Экологически чистая металлургия. Раздел : ресурсосбережение и экология в металлургии

№949 

Кафедра электрометаллургии стали и ферросплавов 

Л.М. Симонян, К.Л. Косырев 

ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ 

Раздел: Ресурсосбережение и экология в металлургии 

Практикум 

для студентов специальности 1101 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института 

МОСКВА 2002 

УДК 504 

С 37 

С 37 
Симонян Л.М. Экологически чистая металлургия: Практикум. - М.: МИСиС. 2002. - 74 с. 

Практикум включает задачи по вопросам ресурсосбережения и экологии и предназначен для практических и семинарских занятий, а также 
самостоятельной работы студентов. 

Практикум состоит из трех частей и приложения. В первой части 
(«Оценка экологической эффективности проектных и технологических решений») рассматриваются общие теоретические вопросы и методики расчетов. Вторая часть («Ресурсосбережение и экология в металлургии») включает 6 задач, третья часть («Ресурсосбережение и экология при производстве 
электростали») содержит 7 задач. Структура каждой задачи включает ее 
формулировку, исходные данные. изложение теории и собственно решение. 
В конце каждой задачи приводятся литературные ссылки. позволяющие 
более подробно ознакомиться с соответствующим материалом. 

Практикум предназначен для студентов специальности 1101 «Ресурсосбережение и экология в металлургии» и «Электрометаллургия стали 
и ферросплавов» в рамках курсов «Экологически чистая металлургия» и 
«Ресурсосбережение и экология при выплавке электростали». 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС) 2002 

2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

1. Оценка экологической эффективности проектных и 
технологических решений 
5 

2. Ресурсосбережение и экология в металлургии 
14 

Задача! 
14 

Расчет эколого-экономической эффективности вариантов 
утилизации конвертерного газа 
14 

Задача 2 
17 

Расчет экономической эффективности вариантов очистки газов 
17 

Задача 3 
18 

Оценка токсичности металлургической пыли 
18 

Задача 4 
21 

Оценка экономичности переработки пыли 
21 

Задача 5 
23 

Оценка экономичности переработки пыли, содержащей 
цветные металлы 
23 

Задача 6 
26 

Экологическая характеристика различных технологических 
схемах производства стали 
26 

Задача 7 
30 

Оценка предотвращенного ущерба после реконструкции 
электроплавильного цеха (ЭСПЦ) 
30 

Задача 8 
32 

Расчет платы за загрязнение окружающей среды 
32 

3. Ресурсосбережение и экология при производстве 
электростали 
36 

Задача 9 
36 

Расчет экологического ущерба при производстве электростали 
36 

Задача 10 
37 

Вклад в выбросы ДСП потребляемой электроэнергии 
37 

Задача 11 
38 

Экологический ущерб при использовании разных технологий 
38 

Задача 12 
40 

Расчет расхода электродов и выбросов оксидов углерода в 
атмосферу 
40 

Задача 13 
47 

3 

Расчет общего объема газов на выходе из рабочего 
пространства ДСП 
47 

Задачам 
49 

Определение максимального объема и состава газов 
образующихся в ДСП 
49 

Задача 15 
52 

Определение температуры газов на выходе из рабочего 
пространства ДСП 
52 

Задача 16 
54 

Расчет концентрации оксидов азота в отходящих из ДСП газах 
54 

Задача 17 
56 

Расчет ущерба, наносимого окружающей среде до и после 
реконструкции ЭСПЦ 
56 

Приложение 1 Материальный баланс плавки 
59 

Приложение 2 Расчет параметров газовоздушной смеси перед 
электрофильтрами 
65 

Приложение 3 Основные результаты эксплуатации 
электродуговых печей с шахтой для подогрева лома 
69 

Приложение 4 Сравнительные эколого-экономические 
показатели 
70 

Приложение 5 Коэффициент относительной опасности 
(агрессивности) а^ для некоторых веществ 
71 

Приложение 6 Выбросы в атмосферу до и после очистки. кг/т 
продукции 
72 

Приложение 8 Удельные выбросы по металлургическим 
переделам в зависимости от уровня прогрессивности 
производства (кг/т продукции) 
73 

4 

1. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ 

ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТНЫХ И 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ 

Для оценки экологической эффективности проектных и технологических решений используются различные подходы. 

Важнейшими экономическими показателями экологического 
ущерба являются затраты: 

- на компенсацию отрицательных выбросов. поступающих в 
окружающую среду; 

- необходимые для уменьшения выбросов в окружающую 
среду; 

- на возмещение потерь сырья и продуктов с выбросами. 
Они включают затраты на строительство и эксплуатацию 

природоохранных систем, на разработку и внедрение новых, экологически чистых технологий, а также на создание и эксплуатацию 
систем контроля за состоянием окружающей среды. 

При определении приведенных затрат на единицу продукции 

3 = С + Ен-К 
(1.1) 

необходимо учитывать экономический ущерб окружающей 
среде Уос. Поэтому в это уравнение вводят Уос в качестве самостоятельной составляющей 

3 = С + Уос + Ен-К, 
(1.2) 

где С - себестоимость единицы продукции без учета ущерба, руб/ед. 
продукции; 
Ен = 0.15 - нормативный коэффициент эффективности; 
К - удельные капиталовложения, руб/ед. продукции. 

Под экологическим ущербом подразумеваются фактические 
или возможные потери, отрицательные изменения в природе, которые обусловлены загрязнением окружающей среды и могут быть выражены в денежной форме. 

Экологический ущерб может быть фактическим (расчетным). 
возможным и предотвращенным. 

Фактический ущерб - фактический урон. наносимый обществу в результате загрязнения окружающей среды действующим 

5 

предприятием (участком, цехом, технологией) - новым или после 
внедрения природоохранных мероприятий. 

Возможный ущерб - ущерб. который мог бы быть нанесен 
при отсутствии природоохранных мероприятий (в базовом варианте). 

Предотвращенный ущерб - разность между возможным и 
фактическим ущербами в определенный момент времени. 

В случае нового строительства за базовый вариант принимают действующий природоохранный участок (цех, установка). аналогичный проектируемому, при реконструкции - участок (цех, установка) до проведения реконструкции. при оценке новых технологий 
за базовую принимается старая технология. 

В настоящее время не существует единого подхода в оценке 
экологической и эколого-экономической эффективности существующих и разрабатываемых проектов (технологий). Ниже приведены 
некоторые методики учета отдельных экологических характеристик- ущерба окружающей среде. платежей за загрязнение, капитальных и эксплуатационных затрат. 

• 
Эколого-экономический эффект от внедрения проектируемых природоохранных мероприятий определяется как разница 
между достигнутыми на конец рассматриваемого периода результатами и затратами на осуществления проекта за конкретный период 
времени (метод определения чистой текущей стоимости по методу 
потока наличности). 

В общем виде формула для оценки эффективности реализации природоохранного мероприятия на предприятии, в результате 
которого улучшается экологическая ситуация и выпускается побочная (дополнительная) продукция имеет следующий вид: 

Э = У ^^"" + ^ " - ^ - + ^ ^ - + АТр - 3 + Ам) _ ^ 

где Рпп - годовой объем побочной продукции в ценовом выражении. 
полученный в результате внедрения природоохранного мероприятия. руб; 
АП - сокращение платежей за загрязнение окружающей среды, 
хранение отходов, вторичного загрязнения окружающей среды, 
сокращение платежей в смежных отраслях, руб; 
Этех - экономический эффект, полученный в основном металлургическом производстве в результате внедрения природоохранного мероприятия, руб; 

6 

АЗо.. - изменение текущих и капитальных затрат на сбор и хранение отходов. обусловленное внедрением природоохранного 
мероприятия, руб; 
АТр - сокращение (увеличение) транспортных расходов. руб; 
3 - годовые текущие затраты на эксплуатацию природоохранного комплекса, руб; 
KB, - капитальные вложения на природоохранное мероприятие в 
период времени t, руб; 
Ам - амортизация. начисляемая на природоохранный комплекс, 
руб; 
t^n- 
время, на которое рассчитан проект, лет; 
г - учетная ставка банка, если средства берутся в кредит. 

Стоимость побочной продукции определяется по формуле 

Рпп = Цпп-0„„ 
(1.4) 

где Цпп - цена единицы побочной продукции. руб/т; 
Опп - объем выпуска побочной продукции. т. 

Экономический эффект отражает непосредственное влияние 
природоохранного комплекса на технико-экономические показатели 
работы основного металлургического производства. 

Затратная часть включает все капитальные вложения и текущие эксплуатационные расходы на осуществление природоохранного мероприятия. 

• 
Полный годовой эколого-экономический эффект определяется по формуле: 

Эг = Эр-Зпо, 
(1.5) 

где Зпо - природоохранные затраты, руб; 

Эр - экономический результат, получаемый от внедрения природоохранных мероприятий. руб. 

Природоохранные затраты рассчитываются по формуле: 

3„о = 3„ + Е-К„ + У, 
(1.6) 

где Зп - годовые затраты на обслуживание и содержание природоохранного комплекса (эксплуатационные затраты). руб; 
Кп - капитальные затраты на природоохранные мероприятия. 
руб; 
Е - коэффициент сравнительной экономической эффективности; 

7 

у - плата за ущерб. наносимый окружающей среде. 

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 результат от внедрения природоохранных мероприятий рассчитывается по формуле: 

ЭР=ЕО„„Ц„„+ХАП±ЕАЗ„..±1:Э, 

где Опп - объем побочной продукции, полученной в результате внедрения природоохранных мероприятий м^ т, штук; 
Ц„„ - цена единицы побочной продукции, руб/м^ руб/т, руб/шт; 

2]0„„Ц„„ - годовой объем побочной продукции (ППц). полу
ченный в результате внедрения природоохранных мероприятий, 
руб; 

^ АП - сокращение платежей за загрязнение окружающей сре
i=\ 
ды, руб; 
АЗо.. - изменение текущих и капитальных затрат за сбор и хранение отходов, обусловленное внедрением природоохранных мероприятий. руб; 
т - количество наименований побочной продукции; 
/-число ингредиентов, по которым сокращены платежи за загрязнения окружающей среды; 
yt- количество видов отходов, требуемых хранения; 
Э^ех - экономический эффект (+) или дополнительные затраты (-) 
в основном металлургическом производстве, связанные с внедрением природоохранного мероприятия, например. экономия от 
снижения расхода электроэнергии. электродов и т.д.. руб. 

• 
Экологический ущерб, наносимый атмосфере можно 
рассчитать по упрощенной формуле. руб/год: 

8 

и 

Уатм = Hy.axM-^tp-ytM-WcT ^ 
( В ; • А ; ) , 
( 1 . 8 ) 

где Ну„м - нормативный коэффициент ущерба, руб/усл. т выброса; 
h - krh - коэффициент, учитывающий характер рассеивания 
примеси в атмосферу ki и высоту выбросов кг (для частиц. оседающих со скоростью 1...20 см/с к,= 0,89...4, < 1 см/с (1...0.8); 
кг = 1 при высоте 60 м); 
к^ - 0,1-п- коэффициент, учитывающий местоположение источника выбросов. п - плотность населения, чел/га (к^ для курортов 
равен 10. для зон отдыха - 8. для лесов - 0.2...0.025. для пашен 0.25. для садов - 0.5); 
WcT - годовая производительность выпускаемой продукции, 
т/год; 
В; - удельные выбросы компонента i-того вида, т/т стали; 
А, - коэффициент относительной опасности (агрессивности) 
компонента i-того вида, усл.т/т выброса (для СОг равен 1. SO2 16,5, H^S - 54,8, N0,-41.1. пыли > 40 усл.т/т). 

Значение удельной приведенной массы выброса загрязнений 
в атмосферу рассчитывается по формуле, усл.т/т продукции. 

М , , = 2 : А Г В , 
(1.9) 

величина годового объема - по формуле, усл.т/год 

М , , „ 6 = Х А , - В , , „ ^ , 
(1.10) 

i=\ 

здесь А; - показатель относительной опасности вещества г'-того вида, 

усл.т/год; 
В,^од - масса годового выброса вредного веществ /-го вида в 
атмосферу, т/год. 

Показатель относительной опасности веществ определяют по 
нормативным документам или рассчитывают по формуле 

Ai^atatdtK 
(1.11) 

или 

А,= 1/ПДК,, 
(1.12) 

9 

где at - показатель относительной опасности присутствия примеси в 
воздухе. вдыхаемом человеком; 
а/, 5;, Xi - поправки. учитывающие соответственно присутствие 
вторичных загрязнителей в компонентах окружающей среды и 
цепях питания, а также поступление примеси в организм человека неингаляционным путем; действие примеси на различные реципиенты, помимо человека; вероятность вторичного заброса 
примесей в атмосферу после их оседания на поверхностях; 
ПДКг - среднесуточная предельно допустимая концентрация 
вредных веществ г-того вида. 

• 
Ущерб, наносимый водным объектам определяется аналогично: 

У..,^н,..АХ(в,.*..,„). 
(1.13) 

Для Волги к^ = 0.8...2.6 в зависимости от места сброса, для 
рек Крыма yt„= 1,64. 

Показатель относительной опасности г-того вещества ^оп(/) 
(усл.т/т сброса) равен 0.33 для взвешенных частиц, 20 - для нефтепродуктов, аммиака и цианидов. 100 для меди и цинка. Его можно 
определить из таблиц. или из соотношения 

коп(,) = 1/ПДК. 

• 
Ущерб, наносимый почве 

Упочв = Ну.почв->^м Мп, 
(1.14) 

где Мп - масса отходов, поступающих в почву за год. т; 

Ну.почв- удельный ущерб от выброса 1 т загрязнителя в почву, 
руб/т (равен 4 для бытовых отходов, 3 - для органических, 2 для неорганических); 
к^^Ъ для сельскохозяйственных угодий, 1.5 - для Черноземья, 
0.7 - в районах Лесостепи, 0.5 - в Полесье. 

Коэффициенты Пу.атм, Пуеод и-Пупочв-мсняются 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. 

10 

Предотвращенный ущерб определяется по разности, руб/год 

АУ = Уо-Уу, 
(1.15) 

где Уо и У J - относятся к базовому и предлагаемому у-тому вариантам. 

• 
Экономический результат 
природоохранных мероприятий определяется из формулы, руб/год 

Р = АУ + Д ^ т а х , 
(1.16) 

здесь Д - дополнительный доход от улучшения производственных 
результатов. руб/год. 

Величина Д определяется из выражения 

д-Е(^^^.-Г-.). 

где qf^ и 4)^ - количество товарной продукции г-того вида (качества). производимой соответственно до реализации новой технологии (природоохранных мероприятий) и после реализации. т, шт, 
м'идр.; 

оценка (себестоимость. оптовая цена) единицы продукции. 
руб/т,руб/шт..руб/м^идр. 

Наилучший вариант природоохранных мероприятий оценивается по формуле, руб/год 

Р^ = Р-3. 
(1.17) 

где Р - суммарный результат с (учетом затрат); 

3 - годовые затраты на осуществление природоохранных мероприятий (технологий). 

Годовые затраты и затраты за весь период работы оборудования можно оценить из выражений, руб 

Згод = С + У + К, 
(1.18) 

и 

^ ^ . ^ ^ - К . 
(1.19) 

11 

• 
Экономическая эффективность предлагаемой технологии (природоохранных мероприятий) рассчитывается по формуле, 
усл. т/руб 

•X^BKO-D-W) 
Шсх-2.ДВкО-1) 

Э= 
'^ 
, 
(1.20) 

(Ci-Co) 

где Со и Ci - себестоимость до и после реализации проекта, руб/т 
продукции. 

• 
Эколого-экономическая эффективность проекта оценивается с помощью формулы, руб/руб вложений 

ЭЭФ= 
^ 
, 
(1.21) 

К 

где г - процентная ставка банка, доли единицы; 
г=1...т-время; 
АС = Ci - Со. 

• 
Плата за загрязнения окружающей среды представляет 
собой форму возмещения экономического ущерба от выбросов и 
сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду. 
Для определения сумм платежей предприятий за выбросы вредных 
веществ в атмосферу необходимо рассчитать общую величину платы 
за загрязнение атмосферного воздуха. 

Она определяется по формуле: 

Побщ = Пн + Пл + Пел, 
(1.22) 

где Пн и Пл - плата за выбросы загрязняющих веществ в размерах, не 
превышающих предельно допустимых выбросов и в пределах, 
установленных лимитов. руб; 
П,л - плата за сверхлимитный выброс загрязняющих веществ, 
руб. 

Нормативы по платежам за выбросы и значение среднесуточных предельно допустимых концентраций (ПДК,/,) вредных веществ представлены в приложении. 

Расчеты всех видов платежей и штрафов за загрязнение окружающей среды осуществляются в соответствии с Постановлением 

12