/Rusmet.ru, Ольга Фомина/ На предприятиях черной металлургии с отходящими технологическими газами и вентиляционным воздухом уносится большое количество токсичных твердых и газообразных веществ, загрязняющих окружающую среду. Модернизация действующих и установка новых аспирационных систем на всех стадиях производства – важная экологическая задача отечественных металлургических заводов.

 

Источники образования

 

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 (SO₂), более 20% оксидов азота (NO_х) и пыли. Во время агломерации руды происходит выгорание серы из пиритов. Сульфидные руды содержат до 10% серы, а после агломерации ее остается лишь 0,2-0,8%. В среднем, одна ленточная машина дает около 700 т сернистого газа в сутки.

Другим значительным источником загрязнений остается доменное производство, выбрасывающее около 30% всей пыли, 25% – СО, 15% – SO₂, 10% – NO_х. Пыль и газообразные выбросы из доменных печей образуются в результате сложных физических и химических процессов. Считается, что с доменным газом из печи выносятся пыль, внесенная с шихтой и пыль, появившаяся при трении столба шихты в самой доменной печи. Масса пыли, выносимой с доменными газами, составляет 20-100 кг/т чугуна.

Пылевыделение из печи обусловлено тем, что при подаче шихты на большой конус загрузочного устройства печи давление по обе стороны конуса необходимо выровнять, для чего неочищенный газ из межконусного пространства выводят в атмосферу. Запыленность газа во время выхлопа составляет 250-700 г/куб. м. Удельный выброс пыли достигает 4 кг на 1 т чугуна при основном режиме работы печи. Кроме того, пылевыделение происходит при каждом ссыпании скипа в приемную воронку.

Кроме колошникового устройства доменной печи, источником загрязнения атмосферы доменного цеха являются рудный и литейный дворы. На рудном дворе пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды, подаче руды на бункерную эстакаду и т.д. Удельное выделение пыли на рудном дворе составляет примерно 50 кг на 1 т чугуна, а на бункерной эстакаде – 20 кг на 1 т чугуна. Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде колеблется от 17 до 1000 мг/куб. м. На литейном дворе пыль и газы выделяются, в основном, от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Удельные выходы вредных веществ на 1 т чугуна составляют: 400-700 г пыли, 700-1150 г СО, 120-170 г SO₂. Максимальное количество пыли и газов выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака.

Не последнюю роль в загрязнении атмосферы играют выбросы мартеновских и конвертерных сталеплавильных цехов. При ведении мартеновского процесса пыль образуется из металлической шихты, из шлака, руды, известняка и окалины, идущих на окисление примесей шихты, из доломита, применяющегося для заправки пода печи. При кипении стали выделяются пары окислов шлака и металла, газы. Размеры частиц пыли не превышают 3 мкм. При бескислородном процессе на 1 т мартеновской стали выделяется 3000-4000 куб. м газов с концентрацией пыли в среднем 0.5 г/куб. м. В период подачи кислорода в зону расплавленного металла пылеобразование многократно увеличивается, достигая 15-52 г/куб. м.

Кроме того, плавление стали сопровождается выгоранием некоторого количества углерода и серы, в связи с чем в отходящих газах мартеновских печей при кислородном дутье содержится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг сернистого газа в расчете на 1 т выдаваемой стали. При конвертерном способе получения стали образуются дымовые газы из частиц окислов кремния, марганца и фосфора. В составе дыма содержится значительное количество окиси углерода – до 80%. Концентрация пыли в отходящих газах составляет примерно 15 г/куб. м. Основная масса пыли (порядка 90%) состоит из частиц размером 0.2-1 мкм.

Коксохимические производства также загрязняют атмосферный воздух пылью и смесью летучих соединений. При коксовании 1 т угля образуется 300-320 куб. м коксового газа. В его состав входят водород, метан, окись углерода, углекислый азот, азот, углеводороды и кислород. Основная масса коксового газа улавливается и направляется на химическую переработку и утилизацию, но около 6% газа поступает в атмосферу вследствие потерь во время загрузки и выгрузки печей и негерметичности аппаратуры. Загрязнение воздуха пылью при коксовании углей сопряжено с подготовкой шихты и загрузкой ее в коксовые печи, с выгрузкой в тушильные вагоны и мокрым тушением кокса. Мокрое тушение сопровождается также выбросом в атмосферу веществ, входящих в состав используемой воды.

 

Виды пылеулавливателей

 

Для улавливания пыли и газов, поступающих в окружающую среду, на отечественных металлургических предприятиях сегодня используют различные очистные системы мокрого и сухого способов очистки, однако зачастую достаточно устаревших конструкций. Срок эксплуатации газоочистного оборудования на многих металлургических заводах страны давно истек и составляет 30-40 лет.

Проведение ремонтов на действующих газоочистных установках не всегда оправданно, так как не позволяет обеспечить достаточно высокие современные требования к очистке промышленных выбросов.

Развитие газоочистных технологий в последние годы позволяет применять преимущественно высокоэффективные пылеуловители. В первую очередь, это рукавные фильтры, затем электрофильтры и мокрые пылеуловители (скрубберы Вентури). В настоящее время ведущее положение занимают рукавные фильтры. При увеличении коэффициента пылеулавливания от 98 до 99% стоимость электрофильров значительно возрастает (приблизительно на 20%), а у мокрых пылеуловителей цена оборудования остается неизменной, зато резко возрастает количество потребляемой электроэнергии. В то же время, стоимость и потребляемый объем энергии рукавных фильтров с увеличением эффективности пылеулавливания не меняются, что делает их наиболее привлекательными с точки зрения эксплуатации.

Использование мокрых способов улавливания пыли, в частности, скрубберов Вентури, характеризуется не только большими энергетическими затратами, но и наличием стоков, необходимостью защиты аппаратуры от коррозии и устранения отложений на стенках аппаратов и трубопроводов, а также необходимостью создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель. Размер частиц, улавливаемых в скрубберах, составляет от 0.2 мкм и выше. Степень очистки может достигать 96-98%, удельный расход орошаемой жидкости находится  в пределах 0.5-6 л/куб. м, что обуславливает необходимость большого перепада давления (10-20 кПа) и, как следствие, значительных затрат на очистку газа.

Среди распространенных сухих способов очистки промышленных газов от пыли наибольшая эффективность улавливания тонкодисперсных частиц (до 5 мкм) достигается практически только при использовании рукавных фильтров и электрофильтров.

Установки пылеулавливания с применением электрофильтров характеризуются меньшим энергопотреблением, но для их сооружения требуются значительные капитальные затраты. При этом, электрофильтры чувствительные к параметрам очищаемых газов, при их колебании может снижаться эффективность аппаратов.

Электрофильтры применяются при температурах газов до 300-400⁰С и являются наиболее экономичными при объемах газов более 500 тыс. куб. м/ч. В то же время, специалисты не рекомендуют применять электрофильтры при необходимости получения запыленности газа на выходе менее 500-100 мг/куб. м. Степень очистки газов достигает 98%. При использовании электрофильтров предъявляются достаточно высокие требования безопасности, поскольку велика вероятность поражения работников электротоком в случае несоблюдения требований охраны труда при их эксплуатации. Поэтому рукавные фильтры здесь имеют определенное преимущество перед электрофильтрами.

При использовании рукавных фильтров обеспечивается остаточная запыленность ниже 5-10 мг/куб. м независимо от свойств улавливаемой пыли; работа проводится в широком диапазоне очищаемого газа. Степень очистки составляет 99% и более, особенно пыли с высоким электрическим сопротивлением, улавливание которой в электрофильтрах происходит недостаточно полно. Расход энергии составляет 2-2.5 кВт/ч на 1000 куб. м очищаемых газов. Низкие капитальные затраты и умеренные эксплуатационные расходы – еще один плюс таких устройств. Применение синтетических тканей в качестве фильтровальных материалов для фильтров позволяет использовать их при температурах выше 140⁰С. При этом, такие ткани более долговечны по сравнению с натуральными шерстяными и хлопчатобумажными тканями.

Особый интерес представляют рукавные фильтры с импульсной продувкой. Они применяются для очистки газов объемом 500 тыс. куб м и более и температурах около 150⁰С с использованием синтетических фильтровальных материалов, что обеспечивает высокую степень очистки при значительных удельных нагрузках (4-6 куб. м/кВ. м*мин). Другими преимуществами таких фильтров являются отсутствие подвижных частей, простота обслуживания, надежность действия и длительный срок службы рукавов (до 20-24 месяцев).

 

Что используется

 

На украинских метпредприятиях при модернизации производств сегодня зачастую устанавливают электрофильтры, реже – рукавные фильтры.

Считается, что начало процессу постоянного уменьшения загрязняющих веществ в металлургии Украины было положено более 20 лет назад – в 1987 году. Тогда на «Криворожстали» на еще действовавшей доменной печи № 4 были установлены первые электрофильтры вместо неэффективных батарейных циклонов. На тот момент это было поистине революционное достижение, и опыт «Криворожстали» стали перенимать другие предприятия страны. В 1989 году на доменной печи № 6 батарейные циклоны заменили на мокрую аспирацию с трубами Вентури. В 2003 году на мокрый способ очистки перешли и на доменной печи № 5. Сегодня системы, которые очищают выбросы по принципу индукции, действуют и на доменной печи № 9.

Однако в настоящее время экологические требования возросли, и этих мощностей уже недостаточно, поэтому на всех доменных печах предприятия планируется только сухая очистка пылегазосодержащих выбросов. Так, при реконструкции с модернизацией доменной печи № 8 в 2008 году аспирационная система печи была заменена на новую – более эффективную. С помощью электрофильтра были локализированы выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от неорганизованного источника литейного двора с эффективностью очистки до 99%. В планах значилась модернизация с установкой современных аспирационных систем доменных печей № 6, 7 и 5.

По сведениям пресс-службы ОАО «Арселор Миттал Кривой Рог», в 2009-2010 годах, согласно договору с ЗАО «Альстом Пауэр Ставан» (г. Москва), были закуплены современные пылеочистные аппараты – электрофильтры, которые в данный момент хранятся на предприятии. Однако фильтры еще не установлены. В 2011 году во время проведения капитального ремонта 1-го разряда доменной печи № 6 в доменном цехе № 1 запланировано выполнить реконструкцию установок очистки газа от литейного двора и подбункерного помещения с установкой фильтров. Эффект от внедрения будет определен после запуска печи в работу и вывода печи на полную мощность.

Новая доменная печь № 5 на Енакиевском металлургическом заводе (введена в эксплуатацию в 2007 году) также оборудована современной системой аспирации для бункерной эстакады и литейного двора. Очистка аспирационных газов осуществляется двумя электрофильтрами производства чешской компании ZVVZ; запыленность на выходе составляет не более 50 мг/куб. м. В строительство новой доменной печи № 3 также заложено оборудование современной системы аспирации литейного двора и бункерной эстакады, которая позволит снизить выбросы в атмосферу до 50 мг/куб. м (примерно на 40%). Очистка аспирационных газов будет проводиться аналогичными современными электрофильтрами.

При реконструкции в 2006 году доменной печи № 2 на МК «Азовсталь» была введена в эксплуатацию система аспирации, включающая в себя электромагнитный фильтр, значительно снижающий уровень запыленности газов (до 50 мг/куб. м). В настоящее время создаваемый электрофильтром магнитный слой не только снижает ежегодные выбросы пыли в атмосферу на 600 т, но и, удерживая железную пыль, позволяет пускать ее обратно в производство. В ближайшем будущем «Азовсталь» планирует оборудовать подобными системами аспирации все доменные печи.

Аспирационная установка в комплекте с рукавным фильтром впервые в Украине была смонтирована в 2000 году на доменной печи № 3 ОАО «Запорожсталь». Система позволяет улавливать пылевые выбросы при производстве чугуна с эффективностью 99,5%. Выполнение мероприятия позволило снизить выбросы пыли в атмосферу на 4200 т/год. Позже аналогичная система была установлена и на доменной печи № 2. В сентябре 2007 года на предприятии была введена в эксплуатацию аспирационная установка (два электрофильтра) очистки выбросов хвостовых частей агломашин. Улавливание и возврат в производство агломерационной пыли составляет порядка 2500 т.

ОАО «ДМЗ» и ЗАО «Донецксталь» – металлургический завод» также ежегодно выделяют значительные денежные средства на охрану окружающей среды и реализацию природоохранных мероприятий. Так, благодаря оборудованию литейного двора введенной в эксплуатацию в 2007 году доменной печи № 1, а также доменной печи № 2 системой газоочистки с рукавным фильтром сокращение объема выбросов вредных веществ в атмосферу составило за 2009 год около 1500 т.

На «ММК им. Ильича» в ближайшем будущем также планируется реконструкция газоочисток за агломашинами № 2 и 3 с установкой электрофильтров взамен существующих морально и физически устаревших батарейных циклов. Предполагается, что содержание пыли в дымовых газах после реконструкции газоочисток не превысит нормативной величины – 50 мг/куб. м. Выбросы пыли в атмосферу, при этом, снизятся на 4250 т/год.