Контроль эффективности систем очистки отходящих газов в производстве огнеупорных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контроль эффективности систем очистки отходящих газов в производстве огнеупорных материалов

Ю.А. Каганова

Российский университет дружбы народов Российская Федерация, 115093, Москва

Статья содержит анализ технических способов удаления пыли из помещений цеха по производству алюмосиликатных изделий полусухого и пластичного формования для футеровки печей сталеплавильного производства, цементной, стекольной, химической промышленности, а также по производству шамота и молотых материалов. Рассмотрены основные причины загрязнения воздушной среды в процессе производства огнеупорных материалов, в частности, алюмосиликатных изделий, а также основные решения в области охраны атмосферного воздуха для действующих и проектируемых предприятий. В результате анализа статистических данных за 2010--2017 гг. выдвинуто предположение о независимости эффективности работы аспирационных систем от года ввода в эксплуатацию и производственного участка цеха. В связи с этим установлена необходимость постоянного мониторинга работы газоочистного оборудования и выдвинуты предложения по контролю работы применяемых аспирационных систем для обеспечения их надлежащего функционирования и предотвращения сверхнормативных выбросов.

Ключевые слова: мониторинг выбросов, пылегазоочистка, аспирационная система, эффективность очистки выбросов, датчик запыленности

Control of efficiency of gas-cleaning systems in the production of refractory materials

загрязнение пыль огнеупорный аспирационная система

В настоящее время в России создана большая нормативно-правовая база, регулирующая деятельность промышленных предприятий. Для обеспечения безопасности здоровья населения и состояния окружающей среды разработано множество нормативов, базирующихся на контроле различных показателей, в целях ограничения воздействия вредных веществ на природные среды, в том числе на атмосферу. Среди прочих требований согласно п. 7 ст. 16 ФЗ № 96 «Об охране атмосферного воздуха» на предприятиях обязательно наличие газоочистного и пылеулавливающего оборудования, в противном случае их деятельность будет приостановлена или прекращена, кроме того, работа очистных сооружений подлежит обязательному государственному контролю. Основные экологические проблемы при производстве шамотных, муллитовых, муллитокорундовых изделий связаны с отходящими газами, образующимися при работе различного типа оборудования. Большое количество взвешенных частиц образуется в результате работы механизмов ударного действия, используемых для помола материалов (прессов, дробилок и мельниц), машин и установок, действие которых сопряжено с наличием воздушных потоков (пневмотранспорта) и узлов загрузки и выгрузки продукции -- транспортеры, конвейеры, элеваторы.

Рисунок. Технологическая схема производства алюмосиликатных огнеупоров

Figure. Technologicals cheme of production of alumino silicate refractories

Технология производства алюмосиликатных огнеупоров включает в себя следующие основные операции: приемка, подготовка и хранение сырья ^ формование полуфабриката ^ сушка ^ обжиг ^ сортировка и упаковка готовых изделий. В качестве сырья при производстве огнеупоров используют огнеупорную глину, шамот, природное минеральное сырье, а также искусственно получаемые материалы. Технологическая схема производства алюмосиликатных огнеупоров представлена на рисунке.

В выбросах цеха основные объемы загрязняющих веществ приходятся на диоксид серы, диоксид азота, пыль до 20% SiO₂, оксиды азота, оксид углерода. Специфические фиброзно-склеротические заболевания легких развиваются от вдыхания пыли, содержащей двуокись кремния, высокое содержания в пыли свободной окиси SiO₂ увеличивает риск возникновения силикоза, а в алюмосиликатном производстве соединения, содержащие двуокись кремния в связанном с другими элементами состоянии, способны вызывать силикатозы [1]. При обжиге в процессе превращения глины в шамот повышается содержание свободной двуокиси кремния в результате разложения каолинита на муллит и кристобалит, поэтому шамотная пыль более опасна.

В целях очистки и обезвреживания выбросов используются специальные технологии, процессы и устройства. В рассматриваемом производстве все источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу оснащены пылегазоочистными аппаратами -- газоочистным оборудованием различных марок и производителей -- от старых СМЦ166Б, ФВ, ФБ, ФРКН, ФРКИ до современных ФРИГ, ФРИП, КФЕ и ФРИ. Уловленная аспирационными системами из мельниц, гли-нодробилок, вибросит и грохотов пыль возвращается в производство путем сухого прессования на прессвальцах массы приготовленной из пыли с добавлением глиняного шликера. Полученная смесь используется в качестве добавки к сырью при выпуске шамота.

Несмотря на установку большого количества фильтров и систем, в основе работы которых лежат различные технологии, сохраняется необходимость мониторинга выбросов для обеспечения надлежащей степени очистки и соответствия санитарно-гигиеническим и экологическим требованиям.

Цель. Выдвижение обоснованных предложений по обеспечению бесперебойной и высокоэффективной очистки отходящих газов на основе обобщения и анализа сведений о работе отдельных пылегазоочистных систем.

Материалы и методы

Загрязняющие вещества, образующиеся в процессе производства, следующие: азота диоксид, азота оксид, сера диоксид, углерод (сажа), углерод оксид, пыль неорганическая -- до 20% SiO₂, дижелезатриоксид, марганец и его соединения, хрома (IV) оксид, фториды газообразные, фториды плохорастворимые, фенол, формальдегид, керосин. Удельные выбросы этих загрязнителей варьируют в широких пределах и зависят от типа производимой продукции и стадии производственного процесса. В таблице 1 приведены характеристики выбросов отходящих газов в процессах обжига в туннельной печи различных огнеупорных продуктов.

Каждый технологический этап производства алюмосиликатных изделий влечет за собой привнесение новых, нехарактерных веществ и изменение естественных концентраций в воздушном бассейне. Установка газоочистных аппаратов в производстве -- наиболее эффективное средство борьбы с выбросами пыли и вредных газообразных компонентов в атмосферу на всех этапах производства. Параметры воздушной смеси контролируются посредством измерений концентрации загрязняющих веществ инструментальными методами в отходящих газах от источников загрязнения в точках, предшествующих поступлению газового потока в установку очистки газа, а также на выходе из нее.

Таблица 1Характеристика отходящих газов туннельной печи [2]

Для оценки сравнительных характеристик эффективности аспирационных установок различного типа сведения о них были структурированы (табл. 2) по мере ввода в эксплуатацию пылегазоочистных установок, а выводы сделаны на основании фактических показателей эффективности за 2010--2017 гг.

Таблица 2 Характеристика эффективности очистки

Table 2

Endoftable 2

Обсуждение и рекомендации

Исходя из произведенных расчетов, можно сделать вывод, что эффективность очистки большинства применяемых систем варьируется в большом диапазоне. При этом она не зависит от года ввода в эксплуатацию и типа аспирационной системы, а также применяемого в производстве оборудования или очищаемого производственного участка. Согласно ГОСТу 33007--2014 «Оборудование газоочистное и пылеулавливающее. Методы определения запыленности газопылевых потоков» пылеуловитель должен обеспечивать улавливание пыли с эффективностью не менее 95%. По изученным данным за 2010--2017 годы 63% всех установленных систем аспирации характеризуются низкой степенью эффективности (< 95%), однако, важно отметить, что такой вывод был сделан по среднему значению степени очистки в анализируемый период, т.е. в отдельные годы эффективность могла быть на требуемом уровне и даже выше, тогда как в другие -- значительно ниже нормы.

Отсюда следует, что необходимо более детально отслеживать показатели очищаемого газа на входе в системы и на выходе из них, дабы обеспечить требуемую эффективность и повысить контроль над безопасностью работы. Постоянный мониторинг системы очистки обеспечит бесперебойное и эффективное функционирование аспирационных установок, а также своевременное устранение сбоев работы.

В настоящее время разработано и успешно применяется большое количество датчиков мониторинга и измерения концентрации пыли. Такие датчики отличаются спецификой измеряемых параметров и в большинстве случаев характеризуются компактными габаритами, удобством монтажа и технического обслуживания, одновременно обеспечивая при этом широкий диапазон измерений и небольшое потребление энергии. Датчик уровня пыли поможет своевременно предупредить о выходе из строя фильтра очистки воздуха, обнаружить повреждения фильтра и выявить потребность в ремонте или замене. Такие меры предотвратят выброс в атмосферу больших концентраций пыли, обеспечив требования экологической безопасности.

Поскольку выбросы в рассматриваемом технологическом процессе не взрывоопасны, то в качестве возможных решений могут быть предложены датчики пыли типа ProSens и Dusty, которые зарекомендовали себя как высокоэффективные способы контроля и мониторинга в производствах различного типа. В основе их работы лежит трибоэлектрический метод, суть которого состоит в том, что при взаимодействии частицы пыли со стержнем датчика происходит перенос небольшого электрического заряда. Этот заряд побуждает сигнал, который затем обрабатывается электроникой.

Датчик ProSens, разработанный компанией SWR engineeringMesstechnikGmbH (Германия, Шлинген), активно используется как в зарубежных производствах, так и на территории России. ProSens различных модификаций устанавливается в «чистых» зонах установок и предназначен для обнаружения повреждений фильтра, мониторинга его запыленности и измерения концентраций пыли в отходящих газах. Предполагая, что материал остается неизменным, генерируемый сигнал пропорционален расходу даже в том случае, если имеет место налипание пыли на стержень датчика.

В качестве альтернативного варианта предлагается использовать более простую и дешевую модификацию датчика ProSens с ограниченным набором функций -- датчик пыли Dusty. Такой датчик используется в качестве сигнализатора исправности фильтров -- он не измеряет уровень запыленности, а детектирует только предельные уровни, имеющие соответствующие дискретные выходные сигналы, и сигнализирует о 5- и 20-ти кратном превышении запрограммированной концентрации пыли.

Особое внимание стоит уделять подбору пылегазоочистного оборудования, поскольку для каждого производственного процесса требуется своя газоочистная установка, конструкция которой определяется его характером, видом загрязнений и количеством образующихся выбросов. Верный подход на этапе проектирования обеспечит наибольшую эффективность очистки и предотвратит преждевременные неполадки в работе аппарата. В числе 10 первоочередных разработанных информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям в 2015 г. был опубликован ИТС 4--2015 «Производство керамических изделий». Этот справочник содержит (в числе прочего) описание применяемых при производстве огнеупоров технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, повысить энергетическую и экологическую эффективность, обеспечить ресурсосбережение на предприятиях. В дальнейшем был утвержден стандарт ГОСТ Р 56828.21--2017, который отразил положения, установленные в Европейском справочнике по наилучшим доступным технологиям в производстве керамических изделий (август 2007) и ИТС 4--2015. Основные принципы выбора пылегазоочистных аппаратов, описание универсальных подходов и методов, применяемых в нашей стране для очистки выбросов, представлены в ИТС 22--2016 [6].

Высокая эффективность очистки может быть достигнута путем создания двухступенчатой системы: как правило, первая ступень -- очистка от крупнодисперсных частиц, вторая -- очистка от мелкодисперсных.

Заключение

Независимо от вида газоочистного оборудования следует проводить оценку соответствия проектных показателей фактическим, поскольку это поможет выявлять и устранять факторы, влияющие на эффективность работы газоочистного оборудования, однако, на практике периодический контроль не всегда оказывается действенным методом.

Установка дополнительных измерителей пыли -- высокоэффективный способ постоянного контроля, который помогает обеспечить своевременное устранение сбоев работы систем аспирации, тем самым предотвращая вредные выбросы в окружающую среду. Предложенные варианты автоматического контроля пылегазоочистных установок будут экономически выгодным методом управления. Автоматизированная система способна контролировать уровень загрузки пылевого накопителя, тем самым защищая установку от перезаполнения и обеспечивая автоматическую очистку чистящих элементов, которые загрязняются в процессе работы.

Выполнение рекомендаций по выбору наилучших доступных технологий для рассматриваемой отрасли производства, грамотный технический подбор оборудования с учетом специфики производственных процессов и характеристики используемых материалов на стадии проектирования предотвратят неисправности и поломки очистных аппаратов.

Решение о выборе того или иного пылегазоочистного оборудования, установка дополнительных приборов мониторинга должны быть ориентированы на осуществление надлежащего контроля работы систем очистки и выполнение определенной задачи мониторинга для обеспечения санитарно-гигиенического, экологического и экономического благополучия.

Список литературы

загрязнение пыль огнеупорный аспирационная система

1. Алексеев С.В., Усенко В.Р. Гигиена труда. М.: Медицина, 1988. 576 с.

2. TheEuropean IPPC Bureau, ReferenceDocumentonBestAvailableTechniquesintheCeramicManufacturingIndustry. P. 110. Table 3.14. August 2007. 232 pp. URL: http://eippcb.jrc.ec. europa.eu/reference/BREF/cer_bref_0807.pdf (дата обращения: 15.12.2017).

3. Щербакова Е.В., Соболь И.В., Ольховатов Е.А. Выбор и расчет средств очистки газов. Методические указания. Краснодар: КубГАУ, 2010. 25 с.

4. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты пылеочистки: учеб.пособие. Пенза: ПГУ, 2005. 210 с.

5. ГОСТ 31826--2012. Оборудование газоочистительное и пылеулавливающее. Фильтры рукавные. Пылеуловители мокрые. Требования безопасности. Методы испытаний. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200102307 (дата обращения: 15.12.2017).

6. ИТС 22--2016. Очистка выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях. М.: Бюро НДТ, 2016.

7. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. Справочное издание. М.: Металлургия, 1986. 544 с.

8. Бернер Г.Я. Технология очистки газа за рубежом. Справочник. М.: Новости теплоснабжения, 2006. 262 с.

9. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М.: Химия, 1967. 344 с.

10. Швыдкий В.С., Ладыгичев М.Г. Очистка газов. М.: Теплоэнергетик, 2002. 640 с.

11. Зиганшин М.Г., Колесник А.А., Посохин В.Н. Проектирование аппаратов пылегазоочистки: учеб.пособие. М.: Экопресс, 1998. 505 с.

References

1. Alekseev S.V, Usenko VR. Occupationalhealth.Pp. 176--195. Moscow: Medicine, 1988. 576 p.

2. TheEuropean IPPC Bureau, ReferenceDocumentonBestAvailableTechniquesintheCeramicManufacturingIndustry. P 110. Table 3.14. August 2007. 232 pp. Availablefrom: http://eippcb. jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/cer_bref_0807.pdf

3. Shcherbakova E.V, Sobol I.V, Olkhovatov E.A. Selectionandcalculationofgaspurificationmeans. Methodicalinstructions. Krasnodar: KubGAU, 2010. 25 p.

4. Vetoshkin A.G. Processesandapparatusfordustremoval.Penza: PSU, 2005. 210 p.

5. GOST 31826--2012 Gascleaninganddustcatchingequipment. Bagfilters. Wetdustcatchingequipment. Safetyrequirement. Methodsoftesting.Availablefrom: http://docs.cntd.ru/ document/1200102307 (accessed: 15.12.2017).

6. ITS 22-2016 Purificationofatmosphericdischarge (pollutants) inmanufacturingofproducts (goods), aswellasperformingworksandprovidingservicesatlargeenterprises.Moscow: Byuro NDT, 2016.

7. Aliyev G.M.-A. Techniqueofdustcollectionandpurificationofindustrialgases.Moscow: Metallurgiya, 1986. 544 p.

8. BernerG.Ya. Technologyofgas-cleaningabroad.Moscow: Novostiteplosnabzheniya, 2006, 262 p.

9. UzhovVN. Cleaningofindustrialgasesbyelectrostaticprecipitators.Moscow: Chemistry, 1967. 344 p.

10. Shvydky VS., Ladygichev M.G. Purificationofgases.Moscow: Teploenergetik, 2002. 640 p.

11. Ziganshin M.G., Kolesnik A.A., Posokhin VN. Designofdustandgascleaningapparatus.Moscow: Ecopress, 1998. 505 p.

Сведения об авторе

Каганова Юлия Александровна -- магистр кафедры прикладной экологии экологического факультета Российского университета дружбы народов.

Размещено на Allbest.ru