SPIEKANIE ZAOLEJONYCH ODPADÓW ELAZONOŒNYCH METOD PODWÓJNEJ WARSTWY Z RECYRKULACJ SPALIN

Transkrypt

1 Prace IM 3 (2009) anie zaolejonych odpadów elazonoœnych metod¹ podwójnej warstwy... 5 Marian NIESLER, Janusz STECKO Instytut Metalurgii elaza SPIEKANIE ZAOLEJONYCH ODPADÓW ELAZONOŒNYCH METOD PODWÓJNEJ WARSTWY Z RECYRKULACJ SPALIN W artykule omówiono wyniki wariantowych prób spiekania zaolejonych odpadów elazonoœnych z zastosowaniem tzw. podwójnej warstwy i recyrkulacji spalin. W zrealizowanych próbach spiekania przy zmiennej wysokoœci górnej warstwy i sta³ej zawartoœci oleju 1%, oko³o 30% zawracanych spalin przyjmowa³y obie po³¹czone warstwy spiekanej mieszanki. Podstawowymi zaletami zmodyfikowanej technologii spiekania s¹ znacznie ni sze emisje do atmosfery py³u oraz spalin a w szczególnoœci CO, NO x iso 2. Czynnikiem niekorzystnym by³ wzrost zawartoœci FeO w spieku, spowodowany miêdzy innymi zwiêkszon¹ iloœci¹ paliwa dostarczon¹ do procesu spiekania, mimo e obni eniu uleg³o o 1,5 3,5% zu ycie koksiku. Dodatkowym Ÿród³em ciep³a by³o bowiem: ze zwiêkszon¹ zawartoœci¹ FeO gorzej redukuje siê w warunkach wielkiego pieca, ale jednoczeœnie wykazuje korzystniejsz¹ wytrzyma³oœæ mechaniczn¹. S³owa kluczowe: zaolejona zgorzelina, mu³ki zgorzelinowe, spiekanie rud, podwójna warstwa, recyrkulacja spalin SINTERING OILED IRON-BEARING WASTES BY DOUBLE LAYER METHOD WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION This article discusses the results of variant tests of sintering oiled iron-bearing wastes by the so-called double layer method with exhaust gas recirculation. In the sintering tests with variable upper layer height and constant oil content of 1%, approx. 30% of recycled exhaust gases were absorbed by both combined sintered mix layers. The basic advantages of the modified sintering technology are considerably lower emissions of dust and exhaust gas, in particular CO, NO x iso 2, into the atmosphere. The disadvantageous factor was the increase in FeO content in sinter caused, among other things, by the increased amount of fuel supplied to the sintering process, in spite of the fact that quick coke consumption was reduced by %, because the additional source of heat was: combustion of oil products contained in the upper layer, after-burning of CO contained in recycled exhaust gas. The sinter with increased FeO content reduces worse under the blast furnace conditions, but at the same time it shows more advantageous mechanical properties. Key words: oiled scale, mill-scale, ore sintering, double layer, exhaust gas recirculation 1. WSTÊP Instytut Metalurgii elaza w ramach Projektu Rozwojowego nr 0394/R/2/T02/06/01 podj¹³ siê opracowania ekologicznego sposobu recyklingu odpadów elazonoœnych zanieczyszczonych substancjami olejowymi. W poprzednich etapach projektu wykonano wstêpne próby spiekania elazonoœnych zaolejonych odpadów z wykorzystaniem filtruj¹cego dzia³ania warstwy spieku (tzw. technologia spiekania górnej warstwy) [1-3]. Okreœlono wstêpne parametry prowadzenia prób, a nastêpnie przeprowadzono seriê wariantowych prób spiekania zaolejonych produktów ubocznych zmieniaj¹c moment za³adowania górnej warstwy [4]. W ramach kolejnego etapu projektu dokonano wyboru optymalnego wariantu pod wzglêdem emisji i wydajnoœci [5]. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badañ dotycz¹ce spiekania z górn¹ warstw¹ z równoczesnym zawracaniem czêœci spalin do procesu spiekania. 2. WARIANTOWE PRÓBY SPIEKANIA ZAOLEJONYCH ODPADÓW Z RECYRKULACJ SPALIN 2.1. SPOSÓB PROWADZENIA PRÓB Laboratoryjne próby spiekania z zastosowaniem górnej warstwy przy równoczesnej recyrkulacji czêœci spalin przeprowadzono w uk³adzie spiekania, którego schemat przedstawiono na rys. 1. Iloœæ doprowadzanych spalin regulowano przepustnic¹ w kominie (rys. 1, punkt 5). Próby spiekania prowadzono wed³ug sposobu okreœlonego w pracy [3], który zosta³ zmodyfikowany na potrzeby recyklingu spalin. Ustalono, e punkt poboru próbek gazu, dla potrzeb analizy ich sk³adu chemicznego za pomoc¹ chromatografu gazowego, zostanie umiejscowiony powy ej ruroci¹gu zawracania spalin na króæcu pomiarowym na kominie (rys. 1, punkt 11). Próby prowadzono wed³ug nastêpuj¹cych wariantów.

2 6 Marian Niesler, Janusz Stecko Prace IM 3 (2009) 1. Misa spiekalnicza 2. Miejsca poboru spalin do analizy 3. Odpylnik cyklonowy 4. Kryzy pomiarowe 5. Przepustnice W1, W2 wentylatory odci¹gu spalin 6. Przewód doprowadzenia powietrza, 7. Pomiar przep³ywu powietrza 8. Ko³pak przewodu doprowadzania spalin na misê 9. Pomiar temperatury spalin 10. Komin 11. Króciec pomiarowy Rys. 1. Schemat laboratoryjnego uk³adu spiekania z recyrkulacj¹ spalin Fig. 1. Diagram of laboratory sintering system with exhaust gas recirculation 2.2. WARIANT PORÓWNAWCZY SPIEK PORÓWNAWCZY Mieszankê porównawcz¹ zestawiono wg receptury przedstawionej w tablicy 1. Mieszankê spiekano tradycyjnie na misie spiekalniczej o wysokoœci warstwy 550 mm (I warstwa podstawowa). Wariant I Standardowa mieszanka (I warstwa) o wysokoœci warstwy 550 mm spiekana jest z zastosowaniem recyrkulacji spalin. Po 19,5 min spiekania, w powsta³¹ w wyniku skurczu spieku woln¹ przestrzeñ, zasypywana jest mieszanina z³o ona z mieszanki spiekalniczej i zaolejonych mu³ków zgorzelinowych (II warstwa). Warstwa tej mieszaniny o gruboœci 20 mm jest zapalana palnikiem pieca zap³onowego. Obydwie warstwy spiekane s¹ nastêpnie z zastosowaniem recyrkulacji spalin. Wariant II Jak w wariancie I. Wysokoœæ II warstwy wynosi³a 30 mm. Wariant III Jak w wariancie I. Wysokoœæ II warstwy wynosi³a 40 mm. Lp. Komponenty H 2 O Tablica 1. Namiar mieszanki spiekalniczej Table 1. Excess of sinter mix Udzia³ w stanie, kg Fe SiO 2 CaO MgO naturalnym suchym % kg % kg % kg % kg 1 Koncentrat Lebiedyñski 10,1 243,3 218,73 67,94 148,60 4,48 9,80 0,10 0,22 0,31 0,68 2 Koncentrat Sew-Gok 9,8 214,1 193,12 65,03 125,58 8,05 15,55 0,39 0,75 0,54 1,04 3 Koncentrat C-Gok 10,1 29,2 26,27 65,53 17,21 5,75 1,51 0,15 0,04 0,12 0,03 4 Agloruda Kriwbas 4,2 399,0 382,24 60,27 230,38 11,02 42,12 0,78 2,98 0,21 0,80 5 Wapno palone 0,0 15,6 15,60 0,65 0,10 0,82 0,13 79,80 12,45 18,11 2,83 6 u el 0-8 4,2 27,3 26,16 18,74 4,90 14,77 3,86 38,57 10,09 7,13 1,87 7 Py³y 0,0 29,2 29,20 51,21 14,95 6,61 1,93 10,85 3,17 1,45 0,42 8 Walcowina 4,1 15,6 14,96 72,02 10,77 1,80 0,27 1,24 0,19 0,71 0,11 9 Dolomit 5,6 29,2 27,56 0,88 0,24 1,24 0,34 30,90 8,52 19,20 5,29 10 Kamieñ wapienny 0,9 129,4 128,21 0,25 0,32 1,90 2,44 53,86 69,05 0,49 0,63 11 Koksik (11 % pop.) 10,0 52,3 47,07 1,13 0,53 4,13 1,94 0,72 0,34 0,11 0,05 Œrednia /Suma 6,3 1184,2 1109,11 55,36 553,60 7,99 79,89 10,78 107,79 1,37 13,75

3 Prace IM 3 (2009) anie zaolejonych odpadów elazonoœnych metod¹ podwójnej warstwy... 7 Tablica 2. Wyniki prób spiekania przy równoczesnej recyrkulacji spalin Table 2. Results of sintering tests with simultaneous exhaust gas recirculation Parametr I. Charakterystyka mieszanki i z górn¹ warstw¹ i z zawracaniem spalin 1. Wilgotnoœæ mieszanki, % 7,0 7,2 7,3 7,3 2. Ciê ar nasypowy, kg/m ,3 1803,8 1807,6 1798,9 3. Opór przep³ywu, s 5,5 5,5 5,4 5,5 II. Parametry procesu 1. Czas spiekania, min 28,60 32,35 32,88 37,58 % 100,00 113,13 114,96 131,43 2. Podciœnienie na pocz¹tku procesu, mm H 2 O Podciœnienie na koñcu procesu, mm H 2 O Temperatura spalin (pod mis¹), o C 520,2 441,6 470,7 441,6 5. Pionowa prêdkoœæ spiekania, mm/min 19,24 17,02 16,80 14,65 % 100,00 88,49 87,34 76,16 6. Wydajnoœæ procesu (na spiek skipowy), kg/m 2 h 1165,5 1095,9 1052,6 919,1 % 100,00 94,03 90,31 78,85 7. Zu ycie paliwa sta³ego (stan suchy), kg/t spieku 39,99 38,70 39,36 38,60 % 100,00 96,77 98,42 96,50 8. WskaŸnik równowagi spieku, % 97,05 98,71 107,89 103,02 9. Uzysk spieku po stabilizacji, % 84,64 87,12 86,49 84,65 Tablica 3. W³aœciwoœci spalin przy równoczesnym zawracaniu spalin Table 3. Properties of exhaust gas with simultaneous exhaust gas recycling Parametr I W³aœciwoœci spalin w nawrocie i z górn¹ warstw¹ i z zawracaniem spalin 1. Iloœæ zawracanych spalin, % 0 31,4 21,9 34,2 2. Przep³yw w ruroci¹gu nawrotu spalin, Nm 3 /h 435,8 303,4 474,5 3. Temperatura spalin w nawrocie spalin, o C 38,9 40,2 37,2 Zawartoœci: 1. O 2, % 19,3 19,0 19,2 2. CO, % 0,20 0,26 0,21 II W³aœciwoœci spalin w kominie Parametry: 1. Przep³yw spalin w kominie, Nm 3 /h 1386,4 950,6 1083,0 911,9 2. Temperatura spalin w kominie, o C 39,8 41,2 41,3 38,1 Zawartoœci: 1. O 2, % 19,43 18,91 19,17 19,63 2. CO 2, % 2,53 2,58 2,63 2,58 3. CO, % 0,34 0,24 0,24 0,22 4. NO x, ppm SO 2, ppm Stê enia: 1. CO 2, g/nm 3 49,69 50,76 51,66 50,72 2. CO, g/nm 3 4,21 3,03 2,94 2,72 3. NO x, g/nm 3 0,092 0,069 0,074 0, SO 2, g/nm 3 0,106 0,045 0,070 0, Py³, g/nm 3 0,20 0,15 0,13 0,14

4 8 Marian Niesler, Janusz Stecko Prace IM 3 (2009) W³aœciwoœci spieku WskaŸnik 1. Zawartoœæ w spieku, %: Tablica 4. W³aœciwoœci fizykochemiczne spieku Table 4. Physicochemical properties of sinter i z górn¹ warstw¹ i z zawracaniem spalin Fe ca³k. 55,03 55,56 55,12 54,97 FeO 5,16 7,97 6,34 6,34 CaO 10,82 9,89 10,55 10,58 SiO 2 7,87 7,86 7,95 8,35 MgO 1,23 1,16 1,19 1,12 Al 2 O 3 0,82 1,37 1,42 0,88 P 2 O 5 0,049 0,046 0,046 0,069 Mn 0,094 0,100 0,100 0,140 Na 2 O 0,084 0,100 0,093 0,098 K 2 O 0,034 0,042 0,039 0,042 S 0,060 0,058 0,060 0,066 Zn 0,023 0,014 0,011 0,015 CaO/SiO 2 1,37 1,26 1,33 1,27 2. Szybkoœæ redukcji dr/dt (O/Fe=0,9), %/min 1,26 1,15 1,09 1,15 3. Udzia³ w klasie ziarnowej, %: % 100,0 91,3 86,5 91,3 Fe ca³k. 56,05 56,44 55,12 55,71 FeO 5,44 7,97 6,34 8,55 4. Zachowanie siê spieku w czasie redukcji: - odpornoœæ na rozpad RDI-1 +6,3, % 61,70 66,18 64,47 67,07 podatnoœæ na rozpad RDI-1-3,15, % 14,40 14,28 15,28 14,36 podatnoœæ na œcieranie RDI-1-0,5, % 3,25 3,82 4,09 3,59 5. Temperatura pocz¹tku miêkniêcia, 6. Zakres miêkniêcia (DT), o C o C Wytrzyma³oœæ wg ISO, % 58,37 63,47 64,04 64,75 8. Œcieralnoœæ wg ISO, % 7,04 7,00 6,79 6,70 9. Wytrzyma³oœæ zrzutowa, % 92,29 93,83 92,92 92, Rozkruszalnoœæ zrzutowa, % 27,21 27,56 30,08 28,97 We wszystkich wariantach zawartoœæ oleju w II warstwie wynosi³a 1%, a œrednia iloœæ zawracanych spalin, które przyjmowa³a warstwa spiekanej mieszanki wynosi³a 30%. W trakcie prób spiekania okreœlano: podstawowe parametry procesu, w³aœciwoœci fizyczne spieku, sk³ad chemiczny emitowanych spalin z procesu (O 2, CO, CO 2,NO x oraz SO 2 ), stê enia zwi¹zków organicznych w spalinach. Spaliny emitowane do atmosfery pobierano w kominie, powy ej zasuwy recyrkuluj¹cej spaliny. Drugi pomiar spalin prowadzono w ko³paku doprowadzaj¹cego recyrkulowane spaliny na misê spiekalnicz¹, rys. 1, punkt WYNIKI PRÓB SPIEKANIA W tablicy 2 zamieszczono wyniki podstawowych parametrów procesu spiekania. Wyd³u enie czasu spiekania dla poszczególnych wariantów (o 13 30%) wynika z obni enia przewiewnoœci spiekanej mieszanki, która spowodowana jest dodaniem górnej warstwy. Powoduje to obni enie wydajnoœæ procesu spiekania. Obni a siê jednoczeœnie zu ycie paliwa (1,5 3,5%) dziêki m.in. dopaleniu CO z recyrkulowanych spalin. W tablicy 3 przedstawiono w³aœciwoœci spalin dla spieku porównawczego i dla poszczególnych wariantów. Podstawowymi zaletami nowej technologii spiekania, obejmuj¹cej zastosowanie górnej warstwy i zawracanie spalin, s¹ znacznie ni sze stê enia py³u oraz spalin, a w nich szkodliwych gazów: CO, NO x iso 2. Warstwa spie-

5 Prace IM 3 (2009) anie zaolejonych odpadów elazonoœnych metod¹ podwójnej warstwy... 9 ku dzia³a jak filtr absorbuj¹cy py³y, a uk³ad recyrkulacji spalin pozwala na dopalenie CO W AŒCIWOŒCI FIZYKOCHEMICZNE SPIEKU Badania spieku prowadzono pod k¹tem w³aœciwoœci chemicznych, fizycznych takich jak redukcyjnoœæ dynamiczna i statyczna, wytrzyma³oœci wg ISO oraz w³aœciwoœci termoplastycznych. W tablicy 4 przedstawiono wyniki oznaczeñ w³asnoœciowoœci spieku. Zanotowany w trakcie prób spiekania wzrost zawartoœci FeO spowodowany by³ miêdzy innymi zwiêkszon¹ iloœci¹ paliwa dostarczon¹ do procesu spiekania, mimo e obni eniu uleg³o zu ycie koksiku. Dodatkowym Ÿród³em ciep³a by³o: ze zwiêkszon¹ zawartoœci¹ FeO gorzej redukuje siê w warunkach wielkiego pieca, ale jednoczeœnie poprawia siê jego wytrzyma³oœæ mechaniczna. Stwierdzono równie poprawê w³aœciwoœci termoplastycznych. 3. PODSUMOWANIE Podstawowymi zaletami zmodyfikowanej technologii spiekania, obejmuj¹cej dwa dodatkowe procesy, tj. spiekanie górnej warstwy w po³¹czeniu z recyrkulacj¹ spalin, s¹ znacznie ni sze stê enia py³u oraz spalin, a w szczególnoœci CO, NO x iso 2. Warstwa spieku dzia³a jak filtr absorbuj¹cy zanieczyszczenia. Czynnikami niekorzystnymi s¹: wyd³u enie czasu spiekania i wzrost FeO w spieku. Wyd³u enie czasu spiekania dla poszczególnych wariantów (o 13% do 30%) wynika z obni enia przewiewnoœci spiekanej mieszanki, które spowodowane jest dodaniem górnej warstwy. Powoduje to obni enie wydajnoœæ procesu spiekania. Wzrost zawartoœci FeO w próbach laboratoryjnych spowodowany by³ miêdzy innymi zbyt du ¹ iloœci¹ paliwa dostarczon¹ do procesu spiekania pomimo obni enia o 1,5 3,5% zu ycia koksiku. Dodatkowym Ÿród³em ciep³a by³o bowiem: oraz ze zwiêkszon¹ zawartoœci¹ FeO gorzej redukuje siê w warunkach wielkiego pieca, ale jednoczeœnie uzyskuje podwy szon¹ wytrzyma³oœæ mechaniczn¹. Reasumuj¹c nale y stwierdziæ, e spiekanie zaolejonych odpadów elazonoœnych z wykorzystaniem podwójnej warstwy i recyrkulacji spalin jest technologicznie bardzo korzystna z punktu widzenia ochrony œrodowiska i mo liwoœci obni enia zu ycia paliwa. W warunkach przemys³owych nale y przeprowadziæ regulacjê iloœci podawanego koksiku, aby uwzglêdniæ ciep³o pochodz¹ce z recyklingu spalin oraz ciep³o z dopalania produktów zawieraj¹cych olej. Mo liwe jest wtedy dalsze obni enie zu ycia koksiku i polepszenie w³aœciwoœci spieku w warunkach redukcyjnych. LITERATURA 1. Niesler M., Stecko J. Sprawozdanie IM nr PR PR , PR i PR Grudzieñ 2006, (niepublikowane) Strona internetowa spiekalni rud firmy BEM Rt. na Wêgrzech. 3. Niesler M., Stecko J. Sprawozdanie IM nr PR Czerwiec 2007, (niepublikowane). 4. Niesler M., Stecko J. Sprawozdanie IM nr PR i PR Czerwiec 2008, (niepublikowane). 5. Niesler M., Stecko J., Sprawozdanie IM nr PR Sierpieñ 2008, (niepublikowane). Praca naukowa finansowana ze œrodków na naukê w latach jako projekt badawczy rozwojowy. Recenzent: Prof. dr hab. Józef Paduch