Меню

Выбросы пыли цементного производства



Выбросы пыли цементного производства

Важной проблемой современного производства является защита окружающей среды от выбросов пыли и вредных газов в атмосферу. Высокая концентрация пыли в выбросах наносит огромный вред природной среде, приводит к безвозвратной потере большого количества сырья и готового продукта. Производственная пыль – это мельчайшие твердые частицы, выделяющиеся при дроблении, размоле и механической обработке различных материалов, погрузке и выгрузке сыпучих грузов и т.п., а также образующиеся при конденсации некоторых паров.

Одной из важнейших характеристик пыли является ее дисперсность. Под дисперсностью пыли понимается совокупность размеров всех частиц, составляющих пылевую систему.

Результаты исследования дисперсного состава пылей, образующихся при производстве портландцементного клинкера, говорят о том, что выделяемые из источников загрязнения пыли – полидисперсные. Содержание фракции пыли менее 10 мкм по мере прохождения материала технологического процесса обработки возрастает от 10,75 до 75%. Наиболее мелкая пыль образуется при обжиге сырьевой шихты во вращающихся печах сухого способа производства.

Цементные заводы, несмотря на значительное разнообразие используемых сырьевых материалов и применяемого технологического оборудования, в большинстве своем имеют сходную схему производства.

У всех технологических агрегатов, выделяющих пыль, на цементных заводах устанавливаются пылеулавливающие аппараты, позволяющие не только возвратить значительное количество готового продукта или полуфабриката, но и предотвратить загрязнение пылью воздушного бассейна цементных заводов и прилегающих к ним территорий.

Пылевой фон от цементных заводов формируется в основном за счет трех источников пылевыделения: вращающихся печей, цементных мельниц и силосов.

Основным источником пылевыделения являются клинкерообжигательные печи. В большинстве случаев количество пыли, выбрасываемое в атмосферу с газами от печей, доходит до 80% от всего количества пыли, выделяемой в процессе производства цемента.

При нормальном режиме работы современных вращающихся печей по мокрому способу производства клинкера, вынос пыли из печи по отношению к весу сухого материала, подаваемого в печь, обычно составляет 5-8 %.

Большое влияние на величину пылеуноса имеют теплообменные устройства, главным образом цепные завесы, которые являются не только теплообменниками, но и своего рода устройством, задерживающим пыль, выносимую из печи газами.

Необходимо до конца использовать теплообменные свойства цепных завес для экономии энергии. Сегодняшний уровень развития техники позволяет расширить цепную завесу до температуры в 1200 °С (температура в печи) и достигнуть тем самым наибольшей эффективности теплообменных показателей завесы. Ограничить цепную зону на 850 °С вместо увеличения до максимальной температуры значит уменьшить возможный выход клинкера на 3,0-5,0% при неизменном потреблении энергии.

В настоящее время на большинстве предприятий в системах пылеулавливания используются электрофильтры, установленные двадцать и более лет назад и обеспечивающие степень очистки 95-98% или 300-800 мг/м 3 пыли на выходе. Многие предприятия вынуждены решать сегодня вопрос замены морально и физически устаревших электрофильтров и ориентируются снова на электрофильтры, как привычное оборудование. Однако сегодня только лучшие зарубежные электрофильтры, имеющие 5-7 полей, обеспечивают остаточную запыленность на уровне 50-100 мг/м 3 . при этом габариты таких фильтров значительно больше существующих. К существенным недостаткам электрофильтров относятся сложность конструкции, невозможность стабильной работы в условиях изменяющегося химического и физического состава рабочей среды, остаточная электризация уловленных частиц пыли, которая часто не позволяет вернуть ее в производство. Как техническая система электрофильтр достиг своего граничного развития и не может дальше следовать за ужесточающимися требованиями по количеству выбросов.

Хорошей альтернативой электрофильтрам сегодня могут стать рукавные фильтры с импульсной регенерацией. Действие рукавных фильтров основано на способности материалов задерживать пыль, которая крупнее отверстий, имеющихся в этих материалах.

Преимущества современных рукавных фильтров базируются на нескольких факторах.

Основной – появление синтетических материалов, полученных нетканым способом. При высокой воздухопроницаемости они почти на порядок прочнее обычных. Эти материалы обладают многими новыми свойствами и, в первую очередь, высокой термостойкостью – до 300 °С, но это очень дорогие ткани. Наибольшее распространение получили ткани с термостойкостью до 150 °С.

Появление этих тканей способствовало рождению принципиально нового способа регенерации рукавов – импульсной продувки сжатым воздухом. В таких рукавных фильтрах нет движущихся частей, что значительно повышает надежность в эксплуатации. Оборудование рукавных фильтров значительно легче оборудования электрофильтров аналогичной производительности и требует меньше места для размещения. По стоимости рукавные фильтры в 2 – 5 раз дешевле электрофильтров.

Главное преимущество рукавных фильтров нового поколения – это эффективность, при обеспыливании печных газов она достигает 99,9%, что значительно выше, чем у электрофильтров.

Пыль, уловленная обеспыливающими установками, является ценным сырьем для получения строительных материалов и поэтому должна возвращаться в технологические линии. Утилизация уловленной пыли на производстве является одним из условий создания безотходных производств.

Наибольший интерес представляет использование пыли в процессе производства цемента на самом цементном заводе, что может быть решено путем возврата пыли в печь, использование пыли в качестве добавки при помоле цемента, обжига ее в отдельной печи, работающей по сухому способу производства и т.д. Однако такой способ утилизации не всегда целесообразен, поскольку возможность возврата пыли в печь в основном зависит от содержания количества щелочей в шламе и от их накопления в пыли в процессе ее улавливания в электрофильтре.

Читайте также:  Расход цемента для проливки керамзита цементным молоком

Повышенное содержание в пыли щелочных окислов, в случае подачи последней в печь, снижает качество клинкера. При этом установлено, что только при малом содержании в шламе щелочных окислов до 0,7-0,8% все количество пыли, улавливаемое в электрофильтрах, может беспрепятственно подаваться в печь не отражаясь на качестве получаемого при этом клинкера.

В связи с различным содержанием щелочных окислов в пыли, улавливаемой полями электрофильтра, имеется возможность возврата в печь не всего ее количества, а только части, например, только I или I и II полей фильтра.

При возврате пыли в печь массовая концентрация пыли в газах перед электрофильтрами в зависимости от способа подачи увеличивается на 10-35%, удельный расход сырья уменьшается на 8%, а расход топлива на обжиг на 6%.

Печную пыль сухого способа производства с высокой концентрацией щелочей нельзя возвращать в печь. Она должна быть удалена и подвергнута выщелачиванию.

В настоящее время печную пыль начали с успехом использовать как добавку к сырьевой массе при изготовлении силикатного кирпича.

Пыль электрофильтров при производстве цемента также используют в качестве удобрений для известкования кислых почв в сельском хозяйстве.

Представляет интерес использования пыли, уловленной системами пылеочистки, для производства окрашенного медицинского стекла и получения на листовом стекле тонких теплозащитных пленок с коэффициентом поглощения в ИК-диапазоне спектра 39-25%. Пыль электрофильтров цементных заводов содержит много щелочей и по составу близка к исходному сырью для производства стекла. Введение ее в шихту дает возможность вывести мел и уменьшить количество соды, доломита и глинозема..

На основании вышесказанного планируется проведение ряда опытов для исследования свойств стекол, полученных с добавлением в шихту цементной пыли.

Эксперименты будут проводиться в следующем порядке:

1) получение образца стекла без введения в шихту печной пыли при температуре 1500 °С, чтобы использовать его в дальнейшем как «эталон».

2) получение образцов стекла с введением в шихту пыли от 10 до 50% и при температуре 900, 1000, 1100 и 1200 °С.

3) сравнение свойств полученных образцов со свойствами «эталона».

Предполагается получение более дешевой шихты того же качества и снижение температуры варки стекла. Тем самым можно решить одновременно несколько проблем: утилизация отходов цементной промышленности, удешевление сырьевой шихты заменой дорогостоящих синтетических компонентов цементной пылью, снижение потребления электроэнергии.

Источник

Контроль выбросов при производстве цемента

Эффективность применяемых методов очистки выбросов проверяется по содержанию вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе.
В отношении контролируемых веществ, характеризующих применяемые технологии и особенности производственного процесса на объекте, оказывающем негативное влияние на окружающую среду, применяется термин «маркерные вещества». Под маркером понимается наиболее значимый представитель группы веществ, внутри которой наблюдается тесная корреляционная взаимосвязь. Особенностью маркерного вещества является то, что по его значению можно оценить значения всех веществ, входящих в группу [1, 2].
При осуществлении производственного экологического контроля выбросов проводится контроль маркерных загрязняющих веществ. При экологических и гигиенических оценках значение имеют маркеры качества окружающей среды и технологические маркеры.
В качестве маркеров веществ, возникающих при производстве цемента и наносящих вред окружающей среде и здоровью человека, в справочнике НДТ [3] используются следующие: пыль, оксиды азота (NOx), диоксид серы (SO2), оксид углерода (CO), металлы и их соединения (см. таблицу).

Маркерные вещества, выделяемые в окружающую среду на цементных производствах

Пояснения Пыль Выбросы пыли возникают в процессе дробления,транспортировки, складирования сырьевых материалов, при помоле и обжиге сырьевой смеси, охлаждении и складировании портландцементного клинкера, при помоле, транспортировке и отгрузке цемента, при хранении и подготовке твёрдого топлива или топливных отходов. Химический состав пыли может изменяться в широких пределах. Для цементных заводов рассматривают выбросы пыли с содержанием SiO2 до 20 масс. % и с содержанием SiO2 от 20 до 70 масс. %. Важное значение имеют выбросы пыли с размером частиц менее 10 мкм (РМ 10) и тонкодисперсной пыли с размером частиц менее 2,5 мкм (РМ 2,5). Тонкодисперсная пыль очень медленно оседает. Нахождение в верхних слоях атмосферы тонкодисперсной пыли в большой концентрации снижает уровень инсоляции земной поверхности, что может привести к заметному понижению средней годовой температуры.
В пылевых выбросах цементных заводов после обеспыливания газов в современных рукавных и электрофильтрах количество частиц фракции РМ 10 может достигать 85-90%, а частиц РМ 2,5 — 50% от массы частиц, уносимых с безвозвратным пылеуносом Оксиды азота

Ключевые загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу при производстве цемента. Состоят из смеси монооксида азота NO (95%) и диоксида азота NO2 (5%).
NO — это бесцветный, без запаха, плохо растворимый в воде газ. При концентрации до 50 ppm он не проявляет токсических или раздражающих свойств. NO2 — это газ, который заметен даже при небольшой концентрации: он имеет коричневато-красноватый цвет и особый острый запах. NO, который присутствует в городском воздухе, может самопроизвольно переходить в NO2 при фотохимическом окислении с формированием смога

Читайте также:  Пропарочная камера для цемента
Диоксид серы SO2 — бесцветный газ с раздражающим запахом, токсичен. Выбросы диоксида серы (SO2) зависят прежде всего от концентрации летучих соединений серы в сырьевых материалах и топливе, а также от способа производства цемента и внутренней циркуляции летучих сернистых соединений в печи. Диоксид серы может выбрасываться в атмосферу в виде SO2, а также в виде различных сернистых соединений с пылью или клинкером. Оксид углерода Оксид углерода (CO) — бесцветный ядовитый газ без запаха. В дымовых газах клинкерообжигательных печей может появиться двумя путями. Первый путь связан с неполным сгоранием технологического топлива при недостаточном количестве кислорода в воздухе или недостаточном количестве воздуха, подаваемого во вращающуюся печь или в декарбонизатор вращающейся печи. Второй путь связан с присутствием различных органических соединений, содержащих углерод, в сырьевых материалах. В газовой среде, содержащей до 3 об.% кислорода, 80-95% органического углерода окисляются до CO2, а 5-20% образуют CO.

Металлы и их соединения

Тугоплавкие нелетучие вещества Ва, Ве, Cr, As, Ni, Al, Ca, Fe, Mn, Cu и Ag. В процессе обжига эти металлы полностью адсорбируются клинкером и выводятся из печи вместе с ним. В отходящих газах они могут присутствовать только в виде пыли, а уровень их эмиссии в атмосферу зависит только от эффективности работы пылеулавливающего оборудования Частично летучие металлы Sb, Cd, Pb, Se, Zn, K и Na. В виде сульфатов или хлоридов эти металлы способны возгоняться в интервале температур 1000-1300°C и конденсироваться при 700-900°C, что приводит к явлению внутренней рециркуляции и их накоплению в нижних ступенях циклонного теплообменника и в зоне твердофазовых реакций. Они также практически полностью выводятся из печи с клинкером, а уровень их эмиссии в атмосферу зависит от эффективности работы пылеулавливающего оборудования Высоко летучие соединения Таллий (Tl). Конденсация TlCl происходит в температурном интервале 450-550°C, т.е. в верхних ступенях циклонного теплообменника, что приводит к накоплению и постепенному росту его концентрации в составе пыли Крайне летучие соединения Ртуть (Hg) почти полностью удаляется из печи с отходящими газами и лишь незначительная её часть адсорбируется пылью с последующим осаждением в пылеулавливающих установках

Металлы и их соединения поступают в печь для обжига клинкера с сырьевыми материалами и с технологическим топливом. Их концентрация может изменяться в широких пределах. Уровень эмиссии металлов в атмосферу определяется сложными механизмами. В соответствии с гигиеническими нормативами металлами или их соединениями, относящимися к I классу опасности, являются Ba, Be, V, Hg, Cd, Ni, Pb, Tl, Te и Se. Среди этих металлов частичной и высокой летучестью обладают Hg, Cd, Tl и Pb.
Поведение и уровень эмиссии отдельных металлов зависит от их летучести, способа ввода в печь, концентрации металла в сырьевых материалах и топливе или топливосодержащих отходах, от возникновения явления рециркуляции и аккумулирования металлов и от эффективности осаждения пыли в пылеосадительной системе.
Нелетучие металлы почти полностью выходят из печи с портландцементным клинкером. Концентрация этих металлов в пыли, выбрасываемой в атмосферу после очистки газов в пылеосадительных установках, незначительна. Многолетними исследованиями установлено, что с портландцементным клинкером выносятся следующие тяжёлые элементы: As (≈92%), Ni (≈97%), Zn (≈88%), Be (≈96%).
Частично летучие и высоколетучие металлы и их соединения имеют тенденцию к организации кругооборота (рецикла) внутри печной системы и циклонного теплообмен-ника. В процессе кругооборота их концентрация в определённых зонах печи и теплообменника постепенно увеличивается, что приводит к некоторому повышению эмиссии данных металлов и их соединений в атмосферу вместе с пылью. Большая часть Cd (≈88%) и Pb (≈77%) удаляется вместе с безвозвратным пылеуносом. Одновременно увеличивается их вынос из печи вместе с портландцементным клинкером.
Особое положение среди металлов благодаря своей высокой летучести занимает ртуть. В интервале температур, соответствующих температуре отходящих из печи газов, почти вся ртуть находится в газообразном состоянии и полностью выносится из печи в атмосферу. Лишь незначительная часть ртути при резком снижении температуры отходящих газов может конденсироваться на частицах пыли и за счёт этого улавливаться в системе пылеосаждения. Высоколетучие Hg (≈98%) и Tl (≈42%) удаляются из вращающейся печи с отходящими газами. Токсичные свойства тяжёлых металлов проявляются при вдыхании их паров или при контакте с кожей человека.
В странах Европы допустимые выбросы тяжёлых металлов регламентируются Шведским (LRV) и Германским (TA-Luft) международными соглашениями о чистоте воздуха. В соответствии с этими соглашениями тяжёлые металлы разделены на классы по токсичности.
Наибольшую опасность представляют Cd, Hg, Tl, которые отнесены к I классу по токсичности. Максимальная допустимая концентрация этих металлов в газовых выбросах в сумме не должна превышать 0,20 мг/нм 3 .
II класс — это As, Co, Ni, Se, Те с максимальной допустимой концентрацией 1,00 мг/нм 3 , III класс — Cr, Cu, Pb, Pd, Pt, Rh, Sb, Sn, V с максимально допустимой концентрацией в газовых выбросах 5,00 мг/нм 3 .

Читайте также:  Цемент с25 что такое

Контроль за выбросами вредных (загрязняющих) веществ в окружающую среду в целях обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения осуществляется как в период проведения натурных исследований для подтверждения расчётных границ санитарно-защитной зоны (СЗЗ), так и в последующий период.
Для проведения оценки риска здоровью населения, возникающего в результате выброса, используется понятие «приоритетные вещества».

Выбор приоритетных веществ осуществляется с учётом следующих критериев:
• превышение средней концентрации вредного вещества, соответствующей ПДК в атмосферном воздухе;
• содержание вещества на уровне соответствующей ПДК более чем в одном компоненте окружающей среды;
• высокий ранг приоритетности соотношения выброс/ПДК;
• высокий индекс опасности неканцерогеных эффектов при предварительном расчёте риска;
• высокий ранг канцерогенного риска при предварительном расчёте;
• вещество входит в список приоритетных веществ Комиссии ЕС;
• вещество принадлежит к короткому списку основных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе Российской Федерации;
• вещество принадлежит к короткому списку основных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе по классификации Агентства по охране окружающей среды США (U.S. EPA);
• особо неблагоприятный характер предполагаемого эффекта (канцерогенность, влияние на потомство, влияние на нервную систему и пр.).

В целях выявления химических соединений, представляющих повышенную опасность для населения при хроническом ингаляционном воздействии, проводится ранжирование выбросов предприятий по влиянию на здоровье населения [4].
На этапе предварительного ранжирования потенциальных канцерогенов учитывается величина суммарной годовой эмиссии загрязняющего вещества и весовой коэффициент канцерогенного эффекта, устанавливаемого в зависимости от значений фактора канцерогенного потенциала и группы канцерогенности по классификации МАИР или соответствующие им группы по классификации U.S. EPA. Для предварительного ранжирования веществ, не обладающих канцерогенным риском (системные токсиканты), используется метод, аналогичный указанному. При этом применяются весовые коэффициенты, основанные на безопасных дозах или концентрациях.
При выполнении программы натурных исследований и проведении санитарно-гигиенических оценок в период после установления СЗЗ в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 [5] выявляется отсутствие требований, касающихся выбора загрязняющих веществ, подлежащих контролю, для подтверждения расчётного размера СЗЗ.
На территории некоторых субъектов Российской Федерации в качестве данного критерия используется величина 0,1 ПДК, фигурирующая в санитарных правилах и нормах как критерий для определения источника воздействия на среду обитания и здоровье человека. При таком подходе предлагается контролировать все вещества, которые рассматриваются при определении расчётной СЗЗ (если все вещества на границе территории предприятия менее 0,1 ПДК, то СЗЗ не требуется).
С точки зрения устранения избыточных требований при установлении размеров СЗЗ представляется целесообразным контролировать только основные загрязняющие вещества. В письме Роспотребнадзора [6] предлагается критерий выбора приоритетных веществ, расчётная концентрация которых составляет 0,7 ПДК и более. Такой подход представляется логичным, хотя в настоящее время данные рекомендации не отражены в методических или нормативных документах. Кроме того, анализ целесообразности включения загрязняющих веществ в программу контроля осуществляется в том числе с учётом результатов оценки рисков для здоровья населения. Очень часто с этой точки зрения приоритетными оказываются далеко не те вещества, которые формируют максимальные концентрации при расчётах рассеивания. Важным является тот факт, что в справочнике НДТ [3] проименованы маркерные вещества, в том числе подлежащие производственному контролю в рамках обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения, что позволит на практике обеспечить эффективность лабораторного контроля за выбросами вредных загрязняющих веществ и оценку их влияния на окружающую среду и здоровье населения.

Литература
1. Сивков С.П., Потапова Е.Н. Критерии выбора маркеров в справочном документе по НДТ при производстве цемента // Наилучшие доступные технологии. Определение маркерных веществ в различных отраслях промышленности. Сб. статей 3. М.: Издательство «Перо», 2015.
2. Скобелев Д.О., Гревцов О.В., Збитнева Е.В. Модель государственного регулирования обращения химических веществ и продукции и внедрение НДТ в Российской Федерации // Наилучшие доступные технологии. Применение в различных отраслях промышленности. Сб. статей 2. М.: Издательство «Перо», 2015.
3. ИТС 6-2015. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Москва. Бюро НДТ. 2015 г. С.
4. P 2.1.10.1920-04. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду.
5. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов».
6. Письмо Роспотребнадзора от 22.11.2010 № 01/16400-0-32 «О разъяснении изменений № 3 в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03».

Источник