ПРИКАЗ Ростехнадзора от 31.03.2005 N 182 "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:

(65)

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:

(66)

где - количество образующегося оксида углерода, кг/т Аl;

Р_ам - расход анодной массы, кг/т Аl;

- доля углерода, подвергшегося окислению под колоколом, доли ед.;

Р_О - количество кислорода, окисляющего углерод под колоколом, 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):

(67)

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:

(68)

где - количество оксида углерода, выбрасываемого в атмосферный воздух через систему газоотсоса, кг/т Аl;

- эффективность улавливания анодных газов газосборным колоколом, доли ед.;

- КПИ горелок во времени, доли ед.;

- эффективность дожигания оксида углерода, доли ед.

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:

(69)

где - эффективность улавливания анодныхгазов газосборником в период времени Т_n, доли ед.;

принимается в соответствии с приложением 9 к Методике;

Э_г 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:

(70)

где - количество оксида углерода, поступающего в атмосферу корпуса электролиза, кг/т Аl;

- степень дожигания оксида углерода, выделяющегося помимо колокольного газосборника, доли ед.

С учетом фактического содержания оксида углерода в воздухе электролизных корпусов принимается равной 0,5.

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:

(71)

где - суммарное количество оксида углерода, 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):

(72)

где - количество образующегося оксида углерода, кг/т Аl;

Р_ам - расход анодной массы, кг/т Аl;

- доля углерода, подвергшегося окислению под коркой, Доли ед.;

Р_О - количество кислорода, окисляющего углерод под коркой, кг/т Аl:

Р_О= 930 + 0,08 х Р_ам.

(73)

Количество СО, образующегося над коркой, рассчитывается по формуле:

(74)

где - количество оксида углерода, образующегося при 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:

(75)

где - доля оксида углерода, поступающего в систему газоотсоса, от количества, образующегося под коркой электролита (), доли ед.

(76)

где - доля времени горения огонька, доли ед.;

- доля неокислившегося СО, доли ед.

Количество оксида углерода, поступающего в атмосферу корпуса электролиза, определяется по формуле:

	(77)
	(78)

где Д_CO - доля оксида углерода, поступающего в атмосферу корпуса электролиза, от количества, образующегося под коркой электролита, доли ед.

Эффективность системы газоотсоса(Э(у)) рассчитывается по формуле:

(79)

Эффективность системы газоотсоса и эффективность дожигания оксида углерода в "огоньках" рекомендуется принимать в соответствии с приложением 10 к Методике, а Т_n и - по результатам хронометража или оперативной оценки.

(80)

где -количество оксида углерода,выбрасываемого в 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".

Количество образующегося под коркой СО рассчитывается по формуле (приложение 8 к Методике):

(81)

где - количество образующегося оксида углерода, кг/т Аl;

- расход анодов, нетто, кг/т Аl;

- доля углерода, подвергшегося окислению под коркой электролита, доли ед.

Количество кислорода, окисляющего углерод под коркой (Р_О), рассчитывается по формуле:

(82)

Количество СО, образующегося над коркой электролита, рассчитывается по формуле:

(83)

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.;

Количество оксида углерода, поступающего в систему газоотсоса, определяется по формуле:

(84)

где - доля оксида углерода, поступающего в систему газоотсоса, от количества оксида углерода, образующегося под коркой электролита (), доли ед.

(85)

где - доля времени горения огонька, доли ед.

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.

Таким образом, При этом формула (85) примет вид:

(86)

Количество оксида углерода, поступающего в атмосферу корпуса электролиза, определяется по формуле:

(87)

где - доля оксида углерода, поступающего в атмосферу корпуса электролиза, от количества оксида углерода, образующегося под коркой электролита, доли ед.

(88)

где Э(у) - эффективность системы газоотсоса, доли ед.

(89)

При подстановке значений формула (88) примет вид:

(90)

Эффективность системы газоотсоса и эффективность дожигания оксида углерода в "огоньках" принимается в соответствии с приложением 11 к Методике, а Т_n и - по результатам хронометража или оперативной оценки.

(91)

где - количество оксида углерода, выбрасываемого в атмосферный воздух, кг/т Аl.