РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ КОМПЛЕКСНОГО ОБЕСПЫЛИВАНИЯ НА ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКЕ КЕМЕРОВСКОГО РЕГИОНА

На ЦОФ «Березовская» происходит обогащение бинарной смеси коксующихся углей марок К, КО, СС.

Характеристика обогащаемых углей:

- Марка К (Коксовый);

Уголь коксовый характеризуют хорошей спекаемостью. Выход летучих веществ находится в пределах 24-24,9%. Без смешивания их с углями других марок обеспечивают получение кондиционного металлургического кокса.

- Марка КО (Коксовый отощенный);

Уголь коксовый отощенный представляют собой уголь с выходом летучих веществ, близким по значениям к коксовым углям, но с меньшей толщиной пластического слоя – 10-12 мм. Уголь марки КО применяются в основном для производства металлургического кокса.

- Марка СС (Слабоспекающиеся).

Угли слабоспекающиеся характеризуются выходом летучих веществ, характерным для хорошо коксующихся углей марок Ж, КЖ, К, КС и ОС. Влажность добытого угля достигает 8-9%. Зольность колеблется от 8 до 45%. Содержание серы обычно не превышает 0,8%. Содержание углерода колеблется от 74 до 90%, водорода от 4,0 до 5,0%. Применяются главным образом на крупных электростанциях, в промышленных котельных и коммунально-бытовом секторе. В ограниченном количестве отдельные разновидности углей марки СС применяются в шихтах коксохимических заводов.

Производственной мощностью 4 млн. тонн в год.

На обогатительную фабрику сырье подается авто- и железнодорожным транспортом.

Уголь поступает низкого качества, существенно ограничивает сферу их применения на внутреннем и, особенно, на внешнем рынке. Для того, чтобы получить уголь с определенными свойствами, его следует переработать по следующей технологии.

Технологической схемой (рисунок 1) фабрики предусматривается:

- классификация угля на машинные классы на грохотах и ситах ОSO;

- обогащение класса +13 мм в тяжелосредных сепараторах в две стадии;

- промывка, ополаскивание и обезвоживание продуктов обогащения;

- обогащение класса 0,5-13 мм в отсадочных машинах;

- обезвоживание концентрата в центрифугах;

- обогащение зернистых шламов в спиральных сепараторах;

- обогащение шламов методом флотации;

- обезвоживание флотоконцентрата и зернистого концентрата на дисковых вакуум-фильтрах;

- термическая сушка крупного, мелкого, и флотационного концентрата;

- обезвоживание зернистых и флотационных отходов на высокочастотных грохотах в фильтр – прессовом отделении (ФПО);

- осаждение отходов флотации в наружном илонакопителе-гидроотвале (содержание гидроотвала как запасной вариант с 2007 г.).

Рисунок 1. Технологическая схема обогащения угля

Пройдя все стадии обогащения полученный концентрат марок К, ОС, КС, КО, ГЖ, Ж и 2Ж как в качестве мономарок, так и в шихте различной пропорции, с зольностью от 8,5 до 9,5 % поставляется для производства металлургического кокса на предприятия металлургической и коксохимической промышленности.

В результате технологического процесса обогащения угля предприятие оказывает негативное воздействие на окружающую среду и здоровье рабочих. Загрязняющие вещества вместе с атмосферными осадками поступают на почву и в поверхностные водоемы.

Складирование отходов на почву и длительное их хранение способствует загрязнению почв и водоемов, в том числе возможно загрязнение подземных вод.

Пыль рядовых углей, поступающих на фабрику, а также пыль концентрата после обогащения, по заключениям аккредитованного испытательного центра института «ВостНИИ» – взрывоопасна.

Пылевая нагрузка приводит к значительному снижению трудоспособности повышенной заболеваемости, смертности. Пыль, попадая в организм человека, растворяется в слюне или осаждается на слизистых оболочках дыхательных путей, превращаясь при этом в жидкий яд. В результате воздействия пыли на организм человека могут возникнуть глазные и кожные заболевания, болезни верхних дыхательных путей и легких.

Кроме того, пыль агрессивно действует на оборудование поверхностного комплекса, снижает качество выпускаемой продукции, вызывает профессиональные заболевания, ухудшает санитарно-гигиенические условия труда, образует взрывоопасную и пожароопасную среду.

Основной причиной заболеваемости рабочих пневмокониозом является превышение допустимых норм запыленности воздуха на рабочих местах.

В процессе своей деятельности производственные цеха фабрики и промышленная котельная выбрасывают после установок очистки: угольную пыль, золу (пыль), газообразные вещества продуктов горения.

Основными вредными веществами, превышающими санитарные нормы, являются: угольная пыль и неорганическая пыль (породная пыль).

Предприятие размещено на двух административных территориях – город Березовский (основная промплощадка и гидроотвал) и Кемеровский район (породный отвал) – имеется 2 разрешения на выброс:

1. В районе основной промышленной площадки:

- пыль неорганическая с содержанием SiO₂ 20 – 70 % (угольная пыль);

- продукты горения угля: взвешенные вещества (зола), углерод (сажа), сернистый ангидрид, окислы углерода и азота;

- в незначительных количествах пыль неорганическая с содержанием SiO₂ до 20 % (пыль породная), пыль металлическая и древесная, сварочный аэрозоль и т.д.;

2. В районе породного отвала и гидроотвала – пылью неорганической с содержанием SiO₂ до 20 %.

Технологическое оборудование фабрики размещено в закрытых помещениях, система промвентиляции оснащена газопылеулавливающими установками.

На сегодняшний день на предприятии предусмотрены следующие мероприятия по борьбе с пылью:

- применение процессов мокрого обогащения бинарной смеси углей;

- для снижения пыли в воздухе производственных помещений применяются пылезащитные укрытия мест перегрузок и пылящего технологического и транспортного оборудования;

- для уменьшения содержания пыли в воздухе производственных помещений и исключения отложения пыли на обогатительной фабрике применяются аспирационные установки, и имеется газоочистное отделение;

- во всех производственных помещениях дробилки, перегрузки и главного корпуса производится мокрая уборка угольной пыли.

На ЦОФ «Березовская» применяется следующее газопылеулавлевающее оборудование, 1ступень – циклон ЦН -15 (сухая очистка, параллельно 12шт.); 2 ступень – скруббер МП ВТИ (мокрая очистка, параллельно 2 шт.), а так же пылеуловитель ПМ – Тайра. Аспирационные установки типа СИОТ и ПМ-35 (мокрые пылеуловители) используются для отсоса и очистки запыленного воздуха в местах перепадов угля: на ленточных конвейерах и бункерах рядового угля и высушенного концентрата. Так же при высоких концентрациях используются индивидуальные средства защиты от пыли. Индивидуальная защита органов дыхания от угольной и породной пыли осуществляется с помощью противопылевых респираторов, которые обеспечивают очистку вдыхаемого воздуха от пыли до величины, не превышающих предельно допустимых концентраций.

Анализ работы газопылеулавливающих установок представлен в таблицах 6 и таблице 1.

Таблица 1

Анализ работы газопылеулавливающих установок при улавливании взвешенных веществ (пыль угольная, пыль породная)

Таблица 2

Анализ работы газопылеулавливающих установок при улавливании газовых загрязнителей

Исходя из данных анализа работы газопылеулавливающего оборудования, можно сделать вывод, что система комплексного пылеподавления несмотря на высокую эффективность на отдельных участках технологической цепи, зачастую не в состоянии обеспечить снижение запыленности воздуха до уровней близких к нормативным.

Системный подход к обеспечению пожаровзрывобезопасности на объектах предприятия предопределяет необходимость разработки мероприятий по комплексному обеспылеванию для ПАО ЦОФ «Березовская».

Важнейшим направлением снижения промышленных выбросов в воздушный бассейн является совершенствование технологии производственных процессов и основного технологического оборудования.

В зависимости от конкретных условий протекания процесса подавление пылегазовыделений может осуществляться различными способами.

Самым главным и наиболее эффективным мероприятием по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу является правильный выбор технологической схемы пылегазоочистки и безопасная эксплуатация аппаратов очистки. Технологическая схема пылегазоочистки должна отвечать следующим требованиям:

- структура и аппаратурное обеспечение технологии должны обеспечивать максимальное освобождение отходящих газов от всех присутствующих в них загрязнителей воздуха;

- формирование технологической схемы должно соответствовать необходимым стадиям очистки;

- уловленные твердые материалы, представленные полезными сырьевыми компонентами, необходимо сосредотачивать в коллекторах контейнерного типа, исключая повторное прохождение уловленного материала в системе очистки.

На ЦОФ «Березовская» для снижения запылённости производственных помещениях необходимо применить технические мероприятия в отделении газоочистки, которое расположено в сушильном цеху. При сушке концентрата происходит наибольший выброс пылевого загрязнения, и высока вероятность возникновения взрывоопасной ситуации.

В сушильном отделении отсос запыленного воздуха осуществляется после сушильного барабана. Очистка запыленного воздуха осуществляется на каждом агрегате (всего установлено на фабрике 3 сушильных агрегата) по двуступенчатой системе. Выброс от каждого агрегата идет в самостоятельную трубу.

1. В качестве I стадии очистки применяется циклоны ЦН-15 (12 шт., установлены параллельно).

В циклонах ЦН-15 происходит сухая очистка, при которой улавливаются крупные фракции пыли. Данный аппарат очищает от сухой пыли размером более 15 – 20 мкм. Эффективность очистки аппарата составляет 89%.

2. На II стадии очистки используется скруббер МП ВТИ (2 шт).

В скрубере МП ВТИ осуществляется мокрая очистка газового потока от пылевых частиц и газовых загрязнителей. Данный аппарат эффективно очищает поток от газовых загрязнителей, таких как SO₂, а так же аппарат очищает от пылевых частиц размером более 10 мкм, при более мелкой фракции пыли эффективность аппарата снижается, так как при очистки мокрым способом тонкой пыли происходит забивка шламами, которые необходимо ликвидировать.

Отработанные газы с помощью дымососов типа Д-20*2 выбрасываются в атмосферу через вытяжные трубы.

Эффективность данной системы зависит от размера очищаемой пыли. На ЦОФ «Березовская» выделяются пылевые частицы по дисперсному составу близкие ко II и III, IV группам дисперсности пыли, то есть размер частиц составляет от 1 мкм до 150 мкм (0,001 мм до 0,15 мм). Таким образом, аналоговая система обеспыливания обеспечивает очистку от крупной фракции пыли размером 15-20 мкм и до 50 % тонкой фракции пыли размером более 10 мкм, и  являются не эффективной, так как не улавливает более мелкие частицы пыли, которые занимают основной объем пыли около 50%, которая уходит в атмосферный воздух и в шламы при мокрой очистки.

На сегодняшний день данная проблема является актуальной. Одним из наиболее совершенных способов очистки промышленных газов от пыли на предприятиях типа ПАО ЦОФ «Березовская» является очистка в электрофильтрах.

Для увеличения эффективности очистки и для снижения запыленности воздуха от тонкой фракции пыли, необходимо использовать следующие технические мероприятия по снижению запыленности производственных помещениях:

1. Установка электрофильтров для улавливания тонкой фракции пыли.

Электрофильтры успешно применяются на установках газоочистки предприятий металлургии, энергетики, нефтегазовой и цементной промышленности.

Широкое применение электрофильтров на предприятиях для улавливания твердых и жидких частиц обусловлено их универсальностью и высокой степенью очистки газов при сравнительно низких энергозатратах. Эффективность установок электрической очистки газов достигает 99%, а в ряде случаев и 99,9%. Такие фильтры способны улавливать частицы различных размеров, в том числе и субмикронные.

Электрофильтр устанавливается непосредственно после оборудования сухой очистки циклонов ЦН-15. Таким образом, технологическая система очистки выбросов примет трехступенчатый вид, что позволит очищать выбросы от более тонкой пыли, обеспечит наиболее высокую эффективность и достижение нормативов ПДВ.  Трехступенчатая система очистки состоит из следующих аппаратов, приведённых в таблице 3.

Таблица 3

Перечень аппаратов снижения запыленности воздуха

Применение электрофильтра обеспечит очистку воздуха от  мелкодисперсной пыли, размером до 0,1 мкм в местах ее выделения и позволяет не только уменьшить количество воздуховодов аспирационной системы, но и сделать рециркуляцию воздуха более интенсивной, а так же ликвидируют шламы.

В настоящее время электрической системой очистки газа пользуется большое количество производств. В связи с тем, что на каждом производстве имеются разные виды загрязнителей, разработан широкий спектр аппаратов электрической очистки. Поэтому при выборе электрофильтра необходимо учитывать все показатели производства.

Выбор электрофильтров производится по следующим критериям и параметрам: объема газов, температуры газов, размера пылевых частиц, эффективности очистки, производительность, гидравлическое сопротивление.

В последние годы отечественными и зарубежными фирмами предложен ряд новых аппаратов для очистки пылегазовых выбросов.

В обзоре приведены электрофильтры, которые разработаны или созданы с участием сотрудников ЗАО «Семибратовская фирма НИИОГАЗ» – ЗАО «СФ НИИОГАЗ», ЗАО «Кондор-Эко» и ЗАО «Управляющая компания «Кондор-Эко». Данные электрофильтры поставляются компанией ЗАО «Кондор-Эко».

Таблица 4

Технические характеристики электрофильтров

Анализируя технические характеристики электрофильтров (эффективности очистки, площади активного сечения, температуры, площади осаждения, количества полей и т.д.) можно сделать вывод, что более подходящим аппаратам для очистки от тонкой фракции пыли менее 10 мкм на ЦОФ «Березовская» являются электрофильтры типа ЭВВ-2-6,1-24-I, так как они обеспечивают более высокий процент очистки запыленного потока, основным достоинством данного электрофильтра является возможность использования электрофильтра во взывопожароопасной среде.

Выброс пыли на выходе в результате установки электрофильтра составляет 0,05 мг/м³ что соответствует нормативам ПДВ.

Преимущества электрофильтра:

- возможность работы при высоких температурах до 300°С;

- возможность очистки больших объемов газа;

- работа установки в среде перенасыщенной влагой;

- возможность работы электрофильтра в агрессивных средах;

- возможность продолжительной работы установки за пределами технологических параметров, предусмотренными картой эксплуатации;

- низкое гидравлическое сопротивление установки ~150 Па;

- низкие эксплуатационные расходы;

- простота в обслуживании;

- высокая надежность узлов и механизмов.

К недостаткам электрофильтров можно отнести следующее:

- высокая стоимость аппаратов;

- высокую чувствительность процесса электрической очистки газов к отклонениям от заданного технологического режима, а также к механическим дефектам внутреннего оборудования;

- занимают большую площадь.

В результате установки электрофильтра ЭВВ2-6,1-24-I снизится запыленность атмосферного воздуха, а так же за счет улавливания тонкой фракции пыли уменьшится объем шламов после мокрой очистки.

В связи с возможностью возникновения в электрофильтре взрывоопасной ситуации, при нарушениях технологического режима, верхняя часть корпуса аппарата изготовлена в виде открытых (в атмосферу) шахт с дополнительными откидными предохранительными клапанами.

Данный тип электрофильтра по сравнению с другими электрофильтрами усовершенствован, в нем значительно улучшены электрические характеристики, снижена металлоемкость, повышен уровень надежности.

В работе рассмотрена технологическая схема обогащения коксующихся углей. Проведен анализ газапылеулавливающего оборудования, разработан комплекс мероприятий, направленных на повышение качества атмосферного воздуха и безопасности технологических процессов по переработке полезного ископаемого, обладающего взрывпожароопасностью.

В результате проведенных исследований предложены следующие рекомендации:

- для подавления пыли при ведении работ необходимо применять оборудование, оснащенное пылеулавливающими установками;

- применение электрофильтров для улавливания тонкой фракции пыли в отделении газоочистки (ЭВВ2-6,1-24-I);

- необходимо обеспечивать максимальную герметизацию технологического оборудования и укрытие всех мест пылевыделения;

- увлажнение угля в пределах, допускаемых технологическим процессом;

- постоянный контроль и надзор за соблюдением норм и правил технологического режима, пожаровзрывобезопасности;

- применение средств индивидуальной защиты: спецодежду, спецобувь, каски, респираторы, защитные очки, перчатки.

Список литературы:

1. Федеральный закон № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 20.06.97 с изм. и доп. 2013г. // ПСС Техэксперт.
2. Положение о пылегазовом режиме на углеобогатительных фабриках (установках) Москва ЗАО НТЦПБ от 20.04.2012 г. // ПСС Техэксперт.
3. Александров, С. Н. Охрана труда в угольной промышленности / С. Н. Александров, Ю. Ф. Булгаков, В. В. Яйло. – Донецк: РИА ДонНТУ, 2012. – 480 с.
4. Калаева, С. З. Влияние мелкодисперсной пыли на биосферу и человека / С.З. Калаева, К.М. Муратова, Я.В. Чистяков, П.В. Чеботарев. – Известия ТулГУ, 2016. – 24 с.
5. Бобриков В. В. Охрана труда на углеобогатительных фабриках: Справочное пособие / В. В. Бобриков, Л. Ф. Журбинский, В. Д. Роговской. – Москва «Недра», 1989, 104 с.
6. Санаев, Ю. И. Обеспыливание газов электрофильтрами / Ю. И. Санаев.– Ярославская область: Кондор-Эко, 2009. – 163 с.