Реферат: Вредные выбросы прокатного производства

Выбросы в черной металлургии

Многие предприятия металлургической промышленности в Донецкомрегионе построены еще в годы индустриализации без учета экологиче­скихтребований. Эти обстоятельства в сочетании с быстрорастущим ав­тотранспортомобуславливают значительные трудности в решении зада­чи защиты атмосферноговоздуха в Донецком регионе.

Борьба с пылегазовыми выбросами в черной металлургии требуетбольших капитальных и эксплуатационных затрат и осложняется тем, что выбросыобразуются на всех стадиях металлургического передела и зачастую носятнеорганизованный характер. Крупнейшим источником загрязнения окружающей среды вчерной металлургии является агломе­рационное производство. Аглофабрикивыбрасывают в атмосферу около 50 % всего количества оксида углерода (СО) исернистого ангидрида (502), свыше 20 % оксидов азота (N0*) и пыли.Обычно аглофабрнки выбрасывают 1—6 млн м3/ч аглогазов,содержащих 17 % кислорода, а также вредные вещества: СО—12,5, О2 — ОД МО*—-0,2,пыль — 0,25 г/м3 (средние данные по аглофабрикезавода «Азовсталь»).

Сравнительно небольшая аглофабрнказавода «Азовсталь», напри­мер, имеет в своем составе2 машины с площадью спекания 62,5 м3 каж­дая, общейпроизводительностью 1,62 млн т агломерата в год.Годовой объем выбросов составляет 6,46-109 мэ/год,в том числе вредных ве­ществ: пыль— 1600, оксид углерода — 80800, диоксидсеры—-5200, ок­сиды азота — 1300 т/год. Для существенного уменьшения выбросовэтой аглофабрики Инсти­тутом газа АН УССР иМариупольским филиалом Укргипромеза разра­ботано нестандартноерешение, заключающееся в обезвреживании аглогазов вкотлах ТЭЦ. Аглогазы с температурой 80 °С,запыленностью до 250 мг/м3 и содержанием кислорода 16—18 % по двумтрубопроводам длиной 600 м, диаметром 3,0 м, проложенным по эстакаде, поступаютк вентиляторам, а затем в воздухонагреватели и горелочные устройства котловТЭЦ. При этом оксид углерода аглогазов сгорает додиоксида, а вследствие балл актирования зоны горения инертными компонентами аг­логазов уменьшается образование оксидов азота в топкекотла. Изло­женное имеет экспериментальное подтверждение.

При совместной работе аглофабрики и ТЭЦуменьшается общий г выброс оксида углерода в атмосферу на 77, оксидов азота —на 35, пы­ли— на 20%. Удельные расходы топлива на ТЭЦ снижаются на 3 — 5 % за счетиспользования физического тепла аглогазов и дожигания СО. Сметная стоимость строительства этой системыоценивалась в це­нах 1990 г. более 6,0 млн. руб., срок окупаемости — 0,7 года,экономиче­ский эффект от предотвращения ущерба в народном хозяйстве — 6,9 млн руб./год. Работа неоднократно включалась вреспубликанскую научно-техническую программу РН.85.02 «Охрана воздушногобассейна», однако не выполнялась. Реализация этой разработки при сравнительноне­больших капитальных затратах могла бы в короткое время существеннооздоровить обстановку в воздушном бассейне г. Мариуполя. Это же ре­шениеприменимо и для Коммунарска, где аглофабрикаи ТЭЦ находят­ся еще ближе — на расстоянии 150 м, т. е. капитальные затратыбудут еще меньше

Для других аглофабрик региона следуетприменять известные решения, реализуемые за рубежом и частично в СССР ирекомендованные комиссией по черной металлургии стран — членов СЭВ. Это —рецирку­ляция аглогазов, позволяющая на 30 % снизитьвыбросы СО и N0* в ат­мосферу, известково-известняковая отмывка 5О2, а такжетехнологиче­ские мероприятия: применение «постели» высотой 20—40 мм, что сни­жаетобразрвание пыли в 5 раз, увеличение высоты слоя,двухслойное спекание шихты.

При составлении общего плана развития и реконструкции чернойметаллургии региона следует рассмотреть вопрос о возможности увели­чения долиокатышей в шихте доменных печей, т. е. частичной замене агломашинэкологически более «чистыми» обжиговыми машинами. Из­вестно, что в некоторыхстранах, например, в США, доля окатышей в шихте составляет 70—75 %, тогда как вСССР она, находится на уровне 30—35 %. Такое решение по существу означало быликвидацию указан­ного источника выбросов.

Другим значительным источником загрязненийостается доменное производство, выбрасывающее 30% всей пыли, СО —25, SО2—15, N0,—10, СmНn—11% (остальное количествоуглеводородов выбра­сывает коксохимическое производство). Рудный двор,бункерная эста­када, под бункерные помещения неорганизованно выбрасывают пыль вколичестве ~70 г/т чугуна. Для нейтрализации ее необходимы регуляр­ноеувлажнение штабелей, поливка их известняковым раствором, уста­новка местныхотсосов и электрофильтров. Особенно желательно приме­нять укрытие выпускныхжелобов и подачу выбросов через электрофильтры, ибо во время выпусков выделяетсяогромное количество пы­ли -— 430 г/т чугуна, 65 % которой оседает в цехе, аостальное количест­во через вентиляционные проемы выбрасывается на территориюзавода я далее.

Необходимо обеспечить предотвращение пылегазовых выбросов из межконусного пространства доменных печей и герметизациюосновного металлургического оборудования.

Мощным источником выбросов оксида азота являютсямартеновские печи. Они выбрасывают свыше 1200 т МО*/млнт стали. Технологических способов предотвращения образования N0* в печах несуществует. Донецким

филиалом НПО «Энергосталь» разработан аммначно-каталити-ческий способ восстановления оксидовазота в уходящих газах, кото­рый внедряется на некоторых металлургическихзаводах. Стоимость ус­тановки* не очень велика, однако она решает локальнуюзадачу. В реги­оне необходимо сосредоточить средства и возможности на внедренииме­тода аммиачно-каталитической очистки газовых выбросов на агломашн-нахи на ТЭЦ, как это делается за рубежом, в частности, в Япония. Вметаллургической промышленности страны, а в регионе в особеннос­ти, следуетускорить вывод из эксплуатации мартеновских печей.

Отдельно необходимо остановиться на двухванныхмартеновских пе­чах Коммунарского металлургическогозавода и завода «Запорожсталь». Это крупнейшиеисточники загрязнения цехов и городов пылью, оксидами углерода и азота.Количество отходящих газов обычных мар­теновских печей емкостью 200—900 тсоставляет соответственно 40— 95 тыс. м3/ч с содержанием пыли 5—бг/м3. Двухванная печь 2x300 т выбрасываетгазов от 150 до 220 тыс. м3/ч, т. е. в 1,5—2,2 раза больше самойбольшой мартеновской печи, а содержание пыли в газах в период продувкидостигает 20—25 г/м3, т. е. в 3—4 раза выше. Таким образом, двухванные печи являются в 6—8 раз более мощными посравнению с обычными мартеновскими печами источниками пыли. Сухая пылеочистка требует герметизации тракта и полного дожигания СО, содержание ко­торого в уходящих газах можетдостигать 20 %, что небезопасно. Мок­рая очистка по схеме котел-утилизатор —труба Вентурн — каплеуловн-тельтребует значительных капитальных вложений, энергозатратн со­оружения шламового хозяйства, соизмеримого с таковым для остальных печейцеха. Для двухванных печей не существует приемлемыхтехниче­ских решений по уменьшению выбросов, и они должны быть выведены нз эксплуатации в первую очередь.

Как в мартеновских печах, так и в конверторах необходимо приме­нятьдвухъярусные кислородные фурмы, что позволяет не только дожечь часть оксидауглерода и получить добавочное тепло, но и одновременно снизить вынос пыли иунос железа на 35—40 %. Для этого не требуется дополнительных капитальныхвложений и экспуатационных затрат. Сни­жение выбросовпыли в конверторах достигается, по данным Днепро­петровского металлургическогоинститута, увеличением доли лома. Это технологическое мероприятие следует ширеприменять на заводах реги­она. Институт газа АН УССР разрабатывает устройствадля подогрева лома в совках до 500—600 °С.

Уменьшение выбросов в прокатном производстве, хотя оно считает­сяотносительно благополучным с экологической точки зрения, связы­вается в первуюочередь со снижением расхода топлива на нагрев ме­талла. Кардинальным решениемявляется переход на непрерывную раз­ливку стали и ликвидацию нагревательныхколодцев и методических печей. Реализация этого пути требует времени исущественных затрат. Существует и временное решение, заключающееся виспользовании раз­работанного Институтом газа метода косвенного радиационногона­грева (КРН) металла с использованием плоскопламенныхгорелок. При­менение КРН снижает на 10—15 % расход топлива на нагрев, на 30— 50% угар металла, при сжигании газа в пласкокаменныхгорелках ко­личество образующихся оксидов азота меньше на 25—30 %, чем прииспользовании туннельных и факельных горелок. Метод КРН сейчас являетсяосновным в прокатном производстве за рубежом, по разработ­кам Института газа АНУССР он широко внедрен на некоторых заводах в СССР («Электросталь», Ижевский,Череповецкий металлургические заводы и др.) и за рубежом — в Алжире, Венгрии. В1986 г, на Донец­ком металлургическом заводе метод КРН был применен наодной ячей­ке нагревательных колодцев, что дало реальный экономический эффект70 тыс. руб. н улучшило качество нагрева. До настоящего времени го­релкипроизводятся только на Опытном предприятии Института газа АН УССР. Необходимаорганизация их производства в системе машино­строительных заводов,обслуживающих металлургию. Необходимо разработать работать программыреконструкции печного хозяйства прокатных це­хов региона.

Достаточно широкое применение во вспомогательных цехах метал­лургиин в машиностроительном производстве получил метод электрошлаковогоперевала(ЭШП).Для очистки выбросов ЭШП от фторис­тых соединений применяется мокрый метод, в том числе на заводе«Азовсталь»

Институтом газа АН УССР разработан значительно более эффектив­ныйсухой метод н создана установка очистки выбросов ЭШП в кипящем слое,организовано мелкосерийное производство этих установок на одном из хозрасчетныхпредприятий АН УССР. Метод обеспечива­ет степень очистки по фтору 99, по пылн — 90 % при объеме газов * 600 м3/ч.

В коксохимическом производстве наибольшее количество пылн н вредных газов образуется при загрузке и выгрузкепечей, транспорти­ровке угля и кокса, при тушении кокса фенольнымнводами, в суш ильных отделениях углеобогатительных фабрик, отделенияхконденсации и улавливания продуктов коксования. В производстве кокса следуетшире применять технологию бездымной загрузки, увлажнение шихты до 8— 10 %,отсос газов, которые образуются при загрузке, в газосборникикок­совой н машинной сторон батареи, инжекцней ихпаром или коксовым газом, а также беспылевую выдачу сотсосом, очисткой и дожиганием газов. Большой эффектдает применяемое повсеместно за рубежом н на некоторых заводах СССР сухоетушение кокса рециркулирующими в замкнутой системе инертнымигазами (СО2 до 10, СО —8—14, Н2— 1— 2, О2 —1%, остальное — азот). Утилизируемое тепло этих газов исполь­зуется дляпроизводства пара, в том числе для пароинжекции прибез­дымной загрузке, таким образом частично реализуется замкнутая безот­ходнаятехнология производства кокса.

Значительные количества загрязняющих атмосферу компонентоввыбрасывают ТЭЦ металлургических заводов. От них в среднем в ат­мосферупоступает 17—20 % всего количества пыли и диоксида серы, 25—39 % оксидаазота. Оксиды азота выбрасываются в виде NO, кото­рый при взаимодействии с озоном воздуха превращается в семьраз более токсичный NO2. Очевидно, чтоТЭЦ как крупные загрязнители ат­мосферы в первую очередь должны оснащатьсясовершенным пылеулав­ливающим оборудованием. Существуют способы частичного (на40— 60 %) подавления образования NOв топкахкотлов. Эти способы пони­жают максимальную температуру в зоне горения. Онизаключаются в применении рециркуляции в зону горения дымовых газов или двухсту­пенчатогорастянутого сжигания топлива и не требуют значительных ка­питальных затрат. Поразработкам Института газа АН УССР методы внедрены я внедряются на многих котлоагрегатах систем Минэнерго СССР и УССР, в том числе всистемах Киевэнерго, Мосэнергои др.

УкрГИПРОмезпри консультации Института газа АН УССРвыпол­нил несколько проектов переоборудования паровых котлов ТЭЦ метал­лургическихзаводов на режимы двухстадийного сжигания топлива,что позволит на 30—60 % снизить выброс оксидов азота в атмосферу. Ана­логичныерешения могут быть применены и для заводов Донецкого региона.

Необходимо остановиться на двух общих вопросах. В семидесятыхгодах рассматривалась возможность коренной реконструкции Донецко­гометаллургического завода в экологически значительно более чистоеметаллургическое производство, основанное на процессе прямого полу­ченияжелеза, минуя доменный процесс. Предполагалось использовать богатые железныеруды Куксунгурского месторождения в Донецкой об­ласти.Были выполнены технико-экономические и технологические про­работки и представленыв Правительство соответствующие предложе­ния. По-видимому, есть необходимостьрассмотреть этот вопрос заново, учитывая появившийся за это время опыт Оскольского электрометал­лургического комбината, а такжетерриториальную возможность строи­тельства шахтных печей прямого полученияжелеза. Мариупольским филиалом УкрГИПРОмеза,Институтом газа АН УССР и др. еще в 1976 г. разработаны мероприятия поликвидации повышенного загрязнения ат­мосферного воздуха г. Мариуполя вреднымивеществами н защите био­логической жизни Азовского моря от вредных стоков. Былиопределены объемы и сроки необходимых ОКР и разработки головных образцов га­зоочистногооборудования, химической водоочистки, автоматических га­зоанализаторов иконтроля. Капитальные вложения на выполнение ме­роприятий по защитеатмосферного воздуха тогда оценивались примерно в 320 млнруб. при сроке окупаемости в 5 лет. Тогда же были поставлены вопросы перед Госкомгидрометом СССР о включении Мариупольского промышленногорайона в число мест внедрения первых отечественных систем мониторинга.Представляется необходимым вернуться к рассмот­рению этих вопросов вновь, темболее, что можно многое использовать из ранее проделанной работы.

Вредные выбросы прокатных цехов в атмосферу

 В прокатном производстве,как и в остальных производ­ствах, имеются организованные технологические инеорга­низованные выбросы. Основной источник технологических выбросов — нагревательные колодцы, печи и машины огне­вой зачистки. Источникинеорганизованных выбросов: на­гревательные колодцы во время открывания крышек,на­гревательные печи при недостаточной тяге, рабочие клети, ножницы для резкиметалла, огневая и механическая за­чистки заготовок, удаление шлака в шлаковыхкоридорах у нагревательных устройств и др.

Выбросы цехов горячей прокатки

Основным источником организованных вредных выбро­сов в цехахгорячей прокатки являются нагревательные печи и колодцы.

Нагревательные устройства отапливаются природным, коксовым,доменным газами и их смесью. Некоторые печи трубопрокатных цехов отапливаютсяжидким топливом — мазутом. Количество продуктов сгорания в нагревательныхпечах   и колодцах зависит от тепловойработы этих агре­гатов и составляет 700-1000 м3/т нагреваемогометалла.

При сжигании природного газа в нагревательных устрой­ствах воздухпрактически не загрязняется.

При сжиганиисеросодержащего топлива (мазута, коксо­вого и коксодоменного газов) в атмосферупоступает сернис­тый ангидрид, количество которого зависит от содержания серы втопливе и его расхода.

Неорганизованные выбросы цехов горячей прокатки

Вредные неорганизованные выбросы в отделениях нагре­вательныхколодцев выделяются из ячеек (во время откры­вания крышек колодцев) и шлаковыхкоридоров (во время удаления шлака).

На основании натурных замеров, выполненных в цехах блюминга ислябинга работниками Московского институ­та "Сантехпроект",было установлено, что при недостаточ­ной тяге в прорывающихся отходящих газахнагреватель­ных колодцев содержится окись углерода в количестве до 150 г/тпроката. Удельные выбросы пыли в прокатных цехах блюминга и слябинга составляют50 г/т, через вы­тяжные фонари выбрасывается 15% этого количества, т.е.примерно 11 г/т проката, при этом на долю отделения нагревательныхколодцев приходится 7 г/т, а на отделение стана 4, г/т.

В шлаковых коридорах нагревательных колодцев реку­перативного типазагазованность незначительная, запылен­ность также невелика — в среднем 2-8мг/м3. Однако при спуске шлака запыленность возле ковшей повышаетсядо 15-20 мг/м.

Неорганизованные выбросы листопрокатных  и  крупно­сортных цехов содержат окись углеродаи пыль.

Технологические выбросы в отделениях огневой зачистки металла

Общее удельное количество окиси углерода, выделяю­щейся из печногоотделения при несовершенной конструк­ции горелочных устройств и недостаточнойтяге (выбивание газов из рабочего пространства), составляет до 200 г/т проката.Удельное количество пыли, выделяющейся че­рез фонари, составляет в среднем до16 г/т проката и до 0,27 г/м2 прокатываемого листа.

Общее удельное количество пыли, выделяющееся при прокатке металла,составляет 100 г/т, или 1,8 г/м2 .

Для удаления поверхностных дефектов с прокатных за­готовокприменяют огневую зачистку на специальных ма­шинах огневой зачистки (MOЗ).

Удельный объем газов, отсасываемых от МОЗ слябинга, в среднемсоставляет 35 м3/м2 поверхности сляба, а от блюминга 45 м3/м2поверхности блюма (при глубине зачи­щаемого слоя 2-3мм). Эти объемы соответствуют 5-6-крат­ному разбавлению воздухом, подсасываемымчерез газозаборное устройство, и могут быть уменьшеныв результате улучшения конструкции вытяжного зонта.

Удельные величины вредных веществ, выбрасываемых с продуктамисгорания от МОЗ, отнесенные к 1 м2 зачищае­мой поверхности заготовкипри глубине зачистки 1 мм, при объеме отсасываемых газов 13 м3 (м3*мм)и расходе кислорода в период зачистки 3,3 м3/(м2 — мм)составляют, г: пыли 40; СО 0,8; S020,4; NO0,5.

Процесс травлениязаключается в удалении окалины с поверхности металла путем обработки еерастворами. При травлении, кроме окислов, растворяются и металлы. При этомобразуется водород, который, удаляясь из ванны в виде пузырьков, увлекает ссобой некоторое количество тра­вильного раствора, что определяет состав вредныхвыбросов.

Неорганизованныевыбросы в цехах горячей прокатки выделяются при открывании нагревательныхколодцев (не­сгоревшие продукты сгорания), через неплотности(забиваются газы из печи), при прокатке металла (образуется пыль).Неорганизованные выбросы окиси углерода в режиме нагревательных колодцевсоставляют до 150 г/т проката, а с выбивающимися газами нагревательных печей(при недо­статочной тяге) до 200 г/т.

На многих предприятиях проблему обеспыливанияпытались решить, применяя гидрообеспыливание,осуществляемое с по­мощью форсунок с тонким распылением воды, механическим ипневматическим, равномерным орошением мест пылевыделения через дырчатые трубы ит. п. Однако такие способы не дали по­ложительных результатов.

Загрязнение  воды в прокатном производстве

Наилучшие результаты достигаются при смыве пыли ком­пактной струейводы  в месте ее образования. Водаподается на прокатываемый металл в месте выхода его из вал­ков и отводится поспециальному желобу. При прокате листа толщиной 2 мм степень обеспыливания 98—99 %. При этом до­полнительного,нежелательного охлаждения листа практически не происходит.

При гидросмыве ориентировочный расходводы равен, м3/ч: на блюминге 40, слябинге 30, на одну клетьлистового стана 6—10, непрерывного сортопрокатного стана  и на один проход на раскатном стане.

Повышение производительности труда в машиностроительнойпромышленности повлекло к поиску более совершенных СОЖ. В связи с этим возниклаострая необходимость в создании мето­дических подходов к ускоренной оценкетоксичности и опасности СОЖ на стадии их разработки. Лабораторией токсикологииИнститута гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР была разработана иапробирована схема первичной оценки токсичности и характера вредного действияСОЖ, включающая изучение ток­сичности вещества при однократном введении,исследование местного, кожно-резорбтивного и сенсибилизирующих эффектов [1].

С целью токсикологической характеристики новых образцов СОЖисследования проведены в соответствии с разработанными методическими указаниямии рекомендациями, но длительности эксперимента, правилам введения СОЖ,количеству обследуемых животных в группе [1, 2]. Исследования проведены начетырех видах животных (крысы, мыши, морские свинки, кролики). Всеисследованные новые СОЖ относятся к IVклассу мало­опасныхсоединений, их сенсибилизирующие и кожно-резорбтивные свойства не выявлены.Анализ результатов эксперимента свидетельствует, что, как правило, СОЖ малотоксичны при вве­дении в желудок и внутрибрюшинно;они допущены к производственным испытаниям.

Проведеннаятоксикологическая экспертиза СОЖ показала, что действие на кожу являетсяведущим показателем, по которому необходимо производить отбор хими­ческихвеществ этой природы для производственных испытаний при условии их низкойтоксичности.

Для обоснования ПДК СОЖ требуется значительно больше времени иэкономических затрат. Настоящая экспертиза позво­ляет сократить срокисвоевременного отбора веществ, для которых необходима разработка ПДК.

Однако применение СОЖ в ряде производств сопровождается высокимитемпературными режимами, что может вести к деструк­ции смазок и образованиюмногокомпонентных газо-паро-аэро-зольных смесей.Последнее требует специального изучения в плане гигиенической оценки примененияСОЖ.

Проведенныеисследования свидетельствуют о низкой токсич­ности изученных СОЖ, несмотря наразличия в их химическом составе.