5 Zakłady peletyzacji Jak przedstawiono w rozdziale 3.2.1, peletyzacja i spiekanie rudy żelaza są komplementarnymi procesami przygotowania surowców tlenku żelaza do wstępnego procesu wytwarzania żelaza i stali. Każdy z nich ma swoje specyficzne zalety i wady. Duży wpływ mają na nie lokalne warunki takie, jak dostępność i rodzaj surowców. Z różnych powodów spiek jest praktycznie zawsze produkowany w hucie: pozwala to na recykling odpadów stałych; miał koksowy jest dostępny w hucie do stosowania jako paliwo; spiek ulega rozkładowi podczas transportu i przenoszenia. Pelety są formowane z surowców drobnej rudy i dodatków < 0,05 mm w kulki o średnicy 9-16 mm przy zastosowaniu bardzo wysokich temperatur, przy czym formowanie odbywa się głównie w kopalni (rudy przyp. tł.) lub w porcie wysyłkowym. W Unii Europejskiej istnieje tylko jedna zintegrowana huta, która posiada zakład peletyzacji (w Holandii). Szwecja posiada cztery samodzielne zakłady peletyzacji. Produkcja pelet w pięciu zakładach Unii Europejskiej wymienionych powyżej wynosiła 15,1 Mt w roku 1996. W 1995 roku całkowite zużycie pelet w Unii Europejskiej wynosiło około 35 Mt, podczas gdy zużycie spieków było trzy razy wyższe. 5.1 Stosowane procesy i technologie Pelety są małymi skrystalizowanymi kulkami rudy żelaza o wielkości 9 16 mm. Rysunek 5.1 przedstawia grudkownik bębnowy, który stanowi część zakładu peletyzacji.
Rysunek 5.1: Grudkownik bębnowy jako część zakładu peletyzacji Proces peletyzacji składa się z mielenia i suszenia lub odwadniania, grudkowania i utwardzania, po którym następuje sortowanie i transport pelet (rysunek 5.2). Rysunek 5.2: Schemat zakładu peletyzacji - [Info Mil, 1997]
5.1.1 Mielenie i suszenie / odwadnianie Przed wprowadzeniem do zakładu peletyzacji ruda jest przygotowywana poprzez kilkakrotne sortowanie i wzbogacanie oraz kolejne operacje kruszenia i mielenia. Własności rudy czynią separację magnetyczną dominującym środkiem wzbogacania. W szwedzkich zakładach mielenie i wzbogacanie są procesami mokrymi. W zakładzie holenderskim mielenie jest przeprowadzane we względnie wysokich temperaturach (ok. 100º C). W procesie mokrym dodatki (oliwin, dolomit i/lub wapień, w zależności od produktu końcowego) są mielone, a następnie dodawane do zawiesiny rudy, przeważnie na poziomie od 3 do 3,5 %, przed procesem odwadniania. W innych procesach po mieleniu na gorąco tworzywo jest ponownie nawilżane w mieszalnikach typu łopatkowego i łączone z dodatkami. W obydwu przypadkach zawartość wilgoci jest utrzymywana na poziomie od 8 do 9 %. 5.1.2 Przygotowanie surowych grudek Odwodniona lub nawilżona partia pelet jest mieszana z dodatkami a następnie przerabiana w zakładzie przygotowania grudek (surowych). Zakład taki jest zwykle wyposażony w 4 do 6 układów grudkowania składających się z pojemnika podającego, grudkownika bębnowego, sita rolkowego i przenośników do przenoszenia tworzyw. Grudkownik bębnowy jest nachylony pod kątem od 6 do 8º do płaszczyzny poziomej. Aby otrzymać określoną wielkość surowej grudki, przeważnie w zakresie od 9 do 16 mm, frakcje podwymiarowe i nadwymiarowe zostają przesiane i zawrócone ponownie do układu. 5.1.3 Utwardzanie Utwardzanie, które oznacza obróbkę cieplną, składa się z procesu suszenia, nagrzewania i chłodzenia. Proces ten może być przeprowadzony w dwóch różnych systemach; w systemie rusztu wzdłużnego lub pieca rusztowego. Podczas obróbki termicznej magnetyt jest prawie całkowicie utleniany na hematyt. Powoduje to zapotrzebowanie na dużą ilość ciepła zużywanego do przeprowadzenia tego procesu. 5.1.3.1 Proces rusztu wzdłużnego W procesie rusztu wzdłużnego używany jest przesuwający się ruszt podzielony na kilka różnych sekcji (rysunek 5.3).
Rysunek 5.3: Schemat procesu rusztu wzdłużnego UDD DDD PH F AF C C II suszenie z odciągiem górnym przy użyciu gorącego powietrza z C II suszenie z odciągiem dolnym przy użyciu gorącego powietrza z AF wstępne nagrzewanie rekuperowanym ciepłem z C strefa spalania oleju i gorącego powietrza z C sekcje samospalania z gorącym powietrzem z C sekcje chłodzenia wykorzystujące zimne (zewnętrzne) powietrze druga sekcja chłodzenia wykorzystująca zimne (zewnętrzne) powietrze Przed podaniem surowych grudek na pręty rusztu, pręty są pokrywane warstwą wypalonych pelet o grubości od 5 do 10 cm. Następnie surowe pelety są nakładane na warstwę pokrywającą trzon pieca, aby utworzyć gazoprzepuszczalną warstwę o całkowitej grubości 40 55 cm. Surowe pelety muszą być nagrzane do około 1250º C podczas utleniania i spiekania, aby otrzymać pelety o wysokiej wytrzymałości. Można to uzyskać za pomocą rzędu palników rozmieszczonych po obu stronach przesuwnego rusztu, zwykle opalanych olejem. Na końcu linii utwardzania część pelet jest zawracana i wykorzystywana jako warstwa pokrywająca trzon pieca. 5.1.3.2 Proces pieca rusztowego System pieca rusztowego składa się z trzech głównych części: przesuwnego rusztu, pieca obrotowego i oddzielnej chłodnicy pierścieniowej. Ruszt składa się z zamkniętego łańcucha płyt rusztu, które są połączone ze skrzyniami dmuchowymi w sposób gazoszczelny. Surowe pelety są podawane bezpośrednio na płyty rusztu, gdzie tworzą warstwę o grubości około 20 25 cm. Po wstępnej obróbce na ruszcie, pelety są zsypywane poprzez zsyp do pieca obrotowego. Piec wyposażony jest w pojedynczy palnik olejowy lub węglowy na końcowej części wylotowej i pracuje w temperaturze około 1250º C. Dno chłodnicy pierścieniowej składa się z rusztu, co pozwala na przepływ zimnego powietrza przez warstwę pelet. Chłodnica podzielona jest przez ściany na odcinki w sposób zapewniający gorące powietrze do wcześniejszych etapów procesu. Całość procesu można zobaczyć na rysunku 5.4.
Rysunek 5.4: Schemat procesu pieca rusztowego UDD DDD TPH PH F C suszenie z odciągiem górnym przy użyciu gorącego powietrza z ostatniej części chłodnicy suszenie z odciągiem dolnym przy użyciu gorącego powietrza z pośredniej części chłodnicy łagodne podgrzewanie gorącym powietrzem z pośredniej części chłodnicy podgrzewanie gorącym gazem wylotowym z pieca obrotowego strefa spalania przy wykorzystaniu gorącego powietrza z pierwszej części chłodnicy strefy chłodzenia wykorzystujące zimne powietrze (powietrze otoczenia) Podczas utwardzania magnetytu, utlenianie na hematyt i spiekanie zachodzi w sekcjach TPH, PH, F i C (patrz rysunek 5.4). 5.1.4 Sortowanie i transport Na końcu ciągu utwardzania pelety są zbierane i sortowane. Pelety podwymiarowe lub rozłamane mogą zostać ponownie wprowadzone do obiegu. Może wystąpić znaczna emisja pyłów. W przypadku zakładów szwedzkich, utwardzone pelety są przechowywane w zamkniętych skrzyniach zanim zostaną załadowane na otwarte wagony kolejowe w celu przetransportowania ich do portów w Narviku i Luleå. Przy załadunku na statek 2 3 % tworzyw jest sortowane jako materiał podwymiarowy, który jest sprzedawany jako surowiec do spiekania. Jeżeli chodzi o ogół tworzyw dla wielkiego pieca (koks, spiek, pelety i ruda kawałkowa), końcowe sortowanie odbywa się przy wielkim piecu.
5.2 Aktualne poziomy zużycia/emisji 5.2.1 Schemat strumieni tworzyw i dane dotyczące wejścia/wyjścia Rysunek 5.5 przedstawia schemat strumieni tworzyw wejściowych i wyjściowych w zakładzie peletyzacji. Schemat ten może być stosowany do zbierania danych z pojedynczych zakładów peletyzacji.
Rysunek 5.5: Schemat strumieni tworzyw w zakładzie peletyzacji. Następnie można obliczyć jednostkowe wskaźniki wejścia i emisji. Wartości tych wskaźników w pięciu zakładach peletyzacji w Unii Europejskiej przedstawiono w tablicy 5.1. Wskaźniki emisji nie odnoszą się do 1 t płynnej stali jak w przypadku spiekalni, koksowni i wielkich pieców z tego względu, że nie są dostępne niezbędne współczynniki przeliczeniowe. Jednostkowy przepływ spalin wynosi około 1940 do 2400 Nm³/t pelet.
Wejście Wyjście Surowce Produkt ruda żelaza kg/t Pel 935-1120 pelety kg/t Pel 1000.00 bentonit kg/t Pel 5,1-7,2 oliwin kg/t Pel 31-35,8 Emisje Wapień *1 kg/t Pel 0 3 pył g/t Pel 20 130 dolomit *2 kg/t Pel 31 Cd mg/t Pel 0,02 0,4 Cr mg/t Pel 1 4,4 Cu mg/t Pel 1,7 7,5 Hg mg/t Pel < 0,1 0,4 Mn mg/t Pel 8 38 Energia Ni mg/t Pel 5 25 gaz MJ/t Pel 398,7 Pb mg/t Pel 3 130 koksowniczy *3 gaz ziemny *3 MJ/t Pel 209,0 Tl mg/t Pel n/a koks *3 MJ/t Pel 283,0 V mg/t Pel 21 150 Węgiel *4 MJ/t Pel 213 269 Zn mg/t Pel 2,4 110 ropa naftowa *4 MJ/t Pel 38 171 HF *5 g/t Pel 0,8 39 energia MJ/t Pel 51 128 HCl *5 g/t Pel 2 48 elektryczna *6 S0 x g/t Pel 18 250 N0 x g/t Pel 120 510 Woda m 3 /t Pel 0,11 1,5 CO g/t Pel < 10 *4 410 CO 2 kg/t Pel 15,6 31,8 VOC *7 g/t Pel < 5 *4-40 *3 Sprężone Nm 3 /t Pel 6,2 15,2 PAH *8 mg/t Pel 0,19 powietrze PCDD/F *4 µg I-TEQ/ t Pel 0,0057 Pozostałości/pro dukty uboczne Pyły kg/t Pel - Legenda: Pel=Pelety; n/a=niedostępne; VOC-Lotne Związki Organiczne; PAH- Wielopierścieniowe Węglowodory Aromatyczne; PCDD/F- Polichloro Dibenzo Dioksyna/Furany *1 *2 *3 *4 *5 *6 *7 *8 *9 w przypadku produkcji pelet do bezpośredniego rozdrobnienia w przypadku produkcji pelet dla wielkiego pieca w przypadku zakładu peletyzacji jest częścią zintegrowanej huty w przypadku samodzielnych zakładów peletyzacji w Szwecji (rudy magnetytowe) niższa wartość jeżeli stosowane są technologie usuwania kwaśnych odpadów składników gazów niższa wartość jeżeli stosowane są technologie odsiarczania technika pomiaru nie jest znana brak danych czy jest to Borneff 6, czy EPA 16, czy też benzo(a)iren suma EPA 16,wyliczona z Borneff 6 (EPA 16 = Borneff 6x4) z 2100 nm³/t spieku) Tabela 5.1: Dane wejściowe/wyjściowe z pięciu zakładów peletyzacji w 15 Krajach UE; dane z lat 1996 do 1998 dane dotyczące emisji reprezentują emisje po ich obniżeniu; informacje o sposobach wyznaczeniu danych takich, jak metody pobierania próbek, metody analizy, przedziały czasowe, metody obliczeniowe i warunki odniesienia nie są dostępne
5.2.2 Informacja dotycząca pojedynczych emisji strumieni tworzyw Zakład peletyzacji jest źródłem emisji głównie pyłów i emisji gazowych do atmosfery. W przypadku, gdy stosuje się techniki obniżania zanieczyszczeń w celu zredukowania emisji, występują zjawiska, które oddziaływują na środowisko. Ogólnie mówiąc istotne są następujące aspekty dotyczące tej problematyki: 1. Emisje pyłów powstające przy mieleniu; 2. Emisje tlenków azotu NO x powstające przy utwardzaniu i suszeniu; 3. Emisje pyłów i gazu z linii utwardzania; 4. Emisje SO 2 powstające w procesie utwardzania; 5. Emisje HCL i HF powstające w procesie utwardzania; 6. Ścieki powstające przy oczyszczaniu spalin (opcjonalnie); 7. Odpady stałe powstające przy oczyszczaniu spalin (opcjonalnie); 8. Emisje pyłów powstające przy sortowaniu i transporcie; 9. Zapotrzebowanie na energię. 5.2.2.1 Emisje pyłów pochodzących z procesu mielenia Gaz wypływowy pochodzący z procesu po przejściu przez separator powietrza zawiera duże ilości pyłów. Pył ten składa się głównie z żelaza (Fe) i odzwierciedla skład surowców. Emisje mogą być zmniejszone za pomocą filtrów elektrostatycznych. 5.2.2.2 Emisje tlenków azotu NO x pochodzące z procesów utwardzania i suszenia Emitowane związki tlenków azotu NO x powstają podczas spalania przy zastosowaniu dwóch mechanizmów. Utlenianie związków azotu w paliwie węglowodorowym generuje powstanie związku paliwo NO x. Innym bardziej ważnym mechanizmem jest powstawanie tlenków azotu NO x w procesie peletyzacji w wyniku działania wysokich temperatur. Powoduje to dysocjację azotu i tlenu z powietrza i reakcję tworzenia termicznego NO x. Dane przedstawione w tablicy 5.1 odzwierciedlają istotne różnice w powstawaniu tlenków azotu NO x. 5.2.2.3 Emisje pyłów i gazu z linii utwardzania Emisje gazu i pyłu pochodzą ze strefy spalania linii utwardzania. Emisja ta ma charakter ciągły i musi być wyeliminowana za pomocą skutecznego filtra elektrostatycznego, filtra workowego lub za pomocą mokrego odpylania. 5.2.2.4 Emisje SO 2 pochodzące z utwardzania Podczas procesu utwardzania tworzy się dwutlenek siarki ( SO 2 ). Poziomy emisji zależą od zawartości siarki w rudzie, dodatkach i stosowanym paliwie. Tablica 5.1 pokazuje, że emisje SO 2 są około dziesięć razy wyższe w przypadku, gdy nie są stosowane techniki obniżenia emisji.
5.2.2.5 Emisje HCl i HF Zakład peletyzacji jest również źródłem powstawania kwasu fluorowodorowego (HF) i kwasu solnego (HCl). Składniki te tworzą się podczas utwardzania z minerałów zawierających fluor i chlor (apatyt), które są obecne w rudzie. Tablica 5.1 pokazuje, że emisje HF i HCl są około dziesięć razy większe gdy nie stosuje się technik obniżania emisji. 5.2.2.6 Ścieki W przypadku, gdy do usuwania zanieczyszczeń stosuje się płuczkę, wytwarzany jest strumień ścieków. Takie ścieki potrzebują dużego wypływu ze względu na obecność HF. Oprócz tego ścieki są odprowadzane przy przemywaniu zakładu i urządzeń. W zakładzie Hoogovens IJmuiden, Holandia-IJmuiden przepływ wynosi około 0,04 m³/t pelet. Woda chłodząca może pochodzić z sekcji mielenia i suszenia jak również z linii utwardzania. W przypadku wymienionego zakładu holenderskiego przepływ jednostkowy wynosi odpowiednio 0,16 m³/t pelet i 0,05 m³/t pelet. 5.2.2.7 Odpady stałe Sam zakład peletyzacji nie jest głównym źródłem odpadów stałych. Źródłem powstawania tych odpadów jest jednakże sortowanie i wzbogacanie surowców. Oprócz tego, odpady stałe powstają wszędzie tam, gdzie zmniejsza się emisje pyłu. 5.2.2.8 Zapotrzebowanie energetyczne Tablica 5.1 przedstawia znacznie wyższe zużycie energii w zakładzie peletyzacji będącym częścią zintegrowanej huty, w porównaniu do samodzielnego zakładu w Szwecji. Główną przyczyną jest wyższy udział ciepła utleniania magnetytu w samodzielnych zakładach szwedzkich, które wykorzystują rudy głównie z pokładów magnetytowych.