исследования технологических выбросов в атмосферу и

Объявление о защите диссертации на соискание ученой степени
Диссертационный совет Д 217.002.01
шифр совета
при ФГУП «Восточный научно-исследовательский углехимический институт»
название организации, почтовый индекс, адрес, телефон
620219, г. Екатеринбург, ГСП - 117, ул. 8 Марта, 14. Телефон: (343) 371-01-75,
Факс (343) 371-40-54
объявляет, что Стефаненко Валерий Тимофеевич
фамилия, имя, отчество соискателя
представил диссертацию на соискание ученой степени доктора (кандидата)
технических наук
ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВЫБРОСОВ В
АТМОСФЕРУ И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ
ПЫЛИ НА КОКСОХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
название диссертации
по специальности 05.17.07 – Химия и технология топлив и специальных
шифр и наименование специальности, отрасль науки
продуктов, техническая
Защита диссертации планируется 16 октября 2007 г.
дата защиты
Председатель диссертационного совета
Сухоруков В.И.
Печать
Автореферат
фамилия, и., о.
На правах рукописи
Стефаненко Валерий Тимофеевич
Исследования технологических выбросов в атмосферу
и разработка средств для улавливания пыли
на коксохимических предприятиях
Специальность 05.17.07 – Химия и технология топлив
и специальных продуктов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Екатеринбург - 2007
3
Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии
"Восточный научно-исследовательский углехимический институт"
Официальные оппоненты:
Доктор технических наук, профессор
Школлер Марк Борисович
Новокузнецкий филиал Томского
политехнического университета
Доктор технических наук, профессор
Назаров Владимир Георгиевич
ФГУП "ВУХИН"
Доктор технических наук, профессор
Родин Владимир Ефимович
Научно-исследовательский институт
охраны труда, г. Екатеринбург
Ведущая организация:
Открытое акционерное общество "Кокс",
г. Кемерово
Защита состоится "16 " октября 2007 года в 13 час. на заседании диссертационного совета Д 217.002.01 при ФГУП "Восточный научно-исследовательский углехимический институт" (ФГУП "ВУХИН") по адресу
620219, г. Екатеринбург, ул. 8 марта, 14.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП "ВУХИН"
Автореферат разослан "….." ………..2007 г.
Справки по телефонам: (343) 371-66-59, 371-01-75, 371-40-54 (факс)
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат технических наук
Л.Я. Рытникова
4
Общая характеристика работы
Актуальность работы
Существенная доля загрязнения атмосферного воздуха городов, в которых
имеются коксохимические предприятия, определяется выбросами от источников
объектов коксохимической технологии. Большинство технологических процессов
коксохимического производства (КХП) связано с неорганизованными и специфическими выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, определение которых
представляет сложную методическую проблему. Имеющиеся в литературе немногочисленные сведения по этим вопросам весьма противоречивы. После введения
обязательного нормирования выбросов предприятия проводили инвентаризацию
своими силами. При отсутствии единых методических документов по определению характеристик выбросов это привело к значительным расхождениям между
данными по выбросам различных предприятий. Эти расхождения при практически одинаковой технологии и оборудовании достигали 800%, что не может быть
объяснено никакими особенностями сырья, технологических схем, режимов или
различным уровнем обслуживания оборудования. Использование таких данных
при планировании атмосфероохранной деятельности приводит к ошибкам при
выборе приоритетов и неэффективному расходованию средств.
В рамках создания единой нормативно-методической базы важной задачей
является получение сведений о количественных и качественных характеристиках
источников выделения и выбросов, установление зависимости количественных и
качественных характеристик выбросов от особенностей технологии, оборудования и угольной сырьевой базы коксохимических предприятий.
В связи с этим возникает необходимость повышения объективности этих
данных и приведения их в единообразную систему на основе создания научнометодических основ воздухоохранной деятельности на КХП, что является актуальной задачей общеотраслевого значения.
Сложность экологической обстановки в районах размещения КХП во многом определяется значительными выбросами пыли. Оценки выбросов, результаты
расчетов рассеивания загрязняющих веществ, а также анализ фактического загрязнения атмосферы на КХП, особенно с сухим тушением кокса (УСТК), пока-
5
зывают, что в приземном слое атмосферного воздуха селитебных зон имеются
превышения допустимых концентраций коксовой пыли и взвешенных веществ.
Выбросы коксовой пыли при сухом тушении кокса, т.е. аспирационные и неорганизованные выбросы УСТК, объектов транспортирования, рассева и отгрузки
кокса, а также при выгрузке (выдаче) кокса из печей представляют наибольшую
проблему в области защиты атмосферы на КХП.
Проблема пылевых выбросов на КХП связана с выбором пылеуловителей и
обеспечением их надежности и эффективности. Для коксовой пыли эта проблема
обусловлена недостаточным уровнем знаний о ее физико-химических свойствах
(дисперсность, смачиваемость, абразивность и т.д.), что приводит к необоснованным решениям по выбору пылеулавливающих аппаратов. Для решения этой актуальной проблемы необходимо проведение специальных исследований, как в
области свойств коксовой пыли, так и в области пылеулавливания и аспирации.
Цель работы
Создание научно-методических основ инвентаризации выбросов в атмосферу на коксохимических предприятиях, исследование и разработка эффективных
способов снижения пылевых выбросов, обоснование и разработка эффективных и
экономичных процессов и аппаратов для улавливания коксовой пыли.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести исследования и получить новые данные о количественных и качественных характеристиках типовых источников загрязнения атмосферы;
- составить типовой перечень и разработать классификацию источников;
- обосновать перечень выбрасываемых загрязняющих веществ;
- разработать методики определения и расчетов выбросов для действующих
и проектируемых производств;
- провести исследования и получить данные о количественных и качественных характеристиках источников загрязнения атмосферы новых технологических
процессов;
- определить удельные показатели выбросов на тонну продукции (кокса);
- создать и утвердить нормативно-методические документы общеотраслевого значения;
6
- провести исследования и получить новые данные о физико-химических
свойствах угольной и коксовой пылей;
- провести исследования процессов улавливания коксовой пыли в различных аппаратах и получить данные для обоснованного выбора пылеуловителей;
- разработать рекомендации по системам пылеулавливания, обеспечивающим экологические требования;
- провести проверку разработанных рекомендаций в промышленных условиях;
- разработать новую технологию беспылевой выдачи кокса с минимальным
объемом аспирации;
Методическое обеспечение исследований
Экспериментальной базой исследований являются созданные под руководством автора стендовые установки на Опытном заводе ФГУП "ВУХИН", а также
промышленные установки, аппараты и системы пылеулавливания на коксохимических предприятиях.
Методической основой работы являются нормативные документы по проведению измерений в промышленных выбросах и газодисперсных системах, а
также разработанные автором методические рекомендации и указания по методам
измерений для специфических источников выбросов коксохимических предприятий. Особенностью исследований пылевых выбросов является применение метода анализа дисперсного состава частиц в газовых потоках.
Научная новизна
1. Разработаны новые методы и установки для определения выбросов неорганизованных и специфичных источников КХП, проведен комплекс исследований
и получены новые данные о количественных и качественных характеристиках
выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от источников действующего производства и новых технологических процессов;
2. Созданы научно-методические основы инвентаризации источников выбросов в атмосферу на коксохимических предприятиях:
- предложена классификация источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух;
7
- дано обоснование перечня выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ;
- разработаны методические указания по определению выбросов неорганизованных и специфических источников;
- разработаны среднеотраслевые удельные выбросы на тонну продукции и нормы проектирования (раздел "Защита атмосферы");
- предложен способ интерпретации источников выбросов коксовых батарей при
расчетах рассеивания;
- разработаны способы обработки, проверки и представления данных инвентаризации источников выбросов;
- результаты исследований и разработок обобщены и реализованы в "Инструкции по проведению инвентаризации выбросов в атмосферу на коксохимических
предприятиях".
3. Для ряда предприятий впервые разработаны материалы по техническим
нормативам выбросов и удельным выбросам на тонну продукции.
4. Предложена методика выбора приоритетных (первоочередных) атмосфероохранных мероприятий.
5. Проведен научный анализ и обобщение информации о работе пылеулавливающих аппаратов на коксохимических предприятиях, сделан вывод о необходимости совершенствования аппаратурного оформления процессов пылеулавливания (особенно коксовой пыли) на КХП.
6. Получены новые данные о физико-химических свойствах коксовой пыли.
Впервые получены и обобщены характеристики дисперсного состава пыли в газовых потоках. Дано обоснование применения сухих методов улавливания коксовой
пыли.
7. Проведен комплекс исследований процессов улавливания коксовой пыли
в различных пылеуловителях (циклонах, электроциклонах, электрофильтрах, зернистых фильтрах и др.), получены новые данные, позволяющие рассчитывать
промышленные аппараты.
8
8. Проведены исследования режимов работы промышленных пылеуловителей, подтвердившие справедливость использованных подходов и расчетных зависимостей.
9. В промышленных условиях исследован процесс аспирации узла перегрузки кокса сухого тушения, установлены условия оптимизации объемов аспирации по экологическим и экономическим показателям.
10. Дано теоретическое обоснование и предложена новая концепция процесса беспылевой выдачи кокса, разработаны новые технология и техника, обеспечивающие высокую эффективность при минимуме капитальных и текущих затрат.
Практическая ценность
1. Полученные данные о количественных и качественных характеристиках
выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от источников действующих предприятий и новых технологических процессов используются в атмосфероохранной деятельности коксохимических предприятий при нормировании
выбросов, в статотчетности, а также при проектировании новых объектов.
2. "Инструкция по проведению инвентаризации выбросов в атмосферу на
коксохимических предприятиях" является методическим руководством по атмосфероохранной деятельности на КХП.
3. Методика выбора и обоснования приоритетных (первоочередных) атмосфероохранных мероприятий используется в практике природоохранной деятельности на КХП.
4. Полученные новые данные о физико-химических свойствах коксовой пыли, особенно дисперсность частиц, имеют практическое значение при выборе и
расчетах пылеулавливающих аппаратов, а также при проектировании систем аспирации.
5. Результаты исследований процессов улавливания коксовой пыли в различных аппаратах могут быть использованы при разработке и проектировании
систем пылеулавливания.
9
6. Разработанные аппараты и схемы сухого пылеулавливания отличаются
эффективностью и надежностью и могут быть использованы в практической деятельности проектных организаций и коксохимических предприятий.
7. Результаты исследований процессов аспирации пылящего оборудования с
оптимизацией производительности по отсасываемому воздуху могут быть использованы при проектировании систем аспирации.
8. Технология беспылевой выдачи кокса с минимальными энергозатратами
может быть применена при проектировании новых установок беспылевой выдачи
кокса.
Реализация результатов работы
1. Новые количественные и качественные характеристики выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух широко используются на коксохимических предприятиях при нормировании выбросов, составлении статотчетности и
при проектировании новых производств. Данные о выбросах новых технологических процессов использованы в предпроектных разработках и проектах.
2. "Инструкция по проведению инвентаризации выбросов в атмосферу на
коксохимических предприятиях" применяется на всех КХП России.
3. Предложения по обоснованию приоритетных (первоочередных) атмосфероохранных мероприятий используются в практике природоохранной деятельности на КХП.
4. Новые данные о физико-химических свойствах коксовой пыли использованы при выборе и расчетах пылеулавливающих аппаратов для установок беспылевой выдачи кокса (УБВК) на ОХМК и КМК, для комплекса пылеуловителей в
системах аспирации батареи №9 ММК, батареи №9 Авдеевского КХЗ, батарей
№9-10 НТМК, батареи №5 Кемеровского КХЗ, а также при проектировании систем аспирации на ряде коксохимических предприятий (Авдеевский, Кемеровский,
НТМК и др.).
5. Разработанные аппараты и схемы сухого пылеулавливания внедрены на
установках беспылевой выдачи кокса ОХМК и КМК, в системах аспирации объектов транспортирования и рассева кокса сухого тушения батареи №9 ММК,
УСТК батарей №№9-10 НТМК, батареи №5 Кемеровского КХЗ, батареи №9-бис
10
Алчевского КХЗ и применены в ряде проектов (УБВК батарей №№3-4 МКГЗ, №7
ЧелМК, №5 Алтайского КХЗ, №№9-10 НТМК, систем аспирации объектов транспортирования и рассева кокса сухого тушения батареи №5 Кемеровского КХЗ, батареи №9 Авдеевского КХЗ, вагоноопрокидывателя №2 НЛМК и др.).
6. Внедрена двухступенчатая система пылеулавливания с оптимизацией
объема аспирации на перегрузочном узле "4К" кокса сухого тушения батареи №5
Кемеровского КХЗ.
7. Проведены промышленные испытания УБВК с новыми техническими
решениями на батареях №№5-6 ЧерМК и №№9-10 НТМК и их результаты использованы в принятых к реализации проектах УБВК для батарей №№3-4 МКГЗ,
батареи №5 Алтайского КХЗ, батарей №№9-10 НТМК, батареи №7 ЧелМК.
Личный вклад автора
Лично автору принадлежат: направление работы, постановка задач, программа и методология исследований; выполнение всех экспериментов, построение математических моделей, установление основных закономерностей, формулирование выводов, разработка и внедрение систем сухого улавливания коксовой
пыли и установок беспылевой выдачи кокса.
На защиту выносятся:
- научно-методические основы инвентаризации выбросов в атмосферу на
коксохимических предприятиях:
- классификация источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух;
- обоснование перечня загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу;
- способы обработки, проверки и представления данных инвентаризации;
- методические указания по определению выбросов неорганизованных и
специфических источников на коксохимических предприятиях;
- способ интерпретации источников выбросов коксовых батарей при расчетах рассеивания;
- методика выбора приоритетных (первоочередных) атмосфероохранных
мероприятий;
- научные основы очистки пылевых выбросов на коксохимических предприятиях;
11
- обоснование и разработка эффективных и экономичных способов и аппаратов для улавливания коксовой пыли;
- научное обоснование и методика оптимизации объемов аспирации;
- теоретическое обоснование, технические решения и технология беспылевой выдачи кокса с минимальными энергозатратами.
Апробация работы
Основные положения диссертации рассматривались на 15 международных,
всесоюзных и республиканских конференциях и совещаниях, 3 международных
выставках-конференциях, а также на 17 региональных семинарах и совещаниях.
Работа докладывалась на научно-технических советах ВУХИН.
Основные положения диссертации опубликованы в журнале "Кокс и химия"
(1983-2006 годы), входящем в список журналов ВАК.
Публикации
Результаты исследований, опытно-промышленных испытаний и внедрения
в рамках настоящей работы представлены в 66 публикациях, в том числе в 1 монографии, 2 книгах в соавторстве, 21 статье в журнале "Кокс и химия", 15 тезисах
докладов, 2 патентах РФ на изобретения.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложена на 346
страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 55 рисунков, список литературы из 263 наименований.
Содержание работы
Часть 1. НАУЧНО- МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНВЕНТАРИЗАЦИИ ВЫБРОСОВ
Глава 1.1. Обоснование и разработка научно-методических основ инвентаризации выбросов на коксохимических предприятиях.
Значительные трудности при инвентаризации выбросов на КХП обусловлены наличием большого количества неорганизованных источников. Для проведения измерений на таких источниках в принципе не может быть достаточного методического обоснования, поскольку нет организованных потоков газа, в которых
возможен отбор представительных проб, а прямые измерения в неорганизованных
потоках неизбежно приведут к искажениям объективной информации.
С целью решения проблем инвентаризации выбросов на КХП проведен ряд
исследований и разработок:
12
- составление типового перечня источников выделения загрязняющих веществ в атмосферу;
- классификация источников загрязнения атмосферы (ИЗА) на КХП;
- обоснование перечня загрязняющих веществ, выбрасываемых на КХП;
- обоснование методов определения выбросов из неорганизованных и специфических ИЗА на КХП;
- исследования выбросов из неорганизованных и специфических ИЗА в
стендовых и промышленных условиях;
- обоснование методов расчета выбросов ИЗА на КХП.
Для составления полного перечня источников выделения загрязняющих веществ в атмосферу под руководством и при участии автора проведены обследования всех коксохимических предприятий и производств России. При этом проводили визуальные оценки выбросов, анализировалась рабочая и отчетная документация, состояние основных объектов инвентаризации выбросов, особенности технологии и оборудования с точки зрения загрязнения атмосферы, эффективность
атмосфероохранных мероприятий. Одновременно учитывали типовые ИЗА, оценивались их параметры и возможности измерений или расчетов характеристик
выбросов. Во многих случаях проводили измерения параметров выбросов.
На основе результатов этих работ был подготовлен типовой перечень источников выделения и источников выбросов для КХП с полным циклом производства.
Предложена классификация источников выбросов (рис.1).
В отличие от общепринятой классификации источников на организованные
и неорганизованные, для КХП организованные источники разделены на 3 группы:
- организованные технологические (ОТ);
- организованные вентиляционные с естественной вентиляцией (ОВЕ);
- организованные вентиляционные с принудительной вентиляцией (ОВП).
Основанием для такого разделения послужило различие в характеристиках
этих источников и методах их определения и обезвреживания. Организованные
технологические выбросы отличаются большими концентрациями загрязняющих
13
веществ и, как правило, небольшими объемами выбрасываемой газовоздушной
смеси. Наиболее многочисленными представителями этой группы являются возРазгрузка угля
Открытый склад угля
Загрузка печей
Двери, люки, стояки печей
Выдача кокса из печей
Неорганизованные (Н)
Башня тушения кокса
Коксовая рампа
Открытые сборники, отстойники
Градирня воды цикла конечного
охлаждения коксового газа
Дымовые трубы (ДТ)
Коксовых батарей
Трубчатых печей
Организованные технологические (ОТ)
Воздушники емкостного оборудования
Организованные вентиляционные (ОВ)
Трубы, дефлекторы естественной
общеобменной вентиляции (ОВЕ)
Трубы принудительной общеобменной вентиляции и систем аспирации (ОВП)
Рис.1. Классификация источников выбросов
душники емкостного оборудования. К группе ОТ относятся выбросы дымовых
труб отопительных систем коксовых батарей и трубчатых печей, которые имеют
большие объемы выбрасываемых газов. При этом из дымовых труб трубчатых печей выходят только продукты сгорания коксового газа, тогда как в отопительных
системах коксовых батарей имеют место прососы сырого газа из печных камер,
поэтому в выбросах из дымовых труб коксовых батарей могут присутствовать несгоревшие органические компоненты этого газа.
По формальным признакам к группе ОТ должны быть отнесены башни тушения кокса и градирни воды цикла конечных газовых холодильников. Однако,
выходные сечения этих источников велики и труднодоступны для систематиче-
14
ских измерений и, хотя источник имеет определенные геометрические параметры,
для определения выбросов необходимо проведение специальных исследований,
так же как и для неорганизованных источников. Исходя из этого, градирни и башни тушения при классификации отнесены к неорганизованным источникам.
Организованные вентиляционные источники отличаются значительными
объемами и малым содержанием загрязняющих веществ. При этом для источников естественной общеобменной вентиляции (ОВЕ) практически не применяются
какие-либо средства сокращения выбросов, тогда как для выбросов аспирационных систем (ОВП) практически всегда используются различные установки очистки газов.
Для всех организованных источников применяются типовые методики определения выбросов на основе измерений объемов газа и концентраций загрязняющих веществ. Исключение составляют воздушники емкостного оборудования,
для которых применяется метод объектов-аналогов.
Очень важное место в инвентаризации выбросов занимает перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых из источников КХП. Дело в том, что продукты
термической деструкции углей, содержащиеся в выбросах, включают весьма
большое разнообразие химических загрязнителей атмосферы и составление их
полного перечня практически невозможно. Исходя из этого, предложено ограничить этот перечень только такими веществами, которые обнаруживаются в атмосферном воздухе при существующем уровне контроля загрязнений.
Предложен подход, состоящий в следующем:
- исследуют спектр всех веществ, выбрасываемых источниками на КХП с
учетом сырьевой базы и определяющих технологических показателей;
- выбирают вещества-индикаторы, определяемые при текущем контроле,
нормируемые и включаемые в статотчетность;
- остальные вещества определяют как некоторое приращение к валовому
выбросу веществ-индикаторов, определение величины этого приращения проводится по согласованным методикам.
Сущность предложенного метода заключается в определении количества
данного вещества (его ресурса), которое может быть образовано в технологиче-
15
ских процессах. Величина ресурса пропорциональна количеству веществаиндикатора, т.е. такого вещества, которое технологически связано с определяемым веществом и способ определения которого достаточно хорошо отработан. На
основании четких взаимосвязей выбросов рассматриваемых веществ с выбросами
веществ-индикаторов предложен алгоритм расчета валовых выбросов.
В результате анализа технологических процессов и материальных потоков
определен типовой перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых источниками КХП.
На практике перечень веществ разных предприятий может отличаться по
причине различия в уровне требований контролирующих органов, выдвигаемых
на основе данных о загрязнении атмосферы в данном населенном пункте. В ряде
конкретных случаев при участии автора разработано и согласовано органами надзора обоснование перечня веществ.
Специфические особенности источников выбросов на КХП в большинстве
случаев требуют корректировки и уточнения известных методик определения выбросов. Поскольку известные аттестованные методики обеспечивают необходимую точность анализов, то главное внимание следует сосредоточить на методах
отбора представительных проб для анализов.
На различных предприятиях был выполнен комплекс работ, направленных
на повышение объективности результатов измерений и, прежде всего на методическое обеспечение отбора представительных проб. Особенностью этих работ является выявление связи характеристик выбросов с технологическими параметрами и режимами работы оборудования (источников выделения). Автором разработаны специальные приборы, позволяющие упростить пробоотборные работы и
обеспечить требуемую точность измерений.
В частности, при измерениях выбросов из источников, работающих малое
время (загрузка шихты, выдача кокса), серьезной проблемой является обеспечение представительности проб газа. Для этих случаев был применен и отработан
метод эвакуированных колб.
Разработанное приборное и методическое обеспечение позволило решить
практически все задачи, связанные с измерениями выбросов КХП и выполнить
16
исследования специфических источников, характеристики которых до этого не
определялись.
При инвентаризации выбросов на КХП основную проблему составляют источники неорганизованных выбросов, определение выбросов из которых требует
проведения специальных исследований. В первую очередь это касается источников коксовых батарей, таких как двери, люки и стояки коксовых печей в период
коксования, загрузка шихты, выдача и мокрое тушение кокса.
Для определения выбросов при загрузке печей и выдаче кокса рекомендовано сочетание прямых измерений на одном или нескольких объектах, принимаемых за базовые, с последующей оценкой выбросов других однотипных объектов
на основе сравнения технологических характеристик базового и обследуемого
объектов. С учетом опыта исследований указанных выбросов при инвентаризации
достаточно использовать имеющиеся данные с корректировкой их на состав
угольной шихты и коксового газа, а также конструктивных особенностей коксовых печей и эффективности применяемых атмосфероохранных мероприятий.
Метод базовых объектов разработан впервые и позволяет существенно упростить определение выбросов по целому ряду источников при инвентаризации
на КХП.
Наиболее изученными являются выбросы из люков печей при загрузке
шихты, для которой ранее разрабатывались метод и оборудование для бездымной
загрузки и в связи с этим имеются данные о характеристиках выбросов.
Для уменьшения выбросов при загрузке предусмотрен отсос газов загрузки
через стояки в газосборники коксовой батареи за счет паро- или гидроинжекции,
эффективность которой (коэффициент бездымности) на предприятиях определяет
коксохимстанция или отраслевой институт. Выброс в атмосферу при загрузке определяется как произведение суммы выделений из загрузочных люков на коэффициент бездымности.
Выбросы при выгрузке (выдаче) кокса из коксовых печей связаны с выделением коксовой пыли и газов при разрушении коксового пирога в коксоприемном вагоне, которое происходит в течение 30–40с. При кратковременном неорганизованном выбросе проведение измерений невозможно.
17
Установки беспылевой выдачи кокса (УБВК) позволяют непосредственно
измерять количественные характеристики выбросов путем замеров в газоходе перед выходом в атмосферу после пылеуловителей УБВК. С учетом кратковременного характера периодических газовыделений для отбора газовых проб предложен метод эвакуированных колб.
Суммарное количество пыли, образующейся в процессе выдачи, поддается
измерениям только в процессе длительных исследований. Под руководством автора такие исследования проведены на ряде заводов, в результате чего были рассчитаны величины среднеотраслевых удельных выбросов при выдаче кокса из печей разного объема.
Полученные данные позволяют рассчитывать организованные выбросы при
выдаче кокса на основе среднеотраслевых удельных показателей с корректировкой на состав угольной шихты, коксового газа и прочности кокса, а также конструктивных особенностей коксовых печей и эффективности применяемых УБВК.
При отсутствии УБВК неорганизованный выброс рассчитывается по удельным
величинам выделений, измеренным на УБВК батареи-аналога, технологические
характеристики которой близки к характеристикам данной батареи.
При наличии УБВК выделяющийся пылегазовый поток разделяется на две
части – одна попадает в зонт и систему пылеулавливания, другая поступает в атмосферу мимо зонта. Предложено определять эффективность УБВК как степень
локализации неорганизованного выброса, т.е. как отношение величины выброса
пыли (г/с), захватываемого зонтом или аспирационными отсосами и направляемого на очистку, к суммарному количеству пыли, образующемуся в процессе движения и разрушения коксового пирога. Разработанная автором методика экспертной оценки на основе визуальных наблюдений определяет порядок экспертного
обследования УБВК и способ расчета степени локализации. В результате получен
метод определения количественных характеристик выбросов при выдаче кокса.
Характеристики выбросов через неплотности дверей, люков и стояков
коксовых печей зависят от степени газоплотности, определяемой конструкцией
уплотняющих элементов и уровнем эксплуатации. Количественные критерии
величин
выбросов
отсутствуют.
Поскольку
выделяется
коксовый
газ,
18
содержащий опасные компоненты, воздействие этих выбросов на загрязнение атмосферного воздуха в ряде случаев оценивается как существенное и поэтому
подлежит объективному учету. В связи с этим были обобщены результаты многочисленных исследований газовыделений на различных батареях и предложен способ качественной оценки этих выбросов.
Суть способа заключается в визуальной оценке выделений, которая учитывает их градацию: по объему выделяющихся газов и по интенсивности (скорости)
газовыделений. Объем газов зависит от доли периметра двери (люка, крышки
стояка), через которую происходит выделение газов. Условно принято, что газовыделение из неплотностей дверей печных камер можно оценить по пятибалльной, а для загрузочных люков, крышек и раструбов стояков по четырехбалльной
шкале. Система балльных оценок легла в основу разработанной методики экспертной оценки видимого газовыделения из уплотнительной арматуры коксовых
батарей.
Тем самым экологическое состояние коксовых батарей получило индивидуальную числовую оценку, что позволяет наглядно сравнивать различные коксовые батареи, уровни их эксплуатации и различные конструкции уплотняющих
устройств. На ряде предприятий использование методики экспертной оценки было введено в практику системы материального стимулирования персонала, что
позволило улучшить обслуживание арматуры уплотнения печей.
Методика экспертной оценки дает только качественные характеристики выбросов, но не позволяет определить количество выделяющихся загрязняющих
веществ от дверей, люков и стояков коксовых печей, поэтому необходимо было
разработать новые методические подходы, провести необходимые экспериментальные исследования и создать базу данных, позволяющую в дальнейшем проводить определение количественное выбросов расчетно-аналитическим методом.
Автором предложен метод локализации газовыделений и создания стабильного газовоздушного потока, заключающийся в укрытии неорганизованного источника легкосъемным кожухом, соединенным с побудителем тяги (вентилятором).
19
Исследования выбросов из дверей, люков и стояков проведены на Алтайском КХЗ, КХП Нижнетагильского и Кузнецкого меткомбинатов. Измерения проводили в течение всего периода коксования. Измеряли концентрации загрязняющих веществ, полученные значения умножали на расход газовоздушной смеси и
таким образом определяли валовый выброс (г/с).
Валовый выброс
g1
g2
g4
g5
g6
τ1 τ3 τ5 τ7
τ9
τ10 τ11
τ12
τ13
τ14
τк
Время от загрузки шихты
Рис.2. Изменение выброса аммиака из дверей печных камер по времени коксования
τj – время от начала процесса коксования до начала j-того измерения;
gj – валовый выброс за время j-того измерения.
Обработка результатов измерений позволила выявить динамику изменения
валового выброса от стадии процесса коксования. На рис.2 в качестве примера
представлена зависимость выброса аммиака от времени коксования. Видно, что в
первые 4-6 часов наблюдается резкое уменьшение валового выброса, а к концу
периода коксования
величина выброса практически постоянна. При этом от-
мечается различный характер изменения концентраций загрязняющих веществ по
времени, что, очевидно, связано с известной динамикой изменения состава коксового газа.
Проведение одновременных измерений на всех источниках батареи невозможно. В связи с этим разработан комплексный подход, заключающийся в сочетании результатов прямых измерений на отдельных источниках с результатами
экспертной оценки газовыделения через неплотности дверей, люков и стояков
печных камер. Суть предложенного подхода заключается в определении величины выброса, которая приходится на один балл экспертной оценки, с после-
20
дующим умножением этой величины на сумму баллов, характеризующих газовыделения из источников данного типа по всей батарее.
Сложней всего определить среднюю величину выброса из источника данного типа. Это можно сделать в результате обработки кривой динамики изменения
выбросов во времени (рис. 2).
По физическому смыслу площадь под кривой определяет валовый выброс
за весь период коксования. Тогда, проинтегрировав функцию выброса по всему времени коксования и разделив результат на время коксования, можно получить усредненную величину выброса, необходимую для расчета выбросов источников данного типа по всей батарее. На практике нет смысла определять
функциональную зависимость выброса от времени, поэтому целесообразно заменить интеграл конечной суммой. Расчет проводят по формуле
[
]
g = ∑ (gij + gi (9 j −1) )/ 2 (τ j − τ j −1 ),
n
i
n
(1)
j =1
где gi - выброс i-го вещества за весь период коксования, г; gij, gi(j-1) - валовый
выброс i-го вещества во время j-го и предыдущего измерений, г/мин; τj, τ(j-1) - время от начала процесса коксования до начала j-го и предыдущего измерений, мин.
Одновременно с каждым измерением проводят экспертную оценку уровня
газовыделения данного источника в баллах. Полученные результаты усредняют за
весь период коксования:
P
n
m
⎡ m
= ⎢∑
⎢⎣ j = 1
⎛ P ij + P i (
⎜⎜
2
⎝
j −1)
⎞
⎟⎟ (τ
⎠
j
− τ
j −1
)⎤⎥ / τ
⎥⎦
,
(2)
где Pmn - усредненная экспертная оценка, баллы; Pij ; Pi ( j −1) - экспертные оценки
газовыделения при j-ом и предыдущем измерениях, баллы; τ -
продолжительность процесса коксования, мин.
Разделив величину gin на Pmn , получим количественную характеристику выброса i-го вещества, приходящуюся на один балл экспертной оценки. Тогда общий выброс i-го вещества из всех источников данного типа на батарее составит
(
)
G = gin / Pmn Pб
, г/мин;
21
где Рб - сумма баллов экспертной оценки всех источников данного типа на
батарее.
Таким образом, предложенное сочетание результатов измерений с экспертной оценкой позволяет получить количественную характеристику неорганизованных выбросов коксовой батареи. Такой комплексный подход был использован при определении выбросов коксовых батарей на многих предприятиях.
Для определения выбросов при мокром тушении кокса предложена методика на основе балансовых данных о количестве испаряющейся при тушении воды (0,4 – 0,6 м3 на тонну кокса) и результатов измерений содержания загрязняющих веществ в конденсате, стекающем в отстойник тушильной башни. При этом
предполагается, что загрязненность конденсата равна загрязненности водяных паров на выходе тушильной башни в атмосферу.
Одним из наиболее значительных источников выбросов на КХП является
градирня, в которой охлаждается вода цикла конечного охлаждения коксового
газа. При непосредственном контакте с коксовым газом в конечных газовых холодильников (КГХ) вода растворяет и сорбирует загрязняющие вещества, такие
как аммиак, цианистый водород, сероводород, фенол, бензол, нафталин. В градирне эти вещества десорбируются из воды и поступают в атмосферу. Большой
объем выделяющихся паров, высокие концентрации загрязняющих веществ и
плохие условия рассеивания приводят к тому, что выбросы из градирни КГХ дают
наиболее существенный вклад в загрязнение атмосферного воздуха населенных
мест.
Предложено валовый выброс загрязняющих веществ определять балансовым методом по разности количества веществ, поступивших в градирню, и количества этих веществ в воде после градирни. Разработана методика расчетов выбросов, в которой учтены физико-химические особенности процесса контакта паров с кислородом атмосферного воздуха, например, окисления фенолов и перехода сульфидов и цианидов в роданиды.
Разработанная методика многократно проверена при инвентаризации выбросов на предприятиях.
22
В емкостном оборудовании КХП (сборники, отстойники, хранилища, мерники, механизированные осветлители, конденсатоотводчики, емкости БХУ и т.д.)
содержатся надсмольная и сточная вода, обводненные продукты коксования, каменноугольная смола и ее фракции, бензольные углеводороды, масла, каменноугольный пек, дистилляты и т.д. Большинство емкостей на КХП периодически заполняются и опорожняются, поэтому выбросы из воздушников происходят за
счет больших и малых "дыханий". Величина выброса при больших дыханиях определяется в основном производительностью насосов и температурой жидкости.
Выброс при малых дыханиях зависит от множества факторов, в том числе от состава жидкости и ее температуры, размеров воздушника, скорости ветра, степени
герметичности газового пространства и т.д.
Для определения количественных параметров выбросов из воздушников
предложено использовать метод объектов-аналогов (базовых объектов), т.е. рассчитывать выбросы конкретного источника на данном предприятии на основании
измерений, проведенных на аналогичном источнике другого предприятия. В соответствии с этим способом все воздушники условно объединяют в группы по
следующим признакам: составу и температуре находящегося в емкости продукта,
размерам воздушника, наличию обогрева и мероприятий по снижению выбросов.
На практике наибольшие трудности при определении выбросов из воздушников емкостей вызывает определение объема выделяющейся в атмосферу парогазовой смеси и концентрации загрязняющих веществ. Эти трудности обусловлены с одной стороны многокомпонентным составом жидкости в емкости и присутствием значительного количества водяных паров, а с другой стороны - фактической неплотностью газового пространства емкости и связанным с этим подсосом
атмосферного воздуха в объем выброса из воздушника. Кроме того, выходные сечения воздушников находятся на значительной высоте и практически всегда недоступны для измерений.
С целью получения информации о количественных и качественных характеристиках выбросов из воздушников проведен комплекс исследований на специальной опытной установке и в промышленных условиях. В результате исследований определены основные параметры парогазовой смеси на выходе из воздушни-
23
ков емкостного оборудования КХП, установлены количественные зависимости
величин выбросов от геометрических параметров воздушников. Показано, что
концентрация паров уменьшается с высотой воздушника, причем при постоянном
уровне жидкости в емкости существует оптимальное соотношение диаметра и высоты воздушника, изменение которого приводит либо к росту выбросов, либо к
неоправданному увеличению его высоты (рис.3).
Данные, полученные в результате исследований характеристик выбросов из
воздушников емкостного оборудования в промышленных условиях, охватывают
практически все типы емкостного оборудования и все виды находящихся в них
жидкостей и позволяют рассчитывать величины выбросов по исходным данным,
включающим состав и температуру жидкости, геометрические параметры воздушника и степень герметичности газового пространства. В связи с созданием такого банка данных в практику инвентаризации выбросов на КХП введен расчетный способ определения характеристик выбросов из воздушников, основанный на
методе "объектов-аналогов".
Рис.3. Влияние высоты на содержание толуола
в воздушнике (режим "буферная ёмкость")
1 – 4 – диаметр воздушника, м,
соответственно 0,1, 0,075, 0,05, 0,025.
На установках биохимической
очистки сточных вод (БХУ) имеются
ряд крупных емкостей, в которых про-
исходит усреднение, отстаивание и очистка сточной воды КХП. Выбросы происходят из аппаратов, в которые подается воздух для аэрации (аэротенки, флотаторы, усреднители), и отстойников. Все выбросы являются неорганизованными и
для их определения потребовалась разработка унифицированных методических
условий отбора и анализа проб.
ВУХИНом с участием автора проведен комплекс исследований характеристик выбросов из источников промышленных БХУ. В процессе измерений концентраций загрязняющих веществ предложены и отработаны методики отбора
представительных проб.
Количественная оценка зависимости выбросов от состава воды получена в
результате исследований выбросов опытного аэротенка на МКГЗ. С целью повышения точности измерений аэротенк был оборудован выхлопной трубой, тем самым выброс переведен в организованный. Отбор проб воздуха производили из
24
выхлопной трубы. Содержание загрязняющих веществ в воде варьировалось изменением расхода воды, подаваемой в аэротенк.
В результате измерений были получены зависимости между содержанием
загрязняющих веществ в воде и воздухе над поверхностью воды в аэротенке
(пример на рис. 4), которые указывают на возможность проведения балансовых
Концентрация в воздухе,
мг/м3
расчетов. Например, оценочные показатели превращений аммиака позволили составить балансовую схему и
50
произвести
40
расчет. Расхождение расчетных
30
величин с результатами прямых
20
измерений не превышает 20%.
10
0
100
ориентировочный
Исходя из этого, метод балансо200
300
400
500
Концентрация в воде, мг/л
Рис.4. Зависимость между содержанием аммиака в
воздухе и в воде БХУ
вых расчетов рекомендован для
оценочных расчетов выбросов
на БХУ.
Существенное
значение
при инвентаризации выбросов имеет оценка выбросов 3,4 бенз(α)пирена (БП).
При участии автора были разработаны методические подходы и проведены исследования на коксовых батареях нескольких заводов. Измерялись концентрации
БП в выбросах неорганизованных и организованных источников, а также фоновые концентрации с наветренной и подветренной сторон, в результате чего был
выделен вклад КХП в фоновое загрязнение атмосферного воздуха.
Данные, полученные в результате проведенных исследований, обладают новизной и могут использоваться в качестве основы для расчетов удельных выбросов и при разработке способов определения выбросов от неорганизованных источников КХП с применением методики экспертных оценок.
Глава 1.2. Создание общеотраслевой методической базы по определению выбросов коксохимических предприятий
Большой объем материалов исследований позволили на основе их анализа и
обобщения разработать отраслевую «Инструкцию по проведению инвентаризации выбросов в атмосферу КХП» (далее «Инструкция»), в которую вошли как
25
рекомендации по организации проведения инвентаризации на предприятиях, так и
нормативно-методические материалы по определению характеристик выбросов
неорганизованных и специфических источников. Впервые в едином документе
представлены единая классификация источников выделения и перечень загрязняющих веществ, составлены единые требования к сбору и представлению данных об источниках выбросов, балансовые методики определения выбросов из ряда источников, методики экспертных оценок и расчетные методы определения
неорганизованных выбросов, методические указания по определению параметров
источников выбросов, определению максимально-разовых и среднегодовых выбросов. Отдельным разделом в "Инструкции" приведены разработанные совместно с УХИНом и Гипрококсом среднеотраслевые величины удельных выбросов
для всех типовых ИЗА на КХП, которые предназначены для укрупненной оценки
данных о выбросах. «Инструкция» согласована Госкомприроды СССР и утверждена Главкоксом Минчермета СССР, после чего получила широкое распространение на КХП в качестве единого нормативно-методического документа и до настоящего времени содержится в перечне действующих методических документов
МПР России.
В "Инструкцию" вошли также и некоторые другие методические материалы, такие как методика проверки данных инвентаризации, методика интерпретации источников коксовой батареи при расчетах рассеивания и методика обоснования выбора приоритетов при разработке планов атмосфероохранных мероприятий.
Проверка объективности данных инвентаризации стала возможной в результате накопления информации по разным КХП, ее обобщения с учетом технологических и аппаратурных особенностей конкретных производств и перехода к
формализации процедур обработки данных. Такая проверка осуществляется машинным способом на ЭВМ с помощью созданной базы данных, куда занесены
параметры типовых ИЗА по результатам инвентаризации на различных заводах и
определены границы достоверности цифровых показателей. Процедура проверки
заключается в том, что при вводе новой информации в базу данных она сравнивается с хранящимися в памяти данными и при превышении установленных границ
26
достоверности ЭВМ выдает сообщение о возможной ошибке. Воспринимая эту
информацию, оператор может принять решение о дополнительной проверке и
корректировке данных или, имея соответствующее обоснование, ввести новые
данные без учета доверительных границ.
Еще одна процедура проверки достоверности данных инвентаризации заключается в сравнении результатов расчета рассеивания загрязняющих веществ с
данными измерений приземных концентраций в одних и тех же точках на местности. Эта проверка возможна только по специфическим для КХП веществам (исключая фоновое загрязнение воздуха) и при наличии определенного массива данных измерений. Исходя из этого, на заключительном этапе инвентаризации источников выбросов КХП введен обязательный проверочный расчет рассеивания,
который позволяет оценить достоверность данных инвентаризации и выделить
вклад КХП в загрязнение атмосферного воздуха на прилегающей территории.
Предложена методика по исключению влияния фонового загрязнения на результаты измерений, которая заключается в проведении одновременных измерений с наветренной и подветренной стороны от предприятия. Такую процедуру
удалось применить для нескольких предприятий по выбросам нафталина, аммиака, сероводорода, сероуглерода и бензпирена. Во всех случаях был доказательно
выделен вклад КХП в загрязнение атмосферы этими веществами.
При расчетах рассеивания (РЗА) на ЭВМ возникают значительные трудности в задании параметров неорганизованных источников коксовой батареи (двери,
люки, стояки, загрузка шихты и выдача кокса). Актуальность задачи обусловлена
тем, что выбросы этих источников происходят на небольшой высоте, поэтому
плохо рассеиваются и вносят существенный вклад в загрязнение атмосферного
воздуха. Ни для одного из этих источников не удается измерить объем газовоздушной смеси, геометрия выходных отверстий достаточно сложна и не может
быть без специальных проработок сопоставлена круглому устью с каким-либо
эффективным диаметром. Большое количество одних источников (двери, люки,
стояки), нестационарность и периодичность действия других (загрузка, выдача)
препятствуют их аналитическому описанию при расчетах рассеивания.
27
Автором проведен анализ условий выделений загрязняющих веществ из
указанных ИЗА, дана расчетная оценка различных вариантов интерпретации и
описания источников, определены величины возможных погрешностей и предложены рекомендации по описанию неорганизованных источников коксовой батареи при РЗА как холодных, точечных, расположенных в центре плана батареи без
начального подъема, с эффективной высотой. Предложенный способ интерпретации источников коксовой батареи был одобрен Главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова и введен в практику расчетов загрязнения атмосферы
при нормировании выбросов КХП.
Большой объем информации по ИЗА при инвентаризации выбросов на
КХП, возможность появления ошибок и необходимость повышения производительности труда привели к необходимости машинной обработки данных. Для
такой обработки при участии автора разработан специальный комплекс программного обеспечения расчетов на ПЭВМ в виде системы управления базами
данных по выбросам, который получил название "Информационно-справочная
система "Выбросы в атмосферу" (ИСС). Одним из определяющих условий при
разработке ИСС являлась простота и доступность ее для персонала, не имеющего
специальной подготовки, поэтому она получила распространение не только на
коксохимических предприятиях, но и в металлургии, машиностроении и других
отраслях.
Выбор атмосфероохранных мероприятий при составлении перспективных планов часто происходит на основе предписаний контролирующих органов,
волевых решений руководства или другим случайным образом. Объективные
критерии такого выбора отсутствуют.
На основе опыта работы ВУХИНа по инвентаризации выбросов на КХП
предложена методика определения таких критериев на основе результатов расчетов рассеивания. Программы расчета рассеивания, помимо карт распределения
концентраций на местности и в расчетных точках, выдают перечень источников,
которые определяют уровень загрязнения в данной точке на местности. В зависимости от особенностей технологии, ситуации района размещения предприятия и
28
климатических характеристик местности перечень приоритетных источников на
разных КХП может отличаться.
Анализируя этот перечень по различным веществам можно определить наиболее опасные с точки зрения загрязнения атмосферы источники. Таким образом,
на основе объективных данных составляется приоритетный перечень источников,
который должен учитываться при разработке планов природоохранных мероприятий.
Глава 1.3 Исследования выбросов новых технологических процессов
коксохимической технологии
В технологии коксохимического производства разработан ряд новых технологических процессов, которым не была дана экологическая оценка. ВУХИНом
при участии автора проведены исследования выбросов установок термической
подготовки шихты, производства кокса в кольцевых печах, производства формованного кокса, сушки угольного флотоконцентрата в кипящем слое с анализом
технологии, составлением перечня источников выделения и выбросов, их классификации, определением качественных и количественных характеристик выбросов. На основе анализа полученных данных получена информация для экологических оценок при проектировании новых объектов с применением изученных процессов.
Часть 2
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ОЧИСТКИ ВЫБРОСОВ ОТ
ПЫЛИ
Глава 2.1 Исследование процессов улавливания коксовой пыли
Проблема борьбы с выбросами пыли представляет собой неотъемлемую составляющую экологических проблем на КХП. Особую остроту эта проблема приобрела с распространением УСТК, в комплексе которых появились новые источники пылевыделения, такие как загрузка и разгрузка камер тушения, а существующие источники (сортировка, транспортирование и отгрузка кокса) резко
ухудшили санитарное и экологическое состояние производства. Расчеты рассеивания пылевых выбросов при инвентаризации и нормировании на КХП с УСТК в
большинстве случаев показывают превышение допустимых концентраций пыли в
29
приземном слое воздуха селитебных зон, что представляет опасность для здоровья населения.
Анализ состояния проблемы на всех КХП с УСТК показал, что проблема
пылевых выбросов в первую очередь связана с выбором аппаратов для улавливания коксовой пыли. Применяемые циклоны при достаточно высоких технологических показателях подвержены абразивному износу и быстро выходят из строя.
Мокрые пылеуловители в ряде случаев работают не в оптимальных режимах по
расходам воды и воздуха, тоже подвержены абразивному износу. Существует
весьма сложная проблема замыкания циклов орошения. В этих условиях становится необходимым поиск и обоснование надежных и эффективных аппаратов
для улавливания коксовой пыли. При этом, исходя из достаточно эффективной
работы существующих циклонов и имея в виду необходимость ликвидации водно-шламового хозяйства пылеулавливания, сделан вывод о том, что предпочтение
следует отдать сухим методам и аппаратам.
Рис.5. Дисперсный состав коксовой пыли: 1 – от узла выгрузки УСТК бат. № 5 ККХЗ; 2 –
от узла выгрузки УСТК бат. № 6 ЗСМК (разгрузочное устройство); 3 – от узла выгрузки УСТК
бат. № 6 ЗСМК (кожух транспортера); 4 – от узла выгрузки УСТК, цех №2 ЧерМК; 5 – от узла
перегрузки 29к ЧерМК; 6 – от грохота "Гризли", цех № 2 ЧерМК.
95
90
80
70
60
Проход, %
50
40
30
20
10
5
1
2
3
4
5 6 7 8 9 10
15 20
30
Диаметр dч, мкм
40 50 60 70 80 90
150 200
300
30
Проведен сбор и анализ известных сведений и проведены специальные исследования физико-химических свойств угольной и коксовой пыли. В частности впервые получены данные о дисперсном составе пылей в газовых потоках
(рис. 5). Сделан вывод о возможности применения сухих методов очистки и
имеющихся ограничениях использования мокрых пылеуловителей.
Исходя из анализа существующих и перспективных конструкций сухих пылеуловителей, для проведения исследований отобраны типовые циклоны СДКЦН-33 и СЦН-40, нетиповые конструкции: циклоны НВГ, СДКН, СДКН-33, инерционные пылеуловители, электроциклон ЭНВГ, электрофильтр, компактный
трехпольный трубчатый электрофильтр ТТЭФ, электроскруббер и зернистый
фильтр со слоем кокса.
Проведен комплекс исследований различных пылеулавливающих аппаратов с определением их технологических параметров, определяющих область применения. Одной из целей исследований являлось определение условий надежной
работы пылеуловителей, прежде всего – отсутствие абразивного износа. Главная
особенность всех исследований на стендовых и промышленных установках заключается в проведении измерений дисперсного состава пыли в потоке и оценке
фракционных степеней очистки пылеуловителей.
В результате стендовых исследований циклонов СДК-ЦН-33, СДКН и НВГ
получены их технологические характеристики, которые определяют области их
применения. Сравнительные испытания циклонов СДК-ЦН-33 и СДКН в полузаводских условиях подтвердили результаты стендовых исследований.
Опытно-промышленные испытания циклонов СДК-ЦН-33-2000 на Кемеровском КХЗ подтвердили правильность расчетов, сделанных по результатам
стендовых исследований.
Разработана конструкция циклона СДКН-33, сочетающая достоинства высокоэффективного противоточного циклона СДК-ЦН-33 и прямоточного циклона
НВГ. Проведено исследование зависимостей степени очистки и гидравлического
сопротивления от геометрических параметров циклона СДКН-33, определены оптимальные соотношения размеров аппарата.
31
В результате стендовых исследований получены характеристики процесса
улавливания коксовой пыли в электроциклоне ЭНВГ, которые позволяют рекомендовать его применение на КХП.
Проведено исследование процесса электрогазоочистки, в результате чего
получены характеристики процесса улавливания коксовой пыли в электрофильтре, которые могут использоваться для расчета промышленных аппаратов. Выбраны типовые электрофильтры, которые могут применяться для улавливания коксовой пыли, и рассчитаны их ожидаемые технологические характеристики.
Результаты испытаний малогабаритного электрофильтра ТТЭФ и электроскруббера при улавливании коксовой пыли позволяют рекомендовать скрубберный вариант аппарата для установки на второй ступени очистки, что может позволить использовать очищенный воздух в качестве приточного, но требует организации оборотного цикла орошения.
Одним из перспективных способов сухого улавливания коксовой пыли является фильтрация через слой зернистого материала, в качестве которого предложено применять фракции кокса. На КХП имеется неограниченное количество материала для загрузки фильтра и нет проблем с регенерацией запыленного слоя.
Проведено исследование зернистого фильтра с различной крупностью коксовой загрузки, получены технологические характеристики процесса улавливания. Изучены зависимости степени очистки и гидравлического сопротивления от
крупности кокса и скорости фильтрации. Предложено объяснение полученных
результатов на базе физических представлений о процессе.
Полученные результаты неочевидны и обладают новизной. В первую очередь это относится к высокой степени очистки при относительно небольших потерях напора при обычных скоростях фильтрации или достаточной степенью очистки при повышенных скоростях фильтрации (Рис.6). Выявлена большая пылеемкость коксовой загрузки, достигающая для различных условий от 25 до 100 г/кг и
даже выше. Кроме того, обнаружен эффект высокой степени очистки в глубоких
слоях крупных фракций кокса, что исключает необходимость специальной подготовки фильтрующего материала и позволяет проводить процесс фильтрации в
бункерах кокса фракции 10÷25 мм без сооружения специальных аппаратов. Спе-
100
0,3
95
0,2
450
300
Пылеемкость кокса, г/кг
0,4
Степень очистки, %
Гидравлическое сопротивление, кПа
32
90
150
0,1
85
0
20
40
60
80
100
Длительность испытаний, час
1-степень очистки, 2-пылеемкость кокса, 3-гидравлическое сопротивление
Рис. 6. Характеристика процесса фильтрации через слой кокса фракции 10÷25 мм
циальные исследования показали, что коксовый орешек с уловленной пылью может без ограничений использоваться по прямому назначению в электротермических производствах.
На основе результатов исследований выполнены проектные проработки
промышленных аппаратов.
Для обеспечения нормативов выбросов при высокой запыленности очищаемых газов необходимо применение двухступенчатых схем пылеулавливания. На
основе анализа способов предварительной очистки запылённых потоков с повышенной концентрацией пыли сделан вывод о том, что наилучшие перспективы
применения на первой ступени очистки имеют простые инерционные пылеуловители. В результате стендовых испытаний трёх типов инерционных пылеуловителей, в том числе одной специально разработанной конструкции, показано, что
инерционные пылеуловители обеспечивают предварительное улавливание коксовой пыли с эффективностью до 50-60%.
33
Проведены стендовые испытания двухступенчатых систем пылеулавливания с инерционными пылеуловителями и циклонами, в результате которых показано, что при начальной запылённости до 10 г/м3 их применение позволяет обеспечить остаточную концентрацию пыли менее 100 мг/м3.
Исследованы режимы работы циклона типа СЦН-40. Показано, что он имеет
высокие технико-экономические показатели. Новый циклон рекомендован для
использования на второй ступени двухступенчатых систем обеспыливания аспирационного воздуха. Определены оптимальные технологические показатели, позволяющие прогнозировать эксплуатационные характеристики этого циклона.
Разработаны рекомендации по аппаратурному оформлению процессов
улавливания коксовой пыли из аспирационного воздуха, включающие двухступенчатые системы из циклонов при начальной запылённости до 4 г/м3 и трёхступенчатые системы с установкой на первой ступени инерционного пылеуловителя
при повышенных начальных концентрациях пыли. Дано обоснование применению одиночных циклонов вместо групповых. На основе рекомендаций разработано типовое технологическое задание "Аппараты и схемы сухого обеспыливания
аспирационного воздуха УСТК, коксосортировки и газов выдачи кокса".
Промышленная реализация рекомендаций по сухому улавливанию коксовой пыли включает:
- двухступенчатые установки (две
системы) очистки аспирационного воздуха
узла перегрузки кокса "4К" на Кемеровском КХЗ (рис.7). Эксплуатационные характеристики работы достаточно близки к
расчётным значениям. Общая фактическая
степень очистки составила 97,5% (расчёт-
воздух
ная 97,43%). В дальнейшем при неодно-
пыль
пыль
кратном обследовании и контроле работы
двухступенчатых систем циклонов подтверждалось практически полное соответ-
Рис.7. Двухступенчатая система пылеулавливания на ККХЗ
ствие расчетных и фактических показате-
34
лей. Обе системы циклонов отработали около 20 лет без абразивного износа и при
постоянных эксплуатационных показателях.
- в установке беспылевой выдачи кокса (УБВК) батарей №№3-4 Кузнецкого
меткомбината (КМК) на первой ступени установлена группа из двух типовых циклонов СК-ЦН-34 диаметром по 3,6 м,
для УБВК батарей №№3-4 Орско-
Халиловского меткомбината (ОХМК) применена двухступенчатая система из
двух последовательно установленных групп по два таких же циклона СК-ЦН-343600. По результатам обследования установлено, что эксплуатационные показатели работы циклонов близки к расчетным. При объеме очищаемых газов 98 тыс.
м3/ч общая степень очистки составила 96,6%, потери напора 4,39 кПа, остаточная
концентрация на выходе в атмосферу в момент выдачи 250 мг/м3, а с учетом требуемого ГОСТ 17.2.3.02-78 (п.4.3) осреднения за 20 минут – 18 мг/м3. В дальнейшей эксплуатации эффективность очистки практически не изменялась. На КМК и
ОХМК циклоны в составе УБВК отработали уже более 20 лет без существенных
замечаний.
- автором разработано ТЛЗ "Система очистки в электрофильтрах аспирационного воздуха объектов беспылевой выдачи кокса, сухого тушения и рассева
кокса коксовой батареи №11 Череповецкого меткомбината (ЧерМК)". Основу
технических решений и расчетов при разработке ТЛЗ составили результаты исследований процесса электрогазоочистки в ВУХИНе. На основе ТЛЗ спроектирована и сооружена установка из двух электрофильтров ЭГБМ1-17-7,5-4-4 для очистки газов выдачи кокса батарей 5-6 ЧерМК. При обследовании были установлены следующие эксплуатационные характеристики работы электрофильтров: производительность по газу 220 тыс. м3/ч; температура газа перед фильтром 20оС;
запыленность газа средняя за 20 мин до очистки – 0,48 г/м3, после очистки– 0,030
г/м3; степень очистки от пыли средняя 94,37%. По результатам обследования сделан вывод о том, что фактические характеристики режимов работы электрофильтров соответствуют проектным показателям. За 11 лет эксплуатации показатели работы электрофильтров практически не изменились.
- до ввода электрофильтров на батареях №№5 и 6 ЧерМК по разработкам
автора были сооружены две опытно-промышленные установки беспылевой выда-
35
чи кокса, отличающиеся конструкциями зонта с одинаковой локальной очисткой
в специальных циклонах СК-НВГ-1400. Эти установки отработали около двух лет
до пуска стационарной УБВК с электрофильтрами. С учетом полученного опыта
разработана конструкция и выполнен рабочий проект УБВК для батарей №№3-4
Московского коксогазового завода (МКГЗ). Расчетный объем аспирации 11 тыс.
м3/ч, очистка от пыли предусмотрена в циклоне СК-НВГ-1400 с расчетной степенью очистки 89,1%. Установка принята к реализации и полностью изготовлена.
- в комплексе батарей №№9-10 Нижнетагильского меткомбината (НТМК)
Гипрококс по рекомендациям и расчетам автора спроектировал двухступенчатую
систему пылеулавливания из одиночных циклонов большого диаметра СДК-ЦН33-4400 и СК-ЦН-34-4100 расчетной производительностью 100 тыс. м3/ч. Одиночные циклоны таких размеров в мировой практике не встречались. После наладки расход воздуха на выходе из системы составил 93,7 тыс. м3/ч, гидравлическое сопротивление - 3,4 кПа, а степень очистки при начальной концентрации 9,6
г/нм3 составила 95,71%, что близко к проектным показателям. С 1989 года система работает удовлетворительно, показатели остаются стабильными, абразивного
износа циклонов не обнаружено.
- для НТМК Свердловский институт охраны труда (СИОТ) с участием автора разработал рабочую документацию на систему аспирации узлов разгрузки камер №1-3 УСТК. В системе на первой ступени очистки применен одиночный
крупногабаритный циклон СДК-ЦН-33-3800. Проектная производительность 70
тыс. м3/ч, степень очистки 90%, гидравлическое сопротивление 2,2 кПа. По результатам обследования этот циклон при производительности около 45 тыс. м3/ч
обеспечивает степень очистки 92% при гидравлическом сопротивлении 1,9 кПа.
Циклон уже отработал более 10 лет без каких-либо проблем.
- для Магнитогорского меткомбината (ММК) по разработкам автора выполнена рабочая документация на установки очистки газов в составе систем аспирации коксосортировки батареи №9 (узлы выгрузки УСТК, загрузка камер УСТК и
УБВК, установка обеспыливания, валковые и инерционные грохоты коксосортировки, транспортеры, течки, бункера коксосортировки, погрузка кокса в ж.д. вагоны). Завод провел реконструкцию на двух системах: В-1 (выгрузка УСТК) и В-2
36
(загрузка камер УСТК и беспылевая выдача кокса). В системе В-1 применен циклон СК-ЦН-34-3500, в системе В-2 – СДК-ЦН-33–4200. Циклоны работают уже
более 15 лет.
Рекомендации по сухому пылеулавливанию использованы в ряде проектов
систем аспирации для многих заводов. Известны ряд случаев самостоятельного
применения заводами (ЧерМК, Новолипецкий МК, Кемеровский КХЗ, Алчевский
КХЗ и др.) разработок автора по сухому пылеулавливанию.
Глава 2.2 Исследование зависимости запылённости воздуха от объёмов
аспирации
На основе анализа характеристик работы различных аспирационных систем
показано, что во многих случаях объемы аспирации не имеют достаточного обоснования, что приводит к неоправданным энергетическим потерям и сооружению
громоздких пылеулавливающих установок.
Решение проблемы очистки аспирационного воздуха связано с необходимостью оптимизации объемов аспирации, т.е. определении такого объема отсоса,
при котором прекращается выделение взвешенных частиц пыли через неплотности укрытия. Эффект от оптимизации может выражаться в значительном (от 30%
до трех раз) сокращении объемов отсоса с соответствующим уменьшением запыленности аспирационного воздуха и размеров частиц, что обусловливает снижение требований к пылеуловителям.
Проведен промышленный эксперимент, в результате которого показано
(рис.8), что существует оптимальный объем аспирации, при котором решаются
проблемы уменьшения запыленности воздуха производственных помещений и
очистки выбросов аспирационного воздуха от пыли.
Полученная информация дала основание изменить существующий подход к
определению расходов воздуха в аспирационных системах на стадии их проектирования и обеспечить получение значительного экономического и экологического
эффекта.
8
95
6
75
55
4
35
2
0
4
8
12
16
Объем аспирационного воздуха Q, тыс.м3/ч
20
25
Концентрация пыли в воздухе помещения перегрузочной станции Св, мг/м3
+
Содержание пыли в аспирационном воздухе, г/м3
37
Рис.8. Влияние объёма аспирации на выделение пыли при перегрузке кокса
Глава 2.3 Исследование процессов беспылевой выдачи кокса и разработка новых технических решений
При проектировании УБВК основное внимание уделяется эффективности
очистки от пыли. Существующие установки требуют больших капитальных и
эксплуатационных затрат при низкой экологической эффективности.
На основе результатов обследований действующих УБВК и анализа известных технических решений сформулированы основные требования к УБВК и
условия обеспечения ее экологической и экономической эффективности, которые
позволили разработать новую концепцию УБВК, суть которой сводится к решению в первую очередь аспирационных задач; очистка от пыли зависит от решения
первой задачи. В новую концепцию входят следующие принципы:
- уплотнение стыков зонта, коксонаправляющей и приемного вагона, обеспечивающие минимизацию подсоса атмосферного воздуха в зону выхода из печи
и обрушивания коксового пирога;
- учет энергии конвективных и эжекционных потоков газов при выдаче;
38
- уменьшение зоны эжекции воздуха падающим коксом за счет применения
двойного укрытия;
- уменьшение объема аспирации зоны выдачи за счет щелевого отсоса;
- устройство инерционного пылеотделителя непосредственно внутри зонта;
- определение необходимой степени очистки выбросов с учетом осреднения
и экологических требований;
- очистка образующихся выбросов до требуемых норм без образования вторичных отходов (шламовых вод);
- возможность монтажа разработанных систем на действующих коксовых
батареях при минимальных объемах реконструкции и без остановки работы.
На основе этих принципов задачи исследования представлены следующим
образом:
- создание физической и математической моделей процесса пылеобразования и аэродинамических течений под зонтом, расчет оптимального объема аспирации зонта;
- создание принципиально новой конструкции УБВК;
- разработка вариантов конструкций зонта, учитывающего влияние конвективных потоков;
- обоснование выбора и расчет пылеуловителей;
- расчет экологической эффективности УБВК;
- разработка проектов УБВК для конкретных объектов.
На основе анализа физических процессов при выдаче кокса сделан вывод о
том, что образующееся при выдаче газопылевое облако представляет собой нагретый атмосферный воздух, подсасываемый в конвективный поток, возникающий
над поверхностью раскаленного кокса.
Дисперсный анализ частиц пыли в аспирируемом воздухе стационарных
УБВК показал, что в потоке имеются очень крупные частицы, что указывает на
завышенные объемы аспирации. В связи с этим необходимо решить задачу оптимизации расхода отсасываемого воздуха путем организации потоков под зонтом.
Разработана математическая модель процессов теплообмена в движущейся
среде с учетом аэродинамических и тепловых характеристик коксовых частиц, на
39
основе которой выполнен расчет теоретически необходимого объема аспирации
зонта и определены зависимости этого объема от влияющих факторов. Расчетный
объем аспирации зоны выдачи кокса оказался во много раз меньше, чем обычно
принимаемый для УБВК. Опытно-промышленная проверка на батареях №№5-6
КХП ЧерМК показала, что расчетная величина объема аспирации достаточно
близка к оптимальной. Тем самым подтверждена справедливость разработанной
математической модели процесса.
Проведены исследования нескольких УБВК в промышленном масштабе, в
результате которых получены новые данные о характеристиках газопылевых потоков в установках беспылевой выдачи кокса. Разработан новый подход к определению необходимой степени очистки газов выдачи от пыли с учетом требуемого
нормативными документами осреднения периодических выбросов. Расчетами
требуемой степени очистки от пыли с учетом осреднения показано, что для достижения санитарных норм на выбросе в атмосферу нет необходимости в высокоэффективных аппаратах и достаточно применения простых пылеуловителей.
На основе новой концепции и результатов исследований дано научное
обоснование и сформулированы основные технические решения по элементам
конструкции УБВК, обеспечивающие эффективное и экономичное решение проблемы выбросов пыли при выдаче кокса из печных камер. При непосредственном
участии автора выполнен ряд проектных разработок. Разработаны технические
проекты локальных УБВК для батарей №№5-6 ЧерМК, которые содержат ряд
принципиально новых решений. В процессе опытно-промышленной эксплуатации
установок получены данные, подтверждающие правильность выбранного направления. По результатам инструментальных измерений, проведенных при обследовании установки на батарее №5, валовый выброс при выдаче (организованный и
неорганизованный) при производительности 10 тыс. м3/ч почти в 2 раза меньше,
чем на стационарной УБВК производительностью 100 тыс. м3/ч.
Полученные данные использованы при разработке технического проекта и
рабочей документации УБВК для батарей №№3-4 МКГЗ. Расчетами убедительно
показаны преимущества новой установки, обеспечивающей снижение валового
40
выброса пыли по сравнению с УБВК Гипрококса по меньшей мере в 3 раза при
одновременном уменьшении мощности дымососа с 800 до 11 кВт.
Для батарей 9-10 НТМК объемом 41,3 м3 со стационарной УБВК по проекту
Гипрококса с целью определения перспектив применения разработанных решений был спроектирован и изготовлен новый зонт. Существенное отличие новой
конструкции зонта от известных заключается в том, что в ней использован эффект
частичного "погашения" энергии конвективного пылегазового потока эжекционной энергией, передаваемой воздуху при аэродинамическом взаимодействии его с
падающим в стесненных условиях коксом. Исходя из полученных в процессе испытаний новых данных, сделан вывод о том, что новая конструкция зонта позволяет обеспечить высокую степень локализации выбросов при уменьшении запыленности аспирируемых газов и размеров удаляемых из зоны выдачи пылевых
частиц. При этом эффект достигается при расходах аспирируемых газов (а, значит, и затратах энергии) в несколько раз меньших, чем на лучших отечественных
и зарубежных образцах УБВК.
В проекте УБВК для батареи №7 КХП ЧелМК использованы все предыдущие результаты исследований. Оборудование локальной УБВК (зонт, пылеуловители и вентиляторы) размещается на площадке, соединенной с двересъемной машиной и перемещающейся вместе с ней. Для уменьшения нагрузки на рельсы
двересъемной машины и рабочую площадку батареи площадка УБВК опирается
на третий рельс, проложенный по эстакаде за путями тушильного вагона. Отсос
запыленного воздуха производится от трех мест: щелевого зонта над тушильным
вагоном, от коксонаправляющей и от навеса в сторону тушильной башни. Все отсосы объединяются в общий воздуховод, который соединен с пылеуловителями, в
качестве которых применены две группы по 2 циклона СК-ЦН-34-1300. Очищенный воздух дымососами выбрасывается в атмосферу.
Предусмотрены дополнительные мероприятия, повышающие эффективность локализации выброса, в том числе установка 3 поперечных перегородок в
тушильном вагоне, наращивание бортов вагона, установка вертикальной металлической шторки по краю горизонтальных площадок со стороны эстакады.
41
Техническая характеристика установки: общий объем аспирации – около
35 тыс.м3/час, прогнозируемая степень локализации выброса – не менее 90%, расчетная степень очистки в циклонах – 90,4%, общий выброс при выдаче кокса на
батарее №7 уменьшится более чем в 9 раз.
Применительно к батарее №5 ОАО «Алтай-кокс» задача создания УБВК
на основе новой концепции осложнялась тем, что здесь впервые объем печных
камер составляет 51 м3 и применена двересъемная машина портального типа,
имеющая значительные габариты и насыщенная механизмами в районе размещения корзины коксонаправляющей. Проект стационарной УБВК, выполненный
Гипрококсом, предусматривал отсос газов выдачи с подключением к стационарному коллектору длиной 210 м, соединенному с системой пылеулавливания. Очистка предусмотрена в инерционном пылеуловителе (степень очистки 75%), и в
трех рукавных фильтрах ФРИ-1250 общей производительностью 140 тыс. м3/ч.
Суммарная установленная мощность трех дымососов 750 кВт.
С учетом очевидных недостатков проекта ВУХИНом было предложено
изменить конструкцию УБВК на локальную с использованием частичного "погашения" энергии тепловой тяги эжекционной энергией. Эти предложения были
приняты заводом к реализации.
Размещение обычного или двойного зонта в условиях перекрытия пространства над местом выдачи кокса несколькими площадками с размещенными на
них механизмами весьма проблематично. Наиболее реальным является установка
аспирационных отсосов, из которых два размещаются непосредственно над вагоном и проходят сквозь проемы в площадке, а третий предназначен для аспирации
выбросов от коксонаправляющей. С учетом значительных габаритов портальной
машины предусмотрены две одинаковые системы аспирации с двух сторон машины.
УБВК вписана в конструкцию портальной двересъемной машины. В двересъемной машине размещены отсосы от мест пыления при движении кокса в
коксонаправляющей и при рассыпании кокса в тушильном вагоне. Отсасываемые
запыленные газы поступают в прямоточный циклон-разделитель, откуда очищенная от пыли часть газа направляется на создание воздушной завесы над вагоном, а
42
вторая часть газа с высокой концентрацией пыли поступает на очистку в высокоэффективные циклоны типа СК–ЦН–34 и дымососами выбрасывается в атмосферу. Для уменьшения перетоков горячего запыленного воздуха при выходе вагона
из зоны аспирации, в вагоне установлены 2 поперечные перегородки.
Данный вариант существенно отличается от ранее разработанных решений
УБВК с применением двойного зонта. Это обусловлено тем, что в данном случае
место выдачи практически перекрыто площадками портальной машины, что в определенной степени способствует локализации выброса, поскольку препятствует
подсосу атмосферного воздуха и развитию теплового потока над поверхностью
горячего кокса. С другой стороны неизбежно возникающий тепловой поток создает повышенное давление под площадкой и запыленные газы будут проникать
через лестничные и монтажные проемы и неплотности, создавая высокий уровень
загрязнения воздуха рабочих мест. Для предотвращения этого явления и выброса
пыли в атмосферу вместо установки зонта производится окожушивание площадки
снизу, а повышенное давление газов снимается за счет аспирационных отсосов,
размещенных на возможных путях выхода газов и подключенных к дымососу.
Кроме того, по периметру зоны выдачи создается зона повышенного давления
(воздушная завеса), препятствующая подсосам атмосферного воздуха. С целью
уменьшения объемов аспирации производится уплотнение зазора между кожухом
площадки и вагоном путем установки металлических штор и щитков.
Производительность одной системы с циклонами – 20 тыс. м3/ч, мощность
дымососа 25 кВт. Степень локализации выбросов – не менее 85%. Производительность обратной линии на создание воздушной завесы – 20 тыс. м3/ч, мощность вентилятора 10 кВт. Начальная концентрация пыли 4 г/м3, концентрация
пыли на выхлопе в атмосферу в момент выдачи 0,32 г/м3, степень очистки 96%.
Выброс пыли в атмосферу 1,78 г/с, т.е. меньше, чем из высокопроизводительной
УБВК стационарного типа.
Таким образом, промышленные испытания технических решений, основанных на новой концепции УБВК, подтвердили правильность принятого направления и теоретических выводов. Результаты исследований использованы в ряде
43
проектов новых УБВК, у которых расчетные показатели экологической и экономической эффективности выше, чем у существующих установок.
Глава 3 Оценка экологической и экономической эффективности
Результаты разработки нормативно-методических основ инвентаризации
источников выбросов на КХП не поддаются прямой экономической оценке. Эффект заключается в том, что предприятия получили нормативно-методическую
базу для определения параметров выбросов в атмосферу при учете, нормировании
и платежах за загрязнение атмосферы выбросами действующего производства.
Это привело к единообразному представлению источников, позволило устранить
грубые ошибки, повысить объективность данных, облегчить и упростить работу
экологических служб предприятий.
Разработанные технологии сухого пылеулавливания экономически высокоэффективны.
Фактический экономический эффект за счет уменьшения капитальных и
эксплуатационных затрат при внедрении циклонов первой ступени очистки в составе аспирационных систем перегрузочной станции "4К" на ККХЗ в ценах 1984
года составил 5,25 тыс. руб. в год (в ценах 2006 года - около 1 250 тыс. руб. в год).
Внедрение циклонов СДКН-33 в качестве второй ступени очистки обеспечило получение фактического экологического эффекта от уменьшения ущерба
народному хозяйству в размере 477,4 тыс. руб. в год в ценах 1984 г., или 23 870
тыс. руб. в год в ценах 2006 г.
Фактический суммарный экологический эффект от внедрения одной двухступенчатой схемы очистки на ККХЗ в ценах 1984 года составил 1 966,5 тыс. руб.
в год (в ценах 2006 года - около 98 325 тыс. руб. в год), для двух систем, соответственно, 3 933 и 196 650 тыс. руб. в год.
Расчетная величина отраслевого экономического эффекта от замены мокрых пылеуловителей сухими в расчете на один миллион тонн кокса сухого тушения составляет 41,695 тыс. руб. в ценах 1984 г., или 2 081,25 тыс. руб. в ценах
2006 г.
44
Заключение
Основные результаты исследований, составляющие научную новизну заключаются в следующем:
1. Разработаны новые методы и установки для определения характеристик
неорганизованных и специфичных источников выбросов КХП, проведен комплекс исследований и получены новые данные о количественных и качественных
характеристиках выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух существующих и новых технологических процессов коксохимического производства.
2. Созданы научно-методические основы инвентаризации источников выбросов в атмосферу на коксохимических предприятиях, включая классификацию
источников выбросов; обоснование перечня загрязняющих веществ; методики определения выбросов неорганизованных и специфических источников на основе
экспертных оценок и применения объектов-аналогов; среднеотраслевые удельные
выбросы на тонну продукции и нормы проектирования (раздел "Защита атмосферы"); способ интерпретации источников выбросов коксовых батарей при расчетах рассеивания; способы обработки, проверки и представления данных инвентаризации; методику выбора приоритетных (первоочередных) атмосфероохранных
мероприятий, "Инструкцию по проведению инвентаризации выбросов в атмосферу на коксохимических предприятиях".
3. Проведен комплекс исследований процессов улавливания коксовой пыли
в различных аппаратах (циклонах, электроциклонах, электрофильтрах, зернистых
фильтрах и др.), получены новые данные, позволяющие рассчитывать промышленные пылеуловители. Впервые получены данные о дисперсном составе частиц в
газовых потоках. Дано обоснование применения сухих методов улавливания коксовой пыли и разработаны рекомендации по системам пылеулавливания.
4. Проведены исследования работы промышленных пылеуловителей, подтвердившие достоверность использованных подходов и расчетных зависимостей.
5. Исследованы процессы аспирации объектов транспортирования и рассева
кокса сухого тушения, установлены условия оптимизации объемов аспирации по
экологическим и экономическим показателям.
45
6. Дано теоретическое обоснование и предложена новая концепция беспылевой выдачи кокса, разработана новые технология и техника, обеспечивающие
высокую эффективность при минимальных капитальных и текущих затратах.
Практическое значение разработок заключается в решении общеотраслевых научно-технических проблем методического обеспечения инвентаризации
выбросов и борьбы с пылевыми выбросами на коксохимических предприятиях.
Основное содержание и результаты исследований опубликованы в работах:
1. В.Т. Стефаненко. Очистка от пыли газов и воздуха на коксохимических предприятиях. - М., Металлургия, 1991.- 72с.
2. М.В. Деменко, М.А. Зайденберг, В.Т. Стефаненко. Природоохранная деятельность на предприятии// Методическое пособие. – Екатеринбург. - 1999. – 154с.
3. Стефаненко В.Т. Обеспыливание аспирационного воздуха при сухом тушении
кокса / В.Т. Стефаненко, Т.В. Лысенко, Т.И. Воронкова, О.Л. Грачева// Кокс и
химия. – 1983. - №3. - С.38-40.
4. Карандашова Г.В. К методике паспортизации источников выбросов в атмосферу на коксохимических предприятиях / Г.В. Карандашова, О.В. Нечаева, М.А.
Зайденберг, В.Т. Стефаненко// Кокс и химия. – 1983. - №5. - С.48-54.
5. Зайденберг М.А. Определение выбросов из кольцевой печи Московского коксогазового завода при коксовании слабоспекающихся углей / М.А. Зайденберг,
В.Д. Глянченко, В.Т. Стефаненко, О.В. Нечаева, Р.М. Тутынина, Ю.В. Пушкарев, В.Н. Алексашин, М.Н. Горшкова// Кокс и химия. – 1984. - №3. - С.21-23.
6. Папков Г.И. Очистка и обезвреживание газовых выбросов коксохимического
производства/Г.И. Папков, А.С. Малыш, Э.А. Штейнберг, Г.В. Карандашова,
М.А. Зайденберг, В.Т. Стефаненко, Г.С. Ухмылова// Экспресс-информация, М.,
Информсталь. – 1984. - №20. - 17с.
7. Зайденберг М.А. Определение выбросов вредных веществ из кольцевой печи
Московского коксогазового завода при коксовании промпродукта обогащения
Ткибульского угля / М.А. Зайденберг, В.Д. Глянченко, О.В. Нечаева, Р.М. Тутынина, Т.И. Воронкова, В.Н. Алексашин, В.Т. Стефаненко, Ю.А. Королев//
Кокс и химия. – 1985. - №1. - С.19-20.
46
8. Полякова Н.И. Улавливание коксовой пыли в трехпольном трубчатом электрофильтре и электроскруббере / Н.И. Полякова, Н.В.Инюшкин, В.Т. Стефаненко,
А.Е. Замураев// Кокс и химия, 1985, №3, С. 45-46.
9. Стефаненко В.Т. Циклоны для улавливания коксовой пыли / В.Т. Стефаненко,
Т.В. Лысенко, Л.М. Новиков// Кокс и химия. – 1985. - №5. - С.41-42.
10.
Стефаненко В.Т. Улавливание коксовой пыли в циклонах / В.Т. Стефаненко,
Т.В. Лысенко, Т.И. Воронкова// Промышленная и санитарная очистка газов. –
1985. - №4. - С.9-11.
11.
Евзельман И.Б. Сокращение выбросов бензола из воздушников технологи-
ческих аппаратов методом контакта с охлажденным конденсатом / И.Б. Евзельман, В.Т. Стефаненко, В.М. Кагасов и др.// Кокс и химия. – 1986. - №2. - С.3133.
12.
Стефаненко В.Т. Испытания циклонов СДК-ЦН-33 для улавливания коксо-
вой пыли / В.Т. Стефаненко, Т.И. Воронкова, Т.В. Лысенко, А.В. Фарафонтов,
А.Л. Штейн, И.С. Хлевной// Кокс и химия. – 1986. - №6. - С.40-41.
13.
Нечаева О.В. Исследование выбросов в атмосферу при выдаче кокса / О.В.
Нечаева, Р.М. Тутынина, М.А. Зайденберг, Т.И. Воронкова, Т.В. Лысенко, В.Т.
Стефаненко, В.К. Малевич, В.И. Кочкина// Кокс и химия. –1987. - №8. -С.54-55.
14.
Стефаненко В.Т. Двухступенчатая система улавливания коксовой пыли /
В.Т. Стефаненко, Т.И. Воронкова, А.И. Комоликов, А.В. Фарафонтов, А.Л.
Штейн, И.С. Хлевной// Кокс и химия. – 1988. - №6. - С.52-53.
15.
Комоликов А.И. Оптимизация объемов аспирации при перегрузках кокса
сухого тушения / А.И. Комоликов, Т.И. Воронкова, В.Т. Стефаненко, Г.В. Яковлева// Кокс и химия. – 1989. - №6. - С.59-60.
16.
Нечаева О.В. Уменьшение пылевыделений при выдаче кокса / О.В. Нечаева,
Р.М. Тутынина, М.А. Зайденберг, В.Т. Стефаненко, Т.И. Воронкова, В.И. Кочкина // Кокс и химия. - 1989. - №11. - С.54-56.
17.
Стефаненко В.Т. Сокращение выбросов в атмосферу из аспирационных сис-
тем / В.Т. Стефаненко, М.А. Зайденберг, В.Д. Олифер, С.А. Лазарева// Кокс и
химия. – 1991. - №3. - С.64-65.
47
18.
Зайденберг М.А. Экспертная оценка степени газоплотности дверей, люков и
стояков коксовых печей / М.А. Зайденберг, М.Ю. Посохов, В.Т. Стефаненко,
О.В. Нечаева, Р.М. Тутынина// Кокс и химия. – 1991. - №8. - С.34-35.
19.
Зайденберг М.А. Определение неорганизованных выбросов на коксовых ба-
тареях / М.А. Зайденберг, В.Т. Стефаненко, О.В. Нечаева, Р.М. Тутынина// Кокс
и химия. – 1991. - №9. - С.43-45.
20.
Стефаненко В.Т. О проектировании установок беспылевой выдачи кокса /
В.Т. Стефаненко, М.А. Зайденберг, И.С. Хусанов, Ф.Н. Абулгасов, Т.В. Костоусова// Кокс и химия. – 1992. - №8. - С.30-32.
21.
Стефаненко В.Т. Сокращение выбросов в атмосферу из емкостей химиче-
ских цехов / В.Т. Стефаненко, И.С. Хусанов, М.А. Зайденберг, Ф.Н. Абулгасов,
Л.Е. Антоновская// Кокс и химия. – 1995. - №12. - С.31-33.
22.
Стефаненко В.Т. Снижение выбросов пыли на коксохимических предпри-
ятиях / В.Т. Стефаненко, Ф.Н. Абулгасов, В.Д. Олифер, Н.П. Попова, С.А. Лазарева// Кокс и химия. – 1997. - №8. - С.25-30.
23.
Стефаненко В.Т. О беспылевой выдаче кокса//В.Т. Стефаненко, М.А. Зай-
денберг, Ф.Н. Абулгасов, И.С. Хусанов, Т.В. Костоусова, В.Д. Олифер / Кокс и
химия. – 2000. - №11-12. - С.33-35.
24.
Стефаненко В.Т. Обеспыливание выбросов в коксохимическом производст-
ве / В.Т. Стефаненко, М.А. Зайденберг, В.Д. Олифер// Кокс и химия. – 2001. №3. - С.69-71.
25.
Олифер В.Д. Испытания зонта беспылевой выдачи кокса / В.Д. Олифер,
Н.А. Щукина, Р.Р. Гилязетдинов, А.П. Волков, В.Т. Стефаненко, Ф.Н. Абулгасов// Кокс и химия. – 2003. - №2. - С.36-37.
26.
Сухоруков В.И. О некоторых проблемах локализации и обезвреживания
выбросов в коксовом производстве / В.И. Сухоруков, С.Г. Стахеев, В.Т. Стефаненко, Я.Б. Куколев// Кокс и химия. – 2006. - №3. - С.54-57.
27.
Стефаненко В.Т. О комплексном подходе к разработке способов снижения
выбросов пыли / В.Т. Стефаненко, В.Д. Олифер, Н.П. Попова// Кокс и химия. –
2006. - №3. - С.58-61.
48
28.
Мишарин А.В. О параметрах некоторых источников выбросов в атмосферу
на коксохимических предприятиях / А.В. Мишарин, А.А. Кауфман, В.Т. Стефаненко, Л.Е. Антоновская, М.А. Зайденберг// Кокс и химия. – 2006. - №7. - С.4143.
29.
Устройство для снижения выбросов вредных веществ при выдаче кокса из
горизонтальных коксовых печей / Олифер В.Д., Стефаненко В.Т.//Патент
№2088629/Россия/ - Заявл. 05.01.95, №95100109; опубл. в Б.И. 27.08.97, №24,
МКИ С10В 33/00.
30.
Устройство для снижения выбросов вредных веществ при выдаче кокса из
коксовых печей / Олифер В.Д., Попова Н.П., Самоделкина Н.А., Стефаненко
В.Т.//Патент №2177976/Россия/ - Заявл. 04.09.2000, №2000123012/12; опубл. в
Б.И. 10.01.2002, №1, МКИ С10В 33/00.