Введение к работе
Актуальность работы. Роль агломерационного производства в загрязнении окружающей среды весьма значительна. На большинстве предприятий черной металлургии с полным технологическим циклом, к которым относится ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат", доля выбросов агломерационного производства в общем количестве валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу достигает 50-60 %. Это обусловило актуальность проблемы повышения экологической безопасности агломерационного производства и снижения техногенной нагрузки на территории, прилегающие к этому производству.
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 загрязняющих веществ, образующихся при агломерации железосодержащих материалов, рациональное использование энергоресурсов в сочетании с максимальным использованием железосодержащих отходов.
В решение этой проблемы большой вклад внесли научные коллективы Национального исследовательского технологического университета "МИСиС", Уральского федерального университета имени первого президента России Б.Н. Ельцина, Института металлургии УрОРАН, Южно-Уральского государственного университета, Сибирского государственного технологического университета, Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, видные ученые-металлурги Ю.С. Карабасов, Е.Ф. Вегман, Ю.С. Юсфин, В.И. Коротич, С.Г. Братчиков, B.C. Швыдкий, М.Г. Ладыгичев, А.П. Буткарев, А.А. Буткарев, Ю.П. Павленко, В.Г. Котов и др.
Вышеуказанные мероприятия проводятся в рамках природоохранного законодательства в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14001. Критериями целесообразности проведения этих мероприятий являются не только достижение экологических показателей, заключающихся в снижении техногенной нагрузки на экосистемы природно-промышленных комплексов, в рамках которых функционируют рассматриваемые металлургические предприятия, но и в улучшении качества агломерата и, как следствие, получении экономического эффекта.
Цель диссертационной работы: изыскание путей повышения экологической безопасности агломерационного производства за счет снижения вредных выбросов в окружающую среду и негативного воздействия этого производства на экосистемы промышленных комплексов 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 эко лого-экономической оценки эффективности технических мероприятий 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: применение комплексного подхода к решению проблемы повышения экологической безопасности агломерационного производства за счет снижения вредных выбросов в окружающую среду путем совершенствования технологического процесса в сочетании с техническими мероприятиями, обеспечивающими повышение эффективности очистки выбрасываемых аглогазов.
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 вредных веществ. Обработка результатов экспериментальных исследований проводилась с применением современного математического аппарата.
Научные положения, представленные к защите
Высокое теплосодержание аглогазов, наличие в них оксида углерода при достаточном содержании кислорода в создаваемой газовой смеси, за счет применения научно-обоснованной системы отбора газов и подачи их под специальное укрытие зоны спекания позволяют осуществлять процесс рециркуляции аглогазов, обеспечивая снижение выбросов загрязняющих веществ и экономию энергоресурсов.
Воздействие высокочастотных акустических потоков на пористую структуру спекаемой шихты позволяет интенсифицировать процессы беспламенного горения и тепломассообмена в зоне спекания агломашин.
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.
Научно обоснованные параметры орошения для очистки газов в скоростных газопромывателях и скрубберах сероулавливающих установок позволяют повысить эффективность работы этих аппаратов и снизить выброс загрязняющих веществ в окружающую среду.
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;
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, теплофизиче-ских 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 оценке масштабов техногенного воздействия этого производства на прилегающие к нему территории.
Практическая значимость работы заключается: в создании и промышленном освоении системы рециркуляции аглогазов на агломашинах АКМ-75; применении технических средств акустической обработки зоны спекания агломерата, обеспечивающих интенсификацию процессов тепломассообмена в спекаемом слое шихты; совершенствовании систем орошения, для очистки газов в
скоростных пылеуловителях и скрубберах сероулавливающих установок; практическом освоении методики оценки техногенного влияния агломерационного процесса на окружающую среду.
Реализация результатов диссертационной работы. 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 в скоростных газопромывателях и скрубберах сероулавливающих установок прошли промышленные испытания и используются на аглофабриках ГОП ОАО "ММК". Разработано "Положение о производственном экологическом контроле деятельности Аглоцеха ГОП ОАО "ММК", связанной с выбросами в атмосферу", которое внедрено и используется на ОАО "ММК". Научные и практические результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО "МГТУ" и используются при чтении ряда дисциплин по специальностям 280101 - Безопасность жизнедеятельности в техносфере и специальностям: 1101; 1104; 1106 металлургического профиля.
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 газов 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 ГОП ОАО "ММК", а предложения по их реализации включены в "Экологическую программу ОАО "ММК" до 2015 года".
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 комплек-
сов 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 работах 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.
