OBARANJE PRAŠINE KORIŠĆENJEM VODENE MAGLE NA POVRŠINSKOM KOPU DRMNO DUST CONTROL USING WATER FOG ON OPEN PIT MINE DRMNO Aleksandar POPOVIĆ, Goša FOM a.d. Beograd a.popovic.mas@gmail.com U okviru površinskog kopa Drmno kod Kostolca vrši se iskopavanje uglja i jalovine za potebe TE-KO Kostolac, čiji transport se obavlja sistemom trakastih transportera. Na presipnim mestima između transportera dolazi do pojave velike količine prašine i stvara se negativan uticaj na životnu sredinu u blizini rudnika. Usled planirane lokacije transportera određena presipna mesta naći će se u blizini naselja Drmno i arheološkog nalazišta Viminacijum, usled čega se javlja problem širenja prašine na pomenutim lokacijama. U cilju rešavanja tog problema urađen je projekat obaranja prašine koriščenjem vodene magle. Ovim radom prikazan je pristup trenutnoj situaciji i projekat rešenja iste kroz primenu znanja iz procesne tehnike i savremenih računarskih alata. Ključne reči: obaranje prašine; vodena magla; površinski kop; Coal and dirt excavation are being performed within the open pit mine Drmno near Kostolac, whose transportation is performed by a system of belt conveyors. At transfer points between conveyors large quantities of dust are being airborne, which creates negative impact on environment in vicinity of the mine. Due to the planned location of the transporter certain transfer points will be located near populated place Drmno and archeological site Viminacium, which will create an issue because of the airborne dust spreading on aforementioned locations. In order to solve this problem, the project for dust control using water fog has been done. This paper presents the approach to the current situation and project that is giving the solution of that same situation through the application of knowledge in process engineering and modern computer tools. Key words: dust control; water fog; open pit mine; 1 Sagledavanje problematike tehničkog zadatka i predlog rešenja Površinski kop Drmno nalazi se u okolini naselja Drmno i arheološkog nalazišta Viminacijum. Ugalj iz kostolačkog ugljenog basena koristi se za sagorevanje u termoelektranama Kostolac, sa ukupnom snagom oko 1.000 MW. Ukupna godišnja proizvodnja površinskih kopova Kostolca iznosi oko 9.000.000 t uglja godišnje. Za potrebe rada novog bloka B3, potrebno je povećati proizvodnju uglja na površinskom kopu Drmno sa sadašnjih 9.000.000 t uglja godišnje na 12.000.000 t uglja godišnje. U cilju postizanja navedenog kapaciteta uglja urađen je projekat VI BTO (BTO - bager transporter odlagač) sistema. Puštanje u rad novog bloka planirano je za 2019. godinu i biće aktivan do kraja eksploatacije samog površinskog kopa, do kraja 2052. godine. Slika 1. Plan razvoja termoelektrana u Kostolcu 30. Procesing 251
Usled situacionog stanja površinskog kopa planirano je da VI BTO sistem bude postavljen po obodu površinskog kopa i time će se naći u blizini obližnjeg naselja Drmno i arheološkog nalazišta Viminacijum. Slika 2. Situacioni plan površinskog kopa Drmno VI BTO sistem se sastoji iz sledećih celina: Bager Transporter Odlagač Princip rada BTO sistema započinje otkopavanjem materijala uz pomoć bagera i prebacivanjem istog na transporter. Transporter, koji se sastoji iz više trakastih transportera međusobno povezanih, transportuje materijal do odlagača, čija uloga je da dopremljeni materijal rasporedi na predviđeno odlagališni plac. Transporter VI BTO sistema čine osam trakastih transportera, gde se materijal presipa sa prethodnog na sledeći. Usled rastresite prirode materijala i visinske razlike na presipnom mestu koje u proseku iznosi 2,5 m dolazi do stvaranja velike količine prašine. Takva situacija nepovoljna je po životnu sredinu u okolini površinskog kopa. Dodatni problem se stvara usled planirane lokacije VI BTO sistema, posebno na presipnom mestu između transportera VT-VI-5 i VT- VI-6, koje će se nalaziti u blizini arheološkog nalazišta Viminacijum, kao i presipnom mestu između transportera VT-VI-6 i OT-VI-7 koje će se nalaziti u blizini naselja Drmno. Posledica svega prethodno navedenog biće pojačano širenje prašine na kritičnim lokacijama, iz čega proizilazi tehnički zadatak čiji je cilj suzbijanje pojave i širenje prašine na pomenutim presipnim mestima. 252 30. Procesing
U cilju rešenja tehničkog zadatka izvršene su posete postojećih transportera, kako bi se snimila realna situacija pri radu istih. Ustanovljeno je da se pojava prašine na presipnom mestu može lokalizovati postavljanjem sistema otprašivanja vodenom maglom i gumenih zavesa oko presipnog mesta. 2 Opšte napomene Sistem otprašivanja namenjen je da obori prašinu koja se podiže u vazduh usled presipanja materijala sa prethodnog trasnportera na sledeći. Postavljanjem mlaznica za raspršivanje vode na sitne kapi iznad i oko presipnog mesta formira se vodena magla. Čestice prašine u vazduhu se sudaraju i sjedinjavaju sa kapima vode, što za posledicu ima povaćenje težine čestica prašine. Usled delovanja sile gravitacije i povećane težine čestica prašine vrši se obaranje istih. Pri izboru mlaznica mora se voditi računa da veličina kapi vode bude ekvivalenta veličini čestica prašina kako bi sistem bio funkcionalan. U slučaju kada su kapi vode krupnije od čestica prašine, čestice prašine će biti nošene vazdušnom strujom koja nastaje oko kapi vode zaobilazići iste i u tom slučaju neće dolaziti do sudaranja kapi vode sa česticama prašine. Isto tako, previše sitne kapi vode će ispariti prebrzo ne ostavljajući dovoljno vremena da se izvrši obaranje čestica prašine. Ilustracija na kojoj je prikazan slučaj kada su kapi vode krupnije od čestica prašine i kada su kapi vode odgovarajućih dimenzije prikazana je na slici 3. Slika 3. Levo čestice vode krupnije od čestica prašine; Desno čestice vode odgovarajućih dimenzija Sa obe strane presipnog mesta postavljaju se gumene zaštitne zavese. Cilj je da se spreči bočno širenje prašine i na taj način postigne bolja lokalizacija iste u prostor pokriven mlaznicama. Slika 4. Primer postavljenih zaštitnih zavesa oko presipnog mesta Takođe se na konstrukciju pogonske stanice postavljaju topovi za suzbijanje prašine, kako bi se u slučaju pojave veće količine prašine u okolini pogonske stanice vršilo obaranje iste. Postavljaju se dva topa za suzbijanje prašine na suprotnim krajevima pogonske stanice. 30. Procesing 253
Snabdevanje sistema otprašivanja vodom vrši se preko priključka na rezervoaru. Punjenje rezervoara može se vršiti pomoću autocisterne i u tom slučaju sistem bi radio u šaržnom režimu. Takođe je ostavljena mogućnost priključivanja sistema na vodovodnu mrežu, u kom slučaju bi se punjenje rezervoara obavljalo automataski posredstvom sistema automatskog upravljanja, čime bi se obezbedio kontinulani režim rada sistema otprašivanja. Izbor načina snabdevanja sistema vodom prepušten je korisniku u zavisnosti od njegovih trenutnih mogućnosti. 3 Opis sistema U cilju lakše montaže i efikasnije eksploatacije sistem otprašivanja podeljen je na dve jedinice, pogonska i radna jedinica, koje se međusobno povezuju crevom za vodu. 3.1 Pogonska jedinica Pogonska jedinica montira se na mobilnu platformu sa pontonima, u cilju lakše promene lokacije. Promena lokacije se vrši za slučaj potrebe skladištenja pogonske jedinice u vremenskim periodima kada sistem otprašivanja nije u funkciji. Takođe se javalja potreba promene položaja u slučaju promene trase transportera, kada dolazi do pomeranja pogonske stanice. U takvim slučajevima potrebno je obezbediti brz i efikasan način pomeranja pogonske jedinice sistema otprašivanja zajedno sa pogonskom stanicom. Još jedna od pogodnosti ovog rešenja, umesto da je pogonska jedinica sistema otprašivanja deo same pogonske stanice, je u tome što se ista može priključiti na bilo koju radnu jednicu u zavisnosti od potreba korisnika. Slika 5. Pogonska jedinica na platformi sa pontonima Pogonska jedinica sistema otprašivanja sastoji se od: Platforme sa pontonima, Rezervoara za vodu, Pumpi za povišenje pritiska, Cevovoda sa armaturom. Platforma sa pontonima konstruisana je za potrebe montiranja opreme pogonske jedinice sistema otprašivanja. Posredstvom zglobnih oslonaca vezuje se za pontone kako bi se omogućilo njeno pomeranje, kada je to potrebno, pomoću odgovarajuće mehanizacije. U cilju lakše montaže i održavanja opreme koja se nalazi na platformi delovi ograde su projektovani da budu demontažnog tipa. Rezervoar koji se ugrađuje u sistem napravljen je od armiranog poliestera zapremine 10 m 3 i na sebi poseduje odgovarajuće priključke, kao i revizioni otvor. Tip rezervoara je vertikalni sa torisferčnim dancem i kruto je vezan za platformu vijčanim vezama. Punjenje rezervoara se može vršiti autoci- 254 30. Procesing
sternom ili priključivanjem na vodovodnu mrežu. Jedno punjenje rezervoara može da obezbedi takvu autonomiju rada da mlaznice mogu da rade 5 h i topovi za suzbijanje prašine svaki po 1 h. Na rezervoar se ugrađuju tri indikatora nivoa tečnosti, kako bi se uspostavila automatasko upravljanje sistemom i ujedno se uvodi dodatna zaštita pumpi od suvog rada. U okviru pogonske jedinice postavljaju se dve pumpe za povišenje pritiska, pumpa za povišenje pritiska koja treba da obezbedi dovod vode na traženom pritisku od rezervoara ka mlaznicama u okviru radne jedinice na pogonskoj stanici i pumpa za povišenje pritiska koja treba da obezbedi dovod vode na traženom pritisku od rezervoara ka topovima za suzbijanje prašine u okviru radne jedinice na pogonskoj stanice. Pri odabiru pumpe glavni faktori su bili potreban zapreminski protok vode na potrošačima, zahtevani radni pritisak na potrošačima, kao i visinska razlika između pognoske i radne jedinice. Na osnovu visinske razlike, dimenzija cevovoda, ugrađenje armature i fazonskih komada izračunat je pad pritiska u sistemu. Usled različitih potrebnih zapreminskih protoka vode i radnih pritisaka na potrošačima u sistem je potrebno ugraditi dve nezavisne pumpe za povišenje pritiska. Na osonvu prethodno navedenih parametara odabrane su vertikalne centrifugalne pumpe za povišenje pritiska nominalne snage 1,1 kw ka mlaznicama i nominalne snage takođe 1,1 kw ka topovima za suzbijanje prašine. Uz pumpu za povišenje pritiska koja pripada delu sistema sa mlaznicama ugrađuje se i eksterni konvertor frekvencije nominalne snage 1,1 kw, kako bi se obezbedio promenljiv režim rada pumpe u zavisnosti od potreba. Pumpe se montiraju na posebno konstruisan nosač sa pokrivkom, kako bi se zaštitile od vremenskih uticaja. Na pokrivci postoje poklopci koji se mogu otvoriti za vreme visoke spoljašne temperature kako bi se obezbedio veći protok svežeg vazduha u cilju efikasnijeg hlađenja motora pumpi. Slika 6. Vertikalna centrifugalna pumpa za povišenje pritiska Cevovod u okviru pogonske jedinice se deli na više funkcionalnih deonica. Napojna deonica, nazivnog prečnika DN 125, služi za punjenje rezervoara vodom. Ako se usvoji da je minimalni kapacitet pumpe za pretakanje na autocisterni 800 l/min punjenje rezervoara se obavlja za približno 10 minuta. Na grani napojne deonice cevovoda za priključenje na vodovodnu mrežu ugrađuje se automatsko regulisani ventil koji u sprezi sa indikatorima nivoa tečnosti obezbeđuje automatsko upravljanje punjenjem rezervoara i kontinualan rad sistema otprašivanja. Prelivna deonica postavlja se od vrha rezervoara i ima cilj da u slučaju kvara opreme ili greške operatera autocisterne višak vode sprovede van platforme i na taj način zaštiti opremu od polivanja. Dimenzionisana je ekvivalentno napojnoj deonici kako bi mogla da sprovede isti zapreminski protok vode. Ujedno ima ulogu i cevovoda za odvazdušenje. Na dnu rezervoara se postavlja deonica cevovoda za pražnjenje nazivnog prečnika DN 100. Usisna deonica cevovoda, nazivnog prečnika DN 25, ima ulogu da vodu iz rezervoara sprovede do pumpi za povišenje pritiska. Potisna deonica, nazivnog prečnika DN 25, vodu na zadatom pritisku i sa zadatim zapremiskim protokom transportuje ka priključcima sa radnom jedinicom. S obzirom da topovi za suzbijanje prašine ne rade kontinualno, već se naizmenično uključuju po potrebi, na deo potisne deonice ka topovima za suzbijanje prašine ugrađuju se automatsko regulisani ventili koji se samostalno po potrebi otvaraju ili zatvaraju. Na delu potisne deonice nakon pumpi postavljaju se sigurnosne deonice cevovode na koje se ugrađuju sigurnosni ventili. U slučaju kada pritisak u potisnoj 30. Procesing 255
deonici dostigne zadatu kritičnu vrednost sigurnosni ventil se otvara i vraćanjem vode u rezervoar snižava pritisak u potisnoj deonici, time štiteći opremu od havarije. 3.2 Radna jedinica Radna jedinica sistema otprašivanja montira se na konstrukciju pogonske stanice transportera u zoni presipnog mesta na kome se vrši suzbijanje prašine podignute u vazduh. Pri izradi projekta radne jedinice pažnja je posvećena načinu na koji se prašina širi i kako lokalizovati nastalu pojavu, pritom vodeći računa o potrošnji vode potrebne za rad sistema otprašivanja. Slika 7. 1) Cevovod sa armaturom, 2) Mlaznice, 3) Topovi za suzbijanje prašine, 4) Zaštitna zavesa Radna jedinica sistema otprašivanja sastoji se od: Cevovda sa armaturom, Mlaznica, Topova za suzbijanje prašine, Zaštitnih zavesa. Slika 8. Ilustracija otprašivanja na presipnom mestu Cevovod sa armaturom, nazivnog prečnika DN 25, ima ulogu da prihvati vodu iz pogonske jedinice i dalje je transportuje do potrošača u sklopu radne jedinice. Projektovan je na taj način da obezbedi mogućnost spajanja sa pogonskom jedinicom sistema na obe strane pogonske stanice. Takav pristup je načinjen kako bi se olakšalo povezivanje pogonske i radne jedinice sistema otprašivanja u zavisnosti od situacije na terenu. Povezivanje se vrši crevima za vodu. Dodatni uslov pri projektovanju cevovoda bio je da se omogući brza demontaža deonice iznad presipnog mesta za potrebe servisiranja pogonskog doboša transportera, što je postignuto postavljanjem prirubničke veze deonica iznad i oko presipnog mesta. 256 30. Procesing
Definisane su mlaznice koje vodu raspršuju u obliku šuplje kupe. Takvim izborom mlaznica postiže se manja potrošnja vode u sistemu i minimalno kvašenje mašinske opreme na pogonskoj stanici. Ugrađuju se na cevovod radne jednice sistema, a postavljaju se iznad i oko presipnog mesta. Iznad presipnog mesta ugrađuju se četiri mlaznice u cilju smanjenja širenja prašine koja se podigne iznad presipnog mesta. Oko presipnog mesta ugrađuje se šest mlaznica, četiri ispred i dve iza presipnog mesta, koje u sprezi sa zaštitnim zavesama smanjuju širenje prašine oko presipnog mesta. Odabrana mlaznica formira zid u obliku šuplje kupe visine 500 mm i osnove prečnika 1500 mm, takoreći pokriva površinu od 1,77 m 2. Pri postavljanju mlaznica korišćene su preporuke proizvođača kako bi se postigla najbolja pokrivenost vodenom maglom. Standardni rasporedi mlaznica prikazani su dalje u tekstu. Slika 9. Preporučena rastojanja mlaznica pri dijagonalnom rasporedu Preporučena rastojanja mlaznica pri dijagonalnom rasporedu mlaznica prikazana su na slici 9, gde se rastojanja između mlaznica određuju na sledeći način: D E 1 = 3 (1) 2 E 2 3 = D (2) 4 Preklapnje površina koje mlaznice pokrivaju vodom određuje se izrazom: O= D E 1 (3) Slika 10. Preporučena rastojanja mlaznica pri kvadratnom rasporedu Preporučena rastojanja mlaznica pri kvadratnom rasporedu mlaznica prikazana su na slici 10, gde se rastojanja između mlaznica određuju na sledeći način: D E = (4) 2 Preklapanje površina koje mlaznice pokrivaju vodom određuje se izrazom: O= D E (5) Topovi za suzbijanje prašine se postavljaju na konstrukciju pogonske stanice, po jedan na oba kraja. U normalnom režimu rada sistema topovi su isključeni. Uključivanje topova vrši se u slučajevima pojave veće količine prašine u okolini pogonske stanice. Glavni delovi topa za suzbijanje prašine 30. Procesing 257
su mlaznice, ventilator i pumpa za povišenje pritiska. Definisani topovi poseduju ventilator snage 4 kw i pumpu za povišenje pritiska snage 2,2 kw. Domet jednog topa za suzbijanje prašine iznosi 30 m i takođe poseduju mogućnost automatske horizontalne rotacije oko svoje ose za ugao od 180. Na taj način može se pokriti ukupna dužina do 60 m, tj. površina oko 1400 m2. Slika 11. Top za suzbijanje prašine Zavese za kontrolu prašine postavljaju se na konstrukciju pogonske stanice oko presipnog mesta. Namena im je da spreče bočno širenje prašine koja se podiže usled presipanja materijala. Na taj način se postiže bolja lokalizacija prašine podignute vazduhom u prostor koji se štiti mlaznicama. 4 Zaključak Postavljanje sistema otprašivanja vodenom maglom, zajedno sa zaštitnim zavesama, dovešće do značajnog smanjenja širenja prašine koja se podiže usled presipanja materijala pri radu transportera. Na taj način će se umanjiti negativan uticaj ekspoatacije površinskog kopa Drmno na obližnje naselje Drmno i arheološko nalazište Viminacijum. Ovakvim projektima stvaramo atmosferu u kojoj možemo razvijati industriju da pritom minimalno utičemo na životnu sredinu. BTO bager transporter odlagač 5 Skraćenica 6 Literatura [1] Cecala, A. B., A. D. O Brien, J. Schall, J. F. Colinet, W. R. Fox, R. J. Franta, J. Joy, W. R. Reed, P. W. Reeser, J. R. Rounds, M. J. Schultz, Dust Control Handbook for Industrial Minerals Mining and Processing, Department of Health and Human Services, Pittsburgh, PA Spokane, WA, January 2012. [2] ***, A Guide to Optimizing Spray Injector Performance, Spraying Systems Co., 2006. [3] ***, A Guide to Spray Technology for Dust Control, Spraying Systems Co., 2008. [4] ***, Hollow cone nozzles, Lechler, 2014. [5] ***, Uputstvo za upotrebu, rukovanje i održavanje postrojenja Top za suzbijanje prašine tip HENNLICH MD30-GUN30, Izdanje VI, Hennlich s.r.o., Jul 2014. [6] ***, http://www.te-ko.rs/ 258 30. Procesing