Zwiêkszenie szans wykorzystania krajowej bazy wêgli koksowych poprzez dzia³ania technologiczne w zakresie przygotowania mieszanek wsadowych

Transkrypt

1 GOSPODARKA SUROWCAMI MINERALNYMI Tom Zeszyt 1/1 ALEKSANDER KARCZ*, ANDRZEJ STRUGA A** Zwiêkszenie szans wykorzystania krajowej bazy wêgli koksowych poprzez dzia³ania technologiczne w zakresie przygotowania mieszanek wsadowych Wprowadzenie Aktualnie dziewiêæ krajowych koksowni przerabia rocznie ponad 13 milionów ton wêgli koksowych pochodz¹cych z kopalñ Zag³êbia Górnoœl¹skiego. Ze wzglêdu na specyficzne wymagania technologiczne procesu koksowania s¹ to wêgle ortokoksowe typu 35 oraz wêgle gazowo-koksowe typu 34. O ile dostêpnoœæ tych ostatnich na rynku krajowym w perspektywie najbli szych kilkunastu lat nie powinna stanowiæ problemu, to istotnym zagro eniem dla realizowanego obecnie szerokiego programu modernizacyjnego mocy produkcyjnych krajowych koksowni jest ograniczona poda wêgli ortokoksowych (Paszcza 2005). Dodatkowo zagro enie to jest potêgowane wzrastaj¹cymi wymaganiami jakoœciowymi g³ównego odbiorcy koksu, jakim jest hutnictwo elaza. W ostatnich latach na szerok¹ skalê wprowadzana jest bowiem technologia PCI (wdmuchiwanie py³u wêglowego do wielkiego pieca). Z jednej strony umo liwia to czêœciow¹ substytucjê koksu w procesie wielkopiecowym znacznie tañszym paliwem jakim jest py³ wêglowy, z drugiej jednak strony stawia znacznie wy sze wymagania co do jakoœci stosowanego koksu. W dolnych partiach wielkiego pieca koks zapewnia bowiem niezbêdn¹ gazoprzepuszczalnoœæ wsadu, gdy pozostaje jedynym materia³em w stanie sta³ym. Z tego wzglêdu ograniczaj¹c iloœæ wprowadzanego do wielkiego pieca koksu nale y równoczeœnie poprawiæ jego wskaÿniki wytrzyma³oœciowe (CSR, M 10,M 40 itp) tak, aby iloœæ dochodz¹cych do dolnych partii wielkiego pieca kawa³ków koksu o odpowiednio grubym uziarnieniu nie uleg³a zmniejszeniu. * Prof. dr hab. in., ** Dr hab. in., Wydzia³ Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków; akarcz@agh.edu.pl; strugala@agh.edu.pl

2 6 Wspomniana koniecznoœæ poprawy jakoœciowej koksu sprawia, i sukcesywnie wzrasta udzia³ wêgli ortokoksowych w koksowniczych mieszankach wêglowych stosowanych do produkcji koksu metalurgicznego. W sytuacji rysuj¹cego siê na krajowym rynku deficytu wêgli ortokoksowych konieczne jest podjêcie w naszych koksowniach odpowiednich dzia³añ technologicznych w zakresie operacji przygotowania mieszanek wsadowych. Takim w³aœnie dzia³aniom, umo liwiaj¹cym czêœciowe zast¹pienie deficytowych wêgli ortokoksowych ³atwiej dostêpnymi na krajowym rynku wêglami gazowo-koksowymi poœwiêcony zosta³ ten artyku³. Nale y zaznaczyæ, i alternatyw¹ dla wspomnianych dzia³añ mo e byæ import wêgli typu hard z takich krajów jak Australia czy USA. Realnoœæ takiego rozwi¹zania potwierdzaj¹ realizowane w ostatnim czasie dostawy importowe tego typu wêgli do niektórych krajowych koksowni. Perspektywa importu wêgli koksowych jest te jedn¹ z przyczyn proponowanych zmian w polskiej klasyfikacji wêgli koksowych wed³ug typów. Celem tych zmian jest m.in. uwzglêdnienie realiów rynku wêgli koksowych i wynikaj¹cej z tego faktu koniecznoœci zapewnienia kompatybilnoœci z klasyfikacjami zagranicznymi miêdzynarodowa kodyfikacja wêgli kamiennych, klasyfikacje g³ównych dostawców i odbiorców wêgli koksowych itd. (Winnicka, Kosewska 2007; Karcz, Ozga-Blaschke 2007). 1. Krajowe zasoby wêgli koksowych Najwiêksze zasoby niezbêdnego dla produkcji wysokojakoœciowego koksu metalurgicznego wêgla posiada Jastrzêbska Spó³ka Wêglowa SA. Jego zasoby operatywne w z³o ach koncesyjnych kopalñ tej Spó³ki (bez kopalni Budryk) wynosz¹ ponad 267 mln ton, w tym 262,6 mln ton poza filarami i 5,2 mln ton w filarach (Zagórowski i in. 2007). Korzystna jest struktura zasobów tych wêgli w rozbiciu na typy, a mianowicie oko³o 40% stanowi typ 35.2A i po 20% wêgle typu 35.1 oraz typu 35.2B. Dystrybucjê zasobów tych wêgli w poszczególnych kopalniach pokazano na rysunku 1. mln ton-6 mln ton-34,8 mln ton-25,4 mln ton-92,8 mln ton-0,3 Borynia Jas-Mos Krupiñski Pniówek Zofiówka Rys. 1. Dystrybucja zasobów operatywnych wêgla ortokoksowego [mln ton] (Zagórowski i in. 2007) Fig. 1. Distribution of operational resources of orthocoking coal (type35 by Polish Standards) (Zagórowski et al. 2007)

3 Nale y zauwa yæ, e istniej¹ realne mo liwoœci iloœciowej poprawy bazy surowcowej w z³o ach koncesyjnych kopalñ JSW SA poprzez budowê nowych poziomów oraz w wyniku podjêcia takich dzia³añ, jak techniczna i organizacyjna integracja s¹siaduj¹cych ze sob¹ kopalñ, eksploatacja zasobów zalegaj¹cych w pok³adach o niskiej mi¹ szoœci, a tak e w pok³adach o niewielkich zasobach i nieregularnych kszta³tach (tab. 1). Ponadto Jastrzêbska Spó³ka Wêglowa SA dysponuje znacznymi zasobami w polach rezerwowych, których udostêpnienie wi¹ e siê jednak z bardzo du ymi nak³adami finansowymi. TABELA 1 Mo liwoœci poszerzenia bazy surowcowej kopalñ JSW SA poprzez uruchomienie nowych poziomów wydobywczych (Zagórowski i in. 2007) TABLE 1 Possibilities of increasing the amount of material resources of JSW SA coal mines by opening new drawing levels (Zagórowski et al. 2007) 7 Kopalnia Poziom [m] Okres realizacji Przyrost [mln ton] zasobów Borynia ,1 Jas-Mos ,2 Pniówek ,5 Pniówek po 2020 oko³o 30 Zofiówka ,3 W przypadku z³o a rezerwowego Bzie Dêbina 1 Zachód przewiduje siê uruchomienie eksploatacji pola w roku Jego zasoby bilansowe szacowane s¹ na oko³o 540 mln ton, a docelowa zdolnoœæ wydobywcza z tego pola (od roku 2030) osi¹gnie 12 tys. ton/dobê. Eksploatowany wêgiel z tego z³o a stanowi³ bêdzie zró nicowan¹ mieszaninê wêgli od typu 34.2 a po typ 37.1, przy czym dominuj¹cy udzia³ bêd¹ jednak mia³y wêgle ortokoksowe. W przypadku z³o a rezerwowego Paw³owice 1 rozpoczêcie eksploatacji pola przewiduje siê w roku 2012, a jej zakoñczenie w 2055 roku. W z³o u tym wystêpuje zarówno wêgiel gazowo-koksowy (typ 34.1), jak te wêgiel ortokoksowy (typy: 35.1, 35.2A oraz 35.2B). Przewidywana iloœæ wêgla do wybrania to oko³o 60 mln ton, a maksymalna zdolnoœæ wydobywcza (lata ) wynosiæ bêdzie 7,0 7,5 tys. ton/dobê. Ponadto nale y te wspomnieæ, i Jastrzêbska Spó³ka Wêglowa SA jest zainteresowana uzyskaniem koncesji na poszukiwanie oraz g³êbsze rozpoznanie nowego z³o a wêgla kamiennego w rejonie Go³kowic (gmina Godów), granicz¹cym z obszarem górniczym Jastrzêbie I (kopalnia Jas-Mos) oraz obszarem zlikwidowanego Ruchu Moszczenica. Zasoby geologiczne tego z³o a szacowane s¹ na 232 mln ton, z czego a 202 mln przypada na wêgiel ortokoksowy (typu 35.1 oraz 35.2). Wed³ug dotychczasowego stanu rozpoznania zasoby bilansowe tego z³o a wynosz¹ oko³o 78 mln ton. Analizuj¹c krajow¹ bazê zasobow¹ wêgli do produkcji koksu nale y te uwzglêdniæ kopalniê Budryk, obecnie w³¹czon¹ ju do struktury JSW SA. Posiada ona zasoby ope-

4 8 ratywne wynosz¹ce (do g³êbokoœci 1250 m) ponad 238 mln ton, z czego ponad 50% przypada na wêgiel ortokoksowy (typ 35). Aktualnie analizowana jest mo liwoœæ szybkiej budowy poziomu 1290 m, gdzie znajduj¹ siê dodatkowe zasoby wêgla typu 35 (ok. 26,5 mln ton). Eksploatacja wêgla z tego poziomu mo liwa by³aby jednak najwczeœniej w 2014 roku. W przypadku podjêcia takiej decyzji ³¹czne zasoby operatywne wêgla ortokoksowego w tej kopalni osi¹gnê³yby wielkoœæ oko³o 148 mln ton. Ponadto wêgle koksowe, g³ównie typu 34, wydobywane s¹ w kopalniach nale ¹cych do Kompanii Wêglowej SA. Zasoby operatywne tych kopalñ szacowane s¹ na oko³o 960 mln ton, przy czym udzia³ w nich najbardziej cennego dla koksownictwa wêgla ortokoksowego stanowi tylko oko³o 20% (Klank 2006). 2. Produkcja i jakoœæ krajowych wêgli koksowych Jak ju wspomniano, dla rozwoju krajowego koksownictwa kluczowe znaczenie posiadaæ bêdzie kszta³towanie siê wielkoœci produkcji i parametrów jakoœciowych wêgla ortokoksowego. Obecnie najwa niejszym, a zarazem najwiêkszym dostawc¹ tego wêgla dla koksowni krajowych oraz na eksport jest Jastrzêbska Spó³ka Wêglowa SA. Stan ten zapewne nie ulegnie zasadniczym zmianom w nadchodz¹cych latach. Z tego wzglêdu szczególn¹ uwagê nale y zwróciæ na plany produkcji wêgla typu 35 w kopalniach nale ¹cych do tej Spó³ki. Rysunek 2 przedstawia prognozê zdolnoœci produkcyjnych wêgla typu 35 dla kopalñ Zdolnoœci produkcyjne wêgla typu 35 [mln ton] ,0 10,1 10,1 10,1 10,0 9,6 9,9 9,7 2,3 2,3 2,3 2,3 2,4 0,5 9,2 0,7 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 0,9 2,2 2,1 1,2 1,3 1,3 1,3 1,3 2,0 1,8 1,6 1,8 2,4 2,7 4,0 3,5 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,1 2,0 3,5 1,9 3,5 1,6 1,3 1,1 3,5 0,7 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 1,9 1,8 0,5 1,7 1,5 1,3 1,1 0,9 0,8 0, od 2021 Borynia Jas-Mos Pniówek Zofiówka Budryk Rys. 2. Prognozy produkcji wêgla typu 35 w kopalniach JSW SA [mln ton] (Zagórowski i in. 2007) Fig. 2. Predicted production of orthocoking coal (type35 by Polish Standards) in JSW SA coal mines (Zagórowski et al. 2007)

5 JSW SA, opracowan¹ przy za³o eniu wykorzystania zarówno bazy zasobowej kopalñ czynnych, jak te bazy zasobowej z pól rezerwowych. Uwzglêdniaj¹c plany rozwojowe krajowych koksowni, nieuchronne zmiany receptur koksowniczych mieszanek wsadowych (wynikaj¹ce ze wzrastaj¹cych wymagañ jakoœciowych odbiorców koksu) oraz zobowi¹zania eksportowe w nadchodz¹cych latach rysuje siê deficyt wêgli ortokoksowych. W tabelach 2 i 3 przedstawiono kszta³towanie siê podstawowych parametrów jakoœciowych wêgli koksowych w dostawach do krajowych koksowni. Dla porównania w tabeli 4 podano charakterystykê amerykañskich wêgli typu hard o niskiej, œredniej i wysokiej zawartoœci czêœci lotnych. Do najwa niejszych zalet polskich wêgli koksowych zaliczyæ nale y nisk¹ zawartoœæ siarki natomiast do minusów doœæ wysok¹ zawartoœæ fosforu i alkaliów. Ponadto nale y zauwa yæ, i w praktyce nie dysponujemy wêglami najwy szej jakoœci, tj. wêglami typu hard o niskiej zawartoœci czêœci lotnych (LV). Ni sza zawartoœæ czêœci lotnych w przypadku wêgli z niektórych polskich kopalñ wynika bowiem nie tyle z ich wysokiego zmetamorfizowania, ile z podwy szonej zawartoœci macera³ów grupy inertynitu, 9 TABELA 2 Podstawowe parametry jakoœciowe krajowych wêgli ortokoksowych TABLE 2 Basic quality parameters of domestic orthocoking coal (type 35 by Polish Standards) Parametr Kopalnia Jas-Mos Zofiówka Borynia Pniówek Zawartoœæ popio³u A d [%] 6,8 7,2 7,3 6,7 Zawartoœæ czêœci lotnych V daf [%] 21,5 23,8 25,0 28,0 Zawartoœæ siarki S a [%] 0,52 0,57 0,61 0,61 Zawartoœæ fosforu P a [%] 0,003 0,035 0,055 0,052 Zawartoœæ alkaliów Na 2 O+K 2 O [%] 0,16 0,30 0,30 0,31 Spiekalnoœæ RI Wolne wydymanie SI 7,0 7,6 7,7 8,5 Dylatacja b[%] Plastycznoœæ F max [ddpm] Ciœnienie rozprê ania p max [kg/cm 2 ] 0,25 0,32 0,35 0,65 Refleksyjnoœæ witrynitu R o [%] 1,31 1,17 1,16 1,05 Zawartoœæ witrynitu [%] Zawartoœæ egzynitu [%] Zawartoœæ inertynitu [%] Zawartoœæ substancji mineralnej [%]

6 10 Podstawowe parametry jakoœciowe krajowych wêgli gazowo-koksowych Basic quality parameters of domestic gas-coking coal (type 34 by Polish Standards) TABELA 3 TABLE 3 Parametr Kopalnia Szczyg³owice Bielszowice Pokój Knurów Budryk Zawartoœæ popio³u A d [%] 5,9 8,4 6,0 5,5 7,4 Zaw. czêœci lotnych V daf [%] 31,4 32,0 32,0 3 34,0 Zawartoœæ siarki S a [%] 0,45 0,61 0,59 0,84 0,72 Zawartoœæ fosforu P a [%] 0,041 0,038 0,014 0,068 0,064 Zaw. alkaliów Na 2 O+K 2 O [%] 0,20 0,33 b.d. b.d. 0,25 Spiekalnoœæ RI Wolne wydymanie SI 6,0 5,0 4,5 7,0 8,0 Dylatacja b [%] Plastycznoœæ F max [ddpm] Ciœnienie rozprê. p max [kg/cm 2 ] 0,53 0,13 0,16 0,07 0,51 Refleksyjnoœæ witrynitu R o [%] 1,09 0,93 0,90 b.d. 0,90 Zawartoœæ witrynitu [%] b.d. 73 Zawartoœæ egzynitu [%] b.d. 5 Zawartoœæ inertynitu [%] b.d. 21 Zawartoœæ substancji mineralnej [%] b.d. 1 co niestety jest niekorzystne z punktu widzenia jakoœci produkowanego koksu. Dodatkowo nale y podkreœliæ, i w wyniku zamkniêcia kopalñ dolnoœl¹skich aktualnie nie dysponujemy wysokouwêglonymi wêglami semikoksowymi typu 37. Analiza prognoz dotycz¹cych jakoœci wêgla z kopalñ JSW SA, stanowi¹cych g³ówne Ÿród³o dostaw wêgla dla krajowych koksowni wskazuje, e w zwi¹zku ze wzrostem stopnia uwêglenia wêgla w eksploatowanych pok³adach mo na oczekiwaæ sukcesywnej poprawy w³aœciwoœci koksotwórczych. Ponadto w zwi¹zku z wprowadzaniem wirówek sedymentacyjno-filtracyjnych w miejsce suszenia flotokoncentratu oczekiwaæ nale y poprawy takich parametrów jakoœciowych wêgla, jak zawartoœæ wilgoci, alkaliów czy chloru. Dodatkowo, za kilka lat pojawi siê te na rynku wêgiel ortokoksowy typu 35.1 z kopalni Budryk, a tak e z niektórych kopalñ Kompanii Wêglowej SA (np. Bielszowice, Szczyg³owice). Jakoœæ tego wêgla bêdzie jednak odbiegaæ od jakoœci notowanej obecnie dla tego typu wêgla z kopalñ nale ¹cych do JSW SA.

7 11 Charakterystyka amerykañskich wêgli typu hard Characteristics of American coals of hard type TABELA 4 TABLE 4 A. Wêgle o niskiej zawartoœci czêœci lotnych (LV) A. Low volatile coals (LV) Parametr Consol/ Pocahontas 3 AMCI/ Herndon Kopalnia USS/ Pinnacle USS/ Pinnacle HA USS/ Oak Grove Zawartoœæ popio³u A d [%] 4,5 5,0 8,0 5,3 7,5 9,3 Zaw. czêœci lotnych V daf [%] Zawartoœæ siarki S d [%] 0,70 0,50 0,80 0,75 0,83 0,59 Wolne wydymanie SI Plastycznoœæ F max [ddpm] 250 b.d Refleksyjnoœæ witrynitu R o [%] 1,68 b.d. 1,69 1,69 b.d. B. Wêgle o œredniej zawartoœci czêœci lotnych (MV) B. Medium volatile coals (MV) Parametr JWR/Blue Creek 7 Pittson/ Moss 3 Carter Roag Kopalnia AMCI/ Iaeger AMCI/ Red Ash Mapco/ Pearl Fork Drummond/MV Zaw. popio³u A d [%] 9,0 7,5 8,3 6,0 8,0 4,0 8,0 7,0 9,5 Zaw. czêœci lot. V daf [%] 27,0 31,5 29, Zawartoœæ siarki S d [%] 1,00 0,95 1,20 0,8 1,0 0,8 1,0 0,85 0,80 Wolne wydymanie SI Plastycznoœæ F max [ddpm] b.d. b.d Refleks. witrynitu R o [%] b.d. 1,10 1,08 b.d. b.d. 1,20 b.d. C. Wêgle o wysokiej zawartoœci czêœci lotnych (HV) C. High volatile coals (HV) Parametr Peabody/ Lightfood Peabody/ Robin H. Mapco/ Race Fork Kopalnia Mingo Logan Old Ben 20 Masey/ P.Eagle Consol/ Cosipa Zaw. popio³u A d [%] 6,3 6,8 7,5 6,5 6,5 6,8 8,5 Zaw. czêœci lot. V daf [%] ,5 37 Zawartoœæ siarki S d [%] 1,10 0,87 0,85 0,80 0,8 0,9 0,85 1,50 Wolne wydymanie SI Plastycznoœæ F max [ddpm] Refleks. witrynitu R o [%] b.d. 0,86 1,00 b.d. b.d. 0,97 b.d.

8 12 3. Czynniki determinuj¹ce jakoœæ koksu Dominuj¹cym u ytkownikiem koksu jest obecnie hutnictwo elaza i dlatego zwiêkszenie stopnia wykorzystania krajowej bazy wêgli koksowych jest œciœle zwi¹zane z mo liwoœci¹ produkcji koksu wielkopiecowego najwy szej jakoœci, wymaganego w nowoczesnym procesie wytwarzania surówki elaza w wielkim piecu. Jakoœæ koksu wielkopiecowego kszta³towana jest przez szereg czynników, które w sposób syntetyczny mo na zgrupowaæ jak pokazano na rysunku 3. Najistotniejszy wp³yw na w³aœciwoœci koksu wywiera jakoœæ surowca wêglowego, z którego zosta³ wyprodukowany. Niestety, potencja³ tego czynnika w aspekcie optymalizacji receptur koksowniczych mieszanek wsadowych zosta³ ju u nas w znacznej mierze wyczerpany, gdy w istotny sposób ograniczony jest niedostatkiem w zasobach krajowych najlepszych wêgli koksowych, tj. odpowiednio zmetamorfizowanych wêgli (R o w przedziale 1,15 1,40) o niskiej zawartoœci czêœci lotnych oraz niepo ¹danych sk³adników w rodzaju fosforu, chloru czy zwi¹zków alkalicznych. Z chwil¹ zamkniêcia kopalñ Zag³êbia Dolnoœl¹skiego z polskiego rynku wêgli koksowych zniknê³y klasyczne wêglowe komponenty schudzaj¹ce mieszanek wsadowych, tj. wêgle semikoksowe typu 37. W ich miejsce, z gorszym jednak skutkiem, stosowane s¹: wêgiel typu 35.2B z kopalni Jas-Mos (charakteryzuj¹cy siê niestety wysok¹ zawartoœci¹ sk³adników inertynitowych) oraz py³ koksowy z instalacji suchego ch³odzenia koksu (Rozwadowski 2007). W tej sytuacji utrzymanie czy nawet poprawa jakoœci koksu wytwarzanego na bazie krajowych wêgli koksowych powinna siê odbywaæ poprzez dzia³ania w obrêbie pozosta³ych trzech grup czynników przedstawionych na rysunku 3. Dzia³ania te s¹ niezbêdne, jeœli chcemy utrzymaæ pozycjê drugiego w œwiecie eksportera koksu (na eksport kieruje siê oko³o po³owy krajowej produkcji koksu), a równoczeœnie spe³niæ rosn¹ce wymagania jakoœciowe krajowych hut w zwi¹zku z wprowadzaniem w nich technologii PCI (wdmuchiwanie py³u wêglowego do wielkiego pieca). Rys. 3. Grupy czynników oddzia³uj¹cych na koks Fig. 3. Groups of factors influencing coke quality

9 13 4. Mo liwoœci poprawy jakoœci koksu na etapie przygotowania mieszanki Jednym z wa nych, aczkolwiek w ostatnich latach nieco zaniedbanym sposobem poprawy jakoœci koksu jest grupa dzia³añ technologicznych w zakresie przygotowania mieszanki wêglowej do procesu koksowania. Zestaw potencjalnie mo liwych dzia³añ w obszarze przygotowania koksowniczej mieszanki wsadowej w aspekcie poprawy jakoœci koksu obejmuje: 1) optymalny dobór receptury mieszanki wêglowej, 2) w³aœciw¹ homogenizacjê komponentów jak te ca³ej mieszanki wsadowej, 3) w³aœciwy przemia³ wêgli wsadowych, 4) zwiêkszenie zagêszczenia wsadu w komorze koksowniczej poprzez jej olejowanie, czêœciowe brykietowanie czy ubijanie, 5) wstêpn¹ obróbkê termiczn¹ mieszanki wêglowej przed jej za³adunkiem do komory koksowniczej Optymalny dobór receptury mieszanki Zagadnienie to posiada fundamentalne znaczenie zarówno technologiczne, jak i ekonomiczne. Optymalny dobór iloœciowy oraz jakoœciowy sk³adników koksowniczej mieszanki wêglowej zapewnia wymagan¹ przez odbiorców jakoœæ koksu, a równoczeœnie determinuje efekty ekonomiczne pracy koksowni, gdy koszty surowca wêglowego stanowi¹ oko³o 75% ca³kowitych kosztów produkcji koksu. Znane z literatury modele optymalizacyjne posiadaj¹ lokalny charakter wynikaj¹cy ze specyfiki wykorzystywanej bazy wêglowej, jak te warunków prowadzenia procesu technologicznego koksowania. W przypadku specyficznych warunków surowcowych oraz produkcyjnych, jakie wystêpuj¹ w naszym kraju istnieje uzasadniona potrzeba stworzenia takiego w³aœnie modelu na potrzeby polskiego koksownictwa Homogenizacja mieszanki wêglowej i jej komponentów Stabilnoœæ parametrów jakoœciowych komponentów oraz utworzonej z nich mieszanki w istotny sposób oddzia³uje na wysok¹ i równomiern¹ jakoœæ produktów koksowania, a w szczególnoœci koksu. Przy naturalnej niejednorodnoœci dostaw wêgla wymusza to: prowadzenie odpowiednich operacji uœredniaj¹cych na sk³adowisku wêgla (gospodarka dwuzwa³owa, odpowiednia budowa i rozbiórka zwa³ów itp.), budowê odpowiednich zbiorników dozuj¹cych ograniczaj¹cych tworzenie siê zawisów, wyposa onych w precyzyjne urz¹dzenia dozuj¹ce, homogenizacjê skomponowanej mieszanki wêglowej w sposób mechaniczny (za pomoc¹ mieszalników) lub naturalny (przy wykorzystaniu przesypów na ci¹gach transportowych). Nale y stwierdziæ, i w tym obszarze dzia³añ obserwuje siê znaczny postêp, przejawiaj¹cy siê m.in. w powszechnym wdra aniu wysoce skutecznych dozatorów taœmowych

10 14 sterowanych automatycznie w oparciu o zadany program dozowania poszczególnych komponentów mieszanki Kszta³towanie sk³adu ziarnowego mieszanki wêglowej W zakresie przygotowania wsadu wêglowego, dzia³aniem w którym wci¹ kryj¹ siê znacz¹ce mo liwoœci poprawy jakoœci koksu jest kszta³towanie w³aœciwego sk³adu ziarnowego mieszanki wêglowej oraz poszczególnych jej sk³adników. Kszta³towanie to odbywa siê najczêœciej wy³¹cznie na drodze mielenia, aczkolwiek nale y wspomnieæ te o mo liwoœci separacji wstêpnej grubszych klas ziarnowych. Instalacje pneumatyczne umo liwiaj¹ce tak¹ separacjê s¹ stosowane w koksowniach rosyjskich oraz chiñskich. Operacja ta umo liwia ograniczenie mielenia do wydzielonych uprzednio ziaren grubych, co pozwala nie tylko obni yæ zu ycie energii elektrycznej w procesie przygotowania wsadu, ale tak e poprawia jakoœæ produkowanego koksu. W³aœciwie ukszta³towany sk³ad ziarnowy mieszanki wp³ywa bowiem korzystnie na zagêszczenie wsadu wêglowego w komorze koksowniczej. Sprzyja lepszemu upakowaniu ziaren, a tym samym wysokiemu zagêszczeniu wsadu w komorze, co zapewnia nie tylko wysok¹ wydajnoœæ procesu koksowania, ale tak e dobr¹ jakoœæ produkowanego koksu. W szczególnoœci nale y w tym miejscu wspomnieæ o korzystnym wp³ywie wysokiego zagêszczenia wsadu w komorze na dobry kontakt ziaren wszystkich sk³adników tworz¹cych mieszankê, co warunkuje ich prawid³owe wspó³dzia- ³ania w procesie aglomeracji w okresie ich uplastycznienia oraz resolidacji (warunek uzyskania dobrze spieczonego koksu), a tak e na porowatoœæ produkowanego koksu. Prawid³owo ukszta³towany sk³ad ziarnowy mieszanki wp³ywa tak e korzystnie na wykorzystanie w³aœciwoœci koksotwórczych poszczególnych komponentów koksowniczej mieszanki wsadowej. Dotyczy to w szczególnoœci klasy ziarnowej o wymiarach poni ej 0,5 mm, której nadmierna zawartoœæ w mieszance pogarsza w³aœciwoœci mechaniczne produkowanego koksu oraz zwiêksza jego reaktywnoœæ. Nale y wspomnieæ, e podobnie korzystne efekty jak w przypadku separacji wstêpnej prowadzonej w koksowni, uzyskaæ mo na te na drodze prostych zmian w zakresie ekspedycji z kopalñ do koksowni produktów wzbogacania wêgla (oddzielne wysy³anie nie wymagaj¹cego ju rozdrabniania flotokoncentratu) Zwiêkszenie zagêszczenia wsadu w komorze koksowniczej Przyrost zagêszczenia wsadu w komorze koksowniczej, jak ju wspomniano, sprzyja poprawie w³aœciwoœci mechanicznych i fizykochemicznych koksu oraz zwiêksza zdolnoœci produkcyjne baterii koksowniczej. Najprostszym sposobem, daj¹cym jednak najs³abszy efekt poprawy upakowania ziaren wêglowych jest tzw. olejowanie wsadu. Polega ono na dodatku (z regu³y nie wiêcej ni 1% wag.) ró nego rodzaju olei i emulsji, które na powierzchni ziaren wêglowych tworz¹ cienki film u³atwiaj¹cy ich wzajemne przesuwanie siê, co sprzyja ciasnemu upakowaniu ziaren mieszanki wêglowej w komorze koksowniczej.

11 Znacznie wiêksze zagêszczenia uzyskuje siê stosuj¹c wstêpn¹ obróbkê mechaniczn¹ wsadu przed jego za³adunkiem do komory polegaj¹c¹ na brykietowaniu czêœci mieszanki lub formowaniu naboju wêglowego na drodze ubijania w specjalnej skrzyni nabojowej. O ile czêœciowe brykietowanie wsadu (stosowane w warunkach przemys³owych w Japonii) nie znalaz³o szerszego zastosowania i jest dyskusyjne zarówno pod wzglêdem technologicznym jak i ekonomicznym, to technologia oparta na ubijaniu wsadu wêglowego jest stosowana w koksowniach wielu krajów m.in. w Polsce, Niemczech, Czechach, Rumunii, Indiach, Chinach, a tak e na Ukrainie. Szacuje siê, e zastosowanie systemu ubijanego zwiêksza produktywnoœæ baterii w stosunku do systemu zasypowego o oko³o 10%. Wykorzystanie do ubijania naboju wielom³otowych ubijarek ciernych pozwoli³o uzyskaæ wystarczaj¹c¹ trwa³oœæ nawet wysokich, bo siêgaj¹cych 6 m nabojów wêglowych. Da³o to impuls do wdro enia tej technologii na szersz¹ skalê w Chinach i Indiach. Nale y w tym miejscu wspomnieæ, i nowa bateria o wysokoœci komór 5 metrów, nape³niana systemem ubijanym jest obecnie budowana w koksowni w Radlinie. Planuje siê te zast¹pienie dotychczas stosowanego systemu zasypowego obsadzania komór systemem ubijanym w przypadku baterii 3 i 4 w Koksowni PrzyjaŸñ (Szlêk 2007) Wstêpna obróbka termiczna wsadu Do korzystnych efektów technologicznych i ekonomicznych wstêpnej obróbki termicznej wsadu przed jego za³adunkiem do komory koksowniczej zaliczyæ nale y: a) przyrost zdolnoœci produkcyjnej baterii koksowniczej w efekcie zwiêkszenia zagêszczenia wsadu w komorze oraz skrócenia czasu koksowania (przeniesienie zjawiska odparowania wilgoci wsadu poza komorê koksownicz¹), b) poprawê jakoœci koksu (przy tej samej recepturze mieszanki) lub zwiêkszenie udzia³u w mieszance tañszych wêgli o s³abszych w³aœciwoœciach koksotwórczych (przy utrzymaniu tej samej jakoœci koksu), c) ograniczenie iloœci œcieków koksowniczych zawieraj¹cych du y ³adunek zanieczyszczeñ. Wstêpna obróbka termiczna mieszanek koksowniczych wdro ona by³a w skali przemys³owej w dwóch wariantach technologicznych: radykalnym, tj. prowadzonym do ca³kowitego usuniêcia wilgoci ze wsadu i ogrzaniu go przed za³adunkiem do komory koksowniczej do temperatury oko³o 200 C, ³agodnym, tj. ograniczaj¹cym siê do podsuszenia wêgla do 5% wilgoci ca³kowitej. Pierwszy z wymienionych wariantów, wdro ony w przesz³oœci w kilkunastu koksowniach, zaniechany zosta³ g³ównie z powodu nadmiernego i szybkiego niszczenia masywu ceramicznego baterii (problem wysokiego ciœnienia rozprê ania). Drugi z wariantów, nosz¹cy nazwê CMC (Coal Moisture Control) stosowany jest obecnie w kilku koksowniach japoñskich.

12 Porównanie skutecznoœci rozpatrywanych operacji przygotowania wsadu wêglowego do koksowania Dla ilustracji, jak poszczególne dzia³ania w obrêbie przygotowania wsadu wêglowego do koksowania mog¹ korzystnie oddzia³ywaæ na zmianê receptury mieszanki w kierunku obni enia w niej udzia³u najlepszych wêgli koksowych na rzecz gorszych jakoœciowo wêgli gazowych, w tabeli 5 przedstawiono wyniki doœwiadczeñ koksowników ukraiñskich (Rudyka 2007). TABELA 5 Baza surowcowa koksownictwa a wytrzyma³oœæ mechaniczna koksu przy wykorzystaniu ró nych operacji technologicznych w obszarze przygotowania wsadu TABLE 5 Coking industry material resources and coke mechanical strength with different coal blend preparation technologies Wyszczególnienie Technologia tradycyjna Podsuszanie Brykietowanie Ubijanie Receptura mieszanki wsadowej wg gatunków wêgli [%] gazowy (G) ortokoksowy ( ) koksowy (K) semikoksowy (OS) chudy (T) Wytrzyma³oœæ mechaniczna koksu [%] wskaÿnik M 25 87,0 88,0 88,2 89,3 wskaÿnik M 10 7,4 6,8 6,9 6,0 Podsumowanie Specyficzn¹ cech¹ krajowej bazy wêglowej jest wysoki udzia³ wêgli gazowo-koksowych przy niedostatku najwy szej jakoœci wêgli ortokoksowych. Taki stan mo e ju w najbli szych latach stanowiæ nie tylko powa ne zagro enie dla rozwoju krajowych koksowni, ale tak e byæ przyczyn¹ ograniczonego wykorzystania zdolnoœci produkcyjnych krajowych kopalñ wêgla koksowego w wyniku importu deficytowych wêgli ortokoksowych. Alternatyw¹ dla tego importu jest podjêcie odpowiednich dzia³añ technologicznych w zakresie operacji przygotowania mieszanek wsadowych w naszych koksowniach. Takie dzia³ania umo liwi¹ czêœciowe zast¹pienie w mieszankach wêglowych deficytowych wêgli orto-

13 koksowych ³atwiej dostêpnymi na krajowym rynku wêglami gazowo-koksowymi, przy dotrzymaniu parametrów jakoœciowych wymaganych przez krajowych i eksportowych odbiorców koksu. Wed³ug autorów preferowanymi kierunkami dzia³añ badawczych i wdro eniowych w zakresie przygotowania mieszanek wsadowych winny byæ: opracowanie modeli s³u ¹cych optymalizacji tych operacji, doskonalenie technologii ubijania wsadu, rozwój technologii podsuszania koksowniczych mieszanek wsadowych. 17 Publikacja przygotowana zosta³a w ramach prac statutowych AGH LITERATURA Karcz A., Ozga-Blaschke U., 2007 Klasyfikacja wêgli koksowych. Konferencja Naukowo-Techniczna Koksownictwo 2007, Ksi¹ W i n n i c k a G., K o s e w s k a M., 2007 Propozycja klasyfikacji wêgli koksowych wg Instytutu Chemicznej Przeróbki Wêgla. Konferencja Naukowo-Techniczna Koksownictwo 2007, Ksi¹ K l a n k M., 2006 Aktualne i perspektywiczne zasoby oraz wydobycie wêgli gazowo-koksowych o dobrych w³aœciwoœciach koksotwórczych w Kompanii Wêglowej. Karbo 51 (Wydanie Specjalne), s Paszcza H., 2005 Analiza zasobów wêgla kamiennego w Polsce z uwzglêdnieniem ich ekonomicznego wykorzystania w œwietle przepisów prawa unijnego. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 21, z. 1, s R o z w a d o w s k i A., 2007 Ciœnienie koksowania mieszanek wêglowych przygotowanych z komponentów wyraÿnie ró ni¹cych siê w³aœciwoœciami reologicznymi masy plastycznej podczas pirolizy. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 23, z. 2, s R u d y k a W., 2007 Optymalna baza technologiczna jako podstawa pomyœlnego doskonalenia rozwoju przemys³u koksowniczego Ukrainy. Karbo 52 (Wydanie Specjalne), s S z l ê k E., 2007 Rozwój i strategia Koksowni PrzyjaŸñ na tle œwiatowych trendów w koksownictwie. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 23, z. 3, s Z a g ó r o w s k i J., C z o r n i k G., K o w a l c z y k J., 2007 Perspektywy wêgla koksowego w JSW. Konferencja Naukowo-Techniczna Koksownictwo 2007, Ksi¹ ZWIÊKSZENIE SZANS WYKORZYSTANIA KRAJOWEJ BAZY WÊGLI KOKSOWYCH POPRZEZ DZIA ANIA TECHNOLOGICZNE W ZAKRESIE PRZYGOTOWANIA MIESZANEK WSADOWYCH S³owa kluczowe Wêgiel kamienny, technologia koksowania, przygotowanie mieszanek wsadowych Streszczenie Obserwowany w ostatnich latach w œwiecie wysoki popyt na koks wielkopiecowy sprawi³, e krajowe koksownie rozpoczê³y realizacjê szerokiego programu modernizacyjnego swych mocy produkcyjnych. W tej sytuacji ograniczone mo liwoœci zaspokojenia zapotrzebowania na odpowiedniej jakoœci wêgle koksowe przez krajowe kopalnie stanowi powa ne zagro enie. W szczególnoœci dotyczy to wêgli ortokoksowych. Krajowe zasoby tych wêgli, jak i mo liwoœci ich produkcji s¹ bowiem ograniczone, natomiast ich udzia³ w recepturach mieszanek wêglowych systematyczne roœnie w zwi¹zku ze wzrostem wymagañ jakoœciowych odbiorców koksu.

14 18 W tej sytuacji alternatyw¹ dla importu tych wêgli g³ównie z Australii i USA mo e byæ podjêcie odpowiednich dzia³añ technologicznych w zakresie operacji przygotowania mieszanek wsadowych w naszych koksowniach. Takie dzia³ania umo liwi¹ czêœciowe zast¹pienie w mieszankach wêglowych deficytowych wêgli ortokoksowych ³atwiej dostêpnymi na krajowym rynku wêglami gazowo-koksowymi. Do wspomnianych dzia³añ zaliczyæ nale y: optymalny dobór receptur mieszanek wsadowych, skuteczn¹ homogenizacjê mieszanki i jej komponentów, racjonalny przemia³ wêgli, zwiêkszenie zagêszczenia wsadu w komorze koksowniczej czy wstêpn¹ obróbkê termiczn¹ wsadu. W podsumowaniu dokonano porównania skutecznoœci wymienionych dzia³añ w aspekcie mo liwoœci zwiêkszenia zawartoœci wêgli gazowo-koksowych w mieszankach wsadowych bez pogorszenia jakoœci produkowanego koksu. INCREASING CHANCES OF UTILIZING THE DOMESTIC COKING COAL RESOURCES THROUGH TECHNOLOGICAL OPERATIONS IN COAL BLEND PREPARATION Key words Hard coal, coking process, preparation of coal blends for coke production Abstract The great demand for blast furnace coke recently observed throughout the world resulted in domestic coking plants introducing a thorough production capacity enhancement programme. In this situation, the limited potential of Polish coal mines for fulfilling the demand for coking coals of appropriate quality, constitutes a real danger. It is especially valid for orthocoking coal (type 35 by Polish Standards) the resources of which, as well as the production capacity, are limited in Poland. However, its share in coal blends has been growing continuously in connection with with the increasing quality requirements of coke users. Given these circumstances, introducing proper technological processes in the sphere of coal blends preparation at our coking plants can be a good alternative for importing this coal, mainly from the United States and Australia. These processes will make it possible to partially substitute the gas-coking coals (type 34 by Polish Standards), which are easily available on the domestic market, for the scarce orthocoking coals (type 35 by Polish Standards). The above-mentioned processes should include: optimal selection of components of coal blends, effective homogenization of a coal blend and its components, rational crushing of coal, coal charge compacting and coal charge preheating and drying. In the conclusions, a comparison of the effectiveness of the above-mentioned processes was made in respect of the possibilty of increasing the gas-coking coals content in coal blends without deteroriation of the quality of the produced coke.