Толкачёва Марина Геннадиевна

Диоксины имеют высокую химическую стойкость, они попадают в организм человека через воздух, воду и продукты питания и концентрируются в жировых тканях. Большую опасность в связи с аккумуляцией представляет длительное поступление диоксинов в организм в малых количествах. При этом общетоксические проявления сопровождаются тератогенными, мутагенными, эмбриотоксическими эффектами и нарушением репродуктивных функций. У человека они подавляют иммунитет, влияют на генную систему, вызывают онкологические заболевания, мешают нормальной работе эндокринных желез, нарушают все обменные процессы [1].

ОСНОВНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Обзор исследований по теме на локальном и национальном уровне

По результатам научного поиска проблемой наличия диоксинов в газовых выбросах электросталеплавильных цехов занималась в своей магистерской работе Долженко Е. Г. Однако она делала акцент в своей работе непосредственно на очистку отходящих газов в конце электросталеплавильного процесса, не затрагивая устранение вредных веществ при подогреве металлолома.

В Украине предлагается модернизация газоочистки электросталеплавильного цеха мини-металлургического завода «ДЕМЗ», г. Донецк, с введением в эксплуатацию установки для удаления диоксинов из отходящих газов дуговой сталеплавильной печи [10].

Обзор исследований по теме в мире

В различных странах мира проводятся разработки с целью сокращения эмиссии диоксинов от электросталеплавильных печей.

Предприятие «Фест-Альпине Индустрианлагенбау» (г. Линц, Австрия) в начале 1990-х годов разработало новую систему очистки отходящих газов электродуговых печей не только от пыли, но и от диоксинов и других нежелательных веществ. Установка «Эрфайн» мокрого типа для очистки отходящих газов внедрена на аглофабрике компании «Фест-Альпине Шталь Линц». С помощью данной системы одновременное извлечение пыли и других загрязняющих веществ, таких как НСl, HF, NOх, SО₂, тяжелые металлы, диоксины и фураны, выполняется в едином процессе [5].

На фирме «Daido Steel», Япония, разработана экономичная высокоэффективная система уменьшения выброса диоксинов из дуговых печей, которая содержит два последовательно соединенных пылеуловителя: для прямого улавливания высокотемпературных отходящих газов из печи и для улавливания низкотемпературных отходящих газов в цехе, где установлена дуговая печь, так что отходящий газ после прямого пылеуловителя поступает на вход цехового пылеуловителя.

Технология вдувания активированного лигнита в поток отходящего газа перед пылеотделителем, разработанная компанией «RWE Power AG» совместно с компанией «Ares» успешно эксплуатируется и на электросталеплавильном заводе Schifflinge, Германия и на заводах Esch-Belval и Differdange (компания «ProfilArbed»). Кроме того, сталелитейные заводы Gerlafingen AG (Швеция), ALZ (Генк, Бельгия) приняли решение об использовании данной технологии для уменьшения выбросов диоксинов [8].

Электросталеплавильный минизавод фирмы BSW в Германии уделяет большое внимание охране окружающей среды, в частности содержанию диоксинов в выбросах из печи. В 1991 г. фирма ввела новую систему отсоса и переработки отходящих газов, включающую камеру высокотемпературного дожигания газа, в которой происходит частичная диссоциация молекул диоксинов, и камеру быстрого охлаждения газа до 150 – 300 °С. В результате концентрация диоксинов уменьшилась до 0,03 нг/м³.

Некоторые зарубежные фирмы (например, Deutsche Babcock Anlagen GmbH, Kawasaki Heavy Industries LTD.) внедрили систему низкотемпературного обезвреживания диоксинов – совмещение стадии каталитического восстановления оксидов азота NOx аммиаком с окислением ПХДД и ПХДФ [6].

Комбинированный процесс предварительного подогрева лома

Проведённый анализ существующих процессов предварительного подогрева лома, совершенствование потока и теплообмена отходящих газов, улучшение термического исполнения шахтных подогревателей второго поколения показали принципиальные недостатки существующих процессов подогрева лома на примере интегрированной установки. Процесс подогрева характеризуется большой разницей температуры по высоте столба нагреваемого лома – от 930 °С в нижней части и до 150 °С в верхней части шахтного подогревателя.

Средняя температура подогретого лома составляет не более 520 – 560 °С. Такое распределение температур в столбе лома создаёт благоприятные условия для образования различных вредных веществ, таких как диоксины и фураны (PCDD/F), летучие углеводороды (VOC) и другие вещества, которые образуются при температурах ниже 750 °С. Данные вредные вещества на существующих установках устраняются при помощи дожигания в специальных камерах дожигания при 850 °С, с последующим резким охлаждением отходящих газов до 250 °С. Отсюда следует основной вывод: для решения существующих проблем подогрева лома следует перейти от вторичных к первичным мероприятиям, которые устраняют причины образования диоксинов и фуранов и ведут к полному подогреву лома до средней температуры около 800 °С [3].

Разработан принципиально новый метод комбинированного подогрева лома, который сочетает существующий метод использования тепла отходящих печных газов и ввод дополнительного тепла через внешний источник энергии. Ввод тепла осуществляется ступенчато в каждой секции шахтного подогревателя с целью предотвращения падения температуры отходящих газов ниже 850 °С и полного подогрева лома до 800 °С. Такая комбинация подогрева лома не допускает падения температуры и исключает, таким образом, основной источник образования диоксинов и фуранов, и летучих углеводородов. Комбинированный процесс подогрева лома устраняет необходимость дожигания отходящих газов и последующего резкого охлаждения, с целью предотвращения процесса «Новосинтеза». Постоянная температура на выходе шахтного подогревателя (850 – 900  °С) создаёт благоприятные условия для работы модулей газоочистки. В целях ограничения роста объёма отходящих газов в шахтном подогревателе и предотвращения образования NOx ввод тепла через внешний источник энергии должен осуществляться газо-кислородными системами горения [3].

Создание высокотемпературных условий в шахтном подогревателе приводит к полному сгоранию диоксинов и фуранов в металлоломе, что является дополнительным источником энергии. При содержании 10 кг/т органических веществ в тонне лома выделяется около 190,8 МДж/т. При этом становится очевидным, что тепло отходящих газов, которое составляет около 234 МДж/т, явно недостаточно для полного подогрева лома и устранения вредных веществ. Высокое содержание тепла отходящих газов, при комбинированном процессе подогрева (655,2 МДж/т), может использоваться в рекуперативных целях при охлаждении в модулях газоочистки.

Совместная работа шахтного подогревателя и модулей газоочистки

Комплексное рассмотрение работы шахтной печи и модулей газоочистки показало большое технологическое преимущество параметров комбинированного процесса подогрева лома. При данном процессе отпадает необходимость в камере дожигания и резком охлаждении отходящих газов. Постоянная температура отходящих газов 850 – 900 °С после шахтного подогревателя создаёт благоприятные условия для окончательного дожигания летучих углеводородов (VOC) и разложения диоксинов/фуранов (PCDD/F). Значительное сокращение переходных процессов, в первую очередь, подъём и падение температуры отходящих газов, ведущих к процессу «Новосинтеза», стабилизируют и упрощают работу модулей газоочистки.

Таким образом, комбинированный процесс подогрева лома создаёт стабильные условия работы, аналогичные достигнутым в установках сжигания мусора.

Стабильная температура отходящих газов 850 – 900 °С после камеры реакции и осаждения пыли позволяет на первой ступени охлаждения (550 – 850°С) использовать тепло отходящих газов в водоохлаждающих рекуперативных системах. Анализ работы охладителей второй ступени (250 – 550 °С) газоочистки показал большую эффективность современного принудительного воздушного охладителя. На данной ступени охлаждения тепло отходящих газов следует использовать для создания теплового потока воздуха для нужд ЭСПЦ или других целей [2].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Соответствующие мероприятия по организации технологического процесса и аппаратурному его оформлению позволят осуществить улавливание и обезвреживание диоксинов, поступающих с сырьем на термическую переработку в электросталеплавильный цех, и предотвратить их синтез в технологическом процессе [9].

Таким образом, комбинированный процесс подогрева металлолома способствует полному сгоранию органических примесей и предотвращает образование диоксинов и фуранов в концентрациях, превышающих допустимые нормы, позволяет сократить расход электроэнергии и продолжительность плавки, уменьшить выделение вредных веществ в окружающую среду.

При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Проблема диоксинов [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://www.textronica.com/aplicate/articles/diox1.htm

2. Тимофеев И. Г. Удаление диоксинов и фуранов из технологических газов ДСП //Электрометаллургия. 2003. №8.   С.   29   –   33

3. Райле В. Т. Концепция комбинированного подогрева металлолома в шахтных дуговых сталеплавильных печах//Электрометаллургия. 2011. №6. С. 42 – 46

4. Киселев А. Д., Тулуевски Ю. Н. Повышение эффективности газоудаления дуговых сталеплавильных печей. М.: Металлургия, 1992 С. 11 – 20

5. Зотов Д. О., Медведь Л. Н. Диоксины – экологическая опасность. // Сталь. – 2000. – № 1. – C. 82 – 86.

6. Дунаев Е. Г. Уменьшение выбросов диоксинов из дуговых сталеплавильных печей. // Новости черной металлургии за рубежом. – 2003. – № 3. – C. 51 – 52.

7. Королев Т, Вернеров С., Вирлинг Ю. Уменьшение выбросов диоксинов в электросталеплавильном производстве. // Черные металлы. – 2005. №5. С. 61 – 67.

8. Краснов О. Н. Снижение образования диоксинов в электросталеплавильных цехах. // Новости черной металлургии за рубежом. – 2005. – № 7. – C. 42 – 43.

9. Юзов О. В., Харитонова М. А., Гурьев В. С. Эффективность охраны атмосферы от выбросов сталеплавильного производства. – М.: Металлургия, 1987. – 103 с.

10. Лопухов Г. А. Эволюция электросталеплавильного производства к 2010 году // Электрометаллургия. 2002. № 5. С. 2 – 3.