Разработка систем очистки рабочей зоны подбункерного помещения доменной печи

Доменные цехи загрязняют атмосферу в основном пылью и оксидом углерода. Существуют две системы подачи сырых материалов на колошник: скиповая, применявшаяся на старых печах, и транспортерная, применяемая в новых печах и обеспечивающая значительное снижение пылевыделений.

Наибольшее количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон-весы и далее в скип. Пыль выбрасывается в атмосферу через окна и проемы для скипов и через выхлопные отверстия аспирационных систем при высоте выделений 10 м.

Руда, окатыши, агломерат, кокс и известняк загружены в отдельные бункера хранения. Различные материалы взвешиваются согласно плану подачи, разработанному, для получения желаемой марки чугуна и химсостава шлака. Материалы взвешиваются в подбункерном помещении с помощью вагон-весов, которые доставляют шихту к скиповому подъемнику, который по наклонным рельсам направляется к загрузочному устройству печи. Некоторые современные доменные печи работают не со скипами, а с автоматизированными конвейерными подъемниками, которые протянуты от эстокады до колошника.

Вагон-весы (рис. 1.1) представляют собой самоходный вагон с двумя бункерами, установленными на взвешивающем устройстве.

Рисунок 1.1 - Вагон-весы

Каждый бункер оборудован двумя плотно закрывающимися створками, снабженными механизмами открывания и закрывания, управляемыми с помощью пневмоприводов. Створки в нижней части футеруются специальным материалом, имеющим повышенную износостойкость. Сварная рама вагон-весов опирается на две двухосные ходовые тележки с навесными электромеханическими приводами передвижения. На раме смонтированы два механизма загрузки бункеров с приводами вращения и подъема качающихся редукторов. Вагон-весы оборудованы компрессорной установкой для подачи сжатого воздуха в пневмосистемы механизмов подъема качающихся редукторов, механизмов открывания створок и в пневмоцилиндры тормозной системы механизмов передвижения. На вагон-весах установлена вентиляционная система для подачи очищенного воздуха в кабину машиниста. Управление всеми механизмами вагон-весов осуществляется с пульта управления, расположенной в кабине машиниста. Подвод электропитания осуществляется при помощи токоприемников установленных на крыше кабины.

Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений составляет около 500 мг/м³, в связи с чем на многих предприятиях кабина машиниста вагон-весов герметизирована. При транспортерной подаче сырых материалов условия работы в подбункерном помещении гораздо лучше.

Данные о валовых выбросах в подбункерных помещениях для доменных печей различных объемов представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Валовые выбросы подбункерных помещений

Дисперсный состав пыли, которая образуется в подбункерных помещениях представлен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Дисперсный состав пыли

Для очистки выбросов аспирационных систем применяют мокрые и сухие пылеуловители.

1.2 Вредное воздействие выбросов на здоровье человека

Вредные воздействия газообразных и пылевых промышленных выбросов на человека зависят как от количества загрязняющих веществ, поступающих в организм, так и от их концентрации. Влияние концентрации нетоксичных пылей является неявным, но чрезвычайно опасно в случае токсичных пылей и газов. Воздействие атмосферных загрязнений на здоровье человека может варьировать от пренебрежимо малого раздражения до местного или общего разрушения определенных органов и, наконец, полной интоксикации организма. Кроме того, загрязнение атмосферы может сопровождаться вторичными вредными воздействиями на здоровье человека, приводя к снижению природной сопротивляемости болезням.

При кратковременном воздействии можно выделить концентрацию каждого вещества в воздухе, которую организм человека воспринимает без неблагоприятных реакций. Вследствие больших различий в токсичности загрязняющих веществ промышленных выбросов указанные концентрации различаются для каждого вещества, причем иногда эти различия могут достигать нескольких порядков. При превышении определенной концентрации организм реагирует посредством процессов сопротивляемости и адаптации, пытаясь устранить воздействие разрушающего вещества и приспосабливая процессы жизнедеятельности к изменившимся условиям окружающей среды. Дальнейшее повышение концентраций загрязнения и достижение их характеристических величин приводит к тому, что организм теряет способность к адаптации и устранению воздействия токсичного вещества. Кроме того, разрушение организма может быть результатом долговременного воздействия малых концентраций загрязняющих веществ, т. е. следствием хронического воздействия данного вещества.

Определить концентрацию данного вещества, которая приведет при долговременном воздействии к разрушению организма, весьма трудно, поскольку для этого необходимы долгосрочные эксперименты и исследования, а воздействие загрязняющего вещества обычно перекрывается другими эффектами, например климатическими эффектами и эффектами производственной окружающей среды.

На основании сведений о вредных воздействиях отдельных компонентов промышленных выбросов установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) важнейших токсичных веществ в атмосфере. Значения ПДК загрязнений обычно определяют для кратковременного прямого воздействия (среднее значение в интервале - 30 мин) или более длительного воздействия (средняя концентрация за сутки).

Для адекватного интерпретирования ПДК загрязняющих веществ необходимо учитывать, что люди обладают различной чувствительностью к загрязнениям, так что данная концентрация каждого из них может вызвать различные количественные и качественные реакции индивидуумов. Важными факторами при этом являются возраст, пол, состояние здоровья и усталость. Следовательно, значения ПДК должны быть несколько меньше, чем те, при которых наиболее чувствительные тесты определяют ответную реакцию человеческого организма.

Реакции на загрязнение атмосферы могут иметь острую или хроническую форму, а воздействие их может быть локальным или общим. Характер воздействия обычно подразделяют на токсический, раздражающий или кумулятивный.

Локальное воздействие токсичных веществ может проявиться в точке контакта или поступления их в организм (т. е. в верхних дыхательных путях, в слизистой носа, тканях горла или бронхов, в пищеварительном тракте, на коже, на слизистой оболочке глаз). Преимущественно происходит местное раздражение или разрушение поверхностных покровов наиболее пораженных органов.

Воздействие загрязняющего вещества после его поглощения организмом может быть гораздо более сложным. Этот процесс зависит главным образом от природы вещества. Оно может накапливаться в организме или поступать в кровь и, следовательно, переноситься к различным органам и там воздействовать на биологические процессы, приводя к дальнейшему разрушению организма.

Пылевые частицы, превышающие определенный размер (порядка 2-5 мкм), отделяются в носоглотке и верхних дыхательных путях, так что не попадают в глубь дыхательных путей и, следовательно, не слишком опасны. Однако иногда эти частицы могут оказывать большее разрушающее действие, чем мелкие. Например, попав в глаз, грубые частицы могут вызвать сильное раздражение конъюнктивы или вызвать ожог. Частицы меньшего размера не задерживаются в носоглотке или верхних дыхательных путях, а поступают внутрь дыхательного тракта. Если они нерастворимы, то, накапливаясь в лимфатических узлах, могут привести к отложениям пыли в легких. Растворимые вещества поступают в организм с циркулирующими в нем растворами. Наконец, необходимо отметить, что верхние дыхательные пути обладают ярко выраженной способностью удалять частицы пыли. Частицы покрываются слизью, выделяемой соответствующими железами, и удаляются из дыхательных путей за счет сокращения мышечных тканей. Эта способность может быть существенно понижена, если в атмосфере содержатся вещества с наркотическим эффектом, такие как углеводороды, альдегиды и кетоны. Длительное курение сигарет также понижает мобильность таких частиц.

В зависимости от растворимости газообразных загрязняющих веществ изменяются области дыхательных путей, подвергающиеся наибольшему разрушению. Так, хорошо растворимые газообразные загрязнения сорбируются тканями носоглотки и верхних дыхательных путей и лишь незначительное их количество поступает в глубь дыхательного тракта. Однако газы с меньшей растворимостью поглощаются в носоглотке и верхних дыхательных путях лишь в незначительной степени, а большинство этих загрязняющих веществ проникает внутрь органов дыхания. Действие загрязнений на различные органы также может различаться. Поглощенные загрязнения могут ускорить или затормозить биохимические процессы в организме. Одно и то же загрязняющее вещество может, например, в зависимости от концентрации или дозы, давать прямо противоположные эффекты. В малых количествах оно может быть ускорителем (стимулятором), а в больших - оказывать тормозящее действие.

Считается, что разрушительное воздействие ряда промышленных загрязнений, содержащихся в производственных выбросах (особенно кратковременных, но высококонцентрированных загрязнений), четко прослеживается по состоянию организма человека. Например, хлор наносит ущерб органам зрения и дыхания. Фториды, которые вследствие растворимости в соляно-кислотном растворе попадают в организм главным образом через пищеварительный тракт, обладают ярко выраженным эффектом вымывания кальция из костей и снижения содержания его в крови. При вдыхании фториды сильно поражают дыхательные пути. Гидросульфид поражает роговицу глаз и дыхательные органы, а также вызывает головные боли. При высоких его концентрациях интоксикация такова, что может привести к летальному исходу. Весьма опасен и дисульфид углерода, который является ядом нервного действия, что может вызвать психические расстройства. Острая форма отравления приводит к наркотической потере сознания. Некоторые металлы, особенно тяжелые, представляют опасность при вдыхании их паров или соединений. Чрезвычайно опасны для здоровья соединения бериллия. Диоксид серы и нитрозные газы сильно поражают дыхательные пути.

Наиболее опасными из множества химикатов, диспергируемых в атмосфере в малых и, казалось бы, безобидных концентрациях, являются альдегиды и кетоны. В малых концентрациях альдегиды часто оказывают раздражающее воздействие на органы зрения и обоняния, действуя в то же время как наркотик на центральную нервную систему. Ненасыщенные альдегиды по сравнению с насыщенными приводят к более тяжелым последствиям. Поражения нервной системы могут быть вызваны фенольными соединениями, тиолами (меркаптанами) и органическими сульфидами.

В целом считается, что более опасны долговременные воздействия малых концентраций, чем кратковременные, но высококонцентрированные. Более того, на организм человека обычно действует не одно загрязняющее вещество, а наблюдается тенденция совместного влияния нескольких из них или даже суммарный эффект смеси загрязнений, причем каждое из них в отдельности может и не быть разрушительным. Короче говоря, поражающий фактор может быть как простой суммой соответствующих эффектов отдельных веществ, так и превышать эту величину. В то же время могут сложиться такие ситуации, что вредное воздействие индивидуальных веществ уменьшится или даже полностью нивелируется. Комбинация диоксида азота со смолоподобными веществами приводит к обострению рака легких. Легочные заболевания встречаются гораздо чаще, если атмосфера загрязняется диоксидом серы в сочетании с пылевыми выбросами. Мелкодисперсные частицы сажи могут адсорбировать бензопирены и заносить их в глубь легких, где, оставаясь, длительное время, они могут привести к раку легких.

В регионах с высоким уровнем загрязнения атмосферы выявлено значительное количество временных и хронических изменений в организме человека, являющихся следствием указанных разрушающих воздействий. Например, комбинация химически неактивных твердых частиц с такими газами, как диоксид серы, может привести к патологическим изменениям дыхательных путей, что выражается в их сужении и, следовательно, затрудненном дыхании. В конечном счете, это может привести к астме и ее осложнениям. Сильно загрязненный воздух является также причиной часто встречающихся хронических бронхитов и роста некоторых инфекционных заболеваний - ослабленные функции дыхательных органов ограничивают освобождение верхних дыхательных путей от бактерий и посторонних веществ. В регионах с сильно загрязненным воздухом могут наблюдаться также изменения в составе крови и замедленный рост костной ткани у детей. Например, была выявлена взаимосвязь эффектов комбинированного загрязнения атмосферы с заболеваниями пневмонией, раком легких и т. д.

1.3 Способы уменьшения вредных выбросов подбункерного помещения

Наиболее эффективным средством борьбы с выбросами пыли и вредных газообразных компонентов в воздушный бассейн предприятиями является установка газоочистных аппаратов. Однако, как показала практика, пылегазовыделения можно значительно сократить путем их подавления и локального отсоса, а также осуществления ряда мероприятий технологического и планировочного характера. В первую очередь следует внедрять малоотходную технологию, позволяющую значительно уменьшить нагрузку на газоочистные аппараты и тем самым повысить эффективность их работы, а иногда и обойтись без их установки.

Планировочные мероприятия по снижению приземных концентраций вредных веществ. В системе мероприятий по охране атмосферного воздуха видное место занимают планировочные мероприятия, позволяющие при постоянстве валовых выбросов существенно снизить воздействие загрязнения окружающей среды на человека. Прежде всего, большое значение имеют правильный выбор площадки предприятия, взаимное расположение его цехов и жилых массивов.

Рекомендуется располагать предприятия и жилые кварталы на открытой ровной местности, хорошо продуваемой ветрами, исключающей образование застойных зон. По отношению к жилому массиву предприятие должно располагаться с подветренной стороны, чтобы большую часть года в соответствии с розой ветров выбросы уносились в сторону от жилых кварталов. Площадка жилой застройки не должна быть выше площадки предприятия, так как в противном случае преимущество высоких дымовых труб практически сводится на нет.

Площадка предприятия должна иметь положительную инверсионную характеристику. Температура воздуха в любое время года с увеличением расстояния от земной поверхности должна уменьшаться, чтобы обеспечивалась естественная вентиляция площадки предприятия даже при отсутствии ветра.

Цехи, выделяющие наибольшее количество вредных веществ, следует располагать на краю территории предприятия со стороны, противоположной жилой застройке. Взаимное расположение цехов должно быть таким, чтобы при направлении ветров в сторону жилых массивов выбросы их не объединялись.

Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий СП-245-71 предусмотрено отделение жилых массивов от промышленных предприятий, являющихся источниками выделения вредных веществ, санитарно-защитными зонами. Расстояние между промышленной зоной и жилым массивом определяется в зависимости от профиля предприятия, его мощности, количественных и качественных характеристик выбросов в атмосферный воздух.

Многочисленные исследования показали, что выделяемые металлургическими предприятиями в атмосферу вредные вещества в концентрациях, превышающих ПДК, обнаруживаются в радиусе до 10 км от места выделения. Это и определяет необходимую ширину санитарно-защитной зоны.

Роль пространственных разрывов значительно повышается при озеленении их специальными породами деревьев и кустарников.

Технологические мероприятия по снижению вредных выбросов в атмосферу. Важнейшим направлением снижения промышленных выбросов в воздушный бассейн является совершенствование технологии производства процессов и основного технологического оборудования. При выборе технологических агрегатов предпочтение следует отдавать более мощным агрегатам. Например, доменная печь объемом 5000 м³ заменяет целый доменный цех и только за счет сокращения источников пыле- и газовыделений значительно сокращаются выбросы пыли и оксида углерода.

Замена в металлургических агрегатах топлива электроэнергией существенно снижает выбросы пыли и вредных газов. Исключение излишних операций и промежуточных звеньев, связанных с пыле- и газовыделением, может способствовать значительному снижению выбросов в атмосферу.

Переход от периодических процессов к непрерывным позволяет сильно сократить пыле- и газовыделение. Например, переход в доменных цехах от скиповой подачи материалов к транспортерной сокращает пылевыделение в несколько раз. Оснащение технологических агрегатов противопылевыми устройствами значительно уменьшает выделение пыли в атмосферу. Примером подобного рода устройств могут служить аппараты для бездымной загрузки коксовых печей и многосопловые кислородные фурмы.

Сокращению количества выбросов способствует также работа на кондиционном сырье, соответствующем техническим условиям.

Подавление пылегазовыделений. При проведении технологических процессов в закрытых объемах, как это имеет место в различных печах или паровых котлах, основная масса пылегазовыделеннй удаляется организованно через газоотводящие тракты и дымовые трубы. В условиях, когда тот или иной процесс идет открыто, важное место в борьбе с загрязнением воздуха занимает предотвращение пылегазовыделения путем их подавления в местах образования. В зависимости от конкретных условий протекания процесса подавление пылегазовыделений может осуществляться различными способами.

Увлажнение сыпучих материалов, руды и пыли резко сокращает пыление по всем трактам движения и складирования этих материалов. На складах для проведения операции увлажнения используют автоматические стационарные распылители и специальные автомобили. Равномерное увлажнение, предотвращающее распыливание, обеспечивают расположением и подбором форсунок, давления воды, высоты распыления. Каждый материал имеет свою предельную влажность, при которой не происходит пылевыделение, например для пыли она равна 18-20%.

Применение поверхностно активных веществ (ПАВ) в узлах разгрузки пылящих материалов резко сокращает загрязнение окружающего воздуха. Эти вещества применяются в виде вырабатываемой в специальных пеногенераторах воздушно-механической пены, для образования которой используют в 2-3%-ные водные растворы ПАВ. Для различных способов разгрузки материалов разработаны разные конструкции для пылеподавления. Например, при разгрузке в бункера пена, поданная в бункер, по мере ссыпки материала поднимается, образуя как бы крышку, через которую пыль не выбивается в атмосферу.

Организация противодавления с помощью инертного газа позволяет подавлять выбивание грязного доменного газа в засыпной аппарат при ссыпке в печь очередной порции шихты.

Улавливание неорганизованных пылегазовыделений. В тех случаях, когда процесс идет открыто и предотвратить или подавить пылегазовыделение в месте его образования не удается, выходом из положения является улавливание пылегазовыделений с помощью цеховых фонарей, зонтов, местных укрытий (колпаков), защитных кожухов,

Цеховые фонари на крыше здания имеют большинство цехов металлургического предприятия. В этом случае вентиляция цеха происходит путем аэрации: наружный воздух, входя через проемы и нижней части цеха. нагреваясь и его атмосфере, поднимается вверх и выходит через рамы фонаря в наружную атмосферу, вынося с собой из цеха пылегазовыделения. Цеховые фонари применяют в тех случаях, когда пылегазовыделение происходит по всей площади цеха и нет возможности организовать локализованный отвод и очистку газов от места их образования. Очистку газов, выходящих из фонарей в атмосферу, применяют редко, так как объемы этих газов огромны из-за присосов балластного воздуха на пути движения газов.

Зонты и колпаки наиболее часто устанавливают непосредственно у источников пылегазовыделений. Чем ближе они к источнику, тем полнее улавливание пылегазовыделеннй и меньше прососы окружающего воздуха. Для удобства обслуживания их обычно располагают не ниже 1,8-2,0 м над рабочей площадкой. Входное сечение зонта или колпака следует устраивать подобным поверхности источника вредных выделений с углом раскрытия не более 60°. Скорость всасываемого газа должна составлять не менее 1-1,5 м/с. Отсасываемый газ, разбавленный воздухом, пропускают через пылеуловитель и вентилятором выбрасывают через дымовую трубу и атмосферу. Такие местные отсосы широко распространены па металлургических предприятиях. В качестве примеров источников пылегазовыделения. оборудованных такими аспирационными системами, можно назвать: дробилки, грохоты, мельницы, транспортеры в производстве агломерата и окатышей; летки, желоба, ковши в доменном производстве; миксеры и ковши в миксерном отделении; завалочные окна и разливочные машины в сталеплавильных цехах.

Защитные кожухи являются наиболее совершенным типом укрытия, так как в значительной мере исключают присосы окружающего воздуха в аспирационную систему и позволяют наиболее полно удалять выделяемые источником пылегазовыделения. В настоящее время защитные кожухи получают все большее распространение. Такого рода укрытиями служат: камера вагоноопрокидывателя, бункера и некоторые узлы перегрузок на агломерационной фабрике; бункера сухого тушения кокса на коксохимическом заводе; межконусное пространство доменной печи; камера придоменной грануляции шлака в производстве чугуна; защитные кожухи электросталеплавильпых печей в сталеплавильном производстве; закрытые ванны непрерывного травления в прокатном производстве и др.

2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ