Оценка фракционного состава промышленной пыли, поступающей в атмосферу города
(на примере пыли, выделяющейся от электросталеплавильной печи)
, ,
Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет
Аннотация: В Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете (ВолгГАСУ) на протяжении многих лет проводятся исследования фракционного состава и свойств пыли, поступающей в городскую воздушную среду от источников различных производств. В настоящей статье приводятся результаты такой оценки для пыли, выделяющейся в атмосферу города при плавке стали в дуговых электропечах.
Ключевые слова: дуговая сталеплавильная печь (ДСП), пыль, фракционный состав, интегральная функция прохода, медианный диаметр, микроскопический анализ.
Интенсивное развитие инфраструктуры привело к тому, что во многих крупных городах промышленные предприятия, построенные в прошлом веке, оказались в непосредственной близости от жилой застройки. В связи с этим, а также с учетом того, что в России с 2010 г. ужесточены гигиенические нормативы в отношении содержания мелкодисперсных пылевых частиц в воздушной среде населенных мест, особую значимость приобрели исследования, направленные на изучение фракционного состава пыли, содержащейся, как в выбросах в атмосферу от источников предприятий, так и в атмосферном воздухе на застроенных территориях [1-3] .
Рассмотрим для примера результаты оценки фракционного состава пыли, выделяющейся в период плавки в дуговой электропечи и выпуска стали. По данным, приведенным в [4-6], фракционный состав пыли при отсутствии подавления выбросов характеризуется размерами частиц, показанными в табл. 1. По результатам исследований гранулометрического состава пыли, выделяющейся от электросталеплавильных печей, проведенных институтом «ВНИПИЧерметэнергоочистка», установлено, что
Таблица №1
Фракционный состав пыли, выбрасываемой из дуговой электропечи при плавке и выпуске стали по [4-6]
Размер частиц, мкм | 0,3 | 0,5 | 1,0 | 2,5 | 5 | 10 |
Частицы размером меньше данного, массовая доля % | ||||||
расплавление | 2 | 7 | 18 | 50 | 60 | 65 |
выпуск стали | 20-45 | 20-60 | 28-75 | 30-80 | 40-85 | - |
в значительной мере размер пылевых частиц определяется условиями кристаллизации испарившихся элементов ванны. Например, мелкодисперсная пыль с содержанием частиц диаметром менее 10 мкм до 90% образуется в период расплавления и кипения при открытом рабочем окне, когда в печь подсасывается воздух, что приводит резкому охлаждению паров [7]. Доля крупных частиц увеличивается (масса частиц с диаметром более 40 мкм составляет 15%) во время доводки. Это обусловлено тем, что в этом периоде печь максимально герметизируют, и создаются условия для коагуляции пылевых частиц за счет диффузии [7].
При проведении собственных исследований был применен микроскопический метод дисперсионного анализа [8, 9], выполняемый по разработанной в ВолгГАСУ методике [10]. Обработка результатов анализа осуществлялась с использованием программы обработки изображений частиц DUST 1, также разработанной в ВолгГАСУ (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ DUST 1 № 000 от 01.01.2001 г.).
Для проведения анализа пробы пыли отбирались в воздуховодах систем локализации и очистки выбросов, обслуживающих печи ДСП-125 и ДСП-150 в следующих точках: в газоходе (после четвертого сводового отверстия); после подкрышного зонта (на расстоянии 20,6 м от ДСП-150); после надвижного зонта (на расстоянии 8,34 м от ДСП-125). Результаты микроскопического анализа в виде построенных в вероятностно-логарифмической сетке координат интегральных функций прохода [8-10] показаны на рис. 1.
Рис. 1. – Интегральные функции прохода для частиц пыли, отобранной:
1 – после очистки в рукавном фильтре (выброс в атмосферу); 2 – в системе локализации вредных выделений после подкрышного зонта; 3 - в системе локализации вредных выделений после надвижного зонта; 4 – в газоходе (после четвертого сводового отверстия)
Полученные результаты показывают, что размеры пылевых частиц, выделяющихся от дуговой электропечи, изменяются в пределах от 0,6 до 80 мкм. При этом на долю частиц с размерами до 20 мкм приходится 2%, массы, и медианный диаметр составляет 55 мкм. Размеры пыли, улавливаемой зонтами систем локализации и очистки вредных выделений, составляют 0,7-13 мкм при медианном диаметре 5-7,5 мкм. На долю частиц с размерами до 10 мкм приходится от 90% до 100%, массы. Частицы пыли, выбрасываемой в атмосферный воздух после очистки в рукавном фильтре, имеют размеры от 0,6 до 4 мкм при значении медианного диаметра 2,5 мкм.
Вместе с тем, результаты визуального обследования показали, что вытяжные зонты, устанавливаемые в системах локализации вредных выделений от электросталеплавильной печи, работают с недостаточной эффективностью, вследствие чего часть пылевыделений попадает в объем цеха (рис. 2), и затем поступает без очистки в атмосферу через неплотности в ограждениях.
Рис. 2. - Пылевыделения через межэлектродные отверстия ДСП-200
в объем электросталеплавильного цеха при неэффективной работе вытяжного зонта
Поэтому также была проведена оценка фракционного состава пыли, поступающей в объем цеха, результаты которой в виде построенных в вероятностно-логарифмической сетке координат интегральных функций прохода показаны на рис. 3. Представленные данные свидетельствуют о том, что поступающая в помещения цеха пыль имеет размеры от 3 до 18 мкм при
Рис. 3. – Интегральные функции прохода для частиц пыли, отобранной
в воздухе электросталеплавильного цеха
медианном диаметре 11 мкм. Доля массы частиц с размерами менее 10 мкм составляет 40%.
|
|
а б
Рис. 4. - Интегральные функции прохода для частиц пыли, отобранной в теплый период года в воздушной среде городской жилой застройки:
а – фоновые значения; б – в период плавки
Для оценки влияния выбросов электросталеплавильного цеха на качество городской воздушной среды были отобраны пробы пыли, содержащейся в воздухе на территории жилой застройки в разные периоды года. В качестве примера на рис. 4 показаны полученные данные о фракционном составе пыли в теплый период года. Результаты исследований показали, что в период плавки процентная доля мелкодисперсных частиц возрастает по сравнению с фоновыми значениями: доля частиц с размерами до 10 мкм (РМ10) увеличивается от 15% (рис. 4, а) до 40% (рис. 4, б); доля частиц с размерами до 2,5 мкм (РМ2,5)изменяется от 0% (рис. 4, а) до 0,7% (рис. 4, б). Это приводит к превышению гигиенических нормативов по содержанию мелкодисперсных пылевых частиц в воздушной среде города даже при соблюдении нормативного уровня по содержанию в атмосферном воздухе твердых частиц.
Литература
1. Анализ состояния атмосферного воздуха в промышленных городах Ростовской области // Инженерный вестник Дона, 2012, №4. Ч. 2. URL: ivdon. ru/magazine/archive/n4р2у2012/1202/.
2. , , О результатах оценки воздействия на качество атмосферного воздуха и об определении необходимой степени очистки пылевых выбросов асфальтобетонных заводов // Инженерный вестник Дона, 2015, №3. URL: ivdon. ru/magazine/archive/n3у2015/3052/.
3. Pasquill F. Atmospheric Dispersion Parameters in Gaussian Plume Modeling: Part П. Possible Requirements for Change in the Turner Workbook Values. ЕРА-600/4-76-030b. U. S. Environmental Protection Agency. 1976. 44 р.
4. , Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии. М.: Металлургия, 1979. 192 с.
5. Strauss W. The principles and practice of the control of gaseous and particulate emissions. Oxford-New York-Toronto-Sydney-Paris–Braunschweig: Pergamon press, 1976.
6. Marchand D. Possible Improvement to Dust Collection in Electric Steel Plants and Summary of All Planned and Existing Collection Systems in the Federal Republic of Germany-Ironmaking & Steelmaking (4) (1976).
7. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии. М.: Металлургия, 1984. 340 с.
8. Руководство по дисперсионному анализу методом микроскопии. М.: Химия, 1979. 232 с.
9. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. Л.: Химия, 1987. 264 с.
10. , Методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли с применением персонального компьютера (ПК) // Законодательная и прикладная метрология. 2004. №1. С. 46-48.
References
1. Gazinceva L. Z. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2013. №4. URL: ivdon. ru/magazine/archive/n4р2y2012/1202/.
2. Nikolenko M. A., Neumerzhickaja N. V., Sergina N. M., Belonozhko M. V. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2015, №3. URL: ivdon. ru/magazine/archive/n3y2015/3052/.
3. Pasquill F. Atmospheric Dispersion Parameters in Gaussian Plume Modeling: Part П. Possible Requirements for Change in the Turner Workbook Values. ЕРА-600/4-76-030b. U. S. Environmental Protection Agency. 1976. 44 р.
4. Andon'ev S. M., Filip'ev O. V. Pylegazovye vybrosy predprijatij chernoj metallurgii [Pylegazovy emissions of the enterprises of ferrous metallurgy]. M.: Metallurgija, 1979. 192 р.
5. Strauss W. The principles and practice of the control of gaseous and particulate emissions. Oxford-New York-Toronto-Sydney-Paris–Braunschweig: Pergamon press, 1976.
6. Marchand D. Possible Improvement to Dust Collection in Electric Steel Plants and Summary of All Planned and Existing Collection Systems in the Federal Republic of Germany-Ironmaking & Steelmaking (4) (1976).
7. Judashkin M. Ja. Pyleulavlivanie i ochistka gazov v chernoj metallurgii [Pyleulavlivaniye and purification of gases in ferrous metallurgy]. M.: Metallurgija, 1984. 340 р.
8. Gradus L. Ja. Rukovodstvo po dispersionnomu analizu metodom mikroskopii [Guide to the dispersive analysis of a microscopy method]. M.: Himija, 1979. 232 р.
9. Kouzov P. A. Osnovy analiza dispersnogo sostava promyshlennyh pylej i izmel'chennyh materialov [Bases of the analysis of disperse structure industrial pyly and the crushed materials]. L.: Himija, 1987. 264 р.
10. Azarov V. N., Jurk#jan O. V. Sergina N. M. Zakonodatel'naja i prikladnaja metrologija. 2004. №1. рр. 46-48.
