Приказ Ростехнадзора от 31.03.2005 N 182 (ред. от 29.11.2005) "Об утверждении расчетной инструкции (методики) по определению состава и количества вредных (загрязняющих) веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух при электролитическом производстве...

IV. Расчет выбросов оксида углерода 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 5). Расход анодной массы (углерода), как и количество образующихся оксидов углерода, зависит от протекания вторичных реакций, в частности реакции Будуара (64).

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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 5 к Методике):

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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 8 к Методике;

n

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

г

Э принимается в соответствии с данными оперативного контроля

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 5 к Методике):

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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

С

электролита, доли ед.;

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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 ) х

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 х

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 х

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 улавливания газов укрытием (Э ) рассчитывается

по формуле:

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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

x 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 9 к Методике, а Т и Э - по

n ог

результатам хронометража или оперативной оценки.

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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 - суммарное количество оксида углерода,

СО

выбрасываемого в атмосферный воздух, кг/т Al.

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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 7 к Методике):

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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 10 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

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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 ) х

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 улавливания газов укрытием, доли ед.

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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

х 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 10 к Методике, а Т и Э - по результатам

n ог

хронометража или оперативной оценки.

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

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 К - суммарное количество оксида углерода,

СО

выбрасываемого в атмосферный воздух, кг/т Al.

(в ред. Приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 N 892)

(см. текст в предыдущей редакции)

Двухступенчатая очистка (сухая + мокрая) V. Расчет выбросов диоксида серы в атмосферный воздух при электролитическом производстве алюминия