Классификация выбросов стекольного производства

Пылеобразование сопутствует начальным операциям  разгрузки и тран- спортирования компонентов шихты, поэтому состав пыли, образующейся на каждой из этих операций, будет различным. Однако даже при локальном попадании в атмосферу (от одной установки), вызванном неправильной организацией воздухообмена, пыль может распространиться по всему отделению.

Концентрация  пыли в воздухе отделения подготовки сырья и приготовления шихты может, по зарубежным данным, достигать сотен и даже тысяч миллиграмм на кубический метр. Наибольшее пыление характерно для доломита, известняка (мела), полевого и плавикового шпатов, карбоната натрия и борной кислоты. Количество образующейся пыли достигает для шихт стекольных заводов 1,6 % от массы приготавливаемой шихты. Максимальные пылепотери приходятся на материалы известняковой группы и полевого шпата (до 85 % от общего количества пыли), а в воздухе отделения при получении шихты содержится до 60-70 % пылевых частиц размером менее 5 мкм.

В стекольном производстве пылевые частицы размером до 50 мкм удерживаются в воздухе длительное время. Пыль обладает фиброгенным действием (SiО₂) и общетоксичным (В₂О₃, Аs₂О₃ и др.).

Диоксид кремния  – основа кварцевого песка (от 99,0 до 99,5 %) – имеет средний размер кристаллических частиц от 0,1 до 1,0 мм. На организм человекa наибольшее влияние оказывают частицы размером от 1 до 2 мкм. Длительное воздействие этих частиц на легкие приводит к фиброзу – разрастанию в легких соединительных тканей, ведущего к силикозу – заболеванию всего организма.

Пыль доломита [(СаМg(Со₃)₂] составляет 50 % от всей пыли, образующейся при приготовлении шихты. Она обладает фиброгенным действием.

Пыль известняка СаСОз (мела) также фиброгенна. Карбонат натрия (Nа₂СО₃ обладает большой летучестью, вызывает изъязвление слизистой оболочки носа, раздражает дыхательные пути и приводит к конъюнктивиту).

Оксид бора В₂О_З является составляющим элементом ряда оптических стекол и стекловолокна. В шихту вводят борную кислоту Н₃ВО₃, пыль которой может быть причиной повреждения кожи.

В производстве хрусталя, оптических стекол, эмалей используют материалы, содержащие оксиды свинца (РвО, Рв₃O₄), пыль которых высокотоксичная и обладает кумулятивным действием – может накапливаться (аккумулироваться) в организме. Свинец поражает сердечно-сосудистую и нервную системы, кроветворные органы и желудочно-кишечный тракт.

В качестве осветлителя  в производстве стекла используют оксид  мышь- яка (III) Аs₂О₃, являющийся сильным ядом. На организм человека он оказывает пагубное влияние, разрушая вегетативную нервную систему, приводит к параличу кровеносной системы, действует на обмен веществ. Нарушение питания тканей может привести к злокачественным образованиям. Так же как и свинец, он может накапливаться в организме. Доза, приводящая к серьезному отравлению человека, составляет от 0,01 до 0,052 г.

В окружающей отделение  атмосфере на уровне приземного слоя, концентрация вредных веществ не должна превышать 30 % от ПДК в рабочей зоне помещения.

Большие объемы запыленного воздуха при подготовке сырьевых материалов (при сушке от 1300 до 1500 м^З/т, при помоле и дроблении от 100 до 50 м^З/т, при просеивании от 300 до 400 м^З/т) должны быть очищены перед их удалением из отделения. Так как пыль полидисперсна с преобладанием частиц менее 10-20 мкм, то очистка отходящих газовых потоков от пыли во многом усложняется. Средний размер (медианный диаметр) частиц пыли песка при его сушке составляет 14 мкм, а при просеивании – 12 мкм; доломита – соответственно 13,0; 18,5 мкм; известняка – 12,5; 18,0 мкм; при сушке мела – 18 мкм, а при просеивании соды от 6 до 7 мкм [10].

 

 

 

2.2 Выбросы  на стадии стекловарения

 

 

Не менее  опасными с точки зрения загрязнения  окружающей среды являются стадии стекловарения и выработки стеклоизделий.

Традиционно используется явно устаревший термин "варка стекла", который включает ряд физико-химических превращений оксидов при высоких температурах. Поэтому стекловаренная печь должна рассматриваться как реактор, в котором протекают разнообразные гетерогенные процессы: декарбонизация, плавление, протекание реакций в твердой и жидкой фазах при взаимодействии силикатов в сочетании с процессами взаимного растворения.

Стекольные  производства по своим масштабам  несравнимы с энергетическими гигантами, но их экологические задачи аналогичны. Это позволяет обратиться к фундаментальным работам по изучению  процессов образования вредных соединений в энергетике.

При сжигании топлива  в стеклоагрегате, а также при  движении топочных газов в пределах агрегата протекает ряд процессов, обусловленных высокими температурами, резкими перепадами температур, взаимодействием с огнеупорными, изоляционными материалами, а также взаимодействием компонентов самих продуктов сгорания в этих условиях [11].

Газообразные  выбросы включают соединения углерода, серы и азота. Оксиды углерода являются продуктами сжигания углеводородных видов топлива. При наличии достаточного количества кислорода весь объем образующегося в процессах горения оксида углерода (II) (СО) доокисляется до оксида углерода (IV) (СО)₂. Максимальное содержание СО₂ в газе будет при коэффициенте избытка воздуха равном 1 (при сжигании природного газа содержание СО₂ составляет 9 %, моторного топлива – 12 %, мазута – 14 %).

Из печного  отделения выбросы газов и  выделение теплоты во многом превышают объемы выбросов отделения подготовки шихты. Большие потоки теплоты выбрасываются с топочными газами, частично теплота теряется также вследствие потерь в процессах выработки стеклоизделий. Последний поток тепловых потерь значителен, так как вся теплота, аккумулированная в расплаве стекломассы, теряется.

Используемые  в современных стекловаренных печах  принципы конструирования требуют серьезного анализа, и в первую очередь с позиций воздействия стекловаренной печи на окружающую cpeдy. При этом работа стекловаренной печи характеризуется значительным уносом (выбросом) в атмосферу различных веществ, загрязняющих окружающую среду (рисунок 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Схема выбросов при взаимодействии производств      

стекла  с компонентами окружающей среды

 

 

К уносу из стекловаренной печи можно отнести компоненты содержащиеся в продуктах сгорания на входе в регенераторы и рекуператоры, а к выбросам в атмосферу – компоненты, выбрасываемые после теплоисполь- зующих устройств через дымовую трубу в атмосферу. Унос содержит как твердые порошкообразные соединения, так и газообразные или жидкие (дисперсные). К основным факторам, влияющим на количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ, относится химический состав стекла и способ приготовления шихты, тип печи и режим ее эксплуатации, температура варки и др. [12].

Обработку сырья  и приготовление шихты осуществляют в основном по линейной схеме на технологических линиях обработки  каждого компонента шихты. Отсутствие герметичных стыков, соединений и  местных отсосов, специального оборудования для смешивания многокомпонентных полидисперсных порошков, низкая эффективность пылеулавливающих устройств, недостаточная механизация и автоматизация процессов переработки сырья и приготовления шихты способствуют тому, что составные цехи стекольных производств в наибольшей степени не отвечают требованиям промышленной экологии: например на участках сушки и просева кварцевого песка запыленность колеблется в пределах от 10 до 30 мг/м³, достигая в некоторых случаях от 70 до 130 мг/м³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Применяемые методы, аппараты и сооружения очистки   выбросов и сбросов

 

 

3.1 Оборудование  и средства защиты атмосферного  воздуха от   пылегазовых  выбросов

 

 

Атмосферный воздух – один из основных природных ресурсов. Его качество определяет жизнь и здоровье людей, существование растительного и животного мира. Атмосфера обладает способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Однако антропогенное загрязнение в силу высокой концентрации в промышленных районах превышает возможности природных сил к самоочищению [13]. Уровень загрязнения атмосферы во многом зави- сит от количества выбросов вредных веществ.

Основными источниками запыленности в стекольном производстве являются дробилки (мельницы), сушильные барабаны, элеваторы, грохоты, смесители.

Подготовка  сырья для производства стекла связана с интенсивным выделением пыли. Пылеобразование происходит в процессах измельчения, классификации, смешения компонентов шихты, их сушки и транспортирования [14].

Пневмо- и вакуум-трубопровод  стекольной шихты. На большинстве стекольных заводов сырьевые компоненты и шихту транспортируют от места их приготовления и переработки к стекловаренным печам с помощью элеваторов, ленточных конвейеров и др.

Основными недостатками такого транспортирования является образование пыли при перевалочных операциях, расслоение шихты и потери отдельных компонентов, отсутствие герметизации, тяжелый ручной труд.

Решением этих проблем является использование  трубопроводного транспортирования  материалов. Возможны три основных типа пневматических систем (рисунок 3): вакуумная транспортная (а), транспортная с избыточным давлением (б) и комбинированная (в).

В случае вакуумной системы  воздух поступает при атмосферном  давлении, захватывает твердые вещества и переносит их в направлении вакуумного насоса. В случае пневматической системы транспортирующий агент (воздух) с помощью воздуходувных машин под давлением нагнетается в материалопроводы.

В производстве стекла и стекловолокна целесообразно более широко использовать пневмосмешение сыпучих материалов. Одним из аппаратов такого типа является пневматический циркуляционный смеситель, отличающийся простотой устройства, относительно малыми энергозатратами и высоким качеством (химической однородностью) готовой смеси. Несущей средой является воздух, который обеспечивает циркуляцию сыпучего материала в таких аппаратах, в вертикальной турбулентной струе, насыщенной твердыми частицами [15].

Из приведенных схем транспортирования шихты видно, что их обязательным элементом являются устройства для отделения материала от транспортирующего воздуха и аппараты для очистки воздуха от пыли. Пылеочистные аппараты применяют также и для очистки газов, выходящих из различных подсистем производства стекла (из стекловаренных печей, из сушильных барабанов, отсосы воздуха с мест обработки стеклоизделий и т.д.)

 

 

1 – всасывающее сопло; 2 – материалопровод; 3 – разгрузочное устройство;              

4 – воздуходувная  машина; 5 – приемный бункер; 6 – питатель

 

Рисунок 3 – Схемы пневматических систем транспортирования материала

 

 

 

Комбинированные методы и аппаратура очистки газов. Для обеспыливания процессов сушки, измельчения, просеивания, смешивания и транспортирования сырьевых материалов разработан гидродинамический пылеуловитель ГДП-М (рисунок 4) производительностью по очищаемому воздуху от 3000 до 40000 м^З/ч.

 

 

 

 

1 – входной патрубок; 2 – газораспределительная решетка; 3 – корпус;

4 – каплеотделитель; 5 – выходной патрубок; 6 – регулятор подачи воды;

7 – разгрузочное устройство

 

Рисунок 4 – Гидравлический пылеуловитель  ГДП-М

 

 

Принцип работы аппарата основан на барботаже запыленного воздуха (газа) через слой пены, образующейся на газораспределительной решетке. Решетка при этом погружена в пылесмачивающую жидкость. Запыленный газ поступает в подрешеточное пространство и, вытеснив на решетку часть воды, образует на ней слой высокотурбулентной пены. Пройдя через отверстия, газ очищается от пыли в момент контакта с пылесмачивающей жидкостью. Очищенный газовый поток поступает в центробежный каплеотделитель, а затем выбрасывается в атмосферу.

Для очистки  дымовых газов от загрязняющих веществ  перед выбросом предусматривается  трехступенчатая система очистки (рисунок 5). Установка способна практически полностью улавливать такие загрязняющие атмосферу вещества, как пыль, окислы азота, окислы серы и неорганические хлорные соединения. Задачей установки для очистки отходящих газов является очищение газов после сгорания, поступающих из стекловаренной печи, и обеспечение таким образом экологически чистой эксплуатации установки по производству стекла. При этом важно то обстоятельство, что тепло отходящих газов используется, так же, в дальнейшем. Также важно недопускать перегрева различных агрегатов. Системы очистки отходящих газов представляют собой набор установок для очистки выбрасываемых в атмосферу пылевидных примесей на источниках выброса загрязняющих веществ [16].

 

 

 

 

Рисунок 5 – Система очистки воздуха                                                             

 (реактор, электрофильтр и уловитель NO_х)

 

 

Приточные вентиляционные установки (приточные камеры). Приточные камеры представляют собой достаточно сложное оборудование, основным назначением которого является доставка и обработка свежего воздуха. Как правило, такие устройства состоят из нескольких модулей, которые могут выполнять функции подогрева или охлаждения, а также фильтрации воздуха.