Как фильтровать воздух в силосах, в которых мы храним цемент?

07.12.2020

Сколько цементной пыли образуется каждый год, почему она так опасна для людей и природы и как фильтровать воздух в силосах, в которых хранится цемент?

«Пыльная работёнка»

Прежде чем говорить о самих силосах, давайте разберёмся с тем, что в них хранится — цементом. Например, знаете ли вы, сколько цементной пыли образуется каждый год на заводах только нашей страны?

Миллионы тонн цемента перевозятся по всем федеральным округам страны и превращаются в товарный бетон и раствор, используемый при строительстве зданий и сооружений, на предприятиях железобетонных изделий (ЖБИ) и бетонных заводах.

Количество потребителей цемента в сотни раз превышает количество производителей. Только в Санкт-Петербурге бетонный раствор предлагают более 80 предприятий, а изделия из железобетона производят около 200 предприятий. Практически все они расположены на селитебных территориях города и фактически перераспределяют пыль цемента по всей жилой территории страны.

Селитебная территория — часть территории населённого пункта, предназначенная для размещения жилой, общественной (общественно-деловой) и рекреационной зон <…> — закон об архитектурной, градостроительной и строительной деятельности в РК

Образование пыли при производстве цемента чрезвычайно велико. Механическая обработка, сушка, обжиг рудных материалов (известь, глина) и добавок (шлаки и зола), перемещение и складирование фабрикатов и готовой продукции — всё это стационарные источники загрязнения атмосферы населённых мест, где расположены цементные заводы.

Произведём нехитрые расчёты. Весовая доля пылевой фракции готового цемента составляет 4%. В 2019 году более 50 цементных заводов страны изготовили почти 60 миллионов тонн цемента.

Получается, что за год в России в окружающую среду было принесено порядка 2,5 миллионов тонн цементной пыли.

Цементные заводы — I категория экологически опасных промышленных объектов

Пагубное влияние выбросов вредных веществ на атмосферу и здоровье населения широко известно и освещается в СМИ и научной печати. От цементной пыли страдают флора, фауна и человек. По этой причине производство цемента входит в I категорию опасных объектов, оказывающих воздействие на окружающую среду.

Профильные предприятия цементной промышленности отнесены к областям применения наилучших доступных технологий (НДТ) и обязаны получать комплексные экологические разрешения на осуществление своей деятельности.

Цементная пыль — скрытая угроза для населения страны

Сухой не слежавшийся цемент по существу сам является пылью, так как максимальный размер его зёрен не превышает 200 мкм. Доля долго витающих частиц (скорость осаждения от 0,2 до 6,0 см/с) в порошке достигает 25%. Поэтому любое осыпание цементного порошка сопровождается облаком пыли.

В результате, проблема цементной пыли в атмосферном воздухе становится общей для городов-производителей и для городов-потребителей цемента. Присутствие цементной пыли в атмосфере селитебных зон городов и посёлков несёт скрытую угрозу для здоровья населения. Она не так очевидна, как раздражающее действие пыли цемента на органы дыхания, глаза и кожу, но действует постоянно и неотвратимо.

Таблица, приведённая ниже, даст общие представления о выбросах цементной пыли на предприятиях.

Таблица 1. Выбросы цементной пыли на производстве

Цех, участок	Источники выделения пыли	Источники выбросов	Величина выбросов, кг/ч
Склад хранения цемента	Пост разгрузки и разгрузки железнодорожных вагонов	Неорганизованный выброс	1,5–8,4
	Загрузка силосов	Трубы пылеуловителей	0,57–28,5
	Разгрузка силосов в автосамосвалы	Неорганизованный выброс	1,2–7,4
Бетонный смесительный узел	Грохот	Трубы пылеуловителей	0,6–12,6
	Расходные бункера и дозаторы		1,8–2,6
	Бетоносмесители		1,7–11,8
	Расходные бункеры		1,5–8,4
	Узлы пересыпки с транспортеров		1–3,0

Цементная пыль — концентратор токсичных веществ

Среднесменная концентрация пыли в воздухе рабочей зоны ПДК равна 8 мг/м³. В атмосферном воздухе населённых мест максимально разовая ПДК равна 0,3 мг/м³ и среднесуточная 0,1 мг/м³.

Исследованиями последних лет установлено наличие токсичных микропримесей в цементной пыли, удельное содержание которых возрастает с увеличением дисперсности.

Токсичные вещества, содержащиеся в цементной пыли, могут приводить к таким заболеваниям, как поражение ЦНС, почек, печени, органов желудочно-кишечной системы, зрения и слуха. И список далеко не полный!

Для выбросов цементного производства с 2019 года установлены маркерные показатели загрязнения атмосферы. В таблице 2 приведены металлы, вклад соединений которых в общее количество цементной пыли составляет более 1%.

Таблица 2. Содержание токсичных металлов в цементной пыли

Металл и его соединение	Содержание в цементной пыли %	ПДК в атмосферном воздухе мг/м³	Токсическое действие *
Диэтилртуть	3,7	0,0003	Поражение ЦНС, почек, зрения, слуха. Пороки развития плода.
Кадмий оксид	0,89	0,0003	Многополярное действие — от гипертонии до канцерогенеза.
Медь оксид	1,24	0,002	Повреждение плода, нарушение овариально-менструального цикла (ОМЦ), течения родов и лактации. Поражение печени и почек. Изменение обмена веществ.
Свинец и его неорганические соединения	1,51	0,001	Поражение ЦНС, почек, органов желудочно-кишечной системы, печени. Боли в конечностях, нарушение сна, кроветворения, авитаминозы.
Таллий карбонат	1,07	0,0004	Неврологические и желудочно-кишечные расстройства. Поражение почек. Выпадение волос.

Что такое силос и зачем его продувают?

Теперь, обосновав вредность цементной пыли, поговорим о том, где она концентрируется, и как защищать от неё людей и природу.

Итак, цемент на предприятиях по изготовлению бетонного раствора и железобетонных изделий хранится в силосах.

Силос — это ёмкость цилиндрической формы с коническим днищем для хранения сыпучих материалов, таких как цемент, песок, зерно, комбикорм, гранулы и т.п.

Преимуществами использования силосов являются их вертикальное расположение (а, следовательно, значительная экономия площади) и повышение уровня защищённости хранимого сырья от воздействия внешних факторов окружающей среды (сырости, дождя, снега).

Стационарные цементные силосы являются промежуточным складом для загрузки, кратковременного хранения и выгрузки цемента. Объём силоса рассчитывается из условий полного использования загруженного материала в течении трёх суток. По техническим требованиям силосы должны освобождаться от цемента не позже, чем через 7–15 дней после загрузки. Загрузка и выгрузка цемента осуществляются пневмотранспортом.

Заполненный цементом силос из-за высокой слипаемости и гигроскопичности порошка быстро слёживается. Для предупреждения уплотнения порошка цемента в состоянии покоя и обеспечения эффективной работы силосов в качестве временных складов цемента производится периодическая аэрация силосов сжатым воздухом и аэродинамическая продувка перед разгрузкой.

Условия образования пыли при работе пневмотранспорта и аэрации не изучены, и количественная оценка количества образующейся пыли является ориентировочной.

Как перемещается пылевоздушная смесь?

Движение пылевоздушной смеси при загрузке силосов обеспечивается стационарными и передвижными насосами:

Стационарные насосы применяются на предприятиях по производству цемента, при выгрузке из железнодорожных вагонов (хопперов) и пересыпке из силоса в силос.
Передвижные насосы устанавливаются на автоцементовозах, которые в настоящее время являются основным средством погрузки и разгрузки цемента силосов, бетонных заводов и предприятий по производству железобетонных изделий.

Воздух, накачиваемый в систему транспортировки пыли, освобождается от порошка цемента при выходе из транспортного трубопровода и выходит из силоса либо через силосные фильтры, сохраняющие от потерь самые ценные высокодисперсные фракции порошка цемента, либо через аварийные клапаны (при давлении выше 3000–8000 Па). Количество выходящего из силоса воздуха можно определить по производительности насосов, перекачивающих цементный порошок.

Условия работы силосных фильтров при пневмотранспортной загрузке силосов

Пневматическая загрузка силосов позволяет защититься как от потерь цемента (с помощью силосных фильтров), так и от разрушения (с помощью аварийных клапанов сброса давления).

Предлагаемые потребителям силосы для хранения цемента загружаются пневмотранспортом. Смесь воздуха с цементом поступает напрямую в силос в непосредственной близости от тканевого фильтра.

Рисунок 2. Верхняя часть цементного силоса

По расчётам экологов, каждая тонна цемента содержит 30–40 кг пыли.

Как оборудование СовПлим решает проблему цементной пыли?

Для очистки воздуха от цементной пыли компания АО «СовПлим» предлагает несколько типов силосных фильтров.

Первые два типа предназначены для аспирации силосов на бетонных заводах и предприятиях по производству железобетонных изделий.

1. Силосный фильтр серии SFB с регенерацией фильтровальных элементов с помощью продувки импульсами сжатого воздуха (подробнее >>)

2. Силосный фильтр SFM-20 с регенерацией фильтровальных элементов с помощью механического встряхивания, не требует подвода сжатого воздуха (подробнее >>)

Пылевоздушный поток циркулирует в силосе, разделяясь на порошковую и аэрозольную части.

Давление воздуха в силосе регулируется сопротивлением фильтра и аварийным клапаном. Заводская установка сопротивления напорных силосных фильтров SFB и SFM равна 200–600 Па, критическое сопротивление в диапазоне 1200–2000 Па. Это позволяет работать фильтрам самотёком в диапазоне до аварийного срабатывания клапана при 2900 Па.

Избыточное давление воздуха в силосе за счёт поступления воздуха в объёмах, превышающих объём силоса, вытесняет воздух со скоростью, зависящей от площади впускного отверстия картриджей силосного фильтра. Номинальная производительность напорных силосных фильтров SFB и SFM по воздуху выше объёма приточного воздуха.

Расчётная скорость движения воздуха перед фильтром и скорость фильтрации через картриджи обеспечивает нормальную работоспособность и задержку более 99% частиц пыли размером от 1 мкм и более.

Для аспирации силосов на цементных заводах, где требуются фильтры для более тяжёлых условий, компания «СовПлим» предлагает третий тип – фильтр серии SFN точечного исполнения с плоскими гладкими карманами, способный очищать пылевые концентрации до 50 г/м³.

3. Точечный фильтр SFN с регенерацией фильтровальных элементов с помощью продувки импульсами сжатого воздуха. (подробнее >>)

Подведём итоги

Умеренно токсичная цементная пыль за счёт минеральных добавок и примесей тяжёлых металлов первого и второго класса токсичности представляет высокую опасность для здоровья человека и природной окружающей среды.
Строительство зданий с использованием бетонных смесей и железобетонных изделий распространяет цементную пыль в атмосферный воздух населённых мест практически всей страны.
Локальными источниками цементной пыли, рассеянными по стране, являются хранилища цемента — силосы. Образование пыли при эксплуатации силосов определяется особенностями работы пневмотранспорта для их заполнения и разгрузки.
Современные средства предупреждения потерь цемента при транспортировке — это силосные фильтры. Они способны защищать атмосферный воздух населённых мест от поступления высокодисперсной токсичной пыли.