Лекции по “Экологическому обеспечению производства чугуна ”

Применение поверхностно активных веществ (ПАВ) в узлах разгрузки пылящих материалов резко сокращает загрязнение окружающего воздуха. Эти вещества применяются в виде вырабатываемой в специальных пеногенераторах воздушно-механической пены, для образования которой используют 2-3 %-ные водные растворы ПАВ. Для различных способов разгрузки материалов разработаны разные конструкции для пылеподавления. Например, при разгрузке в бункера пена, поданная в бункер, по мере ссыпки материала поднимается, образуя как бы крышку, через которую пыль не выбивается в атмосферу.

Гидросмыв пыли является надежным средством обеспыливания при выходе проката из валков прокатных станов: компактные струи воды подаются непосредственно на сляб или листы на выходе из валков. Коэффициент обеспыливания составляет 90 — 95 % и выше, охлаждение проката практически не происходит.

Организация противодавления с помощью инертного газа позволяет подавлять выбивание грязного доменного газа в засыпной аппарат при загрузке в печь очередной порции шихты.

 

Улавливание неорганизованных пылегазовыделений

 

В тех случаях, когда процесс идет открыто и предотвратить или подавить пылегазовыделение в месте его образования не удается, выходом из положения является улавливание пылегазовыделений с помощью цеховых фонарей, зонтов, местных укрытий (колпаков), защитных кожухов.

Цеховые фонари на крыше здания имеют большинство цехов металлургического предприятия. В этом случае вентиляция цеха происходит путем аэрации: наружный воздух, входя через проемы в нижней части цеха, нагреваясь в его атмосфере, поднимается вверх и выходит через рамы фонаря в наружную атмосферу, вынося с собой из цеха пылегазовыделения. Цеховые фонари применяют в тех случаях, когда пылегазовыделение происходит по всей площади цеха и нет возможности организовать локализованный отвод и очистку газов от места их образования. Очистку газов, выходящих из фонарей в атмосферу, применяют редко, так как объемы этих газов огромны из-за присосов балластного воздуха на пути движения газов.

Зонты и колпаки наиболее часто устанавливают непосредственно у источников пылегазовыделений. Чем ближе они к источнику, тем полнее улавливание пылегазовыделений и меньше присосы окружающего воздуха. Для удобства обслуживания их обычно располагают не ниже 1,8-2,0 м над рабочей площадкой. Входное сечение зонта или колпака следует устраивать подобным поверхности источника вредных выделений с углом раскрытия не более 60⁰, скорость всасываемого газа должна составлять не менее 1-1,5 м/с. Отсасываемый газ, разбавленный воздухом, пропускают через пылеуловитель и вентилятором выбрасывают через дымовую трубу в атмосферу. Такие местные отсосы широко распространены на металлургических предприятиях. В качестве примеров источников пылегазовыделения, оборудованных такими аспирационными системами, можно назвать: дробилки, грохоты, мельницы, транспортеры в производстве агломерата и окатышей; летки, желоба, ковши в доменном производстве; миксеры и ковши в миксерном отделении; завалочные окна и разливочные машины в сталеплавильных цехах.

Защитные кожухи являются наиболее совершенным типом укрытия, так как в значительной мере исключают присосы окружающего воздуха в аспирационную систему и позволяют наиболее полно удалять выделяемые источником пылегазовыделения. В настоящее время защитные кожухи получают все большее распространение. Такого рода укрытиями служат: камера вагоноопрокидывателя, бункера и некоторые узлы перегрузок на агломерационной фабрике; бункера сухого тушения кокса на коксохимическом заводе; межконусное пространство доменной печи; камера придоменной грануляции шлака в производстве чугуна; защитные кожухи электросталеплавильных печей в сталеплавильном производстве; закрытые ванны непрерывного травления в прокатном производстве и др.

 

Способы   очистки  и обезвреживания промышленных   выбросов

 

                  Механическая очистка.   Осуществляется в пылевых камерах, циклонах, фильтрах, пенных газоочистителях. В  ее  задачу входит улавливание мелкодисперсных твердых и жидких частичек.

                  Химическая очистка.   Осуществляется воздействием специальных реагентов на токсичные составляющие промышленных выбросов с целью их улавливания, нейтрализации либо получения промышленного продукта.

                  Биологическая очистка.   Основана  на  биохимических процессах, при которых происходит разрушение токсинов специальными видами бактерий.

                  Термическая очистка и обезвреживание.   Основана на очистке токсичных органических соединений, содержащихся в промвыбросах, с образованием углекислого газа и водяного пара.

 

 

1.1.3 Предельно допустимые  концентрации

 и выбросы вредных  веществ в атмосферу

 

                  Для  атмосферного  воздуха  населенных пунктов установлены  предельно допустимые концентрации  (ПДК)  вредных  веществ:  максимальная  разовая и среднесуточная. Присутствие  вредных  веществ  в  атмосфере  при концентрациях ниже ПДК не должно наносить ущерба ни человеку, ни окружающей его среде.

        Максимальные разовые ПДК_м.р. устанавливаются по результатам исследований пороговых рефлекторных реакций человека при кратковременных наблюдениях (20 мин). Среднесуточные ПДК_с.с. определяют на основе длительных исследований.

       Для   санитарной оценки воздушной среды рабочей зоны применяют показатель ПДК_р.з.   вредных веществ в рабочей зоне. Так как в рабочей зоне человек находится временно  (6-8 ч),  ПДК_р.з.  более высокие,  чем  ПДК_с.с. При таких концентрациях не должно наблюдаться отклонение в состоянии здоровья работающих.

       При  оценке  экономического  ущерба  от  загрязнения  атмосферы (и водоемов) пользуются величиной приведенной массы загрязнителей,  значение  которой  определяют путем  умножения  их  массы  на  относительный  коэффициент агрессивности А. Коэффициент А для СО принимается равным 1. Для других загрязнителей А определяется в зависимости от ПДК и особенностей воздействия на окружающую среду и организм человека.  

         К основным вредным веществам,  образующимся при горении газообразного,  жидкого и твердого топлива, относятся оксиды азота (NO и NO₂), серы (SO₂ и SO₃), углерода (СО), сажа (С), бенз(а)пирен С₂₀ Н₁₂   и частицы золы. Частицы золы (золы уноса) выносятся в атмосферу с продуктами сгорания твердого топлива. В металлургии твердое топливо используется в слоевых процессах и котельных агрегатах. В отходящих газах слоевых процессов горения твердого топлива содержатся также частицы шихты. Зола и частицы шихты относительно грубодисперсны (средний размер частиц 10 – 20 мкм) и улавливание их в различных очистных аппаратах не представляет трудности.

Значения ПДК и А  для основных вредных веществ (ВВ), образующихся при горении приведены в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1- Коэффициент  А и ПДК вредных веществ, мг/м³, в атмосфере

Вещество	ПДКм.р.	ПДКс.с.	ПДКр.з.	А
Диоксид азота NO2	0,085	0,04	5	41,1
Оксид азота NO	0,6	0,06	-	-
Сернистый ангидрид SO2	0,5	0,05	10	16,5
Оксид углерода СО	5,0	3,00	20	1,0
Сажа С	0,15	0,05	15	41,5
Бенз (а) пирен С20Н12	-	1·10-6	1,5·10-4	12,6·105

 

     Для  нетоксичной пыли  (содержащей менее 20 % SiO₂) А = 13,9 (ПДК_с.с.=0,15 мг/м³); каменноугольной пыли - 40, золы различного топлива - 60-80, твердых выбросов двигателей автомобильного транспорта 200-500, агломерационной пыли – 100 (для аглодоменной пыли ПДК не установлена, существует только ориентировочно безопасный уровень воздействия (ОБУВ) равный 0,15 мг/м³). Так как в сумме содержание оксидов железа и кремния достигает 70 % в аглодоменной пыли, то значение ПДК устанавливается как для токсичной пыли: ПДК _м.р. = 0,15 мг/м³, ПДК _с.с. = 0,05 мг/м³).

Со значениями ПДК  вредных веществ связаны нормы  их предельно допустимых выбросов (ПДВ) в атмосферу, допустимые максимальные концентрации вредных веществ в газах, а также нормы минимальной высоты источников выбросов (Н). Все эти характеристики взаимосвязаны, зависят от фоновых концентраций загрязнителей и условий их рассеивания в атмосфере.

Предельно допустимые выбросы  – это количество вредных веществ во время выброса в атмосферу в единицу времени, которое не должно повышать концентрацию загрязнителей воздуха на границе санитарной зоны выше ПДК [22].

 Значения ПДВ (г/с)  для одиночного источника выбросов  определяется по формуле

 

,                                 (1.1)

 

где С_ф – фоновая концентрация, характеризующая загрязнение атмосферы другими источниками г/м³ ;

Н – высота источника выброса над уровнем земли (Н_min = 2 м);

V – расход газа, м³/с;

DT - разность между температурой выбрасываемого газа и температурой окружающего атмосферного воздуха;

К_å - произведение коэффициентов, учитывающих условия рассеивания вредных веществ в атмосфере (влияние рельефа, застройки местности, скорость оседания частиц, условия выхода газов из устья источника выброса и т.д.).

     Максимальная  допустимая концентрация ВВ (г/м³) в отходящих от источника газах не должна превышать значений

 

.    (1.2)

 

     Высота  источника выброса определяется  условиями необходимого рассеивания ВВ в приземном слое

 

,    (1.3)

 

где М – расход вредного вещества, г/с.

     Уровень  токсичности выбрасываемых газов Г

 

,    (1.4)

 

где ,…, - уровень токсичности ВВ (1,…,n).

При одновременном наличии  в атмосферном воздухе нескольких загрязняющих веществ  их допустимая концентрация определяется с учетом характера возможного  воздействия на организм. Если эти вещества оказывают на организм разнонаправленное действие, концентрация каждого из них не должна превышать ПДК_м.р.   и ПДК _с.с. Если же эти вещества обладают однонаправленным действием, их общая допустимая концентрация должна удовлетворять условию /20/

 

.                         

1.1.4 Структура выбросов ВВ в атмосферу г. Мариуполя

 

ХХ век стал для  г. Мариуполя веком большой металлургии. В 80-е годы Мариуполь выплавлял  каждую 10-ю тонну союзной стали. При этом город вошел в четверку самых экологически грязных городов  планеты, уступив первые места в этом негативном списке Новокузнецку, Магнитогорску и Кривому Рогу, производившим стали несколько больше, чем в Мариуполе. К 1991 году объемы выбросов в атмосферу города cоставили 610,1 тысяч тонн в год, сбросы в водоемы превысили 1 млрд. м³

Последствия загрязнения  окружающей среды печальны. Некогда  разнотравно-ковыльная степь сменилась садово-парковым ландшафтом, а список произраставших в Приазовье растений сократился на 44 вида. Обеднел и животный мир. Исчезли такие его представители, как дикий кабан, лисы и заяц- русак. Рыбные запасы в Азовском море сократились в 50 раз. Мариупольцы имели самую высокую по Украине детскую смертность, заболеваемость туберкулезом, раком легких и кожи. Средняя продолжительность жизни в нашем городе была на год ниже, чем в среднем по Украине.

В связи с уменьшением  производства стали на 40 процентов, сократились и вредные выбросы в атмосферный воздух (338,9 тыс.т в 1996 году).

Для Мариуполя основными  веществами – загрязнителями являются (по данным 1996 года):

• взвесь твердых частиц (пыль) – 37,6 тыс.т;
• газообразные вещества –301,3 тыс.т, в том числе:
• диоксид серы (SO₂) – 28,03 тыс.т;
• оксид азота (NO_x) – 19,08 тыс.т;
• монооксид углерода (СО);
• аммиак (NH₃);
• сероводород (H₂S);
• бенз–а–пирен (образуется в результате сжигания топлива в низкотемпературных условиях и при недостатке кислорода)
• фенол (C₆H₅-OH).

Основными загрязнителями атмосферного воздуха являются  МК     име-

ни Ильича (73 %), МК «Азовсталь» (22 %), «Маркохим» (3 %). Согласно данным статистики на долю металлургического производства приходится ~25 % всех мировых выбросов в атмосферу. Самым «экологически грязным» в городе является производство агломерата, далее следует доменное, мартеновское, конвертерное и прокатное производство.

Выбросы аглофабрик, наибольшие по объему, несомненно вносят значительный вклад в загрязнение атмосферы, однако не являются определяющими для загрязнения жилых районов города, т.к. ильичевская аглофабрика удалена от центра города на 11 км, а азовстальская небольшая по мощности. Повышенное содержание пыли создают неорганизованные выбросы литейных дворов доменных цехов и миксерных отделений сталеплавильных производств. Мощность данных производств велика, а расположены они на расстоянии не более одного километра от жилой зоны. Поэтому важной задачей является подавление неорганизованных выбросов.

Для сравнения: Мариупольский  МК им. Ильича ежегодно сбрасывает 50,3 млн. м³ загрязненных сточных вод в водоемы и 577 тыс. т загрязняющих веществ в атмосферу; МК «Азовсталь» - 220 млн м³ и 153 тыс. т, соответственно; МК «Криворожсталь» -  83 млн м³ и 238,8 тыс. т, соответственно; МК «Запорожсталь» - 97 млн м³ и 126,8 тыс. т, соответственно; Днепропетровский МК им. Дзержинского - 180 млн м³ и 172,4 тыс. т, соответственно. Выбросы вредных веществ в атмосферу в городах СНГ представлены ниже [22]: