Классификация выбросов стекольного производства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

Введение.......................................................................................................	4
1 Характеристика стекольной промышленности Республики    Беларусь.....................................................................................................	5
2 Классификация выбросов стекольного производства.......................	7
2.1 Выбросы составных цехов.................................................................	9
2.2 Выбросы на стадии стекловарения...................................................	10
3 Применяемые методы, аппараты и сооружения очистки выбросов        и сбросов....................................................................................................	13
3.1 Оборудование и средства защиты атмосферного воздуха от          пылегазовых выбросов.......................................................................	13
3.2 Методы и оборудование для очистки воды и промышленных            стоков...................................................................................................	17
4 Накопление  и утилизация отходов..........................................................	20
5 Вторичное  использование твердых отходов  и теплоты.....................	23
Заключение...................................................................................................	25
Список использованных источников.........................................................	26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Широкомасштабное антропогенное  воздействие на природные экосистемы особенно ощутимо в промышленно развитых регионах. Техногенное загрязнение окружающей среды, сокращение естественных ресурсов биосферы, деградация лесов, снижение генетического потенциала чувствительных видов или полное их исчезновение – далеко не полный перечень проблем, порождаемых промышленным загрязнением и внедрением в экономику недостаточно эффективных технологий. Экономические и технологические трудности на пути решения экологических проблем в областях производства привели к необходимости оценки существующего и прогнозируемого загрязнения среды и разработки комплексных методов улучшения её качества [1].

Производственная деятельность предприятий стекольной промышленности является одним из факторов мощного антропогенного воздействия на окружающую природную среду. В силу специфики технологических процессов производства стекла в стекольной отрасли образуются значительные объёмы загрязнителей, которые оказывают негативное воздействие на объекты природной среды. Эффективность разрабатываемых природоохранных мероприятий в значительной степени зависит от знания состава и свойств загрязнителей.

Ежегодно на предприятиях образуются сотни загрязнителей, которые поступают в объекты окружающей среды. Среди загрязнителей наибольшую опасность представляют жидкие и полужидкие загрязнители, а также загрязнители в виде пыли, которые в силу своей подвижности обладают высокой аккумулирующей способностью, что может приводить не только к стойкому загрязнению объектов окружающей среды, но и к нарушению экологического равновесия в местах их скопления [2].

Для оценки воздействия  загрязнителей промышленности используются, как правило, самые разные подходы и методики. Это приводит к тому, что получаемые результаты не отражают объективной картины, вследствие чего объективная экологическая обстановка состояния природной среды в районах деятельности предприятий сильно искажается, и поэтому не представляется возможным адекватно реагировать на загрязнение [3].

Целью данной курсовой работы является изучение влияния предприятий стекольной промышленности на окружающую среду, подробное исследование характеристик выбросов и сбросов предприятий, применяемых аппаратов и сооружений для их очистки, а также изучение накапливаемых и утилизируемых отходов.

 

 

 

 

 

1 Характеристика стекольной промышленности Республики  Беларусь

 

 

Стекольная  промышленность Республики Беларусь включает 18 предприятий. Все они обеспечивают безубыточную работу. На протяжении последних лет отрасль сохраняет экспортную направленность – за рубеж поставляется около 50 % продукции. К ведущим предприятиям, производящим стекольную продукцию относятся: СП «Стеклозавод «Елизово», ЗАО «Бел- евротара», ОАО «Стеклозавод «Залесье», ПРУП «Борисовский хрустальный завод», ОАО «Гомельстекло», ОАО «Гродненский стеклозавод», предприятие «Стеклозавод «Неман». Почти все они оснащены высокотехнологичным энергосберегающим оборудованием из Германии, Швеции, Великобритании, Италии.

«Борисовский  хрустальный завод» производит следующую  продукцию: изделия из хрусталя, изделия  стеклянные пустотелые бытовые, посуду из хрусталя, рассеиватели для светильников, бокалы, рюмки, хрусталь, аквариумы, бутылки стеклянные, сувениры из стекла. Кроме того, на ПРУП «Борисовский хрустальный завод» предусматривается освоить выпуск стеклотрубки, ампул шприцевого и вакуумного наполнения, медицинской тары.

ОАО «Гродненский стеклозавод» производит стекло узорчатое, армированное, стеклоблоки, бутылки стеклянные для пищевых и технических жидкостей, а также выпускает эксклюзивную тару.

«Стеклозавод  «Неман» производит изделия из хрусталя, цветного и бесцветного стекла со всевозможными видами декорирования. Ассортимент предприятия представлен 3000 видов изделий для сервировки домашнего стола, кафе, ресторанов, интерьеров домов и офисов: хрусталь, бокалы, бокалы для шампанского, креманки, рюмки, стаканы, фужеры, сувениры, сортовое стекло, деколи, стопки, бокалы, пивные кружки, пивные кувшины, приборы для водки, приборы для напитков и т.д.

В стране в настоящее время производятся стеклоизделия практически всех наименований. При этом номенклатура выпускаемых изделий ежегодно расширяется, разрабатываются и внедряются в производство как аналоги уже существующих, так и новые оригинальные технологии. Так, например, ОАО «Гомельстекло» занимает особое место в стекольной отрасли республики, т. к. производит листовое полированное стекло по float-технологии на одной из самых крупных технологических линий в Европе. Актуальность данного проекта обусловлена ростом спроса на обработанное листовое полированное стекло, а также отсутствием подобных производств на иных предприятиях Республики Беларусь. Реализация проекта дает возможность обеспечить выпуск в сутки 450 тонн листового флоат-стекла взамен импортируемого. Согласно программе австрийской компанией «АТЕС GmbH» в 2009-2011 годах создано производство стекла полированного толщиной от 2 до 12 мм, в том числе тонированного в массе, с установкой двух технологических линий мощностью 500 тонн стекла в сутки каждая. На площадях ОАО "Гомельстекло" с участием этой австрийской компании в 2007 году было также организовано стеклотарное производство мелкого ассортимента, в том числе банок для продуктов детского питания. Стратегия развития «Гомельстекла» предусматривает модернизацию действующей технологической линии, расширение производства промышленной переработки стекла и создание нового производства энергосберегающих стекол, организацию выпуска сверхтонкого листового стекла, широко применяемого в электронике и других сферах, а также солнечных батарей.

В результате за счет собственного производства потребности Беларуси в стекле удовлетворяются более чем на 90 % [4].

В число наиболее актуальных проблем в отрасли  входит развитие собственной сырьевой базы. Разведанных запасов кварцевого песка хватит еще примерно на 10 лет, однако уже сейчас необходимо заниматься разработкой новых перспективных месторождений. Кроме этого, стоит вопрос повышения эффективности использования стеклоотходов. Во многих странах именно стеклобой составляет основу производства в стекольной промышленности ввиду экологичности и дешевизны такого сырья [5].

Наряду с  многоплановыми задачами по техническому перевооружению производств стекла, решение которых позволит повысить производительность труда, снизить энергопотребление и расход материалов, неотложными являются задачи, вытекающие из требований промышленной экологии.

Рост мощностей  производства стекла неизбежно связан с ростом их воздействия на окружающую среду. Поэтому дальнейший прогресс этой отрасли должен протекать в тесной взаимосвязи с решением задач очистки отходящих газов, созданием бессточных производств, вовлечением в переработку отходов, уменьшением теплового воздействия на биосферу и т.д. Одним из путей решения экологических проблем стекольных производств является такое изменение технологий производства стекла, которое позволило бы снизить объем вредных газовых потоков, уменьшить объемы отбросных твердых компонентов и снизить энергопотребление. Этот путь наиболее экономичен, так как очистка отходящих газов и жидкостей весьма сложное, дорогое, но необходимое дополнение к действующему производству [6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Классификация выбросов стекольного производства

 

 

Производство  изделий из стекла связано с образованием большого количества отходов и выбросов, которые можно классифицировать по физико-механическому состоянию следующим образом (рисунок 1):

а) твердые отходы (стеклобой, сырьевые материалы цехов подготовки шихты в виде пыли, порошковых отходов цехов обработки сортовой посуды);

б) суспензии и шламы (шламы и осадки систем подготовки шихты, систем пылегазоулавливания и очистки сточных вод, суспензии систем шлифования и полирования стекол);

в) сточные воды (сливы замасливателя в производстве стекловолокна, полировальные, промывные и травильные растворы при обработке и декорировании изделий и т.д.);

г) газообразные выбросы (отходящие газы стекловаренных печей, содержащие оксиды азота и серы, соединения свинца, фтора, фосфора и бора, оксид углерода, бензапирен, дымовые газы сушильных цехов подготовки шихты, газовая фаза и воздух стадий закалки и охлаждения стекла).

Образование отходов  в различных подсистемах производств  стекла вызвано рядом причин, ранжированную последовательность которых можно записать в следующем порядке:

а) несовершенство технологических процессов отдельных стадий производства стекла;

б) недостатки в конструкции оборудования и его несоответствие характеру протекающих процессов;       

в) несоблюдение технологических регламентов и низкая культура обслуживания и эксплуатации оборудования.

Из всех классификаций отходов наиболее эффективна классификация, учитывающая их физико-механическое состояние, химико-физическую структуру и специфические свойства [7].

По свойствам  и составу отходов их можно разделить на близкие к исходному сырью (порошковой шихте), к целевому продукту (стекломасса, стеклобой, крошка и пыль цехов обработки изделий), к сырью других производств.

В то же время  ряд отходов образуют так называемые вторичные материальные ресурсы, например стеклобой, количество которого для некоторых производств достигает 50 % от исходной стекломассы. К таким ресурсам относятся и дымовые газы стекловаренных печей, теплота которых может быть использована в качестве источников энергии.

Таким образом, процессами переработки шихты в стекло, приводящими к вредным выбросам и вредным воздействиям, являются следующие: загрузка шихты в стекловаренную печь, при которой часть ее удаляется топочными газами; выделение реакционных газов, паров продуктов pacплaвa и удаление мелких капель, образующихся при плавлении шихты и из объема расплавленной стекломассы; образование вредных компонентов в процессе сжигания топлива; потери теплоты – тепловое загрязнение с отходящими газами и через стенки основных аппаратов и трубопроводов [8].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Классификация отходов стекольного производства

 

2.1 Выбросы  составных цехов

 

 

Технология  производства стекла включает две основные стадии: подготовку сырьевых компонентов с получением шихты и стекловарение с выработкой стеклоизделий.

Основным компонентом  шихты, используемой для широкого ассортимента стекол, является кварцевый песок, диоксид кремния, который составляет от 50 до 75 % массы готового стекла. В состав шихты входят также карбонат натрия, доломит, карбонат калия, сульфаты, нитрат кальция и натрия, борная кислота, оксиды свинца, цинка, мышьяка, фтористые соединения и др. [9].

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.