ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

Источник: Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів – 2012 / Матеріали ХХI Всеукраїнська наукова конференція аспірантів і студентів. – Донецьк, ДонНТУ – 2012.

Развитие техники, возникновение новых областей промышленности вызывает потребность в высококачественных сталях и сплавах таких как инструментальные, легированные, жаропрочные и жароупорные, конструкционные, а также сплавы с особыми свойствами. Такие стали в настоящее время выплавляются преимущественно в электрических печах. Небольшие объемы жидкой стали в ванне электропечи, управление тепловым режимом, а также оперативный контроль по технологии выплавки обеспечивают возможность выплавлять сталь любого сортамента.

Весь процесс плавки можно разбить на несколько этапов, отличающихся выполняемыми технологическими операциями: заправка печи, загрузка шихты, плавление, скачивание окисленного шлака, науглероживание, раскисление, доводка до заданного химического состава. По периодам плавка делится на заправку, завалку, плавление, окисление, восстановление (рафинирование) и выпуск металла.

В связи с происходящими сложными физико-химическими процессами при высоких температурах выплавка стали сопровождается интенсивным образованием газов со значительным содержанием пыли. Причем количество пылегазовых выбросов практически прямопропорционально интенсивности протекания температурных и физико-химических процессов в ванне и рабочем пространстве печи.

Кроме пыли в газах электросталеплавильных печей содержатся оксиды углерода, азота, а также небольшое количество цианидов, сернистого ангидрида и фторидов.

Содержание в отходящих газах оксидов азота и углерода зависит от периода плавки, способа ее интенсификации и резко изменяется в пределах одной плавки. В начальный период расплавления, когда температура в печи низкая, газы состоят из большого количества азота (до 78 %) и небольшого ко¬личества окиси и двуокиси углерода (до 3 %) . По мере расплавления шихты и повышения температуры в рабочем пространстве содержание оксидов углерода увеличивается, а кислорода уменьшается, так как он активно вступает в реакцию при дожигании окиси углерода. В период продувки ванны кислородом интенсивность окисления углерода возрастает. При этом дожигание окиси углерода происходит как в самой печи, так и на выходе из нее: над печью наблюдается синее пламя. Максимальное количество образующихся оксидов азота наблюдается в конце расплавления, когда печь имеет высокую температуру, а в рабочем пространстве – максимальное содержание азота воздуха.

На рисунке 1 приведены данные о содержании цианистых соединений (кривая 1), оксидов азота (кривая 2) и углерода (ІІ) (кривая 3), а так же пыли (кривая 4) в отходящих газах при нормальных условиях для работы 100 тонной электропечи. Общее время цикла такой печи составляет 2 часа 15 минут, а средний объем отходящих газов – 8000 м³/ч.

Рисунок 1 – Зависимость выбросов загрязняющих веществ от времени работы электропечи для одного цикла

Исходя из представленных данных с использованием программы ЭОЛ, нами проведен расчет рассеивания указанных веществ для источника высотой 100 м и диаметром устья 0,8 м в 4 точках: 50 мин, 60 мин (максимум для концентрации NO₂), 90 мин (максимум для концентрации цианистых соединений), 125 мин (максимум пылевыделения). Полученные результаты для максимальных концентраций загрязняющих веществ и их значение на границе санитарно-защитной зоны (1000 м) представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Выбросы загрязняющих веществ для различных периодов работы 100 тонной электропечи, доли ПДК

Загрязняющее вещество	Время работы печи, мин
	50		60		90		125
	Макс. конц-я	Конц-я на СЗЗ	Макс. конц-я	Конц-я на СЗЗ	Макс. конц-я	Конц-я на СЗЗ	Макс. конц-я	Конц-я на СЗЗ
CO	0,022	0,021	0,025	0,025	0,034	0,033	0,120	0,120
NO₂	0,079	0,078	0,430	0,430	0,220	0,210	0,039	0,039
HCN	0,017	0,016	0,013	0,013	0,023	0,023	0,0049	0,0048
пыль	0,900	0,890	1,050	1,030	1,800	1,780	3,660	3,620

Как показали расчеты, максимальные значения для всех рассмотренных веществ наблюдаются на расстоянии 1100 м от источника и поэтому практически совпадают со значениями концентраций на границе СЗЗ. В то же время, концентрации NO₂ и HCN колеблются от 0, когда печь холодная во время заправки до соответственно 0,430 и 0,023 ПДК во время плавления, когда температура максимальна. Для оксида углерода и пыли наблюдается возрастание концентрации выделяющихся веществ по ходу процесса, при этом если для СО в конце процесса концентрация на ССЗ составляет 0,12 ПДК, то для пыли превышает нормативные в 3,62 раза.

Таким образом, при определении выбросов загрязняющих веществ, более целесообразно использовать не средние значения, когда концентрации могут быть малы, а их пиковые значения, когда в различные периоды работы электропечи могут наблюдаться значительное их превышение.