CC BY
26
УДК 502.3:628.5:664.1(470.40)
DOI: 10.24412/1728-323X-2021-6-103-107
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОХРАНЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ПРИМЕРЕ САХАРНОГО ЗАВОДА ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
В. А. Щепетова, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», shchepetovav@mail.ru, Пенза, Россия,
Д. А. Тюрина, магистр ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», shchepetovav@mail.ru, Пенза, Россия
Аннотация. Статья посвящена проблеме усовершенствования воздухоохранных мероприятий на сахарном заводе Пензенской области. Поставлена цель исследования — разработать предложения по трем основным направлениям в области охраны атмосферного воздуха на исследуемом предприятии. Был проанализирован технологический процесс в результате, которого происходят выбросы загрязняющих веществ, установлено, что наибольшее количество веществ составляют вещества 3 и 4 класса опасности. На основании расчетов предложено: во-первых, увеличение санитарно-защитной зоны предприятия, дано предложение, в том числе экономическое, по обновлению зеленых насаждений для снижения экологической нагрузки; во-вторых, усовершенствование или замена газопылеочистного оборудования на исследуемом предприятии. Произведен расчет конкретного оборудования — скруббера Вентури, рассмотрены преимущества предлагаемого оборудования, рассчитана себестоимость данного оборудования. Дано предложение по местам установки рассчитанного оборудования. В-третьих, разработаны природоохранные мероприятия по регулированию выбросов в случае неблагоприятных метеорологических условий.
Abstract. The article is devoted to the issue of improving air protection activities at the Penza Region sugar factory. The purpose of the study is to develop proposals for the three main trends in the field of atmospheric air protection at the enterprise under study. The technological process was analyzed as a result of which the emissions of pollutants occur, it was established that the largest amount of substances are the substances of hazard classes 3 and 4. Due to the calculations, it was proposed: first, an increase in the sanitary protection zone of the enterprise, the proposal is given, including the economic, on updating green spaces to reduce the environmental load. Secondly, an improvement or replacement of gas pipeline equipment at the enterprise under study. A specific equipment was calculated—Venturi scrubber, the advantages of the proposed equipment were consid-
ered, the cost ofthis equipment were calculated. An offer is given to the installation places of the descriptive equipment. Thirdly, environmental protection measures have been developed in case of unfavorable meteorological conditions.
Ключевые слова: воздухоохранные мероприятия, сахарный завод, санитарно-защитная зона, газопыле-очистное оборудование, скруббер Вентури, неблагоприятные метеорологические условия.
Keywords: Air-power events, sugar factory, sanitary protection zone, gas peculiar equipment, Venturi scrubber, unfavorable meteorological conditions.
Введение
Целью данной статьи является показать приоритетные направления в усовершенствовании воздухоохранных мероприятий на сахарном заводе Пензенской области для дальнейшего их внедрения.
Модели и методы определялись задачами, целями и сущностью поставленных практических проблем. Для этого использовались методы теоретического и практического уровня: анализ и изучение литературных источников по данной проблеме, нормативных документов, а также исследование конкретного производственного объекта.
Результаты и обсуждение. Основным видом деятельности изучаемого предприятия является переработка сахарной свеклы и сахара-сырца с целью получения сахара, гранулированного жома, мелассы. Проанализировав технологический процесс исследуемого предприятия, а также выделив основные источники загрязнения атмосферного воздуха, мы пришли к выводу, что основными загрязнителями являются вещества 3 и 4 класса опасности, в основном преобладают взвешенные частицы. Несмотря на их относительно невысокую вредность именно, они привносят значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха. Поэтому мы начали усовершенствовать воздухоохранные мероприятия по следующим направлениям: обустройство санитарно-защитной зоны (СЗЗ), замена на более существующего оборудования на более эффективное, а также разработка мероприятий при неблагоприятных метеорологических условиях.
При осмотре СЗЗ завода нами был сделан вывод, что она не достаточно озеленена. Некоторые из деревьев в результате постройки новых складов были спилены, другая часть деревьев погибла в результате болезней.
СЗЗ должна быть максимально озеленена. Древесно-кус-тарниковые насаждения должны занимать:
— не менее 60 % площади СЗЗ для предприятий IV и V классов;
— не менее 50 % для предприятий II и III классов;
— не менее 40 % территории СЗЗ для предприятий I класса и зон большой протяженности [1, 2].
Нами было предложено обновление зеленой зоны ССЗ предприятия. В качестве породы дерева выбирали тополь. В городском озеленении он используется как биологический фильтр, поглощающий своими клетками различные
загрязняющие вещества. Преимуществом тополя является то, что интенсивность фотосинтеза выше, чем у других деревьев в несколько раз. Тополь входит в группу с м аксимально поглотительной способностью, поэтому и рекомендуется для озеленения промышленных территорий, магистралей и улиц. СЗЗ исследуемого предприятия составляет 500 м, но по выполненным нами расчетам ее следует увеличить до 700 м. Тополя рекомендуется высаживать на расстоянии 6 м друг от друга. Следовательно, в СЗЗ потребуется посадить 80 деревьев. При анализе различных источников информации о стоимости тополя на сегодняшний д ень примерная ц ена одного саженца составляет 700 рублей. Значит, на высадку в са-нитарно-защитной зоне для 80 деревьев понадобится 56 000 рублей.
При осмотре сахарного завода в цехе по производству сахара и механической мастерской выделяется большое количество пыли и газов разного состава. Установленный в этих цехах циклон СИОТ-М до конца не справляется с очисткой воздуха от загрязненной пыли газа, так как степень очистки составляет всего 70—80 %, а это мало при таком объеме производства.
Именно поэтому предлагается вентиляционную систему дополнить или заменить новым оборудованием по очистке воздуха от пыли разного состава и газа, скруббером Вентури, степень очистки которого выше, чем у используемого.
Работа скруббера довольна проста. Через фланец входящего газа в трубу Вентури попадает загрязненный газ, там он разгоняется до больших скоростей. Сверху поступает вода. За счет образующийся турбулентности вода в трубе дробится на более мелкие капли. За счет дробления увеличивается площадь соприкосновения воды с газом, т. е. площадь фильтрации. Таким образом, происходит улавливания загрязнений водой или специальной жидкостью. Затем вода с газом проходит по газоходу в центробежный каплеуловитель. В нем вода с газом опускается вниз, а чистый воздух с помощью вентилятора выходит наружу.
Технические характеристики скрубберов Вентури:
— степень очистки 90—99 %,
— максимальная запыленность очищаемого воздуха — до 90—100 г/м3,
— фракция улавливаемых твердых частиц — до 0,5—1 мкм,
— скорость движения газового потока в горловине — до 170 м/сек,
— средний расход воды или абсорбирующего раствора — 0,5—1,5 л/м3,
— разность давления на трубе от 0,5 до 20— 30 кПа.
На основании исходных данных нами был произведен расчет скруббера Вентури:
— Расход газа = 1500 м3/ч;
— Разрежение перед газоочисткой Р1 = 5 кПа;
— Начальная концентрация пыли С1 = = 250 г/м3;
— Температура газа = 50 °С;
— Плотность газа Р2 = 1,26 кг/м3;
— Давление воды, поступающей на орошение рж = 200 кПа;
— Концентрация пыли в газе на выходе из аппарата С2 = 20 мг/м3;
— Константы: В = 0,69-10-2, х = 0,67.
Расчет:
1. Рассчитываем требуемый коэффициент очистки по формуле:
_ C 1 - C2
_ 250 - 20 _ 092 п _ 250 _ °,92
(1)
KT _ X-ln(1 - п)/В, кДж, (2)
где Х и В — параметры зависящие от вида пыли. 1
Nr _ ln---,
1 - п
N _ lnr--V2
(3)
_ 12,5
KT _
12,5
0,067
_ 72908 кДж
V0,69 • 10~
на 1000 м3 газа = 78,9 кПа.
3. Определяем общее гидравлическое сопротивление скруббера:
АР _ Kr - Ржт, Па,
(4)
где т — удельный расход воды т = 0,005 м3/м3.
АР = 72 908 - 200-203 -0,005 = 71 908 Па = = 71,9 кПа.
4. Рассчитываем циклон-каплеуловитель. Диаметр циклона — каплеуловителя:
Дц _ 1,13
м
(5)
где Ьс — расход воздуха, м3/с; иц — эффективная скорость воздуха в циклоне, иц= 5,5 м/с.
Дц _ 1,13 V 5~5 _ 0,68 м.
п
ц
Высота циклона, м: Н = 2,5- Дц, м Н = 2,5-0,68 = 1,7 м.
Гидравлическое сопротивление циклона рассчитывается по формуле:
ДРц =
Р 2 , Па,
(7)
да = 30- 1 ,26 ' 5 , 52 = 572 Па.
ц 2
5. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури:
ДРтр = ДРп - ДРЦ, Па
(8)
ДРтр = 71 908 - 572 = 71 336 Па = 71,3 кПа.
6. Рассчитываем скорость воздуха в трубе Вентури, м/с:
vr = 3,33^ДтТт/( 1 + 0,525т0'7103), м/с, (9)
йк, м:
4 = 1,88-Ю-2,/!/^,
(12)
где ивх — скорость воздуха во входном патрубке, ивх = 15—20 м/с.
4 = 1,88-10-2л/1500/15 = 1,88 м
— длина конфузора, м:
, = d к - dT м
L, = -, м,
^ а,
2,®т
где а^ — угол раскрытия конфузора, равный 25— 30°.
к = (1,88 - 0,021)^(30/2) = 3,47 м. — диаметр входного отверстия диффузора йд, м:
где — коэффициент местного сопротивления циклона, для пылеуловителей типа ЦВП = 30.
йд = 1,88-10-2 L , м, АГв
(14)
где ив — скорость выхода воздуха из диффузора, ив = 16—18 м/с.
йд = 0,0188
1 5 00 1 6
= 0,05 м.
иг = 3,33^875/(1 + 0,525 • 0,0050,7 • 103) = = 34,3 м/с.
7. Определяем геометрические размеры трубы Вентури:
— диаметр горловины йг, м, трубы Вентури: 4 = 1,88-10-2,/Ь7^; , м, (10)
где Ь — расход воздуха м3/ч.
4 = 1,88-10-2л/1500/34,3 = 0,021 м
— длина горловины ¿Т, м:
1г = 0,154, м (11)
= 0,15-0,021 = 0,0032 м
— диаметр входного отверстия конфузора
В таблице 1 приведены результаты расчета предлагаемого нами оборудования.
Стоимость установки такого оборудования обойдется в 100 000—150 000 тысяч рублей.
Таким образом, можно выделить следующие преимущества предлагаемого оборудования:
— Долговечность и надежность. За счет отсутствия подвижных механизмов в скруббере снижается износ аспирационной установки.
— Небольшой объем. Процесс очистки происходит в трубе, которая не занимает много места.
— Универсальность. Справляется почти со всеми типами загрязнений.
— Малое гидравлическое сопротивление.
— Высокая степень очистки газо-воздушного потока.
Особое внимание мы уделили разработке мероприятий по регулированию выбросов в слу-
Таблица 1 Результаты расчета скруббера Вентури
Наименование Обозначение Величина
Размеры скруббера:
Диаметр входного сечения йд 0,05
конфузова, м
Длина конфузора, м 1к 3,47
Диаметр горловины, м dr 0,021
Длина горловины, м h 0,0032
Эффективность улавливания n 60
пыли
Гидравлическое сопротивление:
Трубы Вентури, кПа Р 71,3
Циклона-каплеуловителя, Па Рц 572
Скруббера Вентури в ц елом, Р 71,9
кПа
чае неблагоприятных метеорологических условий. В отдельные периоды года, когда метеорологические условия способствуют накоплению вредных веществ в приземном слое атмосферы, предприятия получают предупреждения о возможном росте концентрации примесей вредных веществ в связи с ожиданиями неблагоприятными метеорологическими условиями (НМУ). К последним относятся периоды штиля, тумана, дымки, сильных приземных инверсий температуры и т. п. Регулирование выбросов в периоды НМУ разрабатывается в соответствии с [3].
При получении предупреждения гидрометеослужбы об НМУ и ожидаемом повышении загрязнения воздуха руководству предприятия надлежит:
— Обеспечить повышенный контроль за выбросами вредных веществ;
— Усилить контроль за работой очистного оборудования;
— Запретить использование в форсированном режиме технологического оборудования, являющегося источниками выделения вредных веществ.
Кроме этого, при получении извещения гид-рометслужбы о возможном росте концентраций примесей в атмосфере в связи ожиданиями НМУ (по одной из трех степеней опасности), администрации предприятия надлежит распорядиться о временном снижении мощности согласно разработанным мероприятиям по сокращению выбросов в период НМУ [4].
Мероприятия по первому режиму работы носят организационный характер и должны обеспечить сокращение концентрации веществ в приземном слое атмосферы на 15 %. При этом должны учитываться следующие моменты:
1. Усиление контроля над точным соблюдением технологического регламента производства.
2. Запрет работы оборудования в форсированном режиме.
3. Усиление контроля над работой контрольно-измерительных приборов.
4. Запрет: продувки и чистки оборудования, газоходов емкостей.
5. Усиление контроля над технологическим состоянием и эксплуатацией всех газоочистных установок.
6. Обеспечить бесперебойную работу всех пылеочистных систем и их отдельных элементов, а также не допускать снижения их производительности.
Мероприятия по второму режиму работы должны обеспечивать сокращение концентраций веществ на 20...40 %. Они включают в себя все мероприятия, разработанные для первого режи-
ма, а также мероприятия, влияющие на технологический процесс.
При этом целесообразно учитывать следующие мероприятия общего характера:
1. Снизить производительность отдельных агрегатов и технологических линий, работа которых связана со значительным выделением в атмосферу вредных веществ.
2. В случае если сроки начала планово-предупредительных работ по ремонту технологического оборудования и наступления НМУ достаточно близки, следует провести остановку оборудования.
Мероприятия по третьему режиму работы должны обеспечить сокращение концентраций вредных веществ на 40...60 %, а при особо опасных условиях, следует прекратить выбросы.
Мероприятия по третьему режиму работы включают в себя все мероприятия для первого и для второго режимов, а также мероприятия, влияющие на технологические процессы:
1. Снизить производительность или остановить производства, связанные со значительным выделением вредных веществ.
2. Отключить агрегаты, остановить работу и оборудование, связанные со значительным загрязнением воздуха.
3. Остановить технологическое оборудование в случае выхода из строя очистных устройств.
Заключение
Таким образом, нами были проанализированы все существующие воздухоохранные и возду-хоочистные мероприятия на исследуемом заводе, которые не позволяют в достаточной степени снизить негативное воздействие на атмосферный воздух. Поэтому предлагается оборудовать цех по производству сахара и механическую мастерскую газопылеочистным оборудованием, скруббер Вен-тури. Преимуществом данного сооружения является долговечность, компактность, универсальность, высокая эффективность очистки и простота в обслуживание [5].
Нами был произведен расчет санитарно-за-щитной зоны, который позволил обновить и увеличить зону в направлении северо-запад, юг и юго-восток. Также для усиления «работы» сани-тарно-защитной зоны (СЗЗ) предложено необходимое озеленение в соответствии с классом опасности предприятия.
Кроме того, было разработаны и предложены мероприятия по регулированию выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях, которые, по нашему мнению, должны присутствовать на каждом предприятие, где происходит загрязнение атмосферного воздуха.
Библиографический список
1. Об охране атмосферного воздуха»: Федеральный закон от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ (в ред. федер. Закона от 29.12.2014 № 458-ФЗ).
2. СанПиН 2.2.1/2.1.1.984 00. Проектирование, строительство, реконструкция и эксплуатация предприятий, планировка и застройка населенных мест. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. — Введ. 2000. — 10 — 01. — М.: — 37 с.
3. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186—89. — М.: Госуд. комитет СССР по гидрометеорологии. Министерство здравоохранения СССР, 1991. — 693 с.
4. Регулирование выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях. РД 52. 04-52-85. — Л.: Гидрометео-издат, 1987.
5. Щепетова, В. А., Климова, Г. А. О возможности усовершенствования воздухоохранных мероприятий (на примере ЗАО «Башмаковский мукомольный завод») // Образование и наука в современном мире. Инновации. — 2020. — № 1 (26). — С. 191—197.
IMPROVEMENT OF AIR PROTECTION MEASURES IN THE CASE STUDY OF THE SUGAR PLANT OF THE PENZA REGION
V. A. Shchepetova, Ph. D. (Ecology), Associate Professor, FGBOU VO "Penza State University of Architecture and Construction", shchepetovav@mail.ru, Penza, Russia,
D. A. Tyurina, M. Sc. (Ecology), FGBOU VO "Penza State University of Architecture and Construction", shchepetovav@mail.ru, Penza, Russia
References
1. Ob ohrane atmosfemogo vozduha": Federal'nyj zakon ot 4 maya 1999 g. № 96-FZ. [Federal Law 89-FZ "On production and consumption waste"] (v red. feder. Zakona ot 29.12.2014 № 458-FZ) [in Russian].
2. SanPiN 2.2.1/2.1.1.984 00 Proektirovanie, stroitel'stvo, rekonstrukciya i ekspluataciya predpriyatij, planirovka i zastrojka nase-lennyh mest. Sanitarno — zashchitnye zony i sanitarnaya klassifikaciya predpriyatij, sooruzhenij i inyh ob'ektov. [SanPine 2.2.1/2.1.1.984 00 Design, construction, reconstruction and operation of enterprises, planning and building settlements. Sanitary — protective zones and sanitary classification of enterprises, structures and other objects. Introduction. 2000. 10. 01]. Vved. 2000. 10. 01. Moscow. 37 p. [in Russian].
3. Rukovodstvo po kontrolyu zagryazneniya atmosfery. RD 52.04.186—89. M.: Gosud. komitet SSSR po gidrometeorologii. Ministerstvo zdravoohraneniya SSSR[Atmospheric pollution control manual. RD 52.04.186-89.m.: GOSID. Committee of the USSR on Hydrometeorology. Ministry of Health of the USSR], 1991. 693 p. [in Russian].
4. Regulirovanie vybrosov pri neblagopriyatnyh meteorologicheskih usloviyah.[Regulation of emissions in adverse meteorological conditions] RD 52. 04-52-85. Leningrad, Gidrometeoizdat. 1987 [in Russian].
5. Shchepetova V. A., Klimova G. A. O vozmozhnosti usovershenstvovaniya vozduhoohrannyh meropriyatij (na primere ZAO "Bashmakovskij mukomol'nyj zavod") [On the possibility of improving air protection measures in the case study of CJSC "Bashmakovsky Mukomolny Plant")]. Obrazovanie i nauka v sovremennom mire. Innovacii. 2020. No. 1 (26). P. 191—197 [in Russian].
