Вредные выбросы прокатного производства
Выбросы в черной металлургии
Многие предприятия металлургической
промышленности в Донецком регионе построены еще в годы индустриализации без
учета экологических требований. Эти обстоятельства в сочетании с
быстрорастущим автотранспортом обуславливают значительные трудности в решении
задачи защиты атмосферного воздуха в Донецком регионе.
Борьба с пылегазовыми выбросами в черной
металлургии требует больших капитальных и эксплуатационных затрат и осложняется
тем, что выбросы образуются на всех стадиях металлургического передела и
зачастую носят неорганизованный характер. Крупнейшим источником загрязнения
окружающей среды в черной металлургии является агломерационное производство.
Аглофабрики выбрасывают в атмосферу около 50 % всего количества оксида углерода
(СО) и сернистого 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 аглофабрике завода «Азовсталь»).
Сравнительно небольшая аглофабрнка завода
«Азовсталь», например, имеет в своем составе 2 машины с площадью спекания 62,5
м3 каждая, общей производительностью 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, диоксид серы—-5200,
оксиды азота — 1300 т/год. Для существенного уменьшения выбросов этой
аглофабрики Институтом газа АН УССР и Мариупольским филиалом Укргипромеза
разработано нестандартное решение, заключающееся в обезвреживании аглогазов в
котлах ТЭЦ. Аглогазы с температурой 80 °С, запыленностью до 250 мг/м3
и содержанием кислорода 16—18 % по двум трубопроводам длиной 600 м, диаметром
3,0 м, проложенным по эстакаде, поступают к вентиляторам, а затем в
воздухонагреватели и горелочные устройства котлов ТЭЦ. При этом оксид углерода
аглогазов сгорает до диоксида, а вследствие балл актирования зоны горения
инертными компонентами аглогазов уменьшается образование оксидов азота в топке
котла. Изложенное имеет экспериментальное подтверждение.
При совместной работе аглофабрики и ТЭЦ
уменьшается 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 счет
использования физического тепла аглогазов и дожигания СО. Сметная стоимость
строительства этой системы оценивалась 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 в
республиканскую научно-техническую программу РН.85.02 «Охрана воздушного
бассейна», однако не выполнялась. Реализация этой разработки при сравнительно
небольших капитальных затратах могла бы в короткое время существенно
оздоровить обстановку в воздушном бассейне г. Мариуполя. Это же решение
применимо и для Коммунарска, где аглофабрика и ТЭЦ находятся еще ближе — на
расстоянии 150 м, т. е. капитальные затраты будут еще меньше
Для других аглофабрик региона следует
применять известные решения, реализуемые за рубежом и частично в СССР и
рекомендованные комиссией по черной металлургии стран — членов СЭВ. Это —
рециркуляция аглогазов, позволяющая на 30 % снизить выбросы СО и N0* в атмосферу,
известково-известняковая отмывка 5О2, а также технологические мероприятия:
применение «постели» высотой 20—40 мм, что снижает образрвание пыли в 5 раз,
увеличение высоты слоя, двухслойное спекание шихты.
При составлении общего плана развития и
реконструкции черной металлургии региона следует рассмотреть вопрос о
возможности увеличения доли окатышей в шихте доменных печей, т. е. частичной
замене агломашин экологически более «чистыми» обжиговыми машинами. Известно,
что в некоторых странах, например, в США, доля окатышей в шихте составляет
70—75 %, тогда как в СССР она, находится на уровне 30—35 %. Такое решение по
существу означало бы ликвидацию указанного источника выбросов.
Другим значительным источником загрязнений
остается доменное производство, выбрасывающее 30% всей пыли, СО —25, SО2—15, N0,—10, СmНn—11% (остальное количество углеводородов выбрасывает
коксохимическое производство). Рудный двор, бункерная эстакада, под бункерные
помещения неорганизованно выбрасывают пыль в количестве ~70 г/т чугуна. Для
нейтрализации ее необходимы регулярное увлажнение штабелей, поливка их
известняковым раствором, установка местных отсосов и электрофильтров. Особенно
желательно применять укрытие выпускных желобов и подачу выбросов через
электрофильтры, ибо во время выпусков выделяется огромное количество пыли -—
430 г/т чугуна, 65 % которой оседает в цехе, а остальное количество через
вентиляционные проемы выбрасывается на территорию завода я далее.
Необходимо обеспечить предотвращение
пылегазовых выбросов из межконусного пространства доменных печей и герметизацию
основного металлургического оборудования.
Мощным источником выбросов оксида азота
являются мартеновские печи. Они выбрасывают свыше 1200 т МО*/млн т стали.
Технологических способов предотвращения образования N0* в печах не существует.
Донецким
филиалом НПО «Энергосталь» разработан
аммначно-каталити-ческий способ восстановления оксидов азота в уходящих газах,
который внедряется на некоторых металлургических заводах. Стоимость установки*
не очень велика, однако она решает локальную задачу. В регионе необходимо
сосредоточить средства и возможности на внедрении метода
аммиачно-каталитической очистки газовых выбросов на агломашн-нах и на ТЭЦ, как
это делается за рубежом, в частности, в Япония. В металлургической промышленности
страны, а в регионе в особенности, следует ускорить вывод из эксплуатации
мартеновских печей.
Отдельно необходимо остановиться на
двухванных мартеновских печах Коммунарского металлургического завода и завода
«Запорожсталь». Это крупнейшие источники загрязнения цехов и городов пылью,
оксидами углерода и азота. Количество отходящих газов обычных мартеновских
печей емкостью 200—900 т составляет соответственно 40— 95 тыс. м3/ч
с содержанием пыли 5—б г/м3. Двухванная печь 2x300 т выбрасывает
газов от 150 до 220 тыс. м3/ч, т. е. в 1,5—2,2 раза больше самой
большой мартеновской печи, а содержание пыли в газах в период продувки
достигает 20—25 г/м3, т. е. в 3—4 раза выше. Таким образом,
двухванные печи являются в 6—8 раз более мощными по сравнению с обычными мартеновскими
печами источниками пыли. Сухая пылеочистка требует герметизации тракта и
полного дожигания СО, содержание которого в уходящих газах может достигать 20
%, что небезопасно. Мокрая очистка по схеме котел-утилизатор — труба Вентурн —
каплеуловн-тель требует значительных капитальных вложений, энергозатрат н сооружения
шламового хозяйства, соизмеримого с таковым для остальных печей цеха. Для
двухванных печей не существует приемлемых технических решений по уменьшению
выбросов, и они должны быть выведены нз эксплуатации в первую очередь.
Как в мартеновских печах, так и в
конверторах необходимо применять двухъярусные кислородные фурмы, что позволяет
не только дожечь часть оксида углерода и получить добавочное тепло, но и
одновременно снизить вынос пыли и унос железа на 35—40 %. Для этого не
требуется дополнительных капитальных вложений и экспуатационных затрат. Снижение
выбросов пыли в конверторах достигается, по данным Днепропетровского
металлургического института, увеличением доли лома. Это технологическое
мероприятие следует шире применять на заводах региона. Институт газа АН УССР
разрабатывает устройства для подогрева лома в совках до 500—600 °С.
Уменьшение выбросов в прокатном
производстве, хотя оно считается относительно благополучным с экологической
точки зрения, связывается в первую очередь со снижением расхода топлива на
нагрев металла. Кардинальным решением является переход на непрерывную разливку
стали и ликвидацию нагревательных колодцев и методических печей. Реализация
этого пути требует времени и существенных затрат. Существует и временное
решение, заключающееся в использовании разработанного Институтом газа метода
косвенного радиационного нагрева (КРН) металла с использованием
плоскопламенных горелок. Применение КРН снижает на 10—15 % расход топлива на
нагрев, на 30— 50 % угар металла, при сжигании газа в пласкокаменных горелках
количество образующихся оксидов азота меньше на 25—30 %, чем при использовании
туннельных и факельных горелок. Метод КРН сейчас является основным в прокатном
производстве за рубежом, по разработкам Института газа АН УССР он широко
внедрен на некоторых заводах в СССР («Электросталь», Ижевский, Череповецкий
металлургические заводы и др.) и за рубежом — в Алжире, Венгрии. В 1986 г, на
Донецком металлургическом заводе метод КРН был применен на одной ячейке
нагревательных колодцев, что дало реальный экономический эффект 70 тыс. руб. н
улучшило качество нагрева. До настоящего времени горелки производятся только
на Опытном предприятии Института газа АН УССР. Необходима организация их
производства в системе машиностроительных заводов, обслуживающих металлургию.
Необходимо разработать работать программы реконструкции печного хозяйства
прокатных цехов региона.
Достаточно широкое применение во
вспомогательных цехах металлургии н в машиностроительном производстве получил
метод электрошлакового перевала(ЭШП).Для очистки выбросов ЭШП от фтористых
соединений применяется мокрый метод, в том числе на заводе «Азовсталь»
Институтом газа АН УССР разработан
значительно более эффективный сухой метод н создана установка очистки выбросов
ЭШП в кипящем слое, организовано мелкосерийное производство этих установок на
одном из хозрасчетных предприятий 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 выгрузке печей,
транспортировке угля и кокса, при тушении кокса фенольнымн водами, в суш
ильных отделениях углеобогатительных фабрик, отделениях конденсации и
улавливания продуктов коксования. В производстве кокса следует шире применять
технологию бездымной загрузки, увлажнение шихты до 8— 10 %, отсос газов,
которые образуются при загрузке, в газосборники коксовой н машинной сторон
батареи, инжекцней их паром или коксовым газом, а также беспылевую выдачу с
отсосом, очисткой и дожиганием газов. Большой эффект дает применяемое
повсеместно за рубежом н на некоторых заводах СССР сухое тушение кокса
рециркулирующими в замкнутой системе инертными газами (СО2 до 10, СО
—8—14, Н2— 1— 2, О2 — 1%, остальное — азот).
Утилизируемое тепло этих газов используется для производства пара, в том числе
для пароинжекции при бездымной загрузке, таким образом частично реализуется
замкнутая безотходная технология производства кокса.
Значительные количества загрязняющих
атмосферу компонентов выбрасывают ТЭЦ металлургических заводов. От них в
среднем в атмосферу поступает 17—20 % всего количества пыли и диоксида серы,
25—39 % оксида азота. Оксиды азота выбрасываются в виде NO, который при взаимодействии с озоном воздуха превращается
в семь раз более токсичный NO2. Очевидно, что ТЭЦ как крупные
загрязнители атмосферы в первую очередь должны оснащаться совершенным пылеулавливающим
оборудованием. Существуют способы частичного (на 40— 60 %) подавления
образования NO в топках котлов. Эти способы понижают
максимальную температуру в зоне горения. Они заключаются в применении
рециркуляции в зону горения дымовых газов или двухступенчатого растянутого
сжигания топлива и не требуют значительных капитальных затрат. По разработкам
Института газа АН УССР методы внедрены я внедряются на многих котлоагрегатах
систем Минэнерго СССР и УССР, в том числе в системах Киевэнерго, Мосэнерго и
др.
УкрГИПРОмез
при консультации Института газа АН УССР выполнил несколько проектов
переоборудования паровых котлов ТЭЦ металлургических заводов на режимы
двухстадийного сжигания топлива, что позволит на 30—60 % снизить выброс оксидов
азота в атмосферу. Аналогичные решения могут быть применены и для заводов
Донецкого региона.
Необходимо
остановиться на двух общих вопросах. В семидесятых годах рассматривалась
возможность коренной реконструкции Донецкого металлургического завода в
экологически значительно более чистое металлургическое производство, основанное
на процессе прямого получения железа, минуя доменный процесс. Предполагалось
использовать богатые железные руды Куксунгурского месторождения в Донецкой области.
Были выполнены технико-экономические и технологические проработки и представлены
в Правительство соответствующие предложения. По-видимому, есть необходимость
рассмотреть этот вопрос заново, учитывая появившийся за это время опыт
Оскольского электрометаллургического комбината, а также территориальную
возможность строительства шахтных печей прямого получения железа.
Мариупольским филиалом УкрГИПРОмеза, Институтом газа АН УССР и др. еще в 1976
г. разработаны мероприятия по ликвидации повышенного загрязнения атмосферного
воздуха г. Мариуполя вредными веществами н защите биологической жизни
Азовского моря от вредных стоков. Были определены объемы и сроки необходимых
ОКР и разработки головных образцов газоочистного оборудования, химической
водоочистки, автоматических газоанализаторов и контроля. Капитальные вложения
на выполнение мероприятий по защите атмосферного воздуха тогда оценивались
примерно в 320 млн руб. при сроке окупаемости в 5 лет. Тогда же были поставлены
вопросы перед Госкомгидрометом СССР о включении Мариупольского промышленного района в число мест
внедрения первых отечественных систем мониторинга. Представляется необходимым
вернуться к рассмотрению этих вопросов вновь, тем более, 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 и неорганизованные выбросы. Основной источник
технологических выбросов - нагревательные колодцы, печи и машины огневой
зачистки. Источники неорганизованных выбросов: нагревательные колодцы во время
открывания крышек, нагревательные печи при недостаточной тяге, рабочие клети,
ножницы для резки металла, огневая и механическая зачистки заготовок, удаление
шлака в шлаковых коридорах у нагревательных устройств и др.
Основным источником организованных вредных
выбросов в цехах горячей прокатки являются нагревательные печи и колодцы.
Нагревательные устройства отапливаются
природным, коксовым, доменным газами и их смесью. Некоторые печи трубопрокатных
цехов отапливаются жидким топливом - мазутом. Количество продуктов сгорания в
нагревательных печах и колодцах зависит от тепловой работы этих агрегатов и
составляет 700-1000 м3/т нагреваемого металла.
При сжигании природного газа в
нагревательных устройствах воздух практически не загрязняется.
При сжигании серосодержащего топлива
(мазута, коксового и коксодоменного газов) в атмосферу поступает сернистый
ангидрид, количество которого зависит от содержания серы в топливе и его
расхода.
Неорганизованные выбросы цехов горячей прокатки
Вредные неорганизованные выбросы в
отделениях нагревательных колодцев выделяются из ячеек (во время открывания
крышек колодцев) и шлаковых коридоров (во время удаления шлака).
На основании натурных замеров, выполненных
в цехах блюминга и слябинга работниками Московского института
"Сантехпроект", было установлено, что при недостаточной тяге в
прорывающихся отходящих газах нагревательных колодцев содержится окись
углерода в количестве до 150 г/т проката. Удельные выбросы пыли в прокатных
цехах блюминга и слябинга составляют 50 г/т, через вытяжные фонари
выбрасывается 15% этого количества, т.е. примерно 11 г/т проката, при этом на
долю отделения нагревательных
колодцев приходится 7 г/т, а на отделение стана 4,г/т.
В шлаковых
коридорах нагревательных колодцев рекуперативного типа загазованность
незначительная, запыленность также невелика - в среднем 2-8 мг/м3.
Однако при спуске шлака запыленность возле ковшей повышается до 15-20 мг/м.
Неорганизованные выбросы листопрокатных
и крупносортных цехов содержат окись углерода и пыль.
Технологические выбросы в отделениях огневой зачистки металла
Общее удельное количество окиси углерода,
выделяющейся из печного отделения при несовершенной конструкции горелочных
устройств и недостаточной тяге (выбивание газов из рабочего пространства),
составляет до 200 г/т проката. Удельное количество пыли, выделяющейся через
фонари, составляет в среднем до 16 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 заготовок применяют огневую
зачистку на специальных машинах огневой зачистки (MOЗ).
Удельный
объем газов, отсасываемых от МОЗ слябинга, в среднем составляет 35 м3/м2
поверхности сляба, а от блюминга 45 м3/м2 поверхности
блюма (при глубине зачищаемого слоя 2-3 мм). Эти объемы соответствуют 5-6-кратному
разбавлению воздухом, подсасываемым через газозаборное устройство, и могут быть
уменьшены в результате улучшения конструкции вытяжного зонта.
Удельные
величины вредных веществ, выбрасываемых с продуктами сгорания от МОЗ,
отнесенные к 1 м2 зачищаемой поверхности заготовки при 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; S02
0,4; NO 0,5.
Процесс травления заключается в удалении
окалины с поверхности металла путем обработки ее растворами. При травлении,
кроме окислов, растворяются и металлы. При этом образуется водород, который,
удаляясь из ванны в виде пузырьков, увлекает с собой некоторое количество травильного
раствора, что определяет состав вредных выбросов.
Неорганизованные выбросы в цехах горячей
прокатки выделяются при открывании нагревательных колодцев (несгоревшие
продукты сгорания), через неплотности (забиваются газы из печи), при прокатке
металла (образуется пыль). Неорганизованные выбросы окиси углерода в режиме
нагревательных колодцев составляют до 150 г/т проката, а с выбивающимися газами
нагревательных печей (при недостаточной тяге) до 200 г/т.
На многих предприятиях проблему
обеспыливания пытались решить, применяя гидрообеспыливание, осуществляемое с помощью
форсунок с тонким распылением воды, механическим и пневматическим, равномерным
орошением мест пылевыделения через дырчатые трубы и т. п. Однако такие способы
не дали положительных результатов.
Загрязнение воды в прокатном производстве
Наилучшие результаты достигаются при смыве
пыли компактной струей воды в месте ее образования. Вода подается на
прокатываемый металл в месте выхода его из валков и отводится по специальному
желобу. При прокате листа толщиной 2 мм степень обеспыливания 98—99 %. При этом
дополнительного, нежелательного охлаждения листа практически не происходит.
При
гидросмыве ориентировочный расход воды равен, м3/ч: на блюминге 40,
слябинге 30, на одну клеть листового стана 6—10, непрерывного сортопрокатного
стана и на один проход на раскатном стане.
Повышение производительности труда в машиностроительной
промышленности повлекло к поиску более совершенных СОЖ. В связи с этим возникла
острая необходимость в создании методических подходов к ускоренной оценке
токсичности и опасности СОЖ на стадии их разработки. Лабораторией токсикологии
Института гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР была разработана и
апробирована схема первичной оценки токсичности и характера вредного действия
СОЖ, включающая изучение токсичности вещества при однократном введении,
исследование местного, кожно-резорбтивного и сенсибилизирующих эффектов [1].
С целью токсикологической характеристики
новых образцов СОЖ исследования проведены в соответствии с разработанными
методическими указаниями и рекомендациями, но длительности эксперимента,
правилам введения СОЖ, количеству обследуемых животных в группе [1, 2].
Исследования проведены на четырех видах животных (крысы, мыши, морские свинки,
кролики). Все исследованные новые СОЖ относятся к IV классу малоопасных соединений, 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.
Для обоснования ПДК СОЖ требуется
значительно больше времени и экономических затрат. Настоящая экспертиза позволяет
сократить сроки своевременного отбора веществ, для которых необходима
разработка ПДК.
Однако применение СОЖ в ряде производств
сопровождается высокими температурными режимами, что может вести к деструкции
смазок и образованию многокомпонентных газо-паро-аэро-зольных смесей. Последнее
требует специального изучения в плане гигиенической оценки применения СОЖ.
Проведенные исследования свидетельствуют о
низкой токсичности изученных СОЖ, несмотря на различия в их химическом составе.