Разработка технологии и оборудования инженерно-экологической защиты атмосферного воздуха от вредного воздействия промышленных выбросов

Анализ опасностей, возникающих при эксплуатации аппарата в регламентном режиме работы.

В проекте установки должен быть предусмотрен обязательный контроль следующих параметров:

- температура и давление очищаемого газа на входе в скруббер;

- расход и давление жидкости, подаваемой на орошение скруббера и стенки корпуса;

- температура очищаемого газа на выходе из скруббера.

Анализ опасностей, возникающих при аварийных режимах работы аппарата.

Аварийный выброс возможен при отключении электроэнергии и аварийном отключении печи сжигания отходов. При остывании кладки происходит движение высокотемпературного потока газа по тракту системы ОГВ. Время аварийного выброса 10 - 15 мин, выброс солей Na за это время может составить 1,0 - 1,5 кг/ч. В начальный период выброса температура газов не превышает 300 - 350оС.

Методы контроля и регулирования, позволяющие предотвратить или устранить возникающие опасности.

1. Автоматизация.

- поддержание температуры газов на выходе из скруббера-охладителя осуществляется изменением расхода слабого раствора в линии циркуляции;

- поддержание уровня жидкости в емкостях Б1 и Б2 регулируется по показаниям уровнемеров, установленных в баках;

- при снижении гидравлического сопротивления скруббера Вентури увеличить подачу раствора солей на орошение трубы Вентури.

1. Блокировки безопасности.

Блокировки безопасности должны быть связаны с параметрами работы установки сжигания отходов:

- отключение подачи природного газа и подачи твердых отходов в печь сжигания при остановке насосов Н1 (Н2) и Н3 (Н4) (падении давления воды и раствора перед форсунками скруббера и трубы Вентури, повышении температуры >200оС после скруббера-охладителя);

- при превышении предельного уровня жидкости в скруббере-охладителе.

2. Дистанционное управление.

Управление потоками воды и растворов солей осуществляется дистанционно со щита КИП и дублируется по месту.

3. Сигнализация.

При приближении значения параметров на 80 %, в т.ч. уровень жидкости в скруббере-охладителе, к критическому, после которого срабатывают блокировки - световая и звуковая сигнализации.

Охрана окружающей среды

Для оценки работы скруббера (в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06-90 “Охрана природы. Атмосфера. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения”, ГОСТ 17.2.4.07-90 “Охрана природы. Атмосфера. Методы определения давления и температуры газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения”, ГОСТ 17.2.4.08-90 “Охрана природы. Атмосфера. Методы определения влажности газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения”, ГОСТ Р 50820-95 “Оборудование газоочистное и пылеулавливающее. Методы определения запыленности газопылевых потоков”) замеряются следующие параметры газового потока:

- давление газа на входе в аппарат, кПа;

- температура газов на входе и выходе из аппарата, оС;

- гидравлическое сопротивление скруббера, Па.

Отходы от термической переработки фильтров, выделяющиеся в окружающую среду, состоят из отходящих газов, шлака, золы, технической воды, ее осадка и сточных вод. Помимо нормативных, существуют еще и непредвиденные выбросы, они происходят в виде утечек через прокладки, вентили. Постоянные и случайные выбросы поступают в окружающую среду и могут осаждаться в непосредственной близости от объекта.

Твердые частицы, присутствующие в воздухе, являются результатом, как природных явлений, так и деятельности человека. Это мельчайшие частицы почвы, морская соль, пыль вулканического происхождения, споры грибов и пыльца растений, частицы, присутствующие в выхлопных газах и дыме. Частицы естественного происхождения обычно крупнее 2,5 микрон, в то время как в отходящих дымовых газах содержится большое количество частиц менее 2,5 микрон. Такие твердые частицы, способные проникать в мельчайшие дыхательные пути, оказывают серьезное влияние на респираторную систему, вызывая астму, могут быть причиной повышенной смертности от заболеваний дыхательной системы и сердца. Наибольшее беспокойство вызывают ультра мелкие частицы размером менее 0,1 микрона. Объекты термического обезвреживания выбрасывают значительные количества мельчайших твердых частиц. Даже самые современные системы очистки газов препятствуют лишь выбросу 5 - 30% таких частиц. Частицы менее 0,1 микрона не задерживаются системами очистки отходящих газов. Химический состав твердых частиц изучен плохо. Известно, что в них могут содержаться минеральные оксиды и соли. Ультра мелкие частицы могут быть химически активны, так как на их поверхности находится большее число свободных атомов, адсорбирующих опасные вещества.

Оксиды азота выделяются во всех промышленных процессах, включающих процесс горения. Эти выбросы могут изменять кислотность дождей. Выбросы NОx влияют на респираторную систему человека. Выбросы NОx приводят к возникновению так называемых вторичных частиц, образующихся в результате химических реакций, происходящих в атмосфере. Чаще всего оксиды азота окисляются до кислот, а потом нейтрализуются атмосферным аммиаком. При этом образуются частицы нитратов аммония. Эти частицы, являясь растворимыми, тем не менее, способны в течение длительного времени находиться в воздухе.

Диоксид углерода, как самый распространенный парниковый газ значительно влияет на изменения климата, поэтому его выбросы должны быть минимизированы. Однако норм на выбросы СО2 для объектов термической переработки не существует.

Токсичный оксид углерода (СО) также выделяется в процессе сжигания отходов. Уровни СО могут оказывать существенное влияние на больных сердечнососудистыми заболеваниями.

Сбросы объекта термической переработки:

стоки сводятся к стокам воды, которая используется в оборудовании для мокрой очистки отходящих газов. Данные по этим стокам ограничены. Известно, что в них содержится нейтральные соли и несгоревшие остатки соединений.

Захоронение золы и шлаков требует значительных расходов, однако, они могут быть снижены при использовании шлаков в качестве строительного материала. Тем не менее, токсичная природа ставят под сомнение возможность их использования в строительных целях.

Зола часто захоранивается вместе с несожженными отходами, в которых содержатся органические кислоты. При этом кислотность почв повышается, а вместе с тем повышается и вероятность вымывания тяжелых металлов. Кроме того, вещества, присутствующие в золе, находятся в более растворимой форме, чем вещества, присутствующие в исходных твёрдых отходах. Значительное вымывание тяжелых металлов из золы происходит под воздействием кислотных дождей. Существуют полигоны, где растворы вымываемых тяжелых металлов собираются в специальные коллекторы, а потом отправляются на предприятия по переработке промышленных стоков. Анализ воды из этих коллекторов показал присутствие в ней высоких концентраций свинца и кадмия. При отсутствии коллекторов эти и другие металлы поступают не на переработку, а в окружающую среду.

Как и зола, шлаки объекта термического обезвреживания захораниваются на полигонах. Тесты на вымывание из шлаков химических веществ показали, что при их захоронении в окружающую среду могут возвращаться неорганические соли и небольшие количества тяжелых металлов. Существуют сомнения по поводу разумности использования шлаков объекта термического обезвреживания в строительстве, так как присутствующие в них токсичные вещества рано или поздно попадут в окружающую среду.

Таким образом, защита окружающей среды от выбросов должна быть направлена на снижение объёмов газовых выбросов и их очистку и включать следующие мероприятия:

- контроль за состоянием окружающей среды;

- применение методов, способов и средств, ограничивающих объёмы выбросов газа и подачи его в промысловую газосборочную сеть;

- обеспечение соблюдения экологических нормативов проектируемыми объектами и сооружениями;

- применение системы автоматических блокировок технологических потоков, позволяющей герметизировать опасные участки в аварийных ситуациях.

Снижение объёмов вредных выбросов достигается строительством природоохранных объектов.

Чрезвычайная ситуация

В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 13 сентября 1996 г. № 1094 «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» в зависимости от распространённости поражения объектов окружающей среды и количества, поражённых среди персонала объекта и населения чрезвычайные ситуации подразделяются следующим образом:

- локальные (пострадало не более 10 человек или нарушены условия жизнедеятельности не более 100 человек, и зона чрезвычайной ситуации не выходит за пределы территории объекта);

- местные (пострадало свыше 10, но не более 50 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности более 100 человек, но не более 300, и зона чрезвычайной ситуации не выходит за пределы населённого пункта);

- территориальные (зона ЧС выходит за пределы населенного пункта, но остаётся в пределах области);

- трансграничные, региональные, федеральные (зона ЧС выходит за пределы области).

Под аварийной (экстремальной) ситуацией на ОУХО понимается формирование внезапной зоны химического загрязнения в результате одноименного попадания во внешнюю среду отравляющих веществ и других опасных химических веществ, сопутствующих технологическому процессу, в результате нарушения целостности изделий и других емкостей, содержащих отравляющие вещества, емкостного оборудования, продуктовых трубопроводов и коммуникаций.

Объекты УХО являются сложными системами, одновременно сочетающими в себе традиционные технические решения, имеющие достаточный уровень отработки в различных областях промышленности, а так же учитывающими опыт эксплуатации производств по наработке, снаряжению отравляющих веществ и хранению этих веществ на базах Министерства обороны, и другие специфические решения, обусловленные созданием новой технологии уничтожения отравляющих веществ. Возможными источниками химического воздействия на окружающую среду могут стать: технологические выбросы от оборудования, воздух общеобменной вентиляции и местных отсосов, сточные воды, твёрдые отходы.

Согласно проектной документации, с учётом ограничения количества одномоментного нахождения отравляющих веществ на ОУХО, существует реальная опасность ЧС локального масштаба. Однако, учитывая, что этот вывод сделан на основании расчетов, а следовательно, включает существенный процент неопределённостей, необходимо ориентироваться на возможность ЧС и территориального масштаба. Более масштабные ЧС на объектах по уничтожению отравляющих веществ не прогнозируются.

Технические решения, принятые на ОУХО, должны обеспечивать безопасную эксплуатацию объекта в период его функционирования.

Наиболее опасными и наименее регулируемыми являются выбросы отравляющих веществ при разрушении объектов под воздействием внешних сил, не связанных с технологией процесса и надёжностью используемого оборудования. Главными причинами таких выбросов и развития запроектных аварий могут быть природные катаклизмы, падение летательных аппаратов, спутников, крупных метеоритов. Выбросы отравляющих веществ при неисправностях и отказах технологического оборудования более управляемы. Однако и в том, и в другом случае создаются предпосылки к ситуациям, когда жизнедеятельности людей угрожает серьёзная опасность. Это обусловлено, прежде всего тем, что при разрушении ёмкостей, в которых находятся отравляющие вещества, могут образовываться значительные по глубине распространения и площади зоны поражения. [20]

Вероятность неблагоприятного воздействия.

Неблагоприятное воздействие может обладать одним или несколькими экологическими эффектами и, поражающее действие которых характеризуется, в свою очередь, соответствующими экологическими факторами. Количественной характеристикой повторяемости неблагоприятных воздействий за тот или иной промежуток времени является частота событий , измеряемая как отношение числа этих событий N к соответствующим промежуткам времен Т.

Как правило, основные виды деятельности, такие как производство продукции, транспортировка и хранение характеризуются вероятностями, значительно меньшими единицы. В этом случае вероятность удобно представить в виде:

Обычно n0 варьируется от 3 до 9. Для основных видов деятельности диапазон средних частот аварийных ситуаций в год представлен в таблице:

Риски различных видов деятельности

В соответствии с приведённой таблицей, эксплуатация оборудования очистки газовых выбросов должна производиться без риска выше допустимого 10-6 в год.

Вывод

В данном разделе пояснительной записки были рассмотрены возможные опасности, возникающие при эксплуатации оборудования очистки газовых выбросов после печи сжигания твердых отходов объекта уничтожения химического оружия (ОУХО). В результате этого выработаны общие требования безопасности при работе с этим оборудованием и рассмотрены возможные риски в связи с использованием этого оборудования.

17 Технико-экономическое обоснование

Тема проекта: «Разработка технологии и оборудования инженерно-экологической защиты атмосферного воздуха от вредного воздействия промышленных выбросов».

Введение

Темой дипломного проекта является: «Разработка технологии и оборудования инженерно-экологической защиты атмосферного воздуха от вредного воздействия промышленных выбросов». В проекте рассматриваются аппараты системы очистки газовых выбросов после печи сжигания твёрдых отходов объекта уничтожения химического оружия (ОУХО).

Дымовые газы из печи сжигания твердых отходов (отработанных фильтров) поступают в систему очистки газовых выбросов (ОГВ). Система ОГВ обеспечивает охлаждение дымовых газов и очистку их от взвешенных частиц. Очищенные газы дымососом подаются в дымовую трубу, через которую выбрасываются в атмосферу.

Очистка дымовых газов предназначена для снижения концентраций загрязняющих веществ, образующихся в процессе термической переработки отходов. Термическая переработка сама по себе направлена на уменьшение вреда, наносимого веществами, потерявшими свою необходимость. Однако эффективность переработки значительно повышается при применении систем очистки отходящих газов. На сегодняшний день существуют нормативы, определяющие допустимые концентрации и температуры выброса загрязняющих веществ в атмосферу. Поэтому при разработке газоочистного оборудования необходимо стремиться к соблюдению этих норм и требований. Допустимо реализовывать лишь те проекты, которые обеспечат на выходе из установки соблюдение предельно допустимых выбросов и предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ. Таким образом, загрязнения в газоочистном оборудовании должны улавливаться либо переводиться в безвредную форму.

При организации технологического процесса очистки отходящих газов после печи сжигания ТБО от взвешенных частиц, важное значение имеет повышение эффективности капитальных вложений и сокращение сроков их окупаемости. Поэтому при проектировании и строительстве необходимо применять совершенные технологические схемы с минимальными затратами при одновременном достижении высоких технико-экономических показателей. Экономичность очистки отходящих газов зависит от совершенства принятой технологии очистки, аппаратурного оформления процесса, производительности аппаратов, автоматизации процесса и других факторов.

Данная технологическая схема решает задачи охлаждения и дальнейшей очистки отходящих газов после печи сжигания ТБО от взвешенных частиц до требуемых концентраций на выходе.

Расчетная эффективность очистки составляет 99% - по золе, 90% - по солям.

Концепцией дипломного проекта является охрана окружающей среды.

Предполагаемые результаты проекта:

- высокая эффективность очистки отходящих дымовых газов на объекте ХУО;

- снижение вредных нагрузок на экосистему.

Расчет затрат на изготовление аппаратов новой установки газоочистки

В дипломном проекте на разработку даны два аппарата:

1) скруббер - охладитель;

2) скруббер - Вентури.

1. Расчет затрат на изготовление скруббера-охладителя

1) Масса скруббера-охладителя

Gсо = 3930 кг.

Скруббер изготовлен из стали марки 12Х18Н10Т.

Цена стали марки 12Х18Н10Т - 110 руб/кг .

Затраты на материал скруббера См = 5390 .110 = 592 900 руб.

2) Масса форсунок

Масса одной форсунки Gф1 = 0,4 кг.

Количество форсунок 24 шт.

Gф = 0,4 . 24 = 9,6 кг.

Форсунки изготовлены из стали марки 12Х18Н10Т.

Цена стали марки 12Х18Н10Т - 110 руб./кг.

3) Затраты на материал форсунок

См = 9,6 . 110 = 1056 руб.

4) Затраты на оплату труда изготовителя

Сфот = Ч . (З + Зд),

где Ч - численность; Ч = 6 человек,

З - основная заработная плата; З = 12 500 руб,

Зд - дополнительная зарплата; Зд = 5000 руб,

Сфот = 6 . (12500 + 5000) = 105 000 руб.

5) Единый социальный налог 35,6%

ЕСН = 105000 . 0,356 = 37 380 руб.

Затраты на изготовление скруббера-охладителя составляют

592 900 + 1056 + 105 000 + 37 380 = 736 336 руб.

2. Расчет затрат на изготовление скруббера - Вентури