Фрагмент документа "ОБ УТВЕРЖДЕНИИ РАСЧЕТНОЙ ИНСТРУКЦИИ (МЕТОДИКИ) ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СОСТАВА И КОЛИЧЕСТВА ВРЕДНЫХ (ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ) ВЕЩЕСТВ, ВЫБРАСЫВАЕМЫХ В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЯ".
IV. Расчет выбросов оксида углерода в атмосферный воздух
при электролитическом производстве алюминия
Источником образования оксида углерода является углерод анодной
массы, который взаимодействует с кислородом по реакциям:
Аl2О3 + 2С = СО2 + СО + 2Аl, (63)
СО2 + С = 2СО. (64)
Суммарно эти реакции можно выразить уравнением:
3 3x 3 х (1 - x)
Al2O3 + ------- С = 2Al + ------- CO + ------------ CO2 (65)
2 - x 2 - x 2 - x
Кроме кислорода, содержащегося в глиноземе, в указанных реакциях
участвует кислород, содержащийся в других видах сырья (анодной массе,
фтористых солях) и кислород воздуха, взаимодействующий с углеродом при
разрушении корки как при выполнении различных технологических операций
по обслуживанию электролизеров, так и при обвалах корки. Кроме того,
некоторое количество анодного материала окисляется кислородом воздуха
в зоне, где отсутствует алюминиевая обечайка, но еще нет корки
электролита (для электролизеров с самообжигающимися анодами с боковым
токоподводом), а также в зоне, находящейся выше корки электролита и
омываемой отсасываемым воздухом.
Количество кислорода, содержащегося в сырье, составляет в среднем
930 кг/т Аl (приложение 2). Расход анодной массы (углерода), как и
количество образующихся оксидов углерода, зависит от протекания
вторичных реакций, в частности реакции Будуара (64).
В реальных условиях доля углерода (от расхода анодной массы),
подвергающегося окислению в период наличия корки на электролизерах с
самообжигающимися анодами с верхним токоподводом, колеблется от 81 до
87% и в среднем составляет 84%, на электролизерах с самообжигающимися
анодами с боковым токоподводом колеблется от 83 до 87% и в среднем
составляет 85%, на электролизерах с предварительно обожженными анодами
колеблется от 87 до 92% и в среднем составляет 90%.
Количество образующегося под коркой СО рассчитывается по формуле:
обр о
К = 4,67 х Д х Р - 1,75 х Р , (66)
CO С ам О
обр
где К - количество образующегося оксида углерода, кг/т Аl;
CO
Р - расход анодной массы, кг/т Аl;
ам
о
Д - доля углерода, подвергшегося окислению под колоколом,
С
доли ед.;
Р - количество кислорода, окисляющего углерод под колоколом,
О
кг/т Аl.
Для корпусов электролиза, оборудованных электролизерами с
самообжигающимися анодами с верхним токоподводом, образующийся в
подколокольном пространстве оксид углерода в значительной степени
поступает в систему газоотсоса и в горелке окисляется до диоксида
углерода. Полнота протекания этого процесса определяется только
коэффициентом использования горелок во времени (фактом горения газа в
горелках). Остальная часть оксида углерода, количество которой
обусловлено неполной эффективностью улавливания газа газосборным
колоколом, поступает в атмосферу корпуса электролиза, но и в этом
случае примерно половина оксида углерода окисляется до СО2 при горении
анодного газа.
В зависимости от величины коэффициента эффективности улавливания
анодных газов газосборным колоколом количество кислорода, участвующего
в окислении углерода, рассчитывается по формуле (приложение 6 к
Методике):
гк о
Р = 930 + 0,54 х (1 - Э ) х Р х Д , (67)
О аг ам С
где 930 - количество кислорода, содержащегося в сырье и
участвующего в первичном окислении углерода, кг.
Количество оксида углерода, выбрасываемого в атмосферный воздух
через систему газоотсоса, рассчитывается по формуле:
го обр гк г г
К = К х Э х (1 - Э х Э ), (68)
СО СО аг СО
го
где К - количество оксида углерода, выбрасываемого в
СО
атмосферный воздух через систему газоотсоса, кг/т Аl;
гк
Э - эффективность улавливания анодных газов газосборным
аг
колоколом, доли ед.;
г
Э - КПИ горелок во времени, доли ед.;
г
Э - эффективность дожигания оксида углерода, доли ед.
СО
Эффективность улавливания анодных газов (оксида углерода,
сернистых соединений и смолистых веществ) газосборным колоколом больше
эффективности улавливания фторидов. Анодные газы образуются в зоне,
расположенной непосредственно под газосборником, и даже при нарушенной
корке электролита существенная часть анодных газов должна поступать в
систему газоотсоса, в то время как фтористые соли при их загрузке на
корку длительное время прогреваются, испаряются и гидролизуются. При
этом продукты испарения и гидролиза выделяются в атмосферный воздух,
минуя газосборник. При разрушении корки (обнажении поверхности
расплава) продукты испарения и гидролиза электролита выносятся
конвективным потоком в атмосферный воздух, также минуя газосборник, в
большей степени, чем анодные газы.
Эффективность улавливания анодных газов газосборным колоколом
определяется производственными службами в соответствии с данными
оперативного контроля за состоянием воздушной среды в корпусах
электролиза по следующей формуле:
гк аг аг аг аг аг
Э = SUM (Э х Т ) = Э х Т + Э х Т + Э х Т + Э x
аг n n 1 1 2 2 3 3 4
аг аг аг аг аг
х Т + Э х Т + Э х Т + Э х Т х Э х Т + Э х Т , (69)
4 5 5 6 6 7 7 8 8 10 10
аг
где Э - эффективность улавливания анодных газов
n
газосборником в период времени Т , доли ед.;
n
аг
Э принимается в соответствии с приложением 9 к Методике;
n
Э принимается в соответствии с данными оперативного контроля
г
за состоянием воздушной среды в корпусах электролиза.
Количество оксида углерода, поступающего в атмосферу корпуса
электролиза, определяется по формуле:
ак обр гк д
К = К х (1 - Э ) (1 - Э ), (70)
CO CO аг CO
ак
где К - количество оксида углерода, поступающего в
CO
атмосферу корпуса электролиза, кг/т Аl;
д
Э - степень дожигания оксида углерода, выделяющегося помимо
CO
колокольного газосборника, доли ед.
С учетом фактического содержания оксида углерода в воздухе
д
электролизных корпусов Э принимается равной 0,5.
CO
Суммарное количество оксида углерода, выбрасываемого в
атмосферный воздух, определяется как сумма количества СО,
выделившегося в атмосферу корпуса электролиза, и количества СО,
поступившего в систему газоотсоса:
ат ак го
К = К + К , (71)
CO CO CO
ат
где К - суммарное количество оксида углерода,
CO
выбрасываемого в атмосферный воздух, кг/т Аl.
Для корпусов электролиза, оборудованных электролизерами с
самообжигающимися анодами с боковым подводом тока, образующийся под
коркой оксид углерода окисляется в "огоньке" до диоксида углерода.
Полнота протекания этого процесса определяется только временем работы
с разрушенной коркой и фактом горения газа в "огоньках".
Что касается доли углерода, которая взаимодействует с кислородом
воздуха, то можно принять, что половина углерода окисляется до СО, а
половина до СО2. В зависимости от эффективности системы газоотсоса
часть выделяющегося оксида углерода поступает в атмосферу корпуса
электролиза, а основное количество выбрасывается через дымовые трубы.
Количество образующегося под коркой СО рассчитывается по формуле
(приложение 7 к Методике):
обр о
К = 4,67 х Д х Р - 1,75 х Р , (72)
CO С ам О
обр
где К - количество образующегося оксида углерода, кг/т Аl;
CO
Р - расход анодной массы, кг/т Аl;
ам
о
Д - доля углерода, подвергшегося окислению под коркой, доли
С
ед.;
Р - количество кислорода, окисляющего углерод под коркой,
О
кг/т Аl:
Р = 930 + 0,08 х Р . (73)
О ам
Количество СО, образующегося над коркой, рассчитывается по
формуле:
возд
К = 0,0466 х Р , (74)
CO ам
возд
где К - количество оксида углерода, образующегося при
CO
окислении анода кислородом воздуха выше корки электролита, кг/т Аl.
В работе электролизеров с самообжигающимися анодами с боковым
токоподводом возможны следующие ситуации:
а) укрытие закрыто, "огонек" горит - межоперационный режим;
б) укрытие открыто, "огонек" горит - обслуживание анодного
хозяйства;
в) укрытие закрыто, "огонек" не горит - обвалы корки, заплеснуто
отверстие и т.п.;
г) укрытие открыто, корка разрушена, "огонек" не горит -
выполнение различных операций по обслуживанию электролизера.
Количество оксида углерода, поступающее в систему газоотсоса,
определяется по формуле:
го обр го у
К = К х Д + Э х 0,0466 х Р , (75)
CO CO CO ам
го
где Д - доля оксида углерода, поступающего в систему
CO
газоотсоса, от количества, образующегося под коркой
обр
электролита (К ), доли ед.
CO
го у 1 Д1 у 2 Д2
Д = Т х Э х (1 - Э ) х Э + Т х Э х (1 - Э ) х Э +
CO 1 1 ог CO 2 2 ог CO
у 3 Д3 у 4 Д4
+ Т х Э х (1 - Э ) х Э + Т х Э х (1 - Э ) х Э + Т x
3 3 ог CO 4 4 ог CO 5
у 5 Д5 у 6 Д6 У
х Э х (1 - Э ) х Э + Т х Э х (1 - Э ) х Э + Т x Э x
5 ог CO 6 6 ог CO 7 7
7 Д7 у 8 Д8 у
х (1 - Э ) х Э + Т х Э х (1 - Э ) х Э + Т х Э x
ог CO 8 8 ог CO 9 9
9 Д9
х (1 - Э ) х Э , (76)
ог CO
n
где Э - доля времени горения огонька, доли ед.;
ог
Дn
Э - доля неокислившегося СО, доли ед.
CO
Количество оксида углерода, поступающего в атмосферу корпуса
электролиза, определяется по формуле:
ак обр ак у
К = К х Д + (1 - Э ) х 0,0466 х Р , (77)
CO CO CO ам
ак у 1 Д1 у
Д = Т х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э + Т х (1 - Э ) x
CO 1 1 ог CO 2 2
2 Д2 у 3 Д3
х (1 - Э ) х Э + Т х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э + Т x
ог CO 3 3 ог CO 4
у 4 Д4 у 5
х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э + Т х (1 - Э ) х (1 - Э ) х
4 ог CO 5 5 ог
Д5 у 6 Д6 у
x Э + Т х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э + Т х (1 - Э ) х
CO 6 6 ог CO 7 7
7 Д7 у 8 Д8
x (1 - Э ) х Э + Т х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э + Т x
ог CO 8 8 ог CO 9
у 9 Д9
х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э , (78)
9 ог CO
ак
где Д - доля оксида углерода, поступающего в атмосферу
CO
корпуса электролиза, от количества, образующегося под коркой
электролита, доли ед.
у
Эффективность системы газоотсоса (Э ) рассчитывается по
формуле:
у у у у у у
Э = Т х Э + Т х Э + Т х Э + Т х Э + Т х Э + Т х
1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6
у у у у
Э + Т х Э + Т х Э + Т х Э . (79)
6 7 7 8 8 9 9
Эффективность системы газоотсоса и эффективность дожигания
оксида углерода в "огоньках" рекомендуется принимать в
n
соответствии с приложением 10 к Методике, а Т и Э - по
n ог
результатам хронометража или оперативной оценки.
Суммарное количество оксида углерода, выбрасываемого в
атмосферный воздух, определяется как сумма количества СО,
выделившегося в атмосферу корпуса электролиза, и количества СО,
поступившего в систему газоотсоса:
ат ак го
К = К + К , (80)
CO CO CO
ат
где К - количество оксида углерода, выбрасываемого в
CO
атмосферный воздух, кг/т Аl.
Для корпусов электролиза, оборудованных электролизерами с
предварительно обожженными анодами, образующийся под коркой оксид
углерода в значительной степени окисляется в "огоньке" до диоксида
углерода. Полнота протекания этого процесса определяется только
временем работы с разрушенной коркой и фактом горения газа в
"огоньках".
Что касается доли углерода, которая взаимодействует с кислородом
воздуха, то можно принять, что половина углерода окисляется до СО, а
половина до СО2. В зависимости от эффективности системы газоотсоса
часть выделяющегося оксида углерода поступает в атмосферу корпуса
электролиза, а основное количество выбрасывается через дымовые трубы.
Количество образующегося под коркой СО рассчитывается по формуле
(приложение 8 к Методике):
обр о `
К = 4,67 х Д х Р - 1,75 х Р , (81)
CO C оа О
обр
где К - количество образующегося оксида углерода, кг/т Аl;
CO
`
Р - расход анодов, нетто, кг/т Аl;
оа
о
Д - доля углерода, подвергшегося окислению под коркой
C
электролита, доли ед.
Количество кислорода, окисляющего углерод под коркой (Р ),
О
рассчитывается по формуле:
`
Р = 930 + 0,094 х Р . (82)
О оа
Количество СО, образующегося над коркой электролита,
рассчитывается по формуле:
возд `
К = 0,055 х Р , (83)
CO оа
возд
где К - количество оксида углерода, образующегося при
СО
окислении анода кислородом воздуха выше корки электролита, кг/т Аl.
В работе электролизеров с предварительно обожженными анодами
возможны следующие ситуации:
а) укрытие закрыто, "огонек" горит - межоперационный режим;
б) укрытие открыто, "огонек" горит - обслуживание анодного
хозяйства;
в) укрытие закрыто, "огонек" не горит - обвалы корки, заплеснуто
отверстие и т.п.;
г) укрытие открыто, корка разрушена, "огонек" не горит -
выполнение различных операций по обслуживанию электролизера.
Количество оксида углерода, поступающего в систему газоотсоса,
определяется по формуле:
го обр го у `
К = К х Д + Э х 0,055 х Р , (84)
CO CO CO оа
го
где Д - доля оксида углерода, поступающего в систему
CO
газоотсоса, от количества оксида углерода, образующегося
обр
под коркой электролита (К ), доли ед.
СО
го у 1 д1 у 2 д2
Д = Т х Э х (1 - Э ) х Э + Т х Э х (1 - Э ) х Э +
CO 1 1 ог CO 2 2 ог CO
у 3 д3 у 4 д4
+ Т х Э х (1 - Э ) х Э + Т х Э х (1 - Э ) х Э +
3 3 ог CO 4 4 ог CO
у 5 д5 у 6 д6
+ Т х Э х (1 - Э ) х Э + Т х Э х (1 - Э ) х Э +
5 5 ог CO 6 6 ог CO
у 7 д7
+ Т х Э х (1 - Э ) х Э , (85)
7 7 ог CO
n
где Э - доля времени горения огонька, доли ед.
ог
При тщательном соблюдении регламента обслуживания электролизеров
доля времени горения "огонька" при операциях выливки металла
(приложение 11 к Методике, позиции 3 - 7), а именно выливка металла и
технологические замеры, смена анода и технологическая обработка,
работа с неисправным укрытием, простой системы газоотсоса, работа с
герметичным укрытием, может быть принята равной 0,985. При операциях 1
- 2 (регламентированная обработка, анодный эффект и его ликвидация)
"огонек" не горит.
1 2
Таким образом, Э и Э = 0. При этом формула (85) примет вид:
ог ог
го
Д = 0,375 х Т + 0,375 х Т + 0,75 х Т + 0,0045 х Т +
CO 1 2 3 4
+ 0,00975 х Т + 0,0147 х Т . (86)
5 7
Количество оксида углерода, поступающего в атмосферу корпуса
электролиза, определяется по формуле:
ак обр ак у `
К = К х Д + (1 - Э ) х 0,055 х Р , (87)
CO CO CO оа
ак
где Д - доля оксида углерода, поступающего в атмосферу
CO
корпуса электролиза, от количества оксида углерода, образующегося под
коркой электролита, доли ед.
ак у 1 д1 у
Д = Т х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э + Т х (1 - Э ) x
CO 1 1 ог CO 2 2
2 д2 у 3 д3
х (1 - Э ) х Э + Т х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э +
ог CO 3 3 ог CO
у 4 д4 у
+ Т х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э + Т х (1 - Э ) x
4 4 ог CO 5 5
5 д5 у 6 д6
х (1 - Э ) х Э + Т х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э +
ог CO 6 6 ог CO
у 7 д7
+ Т х (1 - Э ) х (1 - Э ) х Э , (88)
7 7 ог CO
у
где Э - эффективность системы газоотсоса, доли ед.
у у у у у у
Э = Т х Э + Т х Э + Т х Э + Т х Э + Т х Э + Т х
1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6
у у
Э + Т х Э . (89)
6 7 7
n уn дn
При подстановке значений Э , Э и Э формула (88)
ог CO
примет вид:
ак
Д = 0,125 х Т + 0,125 х Т + 0,00375 х Т + 0,003 х Т +
CO 1 2 3 4
+ 0,00525 х Т + 0,015 х Т + 0,0003 х Т . (90)
5 6 7
Эффективность системы газоотсоса и эффективность дожигания
оксида углерода в "огоньках" принимается в соответствии с
n
приложением 11 к Методике, а Т и Э - по результатам
n ог
хронометража или оперативной оценки.
Суммарное количество оксида углерода, выбрасываемого в
атмосферный воздух, определяется как сумма количества СО,
выделившегося в атмосферу корпуса электролиза, и количества СО,
поступившего в систему газоотсоса:
ат ак го
К = К + К , (91)
CO CO CO
ат
где K - количество оксида углерода, выбрасываемого в
CO
атмосферный воздух, кг/т Аl.
|
Фрагмент документа "ОБ УТВЕРЖДЕНИИ РАСЧЕТНОЙ ИНСТРУКЦИИ (МЕТОДИКИ) ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СОСТАВА И КОЛИЧЕСТВА ВРЕДНЫХ (ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ) ВЕЩЕСТВ, ВЫБРАСЫВАЕМЫХ В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЯ".