ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ
ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
«ГИПРОЦЕМЕНТ»

ОТРАСЛЕВАЯ МЕТОДИКА
УЧЕТА ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ
ПРИ РОЗЖИГЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ

г. Санкт-Петербург

2003 г.

Сведения о документе

Разработан: Государственный ордена Трудового Красного знамени Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт цементной промышленности Гипроцемент

Адрес: Россия, 199053, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., д. 4

Тел./факс 328-78-81

E-mail: giprocem@spb.cityline.ru

Содержание

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Нормативными документами [1 - 2] с целью защиты воздушного бассейна от загрязнений при проектировании и эксплуатации цементных заводов предписан учет вредных газо-пылевых выбросов. Временной инструкцией [3] при розжиге печей допускаются сравнительно непродолжительные по времени выбросы, превышающие средние в нормальных эксплуатационных режимах. Эти вредные выбросы предусмотрены технологическим регламентом и не относятся к аварийным.

Настоящая Отраслевая методика предназначена для расчета выбросов пыли, моно- и диоксида азота, а также оксидов серы и углерода при розжиге цементных вращающихся печей на газовом и жидком топливе. Выбросы печей, работающих на твердом топливе, этой методикой не регламентируются.

Отраслевая методика может применяться как для действующих, так и для проектируемых заводов. С ее введением Временная инструкция (3) утрачивает силу в отношении печей, работающих на жидком и газообразном топливе.

2. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА РОЗЖИГА

Периодом розжига считается время от воспламенения факела до вывода печи на стационарный (эксплуатационный) режим с расчетной производительностью [4]. В этот период нагрев печи осуществляется путем медленного увеличения расхода топлива и воздуха вплоть до достижения в зоне спекания температуры, необходимой для получения клинкера, после чего подается сырьевой материал. В дальнейшем расходы топлива и сырья постепенно доводятся до эксплуатационных значений, и печь выводится на стационарный режим. Полнота сгорания топлива в основном определяется условиями его смешения с воздухом. С увеличением расхода топлива процесс выгорания интенсифицируется, и при достижении в зоне спекания температуры футеровки, равной 650-700°С (температуре воспламенения топливно-воздушной смеси), существенно стабилизируется. С технологической точки зрения это соответствует переводу печи с периодических подворотов на постоянное вращение от вспомогательного привода. К моменту перевода печи на главный привод и началу ее стационарной загрузки материалом температура футеровки в зоне спекания превышает 1000°С, и условия для возникновения недожога полностью исчезают.

3. ПУСК ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ В РАБОТУ

Подача высокого напряжения на электрофильтры не лимитируются условиями сжигания топлива (образованием продуктов недожога), а определяется точкой росы отходящих газов во избежание поверхностного электрического пробоя вследствие конденсации паров воды и сернистого ангидрида на стенках и опорно-проходных изоляторах.

В технологических регламентах вновь проектируемых заводов включение электрофильтров должно предусматриваться через 15 - 20 минут после перевода печи на главный привод и начала стационарной подачи сырья, т.е. при стабилизации режима выгорания факела после очередного увеличения расходов топлива и воздуха. Температура газов в обрезе печи при этом должна быть не ниже 190 - 200°С для мокрого способа и 800 - 850°С - для сухого, а содержание кислорода - не ниже 5 % в обрезе печи для мокрого способа и 9 % за последней ступенью теплообменника для сухого способа. Печи должны быть оборудованы автоматическими быстродействующими газоанализаторами на кислород.

В связи с этими рекомендациями в п.п. 2.1.10.9 (ч. 1) и 4.5.7 (ч. II) Правил эксплуатации [4] необходимо внести соответствующие изменения.

4. ВЫБРОСЫ ПЫЛИ

4.1. Проектируемые заводы

Включение электрофильтров непосредственно после подачи сырья исключает повышенный выброс пыли. Продолжительность выброса определяется промежутком времени от начала подачи сырья до окончания розжига. Концентрация пыли в отходящих газах остается такой же, как и в обычном эксплуатационном режиме печного агрегата данного типоразмера, а средний за время выброса расход отходящих газов составляет 90 % от эксплуатационного значения.

Максимальная мощность выброса равна выбросу в эксплуатационном режиме

где

V_вх, μ_э - расход отходящих газов (нм³/ч) и их запыленность (г/нм³) на входе в электрофильтр в эксплуатационных условиях;

η_э - степень очистки газов во включенном электрофильтре.

Годовой выброс пыли за период розжигов рассчитывается по формуле:

где

τ_n - суммарная продолжительность выбросов пыли при розжигах, ч/год.

Здесь и в дальнейшем продолжительность розжига или его отдельных стадий для проектируемых заводов принимается по приложению 1, для действующих заводов - по заводским инструкциям.

4.2. Действующие заводы

До корректировки Правил эксплуатации [4] и оснащения печей газоанализаторами подачу высокого напряжения на электрофильтры, как и во Временной инструкции [3], допускается осуществлять после стабилизации режима работы печного агрегата. При этом за время от момента подачи сырья до включения электрофильтров могут происходить повышенные выбросы пыли с концентрацией во много раз превышающей эксплуатационные значения.

Максимальная мощность залпового выброса рассчитывается по формуле:

где

η_p - степень очистки газов в электрофильтрах со снятым напряжением (η_р = 0,6 или 0,5 при скорости газов в сечении фильтра меньше или больше 1 м/с)

Годовой залповый выброс пыли составит

где

τ_пз - суммарная продолжительность максимальных залповых выбросов пыли, ч/год.

5. ВЫБРОСЫ ОКСИДОВ АЗОТА

Выбросы оксидов азота NO_x происходят в течение всего периода розжига. Средний по времени расход отходящих газов составляет 75 %, а содержание NO_x в них - 70 % от соответствующих эксплуатационных значений. Максимальная мощность выбросов (в конце процесса розжига) рассчитывается по формулам:

где

V_вых, C_NOx - объемный расход отходящих газов (нм³/ч) и суммарное содержание в них оксидов азота (г/нм³) в эксплуатационном режиме после электрофильтров.

Значения C_NOx определяются прямыми замерами или выбираются из приложения 2.

Годовой выброс NO_x при розжигах соответственно равен

где

τ_р - суммарная продолжительность розжиговых периодов, ч/год.

6. ВЫБРОСЫ ДИОКСИДА СЕРЫ

Выбросы диоксида серы происходят при сжигании жидкого и твердого топлива в период от воспламенения факела до начала стационарной подачи сырья в печь. Средний за время выброса расход топлива для печей сухого и мокрого способа составляет соответственно 40 % и 55 % от эксплуатационных значений.

Максимальная мощность выбросов (непосредственно перед подачей сырьевого материала) определяется но формуле:

где

В_э - расход топлива в эксплуатационном режиме, кг/час;

S^p - содержание серы в топливе (на рабочую массу), %;

βso₂ - доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива (для мазута βso₂ = 0,02 [5]).

Годовой выброс при розжигах составляет

где

 - суммарная продолжительность выбросов оксида серы за время розжигов, ч/год

К_В - коэффициент, учитывающий уменьшение расхода топлива в период розжига

7. ВЫБРОСЫ ОКСИДА УГЛЕРОДА

При строгом соблюдении требований к сжиганию топлива происходит практически полное сгорание. Максимальное содержание оксида углерода в отходящих газах (в начале розжига)  = 0,2 % (0,25 г/нм³) [4], а его среднее значение за весь период розжига составляет 40 % от максимального. Столь низкая концентрация не ухудшает показатели пожаро-взрывобезопасности отходящих газов.

С учетом того, что средний по времени розжига расход отходящих газов составляет 75 % от эксплуатационного значения, максимальная мощность и годовой выброс могут быть рассчитаны по формулам:

8. ТРЕБОВАНИЯ САНИТАРНЫХ НОРМ

Нормативы но концентрации загрязняющих веществ, на выходе в атмосферу в настоящее время отсутствуют.

Оценка соответствия санитарным нормам производится посредством проведения расчета рассеивания и сравнения полученных приземных концентраций с предельно-допустимыми (ПДК для населенных мест), определенными по перечню ПДК Минздрава России [12].

В табл. 1 приведены значения предельно-допустимых концентраций максимально-разовых для населенных мест.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 1.02.01-85. Инструкция о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений. М: Госкомитет СССР по делам строительства, 1986, 40 с.

2. ОНД 1-84. Инструкция о порядке рассмотрения, согласования и экспертизы воздухоохранных мероприятий и выдачи разрешений на выброс загрязняющих веществ в атмосферу по проектным решениям. М: Гидрометеоиздат, 1984, 24 с.

3. Временная инструкция по расчету технологических выбросов в период розжига вращающихся печей при проектировании цементных заводов. М.: Концерн по производству цемента «Цемент», 1991, 5 с.

4. Правила эксплуатации оборудования и ведения производственного процесса на предприятиях цементной промышленности. Части 1, II. М.: Оргпроектцемент, 1987, 155 и 315 с.

5. МТ 34-70-010-83. Методика определения валовых выбросов вредных веществ в атмосферу от котлов тепловых электростанций. М: Минэнерго СССР, 1984, 18 с.

6. ГН 2.1.6.695-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест», М., Минздрав России, 1998 г.

Приложение 1

Продолжительность выбросов при розжиге вращающихся печей
после полной замены футеровки [3, 4]

Приложение 2

Содержание оксидов азота NO_х в отходящих газах цементных вращающихся печей в эксплуатационных режимах

Приложение 3

Пример расчета вредных выбросов в атмосферу
при розжиге печи Æ 4,0 × 150 м мокрого способа

1. Исходные данные

2. Результаты расчетов

2.1. Выбросы пыли

2.1.1. Проектируемые заводы

Максимальная мощность выбросов

Годовой выброс пыли при розжиге с включенными электрофильтрами

 = 0,9·3,6·10^-3·52,9·50 = 8,58 (т/год)

2.1.2. Действующие заводы

Максимальная мощность залповых выбросов пыли:

Годовой выброс пыли при розжиге с отключенными электрофильтрами

 =0,9·3,6·10^-3·423,50·250 = 343,03 (т/год)

2.2 Оксиды азота NO_x

Максимальная мощность выбросов NO_x

Годовой выброс NО_x при розжигах

 = 0,70·0,75·3,6·10^-3·24,35·280 = 12,89 (т/год)

Выброс диоксида азота NО₂

 = 0,8·12,89 = 10,31 (т/год)

Выброс монооксида азота NO

 =0,13·12,89 = 1,68 (т/год)

2.3 Диоксид серы SO₂

Максимальная мощность выбросов

Годовой выброс SО₂ при розжигах

 = 0,55·3,6·10^-3·32,12·30 = 1,91 (т/год)

2.4. Оксид углерода СО

Максимальная мощность выбросов

Годовой выброс СО при розжигах

 = 0,4·3,6·10^-3·10,15·280 = 4,09 (т/год)