Выбросы в черной металлургии
Многие предприятия металлургической промышленности в Донецком регионе построены еще в годы индустриализации без учета экологических требований. Эти обстоятельства в сочетании с быстрорастущим автотранспортом обуславливают значительные трудности в решении задачи защиты атмосферного воздуха в Донецком регионе.
Борьба с пылегазовыми выбросами в черной металлургии требует больших капитальных и эксплуатационных затрат и осложняется тем, что выбросы образуются на всех стадиях металлургического передела и зачастую носят неорганизованный характер. Крупнейшим источником загрязнения окружающей среды в черной металлургии является агломерационное производство. Аглофабрики выбрасывают в атмосферу около 50 % всего количества оксида углерода (СО) и сернистого ангидрида (502), свыше 20 % оксидов азота (N0*) и пыли. Обычно аглофабрнки выбрасывают 1—6 млн м3/ч аглогазов, содержащих 17 % кислорода, а также вредные вещества: СО—12,5, О2 — ОД МО*—-0,2, пыль — 0,25 г/м3 (средние данные по аглофабрике завода «Азовсталь»).
Сравнительно небольшая аглофабрнка завода «Азовсталь», например, имеет в своем составе 2 машины с площадью спекания 62,5 м3 каждая, общей производительностью 1,62 млн т агломерата в год. Годовой объем выбросов составляет 6,46-109 мэ/год, в том числе вредных веществ: пыль— 1600, оксид углерода — 80800, диоксид серы—-5200, оксиды азота — 1300 т/год. Для существенного уменьшения выбросов этой аглофабрики Институтом газа АН УССР и Мариупольским филиалом Укргипромеза разработано нестандартное решение, заключающееся в обезвреживании аглогазов в котлах ТЭЦ. Аглогазы с температурой 80 °С, запыленностью до 250 мг/м3 и содержанием кислорода 16—18 % по двум трубопроводам длиной 600 м, диаметром 3,0 м, проложенным по эстакаде, поступают к вентиляторам, а затем в воздухонагреватели и горелочные устройства котлов ТЭЦ. При этом оксид углерода аглогазов сгорает до диоксида, а вследствие балл актирования зоны горения инертными компонентами аглогазов уменьшается образование оксидов азота в топке котла. Изложенное имеет экспериментальное подтверждение.
При совместной работе аглофабрики и ТЭЦ уменьшается общий г выброс оксида углерода в атмосферу на 77, оксидов азота — на 35, пыли— на 20%. Удельные расходы топлива на ТЭЦ снижаются на 3 — 5 % за счет использования физического тепла аглогазов и дожигания СО. Сметная стоимость строительства этой системы оценивалась в ценах 1990 г. более 6,0 млн. руб., срок окупаемости — 0,7 года, экономический эффект от предотвращения ущерба в народном хозяйстве — 6,9 млн руб./год. Работа неоднократно включалась в республиканскую научно-техническую программу РН.85.02 «Охрана воздушного бассейна», однако не выполнялась. Реализация этой разработки при сравнительно небольших капитальных затратах могла бы в короткое время существенно оздоровить обстановку в воздушном бассейне г. Мариуполя. Это же решение применимо и для Коммунарска, где аглофабрика и ТЭЦ находятся еще ближе — на расстоянии 150 м, т. е. капитальные затраты будут еще меньше
Для других аглофабрик региона следует применять известные решения, реализуемые за рубежом и частично в СССР и рекомендованные комиссией по черной металлургии стран — членов СЭВ. Это — рециркуляция аглогазов, позволяющая на 30 % снизить выбросы СО и N0* в атмосферу, известково-известняковая отмывка 5О2, а также технологические мероприятия: применение «постели» высотой 20—40 мм, что снижает образрвание пыли в 5 раз, увеличение высоты слоя, двухслойное спекание шихты.
При составлении общего плана развития и реконструкции черной металлургии региона следует рассмотреть вопрос о возможности увеличения доли окатышей в шихте доменных печей, т. е. частичной замене агломашин экологически более «чистыми» обжиговыми машинами. Известно, что в некоторых странах, например, в США, доля окатышей в шихте составляет 70—75 %, тогда как в СССР она, находится на уровне 30—35 %. Такое решение по существу означало бы ликвидацию указанного источника выбросов.
Другим значительным источником загрязнений остается доменное производство, выбрасывающее 30% всей пыли, СО —25, SО2—15, N0,—10, СmНn—11% (остальное количество углеводородов выбрасывает коксохимическое производство). Рудный двор, бункерная эстакада, под бункерные помещения неорганизованно выбрасывают пыль в количестве ~70 г/т чугуна. Для нейтрализации ее необходимы регулярное увлажнение штабелей, поливка их известняковым раствором, установка местных отсосов и электрофильтров. Особенно желательно применять укрытие выпускных желобов и подачу выбросов через электрофильтры, ибо во время выпусков выделяется огромное количество пыли -— 430 г/т чугуна, 65 % которой оседает в цехе, а остальное количество через вентиляционные проемы выбрасывается на территорию завода я далее.
Необходимо обеспечить предотвращение пылегазовых выбросов из межконусного пространства доменных печей и герметизацию основного металлургического оборудования.
Мощным источником выбросов оксида азота являются мартеновские печи. Они выбрасывают свыше 1200 т МО*/млн т стали. Технологических способов предотвращения образования N0* в печах не существует. Донецким
филиалом НПО «Энергосталь» разработан аммначно-каталити-ческий способ восстановления оксидов азота в уходящих газах, который внедряется на некоторых металлургических заводах. Стоимость установки* не очень велика, однако она решает локальную задачу. В регионе необходимо сосредоточить средства и возможности на внедрении метода аммиачно-каталитической очистки газовых выбросов на агломашн-нах и на ТЭЦ, как это делается за рубежом, в частности, в Япония. В металлургической промышленности страны, а в регионе в особенности, следует ускорить вывод из эксплуатации мартеновских печей.
Отдельно необходимо остановиться на двухванных мартеновских печах Коммунарского металлургического завода и завода «Запорожсталь». Это крупнейшие источники загрязнения цехов и городов пылью, оксидами углерода и азота. Количество отходящих газов обычных мартеновских печей емкостью 200—900 т составляет соответственно 40— 95 тыс. м3/ч с содержанием пыли 5—б г/м3. Двухванная печь 2x300 т выбрасывает газов от 150 до 220 тыс. м3/ч, т. е. в 1,5—2,2 раза больше самой большой мартеновской печи, а содержание пыли в газах в период продувки достигает 20—25 г/м3, т. е. в 3—4 раза выше. Таким образом, двухванные печи являются в 6—8 раз более мощными по сравнению с обычными мартеновскими печами источниками пыли. Сухая пылеочистка требует герметизации тракта и полного дожигания СО, содержание которого в уходящих газах может достигать 20 %, что небезопасно. Мокрая очистка по схеме котел-утилизатор — труба Вентурн — каплеуловн-тель требует значительных капитальных вложений, энергозатрат н сооружения шламового хозяйства, соизмеримого с таковым для остальных печей цеха. Для двухванных печей не существует приемлемых технических решений по уменьшению выбросов, и они должны быть выведены нз эксплуатации в первую очередь.
Как в мартеновских печах, так и в конверторах необходимо применять двухъярусные кислородные фурмы, что позволяет не только дожечь часть оксида углерода и получить добавочное тепло, но и одновременно снизить вынос пыли и унос железа на 35—40 %. Для этого не требуется дополнительных капитальных вложений и экспуатационных затрат. Снижение выбросов пыли в конверторах достигается, по данным Днепропетровского металлургического института, увеличением доли лома. Это технологическое мероприятие следует шире применять на заводах региона. Институт газа АН УССР разрабатывает устройства для подогрева лома в совках до 500—600 °С.
Уменьшение выбросов в прокатном производстве, хотя оно считается относительно благополучным с экологической точки зрения, связывается в первую очередь со снижением расхода топлива на нагрев металла. Кардинальным решением является переход на непрерывную разливку стали и ликвидацию нагревательных колодцев и методических печей. Реализация этого пути требует времени и существенных затрат. Существует и временное решение, заключающееся в использовании разработанного Институтом газа метода косвенного радиационного нагрева (КРН) металла с использованием плоскопламенных горелок. Применение КРН снижает на 10—15 % расход топлива на нагрев, на 30— 50 % угар металла, при сжигании газа в пласкокаменных горелках количество образующихся оксидов азота меньше на 25—30 %, чем при использовании туннельных и факельных горелок. Метод КРН сейчас является основным в прокатном производстве за рубежом, по разработкам Института газа АН УССР он широко внедрен на некоторых заводах в СССР («Электросталь», Ижевский, Череповецкий металлургические заводы и др.) и за рубежом — в Алжире, Венгрии. В 1986 г, наДонецком металлургическом заводе метод КРН был применен на одной ячейке нагревательных колодцев, что дало реальный экономический эффект 70 тыс. руб. н улучшило качество нагрева. До настоящего времени горелки производятся только на Опытном предприятии Института газа АН УССР. Необходима организация их производства в системе машиностроительных заводов, обслуживающих металлургию. Необходимо разработать работать программы реконструкции печного хозяйства прокатных цехов региона.
Достаточно широкое применение во вспомогательных цехах металлургии н в машиностроительном производстве получил метод электрошлакового перевала(ЭШП).Для очистки выбросов ЭШП от фтористых соединений применяется мокрый метод, в том числе на заводе «Азовсталь»
Институтом газа АН УССР разработан значительно более эффективный сухой метод н создана установка очистки выбросов ЭШП в кипящем слое, организовано мелкосерийное производство этих установок на одном из хозрасчетных предприятий АН УССР. Метод обеспечивает степень очистки по фтору 99, по пылн — 90 % при объеме газов * 600 м3/ч.