Методика расчета выбросов загрязняющих веществ при производстве строительных материалов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

---------------------------------------------- © Е.Ю. Куликова, 2004

УДК 69.035.4

Е.Ю. Куликова

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ТТ ромышленность строительных материалов является одной из наиболее опасных по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу. Например, удельный выброс пыли на 1 т продукции при производстве извести составляет 190,9 кг. Интенсивное пылеобразо-вание происходит при дроблении, помоле, дегидратации исходного сырья для производства стройматериалов, а также при сортировке и транспортировке.

Такая, казалось бы, безобидная с точки зрения экологии промышленность, как стеклопро-изодство, приводит к выделению в атмосферу большого количества вредных и опасных газов. Стекловаренные печи выбрасывают в атмосферу оксиды азота, серы, фтора, свинца, мышьяка и т.д. Такая же картина наблюдается при производстве керамических изделий, так необходимых в городском наземном и подземном хозяйствах.

При производстве керамики основными загрязняющими веществами, выделяющимися из компонентов шихты при тепловой обработке в печах, являются соединения серы, хлора и фтора. Источники появления загрязняющих веществ при тепловой обработке изделий — компоненты шихты, содержащие нерастворимые соли соляной и серной кислот, вещества, разлагающиеся при нагревании с выделением летучих компонентов; например гумусовые вещества в глинах и пирит разлагаются с выделением оксида углерода, сернистого и серного ангидридов. В шлаке, добавляемом в исходную массу на некоторых заводах, содержится фтор, который частично улетучивается в виде фтористого водорода и других соединений. В некоторых массах отмечается значительное содержание солей серной и соляной кислот, которые при обжиге разлагаются с выделением летучих компонентов: хлористого водорода, серного и сернистого ангидрида. При сжигании жидкого и газообразного топлива образуются зола, оксиды азота, серы, углерода.

Производство минеральной ваты связано с выделением в воздух высокотоксичных веществ: оксид углерода, сернистый газ, оксиды азота, фенолы, формальдегиды и т.п. так, одна вагранка диаметром 1250 мм выбрасывает 3-12 тыс. м3/ч опасных газов, которые загрязняют и без того насыщенный вредными веществами воздух городов. В качестве связующих веществ при производстве минераловатных изделий применяются фенолоспирты и битумы, что также способствует излишнему выделению этих токсичных веществ в атмосферу.

Значительная часть выбросов производства фенолформальдегидных смол приходится на метанол — 83 %, который присутствует в формалине в качестве стабилизатора при производстве пластмасс. Производство фенолформальдегидных порошков также характеризуется выбросами в атмосферу фенола, формальдегида, метанола и органической пыли. Все эти вещества способствуют созданию «парникового эффекта», разрушению озонового слоя атмосферы, ухудшают качество воздуха в городах.

Вредности, попавшие в атмосферу, выделяются в виде осадков и способствуют обильному загрязнению почв, вод поверхностного и подземного стока, растительного покрова Земли.

Для того чтобы сохранить приемлемое для жизни качество воздуха и других компонентов экосистемы города, необходимо производить тщательный расчет вредностей, которые могут выделиться в атмосферу при производстве того или иного строительного материала. Такой расчет позволит сократить выбросы в атмосферу до предельно допустимых концентраций и сохранить «легкие планеты» в приемлемом для жизни всего живого состоянии. Этой цели и служит предлагаемая методика расчета выбросов загрязняющих веществ при производстве строительных материалов.

Таблица 1

Усредненные показатели выброса пыли на заводах цементного производства

Участки про- Источник выброса Объем загрязнен- Температура, °С Концентра- Источник

изводства ного воздуха, м3/кг продукта ция пыли, г/м3 пыли

Сырьевой цех Дробилка щековая 0,07 18 13,0 Известняк

Дробилка молотковая 0,10 19 20 Известняк

Конусная дробилка 0,3 30 10,5 Известняк

Узлы перегрузки 0,4 25 20 Известняк

Сырьевые мельницы открыто-

го цикла:

• известняк 0,5 80 290 Известняк

• мергель 0,2 85 350 Мергель

Сырьевые мельницы сепара- 0,8 100 400 Сырье

торные

Отделение обжига Вращающиеся печи мокрого способа производства 5,0 200 50 Электро- фильтр

Вращающиеся печи сухого 3,0 290 40 Электро-

способа производства фильтр

Клинкерные холодильники 1,5-2,9 200-170 20-25 Клинкер

Узлы перегрузки и сброса 0,6 40 10 Клинкер

клинкера в склад от печей

Сушильное Сушильный барабан:

отделение • шлак 1,7 135 20 Шлак

добавок • опока 0,8 175 35 Опока

• мергель 0,6 70 10 Мергель

• известняк 0,8 70 40 Известняк

• глина 2,8 75 5 Глина

Цех помола Цементные мельницы открытого цикла:

- с центральной разгрузкой 0,46 100 600 Цемент

- с периферийной разгрузкой 0,7 110 300 Цемент

Транспорт- Емкости для хранения:

ный цех • клинкера 0,3 98 15 Клинкер

• цемента 0,5 28 80 Цемент

Пост погрузки цемента в 0,1 40 40 Цемент

цементовозы и вагоны

Цех отгрузки Упаковочные машины 0,66 50 95 Цемент

цемента

Таблица 2

Усредненные показатели выброса пыли на заводах известкового производства

Источник выброса Объем загрязненного воздуха, м /кг продукта Температура, °с Концентрация пыли, г/м3 Источник пыли

Дробилка щековая 0,7 16 15 Известняк

Дробилка молотковая 0,8 17 20 Известняк

Грохот 0,07 18 14 Известняк

Узлы перегрузки 0,23 27 15 Известняк

Вращающиеся печи мокрого способа производства 6,0 215 32 Известь

Вращающиеся печи сухого способа производства 7,5 320 35 Известь

Шахтные печи 7,0 175 10 Известь

Мельницы помола извести 0,35 80 65 Известь

Узлы перегрузки извести 0,5 30 27 Известь

Упаковочные машины 0,5 28 13 Известь

Источник выброса Объем загрязненного воздуха, м3/кг продукта Температура, С Концентрация пылп, г/м3 Источник пыли

Сушильный барабан: 7500 170 10 Песок

8100 170 35 Доломит

6000 170 30 Известняк

5000 170 50 Сульфат натрия

2600 140 45 Полевой шпат

2000 110 15 Нефелин

7000 165 35 Мел

Элеваторы 700 40 15 Песок

1700 50 40 Доломит

1500 45 30 Известняк

1000 20 25 Сульфат натрия

3000 20 15 Сода

Ленточные конвейеры 900 85 5 Известняк

250 25 4 Пегматит

250 35 10 Доломит

Бункеры 250 35 10 Доломит

1000 25 8 Известняк

25 15 1 Пегматит

Пневмотранспорт 2100 20 20 Сода

Весы 2400 20 4 Шихта

Регенеративная стекловаренная печь производства облицовочной плитки 1800 400 0,2 Материал готовой продукции

Регенеративная стекловаренная печь производства ковромозаичной плитки 10400 600 0,2

Регенеративная стекловаренная печь производства шлакосиликатов 253000 350 0,17

Регенеративная стекловаренная печь производства молочного светотехнического стекла 3700 800 0,02

Регенеративная стекловаренная печь производства алюмобороиликатного производства 15100 750 0,06

Регенеративная печь производства хрусталя 5000 450 0,1

1. Цемент

Расчет количества загрязняющих веществ (кг/ч), поступающих в атмосферу при производстве цемента, производится по следующей формуле:

П = уС 10-3, (1)

где V — объем загрязненного газа, м3/ч; С — концентрация пыли в потоке загрязненного газа, г/м3.

Концентрации пыли в потоке загрязненного газа определяются по усредненным показателям выбросов, приведенным в табл. 1. Годовой выброс загрязняющего вещества (г, т) из единич-

ного стационарного источника производится по формуле:

уСт

ТоГг

(2)

где С — концентрация вещества в выбрасываемом газе, г/м3; г — время выделения вещества из источника, ч, год.

Если известны удельные значения выбросов, т.е. количество выбрасываемых веществ на единицу произведенной продукции, то выброс загрязняющего вещества в единицу времени (ч,

Таблица 4

Показатели пыли на заводах строительных материалов (і = 20 °С)

Источник выброса Объем загрязненного воздуха, м /кг продукта Концентрация пыли, г/м3

1. Дробление

Дробилка щековая

• изверженные породы 14000 13

• карбонатные породы 14000 12

Дробилка конусная

• изверженные породы 8500 25

• карбонатные породы 8500 20

Дробилка роторная (разгрузочная часть)

• изверженные породы 18000 18

• карбонатные породы 18000 34

2. Грохочение

Грохот ГИЛ-5 2

• изверженные породы 3500 11

• карбонатные породы 3500 10

3. Транспортировка, узлы перегрузки

Конвейер

• изверженные породы 3500 7

• карбонатные породы 3500 5,5

год) определится по формуле: П = Щ,

(3)

где N — количество продукции, производимой в единицу времени; д - количество загрязняющего вещества, выделяющегося при производстве единицы продукции, рассчитывается по табл. 1 для различных источников.

2. Известь

Расчет выбросов пыли при производстве извести ведется по формулам (6.1 )-(6.3). Удельный выброс пыли на 1 т продукции составляет 190,9 кг. Усредненные показатели содержания пыли в аспирационных потоках до их очистки на заводах производства извести приведены в табл. 2

3. Стекло

Для производства стекол применяется многокомпонентная шихта, основными составляющими которой являются известняк, доломит, песок, полевой шпат, пегматит, нефелин, сода, сульфат. Стекловаренные печи выбрасывают в атмосферу оксиды азота, серы, фтора, свинца, мышьяка и т.д. В табл. 3. приведены средние значения концентраций твердых загрязняющих веществ. Расчеты выбросов загрязняющих в атмосферу следует вести по формулам (1), (2).

4. Нерудные строительные материалы

Исходной горной массой при производстве нерудных строительных материалов являются изверженные (граниты, сиениты, диориты), оса-

дочные (известняки, доломиты, песчаники) и метаморфические (кварциты, гнейсы, мраморы) породы, а также гравий и песок. Наиболее интенсивным пылевыделением сопровождаются процессы дробления, сортировки (грохочения), перегрузки, транспортировки.

Концентрации пыли, содержащейся в аспирационных потоках до их очистки, приведены в табл. 4 и могут быть использованы для расчетов по формулам (1), (2).

5. Керамика

Загрязняющие вещества, образующиеся в процессе тепловой обработки керамических изделий, разделяют по следующим признакам:

а) вещества, выделяющиеся в результате реакций, происходящих между основными компонентами сырья;

б) вещества, образующиеся при сжигании топлива в тепловых агрегатах.

Основными загрязняющими веществами, выделяющимися из компонентов шихты при тепловой обработке в печах, являются соединения серы, хлора и фтора. В табл. 5 приведены удельные выбросы загрязняющих веществ по отдельным производствам керамической промышленности, на которые следует ориентироваться при расчетах по формуле (3).

Железобетонные изделия

Особое место в горно-строительном производстве занимают железобетонные изделия:

Таблица 5

Удельные выбросы загрязняющих веществ (г/кг продукции) при керамическом производстве

Продукция 802 N02 СО

Облицовочные плитки 0,72 2.00 1,98

Плитки для полов 0,28 1,05 1,20

Фасадные плитки 0,18 1,85 1,40

Санстройизделия 2,95 3,92 4,23

Канализационные трубы 1,90 0,45 0.86

Кислотоупоры 2,00 0,42 1,05

Таблица 6

они используются как для строительства наземных сооружений, обслуживающих коммунальное строительство, так и для создания несущих конструкций коммунальных тоннелей. В табл. 6 приводятся результаты наших исследований о расходе бетона и железобетона на 1 м3 вынутой породы в различных отраслях подземного строительства.

Коммунальное строительство является наиболее крупным потребителем этих материалов. Компоненты, слагающие данный строительный материал, выделяют в атмосферу довольно значительное количество загрязняющих веществ. Подобными компонентами являются, прежде всего, Таблица 7

цемент, песок и щебень.

Эти составляющие создают как механическое загрязнение окружающей среды, так и химическое. Особенно опасны в этом отношении песок и цемент, которые создают в местах производства и транспортировки данных стройматериалов избыточное количество пыли и газовых составляющих. Так, расчет количества загрязняющих веществ (кг/ч), поступающих в атмосферу, при транспортировке цемента, определяется объемом загрязненного газа V (м3/ч) и концентрацией пыли в потоке загрязненного газа С (г/м3):

Р = V ■ С-10-3. (4)

Основные источники выделения и выбросов загрязняющих веществ при использовании железобетонных изделий приведены в табл. 7.

Количество пыли (г/с) в газовоздушном потоке при разгрузке из транспортных средств различных материалов определяется по формулам:

- для цемента Р=0,03В/,

- для песка Р=0,015В1,

- для щебня Р = 0,058В/,

где В — коэффициент, зависящий от высоты пересыпки материала (табл. 8); / — производительность узла пересыпки, т/ч.

Усредненные количества пыли в газовоздушном потоке Р (г/с) при разгрузке и удельное пылевыделение д (кг/т) перегружаемого материала составляют:

• для цемента Р=2,3; д=0,08;

Отрасль Расход материала на 1 м3 вынутой породы

Суммарно Сборный железобе- тон Монолитный бетон и железобетон

Угольная промышленность 0,20 - 0,20

Горнорудная промышленность 0,22 - 0,22

Железнодорожное строительство 0,15-0,46 0,11 0,04-0,35

Метростроение 0,05-0,49 0,04-0,14 0,01-0,35

Строительство подземных электростанций 0,31-0,40 - 0,31-0,40

Строительство коммунальных тоннелей 0,31-0,63 0,15-0,31 0,16-0,32

Цех, участок Источники выделения Источники выброса

Склад хранения Посты разгрузки железнодорожных вагонов Неорганизованные

цемента Загрузка цемента в емкости (пневмотранспорт) Выхлопные трубы пылеуловителей

Склад хранение Посты разгрузки железнодорожных вагонов Неорганизованные

инертных материалов Транспортеры инертных материалов Выхлопные трубы пылеуловителей

Бетоносмеситель- Расходные бункера Неорганизованные

ный узел Бетоносмесители Выхлопные трубы пылеуловителей

Участок приго- Емкости для хранения смазочных материалов Неорганизованные

товления смазки Пост смешения и подогрева смазки Выхлопные трубы пылеуловителей

Арматурный Правильно-отрезные станции Посты ручной и полуавтоматической сварки Оцинковка закладных деталей Выхлопные трубы вентиляции Выхлопные трубы вентиляции Выхлопные трубы вентиляции

Высота пересыпки, м 0,5 1,0 1,5 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0

В 0,4 0,5 0,6 0,7 1,0 1,5 2,0 2,5

Таблица 9

Источники выделения вещества Вещество Концентрация пыли в газах до очистки, г/м3 Количество выделяющейся пыли, г/с Удельное пылевыделение, кг/т

Посты выгрузки Цементная пыль 2,3 0,08

вагонов Щебень 2,7 0,11

Песок 0,5 0,03

Пневмотранс- Цементная пыль 8,2 2,6 0,80

порт, склады, Щебень 14,0

хранилища Песок 1,3

Дозаторы, бето- Цементная пыль 3,2 1,0 1,33

носмесители Щебень

Песок

- Количество бетона на 1 м вынимаемой г роды при креплении

- Количество мыли, ■млслясмой при этом

для пескаР=0,5; д=0,03; для щебня Р=2,7 д=0,11.

Количество пыли (кг/г), выделяющейся при перекачивании цемента пневмотранспортом, рассчитывается по упрощенной формуле:

Р = Ув - С -10-3, (5)

где — средний выход загрязненного газа, м3/ч; С — средняя концентрация цемента в потоке загрязненного газа, г/м3.

Усредненная концентрация пыли у источника выделения при перекачивании цемента пневмотранспортом составляет 8,2 г/м3; количество пыли, выделяющейся при подаче цемента пневмотранспортом — 9,5 кг/ч; удельное пылевыделение — 0,8 кг/т.

Количество пыли, (г/с), выделяющейся при складировании инертных материалов, определяется по формуле:

Уменьшение пылееыделений с увеличением диаметра тоннеля

• для щебня

Р3 = 0,018(3,2/ + ^); (6)

• для песка

Р3 = 0,015/, (7)

где / - производительность узла пересыпки, т/ч; ^

- площадь складирования материала, м2.

Усредненный показатель пыли, выделяющейся при складировании щебня и песка, составляет: для щебня — 14 г/с; для песка — 1,3 г/с. Количество пыли, выделяющейся при работе дозаторных устройств и бетоносмесителей, определяется по формуле (4). Усредненная концентрация пыли в газовоздушной смеси составляет 3,2 г/м3; количество пыли, выделяющейся при работе дозаторного устройства в бетоносмесителя — 3,5 кг/ч; удельное пылевыделение — 1,33 кг/т. Для основных технологических пределов производства железобетонных изделий показатели выделения пыли приведены в табл. 9.

На основании данных табл. 9 и вышеприведенной методики было просчитано пылевыделение применительно к 1 м3 выемки коммунальных тоннелей различного сечения (рисунок). Установлено, что с увеличением диаметра тоннеля выделение пыли на 1 м3 выемки падает. Это свидетельствует об экологической выгоде строительства в городах тоннелей большого диаметра.

Коротко об авторах

Куликова Елена Юрьевна - доктор технических наук, профессор кафедры «Строительство подземных сооружений и шахт», Московский государственный горный университет.