EP.1 Oczyszczanie gazu wielkopiecowego

Transkrypt

1 EP.1 Oczyszczanie gazu wielkopiecowego Opis: Gaz wielkopiecowy (gaz BF) musi zostać oczyszczony, aby spełnił wymagania dotyczące gazu występującego w sieci [przesyłowej przyp. tłum.]. Gdy gaz BF (lub gaz gardzielowy ) opuszcza wielki piec, zawiera cząsteczki stałe, cyjanki (HCN), amoniak (NH3) i związki siarki (tabela 7.3 i 7.4). Gaz BF jest zwykle oczyszczany w dwóch etapach. W etapie pierwszym większe cząsteczki materii są usuwane za pomocą suchego odpylacza cyklonowego, deflektora itp. Zbierane w ten sposób większe cząsteczki posiadają wyższą zawartość żelaza i mogą być zawracane do spiekalni (tabela 7.5). W etapie drugim, cząsteczki stałe (zawierające tlenek cynku (ZnO) i węgiel (C)), cyjanki i amoniak są usuwane za pomocą mokrego odpylania. Płuczki są specjalnie zaprojektowanymi płuczkami gazu typu rusztowego, zwężkowego lub pierścieniowego. W niektórych przypadkach stosuje się filtrowanie elektrostatyczne na mokro. W nowoczesnych zakładach, szczególną uwagę zwraca się na spadek ciśnienia w układzie oczyszczania gazu, ponieważ wysoki spadek ciśnienia ma negatywny wpływ na sprawność energetyczną turbiny ciśnieniowej odzysku gazu gardzielowego (patrz PI.3). Dlatego też celem jest zbudowanie systemu oczyszczania gazu charakteryzującego się niskim spadkiem ciśnienia i wysoką wydajnością oczyszczania gazu. Główny osiągnięty poziom emisji: Systemy oczyszczania gazu BF są zwykle bardzo skuteczne, pozwalając na osiągnięcie stężenia pyłu w oczyszczonym gazie na poziomie < 10 mg/nm³. Uzyskano również tak niskie wartości jak 1mg/Nm³. Pył niewychwycony przez system oczyszczania gazu jest emitowany lub spalany w miejscu spalania gazu BF. Spadek ciśnienia systemu oczyszczania gazu zależy od rodzaju zastosowanych urządzeń. Zarejestrowane spadki ciśnienia w dwóch nowoczesnych systemach wynosiły od 0,07 do 0,14 bara. Spadki ciśnienia w starszych systemach mieściły się w zakresie od 0,15 0,5 bara. Zastosowanie: W wielkich piecach na świecie stosuje się systemy oczyszczania gazu BF. W nowych zakładach można zastosować nowoczesny system z niskim spadkiem ciśnienia i niskim zużyciem wody i energii. Wiele starych wielkich pieców jest wyposażonych w przestarzałe płuczki gazu. Płuczki te są w stanie spełnić wymagania sieci gazowej, jednakże zużywają znaczne ilości wody i energii oraz wykazują względnie duży spadek ciśnienia. Czasami możliwe jest zastąpienie płuczki gazu nowocześniejszym typem, jednakże należy równocześnie brać pod uwagę zastosowanie turbiny ciśnieniowej gazu gardzielowego (patrz rozdział PI.3), co zależy od różnych czynników, między innymi od ciśnienia roboczego w piecu. Oddziaływanie na środowisko: Należy zauważyć, że płuczki wytwarzają zanieczyszczony strumień ścieków. Całkowite zużycie wody systemów wielkiego pieca wynosi od 0,1 do 3,5 m³/t surówki (patrz rozdział i tabela 7.1). Surowce o wysokiej zawartości soli wymagają większych strumieni niezbędnych do oczyszczenia gazu BF. Wytwarzany strumień wody zawiera zawiesiny (np. węgla i metali ciężkich (Zn,Pb)), związki cyjanku i amoniak. Zwykle ścieki są oczyszczane za pomocą wytrącania metali ciężkich, co powoduje powstawanie odpadów stałych (szlam).

2 Szlam z wielkiego pieca zawiera względnie wysokie stężenia cynku (Zn) i ołowiu (Pb), co przeszkadza w zawracaniu szlamu do procesu produkcyjnego. Szczególnie cynk jest trucizną dla wielkiego pieca. Dlatego niektóre zakłady stosują hydrocyklonowanie do rozdzielania strumienia szlamu na dwa strumienie; jeden z niską zawartością cynku, który może być zawracany do spiekalni i drugi o wysokiej zawartości cynku, który można zmagazynować lub zlikwidować (patrz EP.4). Zakład referencyjny: Oczyszczanie gazu wielkopiecowego jest szeroko stosowane w wielkich piecach na całym świecie. Dane eksploatacyjne: Niedostępne Aspekty ekonomiczne: Niedostępne Bibliografia: [Pazdej, 1995; Info Mil,1997] EP.2 Odpylanie otworów spustowych i koryt spustowych Opis: Surówka i żużel są odlewane z wielkiego pieca i płyną przez koryta spustowe odpowiednio do kadzi i zespołu oczyszczania. Podczas spustu/odlewania płynny metal wchodzi w kontakt z tlenem atmosferycznym (O 2 ) podczas przepływu w korytach spustowych. W wyniku wysokiej temperatury żelaza ( C) reaguje ono z tlenem, tworząc tlenki żelaza (np.fe 2 O 3 ), czyli tak zwany brunatny dym. Żużel nie reaguje z tlenem atmosferycznym, ponieważ większość jego składników jest już utleniona. Jednakże tlenki alkaliczne (np. Na 2 O i K 2 O) mogą ulotnić się z żużlu tworząc emisje pyłu. Ogólnie, w celu zredukowania emisji pyłów powstających przy odlewaniu można zastosować dwa rodzaje metod: 1. Przykrycie koryt spustowych ruchomymi pokrywami; 2. Rozproszenie (dyssypacja) tlenu ze spustu ciekłej surówki za pomocą pokrycia ciekłej surówki azotem (N 2 ). W ten sposób unika się powstawaniu tlenków żelaza (patrz EP.3) Główny osiągnięty poziom emisji: Podczas spustu wytwarzane jest około g pyłu na tonę surówki w przypadku, gdy nie stosuje się metod obniżania emisji. Usuwanie powietrza z obszaru powyżej koryt spustowych na ogół prowadzi do zwiększonego wytwarzania pyłu, ze względu na zwiększoną dostępność tlenu. W przypadkach, gdy koryta są przykryte pokrywami, a pył jest usuwany i oczyszczany, najważniejszym parametrem jest skuteczność jego usuwania. Szczególną uwagę należy zwrócić na przykrycie koryt spustowych. Przykrycia koryt spustowych powinny być ciasno ze sobą połączone tak, aby powstał szczelny układ. Na otworze spustowym trudno jest uzyskać skuteczne usuwanie powstającego pyłu, ze względu na wielkość przestrzeni wymaganej do obsługi wiertarki otworu spustowego i zatykarki oraz ze względu na obecność przewodu okrężnego dmuchu (okrężnicy) obsługującego dysze powietrzne pieca i okrążającego wielki piec na wysokości spadków. Zwykle do skutecznego usuwania pyłu powstającego w pobliżu otworu spustowego potrzebny jest bardzo duży przepływ. Głównymi miejscami usuwania pyłu w hali lejniczej są: otwór spustowy

3 odgarniak żużlu oraz przechylne koryta (napełniające kadź mieszalnikową) Jednostkowy strumień usuniętego gazu (spalin) wynosi Nm³/t surówki. Przy skutecznym systemie odpylania i obniżania emisji (np. filtry workowe) można uzyskać jednostkowe współczynniki emisji mniejsze od 10 g/t surówki [InfoMil, 1997]. Skuteczność odpylania może przekroczyć 99%, zaś skuteczność usuwania pyłu na filtrach tkaninowych może również przekroczyć 99% [InfoMil,1997]. Zastosowanie: Przykrywanie koryt spustowych, a następnie usuwanie i oczyszczanie może być stosowane zarówno w nowych, jak i w istniejących zakładach. Oddziaływanie na środowisko: Zastosowanie metod usuwania i oczyszczania gazów powoduje dodatkowe zużycie energii, ponieważ wymagane jest zastosowanie silnych wentylatorów. Na podstawie [InfoMil, 1997] można wyliczyć zużycie energii na poziomie około 0,007 GJ/t surówki, przy założeniu rocznej produkcji surówki w wysokości 3 Mt przez wielki piec 7, przy 8640 godzinach eksploatacji. Zebrany pył posiada wysoką zawartość żelaza i może być zawrócony do wykorzystania w spiekalni. Zakład referencyjny: Usuwanie i oczyszczanie gazów: Wielki piec 7, Hoogovens IJmuiden, Holandia-IJmuiden; wielki piec A, Voest Alpine, Austria Linz; wielki piec Schwelgern, Thyssen AG, Niemcy Duisburg Dane eksploatacyjne: Opisana technologia funkcjonuje w praktyce bez znaczących problemów. Aspekty ekonomiczne: W zakładach Hoogovens inwestycje w system filtrów tkaninowych oczyszczających Nm³/godz. szacuje się na 1 do 2,3 miliona ecu Obejmuje to tylko urządzenia filtrów tkaninowych. Inwestycje te nie uwzględniają kosztu przykrycia koryt spustowych i układu usuwania [pyłów przyp. tłum.]. Koszty eksploatacyjne mogą być wyliczone na 0,5 do 2,8 ecu 1996 /t surówki, w oparciu o roczną produkcję 3 Mt surówki przez wielki piec 7 i 8640 godzinach eksploatacji [InfoMil, 1997]. W przypadku British Steel, Zjednoczone Królestwo WB i IP Scunthorpe, koszt instalacji (1 milion t/rok surówki z wielkiego pieca) systemu odpylania dla jednej hali lejniczej wynosił około 4,0 mln ecu Koszt instalacji systemu odpylania hali lejniczej przy wielkim piecu A Voest Alpine, Austria Linz (około 3 milionów t/rocznie surówki z wielkiego pieca) wynosił około 14,5 mln. ecu Koszty eksploatacyjne (bez kosztów energii) wynoszą około 0,42 miliona ecu rocznie Bibliografia: [InfoMil, 1997]

4 EP.3 Likwidacja dymów podczas odlewania Opis: W EP.2 opisano konwencjonalne systemy odpylania emisji z hali lejniczej. Systemy te są raczej złożone i kosztowne. Nowe podejście zapobiega reakcji płynnego żelaza z tlenem atmosferycznym powodującej powstanie brązowego dymu (likwidacja dymu). Aby to zrealizować, cała droga transportu gorącego metalu, od otworu spustowego poprzez różne punkty rozdziału i transportu do kadzi torpedo, jest zamknięta za pomocą dokładnie zaprojektowanych konstrukcji osłonowych. Przestrzeń między płynnym metalem i elementami pokrycia jest możliwe jak najmniejsza i jest (jeżeli to konieczne) wypełniana azotem (gazem obojętnym). W hutach zintegrowanych do tego celu można wykorzystać azot wydzielany w procesie rektyfikacji powietrza przy wytwarzaniu tlenu. Ta nowa metoda eliminuje instalowanie i obsługę złożonych i drogich systemów odciągu i filtrowania, które były poprzednio niezbędne, co prowadzi do znacznych oszczędności kosztów. Zmniejszony jest również koszt recyklingu pyłu osadzanego na filtrach. Na otworze spustowym konieczne jest zainstalowanie systemu odciągu. Rysunek 7.11 przedstawia ilość pyłu wytwarzaną podczas spustu gorącego metalu z układem likwidacji pyłów i bez niego. Liczby te są około 100 razy mniejsze, gdy stosuje się metodę zobojętniania azotem. Główne osiągnięte poziomy emisji: Podczas konwencjonalnego odlewania wytwarzane jest 0,4 1,5 kg pyłu/t surówki (tabela 7.1). Ilość ta zostaje zmniejszona przez likwidację pyłu do poziomu około 0,012 kg pyłu/t surówki [de Haas, 1997]. Rysunek 7.12 przedstawia wpływ likwidacji pyłów podczas spustu gorącego metalu do kadzi mieszalnikowej. Zastosowanie: Stosuje się zarówno w nowych jak i w istniejących zakładach. Oddziaływanie na środowisko: Nie występuje żadne znaczące oddziaływanie na środowisko, jeżeli system jest porównywany z konwencjonalnymi systemami odpylania, opisanymi w EP.2. Zakłady referencyjne: W zakładach Stahlwerke Bremen, Niemcy Brema, taka technologia likwidacji dymów jest stosowana od 1991 roku. Dane eksploatacyjne: Doświadczenie z systemem likwidacji dymów w zakładach Stahlwerke Brema pokazuje, że bez żadnych problemów zachowuje się warunki ciągłej pracy urządzeń. Aspekty ekonomiczne: Porównanie kosztów przedstawiono na rysunku Nowa technologia likwidacji dymów jest znacznie tańsza. Instalacja w Stahlwerke Brema przy produkcji 3 Mt surówki/rok wymagała inwestycji w wysokości 6,8 miliona ecu 1996 obejmującej system likwidacji dymów i odpylanie otworu spustowego z zastosowaniem filtra workowego.

5 Koszty energii wynoszą około euro/rok a koszty remontów około euro/rok. Jest to również znacznie mniej niż przy systemach konwencjonalnych. Jednakże koszt azotu może zależeć od lokalnych warunków. Bibliografia: [Grützmacher, 1991; de Haas, 1997] EP.4 Hydrocyklonowanie szlamu wielkiego pieca Opis: Gaz gardzielowy wielkiego pieca zawiera duże ilości cząsteczek stałych (7-40 kg/t surówki-patrz tabela 7.3). Duża część tych cząsteczek jest usuwana w suchym, pierwszym etapie systemu oczyszczania gazu BF. Część ta składa się głównie z materiału o względnie dużych cząstkach z wysoką zawartością żelaza i węgla i jest ona zawracana do spiekalni. Pozostała część (1-10kg/t surówki) jest usuwana z gazu BF przy zastosowaniu odpylania mokrego. Po wytrąceniu wytwarzane jest 3-5 kg szlamu na tonę surówki. Szlam ten posiada względnie wysoką zawartość cynku (Zn). Stanowi to przeszkodę w powtórnym wykorzystaniu szlamu w spiekalni. Za pomocą hydrocyklonowania szlamu, można z całkowitej masy szlamu wytworzyć szlam bogaty w cynk i szlam ubogi w cynk. Cynk występuje głównie w postaci tlenku cynku (ZnO), który przyjmuje kształt bardzo małych cząsteczek (patrz ). Hydrocyklonowanie zagęszcza te małe cząsteczki w strumieniu przelewowym, podczas gdy frakcje ubogie w cynk opuszczają cyklony z dolnym strumieniem. Należy zauważyć, że skuteczność hydrocyklonowania zależy od właściwości szlamu. Szlam z dolnego strumienia jest powtórnie wykorzystywany w spiekalni. Należy zauważyć, że to powtórne wykorzystanie należy oceniać w relacji do całkowitej ilości cynku wprowadzanego do procesu w wielkim piecu. Szlam bogaty w cynk ze strumienia przelewowego jest magazynowany w oczekiwaniu na przyszłe możliwości jego wykorzystania, lub też wykorzystuje się go do wyrównywania terenu. Mogą powstać dodatkowe problemy w przypadku występowania składników radioaktywnych, które raczej pozostają w frakcji drobnej. Główny osiągnięty poziom emisji: W tabeli 7.1 przedstawiono zawartości cynku i ołowiu w szlamach. Jednostkowe Zawartość Ciężar na bazie Oczyszczanie wytwarzanie Zn suchej masy szlamu (%) (%) (kg/t surówki) Szlam nieoczyszczony 1,0-9,7 0,1-2,5 100 Hydrocyklonowanie Strumień przelewowy hydrocyklonowania 0,2-2, Magazynowanie w stosach/wyrównywanie terenu Strumień dolny hydro-

6 cyklonowania 0,8-7,8 0,2-0, Recyrkulowane do spiekalni Tabela Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu..1: Przykład zawartości cynku w hydrocyklonowanym szlamie wielkiego pieca w oparciu o [Pazdej, 1995; Info Mil, 1997] EP.5 Oczyszczanie i powtórne wykorzystanie roztworu płuczkowego Opis: Gaz wielkopiecowy jest zwykle oczyszczany w specjalnie zaprojektowanych płuczkach typu rusztowego, zwężkowego lub pierścieniowo-szczelinowego (patrz również punkt EP.1). Wytwarzają one zanieczyszczony strumień wody zawierający zawiesinę (1-10 kg/t surówki; zawiesina ta zawiera metale (ciężkie)),cyjanki i fenole. Możliwe jest jednak podejmowanie działań minimalizujących odprowadzanie tych zanieczyszczeń do wody i zmniejszających zużycie wody. Aby wypłukać zanieczyszczenia z gazu wielkopiecowego potrzebne jest około 0,3-0,4 l/nm³. Liczba ta odpowiada całkowitemu zużyciu wody w wysokości 0,4-8 m³/t surówki. Większa część tej wody może być oczyszczona i recyklowana. Proces oczyszczania zachodzi zwykle w walcowych zbiornikach osadnikowych. Wartości sedymentacyjne szlamu są bardzo często polepszane przez dodanie środków kłaczkujących (polielektrolitów anionowych, mieszanych polimerów lub aktywowanych kwasów krzemowych) lub też poprzez zastosowanie urządzeń mieszania/kontaktowania szlamu. Należy zwrócić uwagę na wartość ph i na twardość wody. Dane eksploatacyjne z 7 niemieckich zakładów mieszania/kontaktowania szlamu przedstawiono w tabeli Nr zakładu Strumień gazu wielkopiec owego Strumień wody Zawartość zawiesiny w [mg/l] przed po oczyszczeniem oczyszczeniu [10³ x [m³/godz.] Nm³/godz.] czynny kwas krzemowy mieszany polimer czynny kwas krzemowy czynny kwas krzemowy polielektr. anionowy polielektr. anionowy mieszany polimer Środek kłaczkujący rodzaj dozowanie [mg/l] Zawartość wody w szlamie [%] , , , ,5 0, , Zużycie energii elektrycznej [Kw./1000m³] Tabela Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu..2: Dane eksploatacyjne z 7 niemieckich zakładów mieszania/kontaktowania szlamu służących do oczyszczania wody z płukania gazu wielkopiecowego - [Theobald,1988]

7 W zależności od warunków eksploatacyjnych wielkiego pieca, może być konieczne usuwanie cyjanków, szczególnie podczas wydmuchów. Tymczasem jest ono wykonywane głównie przez dodanie formaldehydu do układu wodnego (rysunek 7.14). Praktyka wskazuje, że: optymalna wartość ph wynosi od 8-9 nie zachodzą reakcje poniżej ph 7 przy ph powyżej 10 glikonitryl jest rozkładany na cyjanki i formaldehyd. Wielki piec Gaz gardzielowy Separator większych cząstek pyłu Płuczka Kontrola Ø Ø Roztwór płuczący gaz gardzielowy Obieg roztworu płuczącego Roztwór formaldehydu Świeża woda Roztwór nadtlenku wodoru Ścieki Alkalia Zbiornik sedymentacyjny Zakład oczyszczania ścieków Surowa woda Rysunek Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu..1: Przykład procesu usuwania cyjanków z roztworu płuczącego w wielkich piecach - [Theobald,1997]

8 Szlam pochodzący z wytrącania drobnych cząstek posiada względnie wysoką zawartość cynku (patrz tabela 7.6) i może być oczyszczony za pomocą hydrocyklonowania (patrz również punkt EP.4). Nowa koncepcja oczyszczania ścieków zostanie wprowadzona w zakładach Hoogovens IJmuiden, Holandia IJmuiden i wejdzie do eksploatacji w 1999 roku. Składa się na nią połączone oczyszczanie ścieków z koksowni, wielkich pieców i z płuczki oczyszczającej w zakładzie peletyzacji w układzie aktywowanego szlamu ze wstępną denitryfikacją i nitryfikacją prowadzącą do zminimalizowania ChZT (chemicznego zapotrzebowania tlenu) i emisji związków azotu. Główny osiągnięty poziom emisji: Wysoka efektywność recyklingu roztworu płuczącego może być osiągnięta jedynie przy strumieniu 0,1 m³/t surówki. Woda ta jest usuwana z systemu ze szlamem wielkopiecowym i może przejść dalsze procesy oczyszczania. Parametr Jednostka Wartość średnia Jednostka Współczynnik emisji Przepływ (m³/dzień) 3387 (m³/t surówki) 0,23 ChZT (mg/l) 51 (g/t surówki) 11,7 CN *¹ (mg/l) 0,7 (g/t surówki) 0,6 Kjeldahl-N (mg/l) 133 (g/t surówki) 30 Siarczek (H2S) (mg/l) 2,2 (g/t surówki) 0,5 Zawiesina (mg/l) 16,1 (g/t surówki) 3,7 Cynk (Zn) (μg/l) 1051 (mg/t surówki) 242 Miedź (Cu) (μg/l) 12,7 (mg/t surówki) 3,0 Chrom (Cr) (μg/l) 33,4 (mg/t surówki) 7,6 Kadm (Cd) (μg/l) 0 (mg/t surówki) 0 Nikiel (Ni) (μg/l) 39 (mg/t surówki) 8,9 Ołów (Pb) (μg/l) 89 (mg/t surówki) 18,3 Rtęć (Hg) (μg/l) < 0,1 (mg/t surówki) 0,02 Arsen (As) (μg/l) 5,7 (mg/t surówki) 1,3 WWA-EPA (μg/l) 3,1 (mg/t surówki) 0,71 *¹ wolny cyjanek; wartości z [Weigel,1998] Tabela Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu..3: Przykład ścieków odprowadzanych z obwodu roztworu płuczącego gazu wielkopiecowego po oczyszczaniu - [InfoMil,1997] Zastosowanie: Zarówno w nowych, jak i istniejących zakładach można stosować oczyszczanie i recykling roztworu płuczkowego. Nowoczesne zakłady posiadają ważną zaletę, ponieważ zakład może zostać zaprojektowany ze skutecznym obwodem wodnym. Zawartość soli w wodzie płuczkowej wpływa na wielkość recyklingu. Jednakże, możliwe jest również zainstalowanie efektywnych obwodów wodnych w starszych zakładach. Oddziaływanie na środowisko: Gdy recyrkulowane są duże ilości wody należy zastosować wydajny system oczyszczania. W przeciwnym wypadku mogą wystąpić problemy eksploatacyjne dotyczące płuczek (zatykanie itp.), a wydajność wypłukiwania spadnie. Oczyszczanie wody i recykling powodują wytwarzanie szlamu bogatego w cynk. Mały przelew z układu jest konieczny, aby uniknąć gromadzenia się minerałów/soli. Recykling wody płuczkowej wymaga znacznych ilości energii (patrz tabela 7.13). Oprócz tego należy rozważyć dodanie porcji środków kłaczkujących.

9 Przykładowe zakłady: Krupp Hoesch Stahl, Niemcy Dortmund; Hoogovens IJmuiden, Holandia IJmuiden. Dane ekonomiczne: Całkowite wydatki inwestycyjne na instalację oczyszczania ścieków wielkiego pieca w zakładach Hoogovens IJmuiden wynosiły około 18 milionów ecu Oczyszczanie ścieków obejmuje oddzielenie zawiesiny (dwa etapy) i korektę ph. Nie zostały określone koszty eksploatacyjne. Bibliografia: [InfoMil,1997;Theobald,1997;Theobald,1988] EP.6 Kondensacja dymów z przerobu żużlu Opis: Jak podano w punkcie podczas przerobu żużlu powstają emisje H 2 S i SO 2. Może to prowadzić do problemów z występowaniem przykrych zapachów. Aby rozwiązać ten problem, niektóre zakłady granulacji pracują w połączeniu z układami kondensacji dymów (rysunek 7.15). Kondensat oraz woda z odwadniania żużlu po schłodzeniu cyrkulują w układzie. Rysunek Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu..2: Granulacja żużlu wielkopiecowego z kondensacją dymów - [Poth, 1985]

10 Główne osiągnięte poziomy emisji: Przy kondensacji dymów emisje H 2 S wynoszą poniżej 10 g H 2 S/t wyprodukowanej surówki. Według tabeli 7.2 możliwe jest osiągnięcie emisji na poziomie 1 g H 2 S/t surówki. Zastosowanie: Technika ta może być stosowana zarówno w nowych, jak i istniejących zakładach. Oddziaływanie na środowisko: Chłodzenie wody krążącej w układzie wymaga znacznych ilości energii. Samo wytwarzanie energii jest bardzo często połączone z emisją siarki. Podczas kondensacji dymów bezwzględna ilość zredukowanej siarki jest raczej mała i może być porównywalna do ilości emitowanej podczas procesu wytwarzania energii. Przykładowe zakłady: Kilka zakładów granulacji żużlu w Niemczech jest wyposażonych w układy kondensacji dymów np. w zakłady Thyssen AG, Niemcy Duisburg. Dane ekonomiczne: niedostępne Bibliografia: niedostępna 7.1 Wnioski W celu lepszego zrozumienia treści tego rozdziału czytelnik powinien zapoznać się ze wstępem do niniejszego dokumentu, a w szczególności z jego piątą częścią: Jak rozumieć i stosować niniejszy dokument. Techniki oraz związane z nimi poziomy emisji i/lub zużycia, jak również zakresy poziomów, jakie przedstawiono w niniejszym rozdziale, zostały ocenione w toku procesu iteracyjnego obejmującego następujące etapy: określenie kluczowych zagadnień dotyczących ochrony środowiska w obrębie danego sektora; w przypadku wielkich pieców są to zamknięcie obiegu gazu wielkopiecowego, oczyszczanie i utylizacja, dymy z odlewania i postępowanie z żużlem; zbadanie technik najistotniejszych z punktu widzenia tych kluczowych zagadnień; określenie poziomów emisji optymalnych dla środowiska na podstawie danych dostępnych w państwach Unii Europejskiej i na świecie; zbadanie warunków, w których te poziomy emisji zostały uzyskane takich, jak koszty, oddziaływanie na środowisko, główne cele i motywacja dla wprowadzania tych technik; wybór najlepszych dostępnych technik BAT oraz związanych z nimi poziomów emisji i/lub zużycia dla tego sektora w ogóle, zgodnie z art. 2 ust. 11 oraz załącznikiem 4 do dyrektywy. Europejskie Biuro IPPC i odpowiednia Techniczna Grupa Robocza (TWG) pełniły główną rolę przy fachowej ocenie każdego z tych działań, jak również miały wpływ na sposób przedstawienia ich wyników w niniejszym opracowaniu. Na podstawie tej oceny w niniejszym rozdziale przedstawiono konkretne techniki oraz w miarę możliwości poziomy emisji i zużycia związane z zastosowaniem najlepszych

11 dostępnych technik BAT, które są uważane za odpowiednie dla sektora jako całości i w wielu przypadkach odzwierciedlają aktualną charakterystykę eksploatacyjną niektórych instalacji w obrębie sektora. Tam, gdzie prezentowane są poziomy emisji lub zużycia związane z najlepszymi dostępnymi technikami BAT oznacza to, że poziomy te odzwierciedlają skutki oddziaływania na środowisko, jakie można przewidzieć w wyniku zastosowania w tym sektorze opisanych technik, mając na uwadze bilans kosztów i korzyści stanowiących nieodłączny element definicji BAT. Jednakże nie są to graniczne wielkości emisji czy zużycia i nie powinny być tak rozumiane. W niektórych przypadkach uzyskanie lepszych poziomów emisji lub zużycia może być technicznie możliwe, jednak ze względu na związane z tym koszty lub skutki oddziaływania na środowisko nie są one uważane za właściwe jako BAT dla całego sektora. Poziomy takie mogą jednak być uznane za uzasadnione w bliżej określonych przypadkach, w których występują szczególne okoliczności przemawiające za wdrożeniem danych technik. Poziomy emisji i zużycia związane z zastosowaniem BAT muszą być rozpatrywane z uwzględnieniem szczególnych warunków odniesienia (np.: okresów uśredniania). Należy odróżnić opisane powyżej pojęcie poziomów związanych z zastosowaniem BAT od określenia osiągalny poziom stosowanego gdzie indziej w tym dokumencie. W przypadku, gdy poziom jest opisany jako osiągalny przy zastosowaniu danej techniki lub kombinacji technik, oznacza to, że można go uzyskać stosując te techniki po pewnym czasie w dobrze utrzymywanej i obsługiwanej instalacji lub procesie. Dostępne dane dotyczące kosztów wraz z opisem technik omówionych w poprzednim rozdziale zostały przedstawione łącznie. Wskazują one przybliżoną wielkość przewidywanych kosztów. Jednak rzeczywisty koszt zastosowania danej techniki będzie w dużym stopniu zależał od konkretnej sytuacji z uwzględnieniem, na przykład, wysokości podatków, opłat oraz specyfikacji technicznej dla danej instalacji. Dokładna ocena tych specyficznych dla danego miejsca czynników nie jest w tym dokumencie możliwa. W przypadku braku danych dotyczących kosztów, wnioski odnoszące się do ekonomicznej użyteczności technik zostały sformułowane na podstawie obserwacji istniejących instalacji. Najlepsze dostępne techniki BAT przedstawione ogólnie w niniejszym rozdziale mają stanowić punkt odniesienia ułatwiający ocenę aktualnych wyników osiągniętych w ramach istniejącej instalacji lub propozycję dla nowej instalacji. Może to się okazać pomocne przy określaniu właściwych warunków w oparciu o najlepsze dostępne techniki BAT dla danej instalacji. Przewiduje się, że nowe instalacje mogą być projektowane tak, aby osiągać lub nawet przekraczać ogólne przedstawione tu poziomy właściwe dla BAT. Uważa się również, że istniejące instalacje mogłyby zbliżyć się do ogólnych poziomów właściwych dla BAT bądź osiągać lepsze wyniki. Dokumenty referencyjne BREF wprawdzie nie ustalają prawnie wiążących norm, lecz mają za zadanie dostarczać informacji stanowiących wskazówki dla przemysłu, Państw Członkowskich i społeczeństwa na temat osiągalnych poziomów emisji i zużycia przy stosowaniu konkretnych technik. Odpowiednie wartości dopuszczalne dla każdego konkretnego przypadku będą musiały zostać określone z uwzględnieniem celów dyrektywy dotyczącej zintegrowanego zapobiegania i ograniczania zanieczyszczeń (IPPC) oraz lokalnych uwarunkowań.

12 W przypadku wielkich pieców za najlepsze dostępne techniki BAT uważa się następujące, wymienione poniżej technologie lub kombinacje technologii. Znaczenie i wybór poszczególnych technologii będą różne w zależności od lokalnych uwarunkowań. Mogą być również rozpatrywane inne dowolne techniki lub połączenia technik, przy pomocy których możliwe jest osiąganie takich samych lub lepszych poziomów wydajności lub skuteczności; techniki takie mogą być na etapie opracowywania lub być nowopowstającymi technologiami lub też mogą być już dostępne, lecz jeszcze nie wymienione/opisane w niniejszym dokumencie. 1. Odzysk gazu wielkopiecowego; 2. Bezpośredni wtrysk środków redukujących; np. sprawdzony został wtrysk pyłu węglowego w wysokości 180 kg/t surówki, jednakże możliwe są wyższe wielkości wtrysku. 3. Odzysk energii gazu wielkopiecowego pod ciśnieniem w przypadku, gdy występują sprzyjające warunki; 4. Nagrzewnice dmuchu wielkopiecowego można osiągnąć stężenie emisji pyłu na poziomie <10mg/Nm³ i NOx <350 mg/nm³ (przy zawartości tlenu 3%). można osiągnąć oszczędności energii tam, gdzie pozwala na to projekt instalacji. 5. Zastosowanie bezsmołowych wykładzin koryt spustowych; 6. Oczyszczanie gazu wielkopiecowego za pomocą skutecznego odpylania; Pył gruboziarnisty jest usuwany za pomocą technologii suchego oddzielania (np. deflektora) i powinien być on ponownie wykorzystany. W dalszej kolejności drobne cząsteczki są usuwane za pomocą: płuczki lub filtrowania elektrostatycznego na mokro lub jakiejkolwiek innej technologii osiągającej taką samą skuteczność usuwania pyłów; Możliwe jest uzyskanie stężenia pyłów na poziomie <10 mg/nm³. 7. Odpylanie hali lejniczej (otwory spustowe, koryta spustowe, przewały żużlu, punkty odlewania kadzi mieszalnikowej); Emisje powinny zostać zminimalizowane poprzez przykrycie koryt spustowych oraz ewakuację wymienionych źródeł emisji i oczyszczanie za pomocą filtrowania tkaninowego lub filtrowania elektrostatycznego. Możliwe jest osiągnięcie stężenia emisji pyłów na poziomie 1-15 mg/nm³. Jeżeli chodzi o emisje wylotowe, można uzyskać wielkość emisji 5 15 g pyłu/t surówki; dlatego też skuteczność wychwytywania dymów jest tak ważna. Wytłumianie dymów przy zastosowaniu azotu (w określonych warunkach np. gdy konstrukcja hali lejniczej na to pozwala i gdy jest dostępny azot). 8. Oczyszczanie ścieków z płukania gazu wielkopiecowego: a. W miarę możliwości powtórne wykorzystanie roztworu płuczkowego; b. Koagulacja/sedymentacja zawiesiny (możliwe jest osiągnięcie średniej rocznej zawartości pozostałości zawiesiny w wysokości <20mg/l; mogą wystąpić pojedyncze dzienne wartości do 50mg/l); c. Hydrocyklonowanie szlamu z powtórnym wykorzystaniem frakcji gruboziarnistych w przypadku, gdy rozkład wielkości ziaren pozwala na przeprowadzenie odpowiedniego oddzielania. 9. Minimalizowanie emisji pochodzących z oczyszczania żużlu i z żużlu przeznaczonego do składowania na hałdach;

13 O ile pozwalają na to warunki rynkowe zalecane jest oczyszczanie żużlu za pomocą granulacji. Jeżeli wymagana jest redukcja zapachów, potrzebna jest kondensacja dymów. W przypadku, gdy wytwarzany jest żużel, który jest następnie odlewany do dołów ziemnych należy, w miarę możliwości oraz o ile pozwolą na to ograniczenia przestrzenne, minimalizować wymuszone chłodzenie wodą lub całkiem go zaniechać. 10. Minimalizowanie ilości odpadów stałych/produktów ubocznych. W przypadku odpadów stałych za najlepsze dostępne techniki BAT uważa się następujące technologie, które zostały wymienione w kolejności od najważniejszej do najmniej ważnej: a. Minimalizowanie wytwarzania odpadów stałych. b. Skuteczna utylizacja (recykling lub powtórne wykorzystanie) odpadów stałych/produktów ubocznych; w szczególności recykling większych cząstek pyłu z procesu oczyszczania gazu wielkopiecowego i pyłu z odpylania hali lejniczej, pełne powtórne wykorzystanie żużlu (np. w przemyśle cementowym lub do budowy dróg) c. Kontrolowana likwidacja nieuniknionych odpadów/produktów ubocznych (drobna frakcja szlamu z procesu oczyszczania gazu wielkopiecowego, część gruzu) Zasadniczo technologie wymienione w punktach 1-10 znajdują zastosowanie zarówno w nowych, jak i w istniejących instalacjach, jeżeli spełnione są wymienione warunki wstępne i przy uwzględnieniu informacji podanych we wstępie. 7.2 Nowo powstające technologie i przyszłe kierunki rozwoju Chociaż proces wielkopiecowy jest głównym procesem produkcji żelaza, aktualnie zostało opracowanych kilka innych procesów produkcji surówki, a jedna technologia jest już stosowana na skalę przemysłową (Corex). W przypadku tych tak zwanych technologii wytapiania redukcyjnego jako główne paliwo niezmiennie stosowany węgiel zamiast koksu. W niektórych nowych technologiach pelety i spieki zastępowane są przez sproszkowaną rudę żelaza. Jeżeli technologie te okażą się niezawodnymi, niedrogimi i wysokiej jakości jednostkami podstawowej produkcji stali, spojrzenie na produkcję podstawową żelaza/stali ulegnie znacznej zmianie. Takie alternatywne technologie są opisane bardziej szczegółowo w dalszej części tego rozdziału. Niemniej jednak wielki piec jest w dalszym ciągu dominującą jednostką produkcyjną surówki. Obecnie na całym świecie pracuje kilkaset wielkich pieców. Wielki piec ma długą historię, a nowoczesne wielkie piece są wysoce sprawnymi i efektywnymi z punktu widzenia zużycia energii reaktorami. Wtrysk pyłu węglowego na poziomie dyszy powietrznej pieca stał się impulsem do rozwoju praktyki eksploatacji wielkiego pieca. Przykład przyszłych możliwości pracy wielkiego pieca może stanowić rozwój technologii tlenowo-węglowych. Technologie wysoko tlenowe węglowe Opis: Wtrysk pyłu węglowego powoduje zmniejszenie temperatur w strefie wirowania wielkiego pieca i jeżeli nie są podjęte działania mające na celu przeciwdziałanie temu

14 zjawisku, efektywność spalania i utylizacji zmniejsza się przy wyższych wielkościach wtrysku pyłu węglowego. Aby umożliwić zachowanie odpowiednich warunków w strefie wirowania wielkiego pieca pozwalających na bardziej efektywne wykorzystanie pyłu węglowego i zastąpienie koksu, w miarę zwiększania wielkości wtrysku pyłu węglowego niezbędne jest zastosowanie stopniowo wyższych temperatur dmuchu lub wyższych poziomów wzbogacenia dmuchu w tlen. Konwencjonalne nagrzewanie dmuchu w nagrzewnicach regeneracyjnych jest ograniczone przez uwarunkowania konstrukcyjne do temperatur około 1200 C, które pozwalają na wtrysk pyłu węglowego do 150 kg/t surówki. Mogą być stosowane dwie metody umożliwiające zwiększenie wielkości wtrysku pyłu węglowego: 1. Wyższe temperatury dmuchu uzyskiwane za pomocą zasilanego elektrycznie urządzenia do plazmowego przegrzewania dmuchu. Jest to ekonomicznie uzasadnione tylko w tych miejscach, gdzie dostępna jest tania energia. We Francji przeprowadzono badania w miejscu, gdzie dostępna jest tania energia pochodząca z elektrowni jądrowej. 2. Dodawanie tlenu do dmuchu. Do wzbogacania dmuchu przed nagrzewnicami dmuchu wielkopiecowego może być stosowany tlen pochodzący z zakładu rektyfikacji powietrza. Tlen może być także wtryskiwany na poziomie dysz powietrznych razem z pyłem węglowym (wtrysk tlenowowęglowy). Wzbogacanie tlenem przed nagrzewnicą dmuchu wielkopiecowego może prowadzić do problemów technicznych i problemów związanych z bezpieczeństwem pracy, dlatego też korzystniejsze jest wtryskiwanie tlenu na poziomie dysz powietrznych. Główne osiągnięcia: Teoretycznie wtrysk pyłu węglowego może wynosić do 400 kg/t surówki w przypadku, gdy stosuje się dmuch wysoko wzbogacony. W takim przypadku dmuch powinien być wzbogacony co najmniej w 30% tlenem (51% w dmuchu). Zużycie koksu może być znacznie zredukowane w porównaniu do aktualnego poziomu zużycia. Status: Przeprowadzono eksploatację zakładów pilotujących i badania na przemysłowych wielkich piecach. Zasada działania procesu została już sprawdzona. Eksperymenty są ukierunkowane na najwyższe możliwe parametry wejściowe przy założeniu stabilnej pracy wielkiego pieca i wystarczającej gazyfikacji węgla. Bibliografia: [ Campbell,1992;Ponghis,1993]. Redukcja emisji tlenku węgla CO z nagrzewnic dmuchu wielkopiecowego posiadających wewnętrzną komorę spalania Opis: W punkcie opisano dwie podstawowe konstrukcje nagrzewnic dmuchu wielkopiecowego (z wewnętrzną lub zewnętrzną komorą spalania). W przypadku wewnętrznej komory spalania występują wysokie emisje CO (patrz punkt ) w wyniku przecieków z pęknięć w wykładzinie ogniotrwałej. Przeciek taki wydaje się być nieunikniony i prowadzi do emisji niespalonego gazu. Możliwe jest jednak zmniejszenie wycieków przez wstawienie blach stalowych w odpowiednim gatunku do wykładziny ogniotrwałej podczas jej kładzenia.

15 Główne osiągnięte poziomy emisji: Wpływ pęknięć (wysokie emisje CO) może zostać znacząco zredukowany. Nie są jeszcze dostępne wyniki pomiarów przed i po wstawieniu blach stalowych. Status: Przedstawione przedsięwzięcie zostało już wdrożone w jednej zintegrowanej hucie w 15 Państwach Członkowskich Unii Europejskiej. Odzysk ciepła z żużlu Opis: Płynny żużel z wielkiego pieca zawiera dużą ilość ciepła jawnego. Jego temperatura wynosi około 1450 C, a w nowoczesnych wielkich piecach wytwarza się go około kg/t surówki. Żaden z przemysłowo stosowanych systemów na świecie nie wykorzystuje tego potencjalnego źródła energii. Może to być głównie spowodowane trudnościami technicznymi w opracowaniu bezpiecznego, niezawodnego i sprawnego energetycznie systemu, który dodatkowo nie wpływa na jakość żużlu. Oszczędności energii: Szacowane oszczędności wynoszą około 0,35 GJ/t surówki. Status: Zostały przeprowadzone testy, jednakże odzysk ciepła z żużlu prawdopodobnie nie zostanie w najbliższej przyszłości wprowadzony na skalę przemysłową. Bibliografia: [InfoMil,1997]