенками. Такая система позволяет добиться равномерности обогрева стен коксовой печи и в значительной мере утилизировать тепло дымовых газов.

Главная часть дымовых газов при 1300-1350°С входит в регенераторы и греет их кирпичную кладку. Через 20-30 мин осуществляется перекидка клапанов и направление газопотоков меняется на обратное. Система печей с парными вертикалами сложнее, чем система с перекидными каналами, но она дает большую равномерность обогрева печи. Расход тепла на коксование холодной и влажной угольной шихты составляет 2200-2600 кДж/кг влажной шихты.

Готовый пирог кокса выгружается в тушильный вагон и по традиционной технологии заливается водой (4-5 м'/т кокса).

К сожалению, мгновенное охлаждение создает в кусках кокса значительные внутренние напряжения, измельчает кокс, увеличивает его трещиноватость. Кроме того, в зависимости от расхода воды влажность кокса меняется в широких пределах (от 2 до 10%), что затрудняет шихтовку в доменном цехе. Тепло коксового пирога теряется по этой технологии безвозвратно.

Современная прогрессивная технология сухого тушения кокса холодным азотом предложена Г, Вундерлихом (Германия) в 1917 г. По этой схеме раскаленный (1000-1050°С) кокс загружается сверху в бункер, через который непрерывно продувается азот. Теплый кокс (200-250°С) выдается из нижней части бункера. Нагретый азот направляется в пылеулавливатели, а затем в паровой котел, где получают перегретый до 450°С водяной пар. Таким образом удается почти полностью утилизировать теплоту коксового пирога, осуществить охлаждение кокса по щадящему графику, улучшить качество кокса и снизить до минимума его влажность (1,5-2,0%). Расход циркулирующего по контуру охлаждения азота составляет в таких установках 75 000-80 000 м³/ч. После парового котла остаточная теплота азота может быть использована для сушки и подогрева угольной шихты перед коксованием.

4. Перспективы обеспечения потребности металлургии в коксе в будущем

Горно-металлургический комплекс Украины (ГМК) сегодня и на ближайшую перспективу является основой экономики Украины. Однако, возможность снижения конкурентоспособности продукции ГМК на мировых рынках при вступлении в ВТО и интеграции Украины в ЕС представляет угрозу экономической стабильности государства. Анализ состояния, тенденций и перспектив развития металлургической отрасли показывает, что снижение конкурентоспособности металлопродукции возможно по следующим причинам:

1. Обострение конкуренции на внешних рынках в ближайшее время потребует снижения себестоимости, уровня энергетических расходов, расширения сортамента и повышения качества продукции. Ухудшение ситуации на мировом рынке может поставить ГМК, а также всю страну в затруднительное экономическое положение.

2. Ограниченная реконструкция и техническая модернизация черной металлургии Украины в течение длительного периода привела к тому, что износ производственных мощностей достигает 60 - 80%.

В металлургическом производстве Украины используются практически все известные виды энергоносителей, доля потребления которых по видам определяется структурой металлургического производства. При этом металлургия является не только потребителем внешних источников энергии (уголь, природный газ, электроэнергия) но и производит собственные энергоресурсы, которые используются в производственном цикле (тепловая энергия, доменный, коксовый и конвертерный газ, электроэнергия, сжатый воздух, кислород, азот, пар)

Использование энергоресурсов в металлургии неравномерно. Наибольшее их количество используется в доменном производстве при производстве чугуна (до 60%). Поэтому именно этот энергоемкий передел наиболее привлекателен для уменьшения общеотраслевых затрат энергии.

В Украине только за последние 6 лет удельный расход энергоносителей уменьшился с 0,94 до 0,83 тут/т чугуна, а в перспективе до 2011 г. ожидается дальнейшее его снижение до уровня 0,69 тут/т чугуна.

Благодаря использованию научных исследований, за последние 50 лет в мировой практике расход энергии на производство 1 т чугуна снизился наполовину. Уменьшение энергозатрат в доменном производстве произошло за счет использования результатов научных исследований, которые были направлены на изменение шихтовых условий плавки, повышения качества шихты, прежде всего, за счет увеличения уровня содержания железа, создания доменных печей большого объема, за счет интенсификации технологии доменной плавки вдуванием кислорода, совершенствования режимов загрузки доменных печей. В последние годы происходит изменение структуры потребляемых энергоносителей. Расширилось использование непосредственно угля в доменной плавке, вдувание в доменную печь пылеугольного топлива (ПУТ), горячих восстановительных газов, что обуславливает уменьшение удельного расхода кокса на тонну чугуна.

Анализ ситуации на внешнем и внутреннем рынках кокса и сырья для его производства не позволяет прогнозировать стабильность обеспечения металлургических предприятий Украины качественным коксом в существующих объемах. При наличии избыточных мощностей по производству кокса Украина ощущает острый дефицит качественного сырья для его производства. Поэтому необходимо рассмотреть все мероприятия, направленные на снижение расхода кокса в шихте доменных печей. Для этого следует уточнить и разграничить функциональное назначение этого материала в технологии доменного производства - в качестве топлива и восстановителя оксидов железа.

Очевидно, дальнейшее снижение расхода кокса возможно за счет изменения технологии процесса, пересмотра традиционных взглядов на состав чугуна, как исходного материала для конвертирования, и кокса - как основного теплоносителя доменного процесса.

За рубежом модернизация доменных печей производится одновременно с реструктуризацией топливной базы доменного процесса. Зарубежные фирмы широко применяют технологию вдувания пылеугольного топлива (ПУТ), используют природный газ, мазут и другие альтернативные источники энергии, например, гранулированные пластики [7]. При этом вдувание ПУТ позволяет снизить расход кокса на 140, применение мазута - на 130 кг / т чугуна.

Низкий расход кокса на предприятиях отрасли в начале 90-х годов (506 - 510 кг/т) был достигнут в результате использования в доменном процессе природного газа, высокотемпературного дутья и обогащения его кислородом.

В связи с резким колебанием цен на энергоресурсы для металлургов принципиально важен вопрос, каким энергоресурсам отдать предпочтение - импортируемому из России природному газу или твердому углеродсодержащему топливу (коксу, ПУТ, антрациту и др.).

Многие ученые считают, что в обозримом будущем кокс в доменной плавке будет необходим, в основном, для восстановительного процесса. Основное направление инновационной деятельности в области доменного производства - реструктуризация топливной базы и замена части кокса менее дорогими энергоносителями - пылеугольное топливо, угли неспекающихся марок.

Выводы

1. Запасы углей, в т.ч. коксующихся в мире и Украине, постоянно уменьшаются. При существующих темпах добычи уже через 50-100 лет проблема обеспечения металлургии топливом будет очень острой.

2. Современные технологии получения кокса - основного топлива для доменного производства, позволяют получать кокс необходимого качества, но в связи с сокращением запасов коксующегося угля необходимость импортировать кокс (или коксующийся уголь для его производства) будет возрастать.

3. В будущем проблема обеспечения металлургии топливом (в первую очередь - коксом) будет обостряться, что требует разработки и внедрения новых энергосберегающих технологий и замены кокса менее дефицитными видами топлива.

Литература

1. Сайт «Уголь Донбасса» - http://www.coal.in.ua/gornoe-delo/2488-ugol-mirovye-zapasy-i-dobycha.html

2. Сайт агентства Укринформ - http://www.ukrinform.ua/rus/news/dobicha_uglya_v_ukraine_nine_vedetsya_v_160_shahtah_infografika_1550318

3. Сайт ООО «Промышленная Компания РосУголь» http://www.roscoal.ru/content/press-centr/informaciya-dlya-vas/vidy-iskopaemyh-uglei-ih-primenenie-v-narodnom-hozyaistve/

4. Отраслевой обзор «Уголь Украины», 205-2010 гг.

5. Сайт ассоциации «Укррудпром» http://www.ukrrudprom.com/news/nplachkov140505.html

6. Википедия - свободная Интернет-энциклопедия http://ru.wikipedia.org/wiki/Угольная_промышленность

7. Информационно-тематический портал «Машиностроение, механика, металлургия» http://mashmex.ru/metallurgi/82-process-poluchenia-metalla.html? start=2

Размещено на Allbest.ru