Экологически чистая металлургия. Ресурсосбережения и экология в металлургии

ОГЛАВЛЕНИЕ 

1. Оценка экологической эффективности проектных и 
технологических решений..........................................................5 
1.1. Плата за загрязнение окружающей среды...................................5 
1.2. Оценка экологического ущерба ...................................................7 
1.3. Эколого-экономическая эффективность 
природоохранных мероприятий........................................................10 
2. Ресурсосбережение и экология  в металлургии...............................17 
Задача 1............................................................................................17 
Эколого-экономическая оценка вариантов 
утилизации конвертерного газа.........................................................17 
Задача 2............................................................................................20 
Расчет эколого-экономической эффективности 
вариантов очистки газов ....................................................................20 
Задача 3............................................................................................22 
Оценка коэффициента агрессивности 
металлургической пыли.....................................................................22 
Задача 4............................................................................................25 
Оценка экономичности переработки пыли......................................25 
Задача 5............................................................................................26 
Оценка экономичности переработки пыли, 
содержащей цветные металлы ..........................................................26 
Задача 6............................................................................................30 
Экологическая характеристика различных 
технологических схем производства стали......................................30 
Задача 7............................................................................................34 
Оценка предотвращенного ущерба после 
реконструкции электросталеплавильного цеха ...............................34 
Задача 8............................................................................................35 
Расчет платы за загрязнение атмосферного воздуха.......................35 
Задача 9............................................................................................37 
Расчет платы за природопользование...............................................37 
3. Ресурсосбережение и экология  при производстве 
электростали...............................................................................39 
Задача 10..........................................................................................39 
Расчет общего объема газов на выходе  из рабочего 
пространства ДСП ..............................................................................39 

Задача 11..........................................................................................40 
Определение максимального объема и состава газов, 
образующихся в ДСП.........................................................................40 
Задача 12..........................................................................................44 
Определение температуры газов на выходе  из 
рабочего пространства ДСП..............................................................44 
Задача 13..........................................................................................45 
Расчет концентрации оксидов азота  в отходящих из 
ДСП газах............................................................................................45 
Задача 14..........................................................................................47 
Расчет расхода электродов и выбросов оксидов 
углерода в атмосферу.........................................................................47 
Задача 15..........................................................................................54 
Расчет экологического ущерба  при производстве 
стали в ДСП.........................................................................................54 
Задача 16..........................................................................................55 
Вклад в выбросы ЭСПП потребляемой 
электроэнергии ...................................................................................55 
Задача 17..........................................................................................56 
Оценка экологического ущерба  при использовании 
разных технологий .............................................................................56 
Задача 18..........................................................................................58 
Расчет запыленности газов после очистки.......................................58 
Приложения ............................................................................................61 
 
 

1. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 
ПРОЕКТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ 

Для оценки экологической эффективности проектных и технологических решений используются различные подходы.  
Наиболее полно эти вопросы учитываются при оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС) той или иной хозяйственной 
деятельности человека (предприятия). Субъект хозяйственной деятельности формулирует альтернативные варианты ее реализации и на 
основе ОВОС выбирает тот, осуществление которого экономически 
целесообразно и экологически приемлемо. Разработка ОВОС проводится на стадии подготовки технической документации. Основными 
ее функциями являются выявление источника воздействия, возможных экологических последствий и нормирование предельно допустимых выбросов/сбросов (ПДВ/ПДС). С учетом ОВОС затраты на 
реализацию технических решений, как правило, возрастают, в ряде 
случаев – значительно. Поскольку эти затраты автоматически входят 
в себестоимость будущих продукции и услуг, то экономическая эффективность любой деятельности существенно зависит от «экологичности» самих проектных и технологических решений. 
Таким образом, целью ОВОС является не исключение каких-либо 
выбросов, сбросов и отходов, а их нормирование в соответствие с 
экологической ситуацией на территории их предполагаемого воздействия. При этом предприятие обязано платить за фактическое загрязнение окружающей среды. 

1.1. Плата за загрязнение окружающей среды 

Плата за загрязнение окружающей среды устанавливается государственными органами1. Нормативы платы за выбросы и сбросы 
некоторых загрязняющих веществ и размещение отходов производства приведены в приложениях 1 – 3. Дополнительно используются 
коэффициенты, учитывающие экологические факторы (см. приложение 4).  
Плата за загрязнения представляет собой форму возмещения экономического ущерба от выбросов и сбросов загрязняющих веществ в 
окружающую природную среду. Для определения платежей пред–––––––––– 
1 В настоящее время действует постановление Правительства РФ от 12 июня 
2003 г. № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками». 

приятий необходимо рассчитать общую величину платы за загрязнение атмосферного воздуха, водных объектов и почвы (руб/год). 

 
Побщ = Патм + Пвод + Ппочв. 
(1.1) 

Патм за загрязнение атмосферного воздуха определяется по формуле 

Патм = kатм(Пн + Пл + Псл) = 
kатм [∑BнiПнi + ∑(Bнi – Влi)Плi + ∑(Bлi – Вслi)Пслi], 
(1.2) 

где  Пнi – норматив платы за выбросы загрязняющих веществ в размерах ПДВ, руб/т; 
Плi – плата за выбросы загрязняющих веществ в пределах установленных лимитов, руб/т; 
Пслi – плата за сверхлимитный выброс загрязняющих веществ, 
руб/т; 
Вi – годовые выбросы загрязняющего вещества i-го вида, т/год. 
kатм – коэффициент, учитывающий состояние атмосферного воздуха, принимающий для разных экономических районов РФ значения от 1 до 2 (см. приложение 4), для городов применяется с 
дополнительным коэффициентом 1,2. 

Аналогично определяется сумма платежей за загрязнение водных 
объектов Пвод. Коэффициенты, учитывающие состояние водных объектов, также принимают значения от 1 до 2 (для бассейнов морей и 
рек РФ см. приложение 4). 
Существует прогрессивная форма взимания платы за превышение 
предельно допустимых норм: 

 
Псл = 5Пл = 25Пн. 
(1.3) 

Норматив платы за размещение отходов производства зависит 
от класса опасности отхода для окружающей среды (см. приложение 3) и наличия специализированных полигонов и промышленных площадок: 

 
Ппочв = kпочв (ПIн ·∑BiI + ПIIн·∑BjII + ···), 
(1.4) 

где  ПIн, ПIIн, ··· – норматив платы за размещение отходов по классам 
опасности, руб/т; 
BiI, BjII, ··· – отходы I, II…V классов опасности, т/год; 
kпочв – коэффициент, учитывающий состояние почвы, принимающий для разных экономических районов РФ значения от 1,1 
до 2 (см. приложение 4). 

Если отходы утилизируются в течение года, то плата за их размещение не взимается. При размещении отходов на специализированных полигонах и промышленных площадках, оборудованных в соответствии с установленными требованиями и расположенных в пределах промышленной зоны используется дополнительный коэффициент, равный 0,3, т.е. платежи за размещение этих отходов снижаются в 3 раза. 
Наряду с понятием платы за загрязнение окружающей среды, используется понятие экологический ущерб, величина которого может и 
не совпадать с величиной платы за загрязнение окружающей среды. 

1.2. Оценка экологического ущерба 

Под экологическим ущербом подразумеваются фактические или 
возможные потери, урон или отрицательные изменения в природе, 
которые обусловлены загрязнением окружающей среды и могут быть 
выражены в денежной форме. 
Важнейшими экономическими показателями экологического 
ущерба являются затраты:  
на компенсацию отрицательных последствий загрязнения окружающей среды;  
необходимые для уменьшения выбросов в окружающую среду; 
на возмещение потерь сырья и продуктов с выбросами. 
Комплексный учет этих и других факторов (тип местности, число 
жителей, площадь лесных и сельскохозяйственных угодий, характер 
рассеивания выбросов и т.д.) на региональном уровне проводится с 
использованием компьютерного моделирования. При оценке конкретных проектных и технологических решений для расчета экологического ущерба можно использовать более простые методы.  
В упрощенном виде экологический ущерб Уос, наносимый металлургическим предприятием окружающей среде, можно оценить аналогично выражению (1.1), суммируя ущерб атмосфере Уатм, водоемам Увод и почве Упочв: 

 
Уос = Уатм + Увод + Упочв. 
(1.5) 

Экологический ущерб атмосфере можно рассчитать по формуле 
(руб/год) 

 
Уатм = Ну(атм)·kP·kм·mст 
)
А
B
(
i
1
⋅
∑
=

n

i
i
, 
(1.6) 

где: Ну(атм) – нормативный коэффициент ущерба, руб/усл. т выброса; 
kP = k1⋅k2 – коэффициент, учитывающий характер рассеивания 
примеси в атмосферe k1 и высоту выбросов k2 (для частиц, оседающих со скоростью 1…20 см/с, k1 = 0,89…4, < 1 см/с 
k1 = 1…0,8; k2 = 1 при высоте 60 м); 
kм – коэффициент, учитывающий местоположение источника выбросов (для промышленных регионов можно использовать приложение 4), для городов kм = 0,1n, где n – плотность населения в 
зоне воздействия выбросов (чел/га), для курортов kм = 10, для зон 
отдыха – kм = 8, для лесов kм = 0,2…0,025; 
mст – годовая производительность выпускаемой продукции, 
т/год; 
Вi – удельные выбросы вещества i-го вида, т/т стали; 
Аi – коэффициент относительной опасности (агрессивности) вещества i-го вида, усл.т/т выброса (обычно для СО принимается 
равным 1, для остальных веществ приводится к СО). 

При оценке экологического ущерба используется коэффициент 5 за 
выбросы, превышающие предельно допустимые нормативы (ПДВ), и 25 
при превышении временно согласованных значений (ВСВ). 
Значение удельной приведенной массы Муд загрязнителей рассчитывается по формуле (усл.т/т продукции) 

 
Муд = 
)
А
B
(

1
i

n

i
i
∑
=
, 
(1.7) 

величина годового объема – по формуле (усл.т/год) 

 
Мгод = mст
)
А
B
(

1
i

n

i
i ⋅
∑
=
. 
(1.8) 

Показатель относительной опасности веществ Аi определяют по 
нормативным документам или рассчитывают, используя один из методов: 
– по формуле 

 
Аi = aiαiδiλi , 
(1.9) 

где: ai – показатель относительной опасности присутствия примеси в 
воздухе, вдыхаемом человеком; 
αi – поправка, учитывающая присутствие вторичных загрязнителей в компонентах окружающей среды и цепях питания, а также 

поступление примеси в организм человека неингаляционным путем; 
δi – поправка, учитывающая действие примеси на различные реципиенты, помимо человека; 
λi – поправка на вероятность вторичного выброса примесей в атмосферу после их оседания на поверхностях; 

– по формуле 

 
Аi = 

i
ПДК
1
, 
(1.10) 

где  ПДКi – среднесуточная предельно допустимая концентрация 
вредных веществ i-го вида. 

Ущерб, наносимый водным объектам определяется аналогично: 

 
Увод = Ну(вод)kм mст 
)
А
С
(

1
i

n

i
i
∑
=
. 
(1.11) 

Для бассейна реки Волги kм = 1,06…1,41 в зависимости от места 
сброса, для рек Краснодарского края kм = 2,2.  
Ущерб, наносимый почве 

 
Упочв = kм mст Σ Мпi·Ну(почв)i, 
(1.12) 

где Мпi – масса отходов i-го класса опасности, т/т стали; 
kм = 3 для сельскохозяйственных угодий, 1,5 – для Черноземья, 
0,7 – в районах Лесостепи, 0,5 – в Полесье; 
Ну(почв)i – удельный ущерб от размещения 1 т загрязнителя i-го 
вида в почву, руб/т (см. приложение 3).  

Коэффициенты Ну(атм), Ну(вод) и Ну(почв) меняются в зависимости от 
предпочтений общества: если оно может позволить себе чистую природную среду, их значения достаточно высоки, в противном случае – 
низки и рост производства осуществляется в ущерб качеству окружающей среды. Эти коэффициенты можно найти в соответствующих 
законодательных документах или рассчитать, используя нормативы 
платы, приведенные в приложениях 1 – 3. 
Экологический ущерб может быть фактическим (расчетным), 
возможным и предотвращенным. 
Фактический ущерб – фактический урон, наносимые обществу в 
результате загрязнения окружающей среды действующим предпри

ятием (участком, цехом, технологией) – новым или после внедрения 
природоохранных мероприятий. 
Возможный ущерб – ущерб, который мог бы быть нанесен при 
отсутствии природоохранных мероприятий. 
Предотвращенный ущерб – разность между возможным и фактическим ущербами за определенный момент времени. 
Предотвращенный ущерб ∆У определяется по разности (руб/год): 

 
∆У = У0 – Уj, 
(1.13) 

где У0 и Уj – относятся к базовому варианту и предлагаемому j-му 
варианту. 

В случае нового строительства за базовый вариант принимают 
действующий участок (предприятие, цех, агрегат), аналогичный проектируемому, при реконструкции – участок до проведения реконструкции, при оценке новых технологий за базовую принимается старая (существующая) технология. 
В настоящее время не существует единого подхода в оценке экологической и эколого-экономической эффективности существующих 
и разрабатываемых проектов (технологий). Ниже приведены некоторые из методик учета отдельных экологических характеристик – 
ущерба окружающей среды, платежей за загрязнение, капитальных и 
эксплуатационных затрат на природоохранные мероприятия.  

1.3. Эколого-экономическая эффективность 
природоохранных мероприятий 

• Эколого-экономический эффект от внедрения проектируемых 
природоохранных мероприятий определяется как разница между достигнутыми на конец рассматриваемого периода результатами и затратами на осуществления проекта рассматриваемыми в динамике, 
т.е. за конкретный период времени (метод определения чистой текущей стоимости по методу потока наличности). 
• В общем виде формула для оценки экономической эффективности реализации природоохранного мероприятия на предприятии 
имеет следующий вид (руб): 

 
Эр = ∑
=
+
+
−
±
+
±
+
τ

1

м
тек
Р
отх
тех
пп
)
1(
)
А
З
∆Т
∆З
Э
∆П
(P

t
t
r
 – Кτ, 
(1.14) 

где Pпп – годовой объем побочной продукции в ценовом выражении, 
полученный в результате внедрения природоохранного мероприятия, руб/год; 
∆П – сокращение платежей за загрязнение окружающей среды, 
хранение отходов, вторичного загрязнения окружающей среды, 
сокращение платежей в смежных отраслях, руб/год; 
Этех – экономический эффект, полученный в основном металлургическом производстве в результате внедрения природоохранного мероприятия, руб/год; 
∆Зотх – изменение текущих и капитальных затрат на сбор и хранение отходов, обусловленное внедрением природоохранного 
мероприятия, руб/год; 
∆ТР – сокращение (увеличение) транспортных расходов, руб/год; 
Зтек – годовые текущие затраты на эксплуатацию природоохранного комплекса, руб/год; 
Кτ – капитальные вложения на природоохранное мероприятие в 
период времени τ, руб; 
Aм – амортизация, начисляемая на природоохранный комплекс, 
руб/год; 
t = τ – период времени, на которое рассчитан проект, лет; 
r – учетная ставка банка, если средства берутся в кредит.  

Затратная часть включает капитальные вложения и текущие эксплуатационные расходы на осуществление природоохранного мероприятия. В качестве капитальных вложений могут выступать как 
собственные средства, так и заемные (например, кредиты коммерческого банка, государственный кредит и т.д.). Это необходимо учитывать при расчете показателя сравнительной экономической эффективности и обосновании величины коэффициента сравнительной 
экономической эффективности. 
Экономический эффект отражает непосредственное влияние природоохранного комплекса на технико-экономические показатели работы основного металлургического производства. 
• Годовой экономический результат от внедрения природоохранных мероприятий рассчитывается по формуле: 

 
∑
∑
∑
∑
=
=
=
=
±
±
±
=

l

i

p

i
i

k

i
i
i

m

i
i
1
1
тех
1
отх
1
пп
пп
Р
Э
∆З
∆П
Ц
О
Э
, 
(1.15) 

где Оппi – годовой объем побочной продукции i-го вида, полученной 

в результате внедрения природоохранных мероприятий, м3, т, 
шт/год; 
Цппi – цена единицы побочной продукции i-го вида, руб/м3, руб/т, 
руб/шт; 
∆Пi – разница платы за загрязнение окружающей среды веществом i-го вида, руб/год; 
∆Зотхi – изменение текущих и капитальных затрат за сбор и хранение отходов i-го вида, обусловленное внедрением природоохранных мероприятий, руб/год; 
m – количество наименований побочной продукции; 
l – число ингредиентов, по которым сокращены платежи за загрязнения окружающей среды; 
k – количество видов отходов, требующих хранения. 

Последнее слагаемое в выражении (1.15) представляет собой экономический эффект ( + ) или дополнительные затраты (–) в основном 
металлургическом производстве, связанные с внедрением природоохранного мероприятия, например, экономия от снижения расхода 
электроэнергии, электродов и т.д.  
• В упрощенной форме годовой экономический результат 
можно записать в виде 

 
Эр = ΣРпо – ΣЗпо, 
(1.16) 

где ΣЗпо – сумма природоохранных затрат, руб/год; 
ΣРпо – сумма результатов, получаемых от внедрения природоохранных мероприятий, руб/год. 

Природоохранные затраты можно представить в виде: 

 
Зпо = Зтек + ЕКпо + У, 
(1.17) 

где Зтек – годовые затраты на обслуживание и содержание природоохранного комплекса (эксплуатационные текущие затраты), руб; 
Кпо – капитальные затраты на природоохранные мероприятия, руб; 
Е – коэффициент сравнительной экономической эффективности; 
У – плата за ущерб, наносимый окружающей среде, руб. 

Результат природоохранной деятельности включает в себя предотвращенный ущерб и дополнительный доход от реализации побочной продукции (руб/год) 

 
Рпо = ∆У + Дпп → max. 
(1.18) 

• Если в результате природоохранных мероприятий улучшаются 
производственные показатели, то экономический результат природоохранных мероприятий определяется из выражения, аналогичного (1.18): 

 
Р = ∆У + Д, 
 

где Д – дополнительный доход от улучшения производственных результатов, руб/год, 

 
Д = 
)
(
)
0
(

,

)
1(
z
q
z
q
i
i
j
i
j
j
−
∑
. 
(1.19) 

Здесь qi
)
0
(
 – количество товарной продукции i-го вида (качества), 
производимой до реализации новой технологии (природоохранных мероприятий), т, шт., м3 и др.; 
q j
)1(  – то же после реализации; 

zi и zj – оценка (себестоимость, оптовая цена) единицы продукции, руб/т, руб/шт., руб/м3 и др. 

Наилучший из нескольких вариантов природоохранных мероприятий (технологий) соответствует наибольшему значению (руб/год) 

 
ЭΣ = РΣ – ЗΣ, 
(1.20) 

где РΣ – суммарный результат (с учетом дополнительных доходов и 
предотвращенного ущерба); 
ЗΣ – годовые затраты на осуществление природоохранных мероприятий (технологий), включая и плату за ущерб. 

Для оценки эколого-экономической эффективности природоохранных мероприятий на весь период работы оборудования более 
удобно представить уравнение (1.14) в виде уравнения (1.20), т.е. 
разбив экономическую эффективность на доходную и затратную части. При этом необходимо учесть коэффициент дисконтирования, 
так как стоимость денег со временем меняется.  
• Выгода от природоохранных мероприятий с учетом дополнительных доходов и предотвращенного ущерба на весь период работы оборудования (руб) 

 
Рτ = (∆У + Д)
(
)
∑
=
+

τ

1 1

1

t
t
r
 
(1.21) 

• Затраты на весь период работы оборудования определяются 
по уравнению (руб) 

 
Зτ = ЗΣ
(
)
∑
=
+

τ

1 1

1

t
t
r
 + К 
(1.22) 

Например, при проектировании оборудования по отводу и очистке технологических газов  

 
(
)
(
)(
)

K
r
r
t
t
t
+
+
+
=
+
⎟⎟
⎠

⎞
⎜⎜
⎝

⎛

+
+
=∑

τ

=
τ
1
1
У
З
K
1
У
З
З
тек
1

тек
, 
(1.23) 

где  = 
(
)
∑

τ

=
+
1 1
1

t
t
r
 = D – коэффициент дисконтирования; 

τ – срок службы оборудования по отводу и очистке газов, лет;  
r – процентная ставка банка в долях; 
К – капитальные вложения в систему отвода и очистки, руб.; 
Зтек – текущие эксплуатационные затраты, руб/год; 
У – суммарный годовой экологический ущерб от выбросов запыленных газов в атмосферу, руб/год.  

Предполагается, что величины Зтек и У со временем не меняются. 
• Эколого-экономическую эффективность проекта (руб/руб 
вложений) можно оценить по формуле: 

 
ЭЭФ = 
K

)
1(
)
∆С
∆У
{

1
ст ∑
=

−
+
−

τ
τ

y
r
m
, 
(1.24) 

где: ∆С = С1 – С0; С0 и С1 – себестоимость до и после реализации 
проекта, руб/т продукции. 

• Экологическая эффективность производства продукции высокого качества 
Внедрение более эффективных производственных процессов, использование более чистых технологий на протяжении всего жизненного цикла продукта ведет к отсутствию отходов или сводит их объемы до минимума. Это позволяет рационально использовать окружающую среду и экономить природные ресурсы. 
Выпуск продукции высокого качества также позволяет экономить 
вовлекаемые в производство природные ресурсы. Повышение качества