СНИЖЕНИЕ ЗАТРАТ НА ВЕНТИЛЯЦИЮ И ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В ЦЕХАХ АГЛОМЕРАЦИОННОГО ПРОИЗВОДСТВА
DECREASE IN EXPENSES FOR VENTILATION AND INCREASE OF ECOLOGICAL SAFETY IN AGLOMERATION PLANTS
А.Ю. Морозов, Ю.И. Толстова A.Yu. Morozov, Yu. I. Tolstova
ФГАО ВПО УрФУ
Рассматривается экологический и экономический эффект снижения величины вентиляционного воздухообмена при различных способах компенсации технологического отсосарециркуляционными отходящими газами.
It is considered ecological and economic effect of decrease in size of air exchange at various ways of indemnification technology exhaust by recirculation of gases.
Производство агломерата является одним из основных этапов получения металлов. Процесс осуществляется путём спекания рудного концентрата с коксом на агло-машинах конвейерного типа. Воздух, необходимый для поддержания горения кокса, забирается непосредственно из помещения и просасывается через слой агломерата.
Образующиеся газы направляются на очистку и выбрасываются в атмосферу. Так,
2
объемный расход газов, удаляемых от агломашины площадью спекания 50 м , составляет 230 тыс. м /ч (в пересчете на температуру газов 150 °С). При этом концентрация пыли
3
в отходящих газах перед установками очистки достигает 950 мг/м .
Возмещение технологического отсоса осуществляется системами приточной вентиляции. При этом производительность этих систем достигает сотен тысяч м3/ч на одну агломашину, а затраты на очистку и транспортирование воздуха составляют миллионы руб. /г. Существенны также потери теплоты и ценных компонентов, содержащихся в выбросах.
Снижение величины вентиляционного воздухообмена и повышение экологической безопасности агломерационного производства может быть достигнуто на основе комплекса технических решений, заключающихся в использовании части отходящих газов либо наружного воздуха для компенсации технологического отсоса. Для этого необходимо организовать подачу воздуха непосредственно в укрытие. Такие решения позволяют значительно уменьшить затраты теплоты и электроэнергии и объем выбросов, а также снизить загрязнение атмосферного воздуха.
Однако данные натурных и лабораторных исследований показали, что полная компенсация технологического отсоса отходящими газами или наружным воздухом, подаваемыми в укрытие, не представляется возможной. Это объясняется возникновением гравитационных сил в объеме укрытия и выбиванием загрязнённого воздуха через неплотности в рабочую зону. Было установлено, что степень компенсации технологического отсоса зависит от особенностей технологического процесса: температуры
7/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
процесса, газопроницаемости спекаемого слоя, а также степени герметичности укрытия агломашины. Кроме того, необходимо обеспечить равномерность распределения воздуха, подаваемого в укрытие по длине агломашины. С этой целью была разработана и защищена патентом новая конструкция укрытия с подачей воздуха через секции с перфорированными пластинами.
Выявлен ряд источников компенсации технологического отсоса:
- наружный воздух;
- запыленный воздух из укрытия узла разгрузки агломерата;
- отходящие газы от агломашины.
Обоснование допустимой степени компенсации технологического отсоса из помещения получено на основании результатов математического моделирования процессов тепло - и масообмена в укрытии агломашины [1, 2]. Установлено, что при заборе в укрытие наружного воздуха допустимая степень компенсации составляет 33 % от расхода воздуха, забираемого из помещения технологическим отсосом. При заборе из укрытия узла разгрузки агломерата эта величина составит 54 %. При использовании отходящих газов от агломашины получим 58 % по отношению к общему общей производительности приточной вентиляции.
Соответственно снижается расход приточного воздуха и затраты на его обработку и транспортирование. В табл. 1 представлены эксплуатационные затраты на приточную вентиляцию, определенные с учётом технологии производства, климатологических данных и тарифов на тепловую и электрическую энергию.
Таблица 1. Эксплуатационные затраты на приточную вентиляцию
Аглофабрика* Производительность приточной вентиляции, 3 тыс. м /ч Затраты, тыс. руб./г.
на нагрев воздуха на транспортирование воздуха общие
смз 120 1 620 550 2 170
ЗМЗ 124 750 560 1 310
НПО ТЧМ 160 1 360 730 2 080
ОХМК 180 1 940 810 2 750
Кач ГОК 240 3 310 1 210 4 440
ЗСМЗ 580 7 140 2 640 9 790
*СМЗ - Серовский металлургический завод; ЗМЗ - Запорожский металлургический завод (Украина); НПО ТЧМ - Научно-производственное объединение Тулачермет; ОХМК - Орско-Халиловский металлургический комбинат; Кач ГОК - Качканарский горно-обогатительный комбинат; ЗСМЗ - Западно-Сибирский металлургический завод
Например, для спекательного отделения КачГОКа с двумя агломашинами типа К-200 годовые эксплуатационные затраты на приточную вентиляцию при полной компенсации технологического отсоса составят 8870 тыс. руб./г., тогда как при частичной компенсации рециркуляционными газами 3730 тыс.руб./г.
Не менее существенным является снижение выбросов отходящих газов в атмосферу при использовании их для компенсации технологического отсоса. В состав отходящих газов входят соединения железа, кальция, магния и марганца, являющиеся
вредными веществами. Приведём данные о химическом составе пыли в отходящих газах, предоставленные отделом металлургического оборудования ООО «Уралмаш -Инжиниринг» для аглофабрики Серовского металлургического завода, г. Серов за 2005 г. (табл. 2).
Таблица 2. Химический состав пыли в отходящих газах
Загрязняющее вещество Содержание в пыли, %
Железа оксид 63,86
Железа сульфид 0,163
Кальция оксид 13,67
Пыль неорганическая ^Ю2 < 20%) 11,33
Магния оксид 2,09
Марганец и его соединения 0,45
Взвешенные вещества 8,41
Для очистки отходящих газов на аглофабриках используются групповые циклоны и электрофильтры. Ориентировочное годовое количество пыли, выбрасываемой в атмосферу при различных видах оборудования, приведено в табл. 3.
Таблица 3. Эффективность различных способов очистки газов
Вид очистки Средняя эффективность очистки, % [3] Концентрация пыли после очистки, мг/м3 Количество пыли, выбрасываемой в атмосферу, т/г.*
Групповые циклоны 77 214 386
Электрофильтр 98 18 32
*при работе аглофабрики 330 сут/г.
Экологический эффект от внедрения мероприятий по рециркуляции отходящих газов достигается в результате сокращения выбросов вредных веществ. Примем, что содержание вредных веществ пропорционально количеству отходящих газов, выбрасываемых в атмосферу.
Результаты расчетов для агломашины К-50 с площадью 50 м2, показали, что максимальное количество газов, при котором исключается их выбивание из укрытия, составляет 26 % от общего объёма отходящих газов поступающих в атмосферный воздух. Например, для аглофабрики Серовского металлургического завода внедрение рециркуляции позволяет сократить на 59 тыс. м3/ч количество отходящих газов, выбрасываемых в атмосферу. Оценка сокращения выбросов пыли при внедрении рециркуляции отходящих газов приведена в табл. 4.
Таблица 4, Выброс пыли в атмосферу при различных способах _компенсации технологического отсоса, т/г._
Вид очистки без рециркуляции с рециркуляцией
Групповые циклоны 386 286
Электрофильтр 32 24
7/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
Экономическая эффективность природоохранных мероприятий рассчитывается как сумма предотвращенного ущерба и экономии средств от сокращения установленной платы за выбросы в атмосферный воздух.
Данные о количестве, составе и способах очистки отходящих газов агломерационного производства приняты по данным отдела металлургического оборудования ООО «Уралмаш - Инжиниринг», г. Екатеринбург. Оценка экологического ущерба производилась в соответствии с методикой Госкомэкологии РФ [4]. Предотвращенный ущерб рассчитывался по формуле:
Упр= /умг-мз^ч,,
где: Ууда - величина экономической оценки удельного ущерба от выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух руб./ ту. т.; для Уральского района Ууда = 67,4 руб./ ту. т.; кэа - коэффициент, учитывающий экологические факторы экономического района; для Уральского района кэа = 2; 1Я - индекс-дефлятор, учитывающий инфляцию; принимаем = 3,7; М1а, М2а - приведенная масса выброса загрязняющих веществ до и после внедрения разрабатываемого мероприятия за расчетный период, т у. т./г.
Приведенная масса выброса загрязняющих веществ определялась по формуле:
N
м" = ,
где: т/* - масса выброса в атмосферный воздух г-го загрязняющего вещества или группы веществ с одинаковым коэффициентом относительной эколого-экономической опасности, т/год; кэ*- коэффициент относительной эколого-экономической опасности для г-го вещества, определяемый также по [4].
Массовые расходы и коэффициенты относительной эколого-экономической опасности веществ, выбрасываемых в составе отходящих газов, приведены в табл. 5.
В итоге величина предотвращенного ущерба в результате внедрения компенсации технологического отсоса рециркуляционными газами составляет для аглофабрики Се-ровского металлургического завода на одну агломашину:
при очистке газов в групповых циклонах 4200 тыс. руб./г.; при очистке газов в электрофильтре 348 тыс. руб./г.
Таблица 5. Исходные данные для расчета предотвращенного экономического ущерба
Загрязняющее вещество
Коэффициент относительной эколого-экономической опасности по [4]
Массовый расход выброса в атмосферный воздух, т/г.*
без рециркуляции
с рециркуляциеи
Железа оксид
33,5
246,5 / 0,1
58,4 / 4,9
Железа сульфид
143,0
0,6 / 4,4
0,1 / 0,01
Кальция оксид
19,5
52,8 / 3,6
12,5 / 1,0
Пыль неорганическая (БЮ2 < 20 %)_
10,0
43,7 / 0,7
10,4 / 0,9
Магния оксид
33,5
8,1 / 0,1
1,9 / 0,2
Марганец и его соединения
500,0
1,7 / 2,7
0,4 / 0,03
Взвешенные вещества
2,7
32,6 / 0,1
7,7 / 0,6
*в числителе - расход выбрасываемых веществ после очистки газов в циклонах, в знаменателе - после очистки в электрофильтре.
Предлагаемые решения по использованию рециркуляции отходящих газов для компенсации технологического отсоса позволяют также сократить размеры платы за выбросы в атмосферный воздух, взимаемой природоохранными органами. Расчет платы за выбросы производился по формуле:
П = Уг Ми
где П - плата за выбросы, руб. /год; У, - норматив платы за выброс, руб./т; М1 - масса примеси г-го загрязняющего вещества в течение года, т/г.
Результаты расчета платы за выбросы для разных типов очистки газов приведены в табл. 6.
Следует отметить, что использование вторичных энергоресурсов в виде рециркуляционных отходящих газов позволяет снизить расход топлива на агломерацию. Результаты оценки сокращения количества теплоты, выбрасываемой в атмосферу с отходящими газами, приведены в табл. 6. Как видно, экономия энергоресурсов может составлять около 30 %.
Таблица 6. Потери теплоты с отходящими газами
Способ компенсации технологического отсоса Расход газов, 3/ тыс. м /ч Потери теплоты, МВт Годовые потери теплоты, тыс. ГДж/г. (т у.т./г.)*
Без рециркуляции 228 8,1 231 (7 870)
С рециркуляцией 169 6,0 171 (5 830)
*при работе аглофабрики 330 сут/г. с учетом простоев при плановом ремонте
Компенсация технологического отсоса рециркуляционными отходящими газами позволяет также сократить выбросы вредных веществ, в том числе окислов углерода, что является особенно актуальным в связи с ограничением выброса «парниковых» газов, предусмотренным международными соглашениями и обязательствами Российской федерации.
Важным результатом снижения выбросов агломерационного производства является снижение загрязнения приземного слоя атмосферы промплощадок и затрат на очистку воздуха систем приточной вентиляции.
Предложенный способ компенсации технологического отсоса отходящими газами позволяет снизить затраты на приточную вентиляцию в цехах с мощным технологическим отсосом и дает существенный экономический и экологический эффект.
Литература
1. Морозов А.Ю. Шумилов Р.Н., Толстова Ю.И., Ушаков М.Г. Повышение эффективности вентиляции в спекательных отделениях агломерационных фабрик // Известия вузов. Строительство. № 8. 2009. - С.48 - 54.
2. Морозов А.Ю. Шумилов Р.Н., Толстова Ю.И. Повышение эффективности укрытий крупногабаритных источников теплогазовыделений // «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиялции»: мат. второй международ. науч. - техн. конф. - М.: МГСУ, 2007. - С. 184-186.
3. Юдашкин М. Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии. М.: Металлургия, 1984,- 320 с.
4. Методика определения предотвращенного экологического ущерба. - Утв. Госкомэкологии России 30.11.99. - М.: Гос. ком. РФ по охране окр. среды, 1999. - 98 с.
7/)П11 ВЕСТНИК _7/20ТТ_МГСУ
The literature
1. Morozov A.Yu., Shumilov R. N., Tolstova Yu. I., Ushakov M. G. Increase of efficiency of ventilation in sinerting plants of agglomeration factories // News of high schools. Building. № 8.2009.
P. 48 - 54.
2. Morozov A.Yu., Shumilov R.N., Tolstova Yu.I. Increase of efficiency of hood large-sized sources of heat and mass emissions // The Theoretical foundation of heat and gas supply and ventilaton. - Proceedings
th
of the 3 International Scientific and Technical Forum. - M.: MSUCE, 2009. P. 184 -186.
3. Yudashkin M. J. Dust suppression and clearing of gases in ferrous metallurgy. M: Metallurgy, 1984. - 320 p.
4. The Methodics of definition of the prevented ecological damage. - Est. St. com. of ecologies of Russia 30.11.99. - M: State com. of Russian Federation on protection environment, 1999. - 98 p.
Ключевые слова:агломерационное производство, технологический отсос, рециркуляция, выбросы, платаза выбросы, энергосбережение.
Key words: Aglomeration manufacture, technologic exhaust, recirculation, emissions, payments for emissions, energy saving.
e-mail: rudnik@mail.ustu.ru