22 Bogna Poniewierska-Mokryñska, Marian Niesler Prace IM 3 (2009) Bogna PONIEWIERSKA-MOKRYÑSKA, Marian NIESLER Instytut Metalurgii elaza ODPYLANIE I NEUTRALIZACJA SPALIN W SPIEKALNIACH RUD Emisje py³owo-gazowe powstaj¹ce w hutach zintegrowanych podczas procesu spiekania stanowi¹ ok. 65% emisji zanieczyszczeñ, z czego ok. 35-40% to emisje py³u. Ze wzglêdu na sk³ad, emisje te maj¹ du y wp³yw na œrodowisko naturalne. W artykule omówiono najczêœciej stosowane metody odpylania (tj. elektrofiltry, filtry tkaninowe oraz coraz rzadziej stosowane cyklony), a tak e neutralizacji spalin (np. poprzez wdmuchiwanie adsorbentów wêglowych, wapna gaszonego, redukcjê katalityczn¹) stosowane w spiekalniach rud. S³owa kluczowe: odpylanie, elektrofiltry, filtry tkaninowe, odsiarczanie, redukcja katalityczna DE-DUSTING AND NEUTRALIZATION OF EXHAUST GASES IN ORE SINTERING PLANTS Dust and gas emissions generated from steelworks integrated during the sintering represent approx. 65% of pollution emissions, out of which approx. 35-40% is dust emissions. On account of their composition, the emissions have large effect on the environment. This article discusses the commonest methods for de-dusting (i.e. electrostatic precipitator, fabric filters and more and more seldom cyclones) and neutralization of exhaust gases (e.g. by blowing carbon adsorbents, slaked lime, catalytic reduction) used in ore sintering plants. Key words: de-dusting, electrostatic precipitator, fabric filter, desulphurization, catalytic reduction 1. WSTÊP Zgodnie z zapisami art. 85 ustawy Prawo ochrony œrodowiska, ochrona powietrza polega na zapewnieniu jak najlepszej jego jakoœci, w szczególnoœci poprzez utrzymanie stê enia substancji w powietrzu poni ej dopuszczalnych poziomów lub co najmniej na tych poziomach. Zak³ady przemys³owe s¹ prawnie zobowi¹zane do stosowania metod, technologii i œrodków technicznych chroni¹cych powietrze przed zanieczyszczeniem. Emisje py³owo-gazowe powstaj¹ce w hutach zintegrowanych, podczas procesu spiekania stanowi¹ ok. 65% emisji zanieczyszczeñ, z czego ok. 35 40% to emisja py³u. Ze wzglêdu na sk³ad, emisje py³owo-gazowe maj¹ du y wp³yw na œrodowisko naturalne. Tak jak w przypadku wiêkszoœci procesów spalania, w spalinach z procesu spiekania, wystêpuj¹ ró ne substancje zanieczyszczaj¹ce, m.in.: py³y (zawieraj¹ce metale ciê kie, zwi¹zki elaza i o³owiu), NO, SO, CO, CO 2, HCl, HF, polichlorowane bifenyle (PCB), dioksyny i furany, wielopierœcieniowe wêglowodory aromatyczne (WWA) oraz lotne zwi¹zki organiczne (LZO). Technologie ochrony powietrza przez d³ugie lata ukierunkowane by³y na odpylanie, zaniedbuj¹c tym samym neutralizacjê zanieczyszczeñ gazowych. W miarê rozwoju œwiadomoœci ekologicznej i wzrostem wymagañ ze strony instytucji ochrony œrodowiska, dysproporcja ta (zw³aszcza w ostatnich latach) ulega³a systematycznemu zmniejszeniu, jednak w dalszym ci¹gu zachodzi pilna potrzeba aktywnych dzia³añ w tym zakresie. 2. METODY ODPYLANIA SPALIN W SPIEKALNIACH RUD Proces odpylania gazów polega na oddzielaniu i usuwaniu cz¹stek sta³ych z gazów na urz¹dzeniach zwanych odpylaczami. Dobór procesu odpylania zale ny jest zarówno od charakterystyki Ÿród³a emisji zanieczyszczeñ oraz od za³o onej sprawnoœci odpylania. Odpylanie mo e byæ prowadzone metod¹ such¹ lub mokr¹ i w zale noœci od tego otrzymuje siê po zakoñczeniu procesu suchy py³ lub zawiesinê cz¹stek sta³ych w cieczy. Skutecznoœæ dzia³ania urz¹dzeñ oczyszczaj¹cych, okreœlana jako stopieñ redukcji zanieczyszczeñ, jest wielkoœci¹ charakterystyczn¹ dla urz¹dzeñ i wskazuje, jaki procent ca³kowitej iloœci danego zanieczyszczenia wprowadzonego do urz¹dzenia zasta³a przez to urz¹dzenie zatrzymana [1]. Zgodnie z wymaganiami najlepszych dostêpnych technik BAT, emisja py³u w procesie spiekania nie powinna przekraczaæ 10 mg/nm 3. Wyniki takie mo na uzyskaæ stosuj¹c filtry elektrostatyczne lub poprzez ³¹czne stosowanie filtrów elektrostatycznych i filtrów tkaninowych, a tak e przez stosowanie wstêpnego odpylania w filtrach elektrostatycznych lub cyklonach (multicykolonach) w po³¹czeniu z systemem wysokociœnieniowych p³uczek wodnych [2, 3]. 2.1. FILTRY ELEKTROSTATYCZNE Dzia³anie filtrów elektrostatycznych polega na procesie ³adowania ³adunkami elektrycznymi cz¹stek py³u zawieszonego w gazie. Na³adowane cz¹stki pod wp³ywem dzia³ania pola elektrycznego osiadaj¹ na elektrodzie osadczej. Prêdkoœæ przep³ywu w kierunku elektrody osadczej
Prace IM 3 (2009) Odpylanie i neutralizacja spalin w spiekalniach rud 23 uzale niona jest od ró nicy napiêæ miêdzy elektrod¹ ulotow¹ (emituj¹c¹ elektrony) i osadcz¹, na której osadzaj¹ siê py³y. Py³y zgromadzone na elektrodzie osadczej, a tak e w niewielkim stopniu na elektrodzie ulotowej strzepywane s¹ mechanicznie do leja zakoñczonego przenoœnikiem lub podajnikiem celkowym. W starszych konstrukcjach elektrodê ulotow¹ stanowi³ drut o œrednicy 2 4 mm, natomiast elektrodê osadcz¹ stanowi³a rura lub p³yta. Wad¹ takiego rozwi¹zania by³o wychylanie siê elektrody ulotowej w kierunku elektrody osadczej. W najnowszych konstrukcjach elektrodê ulotow¹ stanowi sztywna taœma, natomiast elektroda osadcza ma kszta³t p³yty z blachy falistej. Tego typu konstrukcja charakteryzuje siê du ¹ sztywnoœci¹ oraz równomiernym tworzeniem siê korony na ca³ej d³ugoœci elektrody ulotowej. Cech¹ charakterystyczn¹ filtrów elektrostatycznych jest ró nica potencja³ów miêdzy elektrodami [4, 5]. Elektrofiltry posiadaj¹ szereg zalet, dziêki którym znalaz³y tak szerokie zastosowanie w przemyœle. G³ówne z nich to: ma³e opory przep³ywu ok. 100 200 Pa, mo liwoœæ pracy w wysokich temperaturach, nawet do 400 C, stosunkowo wysoka efektywnoœæ wychwytuj¹ szeroki zakres frakcji cz¹stek py³u, mo liwoœæ uzyskania stosunkowo niskich stê eñ py³u na wylocie (10 50 mg/m 3 ), ³atwy dostêp do elementów podlegaj¹cych okresowej wymianie. Posiadaj¹ one równie szereg wad m.in: wysokie koszty inwestycyjne, wysokie koszty eksploatacji (du e zu ycie energii), koniecznoœæ wy³¹czania ich z eksploatacji (zdjêcie napiêcia) w przypadku wysokiego stê enia CO, co powoduje okresowe du ¹ emisjê py³u, stosunkowo niska skutecznoœæ oczyszczania [4]. 2.2. FILTRY TKANINOWE Rys. 1. Schemat budowy elektrofiltru [5] Fig. 1. Construction diagram of electrostatic precipitator [5] Poni ej przedstawiono dwa rozwi¹zania konstrukcyjne filtrów elektrostatycznych o du ej wydajnoœci: Filtr impulsowy: Uk³ad impulsowy nak³ada napiêcie sk³adaj¹ce siê z ujemnych w¹skich impulsów na sta³e napiêcie filtrowane o ujemnej polaryzacji. Te impulsy wysokiego napiêcia maj¹ czas trwania 140 s i mog¹ byæ powtarzane z czêstotliwoœci¹ 200 razy na sekundê. Wartoœæ szczytowa napiêcia jest wy sza przy energii impulsowej, zapewniaj¹cej lepsze na³adowanie cz¹stek i rozp³yw pr¹du w filtrze elektrostatycznym. Jedn¹ z najbardziej istotnych w³aœciwoœci filtrów impulsowych jest ich zdolnoœæ do oddzia³ywania z py³em o wysokiej opornoœci. Filtr elektrostatyczny z ruchom¹ elektrod¹ (MEEP): W filtrze elektrostatycznym (MEEP) kilka grup p³yt elektrodowych przemieszcza siê na ci¹gnikach g¹sienicowych. S¹ one oczyszczane w sposób ci¹g³y za pomoc¹ obrotowych szczotek, dziêki czemu mocno adhezyjny py³ jest ³atwo usuwany z p³yt i unika siê efektu izolowania warstwy py³u. Filtry elektrostatyczne obni aj¹ stê enie py³ów przy skutecznoœci > 95%. W niektórych przypadkach osi¹gana jest skutecznoœæ 99%. W przypadku filtrów elektrostatycznych z MEEP mog¹ byæ osi¹gane wartoœci emisji poni ej 30 mg/nm 3. Filtr elektrostatyczny ESP z nak³adaniem pulsacyjnym energii mo e osi¹gaæ 43 77 mg/nm 3 [2, 3]. Filtry tkaninowe s¹ urz¹dzeniami zaprojektowanymi g³ównie do oddzielania py³u ze spalin. Zazwyczaj filtry tkaninowe s¹ po³¹czone z dodatkowymi urz¹dzeniami oczyszczaj¹cymi np. filtrem elektrostatycznym lub cyklonem. Najczêœciej usuwanie py³u jest po³¹czone z usuwaniem kwaœnych sk³adników gazu: HCl, HF, SOx. Dziêki wdmuchiwaniu m.in. wapna gaszonego lub kwaœnego wêglanu sodu jest mo liwe usuwanie trwa³ych zanieczyszczeñ organicznych (dioksyn i furanów, PCB, HCB). Stosowanie innych adsorbentów, g³ównie sproszkowanego koksu z wêgla brunatnego lub aktywnego wêgla kamiennego i/lub czasami zeolitów umo liwia usuwanie WWA. Dane eksploatacyjne dla europejskich spiekalni stosuj¹cych filtry workowe s¹ w zakresie 1 10 mg/nm 3 py³u. Wdmuchiwanie dodatków wêglowych i wapna gaszonego pozwala na zmniejszenie iloœci dioksyn poni ej 0,1 ng TEQ-I/Nm 3. Lotne zwi¹zki metali ciê kich i lotne zwi¹zki organiczne s¹ jednoczeœnie redukowane przez zastosowanie dodatków i zeolitów zawieraj¹cych wêgiel. Emisje dwutlenku siarki mog¹ byæ zmniejszone w przybli eniu o 30 80% przy wdmuchiwaniu wapna gaszonego lub o oko³o 90% przy stosowaniu kwaœnego wêglanu sodu. W zale noœci od iloœci wprowadzonego wapna gaszonego lub kwaœnego wêglanu sodu mo liwe jest ograniczenie emisji SO 2 pomiêdzy 100 500 mg/nm 3 [2, 3]. Po wp³yniêciu zapylonych spalin lub gazów technologicznych do dolnej czêœci filtra nastêpuje na przegrodzie zmiana kierunku ich przep³ywu. W pierwszej fazie, na skutek zmiany kierunku przep³ywu wytr¹cane s¹ najgrubsze frakcje py³u, spadaj¹ce do leja zsypowego. Nastêpnie spaliny wp³ywaj¹ do przestrzeni z rêkawami filtracyjnymi (workami tkaninowymi) i przenikaj¹ przez materia³ filtracyjny do wnêtrza rêkawa. Worki maj¹ przewa nie zamkniêt¹ przestrzeñ od strony gazu zapylonego i otwart¹ na wylocie gazu oczyszczonego. Utrzymywane s¹ w stanie napiêcia przez kosze z prêtów stalowych. W pocz¹tkowej fazie na w³óknach tkaniny filtracyjnej powstaj¹ narosty py³u, który osiada na zewnêtrznej powierzchni worków. Odpylone spaliny przenikaj¹ przez tkaninê filtracyjn¹ worków do ich wnêtrza po³¹czonego z wylotem spalin. Konstrukcja filtra z workami ustawionymi pionowo jest rozwi¹zaniem sprawdzonym o pewnym dzia³aniu. Czasami mo na spotkaæ rozwi¹zania tego typu urz¹dzeñ z koszami u³o onymi poziomo, jednak w przypadku takiej kon-
24 Bogna Poniewierska-Mokryñska, Marian Niesler Prace IM 3 (2009) strukcji w¹tpliwa wydaje siê mo liwoœæ skutecznego strzepywania py³u do leja zsypowego bez wtórnego zapylenia powierzchni worków filtracyjnych, co w konsekwencji mo e doprowadziæ do spadku sprawnoœci ca³ego urz¹dzenia [6]. Po osi¹gniêciu ustalonego spadku ciœnienia (zazwyczaj ró nica ciœnieñ w komorze pomiêdzy filtrowanym a czystym gazem wynosi od 10 do 20 mbar) komora w trybie off-line zostaje oczyszczona przez impuls sprê onego powietrza. Usuniêty py³ jest gromadzony w sto kowych pojemnikach poni ej komory filtrów i opró niany przez przenoœnik œlimakowy. Oko³o 98% py³u mo e byæ zawracane do strumienia spalin jako dodatek a reszta usuwana jest poza system i przeznaczona do sk³adowania lub opcjonalnie wykorzystana na spiekalni [2, 3, 7]. Rys. 2. Schemat budowy filtra workowego [7] Fig. 2. Construction diagram of fabric filter [7] oczyszczanie worków w trybie off-line nie prowadzi do wzrostu stê enia py³u w oczyszczonym gazie. Wady filtrów workowych: pomijanie filtrów podczas rozruchu lub zatrzymania spiekalni, ograniczona odpornoœæ na wysokie temperatury (110 170 C), skladowanie py³ów w przypadku stosowania dodatkowego odsiarczania [2, 3]. 2.3. CYKLONY W spiekalniach cyklony s¹ stosowane jako urz¹dzenia do wstêpnego oczyszczania i nie powinny byæ stosowane samodzielnie. Cyklony oddzielaj¹ py³ poprzez zastosowanie si³y odœrodkowej. Poniewa dzia³aj¹ na zasadzie bezw³adnoœci, cyklony s¹ tylko wtedy sprawnymi urz¹dzeniami odpylaj¹cymi, gdy py³ jest stosunkowo gruboziarnisty. Multicyklon wykorzystuje tê sam¹ zasadê za pomoc¹ równoleg³ego szeregu cyklonów, osi¹gaj¹c tym samym wiêksz¹ sprawnoœæ. Czasami cyklony s¹ wykorzystywane w spiekalniach jako urz¹dzenia do wstêpnego oczyszczania spalin w celu zabezpieczenia urz¹dzeñ (np. przewodów wentylacyjnych i wentylatorów) od dzia³ania œciernego py³u wystêpuj¹cego w spalinach. W przypadku cz¹stek > 10 m odnotowano skutecznoœæ wynosz¹c¹ 90 95% dziêki wykorzystaniu multicyklonu. Jednak e z powodu wystêpowania w spalinach ze spiekalni stosunkowo drobnego py³ów, przyjmuje siê tutaj skutecznoœæ usuwania na poziomie 60 do 80%. St¹d te stê enia na wylocie ze spiekalni wynosz¹ pomiêdzy 300 a 600 mg/nm 3, w zale noœci od stê enia na wlocie i rozk³adu wielkoœci cz¹stek. Wiele spiekalni na œwiecie wykorzystuje cyklony jako urz¹dzenia obni aj¹ce iloœæ gruboziarnistego py³u. Nale ¹ do nich na przyk³ad: Corus IJmuiden, Holandia-IJmuiden; Wakamatsu/Yawata Works, Nippon Steel Corporation, Japonia [2, 3, 8]. Filtry workowe charakteryzuj¹ siê bardzo du ¹ skutecznoœci¹ oczyszczania, w zale noœci od rodzaju py³u nawet do 99,99%. Du ym ograniczeniem w ich stosowaniu jest wysoka temperatura oczyszczanych gazów. Jednak rozwój techniczny w dziedzinie zastosowania w³óknin spowodowa³, e obecnie dostêpne s¹ tkaniny, których temperatura pracy przekracza 200 C. G³ównymi elementami, które decyduj¹ o jakoœci pracy filtrów workowych s¹: rodzaj u ytej tkaniny filtracyjnej, powierzchnia filtracji, konstrukcja koszy na worki, rodzaj systemu regeneracji (strzepywania) worków. Ze wzglêdu na ostatni z tych elementów zosta³a wyodrêbniona grupa odpylaczy tzw. pulsacyjnych. Techniczne rozwi¹zanie odpylacza pulsacyjnego polega na wprowadzeniu do worków filtracyjnych (o dowolnym kszta³cie) takiej iloœci powietrza, najczêœciej w formie impulsu ok. 0,1 sekundy, która zapewni zrzucenie nagromadzonego na ca³ej powierzchni filtracji py³u i przywróci ich zdolnoœæ filtracyjn¹ [4]. Zalety stosowania filtrów workowych: wysoka wydajnoœæ w ograniczaniu py³u, metali ciê kich i dioksyn (przy wdmuchiwaniu dodatków wêgla), mo liwoœci redukcji SO 2 o 30 40% w zale noœci od temperatury gazu i wilgotnoœci w przypadku odsiarczania, Rys. 3. Schemat budowy i dzia³ania cyklonu przekrój pionowy [8] Fig. 3. Construction and operation diagram of cyclone perpendicular section [8]
Prace IM 3 (2009) Odpylanie i neutralizacja spalin w spiekalniach rud 25 2.4. ODPYLANIE NA MOKRO Podczas odpylania na mokro py³ ze spalin jest usuwany za pomoc¹ cieczy. Zanieczyszczona ciecz jest usuwana z systemu i zazwyczaj zawracana po oczyszczeniu. Pozosta³a w szlamie substancja sta³a równie podlega dalszemu oczyszczaniu. Z powodu stosunkowo drobnego ziarna py³u i wysokiego stê enia wêglowodorów, stosowanie do spalin ze spiekalni tradycyjnych p³uczek wodnych (np. p³uczki Venturiego) jest nieskuteczne i dlatego w europejskich spiekalniach s¹ stosowane p³uczki o wysokiej wydajnoœci. Przyk³adem takie p³uczki jest dzia³aj¹ca od 1993 r. p³uczka ARIFINE, która pozwala na równoczesne usuwanie drobnych cz¹stek py³u (³¹cznie z chlorkami metali ciê kich i chlorkami alkalicznymi) oraz szkodliwych sk³adników spalin. Te drugie (dioksyny i furany, metale ciê kie, WWA) s¹ g³ównie powi¹zane z drobnym py³em. W porównaniu z uk³adami suchego oczyszczania ten system mo e równie usuwaæ zwi¹zki rozpuszczalne w wodzie, takie jak chlorki alkaliczne i chlorki metali ciê kich. W przypadku dodania zwi¹zków alkalicznych do wody p³ucz¹cej, mo na osi¹gn¹æ dobre wyniki w usuwaniu HF, HCl i SO 2. Powsta³y roztwór wodny zawieraj¹cy sole alkaliczne oraz sole metali ciê kich jest odpowiednio oczyszczany przez zastosowanie odpylania i flokulacji. W niektórych zak³adach np. w Corus Ijmuinden zwi¹zki sta³e s¹ zawracane do spiekalni, podczas gdy w innych s¹ sk³adowane na zabezpieczonych ha³dach. G³ówne elementy uk³adu oczyszczania spalin na mokro obejmuj¹: cyklon lubi filtr elektrostatyczny przeznaczony do usuwania ca³ego gruboziarnistego py³u, który mo e byæ zawrócony na spiekalniê, p³uczki ch³odz¹ce spaliny do usuniêcia pozosta³ej czêœci gruboziarnistego py³u a przez dodanie NaOH kwaœnych sk³adników, uk³ad p³uczki wodnej do równoczesnego oddzielenia drobnoziarnistego py³u i oczyszczania spalin, urz¹dzenie do oczyszczania wody. Ta technologia jest skuteczna przy usuwaniu drobnoziarnistego py³u, jak równie usuwaniu dioksyn i furanów. W normalnych warunkach eksploatacyjnych urz¹dzenia, przy emisji na wejœciu 8 ng I-TEQ/Nm 3 za gwarantowane uznaje siê ograniczenie emisje do poziomu 0,4 ng I-TEQ/ Nm 3, co odpowiada oko³o 95% skutecznoœci. Ponadto usuwane jest od 80 do 95% HCl i HF. Emisja SO 2 mo e byæ skutecznie wyeliminowana, je eli zainstalowane s¹ urz¹dzenia z wdmuchiwaniem dodatków. Stê enia metali ciê kich s¹ równie skutecznie redukowane (>90%) dziêki ich rozpuszczalnoœci w wodzie. Ponadto redukowane s¹ wielopierœcieniowe wêglowodory aromatyczne (WWA), co zwi¹zane jest z wysok¹ wydajnoœci¹ usuwania drobnego py³u [2, 3]. 3. METODY NEUTRALIZACJI SZKODLIWYCH SUBSTANCJI ZAWARTYCH W SPALINACH Obecne wymagania ochrony œrodowiska skupiaj¹ siê nie tylko na ograniczaniu emisji py³owych, ale równie na neutralizacji szkodliwych substancji ze szczególnym uwzglêdnieniem zwi¹zków organicznych. Poni ej przedstawiono metody ich usuwania: a) Metody absorpcyjne polegaj¹ce na zetkniêciu siê oczyszczanego gazu z ciecz¹ absorbuj¹c¹ (absorbentem). Zachodz¹ wówczas procesy dyfuzyjne: przenikanie cz¹steczek gazu w g³¹b cieczy. Proces zale y od w³aœciwoœci chemicznych i fizycznych absorbentu i poch³anianych zanieczyszczeñ. Proces absorpcji przeprowadza siê w absorberach (np. wie e i kolumny z wype³nieniem). b) Metody adsorpcyjne polegaj¹ na zbieraniu siê zanieczyszczeñ gazowych na powierzchni cia³a sta³ego (adsorbenta) pod wp³ywem dzia³ania si³ powierzchniowych przylegania. Podczas przep³ywu strumienia zanieczyszczonego gazu przez z³o e adsorbera, zanieczyszczenia gazowe s¹ selektywnie zatrzymywane i gromadzone na powierzchni cia³a sta³ego. Podstawowym sk³adnikiem wiêkszoœci adsorbentów jest krzemionka w ró nych postaciach, tlenek gliny lub wêgiel. Stosowane s¹ te : platyna, pallad, miedÿ, nikiel, cynk. Urz¹dzenia do adsorpcji budowane s¹ jako zbiorniki cylindryczne pionowe lub poziome. c) Metody katalitycznego utleniania i redukcji wykorzystuj¹ce zjawisko przyspieszania reakcji chemicznych w obecnoœci tzw. katalizatorów. Procesy katalityczne polegaj¹ na przetwarzaniu substancji toksycznych na zwi¹zki nieszkodliwe lub mniej szkodliwe, np. utlenianie dwutlenku siarki i dalsza przeróbka uzyskanego trójtlenku na kwas siarkowy lub siarczan amonu, czy redukcja np. tlenków azotu do wolnego azotu. d) Metody spalania p³omieniem bezpoœrednim s³u ¹ do usuwania (przekszta³cania) palnych sk³adników zawartych w oczyszczanej mieszaninie (g³ównie par wêglowodorów). e) Metoda kondensacyjna polegaj¹ca na oziêbieniu, przy sta³ym ciœnieniu, zanieczyszczonego powietrza do temperatury ni szej od temperatury kondensacji par substancji zanieczyszczaj¹cej. W ten sposób mo na odzyskaæ substancjê zanieczyszczaj¹c¹ w stanie ciek³ym. Istnieje jednak mo liwoœæ wybuchu. 3.1 WDMUCHIWANIE ADSORBENTÓW WÊGLOWYCH Poni ej przedstawiono najlepsze dostêpne techniki stosowane w procesie spiekania, zwi¹zane z neutralizacj¹ gazowych substancji zanieczyszczaj¹cych. Najczêœciej stosowanym rozwi¹zaniem jest wdmuchiwanie dodatków wêglowych przed filtrem elektrostatycznym, dziêki którym ogranicza siê emisje dioksyn i furanów. Technologia ta jest stosowana na skalê przemys³ow¹ m.in. przez ArcelorMittal Gent od 2000 r. W tej technologii stosuje siê aktywny wêgiel i materia³y obojêtne. W przesz³oœci w celu absorpcji ró nych zanieczyszczeñ w spalinach ze spiekalni testowano wêgiel aktywny, koks, wêgiel drzewny i specjalnie przygotowane adsorbenty wêglowe. Materia³y obojêtne (np. m¹czka wapienna, wapno gaszone itp.) s¹ stosowane w celu zminimalizowania wybuchów po arów w filtrze elektrostatycznym i ograniczenia zawartoœci wêgla w poch³anianym pyle. Z doœwiadczenia ArcelorMittal Gent wynika, e zawartoœæ wêgla w pyle z filtra elektrostatycznego powinna byæ ni sza ni 25%, przy czym ArcelorMittal Gent d¹ y do poziomu poni ej <20%. W celu zabezpieczenia filtra przed zatykaniem drobnymi cz¹steczkami py³u i obni enia punktu samozap³onu stosuje siê wdmuchiwanie wapna gaszonego do filtra workowego. Efektem ubocznym jest obni enie HCl i HF. Ponadto filtry workowe w po³¹czeniu z dodatkowymi urz¹dzeniami do wdmuchiwania dodatków (np. aktywnego wêgla) mog¹ gromadziæ nie tylko py³ i metale ciê kie,
26 Bogna Poniewierska-Mokryñska, Marian Niesler Prace IM 3 (2009) Rys. 4. Podstawowy schemat technologiczny przep³ywu strumienia spalin z filtra elektrostatycznego lub cyklonu do filtra workowego z uwzglêdnieniem dodatkowych urz¹dzeñ wdmuchiwania dodatków [2, 3] Fig. 4. Basic flow sheet of a bag filter downstream of existing electrostatic precipitator or cyclone with additional injection of adsorbents facilities [2, 3] ale równie mog¹ usuwaæ dioksyny i furany, rtêci i powodowaæ odsiarczenie spalin. Wêgiel i materia³ obojêtny s¹ dawkowane przez osobne uk³ady dozuj¹ce. Od kiedy przewód gazu odpadowego jest poni ej zasysania, wêgiel i materia³ obojêtny s¹ zasysane do burzliwego strumienia gazu wywo³anego w przewodzie przez mieszalnik statyczny. Materia³y wdmuchiwane s¹ gwa³townie rozpraszane w spalinach. W przewodzie wêgiel adsorbuje proporcjonalnie dioksyny i furany (oraz inne zanieczyszczenia). W filtrach elektrostatycznych wêgiel, materia³ obojêtny i py³ s¹ zbierane i zawracane na taœmê spiekalnicz¹, gdzie dioksyny s¹ niszczone w strefie spiekania. Doœwiadczenie ArcelorMittal Gent z wdmuchiwaniem wêgla przed filtrem elektrostatycznym pokazuje, e mo na osi¹gn¹æ œrednie stê enie dioksyn i furanów o 0,5 ng I-TEQ/ Nm 3 poni ej wartoœci uzyskanych w warunkach rygorystycznie kontrolowanego procesu, które s¹ zapewniane przez œciœle okreœlony poziom smaru, olejów i chlorków w zawracanych materia³ach i przy pracy filtrów elektrostatycznych w optymalnych warunkach. Aby osi¹gn¹æ te wyniki iloœæ dostarczanego wêgla aktywnego jest na poziomie 80 mg/nm 3 a kamienia wapiennego na poziomie 200 mg/nm 3 [2, 3]. 3.2. ODSIARCZANIE SPALIN 3.2.1. Pó³suche odsiarczanie spalin Technologia pó³suchego odsiarczania spalin opiera siê na zastosowaniu bêbna kondycjonuj¹cego wraz z uk³adem recyrkulacji, co znacznie podnosi efektywnoœæ tradycyjnej, suchej metody neutralizacji spalin. Zastosowanie bêbna kondycjonuj¹cego ma na celu w³¹czenie sorbentu do obiegu spalin, prowadz¹c do zwiêkszenia stopnia usuwania niepo ¹danych sk³adników oraz zmniejszenie zu ycia sorbentu. Sorbent wprowadzany jest do spalin przed uk³adem filtracyjnym w celu neutralizacji np. zwi¹zków siarki. Proces sorpcji w koñcowej fazie odbywa siê tak e bezpoœrednio na worku filtracyjnym [7]. Aby u³atwiæ proces odsiarczania spalin, do bêbna dodawana jest woda. Iloœæ dodanej wody jest uzale niona od temperatury spalin i mo e wp³ywaæ na stopieñ odsiarczania. 3.2.2. Odsiarczanie na mokro Po sch³odzeniu spalin, dwutlenek siarki jest poch³aniany w ch³odniczej wie y natryskowej, w roztworze zawieraj¹cym wapno lub magnez. To powoduje powstawanie gipsu lub siarczanu magnezu, który jest usuwany z wie y jako szlam (mu³ p³uczkowy). Mo na zastosowaæ równie inne œrodki reakcyjne, takie jak: u el stalowniczy zawieraj¹cy 30 40% CaO. Zu el jest rozdrabniany na py³, mieszany z wod¹ i dodawany jako wapno gaszone, wapno gaszone, chlorek wapnia i wapno gaszone, wapno gaszone i kreda, wodorotlenek magnezu. Gips jest poddawany odwadnianiu. Jakoœæ gipsu jest w du ym stopniu uzale niona od skutecznoœci wczeœniej zamontowanego urz¹dzenia do obni ania zawartoœci py³ów. Do spalin mo e byæ równie wdmuchiwany aktywny wêgiel brunatny w celu wychwycenia dioksyn. Na mokro mo na osi¹gn¹æ skutecznoœæ odsiarczania na poziomie 85 90% (w niektórych przypadkach osi¹gniêto skutecznoœæ na poziomie 95 99%). Przy wartoœciach wejœciowych poni ej1,5 g/nm 3 uzyskano na wyjœciu mniej ni 200 mg/nm 3 SO 2. Ponadto HCl, HF i py³ s¹ wyp³ukiwane ze spalin. Ten system nie usuwa jednak tlenków azotu [2, 3, 9]. 3.3. Selektywna redukcja katalityczna (SCR) W procesie SRC tlenki azotu w spalinach s¹ redukowane katalitycznie przy pomocy amoniaku lub mocznika do N 2
Prace IM 3 (2009) Odpylanie i neutralizacja spalin w spiekalniach rud 27 Rys. 5. Schemat pó³suchego odsiarczania spalin [7] Fig. 5. Diagram of exhaust gases semi-dry desulphurization [7] ih 2 O. Tlenek wanadu lub tlenek wolframu na noœniku tlenku tytanu s¹ czêsto stosowane jako katalizator. Innymi ewentualnymi katalizatorami s¹ tlenek elaza i platyna. Optymalne temperatury robocze wahaj¹ siê od 300 do 400 C. Proces selektywnej redukcji katalitycznej mo e byæ stosowany jako system wysokopy³owy, niskopy³owy oraz jako system czystego gazu. Jak dotychczas jedynie systemy czystego gazu pracowa³y w spiekalniach. Nale y zwróciæ szczególn¹ uwagê na dezaktywacjê katalizatora, akumulacjê wybuchowej saletry amonowej, amoniak oraz powstawanie powoduj¹cego korozjê SO 3. Zwykle spaliny musz¹ byæ podgrzane przed wprowadzeniem do urz¹dzenia SCR, aby osi¹gn¹æ wymagan¹ temperaturê pracy. Skutecznoœæ redukcji NO x powy ej 80% mo e byæ uzyskana w spiekalniach, w zale noœci od typu katalizatora, temperatury roboczej i dodatku NH 3. Przy u yciu tej technologii osi¹gniêto na wyjœciu stê enia NO x pomiêdzy 56 108 mg/nm 3 przy wartoœciach NO x na wejœciu pomiêdzy 180 600 mg/nm 3 ) [2, 3]. 4. PODSUMOWANIE Coraz bardziej restrykcyjne przepisy dotycz¹ce ochrony œrodowiska wymagaj¹ od zak³adów przemys³owych stosowania nowych metod ograniczaj¹cych zanieczyszczanie powietrza. Oprócz urz¹dzeñ ograniczaj¹cych przede wszystkim emisjê py³u stosuje siê urz¹dzenia i metody ograniczaj¹ce m.in. emisje: dioksyn i furanów, metali ciê - kich, SO x,no x. Aby osi¹gn¹æ wymagane przepisami poziomy emisji substancji zawartych w spalinach w procesie spiekania konieczne jest stosowanie dodatkowych technologii umo liwiaj¹cych ich ograniczenie. Do tej pory, przetestowano i z powodzeniem zastosowano: Dodawanie zwi¹zków azotu do mieszanki spiekalniczej w celu zmniejszenia emisji dioksyn, Procesy adsorpcji przez wdmuchiwanie aktywnego wêgla i wêgla brunatnego do przewodu spalin, w celu zmniejszenia np. emisji dioksyn, Procesy adsorpcji przez wdmuchiwanie wodorowêglanu sodu lub gaszonego wapna do przewodu spalin w celu zmniejszenia kwasotwórczych emisji (np. SO x, HCl, HF), Adsorpcjê z wykorzystaniem zeolitów, Dodawanie aktywnego wêgla jak równie substancji mineralnych takich jak wapno gaszone i m¹czka wapienna do przewodów przed filtracj¹ (na przyk³ad w filtrach workowych). Dodawanie substancji mineralnych polepsza proces filtrowania i umo liwia oddzielanie dioksyn i furanów. Ca³oœæ dioksyn i furanów, wêgiel aktywny i substancje mineralne s¹ póÿniej zawracane na taœmê spiekalnicz¹, gdzie dioksyny i furany mog¹ zostaæ zniszczone w strefie spalania. W wyniku stosowania tych technologii mo na osi¹gn¹æ m.in.: W optymalnie prowadzonym procesie spiekania (zoptymalizowane dzia³anie taœmy spiekalniczej, zawracanie materia³ów z niskim stê eniem WWA, metali ciê kich, chloru i chlorków alkali) mo na osi¹gn¹æ emisjê dioksyn i furanów nie wiêksz¹ ni 0,75 ng I-TEQ/Nm 3. Redukcje emisji SO x, HCl, i HF. Emisje SO 2 mog¹ byæ zmniejszone do 100 200 mg/nm 3 w zale noœci od iloœci wdmuchiwanego kwaœnego wêglanu sodu. Stosuj¹c filtry tkaninowe i wdmuchiwanie wapna gaszonego mo na ograniczyæ wartoœci emisji SO x 455 495mg/Nm 3, HF 0,34 mg/nm 3 i HCl 0,31 3mg/Nm 3.
28 Bogna Poniewierska-Mokryñska, Marian Niesler Prace IM 3 (2009) LITERATURA 1. Ochrona Œrodowiska 2008, G³ówny Urz¹d Statystyczny, 2008 http://www.stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/gus/publ_rls_ochrona_ srodowiska_2008r.pdf 2. Draft Reference Document on Best Available Techniques for the Production of Iron and Steel, European IPPC Bureau, Seville, February 2008, http://eippcb.jrc.es/reference/ 3. Draft Reference Document on Best Available Techniques for the Production of Iron and Steel, European IPPC Bureau, Seville, July 2009, http://eippcb.jrc.es/reference/ 4. Nowoczesne metody odpylania spalin z przemys³u cementowego, Stowarzyszenie Producentów Cementów; http://www. polskicement.pl/3/3/artykuly/10_71.pdf 5. ELWO http://www.elwo.com.pl/20 6. Kubicki G., Workowe filtry tkaninowe wybór optymalnego rozwi¹zania, Politechnika Warszawska, http://www.wentylacja.com.pl/technologie/technologie.asp?id=4010 7. ECOINSTAL www.ecoinstal.pl/filtry_workowe,34.html 8. Podstawy budowy urz¹dzeñ dla procesów mechanicznych. Badanie cyklonu Politechnika Warszawska, Zak³ad Aparatury Przemys³owej, http://ap.pw.plock.pl/lab/badanie_cyklonu.pdf 9. Salzgitter Germany goes for new technology in sinter plant off-gas cleaning; Steel Grips; http://www.steel-grips.com/ newsdesk/europe/salzgitter_germany_goes_for_new_ technology_in_sinter_plant_off-gas_cleaning.html Recenzowa³: prof. dr hab. Józef Paduch