Шморгун Юлия Александровна

Экология, охрана окружающей среды и сбалансированного природопользования

Исследования процессов образования и способов сокращения газовых и супертоксичных выбросов в агломерационном производстве

Научный руководитель: д.т.н., проф. Мищенко Иван Митрофанович

В составе вредных выбросов, кроме наиболее массовых, определяемых предприятиями и фиксируемых в отчетности — пыли, оксид углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота — присутствуют также и многие другие, более токсичные и канцерогенные элементы и соединения.

Среди них: токсичные металлы,сероводород, цианистый водород, аммиак, бензапирен, диоксины, фураны, фенолы, бензолы, фториды, цианиды и другие. Именно, агломерации, принадлежат около 95% выбросов токсичных углеводородов, по всему металлургическому производству.

Агломерационному производству принадлежат наибольшие удельные выбросы по пыли, угарного газа, соединений серы, значительных выбросов оксида азота и других опасных выбросов для здоровья человека. По данным С. М. Андоньева и О. В. Филипьева, широко опубликованным В. Н. Шаприцким, около 70% всех выбросов пыли сопровождают процессы производства агломерата, чугуна и стали. Эти процессы связаны с переработкой пылесодержащих шихтовых материалов, образованием и уносом пыли отходящими газами. Особое внимание в работе будет уделяться, тонким супертоксичным выбросам в агломерационном производстве — диоксинам и фуранам. Эти выбросы представляют огромную опасность для жизни человека и для окружающей природной среды. Очень важно здесь подчеркнуть, что ПДК будут касаться одной формы органических веществ, а в процессе метаболизма образуются другие с иными значениями ПДК. Токсичность многих веществ зависит от климатической температуры и гидрохимической ситуации, в которых проявляется их действие. Диоксины и фураны требуют детального исследования, потому-то они представляют собой, скрытую угрозу для жизни человека.

Цель работы — сокращение выбросов супертоксичных углеводородов и других газопылевых выбросов на 40–50 % и более.

Основные задачи исследования:

Задачи исследования сводятся к анализу существующих способов и устройств сокращения выбросов, выбор наиболее рациональных из них, совершенствование и разработка методов определения количества выбросов и расчетно — аналитической оценки их вредного влияния на состояние окружающей среды в регионах размещения агломерационного производства.

1. Cбор, обработка и систематизация данных о вредных выбросах в агломерационном производстве.
2. Анализ показателей работы газоочистных аппаратов и установок, результатов применения различных технологических способов для сокращения выбросов при производстве агломерата.
3. Усовершенствование методов сокращения выбросов, с учетом их концентрации в отходящих газах завершающей части процесса спекания на агломерационной машине.
4. Разработка моделей оценки сокращения газопылевых выбросов в хвостовой части агломерационных машин.

Объект исследования : технологические процессы производства железорудного агломерата, являющиеся источником вредных газопылевых выбросов.

Исследование фонтанных скважин

... Р=20-40 МПа). 3.3 Исследование фонтанных скважин Исследование фонтанных скважин проводятся по двум методам. На установившихся и неустановившихся режимах. Исследование на установившихся режимах ... которым понимают максимальный дебит скважины, допустимый условиям рациональной эксплуатации залежи и обеспечиваемый продуктивной характеристикой скважин. Исследования на неустановившихся режимах заключается ...

Предмет исследования : технологические факторы, способы и устройства, снижающие на 40–50% и более выбросы супертоксичных углеводородов (диоксинов, фуранов и других вредных веществ).

В работе используются следующие методы исследования:

1. Анализ литературных и других источников информации.
2. Систематизация, обобщение, статистический анализ данных о выбросах агломерационного производства.
3. Методы комплексной оценки о выбросах; моделирование процессов очистки газов от тонких супертоксичных ингредиентов, регрессионный анализ факторов, влияющих на удельные и абсолютные величины вредных выбросов агломерации.

Сжигание углерода топлива в спекаемом слое всегда сопровождается большими выбросами СО (обычно составляют 25–30 кг/т агломерата).

Существенное влияние на концентрацию СО в отходящем из слоя газе могут оказывать:

1.Концентрация горючего углерода топлива (Сг) в шихте.

2.Средняя крупность топлива, содержание в нем классов крупности менее 0,5 мм и более 3 мм.

3.Скорость фильтрации газов и содержание в них свободного кислорода.

4.Гранулометрический состав спекаемой шихты.

СО ₂

Самым мощным фактором кардинального сокращения выбросов СО является уменьшение расхода твердого топлива на процесс спекания. Действует простое правило: меньше сжигается топлива — меньше образуется продуктов горения, удаляемых в атмосферу.

FeS ₂

3.1 Источники образования тонких супертоксичных выбросов , С ₂ H₃ Cl)n покрытий и упаковок, состоящего на 57% из хлора.

Образовавшийся свободный хлор участвует в образовании диоксинов и фуранов. Диоксины образуются при нагревании шихты до 200–550 °C. Увеличивает образование диоксинов более чем вдвое, против обычного, добавка в шихту смеси NaCl и замасленной прокатной окалины. Органический хлор, попадающий в аглошихту в виде пластмассы — поливинилхлорида [1 ].

Существующие эффективные методы очистки агломерационных газов:

• введение адсорбентов (порошкообразных бурого угля, активированного угля и / или цеолитов) навстречу движению газового потока в рукавном фильтре;
• введение бикарбоната натрия или гашеной извести в газоход перед фильтром, чтобы уменьшить кислотные выбросы (например, SOх, HCl, HF) в сочетании с обработкой отходящих газов путем их увлажнения и регулировкой температуры (90–100°C);
• осаждение пыли в химически стойком накопителе с автоматической системой удаления пыли (например, импульсно – струйного типа);
• рециркуляция пыли обратно в отходящие газы на входе в рукавный фильтр, в некоторых случаях рециркулирует большое количество твердых частиц;
• удаление отходящих газов из системы эксгаустером.

• При производстве агломерата мы должны учитывать ряд факторов, которые помогут нам добиться получение качественного агломерата с уменьшением воздействия на окружающую природную среду.

  6 стр., 2592 слов

  Энергетическое топливо

  ... газ применяется как топливо в металлургической, стекольной, керамической промышленности, для двигателей внутреннего сгорания, а также для синтеза аммиака; ·Коксовый газ - горючий газ, образующийся в процессе коксования каменного угля, ... °C в случае использования специальных присадок. В ... то есть при нагревании его без доступа воздуха ...

  1. Подготовка шихтовых материалов к агломерации с использованием современного или усовершенствованного оборудования для разгрузки, усреднения, раздельного окомкования, подогрева, известкования шихты, раздельного дозирования топлива, рациональной загрузки шихты с использованием подстилочного слоя из мелкого агломерата–постели .

  2. Спекание шихты в высоких и супервысоких слоях.
  3. Оптимальный внешний нагрев спекаемого слоя, преимущественно, в процессе зажигания шихты.
  4. Использование вторичных энергетических ресурсов в виде тепла воздуха, нагретого при охлаждении агломерата.
  5. Рециркуляция агломерационных газов.
  6. Охлаждение, эффективная обработка спека, другие природоохранные процессы, формирующие понятие о современной экологизированной агломерации.

  4.1 Рециркуляция газов

  Принципиальная схема газовоздушных потоков агломашины с площадью спекания 132 м² , использующей технологию рециркуляции газов на одной из аглофабрик Голландии, показана на рис.4.1. Кроме главных эксгаустеров 1, обеспечивающих спекание шихты, предусмотрена установка двух дополнительных эксгаустеров (или высоконапорных вентиляторов) 3 и 4. Эксгаустер 3 всасывает из общего потока отходящих после главных эксгаустеров газов регулируемое клапаном 2 их количество и нагнетает под укрытие 5 агломашины. В некоторых случаях вакуум–камеры агломашины, отводящие наиболее загрязнённые газы, подключают к отдельному коллектору, соединённому с автономным газопроводом, оборудованным газоочисткой и эксгаустером нагнетания газов в укрытие агломашины (рис. 4.1).

  Вентилятор 4 подаёт необходимое количество атмосферного воздуха под укрытие агломашины, обеспечивая оптимальное содержание кислорода в смеси рециркулируемых газов и воздуха. Дополнительное количество воздуха подсасывается через атмосферный клапан 6. Общее регулирование количества нагнетаемых газов и воздуха достигается с помощью шиберных клапанов 2 и 7, оснащённых автоматизированными приводами. Исходя из ограничительных и реальных условий агломерации, степень рециркуляции устанавливают на уровне 2530 или даже 48 %. При больших значениях этого параметра в некоторых случаях применяют обогащение газовоздушной смеси техническим кислородом, вдуваемым под укрытие агломашины или в тракт подачи воздуха. Супертоксичные углеводороды–бензапирен, диоксины и фураны (в упрощённых химических формулах: С20Н12, Cl4•2(C6H6)O2 и Cl4•2(C6H6)O), попадая в зону горения в составе рециркулируемого газа, почти полностью разлагаются. Повторный синтез этих соединений можно предупредить только быстрым, в течение нескольких секунд, охлаждением отходящего газа до температуры менее 250 °С. Это предусмотрено в специальных газоочистных аппаратах. Установлено, что концентрация SO₂ , диоксинов и фуранов в отходящем газе начинает возрастать, и достигает максимальных значений во второй половине процесса спекания (рис.4.2),[1 ].

  32 стр., 15943 слов

  Атмосферный воздух

  ... потребность в пище. Без пищи человек может прожить 5 недель, без воды – 5 дней, без воздуха – 5 минут. Воздух необходим всему живому на Земле. Атмосфера оберегает человечество от многочисленных опасностей ... роль, поскольку – основные топливные ресурсы располагались на ее территории: на десятой части глобальной площади суши сосредоточено 45% мировых запасов природного газа, 12% нефти, 23% угля и 14% ...

  веществ и температуры отходящих газов по вакуум-камерам (длине агломашины) при обычном спекании (а) и в условиях рециркуляции газов (б).

  Объёмные концентрации: SO2 (кривые 1а и 2б); диоксинов/фуранов (кривые 3а и 4б); температура газов – кривая 5" hspace="10" vspace="10">

  Рисунок 4.2 – Изменение концентраций вредных веществ и температуры отходящих газов по вакуум–камерам (длине агломашины) при обычном спекании (а) и в условиях рециркуляции газов (б).

  Объёмные концентрации: SO2 (кривые 1а и 2б); диоксинов/фуранов (кривые 3а и 4б); температура газов–кривая 5

  С учётом того, что температура отходящих газов также достигает максимальных значений (250–300 °С) в последних, хвостовых вакуум–камерах агломашины, более целесообразной представляется рециркуляция именно этой части газов, обычно уносящих в атмосферу б?льшую долю тепла и токсичных соединений.[ 2 ].

  4.2 Комплексные газоочистные установки

  Образование диоксинов, фуранов может быть подавлено при добавлении веществ, которые имеют тормозящее действие на образование диоксинов, фуранов, считая, что образование таких веществ происходит в основном внутри агломерата. В этом случае эффективным методом для сокращения выбросов диоксинов, фуранов является добавление азотных соединений для того, чтобы препятствовать каталитическим реакций на поверхности агломерата. По этой причине, тесты с добавлением триэтаноламина (ТЭА), моноэтаноламина (МЭА) или карбамида были проведены на разных аглофабриках. Добавление гранул карбамида в аглошихту перед смешиванием и/или окатыши было применено в полном промышленном масштабе на нескольких заводах. Ранулы карбамида равномерно распределены в аглошихте перед подачей на ленту. На агломерационном заводе Corus, Port Talbot, Великобритания, достигнутые выбросы диоксинов и фуранов при использовании карбамида составило примерно 1 нг I–TEQ/м3 на 17 % остаточного кислорода в оптимальных условиях. Как правило, концентрация выбросов диоксина уменьшается на 40–60 % на агломерационных установках с использованием ЭФ ESPS при борьбе с выбросами только на конце трубы , так что отдельный конечный уровень выбросов диоксинов, фуранов зависит от входной концентрации. Использование карбамида также сводит к минимуму выбросы хлористого и фтористого водорода. Предварительные испытания с системой дозирования на бывшей аглофабрики Corus, Llanwern, Соединенное Королевство в 1996–1998 годах привели к заявке на патент в 1998 году. Далее технология была внедрена на дальнейшие испытания на заводе Corus, Scunthorpe, Великобритания в период 2000–2001 гг. Система непрерывного дозирования была установлена на аглофабрике Corus, Port Talbot, Соединенное Королевство с 2003–2004 для долгосрочных непрерывных испытаний дозирования. Технология была установлена на постоянной основе на аглофабрике Corus, Scunthorpe и Corus, Teesside, Соединенное Королевство в 2007 году.

  24 стр., 11990 слов

  Модернизация системы очистки отходящих газов в процессе дегидрирования ...

  ... В данной бакалаврской предложена новая технологическая схема по очистки отходящих газов от катализаторной пыли, которая полностью отвечает экологической политики предприятия. ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ... целью нахождения наиболее эффективных и экономичных способов модернизации блока отходящих газов от катализаторной пыли. Выбранные технические решения сопостовляются со способом, разрабатываемым в дипломном ...

  Компанией Siemens VAI новую газоочистку, так называемую комбинированную систему обезвреживания агломерационного газа — Мерос. Процесс сокращения выбросов агломерации касается таких ингредиентов как пыль, кислые газы и вредные металлические и органические компоненты, присутствующие в агломерационных отходящих газах, очищаемых в нескольких стадиях обработки до таких уровней концентраций вредностей, которые недостижимы в традиционных процессах газоочистки.

  Технологическая схема очистки агломерационного газа включает: впрыск адсорбентов в поток отходящего газа, добавка кондиционированного воздуха в очищаемый газ, очистка отходящего газа в рукавном фильтре, утилизация уловленной пыли в отходящих газах, удаление дымососом агломерационных газов из системы газоочистки МЕРОС. В качестве адсорбентов используют бурые угли или активированные угольные порошки, для целей сероочистки–бикарбонат натрия или гашеную известь, которые вводят в поток отходящего газа с высокой скоростью впрыска — более 30 м/с–навстречу движения потока газа. Распределительное устройство равномерный ввод адсорбентов, а также серной кислоты реагирующей с токсичными элементами или газообразными соединениями в отходящем газе. Такие реакции повышают эффективность отделения тяжелых металлов. Инъекция бикарбоната натрия и гашеной извести обеспечивают очистку газа от сернистых соединений и ядовитых кислот, типа НСL, HF. Для эффективного распределения реагентов используют форсунки. температуру отходящего газа снижаю до 90–100°С путем ввода охлажденного воздуха для повышения эффективности сероочистки и исключения повреждения рукавов тканевых фильтров. В увлажненном отходящем газе ускоряются химические реакции связывания–обезвреживания диоксида серы и других кислых компонентов отходящего газа. Высота реактора обеспечивает достаточное время для смачивания частиц гашеной извести водой и протекания реакций хемосорбции SO/SO с гидрооксидом кальция. Скорость впрыска воды контролируется путем измерения температуры на входе / выходе реактора таким образом, чтобы вся закачиваемая вода в систему испарялась без остатка капель. После выхода из реактора запыленный отходящий газ поступает в рукавный фильтр импульсно–струйного типа, состоящий из тканевых материалов высокой фильтрующей способности. Концентрация пыли в газе и температура газа тщательно контролируется, чтобы избежать любой возможности возгорание горючего углерода пыли. Очень тонкая пыль состоит, в том числе, из органических соединений, сорбентов и продуктов реакций, которые из–за их высокой щелочности являются относительно липкими, затрудняющими процесс удаление пыли с ткани рукавов. Чтобы обеспечить очитку тканевого материала от пыли его покрывают мембранами, обладающими высокой химической и температурной устойчивостью. Большую часть пыли, уловленной в рукавных фильтрах, используют в качестве вторичного сырья. Эта пыль состоит из рудно–флюсовых частиц, углерода кокс, не вступивших в реакцию реагентов, продуктов реакции, таких как гипс или сульфат натрия. Не вступившие в реакцию сорбенты вновь попадают в поток отходящего газа, тем самым увеличивая эффективность их использования и снижая затраты на расходные материалы. Высокодисперсную пыль, содержащую токсичные металлы, их соединения, диоксины–фураны, улавливают на отдельных тканевых фильтрах и подвергают специальной нейтрализующей обработке[ 1 ].

  14 стр., 6551 слов

  Расчет и проектирование циклона от зерновой пыли

  ... ресурсов, - будущее всех промышленных комплексов. Целью данной курсовой работы является расчет и проектирование циклона для очистки от зерновой пыли в технологии производства дрожжей. Для очистки воздуха от ... м/с. Эти аппараты отличаются от обычных пылеосадительных камер большим сопротивлением и высокой степенью очистки газа [З]. Рис. 2. Инерционные пылеуловители с различными способами подачи и ...

  По результатам, многих исследований процессов образования тонких супертоксичных углеводородов. Предложены эффективные методы по значительному сокращению выбросов диоксинов и фуранов:

  1. контроль химического состава агломерационной шихты (NaCl, KCl нефтепродукты, масла);
  2. рециркуляция отходящих газов в хвостовых вакуум-камерах агломашины;
  3. использование новейших электрофильтров, газоочисток, внедрение процессов улавливания вредных газов активированным углем и другими сорбентами, ввод в состав шихты специальных добавок;
  1. Мищенко И. М. Черная металургія и охрана окружающей среды: учебное пособие/ И. М. Мищенко. — Донецк.: ГВУЗ”ДонНТУ”, 2013 — 452с.
  2. Состояния и развитие черной металургии Украины на основе энергосберегающих технологий / В. И. Большаков, Л. Г. Тубольцев//Металургическая и горнорудная промышленность. — 2006 — №2.С1 – Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 2008. — 391 с.
  3. Оценка и пути достижения экологической чистоты металлургического производства/ М. Н. Игнатьева, С. В. Карелов, Л. А. Мочалова, Г. Ю. Пахальчак, В. Л. Советкин, Ю. Г. Ярошенко, С. В. Ярушин; под ред. Ю. Г. Ярошенко. Екатеринбург: УГТУ — УПИ, 2008. — 391 с.
  4. Стратегические ориентиры развития черной металургии в современных условиях./ В. С. Лисин.М:Экономика, — 2005 — 404с.
  5. Сталь на рубеже столетий./под научной редакцией Ю. С. Карабасова. — М:МИСИС, — 2001 — 664с.
  6. Технология теплотехника производства агломерата/ Ю. А. Фролов. Екатеринбург: ОАО»Уралмеханобр»,— 2013,—700с.
  7. Пылегазовые выбросы на предприятиях черной металургииов, С М Адоньевp;Ю. С Зайцев.— Харьков,.1998.— 346с.
  8. Охрана окружающей природной среды./Г В Дуганова. — К.:Высшая школа.Головное издательство.— 1998. — 304с.