Лекции по “Экологическому обеспечению производства чугуна ”

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МЕТАЛЛУРГИИ  ЧУГУНА

 

 

 

Семакова  В.Б.

 

 

 

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

 

 “ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ  ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА  ” 

 

для студентов специальности  7.090401 “Металлургия черных

металлов” специализации "Металлургия чугуна"

 

 

 

 

 

 

 

Мариуполь  ПГТУ 2008

УДК 669:662.928:624.502

 

Конспект лекций по дисциплине «Экологическое обеспечение производства чугуна» для студентов специальности  7.090401 “Металлургия черных металлов” специализации "Металлургия чугуна" // Сост. Семакова В.Б. – Мариуполь: ПДТУ. - 2008. – 102 с.

 

 

 

Содержит сведения по качественному и количественному  составу вредных выбросов аглодоменного  передела и способам их очистки. Приведены  технологические мероприятия по снижению вредных выбросов.

 

 

 

 

 

 

1 ЗАЩИТА ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА 

ОТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

 

1.1   Промышленные  выбросы

 

            Ежегодно  промышленные   предприятия  и  транспорт  выбрасывают в атмосферу около 1 млрд. т аэрозолей и газов (в том числе угарный газ, сернистый  ангидрид,  оксиды азота), приблизительно столько же сажи; в водоемы поступает свыше  500  млрд.т  промышленных и бытовых стоков. Из природной среды ежегодно извлекается  40  млрд. т разных материалов и продуктов. За счет сжигания топлива связывается около 20  млрд. т  свободного кислорода атмосферного воздуха.  Количество  воды,  забираемой  из источников, оценивается по различным данным в 550-600 млрд.т.  Образующиеся  отходы  и  выбросы, не только истощают запасы невозобновляемых  природных  ресурсов нашей планеты, но и оказывают вредные, а иногда и смертельные влияния  на  растительный,  животный  мир и на условия жизни человека.

            Одной  из  отраслей,  значительно  загрязняющей  окружающую среду, является металлургия. Металлургический комбинат полного цикла, производящий      10  млн.т стали в год до введения строгих мер выбрасывал ежегодно в  атмосферу  более  200  тыс.т пыли, 50 тыс.т соединений серы, 250 тыс.т оксида углерода, оксида азота и др. веществ.

Пылегазовые выделения  современных предприятий черной металлургии очень значительны. По данным Главной геофизической  обсерватории им. Войкова, их доля в  общем количестве выбросов промышленности и транспорта составляет: по пыли 20 %, по оксиду углерода 43 %, по сернистому ангидриду 16 %, по оксидам азота 23 %. В районах расположения крупных металлургических предприятий загрязнение атмосферы на 50—60 % и более обусловлено выбросами этих предприятий. Ниже дано распределение основных выбросов по видам производств, % к итогу:

 

Пыль  SO₂  CO  NO_x

 

Агломерационное   31,1  61  77,8  26,0

Коксохимическое              2,0  1  7,8  9,1

Доменное     17,3  0,3  3,5  3,0

Сталеплавильное   19,7  0,02  5,4  6,5

Прокатное     1,2  0,2  -  10,5

Ремонтное     1,0  0,02  4,9  1,5

Огнеупорное и  известковое  18,4  0,4  0,4  5,4

Энергетическое    7,4  36,7  -  36,6

Прочие     1,9  0,36  0,2  1,4

 

Как видно, наибольшее количество выбросов приходится на долю агломерационной фабрики и ТЭЦ (при работе на доменном газе и твердом топливе). Значительные количества трудно улавливаемой мелкодисперсной пыли выделяют конвертерные и мартеновские цехи (при продувке ванны кислородом). При сжигании сернистого топлива большие количества сернистого газа выделяют энергетические установки. Валовые показатели суточных выбросов (до очистки) на 1 млн. т стали составляют:  350 т пыли, 200 т SO₂ и 400 т СО. Удельный выход доменного газа -  2000 м³/т чугуна, коксового газа - 420 м³/т кокса.

                  Пыль, выделяющуюся из плавильных агрегатов,  обычно  называют плавильной пылью, а газы вместе с пылью - “выбросами”.

                  “Организованные” выбросы  –   отходящие (технологические) из  металлургических агрегатов газы. Система отвода газов от плавильных  агрегатов включает:

• газоотводящие тракты;
• котлы-утилизаторы (КУ), в которых  используется  физическое  тепло  нагретых  газов  для  получения пара (газы охлаждаются, их объем уменьшается);
• пылеулавливающие устройства (газоочистка);
• устройства для эвакуации газов (дымовые трубы и дымососы – эксгаустеры).

                  “Неорганизованные”    выбросы   (НВ)   выделяются   в   атмосферу   в  процессе перевозки, перемещения,  складирования сыпучих материалов  и металлошихты, а  также   в процессе транспортировки жидких чугуна, шлака, стали и др.

                  Для улавливания  НВ  успешно   применяют  зонты,  которые   засасывают много воздуха (в  8-10 раз больше,  чем  при   очистке   технологических   газов),  что  увеличивает   энергопотребление   в   10  раз   и   капитальные   затраты   в   4 - 5  раз по сравнению с очисткой технологических газов. Однако  зонты почти не  нуждаются в уходе и не мешают обслуживающему персоналу.

 

1.1.1 Характеристика промышленных  выбросов

 

                  В зависимости от физического состояния  различают твердые, жидкие и газообразные промышленные выбросы.

                  Твердые выбросы  представляют  собой частички  различного  фракционного состава,  колеблющегося в широких пределах. Образуются они в процессе подготовки и сжигания  топлива,  производства  чугуна,  стали, цветных металлов, цемента, процессах деревообработки  и др. Твердые выбросы засоряют почву, водоемы, загрязняют предметы, уменьшают видимость, воздействуют на здоровье человека.

                  Жидкие выбросы.  К ним относятся сточные воды, содержащие растворенные минеральные соли и органические  соединения,  часто обладающие токсичными свойствами. Источниками больших количеств жидких выбросов является химическая, металлургическая и нефтеперерабатывающая промышленность.  Неочищенные  сточные  воды  вызывают гибель флоры и фауны водоемов, делают непригодной воду бытовых, а подчас и технических целей.

                  Газообразные выбросы. К ним относятся токсичные химические  соединения, выбрасываемые непосредственно в атмосферу при осуществлении технологических процессов, вентиляционный воздух промпредприятий, содержащий эти примеси,  и большое количество  газообразных  продуктов сгорания топлива. Газообразные выбросы легко распространяются в воздушном  бассейне, это приводит к возникновению обширных районов с высокой  концентрацией  вредных веществ в атмосфере (радиус загрязнения до 10-20 км).

 

1.1.2 Основные мероприятия  по снижению выбросов

вредных веществ (ВВ) в атмосферу

 

       Комплексность рассмотрения проблемы защиты атмосферы предусматривает применение одновременно трех мероприятий:

1. снижение величины вредных выбросов путем усовершенствования технологических процессов, конструкций агрегатов и использования отходов;
2. очистку технологических газов от вредных выбросов;
3. рассеивание вредных выбросов в атмосферу при помощи дымовых труб.

 

Промышленные выбросы  сосредоточены обычно в густонаселенных  промышленных районах. Поэтому рассеивание  выбросов в атмосфере с помощью  дымовых труб является составной частью проблемы защиты атмосферы. Уменьшение концентрации вредных веществ в атмосфере населенных пунктов также решается при помощи планировочных мероприятий.

 

Планировочные мероприятия по снижению приземных

концентраций  вредных веществ

 

В системе мероприятий по охране атмосферного воздуха важное место занимают планировочные мероприятия, позволяющие при постоянстве валовых выбросов существенно снизить воздействие загрязнения окружающей среды на человека. Прежде всего большое значение имеют правильный выбор площадки предприятия, взаимное расположение его цехов и жилых массивов.

Рекомендуется располагать  предприятия и жилые кварталы на открытой ровной местности, хорошо продуваемой ветрами, исключающей образование застойных зон. По отношению к жилому массиву предприятие должно располагаться с подветренной стороны, чтобы большую часть года в соответствии с розой ветров выбросы уносились в сторону от жилых кварталов. Площадка жилой застройки не должна быть выше площадки предприятия, так как в противном случае преимущество высоких дымовых труб практически сводится на нет.

Площадка предприятия  должна иметь положительную инверсионную характеристику. Температура воздуха  в любое время года с увеличением  расстояния от земной поверхности должна уменьшаться, чтобы обеспечивалась естественная вентиляция площадки предприятия даже при отсутствии ветра.

Цехи, выделяющие наибольшее количество вредных веществ, следует  располагать на краю территории предприятия со стороны, противоположной жилой застройке. Взаимное расположение цехов должно быть таким, чтобы при направлении ветров в сторону жилых массивов выбросы их не объединялись.

При строительстве новых  металлургических предприятий во избежание сосредоточения большого количества источников выбросов рекомендуется исключать из состава предприятия цехи, которые не являются неотъемлемой частью металлургического производства (аглофабрики, коксохимические заводы, ТЭЦ, цехи огнеупоров и т. п.). Для существующих металлургических предприятий рекомендуется такие цехи по возможности не расширять.

Санитарными нормами  проектирования промышленных предприятий  СН-245-71 предусмотрено отделение  жилых массивов от промышленных предприятий, являющихся источниками выделения  вредных веществ, санитарно-защитными зонами. Расстояние между промышленной зоной и жилым массивом определяется в зависимости от профиля предприятия, его мощности, количественных и качественных характеристик выбросов в атмосферный воздух.

Многочисленные  исследования показали, что выделяемые металлургическими предприятиями в атмосферу вредные вещества в концентрациях, превышающих ПДК, обнаруживаются в радиусе до 10 км от места выделения. Это и определяет необходимую ширину санитарно-защитной зоны.

Роль пространственных разрывов значительно повышается при  озеленении их специальными породами деревьев и кустарников.

 

Технологические мероприятия

по снижению вредных выбросов в  атмосферу

 

     Важнейшим  направлением снижения промышленных  выбросов в воздушный бассейн является - совершенствование технологии производства процессов и основного технологического оборудования. При выборе технологических агрегатов предпочтение следует отдавать более мощным агрегатам. Например, доменная печь объемом 5000 м³ заменяет целый доменный цех и только за счет сокращения источников пыле- и газовыделений значительно сокращаются выбросы пыли и оксида углерода.

Замена в  металлургических агрегатах топлива  электроэнергией существенно снижает выбросы пыли и вредных газов. Исключение излишних операций и промежуточных звеньев, связанных с пыле- и газовыделением, может способствовать значительному снижению выбросов в атмосферу.

Переход от периодических  процессов к непрерывным позволяет  сильно сократить пыле- и газовыделения. Например, переход в доменных цехах от скиповой подачи материалов к транспортерной сокращает пылевыделение в несколько раз. Оснащение технологических агрегатов противопылевыми устройствами значительно уменьшает выделение пыли в атмосферу. Примером подобного рода устройств могут служить аппараты для бездымной загрузки коксовых печей и многосопловые кислородные фурмы.

Сокращению  количества выбросов способствует также  работа на кондиционном сырье, соответствующем техническим условиям.

 

Подавление  пылегазовыделений

 

При проведении технологических процессов в  закрытых объемах, как это имеет  место в различных печах или паровых котлах, основная масса пылегазовыделений удаляется организованно через газоотводящие тракты и дымовые трубы. В условиях, когда тот или иной процесс идет открыто, важное место в борьбе с загрязнением воздуха занимает предотвращение пылегазовыделений путем их подавления в местах образования. В зависимости от конкретных условий протекания процесса подавление пылегазовыделений может осуществляться различными способами.

Увлажнение сыпучих материалов, руды и пыли резко сокращает пыление по всем трактам движения и складирования этих материалов. На складах для проведения операции увлажнения используют автоматические стационарные распылители и специальные автомобили. Равномерное увлажнение, предотвращающее распыливание, обеспечивают расположением и подбором форсунок, давления воды, высоты распыления. Каждый материал имеет свою предельную влажность, при которой не происходит пылевыделение, например для пыли она равна 18 — 20 %.