3.3 Техніко-еколого-економічне обґрунтування переводу роботи шахтної котельні з вугілля на метан

Метан вугільних родовищ – це цінна енергетична сировина і одночасно вибухо- і вибросонебезпечна речовина, яка перешкоджає безпечному вуглевидобуванню.

Система дегазації шахт в Україні значно відрізняється від європейської. У нас її проектували на викид отриманого метану за межі гірничої виробки, не ураховуючи перспектив використовування цього газу як палива. Тому його велика частина йде через системи вентиляції. В системі дегазації у нас до цих пір використовуються іржавіючи металеві труби, а також вакуум-насосні станції з водокільцевими насосами, що приводить до попадання значної кількості води у газ. Через погану герметичність в метан також проникають повітря, а зважаючи на відсутність підземної системи фільтрації – вугільний пил. У результаті, на виході ми одержуємо метан, який складно використовувати для вироблення електрики. Його потрібно додатково очищати, оскільки будь-яке устаткування довго на такому газі працювати не зможе. В Європі застосовуються пластикові труби, вакуум-насосні станції на основі гвинтових машин, ефективні системи очищення метану від пилу. Тому зарубіжним фахівцям, які пропонують розвивати технології утилізації за європейським сценарієм, доводиться витрачати додатковий час на створення адекватних технологій підготовки газу. Але засобів для повної заміни устаткування в системі дегазації у більшості шахт сьогодні немає.

Технології утилізації шахтного метану:

• спалювання метану в котельних для отримання тепла;

• робота вакуумних насосів на метані;

• виробництво електроенергії;

• каталітичне допалювання збідненої суміші метану і повітря;

• використовування стислого метану для заправки автомобілів.

Потенційними споживачами метану є:

• поряд розташовані котельні;

• власники автомобілів для їх заправки;

• газогенераторні установки – для їх живлення.

Шахта також може розглядатися як споживач частини газу. Підприємство може утилізувати метан в якості палива для котельних.

Обґрунтуємо проект переводу роботи котельні шахти на інший вид палива, а саме з використання вугілля на метан.

Котельна призначена для теплопостачання систем опалювання, вентиляції, гарячого водопостачання будівель різного призначення і обігріву ствола. Паливом для котельної є вугілля, теплота згорання 5000 ¸ 5260 ккал/кг. Тепловою схемою котельної передбачаються: приготування і відпустка споживачам на потреби опалювання і вентиляції води з температурою 115-70°с по температурному графіку, на потреби гарячого водопостачання води з температурою 60°с, відпустка тепла на калориферну у вигляді води температурою 115-70°с.

Одним з основних джерел забруднення атмосферного повітря є димар котельної, який із збільшенням теплового навантаження на котельну, збільшенням кількості спалюваного палива збільшує кількість викидів шкідливих речовин в атмосферу. Димові гази віддаляються через цегляний димар. У атмосферне повітря викидаються пил антрациту, пил із вмістом sio₂ 70-20%, оксиди вуглецю і азоту, сірчистий ангідрид, метан.

Для мінімізації викидів шкідливих речовин в атмосферу та вдосконалення процесу роботи котельної шахти, пропонується ввести в експлуатацію вакуумно-насосну станцію, значення роботи якої полягає в тому, що за допомогою спеціального устаткування паливом для котельної є метан, який качається з шахти газопроводом за допомогою вакуум-насосів.

Метаноповітряна суміш за допомогою вакууму-насосу витягується через свердловини дегазації. потім газ через систему підготовки (де відбувається його очищення від механічних домішок і осушення) по газопроводу подається на газогенераторну станцію, на якій виробляється тепло- і електроенергія. принципова схема спалювання метану в котельній наведено на рис. 4.

Рисунок 4 – Принципова схема спалювання метану в котельній:

1 – котел, 2 – пальник, 3 – повітродувка, 4 – полум’я гасник,

5 – краплєуловлювач, 6 – вакуум-насос, 7 – димовсмокчювач

Газоповітряна суміш поступає у вакуум-насосну станцію (ВНС) з шахти по трубопроводах. кожна група вакууму-насосів має свічку на всмоктуючому трубопроводі, свічу на нагнітальному трубопроводі і лінію подачі газу споживачу. Для очищення газу, що поступає з шахти, від пилу і вологи, на кожному всмоктуючому колекторі на введенні у ВНС необхідно встановлювати сепаратори типа СЦВ (блоки очищення шахтного газу). Злив води з сепараторів СЦВ здійснюється через проміжні ємності до спеціального резервуару, звідки надалі мають вивозитися на утилізацію. На нагнітальних колекторах з метою осушення газу, що має високу вогкість після вакууму-насосів, необхідно встановлювати сепаратори типа СЦВ. Злив води з сепараторів СЦВ здійснюється через проміжні ємності в зливний резервуар, з якого вода насосами перекачується в напірний бак оборотного водопостачання. Пропонується установка водокільцевих вакуумних насосів типа ВВН 2-150м (доопрацьованих під компресорний режим), що виготовляються сумським машинобудівним заводом з електродвигунами потужністю по 250 кВт у вибухобезпечному виконанні.

Характеристика вакуум-насосного агрегату:

• продуктивність, приведена до початкових умов, м³/с (м³/хв) – 2,5 (150);

• тиск початковий, номінальний, мПа (кгс/см²) – 0,04 (0,408);

• тиск кінцевий, номінальний, мПа (кгс/см²) – 0,1013 (1,033);

• температура газу початкова, номінальна, К (^ос) – 293 (20);

• температура води номінальна, К (^ос) – 288 (15);

• витрата води, л/с – 5,27 ;

• питома потужність, кВт м³/с - 72 ;

• тиск робочий, мПа – 0,053.

Також необхідно встановити котельну, яка буде працювати на метані замість вугілля. Корпорацією «Укрінтерм» розроблено модульні котельні установки, які мають ряд переваг:

• можливість легко нарощувати потужність, зменшуючи строки монтажу;

• конструкція модульних установок дозволяє проводити ремонт обладнання без зупинки котельної;

• працюють в автоматичному режимі;

• все обладнання сертифіковане;

• модулі нагріву є проточними водонагрівачами з декількома ступенями захисту, що дозволяє вбудовувати і надбудовувати котельні у приміщеннях, де споживається тепло;

• висока якість виготовлення, гарантований сервіс, надійність та безпека;

• експлуатаційні характеристики модулів дозволяють значно знизити споживання газу та електроенергії (газу – на 30%, електроенергії – на 50%);

• на 30% знижається собівартість обслуговування обладнання та споживання;

Транспортабельні модульні котельні установки (ТМКУ) системи «Укрінтерм» призначені для теплопостачання і гарячого водопостачання виробничих, житлових і комунальних будівель і споруд. Виготовляються в контейнерах з габаритними розмірами, що дозволяють перевозити їх автомобільним транспортом, на базі нагрівальних модулів МН80 і МН100.

Після установки на місці експлуатації і підключення до водяних, газових і електричних мереж установка повністю готова до опалювання і гарячого водопостачання. установка може мати від двох до п'яти модулів нагріву, модуль-регулятор температури, модуль приготування гарячої води для споживання, комплекс пристроїв управління і сигналізації для забезпечення роботи в автоматичному режимі.

Котельні установки ТМКУ працюють на природному або зрідженому газі по ГОСТ 5542. В табл. 5 наведено технічні характеристики ТКМУ.

Таблиця 5 – Технічні характеристики ТКМУ

Найменування параметру	одиниця виміру	значення параметру
Номінальна теплова потужність	кВт	160
Номінальна теплопродуктивність	кВт	144
Номінальний тиск газу	Па	1274,1960
Номінальні витрати газу при t=20 ºС, атм. тиску 760 мм. рт. ст., qн.раб.=8000 ккал/м3	куб.м/год.	17,2
Коефіцієнт корисної дії	%	90
Робочий тиск теплоносія	мПа	0,6
Максимальна температура теплоносія	ºС	95
Максимальна температура води в контурі ГВС	ºС	55
Температура продуктів спалювання на виході з модулів нагріву, не менш	ºС	110
Характеристика електроживлення	в/Гц	220/50
Максимальна електрична потужність	кВт	5
Маса, не більш	кг	4200

У процесі організації переводу котельної на використання метану варто розрахувати необхідну суму капітальних витрат на устаткування для оснащення станції й подальшої її експлуатації (табл. 6, 7).

Таблиця 6 – Капітальні витрати на необхідне обладнання

№	Найменування	Ціна за одиницю, грн.	Кількість, шт.	Сума, тис. грн.
1	2	3	4	5
1	Транспортабельна модульна котельна установка ТКМУ 160 еко		1
2	Вакуум-насосний агрегат ВВН2-150м		1
3	Кран мостовий ручний однобалочний вибухобезпечний		1
4	Вентиляційний агрегат центро-біжний В-Ц4-75-3, 15-И1-01АУ2		1
5	Сепараційні блоки очищення шахтного газу СЦВ-5В		1
6	Сепараційні блоки СЦВ-6г-1200/0,5-270		1
7	Насоси обігового водопостачання		2
8	Градирні з осевими вентиляторами ВО6-300 №10 ГМВ-60Н		2
9	Інше устаткування, технологічні та сантехнічні трубопроводи і арматура		1
	Усього

Так само необхідно в процесі організації станції розрахувати необхідну суму капітальних витрат на будівельно-налагоджувальні роботи. Дані наведено у табл. 7.

Таблиця 7 – Капітальні витрати на проведення будівельних робіт

№	Найменування виду робіт	Вартість, тис. грн.
1	Налагодження мереж електроустаткування
2	Налагодження й пристрій систем водопостачання
3	Складання необхідної кошторисної документації й узгодження в контролюючих інстанціях
4	Налагодження й установка встаткування вакуум-насосної станції та транспортні витрати на доставку
	Разом

Загальні капітальні витрати без ПДВ складуть:

(38)

де – витрати на обладнання котельної, грн.;

– витрати на будівельно-монтажні роботи, грн.

Таким чином, розрахована сума дорівнює інвестиціям у проект переобладнання роботи котельної шахти з вугілля на метан.

Розрахуємо поточні витрати, які виникають в процесі експлуатації котельної шахти.

Зробимо розрахунок витрат на електроенергію при планованій експлуатації підприємства згідно встановленого графіка роботи й устаткування. витрати електроенергії розраховуються по формулі:

(39)

де – обсяг електроенергії, кВт/год.;

– час роботи обладнання, год./роб. день;

– кількість робочих днів у рік, день;

– тарифна ставка за 1 кВт для юридичних осіб.

Розрахуємо амортизаційні нарахування прямолінійним способом з урахуванням строку корисного використання (експлуатації) об'єкта. амортизаційні нарахування розраховуються по формулі:

(40)

де – вартість устаткування, грн.;

– строк корисного використання (експлуатації), років.

Розрахунки зведемо до табл. 8.

Таблиця 8 – Амортизаційні нарахування

№	Найменування	, рік	, тис. грн.	, тис. грн.
1	Транспортабельна модульна котельна установка ТКМУ 160 еко	15
2	Вакуум-насосний агрегат ВВН2-150м	15
3	Кран мостовий ручний однобалочний вибухобезпечний	15
4	Вентиляційний агрегат центро-біжний В-Ц4-75-3, 15-И1-01АУ2	10
5	Сепараційні блоки очищення шахтного газу СЦВ-5В	15
6	Сепараційні блоки СЦВ-6г-1200/0,5-270	5
7	Насоси обігового водопостачання	5
8	Градирні з осевими вентиляторами ВО6-300 №10 ГМВ-60Н	7
9	Інше устаткування, технологічні та сантехнічні трубопроводи і арматура	6
	разом

Розрахуємо річний фонд оплати праці робітників, які обслуговують обладнання, за формулою (10).

Відповідно до виробничої необхідності для роботи на планованому підприємстві будуть задіяні 7 осіб. Даного персоналу буде досить для нормального функціонування вакуум-насосної станції. Для роботи котельної нових робочих місць не потрібно, так як в котельній вже працюють робітники, які будуть працювати і надалі і додаткових витрат на оплату їх праці на потрібно.

Для здійснення виробничої діяльності необхідні робітники:

• начальник вакуум-насосної станції – 1 людина;

• майстер-інженер по технічному забезпеченню – 1 людина;

• робочі – 4 особи,

• слюсар – один.

Нарахування єдиного соціального внеску на заробітну плату здійснюється згідно діючого законодавства України по формулі (11).

Зведемо розрахунки по поточним витратам в табл. 9.

Таблиця 9 – Поточні експлуатаційні витрати для роботи котельні

№	Елементи витрат	Найменування	Сума, тис. грн./рік
1	Річна заробітна плата
2	Єдиний соціальний внесок
3	Витрати на електроенергію
4	Амортизаційні нарахування
5	Накладні витрати
	Разом

Розрахуємо еколого-економічний ефект від переводу котельні на роботу на метан замість вугілля.

Порівнюючи величини викидів в атмосферу котельними на твердому паливі і газі, приходимо до результатів, наведених у табл. 10.

Таблиця 10 – Порівняльна характеристика котельних

Найменування шкідливої речовини	Викиди, т/рік		Різниця у обсягах викидів, т/рік (+,-)
	котельна на твердому паливі	котельна на газі
Окисел вуглецю	92,9123	8,6983	-84,214
Оксид азоту	-	0,979	+ 0,979
Двоокис азоту	5,76147	1,4688	-4,2927
Сірчистий ангідрид	187,20468	-	-187,2047
Пил неорганічний	4,5506	-	-4,5506

Розрахуємо екологічний збиток, що запобігається внаслідок переводу котельної на інший вид палива:

(41)

де – обсяг викидів i-того забруднюючої речовини стаціонарними джерелами забруднення при роботі котельної на вугіллі ( ) і на метані ( ), т/рік;

– норматив плати за викиди за 1 т забруднюючої речовини, грн./т.

На виробничі потреби для котельної шахта витрачає деякий обсяг вугілля на рік. Якщо цей обсяг вугілля буде продано замість особистого використання, то отримуємо додатковий дохід:

(42)

де – обсяг вугілля, що можливо додатково продати, т/рік;

– ціна реалізації 1 т вугілля, грн./т.

Розрахуємо загальний еколого-економічний ефект по формулі:

( 43)

Термін окупності ( ) розрахуємо по формулі (27).

Потім потрібно зробити висновок о доцільності переводу роботи котельної з використання в якості палива вугілля на метан і визначити види ефекту: екологічний, соціальний і економічний.

ВИСНОВКи

Наведені методичні вказівки є руководством для керівників і студентів для виконання курсової роботи по дисципліні «Техніко-економічне обґрунтування комплексного використання надр». Виконання вимог методичних рекомендацій допоможе студенту ефективно і у встановлені строки виконати роботу, а керівнику підготовити кваліфікованих фахівців.

Список літератури:

Нормативна:

1. Конституция України.

2. Екологія i закон: екологічне законодавство України. У 2-х кн. / Під ред. В.І. Андрейцева. – К.: Юрiнком Інтер, 1997.

3. Андрейцев В.І. Екологічне право: курс лекцій. – К.: Вентурi, 1996. – 208с.

Основна література:

4. Амоша А.И. Комплексное освоение угольных месторождений Донецкой области / А.И. Амоша, В.И. Логвиненко, В.Г. Гринев. – Донецк: ИЭП НАН Украины, 2007. – 176 с.

5. Гирусов Э.В. Экология и экономика природопользования: учебник для вузов, - М.: Закон и право, ЮНИТИ, 1998. – 455с.

6. Гребенкин С.С. Сохранение окружающей природной среды на горнодобывающих предприятиях / С.С. Гребенкин, В.К. Костенко, Є.С. Матлак, М.Н. Шафоростова. – Донецк: «ВИК», 2009. – 505 с.

7. Гребенкин С.С. Системно-экономические аспекты экологизации производства и управления предприятием / С.С. Гребенкин, В.К. Костенко, Є.С. Матлак, М.Н. Шафоростова . – Донецк: «ВИК», 2010. – 401 с.

8. Гребенкин С.С. Технологические и организационные аспекты комплексного использования ресурсов угольных месторождений / С.С. Гребенкин, В.К. Костенко, Є.С Матлак, М.Н. Шафоростова. – Донецк: «ВИК», 2010. – 519 с.

9. Дорогунцов С.І.  Оптимізація природокористування: навчальний посібник / С.І. Дорогунцов, А.М. Муховиков, М.А. Хвесик. - К.: Кондор, 2004. ─ 291 с.

10. Колотило Д.М.  Екологія і економіка: навчальний посібник для ВНЗ / Д.М. Колотило. – К.: КНЕУ, 2005. - 576 с.

11. Костенко В.К. Извлечение геотермальной энергии из выработанных массивов угольных шахт / В.К. Костенко // Геотехнологии и управление производством ХХІ века. Монография, т.2. – Донецк, ДонНТУ, 2006. – c. 236-239.

12. Костенко В.К. Решение экологических и социально-экономических проблем угледобывающей отрасли на основе комплексного использования недр / В.К. Костенко, М.Н. Шафоростова // 5-я международная конференция «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (28-30 окт. 2009) – Тула: ТулГУ, 2009, т.1 – с.438-446.

13. Макарова Н.С.  Економіка природокористування: навчальний посібник для ВНЗ / Н.С. Макарова, Л.Д. Гармідер, Л.В. Михальчук. - К.: ЦУЛ, 2007.

14. Модернiзацiя виробництва: системно-екологiчний пiдхiд: посiбник з екологiчного менеджменту / В.Я. Шевчук, Ю.М. Саталкiн, В.М. Навроцький та iн., - К.: Символ-Т, 1997. – 245 с.

15. Пешко А.В. Концепция программы «повышение эффективности использования энергоресурсов Украины» / А.В. Пешко, Н.Г. Белопольский, Д.К. Турченко – К. – 2005. – 55 с.

16. Царенко О.М. Основи екології та економіка природокористування: курс лекцій: практикум / О.М. Царенко, О.О. Нєсвєтов, М.О. Кадацький. ─ Суми: Унів. кн., 2001. – 326 с.

17. Царенко О.М. Основи екології та економіка природокористування: навчальний посібник для ВНЗ / О.М. Царенко, О.О. Нєсвєтов, М.О. Кадацький. – Суми: університетська книга, 2004. – 400 с.

18. Шафоростова М.Н. Обоснование эколого-экономической эффективности использования отходов производства в качестве топлива / М.Н. Шафоростова, А.Л. Хохлова // ХХ всеукраїнська наукова конференція аспірантів і студентів «Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів» (13-15 квітня 2010) – Донецьк: ДонНТУ. Т.2 – С.190-191.

19. Шафоростова М.Н. Развитие финансово-экономических инструментов государственного механизма управления использованием ресурсов недр в Украине / М.Н. Шафоростова, И.И. Папа-Дмитриева // Зб. наук. пр. ДонДУУ «Економіка природокористування та охорони навколишнього середовища»: серія «Економіка», т. ХІ, вип. 156. – Донецьк: ДонДУУ, 2010. – с. 32-44.

20. Шафоростова М.М. Організаційно-економічні інструменти ефективного надрокористування / М.М. Шафоростова // Проблеми екології. – Донецьк: ДонНТУ, 2007. – № 1,2. – с. 139-143.

21. Шафоростова М.М. Економічні інструменти комплексного використання надр // Вісник Донецького гірничого інституту. – Донецьк: ДонНТУ, 2008. – № 1. – с. 83-86.

22. Шевчук А.В. Экономика природопользования (теория и практика). — М.: НИА-природа, 2000.

Додаткова література

23. Гаман П.  Державне управління системою фінансування екологічної діяльності / П. Гаман // Вісник національної академії державного управління при Президентові України. – 2004. –  № 3.

24. Зятковська Л.І.   Фінансування інвестицій екологічного спрямування / Л.І. Зятковська // Фінанси України. – 2006. – № 11. - с. 98-103.

25. Міщенко В.    Фінансування природоохоронної сфери (чи є критерій достатності?) / В. Міщенко  // Економіка України. – 2008. - № 8. - с. 46-55.

26. Нетрадиционные решения в горной промышленности / Под ред. Ю.А. Чернегова. – М.: Недра, 1991. – 331 с.

27. Физико-химические основы технологии осветления и обеззараживания шахтных вод: монография / [Гребенкин С.С., Костенко В.К., Матлак Е.С. и др.]; под общ. ред. Костенко В.К. – Донецк: «ВИК», 2009. – 438 с.

28. Физико-химические основы технологий деминерализации шахтных вод: монография / [Гребенкин С.С., Костенко В.К., Матлак Е.С. и др]; под общ. ред. Костенко В.К. – Донецк: «ВИК», 2008. – 287 с.

29. Эндрєс А. Экономика окружающей среды / Пер. с нем. – К.: Либiдь. –

1995.

52