Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

Выбросы диоксинов и фуранов

На заводах все реже имеется в наличии качественный лом. Увеличивается доля стального лома, загрязненного полихлорвиниловыми соединениями (провода, обшивка и т.п.). Даже на лучших ломоперерабатывающих заводах в продуктах измельчения корпусов автомобилей после снятия сидений и шин содержится до 2 % мас. углеводородов.

В сочетании с поливинилхлоридными материалами они в процессе нагрева лома при 550 – 600 oС образуют летучие органические соединения, диоксины и фураны.

Диоксины — это полихлорированные дибензопарадиоксины, относящиеся к классу плоскостных трициклических ароматических соединений. Известно 75 изомеров, различающихся свойствами. Эти твердые бесцветные вещества, плохо растворимые в органических растворителях и очень плохо - в воде. Диоксины - сильно токсичные соединения, отрицательно воздействуют на иммунную систему человека, нарушают функционирование печени, вызывают атрофию селезенки, влияют на рост числа заболеваний раком, выкидышей и врожденных уродств у потомства. У людей, подвергнутых действию диоксина (в результате аварий), проявлялись различные психические отклонения и кожные заболевания. Заболевания раком вызывают диоксины при концентрации 2,8 – 10-14 г/кг. Серьезную тревогу вызывает то, что воздействие даже крайне низких концентраций диоксинов резко усиливается в присутствии других биологически активных загрязняющих веществ.

Кроме диоксина может образовываться фуран, отличающийся от первого отсутствием одного атома кислорода в химической структуре соединения. Суммарное воздействие их усиливается.

Поэтому вводится понятие "токсичного эквивалента", выражающегося в нг/м3 газа. Предельно допустимая концентрация "токсичного эквивалента" в воздухе во многих странах установлена равной 0,1 нг/м3.

Загрязнение окружающей среды диоксинами происходит в основном за счет антропогенных источников, к которым относятся в первую очередь мусоросжигательные промышленные и городские станции (инсинераторы) и черная металлургия. В США выброс диоксинов в атмосферу составляет 2,9 кг/год, в Швеции - 0,2 кг/год.

Для образования диоксинов необходимы органические соединения, кислород и определенная температура. Оптимальные условия образования диоксинов создавались в инсинераторах. Катализаторами, во много раз увеличивающими содержание диоксинов в продуктах горения, являются тяжелые металлы, такие как медь. Диоксины разлагаются при высоких температурах, однако при прохождении продуктов высокотемпературного горения через газоходы неудачной конструкции установок они могут образовываться снова.

Во Франции провели определение содержания "токсичного эквивалента" в газах, выбрасываемых инсинераторами, аглофабриками, коксовыми печами и дуговыми сталеплавильными печами (на заводах фирмы Usinor). Несколько инсинераторов было остановлено. Выявили, что коксовые печи не выбрасывают диоксины, аглофабрики и дуговые печи выбрасывают соответственно 0,5-3,3 и 0,01—1,3 нг/м3 "токсичного эквивалента" (максимальные значения относятся к дуговым печам, выплавляющим углеродистую сталь и работающим с подогревом лома, особенно к шахтным дуговым печам). Печи, работающие без подогрева лома, выбрасывают меньше "токсичного эквивалента". Практически не выбрасывают диоксинов/фуранов печи, выплавляющие легированную сталь.

Следовательно, выбросы диоксинов/фуранов в атмосферу определяются

  • типом печи,
  • наличием горелок,
  • систем дожигания технологических газов и подогрева лома,
  • качеством лома
  • надлежащей эксплуатацией всего оборудования дуговых печей.

Улавливание диоксинов/фуранов представляет большую проблему. Обычные системы газоочистки улавливают до 60 % диоксинов. Во Франции принят закон, обязывающий устанавливать за дуговыми печами газоочистные сооружения. ограничивающие выбросы диоксинов из каждой дуговой печи менее 1 г/год. Обеспечить такую очистку крайне трудно. Необходимо совершенствовать технологию нагрева и плавления лома и строить новые дорогие газоочистные сооружения.

Диоксины/фураны сгорают до СО2 и Н2О при высокой температуре, что можно обеспечить за счет дожигания технологических газов. Очень важно, чтобы в охлаждаемом технологическом газе не протекал обратный процесс их образования, поэтому нужен постоянный контроль. Это достигается дожиганием газов при температуре примерно 1200 oС и последующей "закалкой" газов путем орошения водой или примешивания охлаждающего воздуха. Все это требует постоянного контроля.

Индикатором эффективности сжигания органических соединений может быть содержание монооксида углерода в отходящем газе, которое по законодательству об охране окружающей среды должно быть минимальным. Если концентрация монооксида углерода в отходящем газе менее 50 мг/м3, можно с уверенностью утверждать, что летучие органические соединения, диоксины и другие органические реагенты сгорели.

Для очистки технологических газов от диоксинов/фуранов необходимо новое оборудование, более дорогостоящее, обеспечивающее газоочистку от аэрозолей и пыли, на которых адсорбируются диоксины, до уровня менее 20 мг/м3, например скрубберы типа "Airfine". Одним из способов является вдувание адсорбента (активированного угля) в технологические газы. Но этот способ опасен из-за возгорания пыли в фильтрах при вдувании угля (коксовой пыли) более 50 мг/м3. Разрабатываются различные способы охлаждения технологических газов до газоочистки и вдувания коксовой пыли, обеспечивающие снижение содержания диоксинов в выбрасываемых газах до менее 0,1 нг/м3.

По-видимому, ужесточение законодательства по выбросам диоксинов может привести к отказу от многих способов подогрева лома, как это уже было на некоторых заводах Германии и Австрии.

Печи, оборудованные системами подогрева лома, в частности шахтные печи, являются потенциальными источниками выбросов диоксинов/фуранов. Эти печи необходимо строже контролировать на выбросы органических соединений, печи должны быть оборудованы системами анализа состава отходящих газов ч системами комплексного управления работой всех горелок и фурм. Снижению образования ядовитых органических соединений в технологических газах способствует мониторинг стального лома и его подготовка к плавке.