Мероприятия по обеспечению промышленной безопасности. Часть 5

Страницы 1 2 3 4 5

---

РАЗДЕЛ 8 Специальная часть. Разработка мероприятий по снижению выбросов вредных веществ при работе автомобилей с ДВС в неблагоприятных метеорологических условиях

Работы, связанные с добычей полезных ископаемых открытым способом, сопровождаются выделением вредных веществ, в основном пыли и продуктов сгорания топлива, образующихся при движении горно-транспортной техники и взрывных работах. Часть образующихся вредных веществ, благодаря влиянию атмосферных факторов, выносится за пределы карьера, загрязняя при этом окружающую среду за его пределами, оставшаяся часть повышает концентрацию вредных веществ на рабочих местах, как правило, находящихся на нижних горизонтах, отрицательно влияет на здоровье горнорабочих. Одним из наиболее сложных и ответственных мероприятий техники безопасности в карьерах является контроль состояния рудничного воздуха на рабочих местах. Вследствие постоянно меняющихся направлений и скорости ветра, движения горно-транспортной техники, загазованность и запыленность рудничного воздуха на рабочих местах может в течение рабочей смены неоднократно изменяться от минимальных величин до значений, значительно превышающих безопасные предельно допустимые концентрации (ПДК).

Рост глубины карьеров вызывает значительное увеличение объемов перевозки, расстояний транспортирования, что приводит к росту числа транспортных единиц и концентрации их и другого технологического оборудования на ограниченных пространствах. Это предопределяет увеличение концентраций вредных веществ и пыли.

Оценка негативного воздействия различных видов транспорта представляет собой сложную задачу, поскольку работа карьерного транспорта имеет ряд особенностей, отличающих его от работы транспорта общего назначения:

1. Пункты погрузки и разгрузки постоянно меняют свое местоположение, следуя за фронтом горных работ, что требует периодического перемещения транспортных коммуникаций, оборудования (железнодорожных путей, автодорог, конвейеров) и, следовательно, затрудняет поддержание путей в хорошем состоянии, создает значительную запыленность. Кроме того, транспортные пути в карьере имеют большое количество спусков, подъемов, поворотов, что обуславливает нестандартные режимы работы двигателей и, следовательно, повышенное выделение вредных веществ.
2. Карьерный транспорт эксплуатируется в условиях затяжных подъемов. Двигатели работают с максимальной мощностью, при этом в атмосферу выбрасывается значительное количество вредных веществ.
3. В карьере высокая интенсивность движения, следовательно, запыленность и загазованность.

В разделе «Вентиляция» был произведен расчет,    из него можно сделать вывод, что естественной вентиляции недостаточно для переноса и рассеивания вредных примесей.

В отдельные периоды, когда метеорологические условия способствуют накоплению вредных веществ в приземном слое атмосферы (неблагоприятные метеорологические условия (НМУ)) концентрации примесей в воздухе могут резко возрасти. Чтобы в эти периоды не допускать возникновения высокого уровня загрязнения воздуха необходимо кратковременное сокращение выбросов загрязняющих веществ.

Предупреждения о повышении уровня загрязнения воздуха в связи с ожидаемыми НМУ составляют в прогностических подразделениях Росгидромета для каждого предприятия. По данным экологической службы в карьере наблюдается в среднем около 120 дней с метеорологическими условиями, затрудняющими перенос, рассеивание и вымывание вредных примесей из атмосферы.

Из изложенного следует, что задача уменьшения вредных примесей в воздух рабочей зоны является актуальной. Предупреждение профзаболеваний и создание комфортных условий труда работников является неотъемлемой частью политики в области охраны труда и промышленной безопасности.

 

8.1 Влияние отработавших газов двигателей внутреннего сгорания на организм человека

В отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержится свыше 170 вредных компонентов, из них около 160 — производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в двигателе. Наличие в отработавших газах вредных веществ обусловлено в конечном итоге видом и условиями сгорания топлива.

К числу вредных компонентов относятся и твёрдые выбросы, содержащие свинец и сажу, на поверхности которой адсорбируются циклические углеводороды (некоторые из них обладают канцерогенными свойствами).

По воздействию на организм человека компонентов отработавших газов подразделяются на:

1.Токсичные – оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы.

2.Канцерогенные – сажа, углеводороды (в пересчете на бензапирен).

3.Раздражающего действия – углеводороды (в пересчете на бензапирен).

Влияние из всех перечисленных компонентов отработанных газов на организм человека зависит от их концентрации в атмосфере и продолжительности воздействия (таблица 8.1).

Таблица 8.1

Содержание вредных веществ в газах ДВС

 

 

8.1.1 Оксид углерода

Оксид углерода, или угарный газ — очень ядовитый газ без цвета, запаха и вкуса. Он образуется при неполном сгорании древесины, ископаемого топлива и табака, при сжигании твердых отходов и частичном анаэробном разложении органики. Примерно 50% угарного газа образуется в результате работы двигателей внутреннего сгорания автомобилей. При высокой концентрации оксида углерода у человека замедляются реакции, ослабляется восприятие, появляются головная боль, сонливость, тошнота. Под воздействием большого количества угарного газа может произойти обморок, случиться кома и даже наступить смерть.

Угарный газ, или оксид углерода, смертельно опасен в больших дозах, но небольшое его количество предотвращает отторжение донорских органов. Ученые использовали газ в водорастворимой форме для поддержания жизни органов и снижения риска их отторжения.

Возможны расстройства речи, невралгии, в тяжелых случаях — парезы, в частности лицевого нерва (маскообразное лицо), психозы. Иногда картина расстройства центральной нервной системы напоминает паркинсонизм, усиленная потливость кистей рук, трофические расстройства кожи, крапивница, иногда преждевременное поседение и выпадение волос.

При хронических отравлениях наблюдаются более тяжелые заболевания Сердечно-сосудистой системы, чем при острых, особенно у лиц, занимающихся физическим трудом. Отмечаются аритмия, учащение пульса, экстрасистолия, неустойчивость пульса и кровяного давления со склонностью к снижению последнего.

 

8.1.2 Оксиды азота

Оксид азота NO и диоксид азота N₂O в атмосфере встречаются вместе, поэтому чаще всего оценивают их совместное воздействие на организм человека. Только вблизи от источника выбросов отмечается высокая концентрация NO. При сгорании топлива в автомобилях и в тепловых электростанциях примерно 90% оксидов азота образуется в форме монооксида азота. Оставшиеся 10% приходятся на диоксид азота. Однако в ходе химических реакций значительная часть NO превращается в N₂O — гораздо более опасное соединение. Монооксид азота NO представляет собой бесцветный газ. Он не раздражает дыхательные пути, и поэтому человек может его не почувствовать. При вдыхании NO, как и CO, связывается с гемоглобином.

По мере удаления от источника выброса все большее количество NO превращается в NO₂ — бурый, обладающий характерным неприятным запахом газ. Диоксид азота сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей. Вдыхание ядовитых паров диоксида азота может привести к серьезному отравлению. Диоксид азота вызывает сенсорные, функциональные и патологические эффекты. Рассмотрим некоторые из них. К сенсорным эффектам можно отнести обонятельные и зрительные реакции организма на воздействие NO₂. Даже при малых концентрациях, составляющих всего 0,23 мг/м3, человек ощущает присутствие этого газа. Эта концентрация является порогом обнаружения диоксида азота. Однако способность организма обнаруживать NO₂ пропадает после 10 минут вдыхания, но при этом ощущается чувство сухости и першения в горле. Хотя и эти признаки исчезают при продолжительном воздействии газа в концентрации, в 15 раз превышающей порог обнаружения. Таким образом, NO₂ ослабляет обоняние.

Но диоксид азота воздействует не только на обоняние, но и ослабляет ночное зрение – способность глаза адаптироваться к темноте. Этот эффект же наблюдается при концентрации 0,14 мг/м3, что, соответственно, ниже порога обнаружения.

Патологические эффекты проявляются в том, что NO₂ делает человека более восприимчивым к патогенам, вызывающим болезни дыхательных путей. У людей, подвергшихся воздействию высоких концентраций диоксида азота, чаще наблюдаются катар верхних дыхательных путей, бронхиты, круп и воспаление легких.

 

8.1.3 Оксиды серы

Оксиды серы (сернистый ангидрит) – бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворим в воде , образуя сернистую кислоту . Длительное воздействие низких концентраций увеличивает смертность от сердечно – сосудистых заболеваний, способствует возникновению бронхитов , астмы . В воздухе в зависимости от степени концентрации вызывает: раздражение слизистой оболочки глаз , кашель С = 0,001 об. % , раздражение слизистой оболочки горла С = 0,002 об. %

 

8.1.4 Углеводороды (в пересчете на бензапирен)

Бензапирен – полициклический и ароматический углеводород. Попадая в организм человека, постепенно накапливается до критической концентрации и стимулирует образование злокачественных опухолей.

 

8.1.5 Сажа

Сажа является основным компонентом нерастворимых твердых частиц. Как и любая мелкая пыль, засоряет дыхательные пути, раздражает их и может явиться причиной хронических заболеваний носоглотки. Попадая в легкие, сажа вызывает легочные заболевания. Но главная опасность заключается в том, что она может являться переносчиком канцерогенных веществ.

 

8.2.  Анализ технологического транспорта на предприятии

Основным видом технологического транспорта при добыче полезных ископаемых открытым способом остается автомобильный. Автомобильный транспорт, как транспорт рабочей зоны карьера, в наибольшей степени подвержен воздействию усложняющихся с глубиной горно-технических условий разработки.

Количество  единиц автотранспорта увеличивается с ростом объема добычи полезного ископаемого, а следовательно будет увеличиваться выброс вредных веществ.

В настоящее время автомобильный парк на ОАО «Лебединский ГОК» представлен большегрузными машинами грузоподъёмностью 42, 120, 180 и 220 тонн.

Всего 39 единиц техники, одновременно работают 36.

8.3 Расчет выбросов вредных веществ при транспортировании горной массы в периоды неблагоприятных метеорологических условий (НМУ)

Расчет производится по методике «Национального научного центра горного производства института горного дела им. Скочинского»[4].

Общая масса вредных веществ, выделяющихся при сжигании топлива карьерным транспортом, зависит от режима работы двигателя автомобиля.

Рассматривая работу автомобиля в карьере, можно выделить три характерных режима работы двигателя:

1. Холостой ход – при погрузке, ожидании и на спуске.
2. Полное использование мощности двигателя – при движении на подъем и при движении груженого автомобиля по горизонтальным и пологим участкам трассы.
3. Частичное (приблизительно 50-процентное) использование мощности двигателя – при движении автомобиля по горизонтальным участкам трассы в порожнем состоянии и при разгрузке.

 

Масса годового выброса вредных веществ от сжигания топлива в двигателях автомобилей:

где n-общее число примесей, выбрасываемых в атмосферу;

i – виды примесей, выбрасываемых источником ( i=1…n);

m_ati – масса i-го вредного вещества, выделяемого при работе автомобиля,

( т/год);

N – расчетный период (число дней с неблагоприятными метеорологическими условиями в год).

где  – масса i-го вредного вещества, выделяемого двигателем при работе на работе на различных режимах, кг/сут;

k –режим работы двигателя;  – число дней работы предприятия в году (принимаем n=120, количество дней НМУ);

– число работающих автосамосвалов;

– коэффициент влияния климатических условий работы: для автомобилей принимается равным 1;

– коэффициент. Зависящий от возраста и технического состояния парка; для автосамосвалов со сроком эксплуатации менее 2лет принимается равным 1, при сроке эксплуатации более 2 лет -1,2.

Масса i-го вредного вещества:

где  – удельный выброс i-го вредного вещества при работе двигателя на k–м режиме для дизельных двигателей автомобилей (таблица 8.2);

– время работы двигателя на k –м режиме в сутки, ч; определяется исходя из времени работы двигателя в данном режиме в течение рейса (таблица 8.3) и суммарного времени работы машины в сутки.

Максимальный из разовых выброс i-го вредного вещества с отработанными газами автомобилей:

Таблица 8.2

Удельные выбросы вредных веществ дизельными двигателями автомобилей

 

Таблица 8.3

Процентное распределение времени работы двигателей при различных нагрузочных режимах

 

 

8.3.1 Расчет выбросов вредных газов от БелАЗ-7548 (42 т)

В карьере одновременно работают 2 грузовых автомобиля БелАЗ-7548 грузоподъемностью 42 т. Срок эксплуатации более 2х лет.

Работают 19,5 часов в сутки.

Учитывая режимы работы автомобиля выбираем из таблицы 8.3 процентные показатели:

• На холстом ходу – 38%;
• 50 % мощности – 14 %;
• На максимальной мощности – 48 %.

Из этого следует, что на холостом ходу автомобиль работает 7, 41 часа в сутки, 50 % мощности – 2, 73 часа и на максимальной мощности – 9,36 часа.

• Рассчитаем максимальные из разовых выбросы каждого вредного вещества, объединив формулы 8.3 и 8.4. Получаем:

Рассчитываем выбросы каждого вредного вещества в год, объединив формулы 8.1 и 8.2. Получаем:

Для СО:     2, 467 т/N;

Для NO_х:         6, 854 т/N;

Для СН:     5, 196 т/N;

Для С:      0, 646 т/N;

 

8.3.2 Расчет выбросов вредных газов от БелАЗ-7512 (120 т)

В карьере одновременно работают 26 грузовых автомобиля БелАЗ-7512 грузоподъемностью 120 т. Срок эксплуатации более 2х лет.

Работают 18 часов в сутки.

Учитывая режимы работы автомобиля, выбираем из таблицы 8.3 процентные показатели:

• На холстом ходу – 38%;
• 50 % мощности – 14 %;
• На максимальной мощности – 48 %.

Из этого следует, что на холостом ходу автомобиль работает 6, 84 часа в сутки, 50 % мощности – 2, 52 часа и на максимальной мощности – 8,64 часа.

• Рассчитаем максимальные из разовых выбросы каждого вредного вещества (так же как и в пункте 8.5.1). Получаем:
• Рассчитываем выбросы каждого вредного вещества в год, объединив формулы 8.1 и 8.2 (так же как и в пункте 8.5.1) Получаем:

 

8.3.3 Расчет выбросов вредных газов от БелАЗ-75215 (180 т)

В карьере одновременно работают 4 грузовых автомобиля БелАЗ-75215 грузоподъемностью 180 т. Срок эксплуатации более 2х лет.

Работают 17,5 часов в сутки.

Учитывая режимы работы автомобиля выбираем из таблицы 8.3 процентные показатели:

• На холстом ходу – 38%;
• 50 % мощности – 14 %;
• На максимальной мощности – 48 %.

Из этого следует, что на холостом ходу автомобиль работает 6, 65 часа в сутки, 50 % мощности – 2, 45 часа и на максимальной мощности – 8,4 часа.

• Рассчитаем максимальные из разовых выбросы каждого вредного вещества (так же как и в пункте 8.5.1). Получаем:
• Рассчитываем выбросы каждого вредного вещества в год, объединив формулы 8.1 и 8.2 (так же как и в пункте 8.5.1) Получаем:

 

 

8.3.4 Расчет выбросов вредных газов от БелАЗ-75131 (220 т)

В карьере одновременно работают 4 грузовых автомобиля БелАЗ-75131 грузоподъемностью 220 т. Срок эксплуатации более 2х лет.

Работают 19,5 часов в сутки.

Учитывая режимы работы автомобиля выбираем из таблицы 8.3 процентные показатели:

• На холстом ходу – 38%;
• 50 % мощности – 14 %;
• На максимальной мощности – 48 %.

Из этого следует, что на холостом ходу автомобиль работает 7, 41 часа в сутки, 50 % мощности – 2, 73 часа и на максимальной мощности – 9,36 часа.

• Рассчитаем максимальные из разовых выбросы каждого вредного вещества (так же как и в пункте 8.5.1). Получаем:
• Рассчитываем выбросы каждого вредного вещества в год, объединив формулы 8.1 и 8.2 (так же как и в пункте 8.5.1) Получаем:

 

Подведем итог и суммируем каждое вещество отдельно для всех видов автомобилей:

 

Для СО:   = 0,183+4,717+1,192+1,694=7,786   г/с

Для NO_x:   = 0,551+15,442+4,078+5,646=25,717   г/с

Для СН:    =  0,120+0,482+0,426+0,716=1,744    г/с

Для С:       = 0,015+1,584+0,136+0,182=1,917    г/с

 

 

8.3.5 Определение концентраций вредных веществ в приземном слое атмосферы карьера

Неблагоприятные метеорологические условия — это условия, которые  способствуют накоплению вредных веществ в приземном слое атмосферы. К таким метеорологическим условиям относятся наступление и положение по отношению к источникам выбросов температурных инверсий, характеристика термической устойчивости под инверсионным слоем, наличие атмосферных явлений (тумана, дымки), сочетание этих явлений с неблагоприятным интервалом скорости и направлениями ветра. При этом должен учитываться уровень загрязнения воздуха в целом по комбинату (табл. 8.4).Приземный слой атмосферы, в котором накапливаются примеси вредных веществ для карьера

равен 100 м по вертикали от дна карьера. Концентрации вредных веществ в этом слое не должны превышать предельно допустимых, в соответствие ГН 2.2.5.1827-03 «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны» (таблица 8.4).

 

Таблица 8.4

Предельно допустимые концентрации вредных веществ воздуха рабочей зоны и их фоновые концентрации на комбинате

 

Для определения концентраций вредных веществ из отработавших газов необходимо произвести расчет объема воздуха в приземном слое атмосферы. Возьмем для расчета формулу усеченного конуса (рисунок  8.1).

 

Рис. 8.1  Схема карьера

V= ) ,    м³                     (8.7)

Где π =3,14;

H — высота приземного слоя, Н=200м.;

R = верхний горизонт карьера, R =1750 м.;

R₁ – радиус верха карьера (верхняя граница приземного слоя), R₁=790 м;

R₂ – радиус дна карьера (нижняя граница слоя), R₂= 500 м;

Получаем:

V =   ) = 0,133 ∙10⁶   м³

Находим концентрации вредных веществ, которые находятся в данном объеме воздуха:

,     мг/м³             (8.9)

К формуле 8.9 прибавляем фоновую концентрацию:

Для СО:  мг/м³;

Для NO_x:   мг/м³;

Для СН:  мг/м³;

Для С:  мг/м³.

 

Сравниваем с ПДК, и подводим итог, что превышение предельно допустимой концентрации только у углеводородов, но у других веществ концентрация в приземном слое карьера недопустимо высокая. Из этого следует, что требуется предпринимать меры для снижения выбросов вредных веществ.

 

8.4 Способы и методы для снижения вредных веществ при работе автомобилей с ДВС

         Наличие постоянно ужесточаемых норм выброса вредных веществ с отработавшими газами предопределяет необходимость проведения работ по совершенствованию рабочих процессов дизелей в направлении улучшении экологических показателей и безопасности здоровья работников – снижении дымности и токсичности газов.

 

8.4.1 Применение присадок

Рациональным путем уменьшения выброса вредных веществ с отработавшими газами является применение различных присадок, влияющих на процесс сгорания топлива. В основном существуют две группы присадок – интенсифицирующие горение и антидымные присадки.

Наиболее эффективными являются металлосодержащие присадки, в состав которых входят: барий, марганец и тетраэтилсвинец. Эти присадки мало влияют на содержание окиси углерода и окислов азота, но могут способствовать снижению альдегидов и бензапирена в отработавших газах. Как правило, к топливу добавляется 1% присадки, что достаточно для существенного снижения дымности выхлопа.

Механизм действия присадки еще недостаточно изучен. Объясняется это сложностью исследования одновременно быстро протекающих процессов образования и сгорания сажевых частиц в условиях камеры сгорания дизельного двигателя.

Проверенные ранее исследования показали, что использование бариевых присадок позволяет уменьшить уровень дымности на 20-50% без существенного изменения эффективных показателей дизеля и содержания NO_х  и СО в отработавших газах.

Проведенный анализ в отработавших газах различных видов дизелей показал, что действие присадки не проявляется на ранних стадиях процесса сгорания, когда образуется сажа и устанавливается характер распределения углеводородов. Было высказано предположение. Что бариевая присадка является катализатором, способствующим расщеплению молекул воды или водорода на атомы водорода, которые затем реагируют с молекулами воды.

8.4.2  Применение каталитических нейтрализаторов

Катализатор – вещество, которое ускоряет или вызывает химическую реакцию, само не входя в продукты реакции. Катализаторы участвуют в реакции, но не являются не реактивом, ни продуктом реакции.

В каталитических преобразователях существуют два различных типа катализаторов: восстанавливающий и окислительный. Оба типа состоят из керамической структуры, покрытой металлическим катализатором (обычно это платина, родий и/или палладий). Идея заключается в том, чтобы создать структуру, которая подставляет под поток выхлопных газов максимальную площадь катализатора и свести к минимуму задействованное при этом количество самого катализатора, так как используемые материалы весьма дороги. В некоторых преобразователях даже стали использовать золото с примесью более традиционных катализаторов. Золото дешевле по сравнению с остальными катализаторами, и может повысить степень окисления на 40%, что необходимо для снижения количества вредных газов.

Каталитические нейтрализаторы по типу носителя делят на керамические и металлические. Носителем выступает керамика в виде сот или металл. Более распространены керамические катализаторы. Основной недостаток керамического катализатора – хрупкость.

Восстанавливающий катализатор – первый этап каталитического преобразователя. Он использует платину или родий, чтобы уменьшить выбросы NO_x. Когда молекула NO или NO₂ встречается с молекулами катализатора, от нее отделяется атом азота, высвобождая кислород – О_2. Атом азота связывается с другим атомом азота, образуя  N₂.

Окислительный катализатор – второй этап каталитического преобразователя. Он снижает количество несгоревшего топлива и окиси углерода в результате их сжигания (окисления) с помощью таких катализаторов, как платина и палладий. Этот катализатор также помогает СО вступить в реакцию с несгоревшим кислородом, образуя углекислый газ СО₂.

Третий этап преобразования системы управления, которая контролирует поток выхлопных газов, и использует эту информацию для управления системой впрыска топлива.

Каталитический нейтрализатор делает большую работу по снижению загрязнения. Одной из самых больших недостатков является то, что он работает только при достаточно высокой температуре. При запуске холодного автомобиля каталитический нейтрализатор практически ничего не делает, чтобы уменьшить загрязнение в выхлопных газах.

Одним из простых решений этой проблемы состоит  в перемещении каталитического нейтрализатора поближе к двигателю. Это означает, что горячие выхлопные газы достигают конвертер и он нагревается быстрее, но это может также сократить срок службы преобразователя, выставляя его на очень высоких температурах.

Каталитический нейтрализатор находится за приемной трубой глушителя (встречается объединенный) или непосредственно в выпускном коллекторе, очень редко за ним.

Срок службы катализатора главным образом зависит от качества топлива. Средний срок службы составляет от 180 до 200 тысяч километров.

Несмотря на многочисленные попытки заменить двигатель внутреннего сгорания каким-либо другим, не выделяющим токсичные вещества, альтернативы ему пока нет. А если принципиально новый двигатель и появится, то переналадка производства для его крупносерийного выпуска потребует грандиозных капиталовложений и произойдет далеко не сразу.

 

8.4.3 Устройство и принцип действия каталитических нейтрализаторов

         На дизельные автомобили для снижения выбросов вредных веществ устанавливаются трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы. Трехкомпонентными их называют потому, что они нейтрализуют три вредных составляющих выхлопных газов: СО, СН и NO.(рис.8.2)

 

Рис. 8.2  Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

 

Трехкомпонентный  каталитический нейтрализатор представляет собой корпус из нержавеющей стали, включенный в систему выпуска до глушителя. В корпусе располагается блок носителя с многочисленными продольными порами покрытыми тончайшим слоем вещества катализатора, которое само не вступает в реакцию. В качестве катализатора используется палладий, который способствуют окислению СО и СН, а родий «борется» с NO_х. В результате реакций в нейтрализаторе токсичные соединения СО, СН и NO_х окисляются или восстанавливаются до углекислого газа СО₂, азота N₂ и воды Н₂О.

Носителем в нейтрализаторе служит спецкерамика – монолит с множеством продольных сот-ячеек, на которые нанесена специальная шероховатая подложка. Это позволяет максимально увеличить эффективную площадь контакта каталитического покрытия с выхлопными газами – до величин около 20 тыс. м². Причем вес благородных металлов, нанесенных на подложку на этой огромной площади, составляет всего 2-3 грамма. Керамика сделана достаточно огнеупорной – выдерживает температуру до 800-850^о С.

На первый взгляд может показаться, что установка катализатора решает проблему выброса вредных веществ. Однако температура, при которой катализатор начинает действовать (температура активации), находится в пределах 250-350^оС. Холодный нейтрализатор практически неэффективен – следовательно необходимо уменьшить время достижения температуры активации. Проблему можно решить путем установки нейтрализатора поближе к выпускному коллектору, также коллектор можно изготавливать из тонкостенных стальных труб (вместо массивных чугунных) и дополнительно утеплить, уменьшив тем самым тепловые потери. Другой способ решения проблемы – быстро прогреть нейтрализатор, подать в отработавшие газы дополнительную порцию воздуха и одновременно обогатить смесью топливо догорает уже на спуске, температура выхлопных газов растет, и нейтрализатор быстрее выходит на рабочий режим.

Трехкомпонентный нейтрализатор наиболее эффективен при определенном составе отработавших газов. Это значит, что нужно очень точно выдерживать состав горючей смеси возле, так называемой, стехиометрического отношения «воздух-топливо», значение которого около 14,7. Это значит, что при сожжении одной единицы топлива будет сожжено 14,7 единиц воздуха. Если горючая смесь будет богаче, то упадет эффективность нейтрализации СО и СН, если беднее — NO_х. Поддерживать стехиометрический состав горючей смеси можно одним способом – управлять смесеобразованием, немедленно получая информацию о процессе сгорания, т.е., организовав обратную связь.

Для этого в выпускной коллектор помещают специально разработанный кислородный датчик, так называемый, лямбда-зонд. Он вступает с раскаленными выхлопными газами в электрохимическую реакцию и выдает сигнал, уровень которого зависит от количества кислорода в выхлопе. Если кислорода осталось много, то значит смесь слишком бедная, если мало – богатая. А по результатам мгновенного анализа, которым занимается электроника, можно быстро корректировать состав смеси в ту или иную сторону. Напряжение на выходе кислородного датчика принимает два уровня. Когда смесь бедная, то низковольтный сигнал дает команду на обогащение топливной смеси, и наоборот. На нейтрализаторе необходимо устанавливать два кислородных датчика. Первый определяет качество смеси (богатая или бедная), другой, установленный за нейтрализатором – отслеживает эффективность нейтрализации.

Сажевые фильтры и катализаторы могут располагаться отдельно, так и находится под одним  корпусом. Кроме того выпускная система может иметь несколько катализаторов, отвечающих за очистку отработавших газов от тех или иных токсичных элементов (рис.8.3).

 

Рис. 8.3. Сажевый фильтр

 

Сажевые фильтры изготавливают в виде пористого фильтрующего материала из карбида кремния. Такие фильтры работают в паре с окислительным нейтрализатором, который восстанавливает NO_х и NO₂ и одновременно дожигает сажу, причем при более низких температурах – около 250^оС.

Сажевые фильтры размещают сразу за выпускным коллектором. Через каждые 300-500 километров пробега контроллер включает режим многофазного впрыска, увеличивая количество поступающего в цилиндр топлива. Самый главный плюс – поверхность фильтрующего элемента покрыта тонким слоем катализатора, который дополнительно повышает температуру выхлопных газов до необходимых 560-600^оС. Фильтрующий элемент состоит из керамической пористой губки. Толщина стенок между ее каналами не превышает 0,4 мм, тем самым увеличивается фильтрующая поверхность. Иногда эту губку делают из сверхтонкого стального волокна, также покрытого катализатором. Набивка настолько плотная, что задерживает до 80% частиц размером 20-100 нм. Фильтры также активно участвуют в управлении работой двигателя. Режим обогащения включается по сигналу от датчиков давления, установленных на входе и выходе фильтра. Когда разность показаний становится значительной, компьютер воспринимает это как признак закупоренности губки сажей.

Яркий пример современного механизма очистки выхлопа дизелей – электронная система управления дизельным двигателем EDC, разработанная компанией Bosch.(рисунок)

 

8.4.4 Расчет эффективности применения каталитических нейтрализаторов

Расчет выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизельных автомобилей проводится по Методике «Института горного дела им. А.А.Скочинского» [4].

С учетом применения нейтрализаторов масса выброса вредных веществ с отработавшими газами определяется по формуле:

Где  – масса вредного вещества, мг/м³;  – величина, учитывающая степень очистки i-го вредного вещества.

Для СО: =0,86;

для NO_x: =0,5;

для СН: =0,3;

для С:  = 0,5.

Получаем:

Для СО:    ;

Для NO_x:     ;

Для СН:

Для С:     .

Данные расчета приведем в таблицу 8.5.

Таблица 8.5

Эффективность применения катализаторов на ДВС

 

Из расчетов видно, что применение катализаторов помогает уменьшить концентрации вредных веществ. Таким образом, масса сажи и оксидов азота снизилась в 2 раза, оксид углерода  — больше чем в 7 раз. У бензапирена степень очистки находится на низком уровне и  масса вещества в воздухе превышает предельно допустимые значения. Следовательно, необходимы другие методы очистки, либо максимально уменьшить  количество одновременно работающих большегрузных автомобилей, то есть разработать новую технологию доставки полезного ископаемого на верхние горизонты карьера для его последующей погрузки в железнодорожный транспорт.

 

8.5. Комплекс циклично-поточной технологии

         ОАО «Лебединский ГОК» планирует переход на циклично-поточную технологию к 2020 году. Такое направление развития связано, прежде всего, с дислокацией наиболее доступных рудных полей трех залежей, содержащих около 0,5 млрд. тонн промышленных запасов железистых кварцитов. Также главной задачей предприятия является создание комфортных условий труда для работников и сохранение жизни и здоровья.

Новая технология позволит снизить количество большегрузных автомобилей и, следовательно, выбросы вредных веществ.

8.5.1 Комплекс циклично-поточной технологии на Северном борту карьера

На Северном борту карьера предусматривается строительство двух комплексов ЦПТ с горизонта минус 275 м, производительностью         по 20 млн. тонн руды в год каждый.

В технической части предусматриваются следующие решения:

-дробление в карьере исходной горной массы крупностью 0÷350 мм для возможности применения конвейерного транспорта;

-выдача дробленого материала ленточными конвейерами на Западный борт карьера на отметку +97.00 м, затем системой конвейеров по существующей железнодорожной траншее, далее — по поверхности на склады, расположенные в непосредственной близости от ДОФ.

Трасса конвейерного тракта выбрана с учетом существующего положения, из условий наименьшей протяженности, минимальных пересечений с транспортными коммуникациями.

В состав одного проектируемого комплекса на Северном борту входят следующие здания и сооружения:

— корпус крупного дробления в колодце с дробимой ККД-1500/180 с разгрузочной площадкой автотранспорта на горизонте  минус 275 м;

— ленточные конвейеры в траншее, на шпальном основании, при пересечении с транспортными коммуникациями — на эстакадах;

— перегрузочные станции;

— склад руды (возле ДОФ);

— комплексы оборудования по замене конвейерных лент.

В состав конвейерного тракта комплекса ЦПТ на Северном борту карьера входят 14 ленточных конвейеров.

Общая протяженность конвейеров составляет – 8500м.

Для определения мощности приводов и выбора типа ленты необходимо выполнять тяговые расчеты всех ленточных конвейеров, исходя из часовой производительности и чистого времени работы комплекса ЦПТ.

Для обеспечения стабильной и безаварийной работы ленточных конвейеров завод-изготовитель комплектно поставляет следующие оборудования:

— устройства контроля схода ленты на сторону;

— установки контроля продольного порыва ленты;

— установки контроля скорости ленты;

— установки контроля целостности троссиков ленты;

— устройства выключающие канатные;

— скребки для очистки ленты;

— электрощетки;

— очистители ленты с винтовыми роликами;

— плужковые сбрасыватели.

Для   обеспечения   безопасной   работы  обслуживающего   персонала   в   проекте заказаны:

— установки дистанционных выключателей для возможности остановки конвейеров из любой точки;

— выключатели, блокирующие работу конвейера при снятых ограждениях, кожухах.

 

8.5.2. Комплексы циклично-поточной технологии на Западном борту карьера

На Западном борту карьера  предусматривается строительство двух комплексов ЦПТ с горизонта минус 120м производительностью:

— по 20 млн. тонн в год, если в составе дробильно-перегрузочной установки (ДПУ) конусная дробилка фирмы «KRUPP»  типа КВ-155-25;

— по 28 млн. тонн в год, если в составе (ДПУ) конусная дробилка финской фирмы «Superior 60-110E».

Дробленый материал, крупностью 0÷350мм выдается магистральным конвейером, установленным под углом 15°, на Западный борт карьера, затем системой конвейеров по существующей ж.д. траншее, далее — по поверхности  на склады, в районе промплощадки ДОФ.

В состав одного проектируемого комплекса  на Западном борту карьера входят следующие здания и сооружения:

— дробильно-перегрузочная установка в открытом исполнении с разгрузочной площадкой на отметке минус 120м;

— ленточные конвейеры -10 штук, шириной ленты 2000мм;

— перегрузочные станции;

— склад руды;

— комплексы оборудования по замене конвейерных лент.

Схема расположения конвейера представлена на рисунке 8.4

 

 

Масштаб 1:25 000

Рисунок 8.4 – Cхема расположения ленточного конвейера в карьере

Вывод

Одним из наиболее сложных и ответственных мероприятий техники безопасности в карьерах является контроль состояния рудничного воздуха на рабочих местах. Вследствие постоянно меняющихся направлений и скорости ветра, движения горно-транспортной техники, загазованность и запыленность рудничного воздуха на рабочих местах может в течение рабочей смены неоднократно изменяться от минимальных величин до значений, значительно превышающих безопасные предельно допустимые концентрации (ПДК).

В специальной части дипломного проекта был проведен анализ технологического транспорта, а именно большегрузных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в периоды работы в неблагоприятных метеорологических условиях, так как наибольшая концентрация вредных веществ возникает непосредственно в эти периоды.

Из проведенного анализа можно сделать вывод, что проблема загрязнения атмосферы карьера существует. Были предложены 2 метода решения данной задачи: путем установки на двигатели внутреннего сгорания каталитических нейтрализаторов и изменение технологического оборудования. Первый метод показал высокую эффективность снижения выбросов вредных веществ, но существуют весомые недостатки – высокая стоимость специальных устройств и их недолговечность. Оптимальным решением данной проблемы стало изменение технологического оборудования доставки полезного ископаемого с нижних горизонтов карьера на верхние.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В дипломном проекте выполнен анализ наиболее опасных и вредных факторов в горно-обогатительном производстве для человека и определили пути снижения их неблагоприятного воздействия на персонал предприятия.

В горно-геологической части было рассмотрено строение Лебединского ГОКа. В горно-технологической части были рассмотрены и обоснованы процессы подготовки, вскрытия, разработки месторождения, выемочно-погрузочные работы, транспортирование горной массы.

Были  проанализированы опасные и вредные факторы производственной среды на предприятии, их влияние на рабочие условия труда.

В результате анализа актов  несчастных случаев на предприятии, были составлены гистограммы травматизма, коэффициента частоты и тяжести травматизма, на их основе разработаны мероприятия по повышению уровня безопасности и создания комфортных условий труда при ведении горных работ. Также был произведен анализ нормативно-правовой базы предприятия.

На ОАО «Лебединский ГОК» разработан план ликвидации аварии. Из перечня позиций, была выбрана и подробно рассмотрена «Загазованность рабочих горизонтов выхлопными газами».

Была произведена оценка естественного проветривания путём сравнения количества воздуха, участвующего в проветривании за счёт энергии ветра и необходимого для выноса из карьера пыли с сажей  и газов. Естественное проветривание находится на критическом уровне.

В специальной части дипломного проекта был проведен анализ технологического транспорта, а именно большегрузных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в периоды работы в неблагоприятных метеорологических условиях. Из проведенного анализа можно сделать вывод, что проблема загрязнения атмосферы карьера существует. Были предложены 2 метода решения данной задачи: путем установки на двигатели внутреннего сгорания каталитических нейтрализаторов и изменение технологического оборудования

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Ермолов В. А., Ларичев Л. Н., Мосейкин В. В. Геология: Учебник для вузов: В 2-х частях/Под ред. В. А. Ермолова. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. – Часть I: Основы геологии. – 598 с., ил.
2. Ржевский В. В. Открытые горные работы. Учебник для вузов. В 2-х частях. Часть 1. Производственные процессы. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: недра, 1985. – 509 с.
3. Городниченко В.И., Дмитриев А.П. Основы горного дела. — М.: Издательство «Горная Книга», Издательство московского государственного горного университета, 2008. — 510 стр.
4. Бритарев В.А., Замышляев В.Ф. Горные машины и комплексы. — М.: Недра, 1984. — 288 с.
5. Ялтанец И. М., Щадов М. И. Практикум по открытым горным работам: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. – 429 с.: ил.
6. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом: Учебник для вузов. 3-е издание, перераб. и доп. – М.: издательство МГИ 1992. — 516с., ил
7. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом: ПБ 03-498-02: утв. Госгортехнадзором РФ 09.09.02. Ввод. в действие с 04.01.03.
8. Единые правила безопасности при взрывных работах: ПБ 13-407-01: утв. Госгортехнадзора РФ 30.01.01. ввод. в действие 01.03.02
9. Ушаков К. З., Каледина Н. О., Кирин Б. Ф., Сребный М. А. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов/Под ред. К. З. Ушакова. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2000. – 430 с.
10. Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело: Учеб.для вузов /К.З. Ушаков, Н.О. Каледина, Б.Ф. Кирин, М.А. Сребный, Е.Я. Диколенко, А.М. Ильин, А.П. Семенов. – М.: Изд-во Академии горных наук, 1999. – 587 с.ил.
11. К.З. Ушаков, Н.С. Груничев, Н.А. Архипова. Основы проектирования вентиляции горных предприятий: Учеб.пособие.– Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. — 96 с.
12. «Методика расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу», НИИ «АТМОСФЕРА», ГИГХС, НИИАТ, Якутнипромалмаз , 2001 г. 85 с.
13. Правила безопасности при эксплуатации электроустановок: ПОТ Р М-016-2001 РД 153-34.0-03.150-00: утв. Министерством труда и социального развития РФ 05.01.01. Ввод в действие 01.07.01
14. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». Приняты 20 апреля 1995 г.
15. ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые  концентрации  (ПДК)  вредных веществ в воздухе рабочей зоны».  30 апреля 2003 г.
16. СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 1 октября 1996 г.)
17. Система стандартов безопасности труда. ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ «Шум. Общие требования безопасности» от 6 июня 1983 г.
18. Система стандартов безопасности труда. ГОСТ 12.1.012-90. ССБТ «Вибрационная безопасность. Общие требования» от 13.07.90.
19. Федеральный закон от 21 июля 1997 г. №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (с изм. от 02.07.2013).
20. «Правла технической эксплуатации промышленного железнодорожного транспорта» от 29 марта 2001 г. № АН -22-Р
21. ППБ 01-03 «Правила пожарной безопасности в РФ» от 18 июня 2003 г.
22. Приказ Министерства здравоохранения и социального развития РФ от 1 июня 2009 г. № 290н «Об утверждении Межотраслевых правил обеспечения работников специальной одеждой, специальной обувью и другими средствами индивидуальной защиты» (с изменениями от 27 января 2010 г.).
23. ПЛА 01-01-2013 «План ликвидации (локализации) аварий по карьеру Рудоуправления ОАО «Лебединский ГОК»» от 12.08. 2013 г.

 

---

Страницы 1 2 3 4 5