Теория и технология производства стали 1. Учебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act

• Название: Учебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act
• Анкор: Теория и технология производства стали 1.doc
• Дата: 22.04.2017
• Размер: 7.23 Mb.
• Имя файла: Теория и технология производства стали 1.doc
• Тип: Учебник; #5208
• страница: 73 из 88

25.18. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
Одна из серьезных проблем охраны окружающей среды — проблема лик­видации (захоронения) твердых быто­вых отходов (ТБО).

Количество ТБО, приходящихся на душу населения, колеблется в различных странах в широких пре­делах, в настоящее время 150— 500 кг/(чел. • год), но везде имеет тенденцию к постоянному увеличе­нию. В странах Западной Европы и Северной Америки ежегодное обра­зование (выход) ТБО достигает 600— 800 кг/(чел. • год). Растет этот пока­затель и у нас в стране.

Проблема утилизации ТБО для нашей страны весьма важна. Извест­ный показатель WI (Wastes Index — индекс отходов), представляющий отношение массы бытовых отходов к сумме всех отходов и свидетельству­ющий в известной мере об уровне личного потребления, составляет: в Германии и Англии 0,26, в США и Франции 0,23, в Японии 0,19. В странах СНГ этот показатель на по­рядок ниже (это значит, что следует ожидать заметного роста массы обра­зующихся ТБО).

Средний состав ТБО (мае. %): ма­кулатура (20—40), металлы (2—5), пи­щевые отходы (20—40), пластмассы (1—5), стекло (4—6), текстиль (4—6). В ближайшие годы можно ожидать заметного повышения в ТБО массы полиэтиленовых изделий, так как в России потребление полиэтилена со­ставляет в настоящее время около 4 кг/(чел. • год), в то время как в США и Западной Европе — 30—40 кг. Поли­этиленовые (и т. п.) изделия очень плохо подвергаются утилизации — это одна из серьезных экологических проблем в мире.

Практика содержания ТБО на свалках или захоронения их исключа­ет из оборота значительные террито­рии, загрязняет воздушный и водный бассейны, создает ряд проблем сани­тарно-гигиенического плана. На свал­ках ежегодно теряется значительное

количество железа, олова, алюминия, меди.

В мировой практике нашли про­мышленное применение следующие способы переработки ТБО: а) терми­ческая обработка (сжигание); б) био­термическое аэробное компостирова­ние (с получением удобрений или биотоплива); в) анаэробная ' фермен­тация (с получением биогаза); г) сор­тировка (с извлечением тех или иных ценных компонентов). Идеальным было бы создание предприятий, включающих комплексное использо­вание нескольких (из перечисленных выше) способов. При этом следует учитывать ряд обстоятельств. Так, на­пример, прямое сжигание ТБО без сортировки нежелательно и малоэф­фективно из-за значительной доли в них негорючих материалов, а также из-за полной потери таких цветных металлов, как олово, свинец, алюми­ний, медь и др.

Поэтому принятые схемы обработ­ки ТБО обычно включают: селектив­ный отбор таких отходов, как люми­несцентные лампы (обычно содержат ртуть), батарейки, аккумуляторы, стеклобой и т.д.; механическую сор­тировку с извлечением металлов, вы­делением текстильной фракции и т. п.; термическую обработку остав­шихся ТБО.

Сжигание часто проводят в топках; при этом конструктивные особеннос­ти топок, низкая теплотворная спо­собность мусора и плохой теплообмен из-за неравномерности и практически неконтролируемого состава мусора приводят к тому, что часть мусора го­рит в зонах низких температур, сгора­ние происходит недостаточно полно или вообще происходит пиролиз, а не горение. В результате с отходящими газами выносится много неразложив­шихся органических и неорганичес­ких соединений, часто весьма вредных (фосген, диоксины и др.). Использо­вание для сжигания атмосферного воздуха приводит к образованию боль­ших объемов дымовых газов (отсюда необходимость строительства громозд­ких газоочистных сооружений). Обра­зование из-за низкой температуры зольных твердых остатков, включаю­щих соли тяжелых металлов, требует организации обезвреживания и захо­ронения таких остатков и т. д. Поэто­му существующие методы сжигания ТБО не могут быть признаны совер­шенными.
'Анаэробы, анаэробные организмы (не­которые виды бактерий, дрожжи и др.) спо­собны жить в отсутствие кислорода.
Решению проблемы в целом спо­собствовало бы использование для сжигания высокотемпературных агре­гатов. Таким требованиям могут удов­летворять плавильные агрегаты чер­ной металлургии. Подобные предло­жения и проекты уже имеются, однако достаточно большого практического опыта по использованию металлурги­ческих агрегатов для сжигания ТБО пока не накоплено.

На рис. 25.14 приведен один из воз­можных вариантов организации про­цесса утилизации промышленных от­ходов и мусора (в частности, стальная стружка, окалина, мелкий лом, фор­мовочная земля, древесина, текстиль, кожа, токсичные и специальные отхо­ды). Схема процесса утилизации раз­работана специалистами МИСиС и Стальпроекта. Отходы попадают в ки­пящую шлаковую ванну, продуваемую воздухом, обогащенным кислородом. В печь подают уголь или природный газ. Температура шлака 1400—1500 "С, что обеспечивает пиролиз и газифика­цию отходов.

Минеральная часть отходов раство­ряется в шлаке, который затем можно использовать для производства строй­материалов. Кроме того, получается некоторое количество сплава (близко­го по составу к чугуну), содержащего медь, никель и другие примеси цвет­ных металлов, содержащиеся в пере­рабатываемых отходах.

Существуют проектные разработки по использованию для утилизации ТБО небольших доменных печей, пла­менных печей и др.

Пока еще трудно сказать, получит ли в будущем широкое распростране­ние практика использования высоко­температурных металлургических аг­регатов для ликвидации свалок мусо­ра, извлечения из него ценных компо­нентов.


Рис. 25.14. Процесс утилизации мусора в высокотемпературном агрегате:

а — технологическая схема процесса утилизации мусора (1 — поступление промышленных отходов; 2 — изве­стняк; 3— уголь; -/ — воздуходувка; 5— кислородная станция; 6— отходящий газ; 7— котел-утилизатор; 8— электростанция; 9— пар; 10 — электроэнергия в сеть; 11 — пар для потребителей; 12 — газоочистка; 13 — возврат пыли в процесс; 14— концентрат цветных металлов; 15— металл; 16— шлак; 17— шлакоблоки (ке­рамические литые изделия); IS—шлаковата (минеральное волокно); 19— граншлак); б— печь для непре­рывной переработки бытовых и промышленных отходов в барботируемом шлаковом расплаве (1 — барботи-руемый слой шлака; 2 — слой спокойного шлака; 3 — слой металла; 4— огнеупорная подина; 5— сифон для выпуска шлака; 6— сифон для выпуска металла; 7— переток; '8— водоохлаждаемые стены; 9— водоохлажда-емый свод; 10— барботажные фурмы; 11 — фурмы для дожигания; 12 — загрузочное устройство; 13— крыш­ка; 14— загрузочная воронка; 75— патрубок газоотвода)

26. РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

В МЕТАЛЛУРГИИ

Одной из важнейших проблем, сто­ящих перед человечеством в XXI в., является проблема о соответствии (или несоответствии) растущих по­требностей человечества с возможнос­тью их удовлетворения ресурсами на­шей планеты.

Непрерывный рост населения Зем­ли (число жителей на планете в конце XX в. превысило 6 млрд. человек) свя­зан с соответствующим непрерывным увеличением мирового потребления энергии, заметным увеличением по­требления воды, уменьшением пло­щадей, занятых лесами и т. д. На этом фоне особенно заметны рост количе­ства бытовых отходов и массы сточ­ных вод, деградация земель (отчуж­дение земли населенными пункта­ми, промышленностью, транспортом, опустынивание, химическое загрязне­ние), загрязнение атмосферы и т. д.

В ряде промышленно развитых стран расходы, связанные с решением проблем экологии и охраны природы, уже превысили 2,0-2,5 % по отноше­нию к валовому национальному про­дукту. Правила инженерного подхода к организации технологий производ­ства часто стали обозначать, как пра­вила «ЗЕ» (Energy + Ecology + Eco­nomy), или по-русски «ЗЭ» (Энергия + + Экология + Экономия).

Широко используемое слово «ре­сурсы» происходит от французского ressouce(вспомогательное средство) и обозначает денежные средства, ценно­сти, запасы, возможности, источники средств, доходов. Обычно различают ресурсы: а) экономические (матери­альные, трудовые, финансовые) и б) природные (естественные).

В дальнейшем под словом «ресур­сы» мы будем понимать чаще всего именно природные возможности.
26.1. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ
Это важнейшие компоненты окружа­ющей естественной среды, используе­мые человеком для целей удовлетворе­ния материальных и культурных по­требностей. Классификация природных ресурсов сводится к нижеследую­щему.

26.1.1.Главные виды: солнечная энергия; энергия приливов и отливов; внутриземное тепло; водные ресурсы; земельные ресурсы; лесные ресурсы; растительные ресурсы; ресурсы жи­вотного мира; минеральные ресурсы (полезные ископаемые, в том числе топливно-энергетические).

26.1.2. Степень возобновляемости. По показателю возобновляемости раз­личают: 1) неисчерпаемые ресурсы (солнечная энергия, энергия приливов и отливов); 2) исчерпаемые ресурсы, которые, в свою очередь, подразделя­ются: а) на невозобновляемые (полез­ные ископаемые) и б) возобновляемые (растительный и животный мир).

26.1.3. Характер использования при­родных ресурсов многообразен:

а) в материальном производстве — это энергетика, промышленность, сельское хозяйство;

б) в непроизводственной сфере — это оздоровительные мероприятия, отдых, спорт и т. п.;

в) одноцелевое, многоцелевое ис­пользование;

г) по возможности (или невозмож­ности) использование отходов соб­ственного или другого производства.

В особую категорию природных ресурсов могут быть отнесены такие «географические» ресурсы, как ланд­шафт, красоты природы, благоприят­ный климат и т. п. К особой категории ресурсов часто относят и такой сугубо человеческий фактор, как интеллекту­альные ресурсы.

Одним из существующих ресурсов сегодня может считаться экологичес­кий фактор. Трудно определить, что является первичным и что — вторич­ным: экология и ресурсосбережение или ресурсосбережение и экология? Для оценки качества и ценности при­родных ресурсов используют состав­ленные официальными органами специальные показатели — кадаст­ры ¹, в частности:

водный кадастр — систематизированный свод сведений о водных ресур­сах страны (региона). Обычно включа­ет сведения о режимах рек и озер, об уровнях воды, о водохранилищах и др.;

земельный кадастр — совокупность сведений о природном, хозяйственном и правовом положении земель;

таксация леса — учет леса, его всесторонняя материальная оценка, характеристики насаждений, прироста и т. д. (сведения, необходимые для ин­вентаризации леса).

¹ От англ, shredding— измельчение.
26.1.4. Природа и человек. Развитие человеческого общества происходило и происходит в постоянном взаимодей­ствии с природой. Влияние человека на природу, окружающую среду неизбеж­но; оно усиливается по мере развития производительных сил и увеличения массы веществ, вовлекаемых в хозяй­ственный оборот. В настоящее время воздействие человека на природу при­обретает такие масштабы, что в отдель­ных регионах возможны нарушения су­ществующего в природе относительно­го равновесия, причем эти нарушения могут стать необратимыми.

Основные виды нежелательного воздействия человека на окружающую среду: загрязнение атмосферы, загряз­нение гидросферы, загрязнение зем­ной поверхности, истощение природ­ных ресурсов (нерациональное ис­пользование полезных ископаемых, забор огромного количества пресной воды, отчуждение или приведение в негодность для сельскохозяйственного использования больших площадей, за­нятых промышленным строитель­ством, территорий, используемых под шлаковые отвалы, терриконы и т. п., вырубка лесов и т. д.).

26.2. КОМПЛЕКС ЭКОЛОГИЯ -ОХРАНА ПРИРОДЫ –

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
26.2.1. Экология² — обычно под этим словом понимают науку о взаи­моотношениях организмов между собой и с окружающей средой. В период современной научно-технической ре­волюции, когда воздействие человека на биосферу существенно возросло, экология приобрела огромное значе­ние. Сегодня экология служит науч­ной базой мероприятий по использо­ванию и охране природных ресурсов, по сохранению среды в благоприят­ном для обитания человека состоянии. Основная задача экологии — изучение количественными методами основ структуры и функционирования при­родных и созданных человеком сис­тем; при этом решаются проблемы организации управления и рациона­лизации взаимоотношений человека и природы. Поскольку практическим выходом экологии как науки является решение проблем рационального при­родопользования и охраны природы от нерациональных приемов хозяй­ствования, сегодня чаще всего под словом экология прежде всего понима­ют науку об охране природы.
¹ От лат. taxatio— оценка.

² От греч. oikos — дом, жилище, местопре­бывание. (Наука об отношениях раститель­ных и животных организмов и образованных ими сообществ между собой и окружающей средой.)
Различа­ют также понятия:

экология человека — изучение об­щих закономерностей взаимоотноше­ний природы и общества;

экологический кризис — критичес­кое состояние окружающей среды, уг­рожающее существованию человека, вызванное хищническим использова­нием основных природных ресурсов (воды, воздуха, почвы, растительного и животного мира) и загрязнением ок­ружающей среды;

экосистема — единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой обитания (ат­мосфера, почва, водоем и т. п.), в ко­тором живые и косные компоненты связаны между собой обменом ве­ществ и энергии.
26.2.2. Охрана природы — это сис­тема естественнонаучных, технико-производственных, экономических и административно-правовых меропри­ятий, осуществляемых в пределах дан­ного государства или его части, а так­же в международном масштабе и на­правленных на сохранение и контро­лируемое изменение природы в интересах человечества, на поддержа­ние и увеличение ее продуктивности, обеспечение рационального использо­вания (включая восстановление) при-родных ресурсов и окружающей сре­ды. Решая те или иные технологичес­кие проблемы, организуя то или иное производство, мы принимаем в расчет расходы не только на освоение приро­ды, но и на охрану и восстановление экосферы, учитываем не только пока­затели прибыльности и производи­тельности, но и экологической обо­снованности технических нововведе­ний, экологического контроля над планированием промышленности и природопользования.
26.2.3. Окружающая среда — это понятие включает в себя представле­ние об окружающей природной среде. Именно так понимают данный термин в международных соглашениях, но в литературе часто в это понятие вклю­чают и искусственную среду (здания, сооружения, промышленные пред­приятия и т. п.).

Воздействие человека на окружаю­щую среду становится все более ощу­тимым. Меняются все природные компоненты: исчезновение (истребле­ние) одних видов животных, одомаш­нивание других, сокращение площади лесов, возникновение пустошей и даже пустынь, затопление огромных территорий, перемещение огромных масс горных пород, загрязнение Ми­рового океана при транспортировке нефти и нефтепродуктов, выбросы тепла, углекислоты, различных вред­ных веществ и т. п.

Оптимизация взаимодействия ок­ружающей среды и человеческого общества — это не только охрана природы и рациональное использование ресурсов, но и активное ее преобразование на основе новых (более совершенных) технологий исполь-зования сырья и получения энергии.
26.2.4. Природопользование — это понятие включает в себя совокупность воздействий человечества на геогра­фическую оболочку Земли. Рассмат­ривается в комплексе (в отличие от от­раслевых понятий, таких, как водо­пользование, землепользование, лесо­пользование и т. п.). Различают рациональное и нерацио-нальное при­родопользование.

Рациональное природопользование направлено на максимальное исполь­зование каждого природного территориального комплекса, предотвраще­ние (или максимальное снижение) возможных вредных последствий ка­ких-либо видов человеческой деятель­ности, поддержание и повышение продуктивности и привлекательности природы, на обеспечение и регулирование экономического освоения её ре­сурсов.

Составные части рационального природопользования — охрана, освое­ние и преобразование природы — про­являются в разных формах при ис­пользовании практически неисчерпа­емых ресурсов (энергии солнечного и подземного тепла, приливов и отливов и т. п.), главное — минимум расходов и максимум к.п.д. установок.

Для ресурсов, исчерпаемых и при этом невозобновляемых, например при добыче полезных ископаемых, главными являются комплексность в использовании ресурсов, экономич­ность добычи, сокращение отходов и т. п. При использовании исчерпаемых, но восполнимых ресурсов очень важ­ны их охрана, поддержание продук­тивности и ресурсооборота, организа­ция комплексной безотходной добычи и использования.

Совершенно ясно, что природо­пользование наряду с физической и экономической географией тесно свя­зано с экологией, социологией, эко­номикой и в особенности с технологи­ей разлиайых производств.

26.2.5. Основные направления охра­ны окружающей среды и рационального природопользования. Первое направле­ние («пассивный» метод защиты окру­жающей среды) — комплекс меропри­ятий по ограничению вредных выбро­сов и отходов производства с последу­ющей утилизацией отходов (очистка сточных вод от примесей, очистка га­зовых выбросов от вредных веществ, рассеивание вредных выбросов в ат­мосфере, захоронение токсичных и радиоактивных отходов). Второе на­правление — разработка таких техно­логических процессов, которые обес­печивают безотходное производство. Основные этапы разработки безотход­ной технологии: разработка способов и оборудования для переработки всех отходов производства (включая уходя­щие газы и пыль); разработка технологий обеспечивающих использование водооборотного цикла; отсутствие сточных вод; создание территориаль­но-производственных комплексов (ТПК), имеющих замкнутую структу­ру Материальных источников сырья, полупродуктов и отходов внутри ТПК.

В металлургии в настоящее время реализуется третье направление — разработка малоотходных технологий.

Под малоотходным производством часто понимают производство, вред­ное воздействие которого на окружа­ющую среду не превышает уровня, до­пустимого санитарными нормами, но образование отходов все же имеет ме­сто (соответственно имеются отвалы, ; захоронения отходов и т. п.).