Оценка фракционного состава промышленной пыли, поступающей в атмосферу города

Инженерный вестник Дона, №4 (2015)
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2015/3442
Оценка фракционного состава промышленной пыли, поступающей
в атмосферу города
(на примере пыли, выделяющейся от электросталеплавильной печи)
Н.М. Сергина, Д.В. Азаров, Е.А. Калюжина, И.А. Гвоздков
Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет
Аннотация: В Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете
(ВолгГАСУ) на протяжении многих лет проводятся исследования фракционного состава
и свойств пыли, поступающей в городскую воздушную среду от источников различных
производств. В настоящей статье приводятся результаты такой оценки для пыли,
выделяющейся в атмосферу города при плавке стали в дуговых электропечах.
Ключевые слова: дуговая сталеплавильная печь (ДСП), пыль, фракционный состав,
интегральная функция прохода, медианный диаметр, микроскопический анализ.
Интенсивное развитие инфраструктуры привело к тому, что во многих
крупных городах промышленные предприятия, построенные в прошлом веке,
оказались в непосредственной близости от жилой застройки. В связи с этим,
а также с учетом того, что в России с 2010 г. ужесточены гигиенические
нормативы в отношении содержания мелкодисперсных пылевых частиц в
воздушной
среде
населенных
мест,
особую
значимость
приобрели
исследования, направленные на изучение фракционного состава пыли,
содержащейся, как в выбросах в атмосферу от источников предприятий, так
и в атмосферном воздухе на застроенных территориях [1-3] .
Рассмотрим для примера результаты оценки фракционного состава
пыли, выделяющейся в период плавки в дуговой электропечи и выпуска
стали. По данным, приведенным в [4-6], фракционный состав пыли при
отсутствии
подавления
выбросов
характеризуется размерами
частиц,
показанными в табл. 1. По результатам исследований гранулометрического
состава
пыли,
выделяющейся
от
электросталеплавильных
печей,
проведенных институтом «ВНИПИЧерметэнергоочистка», установлено, что
Таблица №1
© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015
Инженерный вестник Дона, №4 (2015)
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2015/3442
Фракционный состав пыли, выбрасываемой из дуговой электропечи
при плавке и выпуске стали по [4-6]
Размер частиц, мкм
0,3
Частицы размером меньше
данного, массовая доля %
расплавление
2
выпуск стали 20-45
0,5
1,0
2,5
5
10
7
20-60
18
28-75
50
30-80
60
40-85
65
-
в значительной мере размер пылевых частиц определяется условиями
кристаллизации
испарившихся
элементов
ванны.
Например,
мелкодисперсная пыль с содержанием частиц диаметром менее 10 мкм до
90% образуется в период расплавления и кипения при открытом рабочем
окне, когда в печь подсасывается воздух, что приводит резкому охлаждению
паров [7]. Доля крупных частиц увеличивается (масса частиц с диаметром
более 40 мкм составляет 15%) во время доводки. Это обусловлено тем, что в
этом периоде печь максимально герметизируют, и создаются условия для
коагуляции пылевых частиц за счет диффузии [7].
При
проведении
собственных
исследований
был
применен
микроскопический метод дисперсионного анализа [8, 9], выполняемый по
разработанной в ВолгГАСУ методике [10]. Обработка результатов анализа
осуществлялась с использованием программы обработки изображений
частиц DUST 1, также разработанной в ВолгГАСУ (свидетельство о
государственной регистрации программы для ЭВМ DUST 1 №2014618468 от
24.08.2014 г.).
Для проведения анализа пробы пыли отбирались в воздуховодах
систем локализации и очистки выбросов, обслуживающих печи ДСП-125 и
ДСП-150 в следующих точках: в газоходе (после четвертого сводового
отверстия); после подкрышного зонта (на расстоянии 20,6 м от ДСП-150);
после надвижного зонта (на расстоянии 8,34 м от ДСП-125). Результаты
микроскопического
анализа
в
виде
построенных
в
вероятностно-
© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015
Инженерный вестник Дона, №4 (2015)
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2015/3442
логарифмической сетке координат интегральных функций прохода [8-10]
показаны на рис. 1.
2
1
3
4
Рис. 1. – Интегральные функции прохода для частиц пыли, отобранной:
1 – после очистки в рукавном фильтре (выброс в атмосферу); 2 – в системе
локализации вредных выделений после подкрышного зонта; 3 - в системе
локализации вредных выделений после надвижного зонта; 4 – в газоходе
(после четвертого сводового отверстия)
Полученные результаты показывают, что размеры пылевых частиц,
выделяющихся от дуговой электропечи, изменяются в пределах от 0,6 до 80
мкм. При этом на долю частиц с размерами до 20 мкм приходится 2%, массы,
и медианный диаметр составляет 55 мкм. Размеры пыли, улавливаемой
зонтами систем локализации и очистки вредных выделений, составляют 0,713 мкм при медианном диаметре 5-7,5 мкм. На долю частиц с размерами до
10 мкм приходится от 90% до 100%, массы. Частицы пыли, выбрасываемой в
атмосферный воздух после очистки в рукавном фильтре, имеют размеры от
0,6 до 4 мкм при значении медианного диаметра 2,5 мкм.
Вместе с тем, результаты визуального обследования показали, что
вытяжные зонты, устанавливаемые в системах локализации вредных
© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015
Инженерный вестник Дона, №4 (2015)
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2015/3442
выделений от электросталеплавильной печи, работают с недостаточной
эффективностью, вследствие чего часть пылевыделений попадает в объем
цеха (рис. 2), и затем поступает без очистки в атмосферу через неплотности в
ограждениях.
Рис. 2. - Пылевыделения через межэлектродные отверстия ДСП-200
в
объем
электросталеплавильного
цеха
при
неэффективной
работе
вытяжного зонта
Поэтому также была проведена оценка фракционного состава пыли,
поступающей в объем цеха, результаты которой в виде построенных в
вероятностно-логарифмической сетке координат интегральных функций
прохода показаны на рис. 3. Представленные данные свидетельствуют о том,
что поступающая в помещения цеха пыль имеет размеры от 3 до 18 мкм при
© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015
Инженерный вестник Дона, №4 (2015)
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2015/3442
Рис. 3. – Интегральные функции прохода для частиц пыли, отобранной
в воздухе электросталеплавильного цеха
медианном диаметре 11 мкм. Доля массы частиц с размерами менее 10 мкм
составляет 40%.
а
б
Рис. 4. - Интегральные функции прохода для частиц пыли, отобранной
в теплый период года в воздушной среде городской жилой застройки:
а – фоновые значения; б – в период плавки
Для оценки влияния выбросов электросталеплавильного цеха на
качество городской воздушной среды были отобраны пробы пыли,
© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015
Инженерный вестник Дона, №4 (2015)
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2015/3442
содержащейся в воздухе на территории жилой застройки в разные периоды
года. В качестве примера на рис. 4 показаны полученные данные о
фракционном составе пыли в теплый период года. Результаты исследований
показали, что в период плавки процентная доля мелкодисперсных частиц
возрастает по сравнению с фоновыми значениями: доля частиц с размерами
до 10 мкм (РМ10) увеличивается от 15% (рис. 4, а) до 40% (рис. 4, б); доля
частиц с размерами до 2,5 мкм (РМ2,5)изменяется от 0% (рис. 4, а) до 0,7%
(рис. 4, б). Это приводит к превышению гигиенических нормативов по
содержанию мелкодисперсных пылевых частиц в воздушной среде города
даже при соблюдении нормативного уровня по содержанию в атмосферном
воздухе твердых частиц.
Литература
1.
Газинцева
Л.З.
Анализ
состояния
атмосферного
воздуха
в
промышленных городах Ростовской области // Инженерный вестник Дона,
2012, №4. Ч. 2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4р2у2012/1202/.
2. Николенко М.А., Неумержицкая Н.В., Сергина Н.М., Белоножко
М.В. О результатах оценки воздействия на качество атмосферного воздуха и
об
определении
необходимой
степени
очистки
пылевых
выбросов
асфальтобетонных заводов // Инженерный вестник Дона, 2015, №3. URL:
ivdon.ru/magazine/archive/n3у2015/3052/.
3. Pasquill F. Atmospheric Dispersion Parameters in Gaussian Plume
Modeling: Part П. Possible Requirements for Change in the Turner Workbook
Values. ЕРА-600/4-76-030b. U.S. Environmental Protection Agency. 1976. 44 р.
4. Андоньев С.М., Филипьев О.В. Пылегазовые выбросы предприятий
черной металлургии. М.: Металлургия, 1979. 192 с.
5. Strauss W. The principles and practice of the control of gaseous and
particulate emissions. Oxford-New York-Toronto-Sydney-Paris–Braunschweig:
Pergamon press, 1976.
© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015
Инженерный вестник Дона, №4 (2015)
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2015/3442
6. Marchand D. Possible Improvement to Dust Collection in Electric Steel
Plants and Summary of All Planned and Existing Collection Systems in the Federal
Republic of Germany-Ironmaking & Steelmaking (4) (1976).
7. Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной
металлургии. М.: Металлургия, 1984. 340 с.
8. Градус Л.Я. Руководство по дисперсионному анализу методом
микроскопии. М.: Химия, 1979. 232 с.
9. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных
пылей и измельченных материалов. Л.: Химия, 1987. 264 с.
10. Азаров В. Н., Юркъян О. В. Сергина Н. М. Методика
микроскопического анализа дисперсного состава пыли с применением
персонального
компьютера
(ПК)
//
Законодательная
и
прикладная
метрология. 2004. №1. С. 46-48.
References
1. Gazinceva L.Z. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2013. №4.
URL:
ivdon.ru/magazine/archive/n4р2y2012/1202/.
2. Nikolenko M.A., Neumerzhickaja N.V., Sergina N.M., Belonozhko M.V.
Inzhenernyj
vestnik
Dona
(Rus),
2015,
№3.
URL:
ivdon.ru/magazine/archive/n3y2015/3052/.
3. Pasquill F. Atmospheric Dispersion Parameters in Gaussian Plume
Modeling: Part П. Possible Requirements for Change in the Turner Workbook
Values. ЕРА-600/4-76-030b. U.S. Environmental Protection Agency. 1976. 44 р.
4. Andon'ev S.M., Filip'ev O.V. Pylegazovye vybrosy predprijatij chernoj
metallurgii [Pylegazovy emissions of the enterprises of ferrous metallurgy]. M.:
Metallurgija, 1979. 192 р.
© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015
Инженерный вестник Дона, №4 (2015)
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2015/3442
5. Strauss W. The principles and practice of the control of gaseous and
particulate emissions. Oxford-New York-Toronto-Sydney-Paris–Braunschweig:
Pergamon press, 1976.
6. Marchand D. Possible Improvement to Dust Collection in Electric Steel
Plants and Summary of All Planned and Existing Collection Systems in the Federal
Republic of Germany-Ironmaking & Steelmaking (4) (1976).
7. Judashkin M.Ja. Pyleulavlivanie i ochistka gazov v chernoj metallurgii
[Pyleulavlivaniye and purification of gases in ferrous metallurgy]. M.:
Metallurgija, 1984. 340 р.
8. Gradus L.Ja. Rukovodstvo po dispersionnomu analizu metodom
mikroskopii [Guide to the dispersive analysis of a microscopy method].
M.:
Himija, 1979. 232 р.
9. Kouzov P.A. Osnovy analiza dispersnogo sostava promyshlennyh pylej i
izmel'chennyh materialov [Bases of the analysis of disperse structure industrial
pyly and the crushed materials]. L.: Himija, 1987. 264 р.
10. Azarov V. N., Jurk#jan O. V. Sergina N. M. Zakonodatel'naja i
prikladnaja metrologija. 2004. №1. рр. 46-48.
© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015