Сокращение удельных выбросов газообразных токсичних соединений и возгонов тяжелых металлов при выплавке электропечной стали

Махортова Ю. В., Мищенко И. М.
Донецкий национальный технический университет

Источник: «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» — 2009 / Материалы VІІI Международной научной конференции аспирантов и студентов. — Донецк, ДонНТУ — 2009, с. 72 — 73.

Металлургические компании все больше внимания уделяют современным технологиям, снижая таким образом вредное воздействие промышленности на окружающую среду и улучшая конкурентоспособность своего предприятия. Одним из важных направлений модернизации становится внедрение эффективных систем газоочистки. Парк газоочистных установок на отечественных предприятиях черной металлургии физически и морально устарел. Широко применялась система так называемой «мокрой» очистки газов с применением скрубберов Вентури. Однако установки такого типа отличаются высокой энергоемкостью, требуют создания дорогостоящего цикла водоснабжения, что значительно увеличивает стоимость газоочистки. Тем не менее, газоочистные установки такого типа позволяют улавливать некоторые газообразные вещества, чего не может обеспечить наиболее перспективное и современное направление — «сухая» очистка газов в электрофильтрах и рукавных фильтрах. Необходимо внедрение установок обеспечивающих очистку газов как от пылевых выбросов, так и от газообразных веществ.

Рассмотрим утилизация электросталеплавильной пыли, которая является одной из самых опасных из-за высокой концентрации тяжелых металлов. Очень перспективны технологии утилизации пыли электросталеплавильного производства в подовых вращающихся печах при получении высокометаллизированного продукта — губчатого железа и пыли с высоким содержанием оксидов цинка и свинца при их отсутствии в основном продукте. Высокая температура в печи и длительное время пребывания газов в ней способствуют разложению диоксинов и фуранов, а быстрое охлаждение отходящих газов предотвращает их повторное образование. Отходящие газы после газоочистки (рукавный фильтр) выбрасываются через дымовую трубу эксгаустером, за счет чего в подовой вращающейся печи создается небольшое разряжение и предотвращаются выбросы газа из печи. Полученная пыль может поставляться на заводы цветной металлургии так как содержание оксидов цветных металлов в ней значительно выше, чем в рудах цветных металлов.

При утилизации пыли и шламов сталеплавильных производств при невысоком содержани в них вредных примесей (до 0,4 % Рb, до 0,6 % Zn) отходы подают на усреднительные склады аглофабрик, либо непосредственно в агломерационную шихту.

Использование предложенной схемы позволит предприятию организовать малоотходное производство стали за счет использования отходов производства. Это прежде всего избавит предприятие от проблемы складирования электорсталеплавильной пыли и шламов, освободит от платы за вывоз данных отходов в отвал. Организация рециклинга пылевыноса от электросталеплавильных агрегатов даст значительную экономию средств за счет экономии легирующих металлов, которые не уходят в пылевынос, а напротив накапливаются в металле из цикла в цикл.

Существующее в настоящее время превышение санитарных норм концентраций загрязнителей в атмосфере промышленных городов значительно сказывается на здоровье населения. Самыми токсичными соединениями, попадающими в окружающую среду от металлургических предприятий, являются диоксины. Диоксины — это чужеродные живым организмам вещества (ксенобиотики), имеющие высокую химическую стойкость, в связи с этим трудно поддающиеся уничтожению.

Было установлено, что аглофабрики и дуговые печи в черной металлургии является основным источником выброса диоксинов, выбрасывают соответственно 0,5 — 3,3 и 0,01 — 1,3 нг/м3 «токсичного эквивалента» (максимальные значения относятся к дуговым печам, выплавляющим углеродистую сталь и работающим с подогревом лома, особенно к шахтным дуговым печам).

Металлолом, используемый для производства стали, обычно привносит масло, пластмассу и другие органические компоненты, поэтому требуется эффективное решение по переработке отходящих газов и устранению проблемы содержания в них диоксинов, образовавшихся в результате сжигания органических соединений и хлоридов, содержащихся в ломе.

Из-за специфических сравнительно низких температур столба лома (550 — 600 °С) в начале плавки органические составляющие, содержащиеся в ломе, включая масла и твердую смазку, только испаряются, но термически не разрушаются, что приводит к образованию летучих хлорированных углеводородов и предшественников диоксинов и фуранов, а при наличии в ломе поливинилхлоридных материалов образуются диоксины и фураны.

Диоксины разлагаются в печи при высоких температурах, однако при прохождении продуктов высокотемпературного горения через газоходы неудачной конструкции установок они могут образовываться снова в присутствии катализаторов. Катализаторами, во много раз увеличивающими содержание диоксинов в продуктах горения, являются тяжелые металлы, такие как медь.

Улавливание диоксинов/фуранов представляет большую проблему. Применяемая обычная система газоочистки улавливает до 30 % диоксинов. Использование для улавливания диоксинов только системы «чистой» фильтрации (например, рукавного фильтра) без применения адсорбентов приводит к «проскоку» диоксинов в атмосферу с дымовыми газами, так как только 20 — 30 % диоксинов сосредоточены на частицах золоуноса, 70 — 80 % находятся в газовой фазе.

Ступень сорбционной фильтрации может быть выполнена в виде адсорбционной шахты, заполненной активированным углем, или состоять из двух блоков, в первый из которых (газоход или реактор) впрыскивается смесь активированного угля и гидроокиси кальция, а во втором (тканевый, рукавный фильтр) осуществляется улавливание сухой пыли и адсорбция диоксинов. В реакторе может быть реализован взвешенный кипящий слой, в который постоянно поступает указанная смесь реагентов, циркулирующая между реактором и фильтром и периодически заменяющаяся новым адсорбентом.

Уловленная в фильтре зола с высоким содержанием диоксинов должна быть переработана и обезврежена, например, по детально отработанной в настоящее время технологии высокотемпературного обезвреживания в электродуговой печи или огневом плавильном реакторе.

Исследования показали, что для снижения концентрации этих ядовитых веществ также эффективно использование последующего дожигания сразу за печью. Таким образом, для достижения минимального содержания диоксинов в отходящих газах необходимы технологии, обеспечивающие по возможности быстрейшее охлаждение горячего отходящего газа до температуры ниже 200 °С.

Загрязненный воздух очень вреден для здоровья людей, живущих в непосредственной близости от металлургических предприятий, потому вопросы охраны окружающей среды, экологической безопасности производства стоят очень остро и требуют незамедлительного решения, путем внедрения новых технологий и экологизации производства.

©ДонНТУ 2009 Махортова Ю. В.