Rozwój technologiczny przeróbki mechanicznej wêgla w œwietle oceny ekspertów

Transkrypt

1 GOSPODARKA SUROWCAMI MINERALNYMI Tom Zeszyt 1/2 HENRYK ALEKSA* Rozwój technologiczny przeróbki mechanicznej wêgla w œwietle oceny ekspertów Wprowadzenie W okresie ostatnich 40 lat problematyka z zakresu in ynierii mineralnej, w tym i przeróbki wêgla kamiennego, realizowana by³a w G³ównym Instytucie Górnictwa, w specjalistycznych biurach studiów i projektów, w Polskiej Akademii Nauk (IGSMiE) oraz na uczelniach. W ci¹gu tego okresu ustalono obecny kszta³t przeróbki, a w szczególnoœci podstawowe modele technologiczne, zarówno w odniesieniu do wêgli energetycznych jak i koksowych oraz schematy technologiczno-maszynowe tych modeli z w³aœciwym dla nich ci¹giem operacji i procesów jednostkowych, determinuj¹cych jakoœæ, a tym samym i przydatnoœæ u ytkow¹ wêgla handlowego. Procesy te i operacje realizowane s¹ przy wykorzystaniu du ej liczby ró norodnych maszyn i urz¹dzeñ, zarówno starszej jak i nowszej konstrukcji, krajowych jak i z zagranicy. Maszyny i urz¹dzenia oraz ³¹cz¹ce je nici technologiczne tworz¹ architekturê i bry³ê zak³adu przeróbczego. W polskim modelu kopalni wêgla kamiennego zak³ad przeróbczy jest œciœle i,,krótko powi¹zany z zak³adem wydobywczym. Stad te w ramach jednej kopalni funkcjonowa³ dot¹d tylko jeden zak³ad przeróbczy. Charakteryzuj¹c technologie przeróbki wêgla kamiennego podkreœliæ nale y du e zró nicowanie jeœli chodzi o rozwi¹zania techniczne jak i technologiczne. Wynika ono z szeregu uwarunkowañ i przes³anek, do których mo na zaliczyæ: niskie wymagania polskiej energetyki zawodowej jeœli chodzi o jakoœæ wêgla; wartoœæ opa³owa i zawartoœæ popio³u wynikaj¹ce z faktu zaprojektowania wiêkszoœci elektrowni cieplnych na paliwa o wartoœci opa³owej w granicach 14,6 19,7 GJ/Mg, * Dr in., G³ówny Instytut Górnictwa, Katowice; h.aleksa@gig.katowice.pl

2 260 wysokie wymagania polskiej energetyki przemys³owej, zak³adów przemys³owych (np. cukrownie, cementownie) koksownictwa oraz odbiorców z zagranicy, jeœli chodzi o wartoœæ opa³ow¹ paliwa wêglowego i zawartoœæ w nim popio³u, siarki, chloru i innych zanieczyszczeñ mineralnych [1]. Uwarunkowania te z biegiem czasu ulega³y zmianie, wymuszaj¹c zmiany w technice i technologiach przeróbki wêgli. St¹d obserwuje siê w praktyce przemys³owej wiele ró nych rozwi¹zañ, maj¹cych zapewniæ osi¹gniêcie zak³adanych celów. Najprostszy schemat z zakresu przeróbki wêgla zawieraj¹ technologie PME1, coraz rzadziej stosowane, dotycz¹ce wêgli energetycznych typów 31 i 32. Obejmuje on wzbogacanie tylko wêgla gruboziarnistego o uziarnieniu powy ej (10)20 mm oraz wydzielanie z urobku wêglowego surowego mia³u i jego zbyt z niewzbogaconym mu³em wêglowym. Rozwi¹zania te nie s¹ ju stosowane w projektach, a istniej¹ce jeszcze w niektórych zak³adach przeróbczych poddawane s¹ modernizacji i rozbudowie. Stosowanie przedstawionego schematu przeróbki uzale nione jest od tego jak d³ugo bêdzie jeszcze zapotrzebowanie w kraju przez energetykê zawodow¹ na surowe i nie wzbogacone mia³y wêglowe. Uzyskane produkty wêglowe gruboziarniste (koncentraty) posiadaj¹ bardzo korzystne parametry jakoœciowe, zaœ jakoœæ wydzielonego surowego mia³u nie jest najlepsza, poniewa jest ona œciœle uzale niona od jakoœci tego sortymentu w urobku wêglowym. Znacznie liczniejsz¹ grupê technologii PME2 w zak³adach przeróbczych reprezentuj¹ rozwi¹zania, które zak³adaj¹ wzbogacanie wêgli energetycznych w szerszym zakresie uziarnienia, tj. do (0,1)0,5 mm. Rozwi¹zania te powsta³y w polskich pracowniach projektowych jako rozwiniêcie rozwi¹zañ opisanych powy ej lub te zosta³y zaprojektowane przez zagraniczne biura projektowe (niemieckie, angielskie, amerykañskie). Stosuje w nich siê bogatszy i bardziej z³o ony arsena³ procesów przeróbczych, maszyn i urz¹dzeñ ni w przypadku rozwi¹zañ opisanych powy ej. Dotyczy to przede wszystkim procesów wzbogacania i odwadniania wêgli drobnych i najdrobniejszych. W tej grupie rozwi¹zañ dla wêgli typów 31, 32 i 33 stosuje siê wzbogacanie wêgli gruboziarnistych, wzbogacanie czêœci mia³ów wêglowych lub mia³ów pozbawionych drobniejszych ziarn wêglowych, wzbogacanie i odsiarczanie mu³ów gruboziarnistych oraz filtracjê pró niow¹ mu³ów. W niektórych przypadkach stosowane jest te odilanie mu³u wêglowego celem poprawy jego jakoœci. Jest to wa ne dziêki czemu, mu³ ten mo e byæ poddawany nastêpnie z du ¹ skutecznoœci¹ procesowi odwadniania w wirówkach filtracyjnych. Zatem poprzez poprawê jakoœci mu³u i stosowanie odœrodkowego odwadniania uzyskane produkty mu³owe maj¹ korzystn¹ strukturê, co umo liwia ³¹czenie ich z koncentratami mia³owymi i ³¹czny zbyt. Zastosowanie wiêc g³êbszej przeróbki w zakresie wzbogacania ziarn najdrobniejszych wyró nia te rozwi¹zania od rozwi¹zañ najprostszych przedstawionych jako PME1. Technologie zaliczone do PME2 zawieraj¹ szereg cech, które pozwalaj¹ podzieliæ je dalej na ró ne warianty technologiczne. Tym wyró nikiem mo e byæ, np. zakres wzbogacania najdrobniejszych wêgli i sposób ich odwadniania czy te kryterium jakoœciowe w odniesieniu do produktów finalnych.

3 261 Trzeci¹ grupê technologii PME3 stanowi¹ rozwi¹zania stosowane do wzbogacania wêgli energetycznych typu 33 w pe³nym zakresie uziarnienia z fizykochemicznym wzbogacaniem mu³ów wêglowych w³¹cznie. Ich ogólny kszta³t opracowano bior¹c za punkt wyjœcia obecne rozwi¹zania stosowane w kraju, kierunki dostrzeganych zmian w œwiatowej przeróbce wêgla, wymagania rynku wêglowego, jak i te uwzglêdniaj¹c doniesienia literaturowe dotycz¹ce zagadnieñ poprawy sprawnoœci wytwarzania energii elektrycznej. W tym miejscu nale y podkreœliæ, e pewne istotne fragmenty tych technologii s¹ coraz szerzej uwzglêdniane ju w zak³adach przeróbczych poddawanych modernizacji technicznej. Technologie PME3 zak³adaj¹ wstêpne przygotowanie urobku wêglowego, wzbogacanie wêgla gruboziarnistego, wzbogacanie ca³oœci lub znacznej czêœci mia³u wêglowego, flotacjê mu³u wêglowego oraz odœrodkowe odwadnianie koncentratów wêgli drobnych i najdrobniejszych o optymalnym uziarnieniu, dostosowanym do charakterystyk technicznych urz¹dzeñ odwadniaj¹cych (odwadniarek ró nych typów) [2]. Podstawow¹ cech¹ omawianych rozwi¹zañ jest to, e pozwalaj¹ uzyskaæ produkty finalne o niskiej zawartoœci popio³u, siarki i innych zanieczyszczeñ i niskiej zawartoœci wilgoci. Daj¹ tym samym produkty o korzystnej i jednorodnej strukturze. Zastosowanie w modernizowanych zak³adach przeróbczych tych cz¹stkowych rozwi¹zañ pozwoli³o zweryfikowaæ pozytywnie trafnoœæ przyjêtych za³o eñ co do tych technologii, z myœl¹ ju o nowoczesnym górnictwie i energetyce. Ostatni¹ grupê stanowi¹ technologie przeróbcze PMK1 przeznaczone do wzbogacania wêgli koksowych. S¹ to technologie, które pozwalaj¹ uzyskaæ koncentraty wêglowe o bardzo wysokiej jakoœci dla potrzeb karbochemii. Zak³adaj¹ one wstêpne przygotowanie urobku wêglowego, wzbogacanie wêgla w pe³nym zakresie uziarnienia z flotacj¹ pianow¹ dla najdrobniejszych wêgli. Zak³adaj¹ te g³êbokie mechaniczne odwadnianie koncentratów wêgli drobnych i najdrobniejszych w wirówkach ró nych typów zasilanych optymaln¹ nadaw¹ dla uzyskania produktu wsadowego o bardzo niskiej zawartoœci wilgoci. Uzyskane koncentraty gruboziarniste s¹ kruszone, po czym ³¹czone z koncentratem mia³owym i flotacyjnym i kierowane do zbytu. Analizuj¹c przeróbkê mechaniczn¹ w Polsce, jej stan i mo liwoœci produkcyjne trzeba podkreœliæ, e na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat wprowadzono do zak³adów przeróbczych wiele nowych rozwi¹zañ technologicznych i technicznych. Postêp uwidacznia siê g³ównie w obszarze przeróbki wêgli najdrobniejszych, a w szczególnoœci w zakresie ich mechanicznego odwadniania, które stanowi³o do niedawna jeszcze przys³owiow¹ piêtê achillesow¹ polskich zak³adów przeróbczych. Wynika³o to z braku mo liwoœci produkcyjnych krajowych fabryk jeœli chodzi o szybkobie ne wirówki œlimakowe i sedymentacyjno-filtracyjne. Warto równie podkreœliæ to, e produkowany dotychczas wêgiel, wed³ug przyjêtych i opisanych powy ej schematów, odpowiada³ podstawowym wymaganiom g³ównych jego odbiorców rynkowych tj. krajowej energetyki, energetyki przemys³owej, koksownictwa, hutnictwa oraz eksportu. Obecne jednak uwarunkowania i realia w zakresie iloœci, jakoœci i sposobie produkcji wêgli energetycznych i koksowych akcentuj¹ przede wszystkim potrzebê zmian, stymuluj¹

4 262 te koniecznoœæ podjêcia nowych i bardziej gruntownych przemyœleñ z zamys³em wykorzystania ich w przysz³ych pracach badawczo-rozwojowych i przedsiêwziêciach modernizacyjnych. Szansê tak¹ stwarza realizowany obecnie projekt celowy typu foresight przez Konsorcjum Naukowe w sk³adzie: G³ówny Instytut Górnictwa jako koordynator, Akademia Górniczo-Hutnicza, Centrum Mechanizacji Górnictwa KOMAG, Politechnika Œl¹ska, Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji EMAG oraz Polska Akademia Nauk (IGSMiE), którego zadaniem jest nakreœlenie scenariuszy rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, w tym i przeróbki mechanicznej, i jego funkcjonowania w perspektywie do roku W referacie przedstawiono wyniki ankiet i ocen ekspertów technologii przeróbki mechanicznej wêgla w zakresie poziomu innowacyjnoœci, kierunków rozwoju technologicznego oraz kierunków prac badawczych w obszarze technologii przeróbki wêgla kamiennego. 1. Ocena poziomu innowacyjnoœci Ocena innowacyjnoœci technologii przeróbki mechanicznej wêgla zosta³a wykonana w dwóch etapach. Pierwszy etap dotyczy³ ustalenia kryteriów oceny innowacyjnoœci technologii, drugi etap obejmowa³ hierarchizacjê tych technologii. W ramach pierwszego etapu przeprowadzono eksperckie oceny innowacyjnoœci technologii oraz okreœlono innowacyjnoœæ wed³ug trzech stopni gradacji: I technologie rozwojowe, II technologie rozpowszechnione, III technologie zanikowe. Ponadto dla stopni I i III przyjêto trzy natê enia stopnia innowacyjnoœci: a najni szy, b poœredni, c najwy szy. Do tak przeprowadzonej oceny zastosowano piêæ kryteriów ogólnych. Kryteria te i ich wagi przedstawiono poni ej: A kryterium obecnego poziomu technologicznego (technicznego) w odniesieniu do innych zaawansowanych dziedzin techniki (materia³y, automatyzacja, informatyka, organizacja itp.); waga 0,25, B kryterium skutecznoœci technologii odnoszonej do warunków zewnêtrznych; waga 0,15, C kryterium uniwersalnoœci technologii odnoszonej do techniki i warunków ich stosowania; waga 0,1, D kryterium minimalizacji negatywnego wp³ywu na œrodowisko; waga 0,25, E kryterium bezpieczeñstwa i higieny pracy; waga 0,25.

5 263 W ramach tych kryteriów ogólnych okreœlone zosta³y szeroko kryteria szczegó³owe, które dotyczy³y parametrów technicznych i procesowych technologii przeróbki mechanicznej wêgla, parametrów ekonomicznych ekologicznych, jak równie aspektów bhp. Powy sze kryteria wykorzystano do opracowania ankiet, które skierowano nastêpnie do grup ekspertów i specjalistów z zakresu przeróbki surowców mineralnych. W oparciu o wyniki ankietyzacji przeprowadzona zosta³a w ramach drugiego etapu analiza hierarchizacji technologii przeróbki wêgla kamiennego z zastosowaniem metody AHP. Wed³ug tej metody wpierw wyznaczono priorytety dla kryteriów ogólnych, a nastêpnie priorytety dla kryteriów szczegó³owych. Pod k¹tem innowacyjnoœci oceniane by³y cztery technologie przeróbki mechanicznej wêgla, tj. PME1, PME2, PME3, PMK1 [3]. Wyznaczone dla tych technologii priorytety globalne, bêd¹ce miar¹ ich innowacyjnoœci to: PME1-0,1195; PME2-0,1680; PME3-0,3050; PMK1-0,4075. Analizuj¹c powy sze dane mo na stwierdziæ, e spoœród rozpatrywanych czterech technologii przeróbki wêgla kamiennego dwie technologie z pe³nym zakresem wzbogacania wêgla s¹ najbardziej innowacyjne. Jedna dotyczy wêgla energetycznego PME3, druga dotyczy wêgla koksowego PMKI. Technologie te uzyska³y najwy sze oceny. Przeprowadzona ocena innowacyjnoœci pozwoli³a równie ustaliæ wa noœæ kryteriów ogólnych i szczegó³owych. I tak w zakresie kryteriów ogólnych najwa niejszymi okaza³y siê: A kryterium obecnego poziomu technicznego, B kryterium skutecznoœci technologii w odniesieniu do warunków zewnêtrznych. Wœród kryteriów szczegó³owych najwa niejszymi s¹: energoch³onnoœæ procesu i wydajnoœæ (A), mo liwoœæ otrzymania produktów o oczekiwanych parametrach oraz koszty procesu (B), mo liwoœæ dostosowania technologii do wzbogacania wêgli ró nych typów (C), wp³yw emisji ha³asu na otoczenie (D), niebezpieczeñstwo urazów mechanicznych i pora enia pr¹dem elektrycznym (E). 2. Rozwój technologiczny przeróbki mechanicznej wêgla kamiennego Poni ej scharakteryzowany zosta³ rozwój technologiczny przeróbki mechanicznej wêgla kamiennego energetycznego PME3 i koksowego PMK1 w Polsce w pe³nym zakresie uziarnienia w œwietle oceny ekspertów [3] Technologia przeróbki mechanicznej wêgla energetycznego PME3 Jak wykaza³ dokonany przegl¹d stanu technologii wzbogacania wêgla w górnictwie polskim i zagranicznym, polskie zak³ady przeróbki mechanicznej charakteryzuje zró nicowany poziom rozwoju technologicznego.

6 264 W niektórych zak³adach polskich poziom ten jest wysoki, w niektórych zaœ poziom ten jest niezadowalaj¹cy. Wzbogacanie wêgla energetycznego w pe³nym zakresie prowadzone jest w oœmiu na trzydzieœci piêæ zak³adów przeróbki. Przewiduje siê, e do 2012 r. w 24 zak³adach przeróbczych wêgiel bêdzie wzbogacany w pe³nym zakresie uziarnienia, natomiast do roku 2020 wszystkie zak³ady przeróbki bêd¹ wzbogaca³y wêgiel w pe³nym zakresie uziarnienia. Oznacza to, e technologia wzbogacania wêgli energetycznych w pe³nym zakresie uziarnienia zostanie wprowadzona do wszystkich zak³adów przeróbczych jako w pe³ni uzasadniona technicznie i ekonomicznie. Ta odpowiedÿ uzyska³a ³¹czn¹ sumê ocen wynosz¹c¹ 455. Poni ej przedstawiono akcentowane przez specjalistów rozwi¹zania cz¹stkowe, jakie znajd¹ miejsce w grupie technologii PME3; pe³na automatyzacja i monitoring procesów przeróbczych i sekcji technologicznych, poprawa i stabilizacja charakterystyki iloœciowo-jakoœciowej urobku kierowanego do zak³adu przeróbczego, wprowadzenie wstêpnego wzbogacania wêgla (odkamieniania) w podziemiach kopalñ, opracowanie nowych metod, procesów i œrodków chemicznych dla intensyfikacji odwadniania wêgli drobnych i najdrobniejszych, opracowanie poszerzonych kryteriów oceny w³asnoœci przeróbczych urobku surowego. Niezale nie od powy szego, mocno podkreœlana jest modernizacja procesów technologicznych, maszyn i urz¹dzeñ pod k¹tem poprawy warunków i œrodowiska pracy, szczególnie jeœli chodzi o ograniczenie emisji ha³asu, wibracji, zapylenia i zagro eñ py³owych. Rozwój technologii przeróbczych uwarunkowany jest szeregiem czynników. Do podstawowych z nich nale ¹: nak³ady finansowe oraz warunki lokalizacji. Brak œrodków finansowych mo e byæ czynnikiem powa nie utrudniaj¹cym, b¹dÿ wrêcz uniemo liwiaj¹cym rozwój technologii. Nak³adów finansowych wymagaj¹ zabiegi projektowe, zakup maszyn i urz¹dzeñ oraz same badania nad nowymi i udoskonalonymi rozwi¹zaniami. Nale y wiêc dokonaæ wielowariantowego bilansu potrzeb i kosztów ich realizacji. Drugim czynnikiem warunkuj¹cym rozwój opisywanej technologii wzbogacania wêgla w pe³nym zakresie uziarnienia s¹ warunki lokalizacji. Szereg zak³adów przeróbczych zlokalizowana jest bowiem w wielopiêtrowych budynkach, które zbudowane zosta³y na miarê potrzeb i wymogów technologii lat minionych. Z tego wzglêdu ich powierzchnia i kubatura oraz noœnoœæ œcian i stropów jest ograniczona. Zmiana technologii w tak ograniczonych warunkach jest bardzo trudna. Warunek lokalizacji technologii, szczególnie w odniesieniu do 11 zak³adów przeróbki, prowadz¹cych wzbogacanie wêgla o uziarnieniu powy ej (10) 20 mm (w technologii PME1), gdzie wymagana bêdzie dobudowa szeregu ogniw procesu technologicznego, jest zatem niezwykle istotny.

7 Technologia przeróbki mechanicznej wêgla koksowego PMK1 Jak wykaza³ dokonany przegl¹d stanu technologii wzbogacania wêgla, polskie zak³ady przeróbki mechanicznej wêgla koksowego ze wzglêdu na to, e poddawane s¹ ostatnio modernizacji, charakteryzuje jednolity poziom rozwoju technologicznego. Zró nicowanie, które siê spotyka w niewielkim zakresie, dotyczy szerokoœci uziarnienia wêgla kierowanego do procesu grawitacyjnego wzbogacania. W wiêkszoœci zak³adów polskich poziom przeróbki mechanicznej jest zadowalaj¹co wysoki. Wzbogacanie wêgla koksowego w pe³nym zakresie prowadzone jest we wszystkich zak³adach przeróbczych. Przewiduje siê do roku 2020 zdecydowan¹ poprawê automatyzacji procesów przeróbki oraz zdecydowan¹ poprawê poziom kontroli i monitoringu w poszczególnych sekcjach technologicznych, a tak e systemu dyspozytorskiego sterowania i monitorowania pracy zak³adu. Ogólnie rozwój w technologiach przeróbki wêgla i zmiany warunków pracy w zak³adach przeróbczych do 2020 r. zaznacz¹ siê w nastêpuj¹cych kierunkach: zastosowanie technik przeróbczych na dole kopalni do odkamieniania urobku, modernizacja stanowisk technologicznych w aspekcie przechodzenia od sterowania rêcznego ze wspomaganiem uk³adów stycznikowych oraz przekaÿnikowych do zdalnego sterowania za pomoc¹ specjalnych sterowników cyfrowych za poœrednictwem jednej sieci teletransmisji cyfrowej, pe³na automatyzacja sekcji technologicznych, kompleksowa automatyzacja procesów przeróbczych, modernizacja sekcji technologicznych, metod i œrodków do poziomu technicznego, uwa anego obecnie za najwy szy w polskich i zagranicznych zak³adach przeróbki, modernizacja procesów technologicznych, maszyn i urz¹dzeñ pod k¹tem poprawy warunków i œrodowiska pracy (ograniczenie emisji ha³asu, wibracji, pylenia itp.), zmniejszenie poziomu ha³asu na stanowiskach pracy, eliminacja zagro eñ py³owych i gazowych. Równie i tutaj mamy okreœlone czynniki warunkuj¹ce rozwój technologiczny. Takim podstawowym czynnikiem warunkuj¹cym rozwój technologii przeróbczych PMK1 s¹ g³ównie nak³ady finansowe oraz w znacznie mniejszym zakresie warunki lokalizacji. Brak œrodków finansowych mo e byæ czynnikiem powa nie utrudniaj¹cym, b¹dÿ wrêcz uniemo liwiaj¹cym rozwój technologii. Nak³adów finansowych wymagaj¹ bowiem zabiegi projektowe, zakupy maszyn i urz¹dzeñ oraz same badania nad nowymi i udoskonalonymi rozwi¹zaniami. Warunki lokalizacji w tym przypadku maj¹ znaczenie drugorzêdne, gdy zak³ady przeróbcze wêgli koksowych nie s¹ takie stare, budowane by³y bowiem w latach siedemdziesi¹tych i osiemdziesi¹tych ubieg³ego wieku.

8 Odniesienie do kryteriów ogólnych i szczególowych Poni ej scharakteryzowano w jakim stopniu innowacyjne i rozwojowe technologie przeróbcze spe³niaj¹ kryteria przedstawione w punkcie 1. Bezpieczeñstwo Dziêki zastosowanym systemom zabezpieczeñ, sterowania i zasilania przyjêtym w technologii PME3 i PMK1 zapewniony zostanie najwy szy stopieñ bezpieczeñstwa. Wysoki stopieñ automatyzacji eliminowa³ bêdzie pracowników obs³ugi ze stref zagro eñ. Wprowadzane modernizacje maszyn i urz¹dzeñ, których celem jest ograniczenie poziomu ha³asu emitowanego na stanowiskach roboczych zapewni¹ wysoki komfort pracy pracownikom obs³ugi. Same zabiegi modernizacyjne maszyn i urz¹dzeñ, lokalizacja ekranów i zapór dÿwiêkoch³onnych nie wystarcz¹ jednak do skutecznej i przynosz¹cej efekty walki z ha³asem. Potrzebne s¹ zarówno badania identyfikuj¹ce stan aktualny jak i przyjêcie aktywnych sposobów redukcji, przez stosowanie odpowiednich Ÿróde³ kompensuj¹cych ha³asu. Komfort ten, w przypadku ha³asu ma bezpoœrednie prze³o enia na wypadkowoœæ, poniewa œrodowisko wysokiego poziomu ha³asu sprzyja szybkiemu zmêczeniu, k³opotom z koncentracj¹, obni eniu sprawnoœci psychomotorycznej pracownika. Innym zagadnieniem jest bezpieczeñstwo realizacji zadañ produkcyjnych. Wysoki poziom techniczny maszyn i urz¹dzeñ stosowanych w technologiach PME3 i PMK1 i wysoki poziom automatyzacji procesów i ich diagnostyki gwarantuje bezpieczn¹ pracê. Zmiany wprowadzane w systemach dyspozytorskich (zwi¹zanych z prowadzeniem ruchu zak³adu przeróbczego) powoduj¹ wyeliminowanie za³ogi ze stanowisk pracy nara onych na szczególne zagro enie zdrowia, a co za tym idzie równie powoduje podniesienie poziomu bezpieczeñstwa. Ochrona œrodowiska Opisywana technologia wzbogacania wêgla o pe³nym zakresie uziarnienia powoduje, e jakoœæ mia³u wêglowego kierowanego do energetyki zawodowej bêdzie bardzo korzystna, co wp³ywa na zmniejszenie emisji CO 2 iso 2 do atmosfery. Jest to zdecydowana i bardzo wa na zaleta technologii. Ponadto proponowane rozwi¹zanie wstêpnego wzbogacania w podziemiach kopalni (odkamieniania urobku) sprawia, e znaczna czêœæ kamienia by³aby lokowana w podziemnych wyrobiskach górniczych, co w przypadku ska³ o w³aœciwoœciach dyskwalifikuj¹cych je do in ynierskiego wykorzystania na powierzchni, ograniczy iloœæ odpadów lokowanych na sk³adowiskach. Zmiany wprowadzane w systemach dyspozytorskich nie maj¹ bezpoœredniego wp³ywu na ochronê œrodowiska. Poœrednio natomiast wp³yw ten wynika z poprawy nadzoru nad ogólnym stanem zak³adu przeróbczego oraz jego poszczególnych elementów, które mog³yby oddzia³ywaæ na œrodowisko poprzez zatrucie wód, zanieczyszczeniu atmosfery, ha³as itp.

9 267 Zrównowa ony rozwój Przewidywane rozwi¹zania technologii PME3 i PMK1 wykazuj¹ cechy istotne w zrównowa onym rozwoju przez stosowanie najnowszych technik i technologii we wszystkich zakresach budowy uk³adu technologicznego. Dotyczy to w pierwszej kolejnoœci sterowania ze wzglêdu na stosowanie w uk³adach najnowszej techniki, systemowych przyrz¹dów pomiarowych, urz¹dzeñ automatyki przemys³owej z zakresu high technology. Najnowsze rozwi¹zania technologiczne wykorzystane bêd¹ równie w uk³adach elektro-energetycznego zasilania systemów przeróbczych. Najnowsze technologie znajd¹ te zastosowanie w wykonywanych maszynach i urz¹dzeniach przeróbczych zlokalizowanych w poszczególnych wêz³ach uk³adów technologicznych. Skutecznoœæ Skutecznoœæ technologii nale y rozpatrywaæ w aspekcie zapewnienia wêgla o okreœlonej, wysokiej jakoœci. Jest to warunkowane mo liwoœciami, jakie stwarzaj¹ proponowane technologie oraz przyjête w nich maszyny i urz¹dzenia. Wprowadzenie jednolitego systemu dyspozytorskiego zbudowanego w oparciu o systemy cyfrowe pracuj¹ce na systemach teletransmisji cyfrowej znacznie zwiêksza skutecznoœæ zarz¹dzania zak³adem przeróbczym, szerokopasmowa telewizja przemys³owa oraz systemy nadzoru i kontroli s¹ podstawowymi elementami pozwalaj¹cymi na scentralizowane i jednoznaczne podejmowanie decyzji. Efektywnoœæ Ocenê efektywnoœci nale y wykonaæ dla ka dego z modernizowanych zak³adów osobno. Zakres bowiem zmian i prac modernizacyjnych, prowadz¹cych do uzyskania za³o onych przeobra eñ technologicznych zak³adów, jest ró ny i zale ny od aktualnego ich poziomu technicznego oraz technologicznego. 4. Kierunki prac badawczo-rozwojowych gwarantuj¹cych rozwój technologii Dla zapewnienia rozwoju technologicznego z zakresu przeróbki mechanicznej wêgla kamiennego niezbêdne jest uruchomienia szeregu prac badawczych. Wa niejsze z nich podano poni ej: 1. Wykonanie analiz techniczno-ekonomicznych produkcji wêgla z zastosowaniem technologii wzbogacania wêgla w pe³nym zakresie uziarnienia oraz opracowanie katalogu kosztów eksploatacji i nak³adów inwestycyjnych w funkcji wydajnoœci. 2. Wykonanie opracowañ z zakresu poprawy i stabilizacji charakterystyki iloœciowo- -jakoœciowej urobku wêglowego kierowanego do zak³adu przeróbczego z uwzglêdnieniem procesu deshaling u. 3. Opracowanie poszerzonych kryteriów oceny w³asnoœci przeróbczych urobku surowego jako podstawa dla ustalenia optymalnego schematu badañ technologicznych, ze

10 268 wzglêdu na minimalizacjê szkodliwych zanieczyszczeñ w paliwie kierowanym do energetyki. 4. Opracowanie nowych metod, procesów i œrodków chemicznych dla intensyfikacji odwadniania wêgli drobnych i najdrobniejszych. 5. Opracowanie receptury doboru wody do procesów przeróbczych w aspekcie odwadniania wêgli, flotacji mu³ów i minimalizacji zawartoœci chloru w produktach wêglowych, matematyczne ujêcie jakoœci wody. 6. Opracowanie nowych œrodków chemicznych o w³asnoœciach hydrofobizuj¹cych i opracowanie sk³adu chemicznego odczynników dla g³êbokiej flotacji mu³ów celem uzyskania koncentratów flotacyjnych o wysokiej koncentracji czêœci sta³ych. 7. Opracowanie nowych rozwi¹zañ konstrukcyjnych osadzarek pulsacyjnych (takich jak urz¹dzenia odbioru produktów, zawory powietrza roboczego) oraz opracowanie algorytmów sterowania czynnikami pracy dotycz¹cych zw³aszcza wielokrotnego podrzutu wzbogacanego wêgla. 8. Opracowanie programów likwidacji zagro eñ wystêpuj¹cych w zak³adach przeróbki. 9. Opracowanie koncepcji nowoczesnego systemu monitorowania i automatycznej regulacji parametrów jakoœciowo-iloœciowych cieczy zawiesinowej we wzbogacalnikach DISA w oparciu o pomiar zawartoœci b³êdnego obci¹ nika w aspekcie koniecznoœci przemys³owego wdro enia kompleksowego systemu sterowania procesem produkcji wêgla w wêz³ach technologicznych wzbogacalników zawiesinowych. Podsumowanie 1. Ocenie poddano cztery technologie przeróbki mechanicznej wêgla zró nicowane pod wzglêdem g³êbokoœci i zakresu wzbogacania, tj.pme1, PME2, PME3 i PMK1. 2. Spoœród rozpatrywanych technologii przeróbki mechanicznej wêgla dwie technologie z pe³nym zakresem wzbogacania wêgla s¹ najbardziej innowacyjne. Jedna dotyczy wêgla energetycznego PME3, druga dotyczy wêgla koksowego PMK1. 3. Technologie PME3 i PMK1 wzbogacone o nowe rozwi¹zania techniczne i technologiczne oraz wsparte pracami badawczo-rozwojowymi bêd¹ determinowa³y rozwój przeróbki mechanicznej wêgla kamiennego. Publikacja zosta³a opracowana w ramach projektu nr WKP_1/1.4.5/2/2006/9/12/590/2006/U pt.: Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, wspó³finansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

11 269 LITERATURA [1] D u b i ñ s k i J., T u r e k M., A l e k s a H., 2005 Wêgiel kamienny dla energetyki zawodowej w aspekcie wymogów ekologicznych. Prace Naukowe GIG. Kwartalnik nr 2, Katowice. [2] A l e k s a H., 2005 Stan i kierunki rozwoju technologii odwadniania koncentratów wêglowych. Przegl¹d Górniczy nr 9. [3] Aleksa H., Tumidajski T., Gawêda T., Osoba M., Lenartowicz M., Blaschke W., Lut y ñ s k i A., S i k o r a T., 2007 Scenariusze rozwoju technologii przeróbki mechanicznej wêgla kamiennego, energetycznego i koksowego PME3 i PMK1. Opracowanie etapu 4.4. Foresight Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego (niepublikowane), Katowice, Gliwice, Kraków. ROZWÓJ TECHNOLOGICZNY PRZERÓBKI MECHANICZNEJ WÊGLA W ŒWIETLE OCENY EKSPERTÓW S³owa kluczowe Foresight, przeróbka mechaniczna wêgla, wzbogacanie, odwadnianie Streszczenie W okresie ostatnich 40 lat ustalony zosta³ obecny kszta³t przeróbki mechanicznej wêgla kamiennego, a w szczególnoœci podstawowe modele technologiczne dla wêgli energetycznych koksowych oraz schematy technologiczno-maszynowe tych modeli. Najprostszy schemat (PME1) dotyczy wêgli energetycznych typów 31 i 32 i obejmuje wzbogacanie tylko wêgla gruboziarnistego o uziarnieniu powy ej (10)20 mm oraz wydzielanie z urobku wêglowego surowego mia³u i jego zbyt z niewzbogaconym mu³em wêglowym. Liczniejsz¹ grupê technologii (PME2) reprezentuj¹ rozwi¹zania, które zak³adaj¹ wzbogacanie wêgli energetycznych do (0,1)0,5 mm. W tej grupie rozwi¹zañ dla wêgli typów 31, 32 i 33 stosuje siê wzbogacanie ca³oœci wêgli gruboziarnistych, wzbogacanie czêœci mia³ów wêglowych lub mia³ów pozbawionych drobniejszych ziarn, wzbogacanie i odsiarczanie mu³ów gruboziarnistych. W niektórych przypadkach stosowane jest te odilanie mu³u wêglowego. Trzeci¹ grupê (PM3) stanowi¹ rozwi¹zania stosowane do wzbogacania wêgli energetycznych, g³ównie typu 33. Zak³adaj¹ one wzbogacanie wêgla gruboziarnistego, wzbogacanie ca³oœci lub znacznej czêœci mia³u wêglowego oraz flotacjê mu³u wêglowego. Ostatni¹ grupê obejmuj¹ technologie przeróbcze (PMK1) przyjête powszechnie do wzbogacania wêgli koksowych w pe³nym zakresie uziarnienia. Analizuj¹c przeróbkê mechaniczn¹ w Polsce trzeba podkreœliæ, e na przestrzeni kilkunastu lat wprowadzono do zak³adów wiele nowych rozwi¹zañ. Dotycz¹ one g³ównie wêgli najdrobniejszych. Obecne uwarunkowania i realia w zakresie jakoœci i sposobie produkcji wêgli energetycznych i koksowych akcentuj¹ potrzebê dalszych zmian, stymuluj¹ te koniecznoœæ bardziej gruntownych przemyœleñ na poczet przysz³ych prac badawczo-rozwojowych i przedsiêwziêæ modernizacyjnych. W ramach realizowanego projektu foresight przez G³ówny Instytut Górnictwa, we wspó³pracy z innymi jednostkami naukowymi, podjêto równie zadanie oceny innowacyjnoœci technologii przeróbki mechanicznej wêgla oraz nakreœlenia scenariuszy jej rozwoju i funkcjonowania w perspektywie do 2020 r. Dla tych celów przeprowadzono wœród ekspertów i specjalistów ankietyzacjê. Spoœród rozpatrywanych czterech technologii przeróbki wêgla kamiennego, w œwietle opinii ekspertów, dwie technologie z pe³nym zakresem wzbogacania wêgla s¹ najbardziej innowacyjne. Jedna dotyczy wêgla energetycznego (PME3),druga wêgla koksowego (PMKI). Technologie te uzyska³y najwy sze oceny. Ocena ekspertów da³a te odpowiedÿ, w jakim kierunku zmierza rozwój technologiczny przeróbki wêgla kamiennego energetycznego (PME3) i koksowego (PMK1). Przewiduje siê, e do 2012 r. w 24 zak³adach przeróbczych wêgiel energetyczny bêdzie wzbogacany w pe³nym zakresie uziarnienia, natomiast do roku 2020 we wszystkich zak³adach zostanie osi¹gniêty ten stan. Technologia ta

12 270 zostanie wprowadzona do wszystkich zak³adów przeróbczych jako w pe³ni uzasadniona technicznie, ekologicznie i ekonomicznie. Ta odpowiedÿ uzyska³a najwy sz¹ sumê ocen. Akcentowane przez specjalistów, rozwi¹zania cz¹stkowe to: pe³na automatyzacja i monitoring procesów przeróbczych i sekcji technologicznych, poprawa i stabilizacja charakterystyki iloœciowo-jakoœciowej urobku kierowanego do zak³adu przeróbczego, wprowadzenie wstêpnego wzbogacania wêgla (odkamieniania) w podziemiach kopalñ, opracowanie nowych metod, procesów i œrodków chemicznych dla intensyfikacji odwadniania wêgli drobnych i najdrobniejszych, opracowanie poszerzonych kryteriów oceny w³asnoœci przeróbczych urobku surowego. Podkreœlana jest te potrzeba modernizacji procesów technologicznych, maszyn i urz¹dzeñ. Przegl¹d stanu technologii wzbogacania wêgla koksowego (PMK1) wykaza³, e zak³ady przeróbcze ze wzglêdu na to, e poddawane s¹ czêœciej modernizacji, charakteryzuje doœæ jednolity poziom rozwoju technologicznego. Zró nicowanie dotyczy jedynie uziarnienia wêgla kierowanego do wzbogacania. Przewiduje siê do roku 2020 zdecydowan¹ poprawê w zakresie automatyzacji procesów przeróbki oraz poziomu kontroli i monitoringu w poszczególnych sekcjach technologicznych, jak i pracy ca³ego zak³adu przeróbczego. Rozwój w technologiach przeróbki wêgla koksowego pójdzie w nastêpuj¹cych kierunkach: zastosowanie technik przeróbczych na dole kopalni do odkamieniania urobku, modernizacja i pe³na automatyzacja sekcji i procesów technologicznych, modernizacja i automatyzacja maszyn i urz¹dzeñ, eliminacja zagro eñ py³owych i gazowych. Dla zapewnienia rozwoju technologicznego celowym jest w œwietle opinii ekspertów uruchomienie miêdzy innymi takich prac badawczych, jak: opracowanie poszerzonych kryteriów oceny w³asnoœci przeróbczych urobku wêgla energetycznego, opracowanie programu poprawy i stabilizacji charakterystyki iloœciowo-jakoœciowej urobku wêglowego, opracowanie nowych metod, procesów i œrodków chemicznych dla intensyfikacji odwadniania i flotacji, opracowanie nowych rozwi¹zañ konstrukcyjnych osadzarek pulsacyjnych, opracowanie programów likwidacji zagro eñ w zak³adach przeróbczych, opracowanie koncepcji nowoczesnego systemu monitorowania i automatycznej regulacji parametrów jakoœciowo-iloœciowych cieczy zawiesinowej we wzbogacalnikach DISA, wykonanie analiz techniczno-ekonomicznych technologii wzbogacania wêgla w pe³nym zakresie uziarnienia oraz opracowanie katalogu kosztów eksploatacji i nak³adów inwestycyjnych. TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF COAL MECHANICAL PREPARATION IN LIGHT OF THE EXPERTS ASSESSMENT Foresight, coal preparation, cleaning, dewatering Key words Abstract During the last 40 years, the form of the hard coal mechanical preparation was established, particularly of then basic technological models for coking and steam coals and technological and of the equipment flowsheets. The simplest flowsheet (PME 1) deals with steam coals of type 31 and 32 and it involves cleaning of the coarse coal only of the grain size more then 10 (20) mm. It involves also smalls separation from the raw coal and the raw smalls, with addition of uncleaned the finest coal, sale. The more numerous group of technologies (PME2) are the solutions, where the steam coal cleaning is performed up to (0.1) 0.5 mm. In the scope of this group of solutions for

13 271 coals of type 31, 32 and 33 the cleaning of the whole coarse coal, the cleaning of the part of smalls, or the cleaning of smalls free from the finest grains, the cleaning and desulphurization of the coarse-grained the finest coal are involved. In some cases the finest coal desliming is used. The third group (PME3) constitutes the solutions employed for steam coal mainly of type 33 cleaning. This solutions consist of the coarse coal cleaning, the whole or the dominant part of coal smalls cleaning and the finest coal cleaning by means of flotation. The last group involves preparation technologies (PMK1) employed commonly for coking coals cleaning in the full range of grain-size distribution. Analysing the mechanical preparation in Poland, it should be emphasized, that over a span of the last dozen years many new solutions were implemented in preparation plants. They apply mainly the finest coal. At present condition and reality, in the scope of the quality and the ways of steam and coking coals production, stress the need of the further changes, and they also stimulate the need of more radical reconsiderations for the purposes of the future R&D works and undertakings dealing with modernization. Within the foresight project, realized by the G³ówny Instytut Górnictwa with the cooperation with other scientific and R&D institutions, the task was undertaken to assess the innovation of the coal mechanical preparation technology and to draw the scenarios of its development and operating up to For these purposes the circulating for comments were performed among experts and specialists. Out of four technologies of hard coal preparation under consideration, in light of the experts opinions, the most innovative are two technologies with the full cleaning of coal. One of them concerns the power coal (PME3), the second one concerns the coking coal (PMK1). Both technologies have obtained the highest notes. The experts assessment have given the answer showing which direction does the technological development of the steam coal (PME3) and coking coal (PMK1) go. It is foreseen that up to 2012 the steam coal will be cleaned in the full range of grain-size distribution in 24 preparation plants, whereas up to 2020 this state of art will be obtained in all plants. This technology will be implemented in all preparation plant as a fully justified in technical, ecological and economic terms. This answer has obtained the highest sum of notes. The partial solutions, stressed by the specialists are the full automation and monitoring of preparation processes and technological sections, the improvement and stabilizing of the quantity and quality characteristic of the ROM coal directed to the preparation plant, the introduction of the pre-cleaning (de-stoning) in the mine undergrounds, the elaboration of the new methods, processes and chemical agents for intensification of smalls and the finest coal dewatering, the elaboration of the broadened criteria of ROM coal preparation parameters assessment. The need for the modernization of technological processes, equipment and devices is also emphasized. The overview of the state of art of coking coal cleaning (PMK1) have revealed, that preparation plants, due to more frequent modernizations, are characterized by more uniform level of technological development. The differences concern the feed size distribution only. The decided improvements in the scope of preparation processes automation, the level of the control and monitoring in the individual technological sections and for the whole plant also are foreseen up to The development in the scope of the coking coal preparation will be directed to: the application of the preparation technique in the mine undergrounds for the ROM coal de-stoning, the modernization and the full automation of technological sections and processes, the modernization and the automation of equipment and devices, the elimination of dust and gaseous hazards. For the ensuring of the technological development, according to the experts opinions, it is advisable to commence, among others, the following research works: the elaboration of the broadened criteria of the ROM steam coal preparation properties assessment, the elaboration of the programme for the improvement and stabilizing of the quantity and quality characteristic of the ROM coal, the elaboration of the new methods, processes and chemical agents for the intensification of dewatering and the elaboration of the new design solution of the pulsating jigs,

14 272 the elaboration of the programme for the elimination of hazards in preparation, the elaboration of the concept of the modern monitoring system and automatic controlling of quantity and quality parameters of dense media for DISA separators, the carrying out the technical and economic analysis for the full size range coal cleaning technology and the elaboration of the operating costs and investments catalogue.