Разработка алгоритмов и моделей энерго-экологического анализа технологических процессов и оценка энергозатрат на примере металлургических технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.16, кандидат технических наук Дружинина, Ольга Геннадиевна

• Дружинина, Ольга Геннадиевна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дружинина, Ольга Геннадиевна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

1.1. Энергетический анализ энерготехнологических процессов

1.2. Анализ экологической обстановки с целью выявления связи экономического ущерба от загрязнения окружающей среды с энергоемкостью энерготехнологических производств

1.3. Анализ влияния экологической обстановки на здоровье населения с использованием методики оценки риска

1.4. Постановка задач исследования

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И МОДЕЛЕЙ ЭНЕРГО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 3

2.1. Разработка модели сквозного энерго-экологического анализа

2.1.1. Структурированная методика сквозного энерго-экологического анализа

2.1.2. Диссипативная методика сквозного энерго-экологического анализа

2.1.3. Диссипативная модель ТЭЧ в форме сигнального графа

2.2. Разработка алгоритма укрупненного анализа экономического ущерба от загрязнений окружающей среды с учетом оценки риска для здоровья населения

2.3. Разработка алгоритма энерго-экологического анализа технологических процессов, структура применяемых баз данных и рекомендации использования

2.4. Выводы

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ И МОДЕЛЕЙ

ЭНЕРГО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ И

РАЗРАБОТКЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

3.1. Использование сквозного энерго-экологического и энергетического анализа для сравнения традиционных и новых металлургических технологий

3.1.1. Результаты сквозного энергетического анализа традиционного производства (получение чугуна в доменной печи)

3.1.2. Результаты сквозного энергоэкологического анализа новых бескоксовых технологий (ПЖВ-утилизатор, газификатор ПЖВ, доменная печь с применением ГВГ, процесс Корекс)

3.2. Использование сквозного энерго-экологического анализа производства металлопродукции при традиционном полном металлургическом цикле

3.3. Использование сквозного энергетического анализа бескоксового производства стали на металлизованных окатышах (процесс «Мидрекс»)

3.4. Применение разработанного алгоритма укрупненного анализа экономического ущерба от загрязнений окружающей среды с целью уточнения стоимостных показателей ТЭЧ продукции

3.5. Выводы

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ

ЭНЕРГО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ

ПРОИЗВОДСТВА ЛЕГИРОВАННОЙ ВАНАДИЕМ СТАЛИ И

РАЗРАБОТКЕ БЕСКОКСОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

4.1. Анализ производства легированной ванадием стали из феррованадия традиционными способами

4.2. Анализ производства легированной ванадием стали из ванадийсодер-жащих металлизованных окатышей, получаемых в шахтной печи

с паровой конверсией

4.3. Анализ способа бескоксовой переработки ванадийсодержащего рудного сырья с получением легированной ванадием стали

4.4. Программные средства энерго-экологического анализа в структуре «КомЭС» металлургических технологий

4.5. Выводы 135 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138 ЛИТЕРАТУРА 143 ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритмов и моделей энерго-экологического анализа технологических процессов и оценка энергозатрат на примере металлургических технологий»

ВВЕДЕНИЕ

Научно-техническая революция и овладение дополнительными

V

источниками энергии привели к значительной энерговооруженности человеческого труда.

Добыча и потребление энергии в мире за последние годы имеет четкую тенденцию к снижению, которая хорошо прослеживается в топливно-энергетическом балансе мира. Так, в период с 1965-1990 гг. потребление возросло почти в двое - с 5,7 до 10,8 млрд. т у.т. Однако дальнейший рост резко замедляется и ожидается к 2000 г. увеличение всего до 14,5 млрд. т у.т. Если учесть, что в 1990 г. расходовалось на 1 человека в мире ~2,3 т у.т., и принять население земного шара в 2000 г. 6,3 млрд. человек, то удельный расход энергии вообще не изменится. Экономия ресурсов в нашей стране только на 1% на уровне 1988 г. составляла: угля - 7,7 млн. т, нефти - 6,2 млн. т, природного газа - 7,7 млрд. м3, электроэнергии - 17,0 млрд. кВтч.

Однако не только ограниченность ископаемых источников энергии и соответственно экономические соображения, но и экологические проблемы сделали энергосберегающую политику одним из главных факторов технического прогресса, поскольку экономия топлива и энергии приводит не только к уменьшению энергоемкости продукции, но и к уменьшению вредных выбросов в окружающую среду.

Более 12 тыс. крупных предприятий России, составляющих основу ее промышленности, используя практически все виды природных ресурсов и самые разнообразные технологии их переработки, оказывают негативное воздействие на состояние окружающей среды. Преобладающее воздействие на загрязнение окружающей среды оказывают предприятия энергетической, топливной и металлургической промышленности.

Черная металлургия занимает третье место по общему количеству выбросов в атмосферу от стационарных источников среди отраслей

промышленности, объем которых в 1993 г. составил 3,23 млн. тонн, (седьмая часть всех выбросов в России от промышленных стационарных источников).

Экологические вопросы могут решаться по-разному: это и мониторинг загрязнения окружающей среды, и штрафы предприятий за выбросы для компенсации экономического ущерба от загрязнения окружающей среды, и оценка риска для здоровья населения, и экологизация производства: экономное расходование сырья, комплексное использование природных ресурсов, создание новых технологических систем, обеспечивающих малоотходное и безотходное производство, замкнутые циклы водоворота, утилизацию отходов.

Однако становится все более ясным, что вопросы экологизации промышленности, в частности металлургии, надо решать комплексно в тесной связи с задачами энергосбережения, при этом детально анализируя особенности технологии, учитывая энергетические и материальные затраты на предыдущих стадиях производства, утилизацию отходов, производство побочной продукции.

Таким образом, развитие и применение новых перспективных энергосберегающих технологий, в частности в металлургии, невозможно без сквозного и комплексного анализа энергоемкости и экологичности производства в целом. В связи с ухудшением экологической обстановки на металлургических заводах возникает необходимость в развитии методик, отражающих сквозную оценку энергетических затрат, связанного анализа проблем энергосбережения в тесной связи с экологическими проблемами, создание комплексного энерго-экологичексого анализа технологических процессов.

В задачу настоящей работы входило разработка алгоритмов методов и моделей энерго-экологического анализа технологических процессов с целью оценки энергозатрат и экономического ущерба окружающей среде на примере металлургических технологий.

Данная проблема была поставлена и последовательно развивалась в работах уральской школы ученых в Уральском государственном техническом университете под руководством профессора В.Г.Лисиенко. Определенный задел в этой области имелся также в трудах ученных Московского государственного института стали сплавов, Уралэнергочермета, Института Машиноведения Уральского отделения АН РФ, Уральского филиала Центра подготовки и реализации проектов, Центра экологического обучения и информации. Благодаря тесной связи с этими организациями, а также с рядом металлургических заводов (АО Чусовской металлургический завод, АО Верх-Исетский металлургический завод и др.) удалось развить это направление, разработать, опробовать и внедрить алгоритмы и модели сквозного энергоэкологического анализа в форме технологических топливных и технологических экологических чисел.

Результаты теоретических исследований в области сквозного энергоэкологического анализа используются также в учебном процессе УГТУ-УПИ.

Таким образом, автор защищает математическую модель разработанного сквозного Энерго-экологического анализа (СЭЭА) на примере металлургических производств, с учетом энергозатрат и компенсации экономического ущерба от вредных выбросов в единицах условного топлива., введенный показатель технологических экологических чисел (ТЭЧ), характеризующий количество килограмм условного топлива, требуемого для погашения стоимости экологического ущерба от вредных выбросов на единицу выпускаемой продукции, результаты исследований оценки энергозатрат с помощью разработанной модели энерго-экологического анализа на примере различных металлургических технологий, в том числе вновь разработанных, а также созданные программные средства для реализации сквозного энергетического, экологического и комплексного энерго-экологического анализа.

Основное содержание диссертации отражено в 1 статье, 8 тезисах и заявке на изобретение.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Автоматика и управление в технических системах» Уральского государственного технического университета.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю президенту РУО АИН РФ, действительному члену АИН РФ, Заслуженному деятелю науки и техники РФ, профессору, доктору технических наук В.Г.Лисиенко, и научному консультанту доценту, кандидату технических наук В.П.Голубеву, а также кандидату экономических наук Н.В.Хильченко, доценту, кандидату технических наук А.Е.Паренькову, доценту, кандидату технических наук Ю.Н.Чеснокову, доценту, кандидату технических наук В.А.Морозовой за консультации и ценную практическую помощь в реализации результатов работы.

I. МЕТОДЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

1.1. Энергетический анализ энерготехнологических процессов

Современное производство обобщенно характеризуется объемом производства металлов, мощностью действующих источников энергии и структурой потребления энергетических ресурсов. За 6000 лет человечество произвело около 16 млрд. т металлов, из них 11 млрд. т - за последние 40 лет. В настоящее время в человеческих руках оказались мощности, сопоставимые с силами природы: мощность потока солнечной энергии оценивается 10ь кВт, а действующих источников энергии, созданных человеком, - 109 кВт. За счет выделения тепловой энергии температура в больших городах на 3-4°С выше, чем в окружающем пространстве. Энергетика развивается все ускоряющимися темпами, и если производство энергии возрастет только в 100 раз, что достижимо в обозримом будущем, то при прочих равных условиях на Земле могут произойти необратимые изменения климата [1].

Согласно основным законам природопользования, совершенно ясно, что все природные ресурсы (и естественные условия) Земли конечны, и в то же время в рамках одной общественно-экономической формации, способа производства и одного типа технологий природные ресурсы делаются все менее доступными и требуют увеличения затрат труда и энергии на их извлечение, транспортировку, а также воспроизводство. Однако рост энергетических затрат не может продолжаться бесконечно [2].

Таким образом, проблема сохранения природной среды и рационального использования природных богатств нашей планеты в настоящее время приобрела большую актуальность. При этом основные задачи рационального

использования природных ресурсов в качестве сырья и источников энергии сводятся к следующему [3]:

1) полное комплексное извлечение из месторождений всех полезных ископаемых;

2) безотходное использование полезных ископаемых в производстве;

3) использование вторичных продуктов производства, т.е. рекуперация;

4) вторичное использование материалов после выхода изделия из употребления;

5) использование "бедных" месторождений;

6) поиск и освоение новых источников полезных ископаемых;

7) использование новых дефицитных веществ в качестве заменителей дефицитных материалов;

8) поиск новых источников энергетических ресурсов.

Научно-техническая революция и овладение массовыми источниками

энергии привели к значительной энерговооруженности человеческого труда во всех развитых странах. Однако ограниченность ископаемых источников энергии, экономические и экологическое соображения сделали энергосберегающую политику одним из главных факторов технического прогресса [4].

Энергосберегающим технологиям посвящено много работ [5-8]. Становится очевидным, что доля дополнительного расхода энергии в фактическом технологическом процессе вызвана организационно-техническими недостатками в его работе; отсутствием оптимизации технологического процесса; связана с наличием энергозатратных звеньев в технологической цепи; вызвана отступлениями от современной технологической схемы [9].

Таким образом, стратегия экономии энергии представляет собой следующую иерархическую систему с несколькими уровнями приоритета [9]:

1) внедрение безотходных технологий;

2) оптимизация технологического процесса;

3) регенерация тепла газов;

4) технологическая утилизация энергии;

5) утилизация тепла.

Непрерывно возрастающие издержки на добычу топлива и одновременный рост ^ энерговору женности всех отраслей производства предопределяют важность и актуальность проблемы экономии энергоресурсов, в частности, в черной металлургии, потребляющей свыше 15% производимой в стране энергии и расходующей ее в основном на первых этапах производства чугуна и стали. Именно здесь имеются наибольшие резервы снижения энергоемкости анализ уровня и структуры энергозатрат на получение стали и сырья, используемого для его производства, позволяет установить наиболее перспективные энергосберегающие технологии, пути снижения энергоемкости металлопродукции [10].

Однако в работах по энергосбережению нет единых методик сравнения полученных результатов с предыдущими, как по схемам технологической цепи, так и по методам - расчета суммарных энергозатрат процесса. Сравнения по схемам технологической цепи, как правило ведутся по различным методикам, предложенных авторами работ [11-14]. Очевидно в этом вопросе должна быть определенная унификация.

Вместе с тем существует несколько вариантов расчета суммарных энергозатрат процесса: классический балансовый метод [15], балансово-обменный подход к понятию интенсификации технологических процессов [9, 16-19] или расчет технологических топливных чисел (ТТЧ) готовой продукции [9, 18,20-23] и др.

При установлении норм расхода топлива на практике применяется так называемый расчетно-статистический метод, в основе которого лежит выявление норм расхода на основании анализа статистических данных, т.е. с учетом достигнутых расходов. В результате, к сожалению, этого в большинстве

отраслей промышленности сохраняется ситуация, когда нормы расхода топлива устанавливаются без анализа всех реальных возможностей по снижению этих расходов. Нормирование от достигнутого не стимулирует борьбу за снижение энергозатрат, приводит к значительным колебаниям в расходах топлива на однотипных агрегатах [18].

Однако анализ энергопотребления в технологии с помощью "энергетического подхода", включающего использование энергетических балансов для выявления потерь энергии на отдельном энерготехнологическом агрегате, причины их появления и пути устранения, искажает представления об истинных энергозатратах, поскольку не учитывает особенностей энергопотребления [9]: многовариантность получения готового продукта, взаимозависимость энергопотребления по стадиям технологий, большое разнообразие одновременно применяемых энергоносителей и более строгие требования к их параметрам и т.д.).

Обычно используемые балансовые подходы для оценки ресурсосбережения дают итоговые показатели процесса и лишены представительности при постановке задач проектирования и управления. Кроме того, часто физико-химические и теплообменные процессы рассматриваются вне тесной их увязки. Вместе с тем в рамках методики макрообменного анализа взаимосвязанных физико-химических и теплообменных процессов [16,17,19] четко сформулированы основные требования по управлению, выработаны подходы к постановке задач управления, оптимизации и совершенствования массовыми и энергетическими потоками.

Однако для объективной оценки возможностей энергосбережения недостаточно анализировать и оптимизировать расходы энергоресурсов в отдельно взятом технологическом переделе и по отдельным энергоносителям, необходимо повысить интегральный коэффициент использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на конечную продукцию с учетом как расходов

всех видов ТЭР на всех стадиях технологического процесса от добычи сырья и топлива до производства конечной продукции, так и ее качества. Решение этой задачи обеспечивает энергетический анализ, в частности метод расчета технологического топливного числа (ТТЧ) процесса или изделия [9,18,20-22], как научное направление, находящееся на стыке экономики, энергетики и технологии и основанное на расчете сквозных суммарных затрат энергии в их иерархической последовательности [4].

ТТЧ - это суммарные расходы всех видов энергии в данном и во всех предшествующих производствах технологического процесса, пересчитанные на необходимое для их получения первичное топливо, за вычетом ТТЧ параллельно полученных продуктов и первичного топлива, сэкономленного при использовании произведенных вторичных ресурсов. Расчет ТТЧ позволяет наиболее объективно и глубоко выполнить анализ эффективности использования энергии в технологическом процессе благодаря следующим факторам [4].

1. Последовательное сквозное применение расчетов ТТЧ от добычи сырья и топлива (или других видов энергоресурсов) до получения конечного рассматриваемого продукта. При этом одновременно используются энергетические (расчеты энергозатрат), экономические (перенос расходов энергозатрат с предыдущей продукции на последующую) и технологические (анализ вариантов технологий) методы.

2. Изучение , по возможности, совершенствование факторов, которые влияют на использование энергии в производстве (технология, оборудование, сырьевые материалы, параметры и режимы использования энергоносителей, автоматизация, ремонты и др.), прежде всего проблем лимитирующих звеньев технологической цепи.

3. Определение в каждом процессе трех форм энергозатрат, различающихся по технологии получения и потребления, а также подходу к их экономии; первичная, производная и скрытая (или овеществленная) энергия.

4. Установление эффективности использования того или иного вида энергоносителя по расходному коэффициенту, а эффективности технологии -по величине ТТЧ.

Энергоемкость в виде ТТЧ является полной энергетической характеристикой технологического процесса, показателем затрат на единицу продукции, ее необходимо указывать в паспорте (сертификате) изделия. В последующем переделе (операции) ТТЧ отдельного передела (операции) будет выступать в качестве скрытой энергии, списываемой на последующую продукцию в соответствии с расходными коэффициентами [9].

Методика расчета ТТЧ позволяет проводить сравнение удельной энергоемкости на отдельные виды продукции по различным отраслям промышленности, определять основные источники потерь энергии, приоритетные направления ее экономии, объективные результаты энергосберегающих мероприятий в отдельных технологических процессах [9, 21,23,24].

Для раскрытия основных факторов, определяющих величину ТТЧ продукта, произведенного за п технологических операций при наличии р компонентов (цепочек) в операции: удельных полезных расходов теплоты, топливно-энергетических КПД и расходных коэффициентов существует обобщающая (диссипатывная) формула ТТЧ продукции [25], для оценки имеющихся резервов и потерь энергии введено понятие суммарного сквозного эндоэнергетического КПД процесса, характеризующего отношение суммарной полезной теплоты к общему расходу энергии.

Таким образом, энергетический анализ позволяет в рамках системного комплексного подхода к общественному производству организовать учет доставки энергии и ее затрат, учет сырья, энергоемкости готового продукта, доставки продукта до места его использования [9].

Однако до сих пор отсутствуют единые программные алгоритмы, объединяющие в себе комплексный анализ технологии, структуры

энергозатрат, определяющие лимитирующих звеньев технологической цепочки. Разработанные программные алгоритмы позволят оперативно и объективно выполнять расчеты альтернативных вариантов организации производства, отдельных технологий, производства с полным технологическим циклом.

Широкое применение вычислительной техники, в частности персональных компьютеров, прогрессивное развитие систем управления базами данных (СУБД) позволяет ликвидировать этот пробел. Современные реляционные СУБД благодаря строгой, хорошо разработанной теоретической основе и множеству дополнительных инструментов позволяют десяткам тысяч пользователей работать с терабайтами данных, обеспечивают высокую скорость и многопроцессорную обработку данных. Также они весьма эффективны для простых типов данных - символьных строк и всевозможной числовой информации. Кроме того в СУБД предусмотрены различные диалоговые режимы, улучшающие работу широкого круга пользователей, в том числе и экспертов.

Накопление информации в базу данных, формирование базы знаний в виде правил, связей, совокупности алгоритмов и моделей, позволят решить задачи оценки и прогнозирования энергопотребления.

Как уже отмечалось, одной из наиболее энергоемких отраслей промышленности бесспорно является металлургия. Для технологических, энергетических и других производств, в том числе металлургии, в основе которых лежат процессы горения, являющихся основными источниками загрязнения атмосферы, разработка и развитие бескоксовых и малококсовых технологий производства чугуна и стали, имеют ряд преимуществ: уменьшение числа этапов технологического процесса производства стали, использование имеющихся в распоряжении дешевых энергоносителей (уголь, природный газ), уменьшение выбросов вредных веществ при горении. Таким образом, развитие бескоксовых и малококсовых технологий прежде всего связано с внедрением

мероприятий, направленных на экономию топлива, в том числе кокса, что приведет к уменьшению энергоемкости продукции и уменьшению образования вредных веществ при горении, что и является необходимым направлением энергосберегающей политики [8].

Часто проводятся упрощенные энергетические анализы для новых бескоксовых и малококсовых технологий [8, 11, 24, 26, 27], при этом не учитывая все стадии технологического процесса, производство вторичных ресурсов и параллельно получаемых продуктов.

Применение сквозного энергетического анализа на современном этапе должно быть дополнено. Необходим комплексный анализ , включающий в себя и энергетические, и экологические аспекты. К сожалению, такой анализ технологических процессов в полной мере не используется, что приводит к неясностям и расхождениям в оценке преимуществ и недостатков вновь разработанных технологий [11, 26, 27 ], поскольку разработка и внедрение новых технологий требует значительных и капитальных затрат, и энергозатрат при достижении оптимальных режимов работы на опытно-промышленных или демонстрационных установках.

1.2. Анализ экологической обстановки с целью выявления связи экономического ущерба от загрязнения окружающей среды с энергоемкостью энерготехнологических производств

Научно-технический прогресс и особенно его отрицательные последствия, а также постоянно усиливающееся влияние человека на биосферу породили проблему глобального экологического кризиса, которая в последние годы оживленно дебатируется [2, 3, 28-31].

Среди глобальных экологических проблем, связанных с антропогенным воздействием, называют следующие: возможное изменения климата,

накопление в атмосфере диоксида углерода (парниковый эффект), риск нарушения озонного слоя, закисление природных сред за счет дальнего распространения оксидов серы и азота и выпадения кислотных дождей, загрязнение Мирового океана, возможное изменение электрических свойств атмосферы. Среди проблем глобального характера, связанных не только с загрязнением, но и с нерациональным, необдуманным использованием возобновимых природных ресурсов, следует отметить следующие проблемы: деградация почв и опустынивание; утрата биологического разнообразия ряда регионов; обезлесение, сведение лесов, особенно тропических; подрыв живых ресурсов моря [2, 28-32].

Первым шагом на пути изучения и решения экологических проблем является создание информационных систем, характеризующих состояние природной среды, с целью контроля происходящих в окружающей среде изменений и выявления их причин, получения и оценки вторичной информации, основанной на результатах наблюдения и контроля, прогнозирования тенденций изменения экологической ситуации на локальном, региональном, федеральном или глобальном уровне.

Систематические наблюдения за источниками и уровнем загрязнений природных объектов вредными веществами с применением методов аналитической химий - эколого-аналитический мониторинг - позволяют обнаружить нежелательное поступление загрязняющих веществ в окружающую среду, выделить влияние антропогенных факторов и оптимизировать взаимодействие человека с природой [3, 30, 33].

К сожалению, имеется множество примеров отрицательного влияния современного общества на природу. Одним из ярких примеров экологической некомпетентности является признание приоритетным направлением охраны окружающей среды очистку от загрязнений. Проведение только этих мероприятий бесперспективно, поскольку дорогостоящие очистные сооружения всегда отстают по своей эффективности от прогрессивного

развития производства. Приоритетным направлением в охране природы в этом отношении должны быть разработки новых безотходных технологий, которые не нуждаются в использовании очистных приспособлений [28]. Снижение количества отходов в источнике их образования (СКОВИО) [34] является одним из инструментов по решению проблем загрязнений, которые не разрешены с помощью законов и указов об охране окружающей среды.

Экологизация технологий - это разработка и внедрение в производство, коммунальное хозяйство, повседневную жизнь людей таких технологий, которые бы при максимальном получении высокого качества продукции обеспечивали сохранение экологического равновесия в окружающей среде и природном круговороте вещества и энергии, не допускали загрязнения среды обитания. С другой стороны экологизация технологии - экономное расходование сырья, комплексное использование природных ресурсов, в том числе и энергоресурсов, создание новых технологических систем, обеспечивающих малоотходное и безотходное производство, замкнутые циклы водоворота, утилизацию отходов [3].

Состоявшаяся в 1992 году в Рио-де-Жанейро (Бразилия) Конференция ООН по окружающей среде и развитию, заложила основу для глобального природоохранного сотрудничества между развивающимися и индустриально развитыми странами, рассмотрела проблемы и условия устойчивого природоохранного развития. Концепция устойчивого развития [31] - это социально-экономическое развитие с целью обеспечения достойного уровня жизни нынешних поколений людей без ущерба для будущих поколений. При этом четко обозначены: цель развития - обеспечение достойного уровня жизни нынешнего поколения, удовлетворение необходимых потребностей; средство достижения цели - экономический рост; ограничения при развитии - состояние окружающей среды. Таким образом, мир пришел к выводу о том, что рассматривать сохранение окружающей среды необходимо в комплексе с

другими глобальными проблемами - экономической, энергетической, демографической и т.д.

Согласно основным принципам "ресурсо-экологической концепции социально-экономического развития" [31] любое действие, вызывающее снижение потребления ресурсов, в том числе и энергоресурсов оказывает благоприятное воздействие на состояние окружающей среды.

Согласно критериям модели "устойчивого экологически безопасного промышленного развития" "Ecologically Sustainable Industrial Developement" (ESID) [31] необходима оптимизация использования ресурсов. Это прежде всего снижение энергопотребления, расхода материалов, выхода отходов и повышение степени их переработки.

Более 12 тысяч крупных предприятий России, составляющих основу ее промышленности, используя практически все виды природных ресурсов и самые разнообразные технологии их переработки, оказывают негативное воздействие на состояние окружающей среды, особенно в отношении ее загрязнения вредными газообразными, жидкими и твердыми отходами.

По данным Государственного комитета по охране окружающей среды [35] около 65% всех выбросов от стационарных- источников приходится на Европейскую часть России. Это - результат деятельности промышленных предприятий Уральского, Северного и Центрального районов. На Азиатской территории загрязнение атмосферы определяют выбросы предприятий Западно-Сибирского и Восточно-Сибирского районов.

Самыми распространенными вредными веществами, поступающими в атмосферу в наибольших количествах, являются диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, твердые вещества и углеводороды (летучие органические соединения). Специфические вредные примеси составляют менее 2% от общего количества всех вредных веществ, поступающих в атмосферу, но большинство из них отличается высокой токсичностью (сероводород, сероуглерод, серная кислота, фтористые соединения, свинец и др.).

Преобладающее воздействие на загрязнение окружающей природной среды оказывают предприятия черной и цветной металлургии, энергетической, топливной и химической промышленности.

Наибольший вклад в загрязнение атмосферы (по объему выброса), в результате сжигания органического топлива, продолжают вносить предприятия энергетики (26,6% от общего выброса промышленностью России), цветная и черная металлургия (17,1% и 14,6% соответственно).

Черная металлургия занимает третье место по общему количеству выбросов в атмосферу от стационарных источников среди отраслей промышленности, объем которых в 1993 г. составил 3,23 млн. тонн, (седьмая часть всех выбросов в России от промышленных стационарных источников) [35].

Для анализа загрязнения атмосферного воздуха применяются стандарты качества воздуха (в России - предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ: максимальная разовая и среднесуточная), на базе которых осуществляются все мероприятия по сохранению чистоты окружающей среды. Присутствие вредных веществ в атмосфере при концентрациях ниже ПДК не должно наносить ущерба ни человеку, ни окружающей среде. В настоящее время установлены ПДК для более чем 1000 химических веществ в воде, более 250 в атмосферном воздухе, более 30 в почве [36-38]. Оценка загрязнения воздушного бассейна проводится сопоставлением измеренных концентраций с величиной ПДК. Обычно в атмосфере находится несколько таких веществ, их трансформация и совместное действие часто приводят к образованию новых, еще более вредных веществ [39]. По мере углубления и расширения знаний о взаимоотношениях человека и природы нормы ПДК уточняются. В целом же с помощью норм ПДК. можно лишь приблизительно оценить качество окружающей среды [8].

Обеспечение регламентируемых значений ПДК и временных допустимых концентраций (ВДК) может быть достигнуто двумя путями: механическим

рассеиванием химических соединений в воздухе или водной среде или строгим контролем за их поступлением во внешнюю среду. Несомненно, первый путь проще, он "успешно" решается строительством высотных труб и разбавлением стоков в поверхностных водах и "удобен" при несовершенстве технологии и отсутствии эффективных санитарно-технических сооружений [36].

Со значениями ПДК вредных веществ связаны нормы их предельно допустимых выбросов (ПДВ) в атмосферу, временно согласованные выбросы (ВСВ), допустимые максимальные концентрации вредных веществ в газах, а также нормы минимальной высоты источника выброса. Все эти характеристики взаимосвязаны, зависят от фоновых концентраций загрязнителей и условий их рассеивания в атмосфере. [29, 40].

Строгое соблюдение величины ПДВ, устанавливаемой для каждого предприятия, обеспечивает выполнение санитарных нормативов и является сегодня одним из наиболее действенных средств охраны воздуха, воды и почвы. Однако следует иметь в виду, что не только превышение ПДК, но и даже соблюдение ее величины, не всегда рассматривается как оптимум [36].

Даже рассеянные до допустимых концентраций вредные вещества, хотя и не представляют локальной опасности загрязнения атмосферного воздуха, вызывают определенную нагрузку на окружающую среду, что в конечном итоге ведет к увеличению фоновой концентрации, необходимости дальнейшего совершенствования технологии и уменьшения выбросов [8].

Согласно закону о чистом воздухе США (ответственность за выполнение этих законодательств лежит на Агентстве по охране окружающей среды (Environmental Protection Agency - EPA)) [41, 42] установлены два уровня стандартов на качество окружающего воздуха: первичные стандарты направлены на защиту здоровья человека; вторичные, более строгие, - на защиту благосостояния населения (т.е. призваны предотвратить ущерб, который может быть причинен урожаю сельскохозяйственных культур, домашним животным, зданиям и т.д.).

В сложившихся к концу 80-х годов экономических условиях ведения хозяйственной деятельности в развитых странах (Канада, США, Германия, Великобритания, Япония, Швеция, Австрия) важнейшее значение приобрели показатели ущерба от нерационального природопользования и показатели экономической эффективности обязательных затрат на охрану природы. Разработаны универсальные процедуры системного анализа типа "затраты-выгода" [38].

В Российском природоохранном законодательстве утвержден экономический механизм охраны окружающей среды [43], который предусматривает социально-экономическую оценку природных ресурсов.

Загрязнение окружающей среды приводит к возникновению двух видов затрат в народном хозяйстве [44]:

а) затрат на предупреждение воздействия загрязненной среды на реципиентов (когда такое предупреждение, частичное или полное, технически возможно);

б) затрат, вызываемых воздействием на них загрязненной среды.

Сумма затрат этих двух типов называется экономическим угцербом, причиняемым народному хозяйству загрязнением окружающей среды.

Величина экономического ущерба [44] от воздействия на окружающую среду в результате выброса в атмосферу промышленных загрязняющих веществ базируется на ПДК и приземных концентрациях от источников загрязнения и зависит от приведенной массы годового выброса вредных компонентов (в условных тоннах), от характера рассеивания примесей в атмосфере и показателя относительной опасности загрязнения для различных реципиентов в зоне активного загрязнения.

С 1997 г. по рекомендациям Государственного комитета по охране окружающей среды РФ [45] стоимостная оценка предотвращенного экологического ущерба для всех видов природных ресурсов вычисляется путем умножения фактического снижения негативных нагрузок (по ингредиентам) на

ставки платежей за сверхлимитное загрязнение. При этом учитывается снижение негативных нагрузок, вызванное только природоохранными мероприятиями, и исключается снижение, предопределенное спадом производства.

Таким образом, загрязнение является симптомом неблагополучия в промышленном производстве. Если рассматривать загрязнение как вид издержек, у промышленных компаний может появиться стимул вкладывать средства в снижение себестоимости товаров путем повышения эффективности производства и тем самым снижения уровней загрязнений и объемов отходов.

Подходы к установлению величины штрафов весьма разнообразны. В настоящее время штрафные санкции назначены за выбросы, при которых происходит превышение приземных концентраций выше установленных величин ПДВ, т.е. по мнению [37] за тот фактический вред, который наносится выбросами вредных веществ состоянию воздуха [43, 46, 47].

Основной итог экономического регулирования охраны окружающей среды в развитых странах за рубежом - формирование такого пути экономического развития, когда рост выпуска продукции сочетается со снижением ее ресурсо-и энергоемкости. В итоге снижается общая нагрузка на окружающую среду и размеры ущерба на единицу продукции.

Для технологических, энергетических и других производств, в том числе металлургии, в основе которых лежат процессы горения, являющихся основными источниками загрязнения атмосферы, развитие безотходной технологии прежде всего должно быть связано с внедрением мероприятий, направленных на экономию топлива, что приведет к уменьшению энергоемкости продукции и уменьшению образования вредных веществ при горении, что и является необходимым направлением энергосберегающей политики [8].

Поэтому при экологическом анализе технологических процессов, как и при энергетического необходимо рассматривать вариант платы за превышение

нормативной величины удельных выбросов на единицу продукции, увязывая с

концентрацией загрязняющих веществ в приземном слое воздуха, которая

зависит не только от количества выбросов вредных веществ. /

, Вместе с тем вопросы энергосбережения неразрывно связаны с безотходностью и экологичностью производства.

Экологически чистое производство (ЭЧП) - это новый уровень технологий. Переход на ЭЧП имеет ряд несомненных экономических преимуществ: экономия энергии, сбережение сырья, рост качества продукции, снижение налогов за выбросы в окружающую среду. Основные принципы ЭЧП [¿1]: подавление выбросов и минимизация количества отходов, рециклинг (переработка собственных или "чужих" отходов), но при этом переход к ЭЧП требует глубокого анализа существующего производства.

В многих работах [48-50] рассматриваются различного рода анализы новых бескоксовых технологий, при этом указывая, что полный анализ производства с точки зрения и энергосбережения, и экологии сложен.

Однако имеются попытки в этой области: авторы [31] предлагают рассчитывать экобаланс в металлургии, т.е. проводить анализ "жизненного цикла" металлоизделия, включающий с одной стороны оценку расходов энергии и материалов по всей технологической цепочке от добычи источника сырья и материалов через транспортировку сырья и производство энергии до производства продукции и рециклинга производственных и отложенных отходов и, с другой стороны, оценку выбросов в окружающую среду по той же технологической цепочке. Был проведен анализ производства первичного металла (традиционная схема получения черных металлов: подготовка сырья -доменное производство - получение стали в конверторах), твердофазные процессы получения первичного металла (производство губчатого железа -электросталеплавильное производство) и бездомные методы жидкофазного получения первичного металла: процессы "плавление-восстановление" (ПЖВ -РОМЕЛТ) и "восстановление-плавление" (Корекс). По результатам анализа

экобалансов (элементы анализа: энергосбережение, материалосбережение, выбросы в окружающую среду, утилизация отходов) традиционная схема производства первичного металла получилась наилучшим вариантом ресурсосберегающей технологии. Кроме того, авторы сделали прогноз, что в

XXI веке доля первичного металла, получаемого внедоменным способом, вряд

(

ли превысит 20%. Такой анализ проведен впервые, но, к сожалению, при рассмотрении выбросов в окружающую среду авторы не учли опасность каждого вредного вещества, концентрацию, например в воздухе, которая непосредственно влияет на здоровье человека, не привели выбросы к единым условным выбросам с учетом коэффициентов агрессивности, не связали их непосредственно с энергозатратами.

Для ранжирования по безотходности производственных процессов, агрегатов и предприятий предлагаются [8] различные показатели: эколого-энергетический, эколого-эксергетический, эколого-экономический. При этом, к сожалению, четко не сформулированы зависимости глубины и характера различий сравниваемых альтернативных технологий по безотходности, которые юцениваться путем подсчета рейтингов».

Остается не решенной проблема четкой постановки связного энергоэкологического анализа. Не выявлена четко взаимосвязанная структура и формы выбросов и энергозатрат, не подчеркнута взаимосвязь между затратами топлива, энергии и материалов на производство продукции и компенсацией вредных выбросов производства в виде экономического ущерба и штрафов.

Тем не менее имеются научные разработки математического аппарата [9, 18, 51], указывающие о наличии тесной связи между теплообменной и экологической проблемами применительно к использованию топлива в теплотехнических агрегатах и демонстрирующие эффективность уменьшения вредных выбросов за счет интенсификационных факторов. При этом задача обеспечения тепловой экономичности агрегата совпадает с экологической задачей уменьшения вредных выбросов в атмосферу, так как обычно с ростом

тепловой мощности агрегата растет и число выбросов в атмосферу (продуктов сгорания, пыли и т.д.). При этом величина удельных выбросов обратно пропорциональна величине термического КПД агрегата.

Так же в отдельных работах [52] имеются попытки математического описания обобщенного энерго-эклогического показателя производства, доказывающего что энергосберегающие мероприятия, ведущие к снижению расхода топлива, как за счет прямой экономии (снижение удельных расходов топлива), так и в результате структурных изменений в производстве в общем (спад производства), при прочих равных условиях, ведут к снижению объемов вредных выбросов в окружающую среду.

В разработанной в УГТУ стратегической модели оптимизации управления энергосбережения [53] был сформирован критерий оптимальности, состоящий из трех основных составляющих - затраты на топливно-энергетические ресурсы, капитальные вложения и нанесенный ущерб от загрязнения окружающей среды. Для элементарного технологического модуля в рамках-схем тепло-массообмена критерий оптимальности выражен через прямой теплообменный КПД :

Л.п.= АСАТ/г]и + ВсВ^н(т}и) + СсСх/77и, руб./ед.прод. (1.1)

где Ас, Вс, Сс - стоимостные весовые коэффициенты соответственно для топливно-энергетических затрат, капитальные вложения и ущерба от загрязнения окружающей среды; Ат, Вт, Ст - соответствующие технологические весовые коэффициенты. Например, весовой коэффициент ущерба от загрязнения окружающей среды для схем теплообмена представлен в виде:

Ст= ^р VaAqn/(0k(pnom), (1.2)

где !РВр - содержание вредных примесей в продуктах сгорания; Va - выход продуктов сгорания; Aqn - удельные полезные затраты теплоты; ©к и (рпот -температурный коэффициент потерь.

Однако разработанная стратегическая модель оптимизации управления энергосбережения необходимо конкретизировать и расширить для

диссипативного энерго-экологического анализа для производства в целом, в том числе и металлургического, вдоль всей технологической цепочки. В рамках этой модели необходимо также сформировать банк данных, разработать программное обеспечение, которое поможет сформулировать рекомендации по проблеме не только энергосбережения, но и уменьшения вредных выбросов в окружающую среду при экономии топлива и энергии, и, соответственно, снижения экономического ущерба от этого загрязнения.

1.3. Анализ влияния экологической обстановки на здоровье населения с использованием методики оценки риска

Загрязненная среда может оказывать отрицательное воздействие на реципиентов (людей или других организмов, принимающих воздействие окружающей среды), проявляющееся в повышении заболеваемости людей, снижении их трудоспособности, ухудшении условий жизни населения, снижении продуктивности природных ресурсов, ускоренном износе основных фондов и т.д.

По современным оценкам примерно 20% заболеваемости населения связано с провоцирующим действием загрязнения окружающей среды. На отдельных территориях этот процент может быть существенно выше. Естественные природные аномалии, неблагополучные санитарно-гигиенические показатели состояния питьевой воды, атмосферного воздуха и почвы в городах и поселках, продуктов питания являются факторами риска повышения заболеваемости, одного из показателей здоровья населения. [35]

Наиболее опасные побочные продукты деятельности человека отличаются способностью к биоаккумуляции. Ситуацию осложняют синергетические эффекты. Ядохимикаты редко встречаются по отдельности. Два же и более

этих агентов вместе дают эффект, во много раз превосходящий сумму действий каждого из них. [31].

Человек, живущий в промышленно развитых и, как следствие, загрязненных районах, соприкасается с атмосферой только отдельными, ограниченными участками кожного покрова, но при этом в день использует около 7500 л воздуха, так что его легкие и респираторная система могут удержать всевозможные вредные вещества, находящиеся в атмосфере. При этом ограничения накладываются на максимальные концентрации, при которых здоровый человек может находиться на производстве 8 ч в день. Значение максимальной допустимой концентрации определено практически для всех химических веществ, минералов и пылей. В атмосферном воздухе такие концентрации крайне редки, но, с другой стороны, длительность воздействия составляет 24, а не 8 ч, и подвергается такому воздействию все население, включая самых слабых. Представим результаты длительного воздействия при низком уровне концентраций тех веществ, которые обычно присутствуют в атмосфере всех городов [32].

Весьма тщательные исследования школьников в Чаттануге, шТат Теннеси (США), имевшие целью доказать связь между концентрацией оксидов азота и респираторными заболеваниями, дали спорные результаты. Есть некоторые данные лабораторных обследований астматиков, что вдыхание воздуха с концентрацией N02 между 0,11 и 0,2 млн"1 в течение 1 ч вызывает изменения в сопротивлении дыхательных путей, хотя сами исследуемые этого не заметили [32].

Косвенные свидетельства вредного влияния на человека оксидов азота получены из экспериментов, которые показали увеличение восприимчивости к инфекционным заболеваниям у животных, подверженных воздействию оксидов азота. Этот эффект на людях не проверялся.

Моноксид углерода - один из загрязняющих веществ, эффект воздействия которого может быть прямо связан с концентрацией.

Смерть наступает при вдыхании воздуха с содержанием СО около ЮООмлн"1 соответственно при содержании в крови 60% карбоксигемоглобина (СОНЬ). Нарушение функций организма возникает при гораздо меньшем содержании СОНЬ - от 10 до 20%, а у некоторых рабочих отмечалась при 2% СОНЬ. Фактический уровень для обитателей очень загрязненных городов варьирует от 0,8 до 3,7% СОНЬ у некурящих и от 1,2 до 9% у курильщиков.

Свинец первенствует среди всех тяжелых металлов, загрязняющих атмосферу. Предприятия, связанные с использованием свинца, загрязняют атмосферу в районе расположения, но основным его источником являются отработанные газы автомобильных двигателей.

Острое отравление свинцом проявляется в раздражительности, параличе двигательной нервной системы, анемии, выкидышах, а у детей - в дефектах нервной системы, включая умственную отсталость, церебральный паралич и атрофию зрительного нерва. Острые проявления обычно встречаются при пищевых отравлениях.

Одна из главных трудностей в установлении причин и взаимосвязи возникновения рака - это большой временной промежуток - Обычно 20-40 лет между воздействием и заболеванием.

Доказательства того, что именно загрязненный воздух может служить толчком к раковому, заболеванию, основаны на < знании степени канцерогенности веществ, особенно полиароматических углеводородов, найденных в городском воздухе. С этими соединениями, безусловно, связаны рак кожи и предстательной железы у работающих в нескольких видах производства, таких, как производство парафина, высокотемпературная перегонка угля и, в недавнем прошлом, чистка дымовых труб. Взятые из атмосферного воздуха частицы, содержащие эти вещества, при нанесении на кожу подопытных животных вызывали сходные заболевания, что подтверждает их канцерогенные свойства.

Большинство видов раковых заболеваний развивается в течение времени, составляющего примерно одну треть продолжительности жизни. Поэтому расчеты, основанные на экстраполяции известных данных на область меньших концентраций, должны рассматриваться как определение верхнего предела. Такие расчеты были проведены в Национальной академии наук США и показали, что суммарная экспозиция в 5000 мрем, что соответствует 170 мрем в год на протяжении 30 лет, увеличит смертность от рака в США от 1 до 5% [32].

Среди 60 наиболее развитых стран мира Россия занимает 54-е место по продолжительности жизни у мужчин и 47-е - у женщин. Причем положение год от года ухудшается. За двадцать последних лет общая смертность населения выросла с 8,2 до 10,1 на 1000 жителей. Младенческая смертность составила 22,7 на 1000 родившихся живыми. Одной из важных причин повышения заболеваемости и низкой продолжительности жизни являются крайне неудовлетворительное санитарное состояние и экологическая ситуация, сложившаяся в России [3].

Выбросы загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников в «последние годы, в среднем по России, составляют около 300 кг на человека. 40 млн. жителей России подвержены, воздействию различных веществ, превышающих ПДК в 10 раз. Более 64 млн. человек проживают в местах со средним уровнем загрязнения выше ПДК.

В зонах наибольшего загрязнения около крупных промышленных предприятий происходит увеличение (по сравнению с контрольными территориями) заболеваний органов дыхания, органов чувств, различных аллергических заболеваний примерно в 1,5-3,0 раза. Достоверное увеличение заболеваемости взрослого населения, проживающего на наиболее загрязненных территориях (по первичной обращаемости) доказано для таких городов России как Братск, Новомосковск, Новокузнецк, Новосибирск.

Устойчиво растет нарушение репродуктивной функции у женщин в ряде наиболее загрязненных городов. Статистически достоверно повысилась

частота врожденных пороков развития среди новорожденных таких загрязненных городов как Стерлитамак, Кемерово, Кирово-Чепецк, Владикавказ, Новокузнецк и др. Достоверно увеличено распространение рака легкого во многих городах, где размещены алюминиевые заводы и крупные предприятия черной металлургии [35].

Вероятность того, что в определенной ситуации отдельное лицо или группа лиц будет испытывать неблагоприятные последствия от воздействия химических соединений, называется риском для здоровья [54, 55]. Риск определяется свойственной химическим соединениям способностью вызывать различные неблагоприятные эффекты, качественные и количественные, при различных величинах воздействия этого соединения и параметрами воздействия. Риски могут быть только оценены, а не рассчитаны. Но даже если бы они могли быть рассчитаны, не существует единого мнения по поводу того, что следует рассчитывать.

Оценка рыска, характеризует как вероятность наступления самого неблагоприятного события, скажем, аварии АЭС или выброса вредных загрязняющих воздух веществ "нормально" действующим предприятием, так и вероятность негативных последствий этого события, например, заболевания или смерти человека [56]. Анализ зарубежного опыта [57-69] в рассматриваемой сфере показывает, что существенный прогресс в деле разработки и применения процедур оценки риска достигнут в отношении последнего из названных элементов - определения опасности для здоровья человека, причем относительно более совершенна процедура расчетов по оценке риска онкологических заболеваний. Концепция риска выразилась в конкретных показателях дополнительной смертности не более 1 человека на миллион или 10"6 человек в год.

Производят два типа оценки риска [54, 55]: • для потенциальных канцерогенов - оценку возрастающей вероятности получить раковое заболевание в результате определенного воздействия;

• для потенциальных неканцерогенов - сравнение ожидаемого уровня воздействия с уровнем, при котором, предположительно, риск практически равен нулю.

К сожалению, эти результаты не дают однозначной абсолютной величины ожидаемого числа заболеваний и смертей, а представляют собой более или менее корректную оценку вероятности указанных негативных последствий загрязнения окружающей среды для здоровья и жизни человека, коррелированную с определенным уровнем концентрации токсичных веществ.

Оценки токсикологических опасностей различных химических соединений разработаны несколькими агентствами федерального правительства США, правительствами штатов, частными организациями и отдельными учеными [57-60]. Наиболее широко используемые оценки токсикологических опасностей химических соединений - данные Агентства по охране окружающей среды (ЕРА) США. Имеются два источника этой информации: Объединенная система информации по рискам (IRIS) -электронная текстовая база данных, доступная через Национальную библиотеку медицины, и таблицы резюме по оценкам влияния на здоровье (HEAST) - набор таблиц, доступных в Национальной службе по технической информации. IRIS содержит оценки канцерогенной и неканцерогенной токсичности химического вещества, а такж® информацию по исследованиям, в которых эти оценки были получены. HEAST содержат временные или предварительные оценки токсикологической опасности для химических соединений. Таблицы включают в себя прежде всего количественную информацию о токсикологических опасностях: обозначения "классов уровня достоверности", "угловые коэффициенты" и "единичные риски" для канцерогенов, а также пороговые дозы (ПД) и пороговые концентрации (ПК) для веществ с неканцерогенными токсическими эффектами. Эти таблицы обновляются ежегодно.

Хемпширский Исследовательский Институт в Александрии, штат Вирджиния, США разработал программу Risk Assistant - мощный и удобный для пользователя набор методик и баз данных, позволяющий оценить риски для здоровья, связанные с присутствием химических соединений в окружающей среде в конкретных условиях [55].

В РФ в 1997 г. вышло постановление "Об использовании методологии оценки риска для управления качеством окружающей среды и здоровья населения РФ" [70], согласно которому методика оценки риска может быть с успехом использована для целей социально-гигиенической экспертизы, экологического аудита, определения зон экологического бедствия и чрезвычайной экологической ситуации, государственного экологического контроля, обоснования планов действий по охране окружающей среды и здоровья населения.

Уральский филиал Центра подготовки и реализации проектов (УФ ЦПРП) в рамках Регионального плана действий по охране окружающей среды для Свердловской области (РПДООС) для расчета количественной оценки риска здоровья населения от загрязнения воздуха от предприятий на территории Свердловской области, провели трансформацию методики оценки риска стран объединенного экономического содружества и развития (ОЭСР) для условий РФ [71], воспользовавшись зарубежными исследованиями в этой области [68, 69] для функции "доза-отклик" следующих вредных веществ: свинец, твердые вещества (частицы), диоксид серы (SO2), озон. Расчет стоимости заболеваний проведен на основе затрат здравоохранения, социальной стоимости заболевания и социальной стоимости потери здоровья. Стоимостная величина ущерба для атмосферных выбросов от заболеваний и преждевременной смерти определена по зарубежным источникам [68, 69] с учетом введенного в [71] коэффициента (отношение валового национального продукта для стран ОЭСР и Свердловской области (9,8:1)).

По данным Уральского управления по гидрометеорологии и мониторингу загрязнения окружающей природной среды (УГМС) о фоновых концентрациях вредных веществ в атмосфере в городах Свердловской области и вредных выбросах предприятий промышленности городов и районов Свердловской области, в УФ ЦПРП оценили стоимостную величину ущерба по риску для здоровья и преждевременной смертности населения городов Свердловской области. Общая оценка экономического ущерба от загрязнения окружающей среды в 1996 год составила 16943 млрд.руб. Одновременно для сравнения были проведены расчеты по действующей в РФ методике [44] и в соответствии с рекомендациями Госкомэкологии РФ [45]. Оказалось, что по загрязнению атмосферного воздуха экономическая оценка риска для здоровья населения Свердловской области на порядок выше (6269 млрд.руб.) по сравнению с экономическим ущербом от загрязнения окружающей среды по действующей в РФ методике (760 млрд.руб.) и в соответствии с рекомендациями Госкомэкологии РФ (703 млрд.руб.).

Таким образом, при проведении комплексного энергоэкологического анализа технологических процессов с использованием оценки экономического ущерба от загрязнения окружающей среды необходимы уточнения с использованием методики оценки риска.

1.4. Постановка задач исследования

Обзор литературы позволяет сделать следующие общие выводы.

Для объективной оценки возможностей энергосбережения недостаточно изучать расходы энергоресурсов в отдельно взятом технологическом переделе и по. отдельным энергоносителям (метод теплового баланса для топливнопотребляющих агрегатов или оптимизации электрических нагрузок для энергопотребляющих механизмов, печей или систем и др.) необходимо

повысить интегральный коэффициент использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на конечную продукцию с учетом как расходов всех видов ТЭР на всех стадиях технологического процесса от добычи сырья и топлива до производства конечной продукции, так и ее качества. Решение этой задачи обеспечивает сквозной энергетический анализ, в частности метод расчета технологического топливного числа (ТТЧ) процесса или изделия, как научное направление, находящееся на стыке экономики, энергетики и технологии и основанное на расчете сквозных суммарных затрат энергии в их иерархической последовательности. Существенный вклад в разработку метода расчета ТТЧ в структурированной и диссипативной форме был внесен в работах уральской школы УГТУ и Уралэнергочермета. Однако алгоритмизация расчетных методик и их программное обеспечение до сих пор отсутствовало.

Вместе с тем проблемы энергосбережения и экологизации производства тесно связаны между собой, поскольку энергосберегающие технологии ведут не только к экономии топлива, но и несомненно к уменьшению вредных выбросов, связанных с сжиганием органического топлива, поэтому необходим комплексный подход при анализе энерготехнологических процессов.

К сожалению, дорогостоящие очистные сооружения всегда отстают по своей эффективности от прогрессивного развития производства. Даже рассеянные до допустимых концентраций вредные вещества, хотя и не представляют локальной опасности загрязнения атмосферного воздуха, вызывают определенную нагрузку на окружающую среду. По современным оценкам примерно 20% заболеваемости населения связано с провоцирующим действием загрязнения окружающей среды. На сегоднешний день имеются результаты исследований, оценивающие риски для здоровья населения в виде экономического ущерба от загрязнения окружающей среды, которые на порядок расходятся с оценками экономического ущерба по типовой методике.

Поэтому приоритетным направлением в охране окружающей среды должны быть разработки новых безотходных технологий, которые в гораздо

меньшей степени нуждаются в использовании очистных приспособлений. Переход на экологически чистое производство к тому же имеет ряд несомненных экономических преимуществ: экономия энергии, сбережение сырья, снижение штрафов за выбросы в окружающую среду.

При разработке новых технологий методики сквозного комплексного энергетического и экологического анализа часто не используются, что приводит к неясностям и расхождениям в оценке преимуществ и недостатков вновь разработанных технологий. Отсутствует достаточная алгоритмическая основа и программное обеспечение однозначных расчетов. Вместе с тем значительный интерес представляет разработанные методы сквозного энергетического анализа в структурированной и диссипативной форме.

Вышеизложенное позволило сформулировать задачи исследования данной работы, сведя их к следующему:

1. В рамках системного подхода сквозного энергетического анализа технологических процессов в структурированном .и диссипативном виде в наиболее полной форме определения энергоемкости продукции - ТТЧ

• разработать алгоритм и программное обеспечение с целью формирования структурированного банка данных, прогнозирования и оптимизации энергоемкости многовариантных и многокомпонентных схем производства на примере металлургических процессов.

2. Учитывая взаимосвязь вопросов энергосбережения и охраны окружающей среды разработать комплексный взаимосвязанный сквозной энергоэкологический анализ технологических процессов.

3. Поскольку энергосберегающие мероприятия ведут к снижению вредных выбросов, а следовательно и к уменьшению экономического ущерба от загрязнения, в качестве связующего показателя между энергоемкостью и выбросами вредных веществ представить экономическую оценку условного топлива и компенсации экономического ущерба от загрязнения окружающей среды.

4. При оценке экономического ущерба от загрязнения окружающей среды необходимо выявить значительные расхождения по типовой методике и методике оценки риска. При использовании алгоритмов энергоэкологического анализа необходимо ввести коррективы с учетом дополнительного ущерба для здоровья населения.

5. Провести сравнительный комплексный энерго-экологический анализ традиционных и новых бескоксовых и малококсовых металлургических технологий, представляющих значительный интерес в плане экономии энергоресурсов, снижения энергозатрат, уменьшения расхода кокса. В частности проанализировать производство бескоксовых процессов с применением металлизации окатышей.

6. В оценке типичной для Уральского региона технологий производства легированных ванадиевых сталей имеются ряд предложений по созданию новой бескоксовой схемы, минуя доменное производство и химический передел. При этом предложено использовать конвертированный природный газ. Однако отсутствует достаточно проработанная схема анализа с точки зрения оценки сквозных энергетических затрат с одновременной экологической оценкой новых технологий. По результатам разработанной модели энерго-экологического анализа обосновать наиболее энергосберегающие технологии производства легированных ванадиевых сталей.

7. Разработать программные средства комплексного проведения энергетического и энерго-экологического анализа с возможностью развития базы данных и включения этих программ в комплексную экспертную систему технологических процессов.

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И МОДЕЛЕЙ ЭНЕРГО-

ЭКОЛфГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2Л. Разработка модели сквозного энерго-экологического анализа

2ЛЛ. Структурированная модель сквозного энерго-экологического анализа

Рациональное использование энергии и энергосбережение является важнейшей проблемой настоящего времени, особенно в такой энергоемкой отрасли, как черная металлургия. Кроме того, наряду со сквозным энергетическим анализом обострившаяся проблема экологической ситуации делает актуальным проведение комплексного сквозного энерго-экологического анализа для энерготехнологических объектов и процессов.

Сквозной энерго-экологический анализ (СЭЭА) в [72] предложено проводить по аналогии со сквозным энергетическим анализом, в котором использованы локальные и сквозные подходы выявления резервов снижения энергозатрат, введено представление о ТТЧ, рассмотрены диссипативные подходы и обоснована необходимость рассмотрения ТТЧ в иерархической (вертикальной) постановке - начиная от отдельного передела технологической цепи и кончая высшей (глобальной) иерархической ступенью энергетическими затратами на единицу национального дохода [21, 25].

Учитывая имеющуюся тесную взаимосвязь процессов снижения энергозатрат и общих вредных выбросов [8, 9, 18], в данной работе предложено трансформировать существующую модель сквозного энергетического анализа в модель и алгоритм СЭЭА технологических процессов, в частности для расчета выбросов вредных веществ в атмосферу, образующихся при сжигании топлива и использовании энергии.

Основа модели СЭЭА базируется на следующих принципах: 1) сквозной оценки экологически вредных выбросов по всей технологической цепочке при производстве какого-либо продукта;

2) отнесения оценки вредных выбросов, образующихся при использовании топлива и энергии, к единице продукции;

3) взаимосвязи энергетических затрат и эквивалентных величин экономического ущерба, наносимого окружающей среде вредными выбросами.

По поводу первого принципа можно сказать следующее. В настоящее время анализ экологической обстановки проводится в основном с позиции территории. На данной территории выполняется экологический мониторинг, рассматриваются технологические объекты - возможные и реальные источники вредных выбросов, отслеживается их уровень и возможные превышения ПДК и ПДВ, принимаются штрафные санкции и другие меры воздействия. Такой подход можно охарактеризовать как территориальный или источниковый. При этом определяется вредный выброс из расчета на год только данными источниками без привязки к объемам производства. Такие подходы в общем виде сформулированы в ряде работ [44, 73].

Недостатками подобного метода является его локальный и констатирующий характер. После обнаружения превышения ПДК предъявляются требования к изменению технологии и снижению уровня вредных выбросов. Но эти требования в значительной степени локализуются в рамках данного территориального объекта и не затрагивают всей технологической цепочки, приводящей в результате к появлению экологической опасности. Отдельные объекты, реализующие данный технологический процесс, могут находиться на разных территориях, и в этом случае горизонтальный подход не в состоянии обнаружить в совокупности все недостатки с точки зрения экологии данной технологической цепи. Однако часто оказывается, что предприятие, дающее наибольшие вредные выбросы, является лишь звеном в цепочке технологического процесса, становится в определенной степени "заложником" всей цепочки. Предъявляемые к предприятию локальные требования часто не могут создать достаточный

потенциал для изменения технологической цепочки и создания реальных условий для улучшения экологической обстановки.

Поэтому наряду с чисто территориальным, источниковым, подходом возникает необходимость анализа экологической ситуации вдоль всей технологической цепочки [8, 74] и выявление в результате такого сквозного анализа экологического ущерба, связанного с использованием топлива и энергии, характерного для данного технологического процесса. Такой подход позволяет проводить комплексный анализ для различных вариантов реализации технологической цепочки с точки зрения всех источников вредных выбросов и суммарного вреда, наносимого окружающей природе и здоровью населения, с целью выявления оптимального варианта технологической цепочки.

В качестве ценовых показателей оценки экономического ущерба, причиняемого загрязнением окружающей среды рекомендуется использовать апробированную методику [44, 47]. При всей условности и достаточной трудности определения ценовых показателей, особенно в условиях нестабильной экономики, на первых порах можно опереться на разработанные рекомендации Госкомэкологии [47].

Второй и третий принципы реализованы введением понятия технологического экологического числа (ТЭЧ) [72], под которым понимается количество килограмм условного топлива (кг у. т.), требуемого для погашения стоимости экономического ущерба от вредных выбросов на единицу выпускаемой продукции. При этом для удобства расчетов за стоимость топлива принята цена природного газа. Тогда:

Г &

х^тт- Л ^66 * 'Н.пр.г.

ТЭЧ ---' (2.1.1)

^ п р.г. (у

и. усл.т.

/.уел

где тп - удельная приведенная масса вредных выбросов в тоннах вредных выбросов на тонну продукции (т у.выбр./т прод.); Ссе= 34650 руб./т у.выбр. -плата за приведенную тонну выбросов [47] (стоимостная оценка

экологического ущерба определяется по максимальной ставке за сверхлимитный выброс 1 т условного загрязняющего вещества); Спр,г= 280 руб.

за м3 природного газа (цены 1997г); - низшая рабочая теплота сгорания

природного газа, МДж/м3, = 29,309 МДж/кг у.т. - низшая рабочая теплота

сгорания условного топлива.

Согласно [47] значения тп выражаются следующим образом:

= Е М-к * Ак, (2-1.2)

к

где Мк - фактическая удельная масса вредных выбросов к-то загрязнителя, т выбр./т прод. для /-го передела; Ак - коэффициент агрессивности к-то загрязнителя, т у.выбр./т выбр.

Коэффициент перехода стоимостной оценки ущерба к оценке в условных энергетических единицах (кг у.т./т у.выбр.) представим следующим образом:

Г в"

тг _ ^ вв * м.пр.г.

С,р, (У ■ (2.1.3)

н.усл.т.

Например, для принятых значений Свв - 34,65 руб/т у.выбр., Спрг = 0,28 руб/м3 (цены на 1.01.98); О" = 35,8МДж/м3, О" = 29,3 МДж/кг у.т.

'н.пр.г. ^и.у.т.

коэффициент Кв составил 0,151 кг у.т./кг у. выбр.

Величина Кв характеризует степень компенсации экологического ущерба в кг у.т. при действующем соотношении цен на условное топливо и платы предприятия за условные выбросы. Принцип "загрязняющий - платит" -должен заставить задуматься руководителей предприятий об увеличении степени экологичности производства. При рыночной экономике цена на топливо может меняться, но и величина платы за выбросы вредных веществ должна будет также измениться, и, следовательно, величина Кв является условным коэффициентом, характеризующим соотношение этих экономических оценок.

Представление сложных технологических процессов в виде иерархической

восходящей структуры, позволило классифицировать ТЭЧ следующим образом: ТЭЧ звена (передела), последующей обработки, отделочных операций, продукции, отраслевое, страны, глобальное (рис.2.1). Основой такого сквозного иерархического построения является элементарное технологическое звено (передел).

Структурированная модель СЭЭА в форме ТЭЧ базируется на выделении в рамках элементарного технологического звена (передела) следующих основных элементов вредных выбросов, образующихся при сжигании топлива и использовании энергии: первичные выбросы Вь производные выбросы В2, скрытые выбросы В3 и полезно-используемые выбросы В4 (рис.2.2). Классификационная модель параметра ТЭЧ имеет вид дерева. ТЭЧ, определяемое для конечного продукта, представим в виде:

Первичные вредные выбросы - это локальные выбросы, образующиеся в данном процессе технологического звена при сжигании топлива, а также выбросы, связанные с добычей, подготовкой и транспортировкой топлива:

где ТЭЧт, ТЭЧд, ТЭЧП, ТЭЧтр - технологические экологические числа, связанные со- сжиганием, добычей, подготовкой и транспортировкой топлива, кг у.т. на единицу топлива; срт - удельный расходный коэффициент топлива, единица расхода топлива на единицу продукции.

Производные вредные выбросы образуются при производстве энергоносителей, необходимых для протекания данного процесса и представляются в виде суммы соответствующих ТЭЧ:

где ТЭЧ, - технологическое экологическое число /-го энергоносителя,

ТЭЧ = Кв*(В\ +В2 + В3-В4).

(2.1.4)

(2.1.5)

(2.1.6)

Рис.2.1. Иерархическая восходящая структура ТЭЧ.

ЯР

Сжигание топлива ТЭЧт

Добыча топлива ТЭЧД

Подготовка топлива ТЭЧП

Транспортировка ТЭЧт

Электроэнергия

Тепловая энергия

Сжатый воздух

Кислород

Вода

Энергоиспользование Вещественное

Скрытые выбросы В3

Сырье ТЭЧС

Инструмент ТЭЧИ

Оборудование ТЭЧоб

Ремонт ТЭЧР

Транспорт ТЭЧтр

являющегося одновременно источником выбросов (электроэнергии, кислорода, дутья и т.д.), кг у.т. на единицу энергоносителя; ф, - удельные расходные коэффициенты соответствующих энергоносителей, единица энергоносителя на единицу продукции.

При расчете скрытых вредных выбросов необходимо учитывать выбросы, которые имели место в предыдущих технологических операциях при ^ производстве сырьевых материалов в соответствии с их расходными коэффициентами, инструмента, оборудования и других вспомогательных расходов энергии на предыдущих технологических операциях, например для пылеочистки отходящих газов, также с соответствующими расходными коэффициентами:

В3 = — ( ТЭЧмФм + ТЭЧиФи + ТЭЧобфоб + ТЭЧпфп), (2"1 -7)

Ке

где ТЭЧМ, ТЭЧИ, ТЭЧоб, ТЭЧП - технологические экологические числа сырьевых материалов, инструмента, оборудования, пылеочистки отходящих газов, кг у.т. на единицу источника вредных выбросов; фм, фи, фоб, фп - удельные расходные коэффициенты соответствующих источников вредных выбросов, единица источника вредных выбросов на единицу продукции.

9 к ер г е / и тес~ 1С ц

Полезно-используемые вредные выбросы подразделяются на |лектри-чеект| используемые и вещественно используемые. Они характеризуются не только улавливанием вредных выбросов, но и их утилизацией на данной операции.

В — ^ х^ т^и г и (2.1.8)

4 2-1 1 ^"утфутК ут 5

Кв /

где ТЭЧут - технологическое экологическое число улавливаемых вредных выбросов, кг у.т. на единицу источника вредных выбросов; фух - удельный выход отходящих газов, единица отходящих газов на единицу продукции; киух -коэффициент утилизации отходящих газов.

Рассмотрение приведенных соотношений и иерархии модели СЭЭА при расчете ТЭЧ (рис.2.1 и 2.2) свидетельствует о сложности характера этой величины, разветвленной как По вертикали (рис.2.1) - по основной

технологической цепи, так и по горизонтали (рис.2.2) - по вспомогательным технологическим цепям. Каждое из низовых чисел на рис.2.2. в свою очередь является сложной величиной и рассчитывается по формуле (2.1.4). Такая классификации вредных выбросов позволяет более наглядно и отчетливо представить основные составляющие выбросов, что в определенной мере является гарантом полного и обстоятельного рассмотрения источников выбросов и технологических ситуаций.

С другой стороны, в переделах каждого из указанных видов технологических выбросов необходимо рассматривать вещественные и энергетические выбросы.

Вещественные выбросы в свою очередь подразделяются на газообразные, жидкие и твердые В [57-67] рассмотрены три пути воздействий вредных выбросов на человека: через легкие; через желудочно-кишечный тракт и через кожу. В этой связи следует ввести дополнительную классификацию трех типов вещественных вредных выбросов по среде, в которую они попадают в процессе производства: атмосферные, почвенные и водные вредные выбросы. Со временем твердые вредные выбросы, поступившие в атмосферу, осядут на почву или в водоемы. Однако в атмосферной фазе они успеют оказать свое отрицательное влияние на здоровье людей через легкие. По этой причине последний тип классификации имеет практическое значение. Такая классификация отражает динамику вредных выбросов в пространстве и пути воздействия на организм человека.

В результате, при СЭЭА и определении ТЭЧ продукции в структурированном виде по формуле (2.1.4) необходимо учитывать вещественные и энергетические выбросы, осуществляемые в атмосферу, воду и почву. В данной работе проанализированы выбросы экологически вредных веществ в атмосферу.

Энергетические вредные выбросы классифицируем на акустические, электромагнитные и тепловые. При этом возможен самый широкий диапазон

длин волн первых двух типов вредных выбросов - от ультразвука до низших частот в случае акустических выбросов и от жесткого рентгеновского

излучения до теплового инфракрасного и радиоэлектромагнитного излучения. «

Таким образом, для оценки экономического ущерба от загрязнения окружающей среды предлагается комплексный подход (экономический, энергетический, экологический) с точки зрения оценки экономической компенсации за нанесенный экологический ущерб, например, от продуктов сгорания, в условных единицах на единицу продукции (кг у.т./т продукции), как это производится при расчете энергозатрат. Сопоставимые значения ТЭЧ с ТТЧ свидетельствуют о плохой работе предприятий с точки зрения дополнительных издержек на компенсацию экологического ущерба.

Учитывая токсичность выбросов вредных веществ (по коэффициенту агрессивности, характеризующего степень превышения ПДК данного вещества относительно ПДК оксида углерода), величину затрат' предприятия на компенсацию экологического ущерба (плата за условные выбросы по максимальной ставке штрафа), величину затрат на топливо, при сгорании которого и выбрасываются загрязняющие вещества, модель СЭЭА в форме ТЭЧ предполагает проведение энерго-экологической оценки производств и процессов вдоль технологической цепочки, включая в себя экономическую оценку компенсации экологического ущерба.

Таким образом, в этом разделе разработана структурированная модель СЭЭА. Все формы вредных выбросов сведены к единому универсальному показателю - ТЭЧ. Это устраняет трудности, которые связаны с широким спектром вредных выбросов, разнообразием применяемых ПДК, сложностью ранжирования вредных выбросов по степени опасности. Достигнут компромисс, так как за основу ТЭЧ принята совокупность чисто технологических и стоимостных (ценовых) факторов.

2.1.2. Диссипативная модель сквозного энерго-экологического анализа

Диссипативная модель СЭЭА в форме ТЭЧ продукции предназначена для оценки основных факторов, которые определяют объемы вредных выбросов, связанных с использованием топлива и энергии. Для этого вся цепочка технологического процесса была разделена на отдельные звенья. В каждом последовательном звене технологического цикла были рассмотрены первичные, производные, скрытые, и полезно-используемые вредные выбросы, связанные с использованием топлива и энергии. Например, в формуле (2.1.4) значения:

В, = — *ТЭЧ2 *ср2 = (В„+ В22+ В32- В42)* ф2 1

Кв

1 (2.1.10) В3= — *ТЭЧ3 *фз = (В 13+ В23+ В33- В43)* ф3, Кв

где ф2 и ф3 - расходные коэффициенты Для последующего цикла соответственно для производных и скрытых вредных выбросов.

В свою очередь, в последующей технологической цепочке величины В22., Вз2, В23, В33 представлены в виде соответствующих ТЭЧ со своими расходными коэффициентами. При этом на каком-то условно-конечном звене технологического процесса значения производных и скрытых вредных выбросов приняты в пределах допустимой точности расчета достаточно малыми величинами и приравнять их к нулю. При таком расщеплении технологической цепочки на п технологических операций величина ТЭЧ была выражена через значения первичных выбросов за вычетом полезно-используемых выбросов

В,-В 4 = т (2.1.11)

для каждой операции с введением в расчет расходных коэффициентов ф и суммирование по числу компонентов звеньев, входящих в каждую операцию технологической цепочки и являющихся источниками вредных выбросов.

Так, для технологической цепочки из п операций (конечная п-я операция условно не содержит производных и скрытых вредных выбросов) величина

тэч ^Лю.+Етя,,/^^

+

7

(Г /

р

Здесь индекс 2 применен для производных выбросов, 3 - для скрытых; е -индекс компонента (звена) на каждой операции; а, ..., (3 ..., / и к, I, ..., р -число компонентов (звеньев) на 2, .., г, .., п операции соответственно для производных и скрытых выбросов.

В этом представлении счет звеньев происходит от 1 до п в порядке последовательного расщепления технологической цепочки на звенья (рис.2.3). Таким образом, технологическая цепочка расщепляется на п последовательных операций, в каждой имеется определенное количество параллельно включенных цепочек, соответствующих числу компонентов, являющихся источниками вредных выбросов. Характерной особенностью, как это следует из формул (2.1.9)-(2.1.10), является суммирование величин выбросов по операциям. В силу последовательного включения операций расходные коэффициенты на каждой /-й операции получаются перемножением всех расходных коэффициентов цепочки из последовательно включенных звеньев. Внутри каждой операции происходит суммирование выбросов по числу компонентов (цепочек). В результате величину ТЭЧ представим в обобщенном виде:

" р (2.1.13)

Заключение диссертации по теме «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)», Дружинина, Ольга Геннадиевна

4.5. Выводы ^--------------

По результатам сквозного энерго-экологического анализа производства легированной ванадием стали с применением электропечного феррованадия (традиционный способ) и доменного печи феррованадия с применением плазменного подогрева дутья и ГВГ (перспективные направления), а также бескоксовых производств легированной стали с применением ванадийсодержащих металлизованных окатышей, получаемых в шахтной печи с паровой конверсией (опытная схема) и металлизованных ванадийсодержащих окатышей, получаемых в шахтной печи с применением ГВГ (процесс ЛП) можно сделать следующие выводы (рис.4.5, табл.3.11).

Многостадийный и многокомпонентный процесс производства феррованадия традиционным способом в электропечи требует значительных энерго-экологических затрат: 167651 кг.у.т/т продукции, при этом энергозатраты, связанные с компенсацией экономического ущерба составили 7%.

Анализ перспективных технологий производства феррованадия в доменной печи с применением плазменного подогрева дутья и ГВГ показал что кг у•Т"./т||рОЛу|(ЦШ] 1200 п

1000

800

600

400

200

100 % 927

100 % 1023

100 %

95,6

74% 688

75% 768

73% 674

74 % 753

82,6 %

Легированная Легированная сталь с Легированная сталь с традиционным способом использованием доменного использованием доменного сталь, с использованием РеУ РеУ с применением ГВГ электропечного РеУ

ТТЧ нтэч ттч+тэч

102% 946

96% 987

43,3%

41,4

Легированная сталь с использованием металлизованных окатышей

73% 676

71% 728

54,4%

52

Легированная сталь с использоваием металлизованных окатышей с применением пжв

Рис.4.5. Результаты энерго-экологического анализа производства легированной ванадием стали энерго-экологические затраты уменьшились в 2,3 и 2,5 раза, соответственно и составили 73598 и 67894 кг.у.т/т продукции.

Суммарные энерго-экологические затраты легированной ванадием стали с использованием электропечного РеУ, доменного РеУ и доменного РеУ с применением ГВГ составили 1023, 768 и 753 кг у.т./т прод., соответственно, при этом для компенсации экономического ущерба от вредных выбросов в атмосферу, связанных с использованием топлива, требуется условного топлива на тонну продукции 10,3, 11,6 и 11,7% от сквозных энергозатрат, соответственно для рассмотренных схем.

Для сравнения проанализирована опытная бескоксовая схема производства легированной ванадием с использованием металлизованных окатышей, полученных в шахтной печи с паровой конверсией. Суммарные энерго-экологические затраты ТТЭЧ составили 987 кг у.т./т прод. Таким образом, незначительные энергозатраты, связанные с компенсацией экономического ущерба от загрязнения окружающей среды (41,4 кг у.т./т прод., что соответствует 4% от сквозных энергозатрат), уменьшают суммарные энерго-экологические затраты на 4% по сравнению с традиционной схемой производства легированной стали с применением РеУ.

Разработана новая бескоксовая схема производства легированной стали бескоксовым методом, включающая газификатор ПЖВ, шахтную печь металлизации окатышей и электропечь. Суммарные энергозатраты составили 728 кг у.т./т прод. - сниженные на 29% по сравнению с традиционной схемой производства легированной стали с применением РеУ, что свидетельствует о незначительных энергозатратах, связанных с компенсацией экономического ущерба от загрязнения окружающей среды (7,7%), за счет сокращения количества переделов при производстве феррованадия (дуплес-цех, химический передел), замены доменного производства бескоксовым способом металлизации окатышей (экономия кокса), а также замены природного газа для конверсии на ГВГ, получаемый газификацией дешевого угля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В литературном обзоре выполнено обобщение опубликованных работ по сквозному энергетическому анализу, изучены различные методики расчета энергозатрат, позволяющие определить основные источники потерь энергии, приоритетные направления ее экономии, объективные результаты энергосберегающих мероприятий в отдельных технологических процессах. Проведен анализ экологической обстановки с целью выявления связи экономического ущерба от загрязнения окружающей среды с энергоемкостью энерготехнологических производств, а также проанализировано влияние экологической обстановки на здоровье населения и увеличение экономического ущерба от загрязнения окружающей среды в связи с использованием методики оценки риска. Поставлены задачи исследования.

2. Разработаны модели СЭЭА технологических процессов в структурированном и диссипатйвном виде. Модели построены с учетом компенсации экономического ущерба от вредных выбросов и затрат энергии в единицах условного топлива.

3. Разработан новый показатель ТЭЧ, вычисляемый с учетом показателя агрессивности выбросов вредных веществ, величины максимальной ставки штрафов за выбросы, цены природного газа и его теплотворной способности. ТЭЧ характеризует количество килограмм условного топлива (кг у. т.), требуемого для погашения стоимости экономического ущерба от вредных выбросов на единицу выпускаемой продукции.

4. При оценке экономического ущерба от загрязнения окружающей среды, в частности атмосферы, выявлены расхождения по типовой методике и по методике оценки риска для здоровья населения. С целью уточнения стоимостных факторов определения ТЭЧ в моделях СЭЭА, разработан алгоритм укрупненного анализа экономического ущерба от загрязнения окружающей среды с учетом оценки риска. При этом производится коррекция коэффициента, характеризующего степень компенсации экологического ущерба в кг у .т., при определении ТЭЧ продукции для конкретных предприятий с учетом предыдущих стадий производства.

5. Разработан алгоритм и программное обеспечение для расчета и комплексного СЭЭА технологических процессов в форме ТТЧ и ТЭЧ. Программное обеспечение СЭЭА технологических процессов в форме ТТЧ и ТЭЧ используется как элемент экспертной системы в АСУ доменного цеха ОАО ЧусМЗ.

6. Проведен СЭЭА традиционного производства (получение чугуна в доменной печи) и новых бескоксовых и малококсовых технологий (ПЖВ-утилизатора, газификатора ПЖВ, доменной печи с применением горячих восстановительных газов, процесса Корекс). Суммарные энергоэкологические затраты, требуемые для погашения стоимости экологического ущерба от вредных выбросов на единицу выпускаемой продукции, для новых бескоксовых и малококсовых технологий снижены по сравнению с доменным производством, в связи с исключением производства кокса, агломерата, а также уменьшения выбросов при сгорании топлива в агрегате ПЖВ за счет дожигания топлива. Малое снижение суммарных энергоэкологических затрат по схеме доменная печь-ГВГ по сравнению с традиционным производством (на 5%) явилось следствием незначительного уменьшения удельного расхода кокса и дополнительных выбросов от газификатора ПЖВ. Для бескоксовых металлургических технологий величина ТЭЧ значительно меньше влияет на суммарные энергозатраты: 2,6 и 2% для агрегатов ПЖВ и Корекс. В результате суммарные энергоэкологические затраты- ТТЭЧ - для производства чугуна в ПЖВ снижены на 38% и 8%> по сравнению с базовым вариантом (доменным производством).

7. Выполнен СЭЭА для полного традиционного металлургического цикла. Энергетические затраты на компенсацию экологического ущерба составляют 22% при использовании пылеочистки.

8. Выполнен СЭЭА для прямого получения железа в схеме металлизации окатышей для процесса Мидрекс. Значительное превышение сквозных энергозатрат при бескоксовом производстве стали по сравнению с традиционным способом (на 30% за счет значительного расхода природного газа при металлизации окатышей и электроэнергии при производстве электростали), приводит к тому, что суммарные энерго-экологические затраты бескоксового производства стали на 13% выше по сравнению с традиционным производством, даже при незначительных ТЭЧ бескоксового производства (6% от ТТЧ).

9. Для условий Чусовского металлургического завода выполнен расчет энергозатрат, в частности производство ванадиевого чугуна, получение КВШ из ванадиевого чугуна в дуплекс-цехе, получение У205 в химпеределе и выплавка 33-38% БеУ в электропечах. Проанализированы энергозатраты перспективных вариантов в производстве феррованадия, при использовании низкотемпературной плазмы и горячих восстановительных газов. Многостадийный и многокомпонентный процесс производства феррованадия традиционным способом в электропечи требует значительных энерго-экологических затрат: 167651 кг.у.т/т продукции, при этом энергозатраты, связанные с компенсацией экономического ущерба составили 7%. Анализ перспективных технологий производства феррованадия в доменной печи с применением плазменного подогрева дутья и ГВГ показал что энерго-экологические затраты уменьшились в 2,3 и 2,5 раза, соответственно, за счет сокращения количества переделов.

10. Для сравнения проанализированы энерго-экологические затраты легированной ванадием стали с использованием электропечного РеУ, доменного РеУ и доменного РеУ с применением ГВГ, а также опытная бескоксовая схема производства легированной ванадием стали с использованием металлизованных окатышей, полученных в шахтной печи с паровой конверсией. Суммарные энерго-эко логические затраты для производства легированной схемы с использованием РеУ составили 1023, 768 и 753 кг у.т./т прод., что соответствует снижению суммарных энергоэкологических затрат на 25 и 26 % для схем с доменным производством РеУ. Суммарные энерго-экологические затраты ТТЭЧ для опытной бескоксовой схемы производства легированной ванадием с использованием металлизованных окатышей, полученных в шахтной печи с паровой конверсией составили 987 кг у.т./т стали. Таким образом, для бескоксовой схемы незначительные энергозатраты, связанные с компенсацией экономического ущерба от загрязнения окружающей среды (41,4 кг у.т./т прод., что соответствует 4% от сквозных энергозатрат), уменьшают суммарные энерго-экологические затраты на 4% по сравнению с традиционной схемой производства легированной стали с применением РеУ.

11 .Предложена новая бескоксовая схема производства легированной стали бескоксовым методом, включающая газификатор ПЖВ, шахтную печь металлизации окатышей и электропечь. Проведенный сквозной энергоанализ показывал, что по данной схеме энергозатраты на 27% ниже по сравнению с действующей схемой производства легированной ванадиевой стали с использованием РеУ, выплавленного в электропечи, и на 29% с учетом экологической составляющей, что связано с незначительными энергозатратами, требуемых для компенсации экономического ущерба от загрязнения окружающей среды, а также сокращением количества переделов при производстве феррованадия (дуплес-цех, химический передел), замены доменного производства бескоксовым способом металлизации окатышей (экономия кокса), а также замены природного газа для конверсии на ГВГ, получаемый газификацией дешевого угля. По данной технологии подана заявка на изобретение. Этот процесс производства легированной ванадием стали позволит наиболее полно использовать как окатыши, так и рудные материалы, а также любые угли, в том числе и углеродсодержащие отходы.

12.Программная реализация разработанных моделей комплексного СЭЭА также включена в единый комплекс разрабатываемой экспертной системы металлургических производств (КОМЭС) с целью создания экологически чистого производства, снижения энергозатрат и выбросов в атмосферу при получении легированных сталей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дружинина, Ольга Геннадиевна, 1998 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Комплексное использование руд и концентратов/В.А.Резниченко, М.С.Липихина, А.А.Морозов и др. М.: Наука,1989. 172 с.

2. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы). М.: Журнал "Россия молодая", 1994. 367 с.

3. Охрана и рациональное использование окружающей среды: Учеб. пособие. Харлампович Г. Д., Березюк В.Г., Липу нов И.Н. и др. Екатеринбург: Изд-во Урал.ун-та. 1993. 184 с.

4. Энергетический анализ общественного производства / С.Е.Розин, Я.М.Щелоков // Проблемы энергосбережения, 1991. Вып.8. с. 49-57

5. Энергосберегающие технологические процессы сталеплавильного производства / А..Г.Шалимов, А.Ф.Каблуковский // Сталь, 1984. №1. с. 17-20.

6. Энергосберегающие технологии на предприятиях черной металлургии / Руководитель авт. кол. О.В.Филипьев. - X.: Вища шк. Изд-во при Харьк. унте, 1986. 144с.

7. Михайлов В.В. и др. Рациональное использование топлива и энергии в промышленности / Михайлов В.В., Гудков Л.В., Терещенко A.B. - М.: Энергия, 1978. 224с.

8. Элементы безотходной технологии в металлургии: Учебное пособие для вузов / Шульц Л.А. - М.: Металлургия, 1991. 174 с.

9. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов (Экономия топлива и электроэнергии) / Егоревич А.П., Лисиенко В.Г., Розин С.Е., Щелоков Я.М. - М.: Металлургия, 1990.149 с.

10.Затраты первичной энергии на получение стали различными способами / В.И.Баптизманский, Б.М.Бойченко, А.Г.Зубарев и др. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1984. №8. с. 47-55.

11 .Бескоксовая переработка титаномагнетитовых руд. Ровнушкин В. А., Боковиков Б.А., Братчиков С.Г. и др. М.: Металлургия, 1988. 247 с.

12.Энергоемкость продукции черной металлургии / В.А.Исаев // Черная металлургия. Бюллетень информации. 1996. №3. С. 3-10.

13.Энергоемкость производства металлопродукции на ЧерМК и НЛМК / Е.Э.Ушаков, А.М.Сниткин // Известия вузов. Черная металлургия. 1997. №3. С. 84-85.

14.Метод расчета сквозной энергоемкости металлопродукции / В.Г.Литвиненко, Г.Н.Грецкая, Т.А.Андреева// Сталь. 1997. №7. С. 76-79.

15.А.С.Некрасов, Ю.В.Синяк, В.А.Янпольский. Построение и анализ энергетического баланса (вопросы методологии и методики). М.: Наука. 1974. 72 с.

16.В.Г.Лисиенко Известия Академии Наук Металлы 1991, №2,

17.В.Г.Лисиенко Известия Академии Наук Металлы 1992, №3;

18.Рациональное использование газа в промышленных установках: Справочное пособие / Р.А.Ахмедов, О.Н.Брюханов, В.Г. Лисиенко и др.; Под ред. А.С.Иссерлина. - Спб.: Недра, 1995. 352 е.: ил.

19.Лисиенко В.Г. Методика макрообменного анализа пирометаллургических процессов в режиме управления // Сталь, 1996. №7.

20.Экономии энергии - научную основу / Розин С.Е., Щелоков Я.М. , Лисиен-ко В.Г. // Экономика и организация промышленного производства, 1984. №3. с.91-98.

21.Методика расчета и использование технологических топливных чисел / Лисиенко В.Г., Розин С.Е., Щелоков Я.М.// Известия вузов. Черная металлургия, 1987. №2. с. 108-112.

22.Ключ к энергосбережению / Лисиенко В.Г., Розин С.Е., Щелоков Я.М. // Энергия: Экономика, техника, экология. 1987. №5. с.4-7.

23.Энергетический анализ как метод повышения эффективности энергоиспользования в технологических процессах / Розин С.Е., Щелоков Я.М., Егоревич А.П.// Промышленная энергетика, 1988, №2, с.2-4.;

24. Технологические топливные числа различных методов окускования металлургических шихт / В.Е.Лотош // Известия вузов. Черная металлургия, 1994. №2. с.3-4.

25.Основные факторы энергоемкости / Лисиенко В.Г. // Известия вузов. Энергетика, 1990. №3 с.3-16.

26.Процесс жидкофазного восстановления железа / В.А.Роменец // Сталь. 1990. №8. С.20-27.

27.Развитие бескоксовой металлургии / Н.А.Тулин, В.С.Кудрявцев, С.А.Пчелкин и др. - М.: Металлургия, 1987. 327с.

28.Радкевич В.А. Экология: Учебник - 3-е изд. перераб. и доп. М.: Высш. шк. 1997. 159 с.: ил.

29.Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М. Гидрометеоиздат. 1984. 560 с.

30.Израэль Ю.А. Проблемы охраны природной среды и пути их решения. М. Гидрометеоиздат. 1984. 47 с.

31.В.С.Лисин, Ю.С.Юсфин Ресурсо-экологические проблемы XXI века и металлургия. - М.: Высш. шк., 1998. 447 с.

32.Штраус. В.,Мэйнуоринг С.Д. Контроль загрязнения воздушного бассейна / Пер. с англ. С.А.Пирумовой; Под ред. А.И. Пирумова. - М.: Стройиздат. 1989.144 с.

33.Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов. М.: Химия, 1996. 319 с.

34.Лорен Кенуорси. Как убедить предприятия уменьшить количество промышленных отходов. Руководство для граждан. Пер. с англ. Н.П.Тарасовой, А.В.Малькова, В.В.Костикова и др. ИНФОРМ. 1995. 128с.

35.Окружающая природная среда России. Краткий обзор. М. Журнал "Экое". 1995.50 с.

36.Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: Справочник. - JL: Химия. Ленингр. у-т. 1985. 582 с.

37.Шаприцкий В.Н. Разработка нормативов ПДВ для защиты атмосферы: Справочник. - М.: Металлургия. 1990. 415 с.

38.Воробейчик E.JL, Садыков О.Ф., Фарафонов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). Екатеринбург: УИФ "Наука", 1994. 280 с.

39.Методы анализа загрязнений воздуха / Другов Ю.С., Беликов А.Б., Дьякова Г.А., Тульчинский В.М. - М.: Химия, 1984. 384 с.

40.Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Госкомгидромет. 1987. 93с.

41.Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справ.изд.: В 2 ч. 4.1. Пер. с англ. / Под.ред. Калварта С., Инглунда Г.М. М.: Металлургия, 1988. 705 с.

42. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справ.изд.: В 2 ч. 4.2. Пер. с англ. / Под.ред. Калварта С., Инглунда Г.М. М.: Металлургия, 1988. 712 с.

43.Закон РСФСР "Об охране окружающей природной среды" от 19 декабря 1991 г. / Ведомости Съезда народных депутатов РФ и Верховного Совета РФ. 1992. №10.

44.Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экологического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды / Быстрое A.C., Варанкин В.В., Вилецский М.А. и др. М.: Экономика, 1986.

45.Рекомендации Государственного комитета по охране окружающей среды РФ от 4.07.97г. № 14-07/627.

46. Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды. Утверждено Минприроды РФ от 27.11.92.

47.06 областном законе "О бюджете областного внебюджетного экологического фонда на 1997 год". Законодательное собрание Свердловской области. Областная дума. Постановление от 12.03.97. №244. Екатеринбург, 15с.

48.Уровень развития прямого восстановления железных руд и плавильно-восстановительных процессов / К.-Х. Шуберт, Г.Б.Люнген, Р.Штефен // Черные металлы, 1997, №1, с.27-35.

49.Лазуткин С.Е. Новые процессы получения чугуна и губчатого железа // Сталь, 1994. №12. С.13-19.

50. Роменец В.А. Жидкофазное восстановление в черной металлургии. // Сталь, 1997. №С.91~97.

51.Лисиенко В.Г., Шимов В.И., Фетисов Б.А. Проблемы экономии топлива в помышленных печах за счет интенсификации теплообменных процессов . УПИ. Свердловск. Деп. в "Черметинформации", 1985,№3д 13045/Деп. в библ. указ. ВИНИТИ: деп. научные работы, 1985, №12 ст. 184.

52.В.П.Албул, И.Д.Минскер/Энергосбережение и вредные выбросы в окружающую среду//Газовая промышленность, 1998. №6. С.49-50.

53.Фундаментальная постановка управления в энергосбережении и экологии и расчет сквозных энергозатрат / Лисиенко В.Г., Розин Е.Е., Воинов Ю.Ф., Потанин А.В. // Состояние и перспективы развития эффективного использования энергии в Пермской области. Сб. материалов научно-технической конференции. Пермь: Изд. ПГТУ, 1996, с.74-75.

54.Оценка риска неканцерогенных и канцерогенных веществ. Центр экологического обучения и информации. ЕРА USA. 1995. 500 с.

55.Risk Assistant for Windows. Инструкция для пользователя. Российский химико-технологический университет. Кафедра Проблем устойчивого развития общества. 1995. 300 с.

5 6.Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов. Т.27. Б.Н.Порфирьев. Экологическая экспертиза и риск технологии. Под.ред. Д.А.Криволуцкого М. 1990. 204 с. 57.1ntegrated Risk Unformatin System. U.S. Departament of Energy. Office of Eniverenmental Guidance. RCRA/CERCLA Division. (EH-231). Washington.D.C. 1991.

58.Health Effect Assessment Summary Tables (Annual FY-91). EPA. 1991.

59.Health Effect Assessment Summary Tables (Annual Update). EPA. 1993.

60.Risk Assessment Guidance for Superfond : Volume 1 - Human Health Evalutin Manual. EPA.

61.Risk Assessment. Principles and Applications for Hazardous Waste and Related Sites. P.K.LaGoy. Noyes Publicatins. 1994. 245p.

62. Fundamentals of Industrial Hygience. J.B.Olishifski. National Safety Concil. 1979. 1083p.

63.Hazardous Waste Risk Assessment. D.Kofi Asante-Duah. Lewis Publishers.

1993.

64.Fundamentals of Industrial Hygience. Plog В., Niland J., Quinian P. - National afety Councie. 1996. 962p.

65.Basic Hazardous Waste Management. W.C.Blackman. Lewis Publishers. 1996. 363 p.

66.Toxic air Pollution Handbook. Patrik D. Van Nostrand Reinhold.New York.

1994. 550p.

67.Indoor Air Pollution. Caracterization, Prediction and Control. Wadden R., Schefe P. Enivernemental and Occupation Health Sciences. Chicago. 1994. 115p.

68.Externe. Externalities of energy. Vol.2. Methodology. Science Research European commision. 1995. EUR 16521 EN. ECSC-EL-EAEC, Brussels-Luxemborg, 1997.

69.Патрик тен Бринк. ECOTEC. Researcgh and Consulting. Ltd. "Оценка ущерба от загрязнения Свердловской области и ранжирование экологических инвестиционных проектов".

70.Постановление "Об использовании методологии оценки риска для управления качеством окружающей среды и здоровья населения РФ". №25 от 10.11.97

71.Региональный план действий по охране окружающей среды для Свердловской области. Оценка ущерба и ранжирование проектов для Свердловской области. УФ ЦПРП. 1997. 300 с.

72.Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г. / Особенности энергетического и энергоэкологического анализа // Подготовка кадров и экологические проблемы энергетики: Тезисы докладов юбилейной научно-технической конференции, посвященной 65-летию кафедры ТЭС. Екатеринбург: УГТУ, 1997. С.38-39.

73.Выварец А. Д., Федоренко О.В., Карелов C.B. Экономика природопользования. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации. 1994. 264с.

74.Направления снижения вредных выбросов в атмосферу при реконструкции сталеплавильного производства АО «НОСТА» / Д.И.Бородин, Б.Б.Владимировский // Изв. вуз. Черная металлургия. 1997. №7. С.13-14.

75.Лисиенко В.Г. Управление и роль интенсификационной составляющей теплообмена при энергосбережении в промышленных печах и агрегатах. Деп. в Черметинформации, №ЗД/З161, Свердловск, Изд-во УПИ, 1986. 15с.

76.С.Н.Гущин, В.Г.Лисиенко, В.Б.Кутьин. Моделирование и управление тепловой работой стекловаренных печей. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1997-398с.

77.Вавилов A.A., Имаев Д.Х. Машинные методы систем управления. Л.: Изд-во ЛГУ, 1981. 189 с.

78.Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г. Программный модуль для расчета и анализа сквозных энергозатрат на производство продукции в форме ТТЧ // Состояние и перспективы развития эффективного использования энергии в Пермской области: Тезисы докладов региональной научно-практической конференции. Пермь, 1997. С.85-86.

79.Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г. Программный модуль для расчета и анализа сквозных энергозатрат на производство продукции в форме ТТЧ // Информационные технологии, системы управления и электроника: Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции. Под ред. В.В.Кийко. Екатеринбург: УГТУ, 1997. С.40-41.

80.Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г. Программное обеспечение для сквозного энергоанализа энерготехнологических процессов как элемент экспертной системы // Подготовка кадров и экологические проблемы энергетики. Тезисы докладов юбилейной научно-технической конференции, посвященная 65-летию кафедры ТЭС. Екатеринбург: УГТУ, 1997. С.76-77.

81.Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г., Эрдэнэчимэг Ц. Программное обеспечение для сквозного энергоанализа энерготехнологических процессов // Информационные технологии и электроника: Тезисы докладов второй всероссийской научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ, 1998. С.82. http://www.uicde.ru/cOnf.

82.Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г. Сравнительный анализ энергоемкости продукции в форме ТТЧ // Информационные технологии и электроника: Тезисы докладов второй всероссийской научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ, 1998. С.82-83. http://www.uicde.ru/conf.

83.Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии. Андоньев С.М., Филипьев О.В. Изд. 2-е. М.: Металлургия, 1979. 192с.

84.Эффективность охраны атмосферы от выбросов сталеплавильного производства. Юзов О.В., Харитонов H.A., Гурьев B.C. М.: Металлургия, 1987. 103с.

85.Пылеулавливание в металлургии: Справ, изд. / Алешина В.М., Вальдберг А.Ю., Гордон П.М., Гурвиц A.A., Левин Л.С., Меттус A.A. М.: Металлургия, 1984. 336с.

86.Рышка Э. Защита воздушного бассейна от выбросов предприятий черной металлургии. Пер. с польск. М.: Металлургия, 1979. 240с.

87.Очистка технологических газов в черной металлургии / Толочко А.И., Филипов В.И., Филипьев О.В. М.: Металлургия, 1982. 280с.

88.Утилизация пылей и шламов в черной металлургии / А.И.Толочко, В.И.Славин, Ю.М.Супрун, Р.М.Хайрутдинов. Челябинск: Металлургия, Чел. отд., 1990. 152с.

89.Пути снижения вредных выбросов с агломерационным газом / Д.С.Петрушов, И.И.Ровенский, С.Н.Петрушов // Известия вузов. Черная металлургия. 1997, №6, С.39.

90.Обобщение и анализ валовых выбросов в атмосферу заводов черной металлургии. Уралэнергочермет. Свердловск. 1992.

91.Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. М.: Металлургия, 1977. 328 с.

92.Зайцев А.К., Леонтьев Л.И., Юсфин Ю.С. Анализ формирования экотоксикантов в термических процессах. Екатеринбург, Российская академия наук, Уральское отделение. 1997. - 84 с.

93.Лисиенко В.Г. Фундаментальная постановка моделей управления в энергосбережении и экологии. Наука и инженерное творчество - XXI веку. Груды первой научно-технической конференции Регионального уральского отделения Академии инженерных наук РФ. Екатеринбург: Изд. Регионального Уральского отделения АИН РФ. 1995, с.61-62.,

94.Lisienko V.G., Viskanta R., Fedorov A. Fundamental Formulation of the Prognosis and Control Model for Energy Conservation and Ecology in the Power Technology Units. Collection of Materials of International Seminar: «Modeling, Advanced Process Technology, Expert and Control Systems of Heat and Mass Transfer Phenomena» Ekaterinburg: Academy of Engineering Sciences of Russian Federation, Regional Ural Department. 1996, p. 14.

95.Parenkov A.E., Romenetz V.A., Valavin V.S. at all. Creation of a Complex «An Experimental Blast Furnace - Gasiefier in the Melting Ligu id Bath (GMLB)». Collection of Materials of International Seminar: «Modeling, Advanced Process

Technology, Expert and Control Systems of Heat and Mass Transfer Phenomena» Ekaterinburg: Academy of Engineering Sciences of Russian Federation, Regional Ural Department. 1996, p.87-88.

96.Лисиенко В.Г., Чистов В.П., Пареньков A.E. Концепция построения экспертных систем для технологических процессов (на примере доменных печей). Совместная сессия и выставка-ярмарка перспективных технологий. Сб. тезисов докладов. Тула: Изд. Администрации тульской области и Академии инженерных наук РФ, 1997, с.62.

97.Ванюков A.B., Зайцев В.Я. Теория пирометаллургических процессов. М.: Металлургия, 1993. - 384 с.

98.Процесс жидкофазного восстановления. / Роменец В.А., Вегман Е.Ф., Сакир Н.Ф. //Изв. вузов. Черная металлургия. 1993. №7. с.9-19.

99.Сравнительная оценка эффективности использования топлива в доменных печах и установках жидкофазного восстановления железа / В.А.Роменец. Е.Ф.Вегман// Сталь, 1993. № 1. С.7-11.

100.Роменец В.А., Юсфин^ДО.С. Отчет о научно-исследовательской работе опытной плавки барботажной ванны. М.: МИСИС, 1990. 170 с.

101.Das Corex-Verfahren - derzeitinger Stand und zukunftige Entwicklung'/ B.Havenga, W.l.Kepplinger, F.Wallner und H.Wiesinger // "Berg-und Huttenmnische Monatshefte. 1988. Jg. 133. Heft 5.,

102.Reduktion von Erzen/P.Nalepka und W.l.Kepplinger // Berg-und Huttenmnische Monatshefte. 1990. Jg. 135. Heft 9.

103.Corex (R), Revolution in Ironmaking. Voest Alpine Industrianlagenbau. Linz. 1994. P. 21.

104.Отработка процесса Корекс фирмой Айскор ЮАР./Экспресс-информация. Черная металлургия. 1990. №13ю с.2-4.

105.Трахимович В.И., Шалимов А.Г. Использование железа прямого восстановления при выплавке стали. М. Металлургия, 1982. 248 с.

106.Совершенствование технологии и производство окисленных и металлизованных окатышей на ОЭМК /С.С.Гончаров, А.Г.Серкин, Г.А.Зинягин и др. // Сталь, №9, 1995, с.6-13.

107.НТЦ «Экология». Проект нормативов предельно-допустимых выбросов в атмосферу для АО ВИЗ. 1992. 140 с.

108. Компьютерный расчет ТТЧ и его использование на примерах производства ванадийсодержащих сплавов / Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г., Пареньков А.Е., Скуридин Ф.Л. // Известия вузов. Черная металлургия. 1998. №7. С.69-72.

109.Working of Special Pig-iron and Aloys Smelting with Use of Low-Tempereture A Plasma / Lisienko V.G., Ukolov V.M., Parenkov A.E., Druszinina O.G. at al./ Collection of Materials of International Seminar: «Modeling, Advanced Process Technology, Expert and Control Systems of Heat and Mass Transfer Phenomena» Ekaterinburg, 1996. pp.91-92.

110.Энергоэкологические функции металлургических агрегатов с жидкой шлаковой ванной / Пареньков А.Е., Юсфин Ю.С., Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г. и др. // Научные школы УПИ-УГТУ №2. С творческим наследием Б.И.Китаева - в XXI век. Сборник материалов международной конференции. Екатеринбург: УГТУ, 1998. С.151-157.

111 .Н.П.Лякишев, Н.П.Слотовинский-Сидак, Ю.Л.Плинер, С.И.Лаппо Ванадий в черной металлургии. М,: Металлургия, 1983, 192с.

112.Металлургическая переработка ванадийсодержащих титаномагнетитов / Смирнов Л.А., Дерябин Ю.А., Шаврин С.В.-Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1990.-256с

113.Фофанов А.А., Кондаков М.Н., Батарин А.И., Лазарев Б.Л. Металлургическая переработка титано-магнетитовых ^ руд. Труды УралНИИЧМ, т. 18 -Свердловск: Издательство Полиграфия. 1973, с.27-31

114.Смирнов JI.A., Дерябин Ю.А., С.В.Шаврин. Металлургическая переработка ванадийсодержагцих титаномагнетитов. Челябинск: Металлургия (Челябинское отделение), 1990. 255 с.

115.Чусовской металлургический завод. Нормативы ПДВ в атмосферу. Проект. Уралгипромез. 1987. 140 с.

116.Процессы металлизации железорудных окатышей в шахтной печи/ Голыптейн Н.Л., Шубин А.Ф., Светлов В.Ф. и др.//Сталь, 1979. №1. С. 19-20.

117.Опыт пуска и освоения установки для получения губчатого железа/ Привалов С.И., Червоткин В.В. Шубин А.Ф. и др.//Сталь, 1979, №10. С.887-890.

118.Исследование особенностей выплавки конструкционных сталей в 100-т дуговых печах с применением ванадийсодержащих окатышей/Арзамасцев Е.И., Ровнушкин В.А., Долгопол В.И. и др.//Сталь, 1980. №11. С.968-972.

РИЛОЖЕНИЕ 1

УТВЕРЖДАЮ

-вньш инженер АО ЧусМЗ АА. Карпов 1993г.

АКТ О ВНЕДРЕНИИ о включении в состав АСУ доменного цеха программного обеспечения для сквозного энергоэкологического анализа энерготехнологических процессов как элемента экспертной- системы

В состав АСУ доменного цеха АО Чусовского металлургического завода с целью использования в расчете и анализе сквозных энергетических затрат на производство продукции включено следующее программное обеспечение для

IBM PC 486:

- программный модуль для расчета и анализа сквозных энергетических, затрат в форме ТТЧ (ПМ ТТЧ) в структурированной и диссипативной форме.

программный модуль для расчета и анализа сквозных энергоэкологических затрат в форме ТЭЧ (ПМ ТЭЧ) в структурированной и диссипативной форме.

В программном модуле применены результаты диссертационной работы на тему "Разработка математических методов и моделей энергоэкологического анализа и оценка энергозатрат на примере металлургических технологий" аспирантки УГТУ-УПИ Дружининой О. Г.

Зам. Начальника управления и технического развития

/У

¡С.

| 721 Дата поступления Входящий Ы* Г—■ ,„ ПРИЛ ОЖЕНИ 21 № гос. регистрации

Приоритет 61 МЛК ЭО

Е 2

П \ грз П£1.ТТ/ТГ

о выдаче патента Российской Федерации

на изобретение

о Комитет 'Российской Федерал, по патентам и товарным знакам 121858 Москва, Бережковская наб.. 30, к.1

НИИГПЭ

Представляя указанные ниже документы, прошу (просим) выдать патент Российской Федерации Код организации по

ОКПО, для иностранных заявителей - код страны по стандарту ВОИС СТ.З (если он установлен)

[ту заявнтель(и): Региональное Уральское Отделение

Академии Инженерных Наук Российской Федерации , ^

620002, г.Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19,

Тел. (ЗШ)-3^4-62 Гах (3^34).-51-82-74 Ц-Ц-^Л^ патентообладатель'.Региональное Уральское Отделение

Академии Инженерных Наук Российской Федерации , ¿¿ООО*:. г.Екатеринбург. ул.Мира,

(указывается полное имя или наименование-заявитедя(ей/ и его(их) местожительство или местонахождение. Данные о местожительстве авторов-заявителей приводятся в графе с кодом 97)

О

Прошу (просим) установить приоритет1 изобретения по дате:

П подачи первой(ых) заявки(ок) в стране-участнице Парижской конвенции (п.2 ст.19 Закона)

□ поступления более ранней заявки в Патентное ведомство в соответствии с п.4 ст.19 Закона

□ поступления первоначальной заявки в Патентное ведомство в соответствии с п.5 ст.19 Закона

□ поступления дополнительных материалов к более ранней заявке (п.З ст. 19 Закона)

(заполняется только при испрашиванин приоритета более раннего, чем дата поступления заявки в Патентное ведомство)

□ № первой, более ранней, первоначальной, заявки

□ Дата испрашиваемого приоритета

Код страны подачи по СТ.З

33 (при испрашиванин конвенционного приоритета)

54

Название изобретения

Способ бескоксовой переработки ванадийсодержащего рудного сырья с получением легированной ванадием стали

Адрес для переписки (полный почтовый адрес, имя или наименование адресата)

620002, г.Екатеринбург, у л. -"Мира, ™ ,К-2 , У Г ту Патентный отдел» Маркс Татьяна Владимировна

Телефон: 432) Телекс: Факс:

Патентный поверенный (полное имя, регистрационный номер)

74

Телефон:

Телекс:

Факс:

Перечень прилагаемых документов: кол-во л. В 1 »КЗ. кол-во экз. Основание для возникновения права на патент (без представления документа). Ц заявитель является работодателем и соблюден условия п.2 ст.8 Закона Ц переуступка права работодателем иному лицу О переуступка права автором ил его правопреемником иному лицу £] право наследования

В описание изобретения 8 3

й формула изобретения (кол-во независимых пунктов __£_) I 3

д чертеж(и) и иные материалы 1 ..„ 3

^ реферат' I 3

д документ об уплате пошлины 0 за подачу заявки В за проведение экспертизы I I

□ документ, потверждающий наличие оснований для: О освобождения от уплаты пошлины О уменьшения размера пошлины

□ копия(и) первой(ых) заявкн(ок) (при испряшиванин конвенционного приоритета)

Г] перевод заявки на русский язык

Ц доверенность, удостоверяющая полномочия патентного поверенного

□ другой документ (указать)

- Автор(ы) 72 — Адрес местожительства 97 (для иностранцев - код страны по стандарту ВОИС СТ.З, если он установлен) Подпись(и) автора(ов), переустуПившего(их) заявителю право на получение патента; дата

Прилагается (см. Приложение,!):

Жмы) - _,__■ _______

(Фамилия, имя, отчество)

прошу(просим) не упоминать меня(нас) как автора(ов) при публикации сведений о заявке, о выдаче патента Подпись(и) автора(ов):

Правопреемник автора, переуступивший заявителю право на получение патента (полное имя или наименование, местожительство или местонахождение, подпись, дата):

Подпись: ПреЗЕдент ру() АЙН РФ, аКЭДеМИК АЙН РФ, ДбЙСТЕИТ&ЛЪНЫЙ член АИН РФ, 3 аслуженный деятель науки и техники РФ, тэо<?)., д.т.н. ЖСИЕНКО Б.Г.

подпись(и) заявителя(ей) или патентного поверенного; дата подписи(ей),

(при подписании от имени юридического лица подпись руководителя удостоверяется печатью)

72 Автор(ы)

97 Адрес местожительства (для иностранцев - код страны по стандарту ВОЙС СТ.З, если он установлен)

'НрйЯпжрнир 1

Подпись(и) автора(ов), переуступившего (их) заявителю право на получение патента; дата

1. Лисиенко Владимир Георгиевич

620077; г.Екатеринбург, ул.8 Марта, д.2, кв.28.

{о.ю№

2. Роменец Владимир Андреевич

117192, г.Москва,

'Ломоносовский пр., 33 кор. 2, кв.87 _

3. Пареньков Александр Емельянович .

125319, Мо сква, ул рняхо д.П>кор.1,квЛ7

4. Леонтьев Леопольд Игоревич

620144, г.Екатеринбзгрг, ул.Фурманова, 62 кв.48

¿¿•¡044

5. Смирнов Леонид Андреевич

620077; ^Екатеринбург* улМаршала Жукова, д. 10, 196 _

_ка

Я ю.п

6. Карабасов Юрий Сергеевич

117049, г.Москва, Донская- - ул 4 кв. 23

7.Юсфин Юлиан Семёнович

129110,г.Моеква, пр.Мира, д. 79, кв. 32

=^г8. Чистов Вилен Петрович

620062; г.Екатеринбург, улЛенина, д.62, кор. 1, кв.:г

10.

9. Малитиков Ефим Михайлович

129085,' г. Моеква, пр.Мира, 79 ,кв.99

10. Дружинина Ольга Геннадиевна

620085, г.Екатеринбург, пер. Дизельный, д.31, кв.21.

/о. (о. 9?

11. Шариков Валерий Михайлович

620067; г,Екатеринбург, ул.Советская, д.З, кв.15.

12.Пареньков Сергей Леонидович

103718, г.Москва, ул. Солянка, д. 1/2, кв. 116

¿¿-.-¡¿>07

Форма №Ф5Е

/

РОССИЙСКОЕ АГЕНТСТВО ПО ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ (РОСПАТЕНТ)

ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННОЙ СОБСТВЕННОСТИ

121858, Москв», Бсрииижаия мб.,30, жора. 1_ Телефон [phone]. Телекс 114818 ПДЧ. Факс [phone]

РАСПИСКА

заявка на -^изобретение □ полезную модель □ промшпленный образец □ товарный знак □ наименование места происхождения товара под назвагаем.^^^

.....с/хеж.

ПОЛУЧЕНО

ТГАВГШ

^РС 0ТД120

на.

УС-

Принял

/

( И<ОГфаыилня )

.199.

fr //

На №

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖВДШИЖДЕВДИШ URALS STATE TECHNICAL UNIVERSITY - UPI

620002, Екатеринбург,

ул. Мира, 19

Тел.: [phone]

Факс: [phone]

Телетайп: 721834 ЯШМА

Эл.-почта: [e-mail]

ОТ

19, Mira street, Ekaterinburg, 620002, Russia Tel.: [phone] Fax: [phone] Tlx: 721834 IASHM RU E-mail: [e-mail]

УТВЕРЖДАЮ

по учебной работе

Ц

' a

''J V "-'O

И ">

%

УГТУ-УПИ

В.И.Лобанов

„ . Г ЭОа

D'

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Комиссия в составе председателя - декана радиотехнического факультета профессора, доктора технических наук Лабунца В.Г., членов - доцента, кандидата технических наук Муханова В.В., доцента, кандидата технических наук Морозовой В.А. составили настоящий акт о том, что результаты научно-исследовательской работы, выполненной Дружининой О.Г. по теме диссертации «Разработка алгоритмов и моделей энерго-экологического анализа технологических процессов и оценка энергозатрат на примере металлургических технологий», представленные в виде лабораторного практикума (пакеты прикладных программ для 1ВМ-совместимого компьютера), используются при проведении лабораторно-практических занятий со студентами 3-го курса по дисциплине «Управление и информатика в энергосбережении и экологии» по специальности 2101 радиотехнического факультета с февраля 1998 г.

Эффект носит социальный характер.

Председатель комиссии

Члены комиссии

В.Г. Лабунец

В.В. Муханов В.А. Морозова