4.4.4 Выбросы сложных супертоксичных углеводородов

Бензапирен (упрощенная формула – С₂₀Н₁₂) всегда сопровождает сжигание углеводородных топлив: чем больше в первичных продуктах горения СО, тем больше в них бензапирена. Образование наиболее токсичных диоксинов [Cl₄2(C₆H₆)O₂, принятая аббревиатура - ТХДД] и фуранов [Cl₄2(C₆H₆)O – ТХДФ] обусловлено, как это уже было отмечено в разделе 2.3, наличием в аглошихте хлора (других галогенов – фтора, брома) и органических, «бензольных» соединений. Носителями бензола (С₆Н₆) – основы диоксинов и фуранов – являются твердое топливо, различные содержащие органику отходы. Небольшие концентрации хлора всегда присутствуют в аглошихте (в составе угольного топлива, руд, флюсов) в виде легко разлагаемых хлоридов – NaCl, KCl и др. Нередко концентрация хлора в аглошихте достигает 0,01 %.

Не исключено присутствие в аглошихте полихлорвинила (C₂H₃Cl)_n (покрытий и упаковок), состоящего на 57% из хлора. При его окислении происходят реакции:

(C₂H₃Cl)_n + О₂ = 2nСО₂ + nН₂О + nHCl (4.31)

Далее окисляется хлористый водород:

4HCl + O₂ = 2H₂O + 2Cl₂ (4.32)

Образовавшийся свободный хлор участвует в образовании диоксинов и фуранов.

Диоксины образуются при нагревании шихты до 200-550 ^оС. Увеличивает образование диоксинов более чем вдвое, против обычного, добавка в шихту смеси NaCl и замасленной прокатной окалины. Содержание NaCl в шихте повышается в зимнее периоды, когда с целью предупреждения смерзания влажных концентратов в них иногда добавляют каменную соль.

Органический хлор, иногда попадающий в аглошихту в виде пластмассы – поливинилхлорида (–СН₂СНCl–)_n увеличивает втрое образование диоксинов в сравнении с предыдущим вариантом спекания шихты, имеющей в своем составе неорганический хлор (NaCl) и нефтепродукты прокатной окалины. Микропримеси меди оказывают каталитическое воздействие на процессы образования диоксинов. В целом технологическое влияние на процессы образования бензапирена, диоксинов, фуранов организовать сложно. Более эффективной представляется их нейтрализация на выходе из процесса с учётом того, что бензапирен, диоксины, фураны – тонкодисперсные, пылеобразные вещества, как это следует из энциклопедических справочников

Важно подчеркнуть, что в агломерации стран Западной Европы средняя концентрация диоксинов/фуранов в отходящих агломерационных газах составляет 3^.10^-6 мг/м³. При этом с 1994 г. установлена ПДК диоксинов для некоторых промышленных установок на уровне 1^.10^-7 мг/м³. В воздухе населенных пунктов ПДК диоксинов составляет 2^.10^-11 мг/м³, хотя установление ПДК для таких веществ, по ранее упомянутым в разделе 2.3 соображениям, представляется не вполне логичным, так как любые их концентрации являются вредными и потому недопустимыми.

4.5 Состояние и предпосылки экологизации агломерационного производства

Совершенствование технологических процессов в агломерации может обеспечить достижения двух важнейших целей, имеющих прямое влияние на количество вредных выбросов в окружающую среду:

– радикальное сокращение потребления твердого топлива на процесс спекания агломерационной шихты и ограничение условий образования и распространения пылегазовых выбросов агломерации;

– создание в доменном производстве благоприятных технологических условий (путем кардинального улучшения качества агломерата) для внедрения, в основном, коксосберегающих процессов выплавки чугуна.

Использование качественного агломерата обеспечивает увеличение производительности доменных печей и снижение расхода кокса. Объясняется этот результат тем, что однородный по крупности и химическому составу офлюсованный агломерат позволяет исключить затраты тепла на разложение сырого известняка, улучшить использование тепловой и химической (восстановительной) энергии доменного газа. При этом уменьшается расход тепла и топлива на процесс доменной плавки не только вследствие ввода готовых шлакообразующих в составе агломерата, улучшения тепло- и массообмена, но и исключения необходимости в создании резерва тепла на случай неожиданного роста теплопотребности процесса, связанного, например, со случайным повышением содержания железа в шихте из-за плохого усреднения рудных материалов на складе. Одновременно улучшаются газодинамические условия доменной плавки, открывающие широкие возможности для использования комбинированного дутья высоких параметров (высокотемпературного и обогащенного кислородом дутья), многих заменителей кокса, в особенности наиболее перспективного – пылеугольного топлива. Такое сокращение объемов потребления и производства кокса, по нашему мнению, должно стать одним из основных направлений экологической стратегии развития отрасли.

Создание нормальных экологических условий в агломерации неразрывно связаны с использованием больших инновационных проектов. Без них невозможно рассчитывать на существенное улучшение экономических и экологических показателей как в агломерации, так и в доменном производстве.

Речь идет о реконструкции или полном сносе устаревших агломерационных фабрик и сооружении новых современных комплексов, включающих все лучшие мировые технологические достижения агломерационного производства. Поскольку вопросы экологизации всей отрасли и ее отдельных производств целесообразно рассматривать в непосредственной связи с реальным их состоянием, приведем общую оценку технического уровня агломерации Украины.

Агломерационное производство страны представлено десятью агломерационными фабриками с общей годовой производственной мощностью около 50 млн.тонн агломерата. Размещены аглофабрики в основном на металлургических предприятиях.

Важнейшие показатели агломерационного производства (производительность, качество и энергоемкость продукции, удельные вредные выбросы) значительно уступают уровню зарубежных показателей. В частности, в три – пять раз хуже некоторые показатели качества агломерата, на 40-50% выше затраты тепловой энергии и твердого топлива. Вредные выбросы в атмосферу в несколько раз превышают предельно допустимые. В девять – пятнадцать раз ниже производительность основного технологического оборудования, на столько же ниже производительность труда персонала.

Наши аглофабрики построены 40-70 лет назад, поэтому имеют высокую степень износа (70-90%) основных сооружений и оборудования. К сожалению, на аглофабриках не применяются современные технологии и оборудование для подготовки, спекания шихты и обработки агломерационного спека.

Объемы выпуска и показатели качества агломерата, условия спекания агломерационной шихты, общие и удельные вредные выбросы приведены в табл. 4.4 и 4.5.

Для аглофабрик страны характерны специфические особенности технологических процессов, которые создают нежелательные предпосылки для образования больших масс пылегазовых выбросов.

Наиболее значимые из них:

Таблица 4.4 – Объемы производства агломерата, типы агломашин, валовые и удельные вредные выбросы на аглофабриках Украины (2004 – 2009гг.)

Предприятия	Пр-во агломерата, тыс.т/год	Число и единичная площадь спекания действующих агломашин,м2	Вредные выбросы*)
			пыль	СО	SO2	NOx
МК им.Дзержинского, аглоцех №2	4740	6/75
МК «Запорожсталь»	5270	6/62,5
МК «Азовсталь»	2000	2/67,5
МК им. Ильича	13550	12/100
Енакиевский металлургический завод	2160	4/62,5
Алчевский МК	5010	6/89,6
Южный ГОК	3200	8/75
ОАО «ГМК Криворожсталь»: аглоцех №1 аглоцех №2 заводская аглофабрика	6700	6/75
		6/135
	3380	5/62,5

^*) в числителе – валовые выбросы, тыс.т/год; в знаменателе – удельные выбросы, кг/т агломерата, по данным отчетности предприятий и Укргипромеза с корректировкой в отдельных случаях по результатам исследований УГНТЦ «Энергосталь» и Донниичермета; в целом данные о выбросах нужно считать сугубо ориентировочными, требующими обстоятельных дополнительных исследований.

Таблица 4.5 – Компонентный состав, условия спекания шихты и свойства годного агломерата на аглофабриках Украины

Металлургические комбинаты (МК) и заводы	Расход сырья, кг/т агломерата							Условия спекания шихты			Показатели качества товарного агломерата
	концен-трат	агло-руда	флюсы	из-весть	колош-никовая пыль	шламы	твердое топливо	темпе-ратура, оС	высота слоя, мм	разре-жение, кПа	содер-жание Fe,%	содер-жание FeO,%	содер-жание класса 5-0 мм,%	темпе-ратура, оС	Основ-ность,
«МК им.Дзер-жинского, аглоцех №2	558	320	164	66	35	41	52	54	350	7,3	52	8,8	14,7	600-900	1,34
МК «Запорож-сталь»	610	254	222	78	41	21	54	40	400	9,8	55,04	10,0	14,5	600-900	1,35
Мариупольский МК «Азовсталь»	530	134	135	61	115	34	43	50	300	8,0	56,87	13,6	20,5	600-900	1,21
Мариупольский МК им.Ильича	701	140	200	18	5	33	55	34	270	7,0	52,54	11,4	13,8	600-900	1,23
Енакиевский металлургический завод	600	280	143	40	69	55	55	32	440	7,0	55,21	13,5	20,6	600-900	1,25
Алчевский МК	511	273	217	64	30	1	53	31	352	7,1	53,46	9,2	9,4	600-900	1,26
ЮГОК	763	223	254	-	-	-	71	55	270	8,8	53,5	12,2	17	600-900	1,21
ГМК «Криворож-сталь»: заводская аглофабрика аглоцех №1 аглоцех №2	387 803 816	70 178 140	66 199 218	58 37 37	86 - -	153 - -	31 67 67	32 50 51	320 280 290	6,8 7,3 6,8	54,75 53,4 52,7	13,3 12,8 10,6	20,4 14,8 8,2	600-900 600-900 100-200	1,15 1,28 1,35

– шихта для производства агломерата состоит в рудной части на 60-85% из тонкого, пылевидного железорудного концентрата;

– используются мелкая агломерационная известь (до 7% от массы шихты) и пылевидные металлургические отходы (до 20% от массы шихты);

– необходимость офлюсования сравнительно бедной по железу шихты вынуждает измельчать большие массы известняка для получения технологического флюса и извести, создавая при этом мощные очаги пылевыделения;

– практически не используются вторичные энергетические ресурсы агломерационного процесса (тепло отходящих газов и горячего агломерата);

– сильно ограничена регенерация тепла в слое шихты из-за сравнительно малой его высоты, обусловленной низкой газопроницаемостью слабоокомкованной шихты и недостаточной мощностью эксгаустеров.

Последние два фактора резко повышают энергоемкость продукции. На тонну агломерата приходится сжигать на 30-40% больше твердого топлива, чем в зарубежной агломерации.