Некоторые аспекты экологической и энергетической безопасности при эксплуатации вагранных печей

Литература

1. Логистика: управление в грузовых транспортно-логистических системах. Под редакцией д. т. н. Л. Б. Москва, 2002.

2. Прокофьева Т. А., Лопаткии О. МЛогистика транспортно-распределительных систем: Региональный аспект. — М.: РосКонсульт, 2003. — 400 с.

3. Тулендиев Е. Е. Научно-методические основы развития системы региональных транспортно-логистических центров (на примере Республики Казахстан): Автореф. дис. ... канд. экон. наук. — М., 2009. — 23 с.

4. Сыздыкбаева Б. У., Раимбеков Ж. С. Транспортно-логистическая система Казахстана: механизмы формирования и развития. — Астана: «В1-ргтЬ>, — 328 с.

5. Раимбеков Ж. С., Сыздыкбаева Б. У., Жуматаева Б. Исследование приоритетов развития инфраструктуры транспортно-логистической системы // Вестн. ЕНУ им. Л. Н. Гумилева. Сер. Экономическая. — 2012. — № 2. — С. 43-52.

Some aspects of the environmental and energy security in the cupola furnace

operation

Barkan M.1, Kovshov S.2, Kovshov V.3

'Баркан Михаил Шмерович /Barkan Michail - кандидат технических наук, доцент, кафедра геоэкологии;

2Ковшов Станислав Вячеславович /Kovshov Stanislav - кандидат технических наук, доцент; 3Ковшов Вячеслав Петрович /Kovshov Vyacheslav - кандидат географических наук, доцент, кафедра безопасности производств, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург

Аннотация: одним из основных этапов металлургического цикла является чугунолитейное производство, технологические этапы которого характеризуются значительными удельными выделениями вредных примесей воздушной среды. В статье выполнен расчет нормативов предельных допустимых выбросов вредных газов и промышленной пыли, формирующихся при вагранке. Установлены превышения соответствующих нормативов по содержанию углеродной пыли и оксида кремния в воздухе.

Abstract: one of the principal stages of a metallurgical cycle is iron foundry, the processing steps of which are characterized by significant specific emissions of harmful impurities into air. This article presents the calculation of standards for the maximum permissible emission (MPE) of harmful gases and industrial dust formed in cupola furnaces. The excess of carbon dust and silicone oxide contents in the air over the relevant standards has been established.

Ключевые слова: чугунолитейное производство, вагранная печь, вредные примеси воздуха, загрязнение атмосферы.

Keywords: cast iron foundry, cupola furnace, harmful impurities in air, air pollution.

На долю предприятий черной и цветной металлургии приходится около 20-25 % общих вредных выбросов в атмосферу, а в районах расположения крупных металлургических заводов и комбинатов -более 50 % всего количества загрязнений [1]. В связи с этим, в отрасли проделана значительная работа по увеличению количества газоочистных установок на металлургических предприятиях и улучшению показателей их работы. В результате в некоторых городах и промышленных центрах удалось уменьшить или стабилизировать вредные выбросы при одновременном росте объема и интенсификации промышленного производства [2].

Вагранки являются основными источниками загрязнения воздуха пылью, окисью углерода и другими газами в чугунолитейном производстве. Известно, что каждая тонна выплавленного в вагранке чугуна дает 10-14 кг пыли и 160-200 кг окиси углерода. Вагранка даже небольшой производительности, например 5 т/ч, за две смены работы может выбросить в атмосферу около тонны пыли и свыше 12 т

окиси углерода. Годовой выброс пыли всеми вагранками в нашей стране составляет около 200 000 т [3]. Поэтому проблема создания для вагранок надежной системы газоочистки очень актуальна.

В литейных цехах металлургических предприятий чугунное и стальное литье производится в вагранках и дуговых электропечах.

Основным источником пыли в чугунолитейном производстве являются вагранки. Удельные выделения загрязнений из вагранок на 1 т составляют: 1000 м3 газа, 15-20 кг пыли и 150-200 г оксида углерода. Выбросы сернистого ангидрида зависят от содержания серы в шихте и коксе. Температура газов на выходе из вагранки может достигать 800-900°С.

В колошниковых газах вагранок до искрогасителя или выхода газа в газоотводящий тракт обычно содержится до 20 г/м3 пыли и до 15 % оксида углерода. Так как в отходящих газах вагранок присутствует оксид углерода, они взрывоопасны.

Колошниковая пыль вагранок содержит 22-25 % оксидов железа, 28-31 % оксидов кремния, 3-4 % оксида кальция, потери при прокаливании 28-33 %, остальное - прочие компоненты в небольших количествах [4].

Дисперсный и фракционный состав ваграночной пыли приведены в таблице 1, а качественный состав пыли и максимально разовые значения предельно допустимых концентраций (ПДКмр.) приведены в таблице 2.

Таблица 1. Дисперсный состав ваграночной пыли [3]

мкм 0-1 1-3 3-5 5-10 10-25 25-50 50-75 75-150 >150

Фр 2,5 9,7 4,4 13,3 15,9 13,1 12,4 18,3 9,9

Для очистки газов в небольших вагранках используются сухие и мокрые искрогасители, эффективности которых, соответственно, 40-50 % и 60-70 %, при этом очистка газа от оксида углерода осуществляется дожиганием прямо в зоне завалочного окна. В крупных печах целесообразно дожигать оксид углерода с использованием выделяющегося тепла в специальных рекуператорах для подогрева воздуха дутья не выше 160-190°С, для интенсификации процесса плавки. Для очистки газов вагранок большой производительности применяют более сложные аппараты газоочистки - циклоны, пенные аппараты, электрофильтры и др.

Таблица 2. Характеристика источников загрязнения в зоне действия предприятия

С Ке20з ЭЮ2 СаО м§о МпО АЬОз

Состав пыли, % 70,60 0,72 13,37 11,31 0,09 0,08 3,83

ПДКм.р. 0,25 0,4 0,02 0,3 0,4 0,01 0,04

Метеорологические характеристики и коэффициенты, определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере, приведены в таблице 3.

Таблица 3. Метеорологические характеристики и коэффициенты, определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере города

Наименование характеристики Величина

Коэффициент стратификации атмосферы, А 160

Коэффициент рельефа местности в городе 1,0

Средняя максимальная температура наружного воздуха июля, ^"С 17,8

Средняя температура января (для котельных, работающих по отопительному графику), ^"С -11,0

Среднегодовая роза ветров, 7,0

С 15,0

СВ 9,0

В 10,0

ЮВ 13,0

ЮЗ 16,0

З 19,0

СЗ 11,0

Скорость ветра, повторяемость превышения которой по многолетним данным составляет 5 %, м/с 7,0

Для одиночных точечных источников с круглым устьем (дымовые трубы в металлургии) при выбросе горячей пылегазовой смеси максимальное значение приземной концентрации г-го вредного вещества в миллиграммах на кубический метр определяется в соответствии с методикой ОНД-86 Госкомгидромета [5] вручную:

ЛМГшп]

с —

h 2з/V м

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; т и п - коэффициенты, учитывающие условия выхода пылегазовой струи из устья источника выброса; Н - высота источника выброса над уровнем земли, м; Т] - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; ЛТ - разность между температурой струи и температурой атмосферного воздуха, °С; V -расход пылегазовой смеси, м3/с.

Значения коэффициентов тип, для нехолодных выбросов определяются в зависимости от параметров £ vm:

Ж 2 • В / = 1000 • Жо В

Н2 •ЛТ'

где Б - диаметр устья источника, м; Ш0 - средняя скорость выхода смеси из устья источника, м/с [6]:

4 • V

Ж = '

0 ТГ П2

ж  D

vm - H

Коэффициент m определяется в зависимости от f приf < 100:

m - (0,67 + 0,1 yff + 0,34^7)-1 ;

Коэффициент n определяется в зависимости от vm при f < 100, при vm > 2: П - 1 .

Опасность загрязнения рассчитывается по формуле:

с

j — ст

ПДК '

Если в^1шеописанное условие в^1полняется, то фактический выброс может быть установлен в качестве норматива ПДВ. В противном случае необходима разработка соответствующих природоохранных мероприятий.

Статья подготовлена при поддержке Стипендии Президента РФ.

Литература

1. Calvert S and Englund G. M. 2008. Protection of the atmosphère from industrial pollution. Metallurgy. 760 p.

2. Ковшов С. В., Ковшов В. П. Проблема сельскохозяйственных отходов в Ленинградской области // Наука, техника и образование. 2015. № 2 (8). С. 77-78.

3. МариенбахЛ. M. 1960. Металлургические основы вагранки. - М.: Машгиз. 328 с.

4. Bartknecht W. 1987. Dust explosion: course, prévention, protection. Springer Verlag, p. 679.

5. Методика расчета концентраций вредных примесей воздуха от промышленных загрязнений (ОНД-86) от 04.08.1986, № 192. 27 с.