Характеристика пылевых выбросов при перегрузках сыпучих материалов и борьба с ними Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ЭКОЛОГИЯ

Логачев И.Н., д-р техн. наук, профессор, Логачев К.И., д-р техн. наук, профессор, Аверкова О.А., канд. техн. наук Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

ХАРАКТЕРИСТИКА ПЫЛЕВЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ ПЕРЕГРУЗКАХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И БОРЬБА С НИМИ*

kilogachev@intbel.ru

Рассмотрены источники пылевыделений и их интенсивность от различных узлов перегрузок сыпучих материалов, способы борьбы с выбросами загрязняющих веществ

Ключевые слова: аспирация, экология человека и окружающей среды, пылевые выбросы

Перегрузка сыпучих материалов (самотечное транспортирование по желобам) является наиболее распространенной операцией при различных процессах переработки минерального сырья: при добыче и обогащении руд и углей, при окусковании концентратов, при подготовке шихты в черной и цветной металлургии, при производстве строительных материалов[1]. Процесс движения сыпучих материалов сопровождается значительным пылевыделе-нием. Учитывая огромные объемы перерабатываемого минерального сырья, суммарная мощность этих пылевыделений в общем балансе аэрозольных загрязнений атмосферы составляет весьма заметную величину. Пылевые выбросы представляют собой опасность не только в связи с отравлениями и развитием профессиональных заболеваний, но и оказывают негативное воздействие на окружающую среду.

Характерными по мощности и разнообразию источников пылевыделений являются рудоподгото-вительные фабрики, обслуживающие крупные месторождения железных руд. Это фабрики Северного, Центрального, Ново-Криворожского, Южного и Ингулецкого горно-обогатительных комбинатов Кривбасса; Лебединского, Михайловского и Стой-ленского ГОКов бассейна КМА; Костомукшского, Оленегорского и Ковдорского ГОКов северозападного района России; Качканарского (Урал) и Соколовско-Сарбайского (Казахстан) ГОКов, технологические процессы которых насыщены операциями перегрузок различных по пылеобразующим свойствам сыпучих материалов: дробленой руды, железорудного концентрата, агломерата, окатышей, бентонита, известняка, кокса. Наиболее опасными в экологическом отношении являются агломерат и окатыши, получаемые в результате спекания тонко-

рожных вагонов, при ссыпании в штабель резервных складов. По характеру загрязнения атмосферы перегрузочные узлы условно разделяют на внешние и внутренние. Внешние это перегрузочные узлы, размещенные на открытых площадках, пылевые выбросы которых загрязняют приземную атмосферу промплощадок. Внутренние , размещены в производственных помещениях и загрязняют внутрицеховую атмосферу. Механизм пылеобразования одинаков, различие лишь в распространении пылевого облака. Если в цехе перенос пылевых частиц осуществляется только за счет диффузии и конвективных токов воздуха при перегрузках нагретых материалов, то на открытых площадках этот процесс дополняется воздействием ветра.

Непосредственное загрязнение приземной атмосферы пылью происходит:

- при конвейерном транспорте рудной массы, при её грохочении и дроблении, характерных для циклично-поточной технологии доставки руды на карьерах, при загрузке приемных воронок дробилок крупного дробления обогатительных фабрик, при выгрузке окускованного сырья из обжиговых и агломерационных машин;

- при загрузке железнодорожных вагонов агломератом и обожженными окатышами;

- при открытом складировании и усреднении сыпучих материалов на шахтах, карьерах и фабриках ГОКов.

Интенсивность пылевыделений зависит как от вида технологических операций и физико- механических свойств перерабатываемого материала так и от наличия средств борьбы с пылевыделениями Наибольшая интенсивность пылевыделений характерна для перегрузок агломерата и окатышей.

На комбинатах, в состав которых входят

* Статья подготовлена и опубликована при финансовой поддержке Российского гуманитарного научного фонда, грант №08-06-55601а/Ц «Экология человека и окружающей среды на пыльных производствах промышленных предприятий»._

измельченного концентрата. Перегрузка этих материалов сопровождается мощным выбросом пыли, например, при загрузке и разгрузке железнодо-

перегрузочных узловна порядок превышают пылевыделения на комбинатах, в состав которых входят только дробильные и обогатительные фабрики (ИнГОК).Причем это превышение заметно для удельных пылевыделений как в массовом ( д, кг на тонну перерабатываемого материала), так и в объемном ( Q, тыс. м3/т объем аспирируемого запыленного воздуха на тонну перерабатываемого материала) измерениях.

фабрики окускования (ЮГОК, НКГОК , агломера-ционные фабрики, СевГОК - фабрики окомкования), валовые выделения пыли от всех Процессы агломерации и окомкования намного «пыльнее» процессов обогащения и дробления. Это заметно и при загрузке конвейеров (рис. 1): естественные минералы (например, железная руда) в силу большой прочности и заметной влажности обладают значительно меньшими пылеобразующими свойствами, чем искусственные материалы, полученные в результате термической обработки (агломерат, окатыши).

1, кг/т

3 - - 0,3

1 - - 0,2

тыс

м3/т

Конвейеры

0,2^

0.2

2.4

--(>,1

0,021(^1

■: -

. -

0.9

022

1,6

0,09

0,8

руда

ОКаТЫШИ

мелочь (возврат)

агломерат

мелочь (возираг)

Ч> кг/т

Q, тыс

Грохоты

Обжиговые машины

4 - - 0,4

2 - - 0,2

1 --0,1

0,02

3,5

0.3

0,25

0.15

0,15

0,05

0,02

1.5

желг руда

окатыши

загрузка

сушка

разгрузка

Рисунок 1.Удельные пылевыделения от технологического оборудования рудоподготовительных фабрик

Наиболее мощным пылевыделением харак- Пылеобразование при перегрузках сыпучего

теризуются процессы погрузки агломерата и материала объясняется,образом, наличием в ма-

окатышей в вагоны (хопперы, окатышевозы, териале пылевидных фракций, способных нахо-

думпкары), а также процессы складирования диться определенное время во взвешенном со-

(рис. 2). стоянии. Они образуются не только при механи-

ческом измельчении минералов в дробилках и мельницах, но и в результате столкновения частиц друг с другом, а также со стенками желобов при падении.

В горнорудной промышленности перерабатываются прочные минералы, и поэтому пылевое облако формируется преимущественно за счет мелких фракций, находящихся в перегружаемом материале. Увеличение содержания этих фракций за счет истирания и столкновения частиц в процессе перегрузки заметно лишь для искусственных материалов типа железорудных окатышей и агломерата. Однако и в этом случае содержание мелочи определяется качеством шихты и равномерностью её спекания на обжиговых машинах. Например, обжиг окатышей в трубчатых печах (Полтавский ГОК), где более благоприятные условия для равномерной термической обработки, дает более прочный продукт и с меньшим содержанием пыли по сравнению с обжигом на машинах конвейерного типа.

Рассматривая механизм пылевыделений при перегрузках сыпучего материала, можно выделить три последовательно сменяющие друг друга стадии:

- аэрирование свободно падающего потока материала;

- динамическое взаимодействие потока ускоренно падающих частиц и воздуха в перегрузочных желобах;

- выделение эжектируемого запыленного воздуха из потока при укладке частиц на ленту конвейера.

Характерной особенностью первой стадии является разрыв аутогезионных сил сцепления между пылевыми частицами в момент сбрасывания потока материала с приводного барабана верхнего конвейера или питателя. Начинает формироваться аэродисперсная система пылевой аэрозоль. В процессе свободного падения разрыв конгломерата частиц усиливается в результате динамического взаимодействия с воздухом и соударения с более крупными частицами, а также со стенками перегрузочных желобов. Возникающий эжекционный поток воздуха интенсивно насыщается пылевыми частицами и в момент укладки сыпучего материала на нижний конвейер образует настилающуюся струю запыленного воздуха.

^ы/т

а) Погрузочные бункеры

-- Ю.З

- - 5,6

|. . 0,5 0.1

10 --

5 --

б) Открытые склады окатышей Кост. ГОК

ссгок

10,3

1,0--

0,5 - -

0.5

1.3

0,5

0,03

0.05

зсгакала

[и габелеу кладчик

агяомсраг

окатыши

роторный заборщик

Рисунок 2. Удельные пылевыделения от наземных

На этой стадии происходит, с одной стороны, инерционная сепарация частиц и выпадение их на поверхность уложенного материала, с другой - сдув осевших мелких частиц и вынос их этой струей в окружающую атмосферу. Поэтому на интенсивность пылевыделений в значительной степени оказывает влияние влажность перегружаемого материала, усиливающая аутогези-онное сцепление мелких частиц, а также высота ссыпания, определяющая скорость падения потока и интенсивность динамического взаимодействия частиц с воздухом.

источников фабрик окускования железных руд

Выполненные многочисленные эксперименты выявили, что основными факторами, определяющими интенсивность пылевыделения (рис.3), являются:

а) технологические параметры и физико-механические свойства сыпучего материала: влажность материала, гранулометрический состав (средний размер частиц и массовое содержание пылевидной фракции); расход материала, температура, плотность частиц;

б) конструктивные параметры перегрузочных желобов и укрытий: высота перегрузки (вы-

сота ссыпания), форма желобов (угол наклона прямолинейных участков желобов; их высота и площадь поперечного сечения); тип укрытия (определяющий величину оптимального разрежения и сопротивление эжекции воздуха); степень герметизации укрытия (определяющая площадь неплотностей).

Большинство параметров оказывает влияние на объем эжектируемого воздуха, который определяет вынос пыли из укрытий непосредст-

венно при отсутствии аспирации, в случае, так называемых, неорганизованных источников пы-левыделений и через объемы аспирации, когда эти источники переходят в класс организованных. Эжекция воздуха не только определяет объем аспирационных выбросов, но и оказывает существенное влияние на концентрацию пыли в отсасываемом воздухе.

Рисунок 3. Основные факторы, определяющие валовые выбросы пыли при перегрузках сыпучих материалов

Процесс выноса пыли из аспирационного укрытия подобен процессу гравитационного осаждения пылевых частиц в пылевой камере: чем больше размер укрытия и меньше объем эжектируемого воздуха, тем меньше максимальный размер частиц, удаляемых с отсасываемым воздухом, и, как следствие, меньше концентрация пыли на выходе из укрытия.

Анализируя современные тенденции в создании и эксплуатации обширного класса методов и средств промышленной экологии [1-5], нашедших применение на рудоподготовитель-ных фабриках, можно выделить три основных направления снижения выбросов пыли при перегрузках сыпучих материалов (рис.4):

- уменьшение концентрации пыли в аспира-ционном воздухе;

- снижение объемов воздуха, удаляемого из аспирационных укрытий;

- высокоэффективная очистка от пыли аспи-рационных выбросов.

Наиболее эффективным способом первого направления является увлажнение материалов и гидрообеспыливание. Фундаментальными работами В.П. Журавлева, А.А. Цыцуры, И.Г. Ищука и их учеников раскрыт механизм взаимодействия пылевых аэрозолей с диспергированными жидкостями, найдены оптимальные режимные параметры и конструкции разнообразных устройств орошения узлов перегрузки сыпучих материалов. Этот способ нашел широкое применение при добыче и переработке минерального сырья. На рудоподготовительных фабриках гидрообеспыливание успешно применяется: на дробильных и обогатительных фабриках, на трактах транспортирования железных руд. При термической обработке сыпучих материалов на фабриках окускования способ гидрообеспыливания не получил широкого распро-

странения. Связано это не только с дополнительными энергозатратами на высушивание увлажненного материала, но и с ухудшением качества продукции в результате термического разрушения окатышей и агломерата при капельном орошении. Поэтому на этих фабриках, помимо технологических приемов формирования компактной массы перегружаемого материала, ис-

пользуются сухие методы снижения концентрации пыли в отсасываемом воздухе предварительная очистка его по пути движения от выхода из желоба до входа в сеть аспираци-онных воздуховодов. Этот метод широко использован при разработке различных пылеоса-дительных элементов для укрытий и пылепри-емников.

Рисунок 4. Основные способы и средства снижения выбросов пыли при перегрузках сыпучих материалов

Сухой метод борьбы с пылевыделе-ниями аспирация более универсальный и более эффективный приём локализации и обеспыливания воздуха. Поэтому наиболее значимым является второе направление — снижение объемов аспирации за счет управления процессами эжектирования воздуха и герметизации укрытий. Минимизация производительности местных отсосов не только снижает объемы ас-пирационных выбросов, но и значительно уменьшает энергопотребление вентиляционными установками.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Логачев И.Н. Аэродинамические основы аспирации. / Логачев И.Н., Логачев К.И.// - Санкт-Петербург: Химиздат, 2005. - 659с.

2. Пирумов А. И. Обеспыливание воздуха. / Пирумов А. И.// - М.: Стройиздат, 1981. - 296 с.

3. Алешин В.М. Пылеулавливание в металлургии./ Алешин В. М., Вальдберг А. Ю., Гордон Г. М. и др.// - М.: Металлургия, 1984. - 336 с.

4. Справочник по борьбе с пылью в горнодобывающей промышленности / под ред. А. С. Кузьмича. - М.: Недра, 1982. - 240 с.

5. Коузов П.А. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. / Коузов П. А., Мальгин А. Д., Скрябин Г. М.// - Л.: Химия, 1982. -256 с.