Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів / Збірка доповідей VII Міжнародної наукової конференції аспірантів і студентів. Т. 2 - Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2008
Проблема наличия диоксинов в газовых выбросах электросталеплавильных печей и способы ее решения
Долженко Е. Г., Клягин Г. С.
Диоксины представляют собой ароматические полихлорированные углеводороды, присутствие которых в окружающей среде волнует экологов ввиду их токсичных свойств, устойчивости и способности к бионакоплению. В настоящее время положение вещей таково, что концентрация диоксинов в гидросфере и литосфере может достигнуть критических значений и загрязнение живой материи может принять необратимый характер.Диоксины являются представителями хлорированных циклических эфиров, которые имеют два бензольных кольца с различной степенью хлорирования, связанные двумя атомами кислорода (PCDD) или одним атомом кислорода и связью С-С (PCDF). Для диоксинов характерно структурное разнообразие, то есть изомерная и гомологическая сложность соединений. Зафиксировано 75 изомеров PCDD и 135 изомеров PCDF. Наиболее токсичным из них является: 2,3,7,8-TCDD (тетрахлордибензо-n-диоксин C6H4Cl2-O-О-С6Н4Сl2).
Выделяясь из промышленных источников в неживую природу, они попадают чаще всего в органическую фазу почвы или воды, перемещаются в виде соединений с органическими веществами, попадают в воздух, водоемы, пищевые продукты и оттуда в организм человека. В живых организмах диоксины накапливаются главным образом в жировых тканях и затем изменяют биохимические процессы. Они очень медленно выводятся из живых организмов, например из организма мыши или крысы в течение 15-90 дней, из организма обезьяны и человека соответственно в течение 455 и 2120 дней.
Диоксины представляют следующие опасности для здоровья: канцерогенные, гормональные эффекты (влияние на щитовидную железу, репродуктивную функцию), иммунные, неврологические эффекты (психомоторное развитие), воздействие на печень (некроз, цирроз, рак), дерматологические эффекты (хлоракне - тяжелая форма профессиональных угрей, фоточувствительность, образование темных пятен на коже), опухоли.
Безопасной для здоровья населения была признана концентрация диоксинов в отходящих газах промышленных установок, равная 0,1 нг/м3 в пересчете на 2,3,7,8-TCDD, в законодательном порядке утвержденная в Германии в 1990 году как норма 17BImSchV.
Металлургические предприятия, в частности электросталеплавильные цеха, являются интенсивными источниками выделения диоксинов. Зачастую металлолом, поступающий в качестве сырья для переплавки, сильно загрязнен остатками органических веществ (различные покрытия, краска, остатки масел, пластмассы), что провоцирует ухудшение качества отходящих газов, образующихся при переплавке.
При термической обработке такого металлолома образуются диоксины, которые попадают в атмосферу через систему вытяжки печи. Известно, что выбросы электродуговых печей могут содержать диоксины в концентрации 0,02-9,2 нг/м3. Вместе с этим, выбросы с максимальным содержанием диоксинов свойственны электродуговым печам с предварительным подогревом металлолома.
Использование для улавливания диоксинов только системы «чистого» фильтрования (например, с рукавными фильтрами) без использования адсорбентов провоцирует проскакивание диоксинов в атмосферу с отходящими газами, так как только 20-30 % диоксинов сконцентрированы на частицах золы, а 70-80 % сосредоточены в газовой фазе.
Для адсорбции диоксинов сорбентом необходим очень короткий временной интервал контакта. На использовании этого принципа основан процесс адсорбции в потоке. При этом методе очистки адсорбент, содержащий уголь (в частности, активированный лигнит, обладающий оптимальной пористостью для адсорбции вредных веществ), вдувается в порошкообразном виде в поток исходного газа до установки пылеулавливания.
При внедрении метода очистки адсорбцией в систему пылеулавливания осаждение адсорбента с уловленными диоксинами происходит вместе с технологической пылью.
1 - электродуговая печь; 2 - вытяжка цехового воздуха; 3 - прямая вытяжка; 4 - дожигание; 5 - охлаждение; 6 - вихревой осадитель; 7 - камера смешивания; 8 - бункер с адсорбентом; 9 - дозирование адсорбента; 10 - ввод адсорбента; 11 - тканевый фильтр; 12 - конвейер; 13 - бункер для пыли; 14 - на последующую утилизацию; 15 - зона взаимодействия адсорбента и пыли; 16 - газопровод; 17 - дымосос
На рисунке представлена схема электродуговой печи с оборудованием для сокращения выбросов диоксинов методом адсорбции в потоке. Отходящие газы, образовавшиеся во время плавки, оказываются прямо в канале вытяжки печи и после дожигания попадают на охлаждение до ~250°C, затем большие частицы осаждаются в вихревом осадителе. На следующей стадии очищенный газ подается в камеру смешивания газа с цеховым воздухом, температура газа снижается до 80-100°C. В тканевом фильтре осуществляется улавливание пыли с большим содержанием диоксинов, которая затем выгружается и складируется в бункере для дальнейшей утилизации. Обязательным условием при этом является предварительная обработка и нейтрализация пыли, например технологией высокотемпературного обеззараживания в электродуговой печи или в плавильном реакторе.
Достигнутый в очищенном газе при расходе активированного лигнита не более 30 мг/м3 низкий уровень содержания диоксинов подтверждает высокую эффективность этого процесса очистки отходящих газов. Даже при очень малых количествах адсорбента обеспечиваются значительные скорости осаждения, и степень загрязнения диоксинами очищенного газа, не превышающая 0,1 нг/м3.
Таким образом, технология адсорбции в потоке, интегрированная в технологический процесс, представляет собой безопасный и одновременно малозатратный способ сокращения выбросов диоксинов в условиях производства электростали.
Для эффективной очистки отходящих газов электродуговых печей сочетание термической обработки, вдувания адсорбента и быстрое охлаждение обеспечивает возможность сократить содержание диоксинов до безопасной концентрации.