Методи очищення діоксиду сірки і NOx в цементній промисловості

Міністерство надзвичайних ситуацій УКРАЇНИ

 

Львівський державний  університет безпеки життєдіяльності

 

 

 

ІНСТИТУТ         КАФЕДРА 
ЦИВІЛЬНОГО                                                                                 ЕКОЛОГІЧНОЇ 
ЗАХИСТУ                                                                                        БЕЗПЕКИ

 

 

Курсова робота з  курсу

“ Перспективні технологічні процеси в охороні довкілля ”

 

На тему: “ Методи очищення викидів діоксиду сірки і NO_x               підприємств цементної промисловості ”

 

 

 

 

                                                                

Виконав:

курсант гр. ЕК – 51

______   Руднік  І. Ю.

Перевірила :

доцент Кафедри ЕБ

______   Петрова Маріанна Анатоліївна

 

 

 

 

 

 

 

ЛЬВІВ – 2012

УДК 66.021.4

  ” Методи очищення викидів діоксиду сірки і NO_x підприємств цементної промисловості ”. – Руднік І. Ю. Курсова робота. Кафедра екологічної безпеки .- Львів, ЛДУБЖД  2012

22 с. текст. част.,  схем - 1, 7 джерел.

Розглянуто та запроектовано технологічну схему очищення викидів діоксиду сірки і NO_x підприємств цементної  промисловості. Охарактеризовано хімічні речовини що беруть участь в процесі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

Вступ

1. Актуальність обраної теми……………………………………………………6

2. Проблема виробництва цементу та виробів з нього………………………..7

3. Джерела пилоутворення цементних заводів………………………………..10

4. Заходи щодо зменшення пиловиділення……………………………………12

5. Промислові агрегати для вловлювання пилу на виробництві……………14

6. Світова практика очищення димових газів від діоксиду сірки…………...15

7. Схема очищення повітря (газів) від діоксиду сірки ……………………….20

Висновки………………………………………………………………………….21

Список використаної літератури……………………………………………….22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

При спалюванні органічного  палива в атмосферу викидається  понад 90% антропогенних діоксидів  сірки, у тому числі близько 60% припадає саме на теплові електростанції. Це пов'язано з досить високим рівнем використання сірковмісного палива (в першу чергу – високосірчистих мазутів і вугілля) .

При спалюванні сірковмісного  палива утворюється два оксиду сірки: сірчистий ангідрид (SO₂) і сірчаний ангідрид (SO₃). В атмосфері викинутий з димової труби сірчистий ангідрид під дією сонячного світла окислюється в сірчаний ангідрид, а потім, взаємодіючи з водою H₂О, переходить в сірчану кислоту . Час існування оксидів сірки і продуктів їх трансформації в атмосфері становить (за даними різних досліджень) від декількох годин до декількох діб і за цей час повітряними потоками вони можуть бути перенесені на величезні відстані (до 1000 км) .

На сьогодні якість повітря, яким ми дихаємо, опосередковано характеризує здоров'я людини [1, 2]. З кожним вдихом запиленого повітря в організм людини потрапляє не тільки важливий кисень, а й цілий ряд супровідних елементів, які можуть як покращити стан здоров'я (іони йоду), так і значно погіршити його (токсичні гази, пилюка, важкі метали). Від хімічного складу повітряної суміші залежить його біологічна активність, яка по різному впливає на організм людини: токсичні, подразнювальні та інші.

Оскільки повітря сучасного  міста представляє собою складну  газопилову суміш [3], всі компоненти якої можуть без перешкод взаємодіяти між собою, то необхідно знати початковий хімічний склад елементів, які викидаються в повітря, для прогнозування можливих взаємодій з навколишнім середовищем. Одним із компонентів забруднення повітря є цемент (а саме, цементний пил), який виробляється у великих обсягах і використовується у різних галузях промислового та житлового будівництва [4]. Цементний пил та його з'єднання шкідливо діють на дихальні шляхи, надлишок викликає захворювання верхніх відділень легенів, а також негативно впливає на шкіру та очі. Поступово в організмі людини, під дією тривалої взаємодії з пилом, можуть виникати хронічні захворювання, наприклад, запалення дихальних шляхів та призводить до таких хвороб як нежить, бронхіти, трахеїти та багато інших. Інколи цементний пил призводить до онкологічних захворювань [3]. Тому дослідження потенційних джерел викидів цементного пилу та розроблення сучасних методів для його вловлювання на промислових об'єктах як забруднювача повітря є вельми актуальною на сьогодні проблемою. Окрім цього, найнебезпечнішою в екологічному аспекті галуззю виробництва будівельних матеріалів залишається цементна промисловість, підприємства якої найбільше забруднюють довкілля. Тому виникає потреба дотримуватися положень спеціальної Державної програми [6], яка забезпечує істотне зменшення впливу цементного пилу на довкілля та здоров'я людини зокрема.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Актуальність обраної теми

Діоксид сірки негативно  впливає на здоров'я населення  і несе ризик збільшення нападів  астми, збільшення смертності від серцево-судинних захворювань і захворювань органів  дихання, збільшення загальної смертності, можливості ураження шлунка, печінки, зростання респіраторної захворюваності, збільшення госпіталізації з приводу  пневмонії, порушень серцевого ритму  та ішемічної хвороби серця [2]. Також  є причиною загибелі хвойних лісів, плодових дерев, зниження врожайності  сільськогосподарських культур, закислення водойм. Крім того, оксиди сірки є причиною корозії сталевих конструкцій і руйнування різних будівельних матеріалів [1].

  На теплових станціях  в Донецькій області на сьогоднішній  день попередня очистка димових  газів від діоксиду сірки та  інших продуктів згоряння не  передбачається. Зниження викидів  оксидів сірки відбувається за  рахунок заміни сірковмісних  палив (в основному мазуту) природним  газом. Однак це не може остаточно  вирішити проблему скорочення  оксидів сірки, враховуючи положення  з видобутком газу і його  витратою на потреби інших  галузей промисловості.

  У нашій країні  через залишкового принципу виділення  коштів на природоохоронні заходи, впровадження систем очищення  димових газів від оксидів  сірки не приділялося належної  уваги [2].

Таким чином, існує проблема попередження викидів діоксиду сірки, а дослідження взаємодії сполук лужноземельних металів з забруднювачем  є перспективним з огляду на дешевизну  поглинача і подальшою можливістю вилучення продуктів реакції.

 

 

 

 

2. Проблема виробництва цементу та виробів з нього

Цемент (у перекладі з  латинського "битий камінь") –  сипкий матеріал, який у суміші з водою переходить з рідкого або тістоподібного у твердий каменеподібний стан при звичайній температурі [4]. Цемент принципово відрізняється від інших мінеральних в'яжучих (гіпсу, повітряного і гідравлічного вапняку), які тверднуть тільки на повітрі або, затвердівши на повітрі, іноді продовжують тверднути в зовнішньому середовищі. Він є одним з основних будівельних матеріалів, використовується як в'яжучий засіб при виготовленні бетону та бетонних конструкцій.

Заводи на яких здійснюється виробництво цементу, належить до переліку підприємств як основних забруднювачів повітря, занесених у "Чорну книгу". У технологічному процесі виготовлення цементу, зі збільшенням його обсягу пропорційно збільшується рівень пиловиділення в робочі зони заводу та прилеглі території. І, якщо в цехах та на технологічних дільницях, які мають організовані джерела викидів пилу, запиленість хочa й висока, але не перевищує ГДК, то у виробничих підрозділах з неорганізованими джерелами викидів, де засоби знепилювання відсутні (на дільниця транспортування сировини та у цехах готової продукції), концентрація пилу перевищує ГДК у 5 разів і більше [5].

У промисловому виробництві  цементу використовуються переважно легкоплавкі глини, аргіліти і глинисті сланці, що утворюють частину цементної шихти [4]. Другою основною її складовою є карбонатні породи. Вапняк і глину, змішують у певному співвідношенні (75-80 % вапняку і 20-25 % глини) і прожарюють при температурі близько 1450 °C у спеціальних циліндричних печах, викладених всередині вогнетривким матеріалом. Сучасні потужні цементні печі сягають у довжину 185 м і мають внутрішній діаметр до 5 м. Їх

встановлюють горизонтально  з деяким нахилом осі під кутом 10°. Шахту завантажують у верхню частину печі, яка повільно обертається, через що матеріал, пересипаючись, рухається до нижньої частини назустріч розжареним газам – продуктам горіння палива (розпиленого вугілля або горючих газів).

При обпалюванні в цементному матеріалі послідовно відбуваються такі головні хімічні перетворення [3, 5]. При температурі 100-120 °С випаровується волога. При температурі 500 °C вигорають органічні домішки, а при температурі 800-1000 °С розкладається вапняк:

CaCO₃ = CaO + CO₂ ↑.

При температурі 1000-1300 °С оксид  кальцію взаємодіє з діоксином силіцію SiO₂ і оксидом алюмінію Al₂O₃ , які є основою легкоплавкої глини, в

наслідок чого утворюються  силікати і алюмінати кальцію:

 

3CaO + SiO₂ = 3CaO · SiO₂ (Ca₃SiO₅);

2CaO + SiO₂ = 2CaO · SiO₂ (Ca₂SiO₄);

3CaO + Al₂O₃ = 3CaO · Al₂O₃ (Ca₃(AlO₃)₂).

 

При температурі 1300-1450 °С відбувається спікання утворених силікатів і алюмінатів кальцію. Куски спеклої цементної маси, яку називають клінкером, вивантажують з нижнього кінця печі і, після охолодження, розмелюють, внаслідок чого утворюється сіро-зелений порошок, який і називають цементом. Після його поділу на фракції упаковують у спеціальну тару або розвозять машинами, спеціально для цього призначеними.

Склад цементу виражають  зазвичай процентним вмістом CaO, SiO₂,

Al₂O₃ і Fe ₂O₃. До його складу як домішки входять і інші речовини. Звичайний, або силікатний цемент містить: CaO (60-67 %); SiO₂ (17-25 %); Al₂O₃ (3-8 %); Fe₂ O₃ (0,3-6 %).

Цемент зазвичай використовують у суміші з піском. На одну частину маси цементу беруть 3-5 частин піску. З такої суміші разом з водою виготовляють напіврідку тістоподібну масу, яку називають цементним розчином. Такий розчин через деякий час тужавіє, а потім твердне, перетворюючись в каменеподібний матеріал. Твердіння цементного розчину при звичайній температурі продовжується майже місяць. Пов'язане це явище з перебігом складних хімічних реакцій, найголовніші з яких можна зобразити такими рівняннями:

Ca₃ SiO₅ + 5H₂O = Ca₂ SiO₄ · 4H₂O + Ca(OH)₂;

Ca₂ SiO₄ + 4H₂O = C₂ SiO₄ · 4Н₂О;

Ca₃(AlO₃)₂ + 6H2O = Ca₃(AlO₃)₂ · 6Н₂О.

 

Суміш цементного розчину  з гравієм і щебенем після застигання утворює бетон. Якщо бетоном наповнити залізний каркас (залізні стержні, дріт тощо), то тоді його називають залізобетоном. Цемент (бетон) дуже міцно зв'язується з залізом і має однаковий з ним коефіцієнт теплового розширення, при цьому бетон має високий опір до стиснення, а металоконструкція – до згину. Бетон і залізобетон характеризуються високою твердістю та механічною міцністю. Їх широко використовують при будівництві гідроелектростанцій, мостів, каналів, заводських корпусів, а також у житловому будівництві.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Джерела пилоутворення цементних заводів

Основними джерелами пилоутворення  цементних заводів є конвеєрні лінії, якими транспортується сировина й готова продукція, місця їх пересипання, завантаження й розвантаження, дробильні установки, печі випалювання клінкеру, кульові млини для помелу клінкеру та ін. Конвеєрні лінії длятранспортування сипкої сировини (вапняку) з'єднують видобувні кар'єри з

дробильними установками  цементного заводу [3, 5]. Основними чинниками,

які визначають запиленість  повітря в робочих зонах різних дільниць, є швид-кість вітру й віддаленість транспортованої сировини від кар'єру. Мінімальне

пиловиділення при цьому  становить 7-10 г/т, а максимальне – 50-52 г/т. У бункерному ангарі при розвантажуванні сировини з автосамоскидів запиленість повітря перевищує ГДК в 50 і більше разів, при надходженні сипкої сировини до бункера із стрічкових конвеєрів концентрації пилу сягають значень 270-450 мг/м3 і при сукупному розвантаженні сировини –1500 мг/м3 і більше, що значно перевищує ГДК.

Найбільш істотними джерелами  пиловиділення також на дільницяхцементних заводів є печі для випалювання клінкеру. При сухому способі виробництва кількість сухих запилених газів, які виносяться з печей, на 25-40 % менше, ніж при мокрому способі. При цьому маса дрібнодисперсного пилу, що виділяється, становить 50-120 кг на 1 т клінкеру.

Сушильні барабани сировини й добавок виділяють пил, який характеризується підвищеним вологовмістом (температура точки роси сягає

40-60 °C) і широким діапазоном  коливань концентрації аерозолю (15-70 г/м3).

Колосникові холодильники клінкеру викидають на 1 т клінкеру 1,1-1,8 т сухої газоповітряної суміші, яка містить 7-10 кг пиловидних клінкерних частинок, що характеризуються високим вмістом грубо дисперсних фракцій (80 % частинок розміром понад 5 мкм). Якщо порівняти джерела пилоутворення цементних заводів, то слід відзначити, що понад 80 % пилу, що викидається в атмосферу, виділяється обертовими печами випалювання клінкеру.