|
О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 145 c.
Глава 5. Экологическая характеристика производств
5.19. Экологическая характеристика предприятий чёрной металлургии
Черная металлургия - базовая отрасль экономики,
охватывающая производство черных металлов от добычи и переработки рудного сырья
до получения широкого ассортимента чугуна и стали, их передела (трубы, прокат,
изделия и т.п.), а также ферросплавов.
Современное производство черных металлов представляет
собой сложное комбинированное производство, состоящее из основных и
вспомогательных цехов и заводов. Оно включает:
- шахты по добыче руды и каменного угля;
- горнообогатительные комбинаты по измельчению,
обогащению и окускованию руд и концентратов;
- коксохимические цехи и заводы, обеспечивающие
подготовку углей, их коксование и улавливание продуктов коксования;
- энергетические цехи для получения кислорода, сжатого
воздуха для дутья и очистки газов металлургических производств;
- доменные цехи для выплавки передельного и литейного
чугунов;
- заводы для производства ферросплавов;
- сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские,
электросталеплавильные) для производства стали;
- прокатные цехи.
Заводы с полным металлургическим циклом «руда — чугун
— сталь — прокат» вследствие высокой материалоёмкости производства (6 т сырья
на 1 т продукций) размещены в районах месторождений руды или угля; предприятия
по выплавке ферросплавов и специальных сталей - в районах, обеспеченных дешевой
электроэнергией. В РФ предприятия черной металлургии сосредоточены в трех
основных регионах: Уральском (Н. Тагил, Магнитогорск, Челябинск, Новотроицк),
Сибирском (Новокузнецк, Новосибирск, Красноярск) и Центральном (Тула,
Череповец, Липецк, Москва, Нижний Новгород, Ст. Оскол).
На нынешнем этапе развития народного хозяйства резко
обострилась экологическая обстановка во многих районах России, что не может не
учитываться в процессе размещения металлургических предприятий, которые
оказывают сильное воздействие на окружающую среду и природопользование, являясь
крупными загрязнителями атмосферы, водоёмов, лесных массивов, земель. При
современных объёмах производства это воздействие весьма ощутимо. Известно, что
чем выше уровень загрязнений окружающей среды, тем больше затрат на
предотвращение загрязнения. Дальнейший рост этих затрат в конце концов может
привести к убыточности любого производства.
Предприятиями черной металлургии выбрасывается в
атмосферный воздух значительное количество вредных примесей - твердых частиц,
диоксида серы и окислов азота, летучих органических соединений, тяжелых
металлов, стойких органических соединений и кислот. Так, в 2004 году от
предприятий черной металлургии Российской Федерации в атмосферный воздух
поступило более 2 202 тыс.т. загрязняющих веществ, в том числе твердых частиц,
загрязнённых тяжелыми металлами 302,4 тыс.т., жидких и газообразных 1900,2 тыс.
т., из которых диоксида серы 234,6 тыс.т., оксида углерода 1 499,2 тыс.т., оксидов
азота 137,7 тыс.т., углеводородов 1,6 тыс. т. и летучих органических соединений
8,6 тыс. т. Всего было уловлено и обезврежено лишь 72,5 тыс. т. жидких и
газообразных веществ - т. е. менее 3,3 %.
Выбросы вредных веществ от предприятий черной
металлургии оказывают негативное воздействие на здоровье населения и на
окружающую среду, как на местном, так и на региональном уровне. Так как
дальность распространения загрязняющих воздух веществ от источников выбросов
составляет сотни километров, то их воздействию подвергаются не только местное
население и окружающая его среда, но и удаленные на значительные расстояния
чрезвычайно уязвимые экологические системы Арктики и Крайнего Севера, а также
особо охраняемые природные территории - природные заповедники, заказники и
рекреационные зоны.
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха
аэрозолями свинца, кадмия и ртути в
черной металлургии являются:
- установки для обжига или агломерации металлических
руд (включая сульфидную руду) с производительностью, превышающей 150 т
агломерата в сутки для железной руды или концентрата;
- установки для производства передельного чугуна или
стали (первичная или вторичная плавка, в том числе с использованием
электродуговых печей), включая непрерывную разливку, с производительностью,
превышающей 2,5 т. в час;
- чугунолитейные и сталелитейные цеха с
производительной мощностью, превышающей 20 т в сутки;
- камеры сгорания (топочные устройства) с полезной
номинальной тепловой потребляемой мощностью, превышающей 50 МВт.
К крупным стационарным источникам загрязнения воздуха
стойкими органическими загрязнителями относят: агломерационные фабрики; производство
чугуна и стали; производство кокса; сжигание ископаемого топлива в котлах
энергетических установок и в промышленных котлоагрегатах с тепловой мощностью
свыше 50 МВт.
Термические процессы, использующиеся в первичном
производстве в черной металлургии, в частности в доменном производстве, на
агломерационных фабриках, производстве железорудных окатышей, а также
термические процессы во вторичном производстве в черной металлургии могут быть
крупными источниками выбросов диоксинов и фуранов.
Крупными источниками выбросов полиароматических
углеводородов (ПАУ) могут быть производство кокса и промышленные тепловые
установки.
Крупными источниками выбросов гексахлорбензола (ГХБ) могут
быть используемые на предприятиях черной металлургии тепловые установки.
К категории крупных стационарных источников выбросов
оксидов серы в черной металлургии могут быть отнесены котлоагрегаты и
промышленные нагреватели с номинальной тепловой мощностью более 50 МВт, а также
процессы производства агломерата и окатышей.
К крупным источникам выбросов оксидов азота отнесены
котлоагрегаты и промышленные нагреватели с номинальной тепловой мощностью более
50 МВт, турбины внутреннего сгорания тепловой мощностью более 50 МВт; установки
для обжига и спекания металлической руды; установки для производства
передельного чугуна или стали (первичная или вторичная плавка), включая
непрерывное литье, с мощностью более 2,5 т/час; установки для обработки черных
металлов (станы горячей прокатки с мощностью более 20 т/час нерафинированной
стали).
Подготовка основных исходных материалов для
производства чугуна, стали и ферросплавов является составной частью первичного
производства черных металлов. Эта подготовка выполняется в коксовых печах и
батареях, а также на агломерационных установках, на которых осуществляются
механические и термические процессы переработки металлолома, и окускования
рудной шихты путем её спекания, гранулирования, обжига и брикетирования.
Функционирование этих производств характеризуется значительными выбросами
вредных веществ, однако, к настоящему времени разработаны и нашли широкое
практическое применение эффективные методы и технические средства сокращения
этих выбросов.
Под первичным производством черных
металлов подразумеваются выплавка передельного чугуна в традиционных доменных и
электродоменных печах, выплавка различных сортов стали в мартеновских печах, в
кислородных конвертерах, в дуговых печах прямого действия и других типах
электрических печей, а также производство ферросплавов.
Под вторичным производством
металлов подразумевается получение металла в результате переплавки
металлического лома и отходов производства. Однако, например, в мартеновских
печах, сталь производится из чугуна и стального лома, при этом доля каждого из
них может изменяться от 0 до 100%.
Для установок производства передельного чугуна и
стали, (первичной или/и вторичной плавки), включая непрерывное литьё
производительностью более 2,5 тонн в час, предельные значения выбросов оксидов
азота в атмосферный воздух ограничены 400 мг/м3.
При всех процессах вторичного производства черных
металлов, связанных с пылевыделением, целесообразным считается пылеулавливание
тканевыми фильтрами, при использовании которых содержание пыли снижается до
уровня менее 20 мг/м3.
Сточные воды
предприятий черной металлургии повторяют содержание окислов, окисей металлов,
характерных для атмосферных загрязнений, - это железосодержащие шламы, шлаки,
зола и другие, а также смолы, масла, цианиды, роданиды, фенолы, аммиак,
нитраты, нитриты.
Загрязнение почвы металлургическими предприятиями распространяется на территорию
промышленной, санитарно-защитной зоны и селитебной зоны, на почву сельскохозяйственных
угодий, особенно в местах размещения шлако- и золоотвалов вне территории
промышленных предприятий.
За последние годы на всех предприятиях
металлургического производства нашли применение новые технологические и
конструктивные решения, направленные на
1. Снижение вредных выбросов и совершенствование газоочистных
аппаратов и установок за счёт:
- подавления выноса пыли из технологических агрегатов
и пылеулавливающих аппаратов путём наложения электрического поля;
- применения магнитных полей для улавливания
ферромагнитных пылей;
- расширения диапазона температур очищаемых газов в
рукавных фильтрах на основе создания тканей, эффективно и длительно работающих
при температурах до 500 0С в кислых и щелочных средах;
- разработки конструкций электрофильтров, способных
эффективно и устойчиво работать при температурах 600-700 0С и выше;
- предотвращения образования отложений и повышения
коррозионной стойкости в газоочистных аппаратах мокрого типа;
- разработки сухих систем очистки доменного газа с
использованием его потенциальной энергии в газовых утилизационных турбинах;
- снижения запылённости газа при кислородной продувке
в конверторах;
- тонкой очистки и использования конверторного газа в
качестве топлива;
- разработки методов очистки газов от газообразных
компонентов на основе превращения последних с помощью химического воздействия
на аэрозоль;
- сухой очистки ферросплавного газа и использования
его в качестве топлива;
- использования электрофильтров для изменения
химического состава прошедших через него газов в условиях коронного разряда;
- разработки дешёвых и эффективных систем для
улавливания вредных газообразных элементов из отходящих газов металлургических
агрегатов;
- повышения эффективности работы пылеулавливающих
агрегатов в условиях создания пульсирующего потока газа;
- повышения эффективности работы пылеулавливающих
аппаратов путём предварительной коагуляции мелкодисперсной пыли;
- разработки оптимальных схем газоочисток с рециркуляцией
газовых потоков.
2. Повышение уровня безотходности производства.
Отходы металлургического производства, выделяющиеся в
атмосферу, можно разделить на три группы: пыли, газы и пары, потери тепла. В
ряде случаев эти отходы могут быть значительно сокращены, однако это не всегда
удаётся достичь. Уровень безотходности данного производства может быть повышен
путём использования его отходов в смежных производствах или путём продажи на
сторону. Так, доменную пыль можно использовать в агломерационном производстве
как добавку в шихту; серосодержащие газы при определённых условиях можно
использовать для производства серной кислоты; тепло уходящих газов печей – для
выработки пара и т.д.
Наиболее остро стоит проблема утилизации цинк- и
свинецсодержащих железорудных материалов. Одним из перспективных методов
переработки цинк- и свинецсодержащих пылей является их окускование с
последующей плавкой. В этом случае содержание цинка в пыли повышается до 20 %,
свинца – до 2-3 %, что превращает её в исходное сырьё для цинковых заводов. По
другой технологии цинксодержащую пыль брикетируют в смеси с коксовой мелочью и
цементной связкой и загружают на поверхность расплавленного чугуна. Степень
извлечения железа из пыли в чугун составляет 65 %, в переход цинка в возгоны –
98 %.
Металлургические шлаки представляют собой ценное сырьё
для производства строительных материалов (шлаковой пемзы, шлакоситаллов,
шлакового щебня, минераловатных изделий и др.), являющихся более дешёвыми и
прочными, чем полученные из природного сырья.
3. Создание энерготехнологического производства бездоменного
и бескоксового получения чугуна и стали.
В чёрной металлургии в последнее время большое
внимание уделяется бескоксовой металлургии железа – процессу не только
превосходящему доменный по технико-экономическим показателям, но и позволяющему
значительно снизить вредное влияние предприятий чёрной металлургии на
окружающую среду. Согласно технологической схеме этого процесса, полученный
обогащением бедных руд магнетитовый концентрат (> 70 % Fe) в
виде порошка смешивается с бентонитом и известняком, выполняющим в процессе
роль флюса, и передаётся в окомкователь для получения железнорудных окатышей (d =
10 мм). Сырые окатыши затем упрочняются обжигом, и оксиды железа восстанавливаются
природным газом, конвертированным отходящими из шахтной печи газами. При
температурах 1000 – 1100 оС идёт образование губчатого железа (95 % Fe, 1
% C); окатыши охлаждают и передают на дуговые электропечи
на плавку. Шламы процессов газоочистки направляют в отстойники для пульпы,
используемой в качестве сырья для получения окатышей.
Энерготехнологический процесс газлифтного варианта бескоксового
получения чугуна из окисленных железных руд является экологически чистой
энергосберегающей комбинированной технологией. Основой процесса является
непрерывная восстановительная плавка при 1500-1600 °С в плавильном агрегате при
условии газлифтного перемешивания шлакового расплава с условием подачи сырья
(уголь и руда) в барботируемый шлаковый расплав. В этом режиме реализуется
процесс интенсивного тепломассообмена. В качестве восстановителя могут
использоваться угли различной стадии метаморфизма. Железосодержащее сырье не
требует предварительного агломерирования. Плавка может проводиться с получением
чугуна содержащего углерода 2-3 %. Извлечение железа из сырья в чугун
составляет более 98%. Технология предусматривает получение наряду с чугуном
концентратов цинка, свинца, титана, ванадия, в случае железомарганцевых руд -
ферромарганца и т.п. Получаемый непрерывно пар можно направить для производства
электроэнергии. Шлак используется для получения минеральной ваты, черепицы, брусчатки,
теплоизоляционных плит, кирпича. При этом промышленное развитие отдельных
производств может быть организовано как на базе существующих технологий, так и
путем создания новых нетрадиционных технологий, обеспечивающих комплексное
использование сырья и переход на безотходные или малоотходные экологически
чистые процессы. Эти технологии могут быть созданы на стыке различных
производств, например, топливно-энергетической промышленности и черной
металлургии путём совмещения в одном комплексе технологии газификации угля и
бескоксового получения чугуна. Проведенные промышленные эксперименты показали
перспективность в определенных условиях данного способа переработки твердого
топлива и рудного сырья с получением восстановительного газа.
|
