Совершенствование технологии агломерационного производства с целью снижения его воздействия на окружающую среду: на примере ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Дробный, Олег Федорович

• Дробный, Олег Федорович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дробный, Олег Федорович

Перечень условных обозначений основных параметров исследуемых процессов.

Введение.

Глава I. Аналитический обзор технической информации по совершенствованию технологических процессов и технических систем улавливания загрязняющих веществ агломерационного производства с целью снижения техногенной нагрузки на окружающую среду.

1.1. Оценка воздействия агломерационного производства на окружающую среду и пути повышения его экологической безопасности.

1.2. Отечественный и зарубежный опыт проведения технологических мероприятий по снижению вредных выбросов агломерационного производств

1.3. Отечественные и зарубежные исследования по совершенствованию аппаратов сухой и мокрой очистки аглогазов и разработке способов и технических устройств повышения эффективности их работы.

1.4. Обзор основных способов и устройств очистки аглогазов от диоксида серы при их выбросе в атмосферу.

1.5. Эколого-экономическая оценка эффективности технических решений при выборе систем пылеулавливания и очистки газов на предприятиях черной металлургии.

1.6. Выводы по главе I.

Глава II. Методика проведения исследований и результаты определения основных характеристик пылегазовых выбросов агломерационного производства.

2.1. Методы определения свойств улавливаемой пыли и параметров очищаемых пылегазовоздушных смесей, выбрасываемых в атмосферу при агломерационном производстве на предприятиях черной металлургии

2.2. Результаты экспериментального определения основных характеристик пыли агломерационного производства ОАО "ММК".

2.3. Разработка технологических мероприятий по снижению вредных выбросов агломерационного производства.

2.3.1. Методика определения режима рециркуляции аглогазов при агломерации железосодержащих материалов.

2.3.2. Акустическая обработка аглошихты в зоне спекания агломашин

2.4. Методика проведения промышленных испытаний технических средств снижения вредных выбросов агломерационного производства

2.4.1. Разработка систем акустической регенерации запыленных поверхностей установок аспирации, пылеулавливания и очистки газов агломерационного производства.

2.4.2. Разработка технических средств повышения эффективности мокрой очистки аглогазов.

2.4.3. Методика проведения исследований по повышению эффективности и устойчивости работы сероулавливающих установок.

2.5. Методика исследования и оценки влияния выбросов агломерационного производства на экосистемы промышленных и селитебных зон, а также прилегающих к ним территорий в радиусе действия этого производства

2.6. Методика определения приоритетных загрязнителей воздушного бассейна и развитие методологии выброса система пылеулавливания на металлургических предприятиях с полным технологическим циклом

Глава III. Разработка технологических мероприятий по снижению количества загрязняющих веществ в аглогазах, выбрасываемых в окружающую среду, при агломерации железосодержащих материалов.

3.1. Анализ основных закономерностей процесса агломерации железосодержащих материалов.

3.1.1. Анализ процесса горения топлива при агломерации.

3.1.2. Эмиссия загрязняющих веществ, образующихся при агломерации

3.2. Рециркуляция аглогазов, отводимых от зоны спекания аглошихты при агломерации железосодержащих материалов.

3.2.1. Расчетно-аналитическое обоснование возможности применения процесса рециркуляции аглогазов, отводимых от зон спекания агломашин отечественных аглофабрик.

3.2.2. Анализ газодинамических и теплообменных процессов, протекающих в слое спекаемой шихты при рециркуляции аглогазов.

3.2.3. Разработка конструктивных элементов систем рециркуляции аглогазов в условиях действующих аглофабрик.

3.2.4. Определение оптимальных параметров процесса рециркуляции аглогазов в условиях действующего агломерационного производства

3.3. Интенсификация процессов тепломассообмена в зоне спекания шихты при производстве агломерата.

3.3.1. Теоретическое обоснование целесообразности акустического воздействия на процесс спекания аглошихты.

3.3.2. Разработка конструктивных элементов системы акустического воздействия на процесс спекания аглошихты и результаты промышленных испытаний этой системы.

3.4. Результаты промышленных экспериментов и промышленных испытаний систем рециркуляции аглогазов, отводимых от действующих аг-ломашин аглофабрик №2 и №3 ГОП ОАО "ММК".

3.5. Выводы по главе III.

Глава IV. Разработка технических средств и способов их рационального использования для снижения вредных выбросов агломерационного производства в окружающую среду.

4.1. Разработка систем акустической регенерации рабочих поверхностей установок очистки газов агломерационного производства от пыли

4.2. Результаты промышленных испытаний систем акустической регенерации запыленных поверхностей в агломерационном производстве и совершенствование систем аспирации и пылеулавливания.

4.3. Совершенствование системы орошения аппаратов мокрой очистки аглогазов и сероулавливающих установок агломерационного производства.

4.3.1. Разработка и совершенствование конструктивных элементов систем орошения аппаратов мокрой очистки газов, отводимых от хвостовых частей агломашин.

4.3.2. Определение параметров работы систем орошения сероулавливающих установок, работающих по известковому способу.

4.4. Выводы по главе IV.

V. Исследование и оценка влияния выбросов агломерационного производства на экосистемы прилегающих к нему территорий, включая промышленные и селитебные зоны.

5.1. Оценка уровней загрязнения элементов экосистем промышленных городов, промышленных узлов и зон выбросами агломерационного производства.

5.2. Влияние техногенного воздействия агломерационного производства на экологическую обстановку в экосистемах прилегающих территорий

5.3. Определение эколого-экономической эффективности технологических и технических мероприятий по снижению техногенного воздействия агломерационного производства на окружающую среду.

5.4. Выводы по главе V.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии агломерационного производства с целью снижения его воздействия на окружающую среду: на примере ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат"»

В производстве чугуна и стали в XXI веке доменный процесс продолжает играть доминирующую роль [1]. При увеличивающимся дефиците богатых железных руд, вовлечение в производство тонковкрапленных руд, требующих более тонкого измельчения для раскрытия сростков, традиционные способы оку-скования, прежде всего агломерация, будут продолжать играть решающую роль, составляя значительную долю в железорудной части доменной шихты. В настоящее время мировое производство агломерата оценивается в 900 млн. т/год [2].

Парадигма устойчивого развития промышленного производства и, в частности, черной металлургии определила жесткие требования к качеству агломерата, как одной из основных составляющих железорудного сырья. Одновременно с этим ужесточаются требования к процессу производства агломерата по ресурсосбережению, энергосбережению, повышению экологической безопасности процесса агломерации и снижению негативного воздействия на окружающую среду.

Последнее требование приобретает особое значение в настоящее время в связи с ростом объемов металлургического производства в стране. Роль агломерационного производства в загрязнении окружающей среды весьма значительна. На большинстве предприятий черной металлургии с полным технологическим циклом, к которым относится и ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" доля выбросов агломерационного производства в общем количестве валовых выбросов вредных веществ в атмосферу достигает 50-60 %. Это обусловило актуальность проблемы повышения экологической безопасности агломерационного производства и снижение его техногенного давления на окружающую среду.

Основным путем кардинального решения проблемы защиты окружающей среды от этих выбросов является разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов, создание новых видов газоочистного и пылеулавливающего оборудования, разработка способов и средств интенсификации процессов улавливания вредных веществ, образующихся при агломерации железосодержащих материалов.

Вышеуказанные мероприятия должны проводиться в рамках природоохранного законодательства в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14001. Критериями целесообразности проведения этих мероприятий должны являться не только достижения экологических показателей, заключающихся в снижении техногенной нагрузки на экосистемы природно-промышленных комплексов, в рамках которых функционируют рассматриваемые металлургические предприятия, но и улучшение качества агломерата и, как следствие, получение экономического эффекта.

Исходя из этого, была разработана методика эколого-экономической оценки эффективности технических решений по снижению вредных выбросов агломерационного производства в окружающую среду. Особое внимание уделено совершенствованию технологического процесса получения агломерата, в частности, разработке системы рециркуляции аглогазов с подачей их в зону спекания с целью экономии энергоресурсов и уменьшения вредных выбросов в окружающую среду. Одновременно с этим на основании исследования процессов сухой и мокрой очистки аглогазов, отводимых от зон охлаждения агломерата, разработаны технические мероприятия по повышению эффективности и устойчивости работы электрофильтров и скоростных газопромывателей СИОТ, а исследование процесса улавливания диоксида серы дало возможность повысить эффективность работы сероулавливающих установок и снизить уровень загрязнения атмосферы этим веществом. Организация мониторинга загрязнения экосистемы Магнитогорского промышленного узла выбросами агломерационных фабрик ОАО "ММК" и исследование влияния этих выбросов на биосферу этой экосистемы позволило установить ряд важных закономерностей, позволяющих разработать рекомендации по улучшению экологической обстановки на территории, прилегающей к агломерационному производству и снижению вредного влияния его выбросов.

Результаты вышеуказанных разработок составили научную новизну представляемой диссертационной работы, а их внедрение и промышленное использование - ее практическую значимость.

Цель диссертационной работы: изыскание путей повышения экологической безопасности агломерационного производства за счет снижения вредных выбросов в окружающую среду без снижения объемов производства и ухудшения качества производимого агломерата.

Основные задачи диссертационной работы:

- изыскать и научно обосновать способы совершенствования технологического процесса получения агломерата, обеспечивающие снижение вредных выбросов в окружающую среду;

- определить научно обоснованные способы повышения эффективности очистки аглогазов, выбрасываемых в окружающую среду;

- разработать технические средства повышения эффективности очистки аглогазов, выбрасываемых в атмосферу;

- разработать методику эколого-экономической оценки эффективности технических мероприятий с целью повышения экологической безопасности агломерационного производства;

- установить количественную связь между выбросами агломерационного производства в окружающую среду и показателями, характеризующими экологическую обстановку на территориях, прилегающих к этому производству.

Идея работы: комплексный подход к решению проблемы повышения экологической безопасности агломерационного производства, включающий совершенствование технологического процесса в сочетании с техническими мероприятиями, обеспечивающими повышение эффективности очистки выбрасываемых аглогазов, позволяет снизить негативное воздействие этого производства на окружающую среду.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались известные методики определения физических и физико-химических свойств улавливаемой пыли в сочетании с оригинальными методиками и установками, дающими возможность прогнозировать результаты очистки аглогазов от загрязняющих веществ. Обработка результатов экспериментальных исследований проводилась с применением современного математического аппарата.

Научные положения, представленные к защите

1. Высокое теплосодержание аглогазов и наличие в них оксида углерода при поддержании содержания кислорода в определенных пределах позволяет использовать их в качестве рециркулята, подаваемого под укрытие зоны спекания, обеспечивая снижение вредных выбросов и экономию энергоресурсов.

2. Воздействие высокочастотных акустических колебаний на пористую структуру спекаемого агломерата позволяет интенсифицировать процессы беспламенного горения и тепломассообмена в зоне спекания аглошихты.

3. Акустическая обработка запыленных поверхностей звуковыми потоками с изменяющейся частотой колебаний вызывает разрушение дисперсной структуры пылевых отложений, что обеспечивает регенерацию этих поверхностей, позволяющую повысить эффективность работы пылеулавливающих аппаратов, в частности, электрофильтров аспирационных систем аглофабрик.

4. Научно обоснованные параметры орошения аглогазов в скоростных газопромывателях и скрубберах сероулавливающих установок позволяют повысить эффективность работы этих аппаратов и снизить выброс загрязняющих веществ в окружающую среду.

5. Комплексное использование различных видов мониторинга загрязнения окружающей среды позволяет оценить эколого-экономическую эффективность технологических и технических мероприятий по снижению техногенной нагрузки на экосистемы промышленных узлов, включающих агломерационное производство.

Достоверность результатов исследований подтверждается большим объемом аналитических и экспериментальных исследований, высокой сходимостью численных расчетов, лежащих в основе выдвинутых теоретических положений с данными промышленных испытаний, большим объемом фактического материала, использованного при составлении государственной и ведомственной отчетности, а также нормативных документов, регламентирующих функционирование действующего производства.

Научная новизна работы заключается:

- в развитии теоретических положений, лежащих в основе процесса агломерации, и теоретическом обосновании возможности применения операции рециркуляции аглогазов на действующих агломерационных машинах отечественного производства;

- в установлении закономерности изменения показателей процесса агломерации с применением операции рециркуляции на основе анализа полученных зависимостей характеристик выбрасываемых в окружающую среду аглогазов от вещественного состава рециркулята, теплофизических и газодинамических параметров процесса агломерации;

- в теоретическом обосновании целесообразности акустической обработки зоны спекания аглошихты и установлении основных закономерностей этого процесса;

- в определении принципов и обосновании параметров орошения аглогазов в скоростных газопромывателях и скрубберах сероулавливающих установок с целью снижения выброса загрязняющих веществ в окружающую среду;

- в определении пространственных и временных трендов загрязнения окружающей среды выбросами агломерационного производства и установлении масштабов техногенного воздействия этого производства на прилегающие к нему территории.

Практическая значимость работы заключается:

- в совершенствовании технологического процесса агломерации путем включения в него операции рециркуляции аглогазов, обеспечивающей снижение выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду и экономию энергоресурсов;

- в создании и промышленном освоении системы рециркуляции аглогазов на агломашинах отечественного производства, в частности, АКМ-75;

- в разработке технических средств акустической обработки зоны спекания агломерата, обеспечивающих интенсификацию процессов тепломассоб-мена в спекаемом слое шихты, повышение эффективности операции рециркуляции и снижение выброса загрязняющих веществ в окружающую среду;

- в совершенствовании систем орошения аглогазов в скоростных пылеуловителях и скрубберах сероулавливающих установок;

- в практическом освоении методики оценки техногенного влияния агломерационного процесса на окружающую среду.

Реализация результатов диссертационной работы. Разработанные автором предложения по совершенствованию технологического процесса, созданию технических средств снижения вредных выбросов в окружающую среду прошли промышленные испытания, а такие из них, как способы подготовки газов к очистке в электрофильтрах и системы подачи в них очищаемых газов, устройства для орошения аглогазов при улавливании пыли в аппаратах мокрой очистки внедрены в производство на агломерационных фабриках ОАО "ММК" Выполненные автором расчеты и рекомендации по совершенствованию систем очистки аглогазов, утилизации отходов и рациональному использованию сырья и энергоресурсов легли в основу технических заданий на проектирование новых объектов и модернизации существующих узлов агломерации железосодержащих материалов для ГОП ОАО "ММК". Разработано, внедрено и успешно применяется "Положение о производственном экологическом контроле деятельности Аглоцеха ГОП ОАО "ММК", связанном с выбросами загрязняющих веществ в окружающую среду (Приложение II).

Личный вклад автора. Работа содержит результаты исследований, выполненных лично автором по анализу состояния проблемы экологической безопасности агломерационного производства предприятий черной металлургии, составлению методики проведения промышленных испытаний и определению параметров аглогазов. Лично автором проведен комплекс исследований процесса агломерации с рециркуляцией части аглогазов, отводимых от зоны спекания, созданию систем рециркуляции аглогазов и акустической обработки зон спекания аглошихты, систем орошения аглогазов при очистке их от пыли и диоксида серы, систем акустической регенерации запыленных поверхностей и замене двухступенчатой очистки аглогазов от пыли на одноступенчатую в электрофильтрах. Выполненные автором расчеты и рекомендации по совершенствованию систем очистки аглогазов, утилизации отходов и рациональному использованию сырья и энергоресурсов легли в основу технических заданий на проектирование новых объектов и модернизации существующих узлов агломерации железосодержащих материалов для ГП ОАО "ММК".

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на: III Всероссийском съезде по охране природы (Москва, 2003г.); Парламентских слушаниях Совета Федерации (Москва, 2005г. и Москва, 2006г.); Международном конгрессе ВЭЙСТ-ТЭК (Москва, 2005г.); Международной конференции "Экологические проблемы промышленных регионов" (Москва, 2006г.); Второй и третьей Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием "Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии" (Челябинск, 2003г. и 2006 г.); Всероссийской конференции "Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионов" (Магнитогорск, 2004г.); ежегодных научно-технических конференциях по итогам НИР (Магнитогорск, 2005-2011 гг.).

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 28 печатных работах и одном патенте, в том числе 5 печатных работ в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 280 наименований и приложения. Она изложена на 200 страницах машинного текста, содержит 25 таблиц и 47 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Дробный, Олег Федорович

2. Результаты исследования процесса очистки аглогазов от диоксида серы и промышленных испытаний различных режимов работы СУУ №4 ГОП ОАО "ММК" Усредненные данные анализа работы СУУ №4 полученные в период с 12.04.08 по 30.07.09 представлены в таблицах №1 и№2.

Наименование Расход Скорость Расход КПД Прим участка газовой газа в поглотительного смеси, скруббере, раствора-абсорбента, м3/с м/с м3/час/ м3/с

Погл. сист №1 71,18 3,42 178/ 90,86

2,29 0,049

Погл. сист№1 52,72 2,82- 85-94-112-114/ 91,19 Расходы на

3,54 0,024-0,032 ярусах разные

Погл. сист №2 39,0 1,2 98/ 91,40

2,49 0,027

Погл. сист 59,94 1,75-3,36 Расход воды не опре- 29,15 Без

5,6 делен орошения

Заключение по определению прочностных характеристик агломерата

26.01.2012 г. „а агломашине №12 был произведен отбор проб агломерата с целью определения его прочностных свойств.

Г0СТ°НП7Л77Ы Х°Л0ДНЫе ПР0ЧН™ характеристики агломерата по 1ЛТ>'«3 И Г°РЯЧаЯ Пр0ЧН0СТЬ ™мерата согласно методики

Согласно полученных данных прочность по агломерата по ГОСТ

7"77 На У даР и истирание составила 72,3% и 4,45% соответственно что соответствует среднемесячному показателю прочностных свой™ агломерата на аглофабрике №3 за январь 2012 года. Горячая прочность агломерата составила 53,7%, что на 2,9% выше среднемесячного показателя горячей прочности агломерата по аглофабрике №3.

И.о. начальника агломерационной лаборатории ЦЛК / - М.А. Цыгалов