5
5.2
Rozdział ten opisuje zarówno techniki zintegrowane, jak i techniki oczyszczania na wyjściu ze względu na ochronę środowiska i oszczędność energii w zakładach peletyzacji. Dla każdej z technik podano jej opis, główne poziomy emisji, jakie zostały osiągnięte, przydatność, oddziaływanie na środowisko, zakłady referencyjne i literaturę. Tam, gdzie jest to możliwe informacja ta jest uzupełniona danymi ekonomicznymi i operacyjnymi. Lista jest bardzo krótka, ponieważ w Europie istnieje niewiele zakładów (4 w Szwecji i 1 w Holandii) oraz ze względu na fakt, że mało jest dostępnych informacji dotyczących ogólnie zastosowania technik ochrony środowiska w zakładach peletyzacji.
Cechy procesu zintegrowanego
PI.1 Odzysk ciepła jawnego z linii utwardzania
PI.2 Zintegrowany proces obniżenia tlenków azotu NOx
Najnowsze techniki
EP.1 Odpylanie elektrostatyczne w liniach mielenia surowca (mielenie na sucho)
EP.2 Usuwanie pyłu ze strefy suszenia i utwardzania
EP.3 Podwieszany absorber gazu
Opis: Zakład peletyzacji jest zaprojektowany w taki sposób, aby ciepło jawne w strumieniach gazu w linii utwardzania było powtórnie efektywnie wykorzystywane. Na przykład gorące powietrze z odcinka chłodzenia wstępnego jest wykorzystywane jako wtórne powietrze spalania w odcinku opalania. Z kolei ciepło z odcinka spalania jest wykorzystywane w odcinku suszenia linii utwardzania. Ciepło z wtórnego odcinka chłodzenia jest również wykorzystywane w odcinku suszenia.
W zakładzie paletyzacji, który jest częścią zintegrowanych zakładów hutniczych, odcinek chłodzenia generuje więcej ciepła jawnego aniżeli może być wykorzystane w linii utwardzania. Wcześniej ciepło to nie było wykorzystywane, jednakże od połowy lat osiemdziesiątych ciepło jawne jest wykorzystywane w komorach suszenia zespołów suszenia i mielenia. Gorące powietrze jest transportowane przez izolowany rurociąg zwany “BRAMA – leiding”.
“BRAMA – leiding” transportuje około 150000 m³/h gorącego powietrza (250º C) z sekcji chłodzenia linii utwardzania do sekcji suszenia i mielenia. W sekcji suszenia gorące powietrze (600 – 800º C) jest wykorzystywane do suszenia koncentratów i podziaren przed operacją mielenia. Poprzez wykorzystanie gorącego powietrza z sekcji chłodzenia, znacznie mniej paliwa jest potrzebne w komorze suszenia.
Uzyskane główne poziomy emisji: Całkowite zużycie energii w wyżej wymienionym zakładzie peletyzacji wynosi około 1,8 GJ/t pelet (w porównaniu do samodzielnych zakładów zużycie to jest znacznie wyższe – patrz tablica 5.1). Około 0,7 GJ/t pelet jest dostarczane z procesu odzyskiwania ciepła, podczas gdy około 1,1 GJ/t pelet jest uzyskiwane z paliwa (patrz również tablica 3.2). Kalkulacja ta obejmuje rurociąg “BRAMA – leiding” i uwzględnia odzysk energii w wysokości około 67,5 MJ/t pelet (około 4 % całkowitego zużycia energii).
Zastosowanie: Odzysk ciepła jawnego jest częścią zintegrowanego procesu w zakładach peletyzacji. Można się spodziewać, że nowe zakłady będą miały bardziej wydajne instalacje aniżeli zakłady istniejące. Rurociąg “BRAMA – leiding” może być zastosowany w podobnie zaprojektowanych, już istniejących zakładach, w których dostawy ciepła jawnego są wystarczające.
Oddziaływanie na środowisko: Wykorzystanie gorącego powietrza ze strefy chłodzenia w strefie spalania linii utwardzania może dać w rezultacie wyższe temperatury płomienia palnika (palników) i stąd wyższe emisje tlenków azotu NOx.
Zakład referencyjny: Zakład peletyzacji, Hoogovens IJmuiden, Holandia - IJmuiden
Dane eksploatacyjne: Niedostępne
Aspekty ekonomiczne: Rekuperacja ciepła w linii utwardzania jest integralną częścią projektu zakładu i nie wymaga dodatkowych inwestycji. Rurociąg “BRAMA – leiding” został oddany do eksploatacji w 1984 roku. Szacunkowa wielkość inwestycji wyniosła 5 milionów Ecu1984. Oszczędności na kosztach energii wynoszą ogółem 2,8 miliona Ecu rocznie.
Literatura:[Info Mil,1997]
PI.2 Zintegrowany proces zmniejszenia emisji tlenków azotu NOx
Opis: Wysokie temperatury w strefie spalania linii utwardzania generują tlenki azotu NOx. Szacuje się, że w zakładzie peletyzacji tworzącym część zintegrowanej huty od 50 do 75 % całkowitej ilości tlenków azotu NOx powstaje w palnikach (“cieplne NOx”) i około 25 do 50 % w warstwie pelet. Głównymi czynnikami powodującymi tworzenie się cieplnego NOx są wysokie temperatury (1300 – 1400º C) i wysoka dostępność tlenu w strefie palnika.
Tlenki azotu NOx, które powstają w warstwie pelet składają się głównie z tzw. “natychmiastowego - NOx” i “paliwowego – NOx”, które są tworzone poprzez reakcje między węglowodorami i azotem w miale koksowym i tlenem oraz azotem zawartym w powietrzu. Nie jest możliwe rozróżnienie różnych postaci tlenków azotu NOx po ich utworzeniu, ponieważ nie istnieją różnice w ich składzie chemicznym.
Najważniejsze działania, jakie mogą być podjęte w celu zredukowania całkowitej emisji NOx z zakładu paletyzacji, muszą być ukierunkowanena zmniejszanie tworzenia się cieplnego NOx. Można to osiągnąć przez obniżenie temperatury (maksymalnej) w palnikach i redukcję nadmiaru tlenu w spalanym powietrzu.
Główne uzyskane poziomy emisji: W zakładzie peletyzacji KK3 firmy LKAB, S – Kiruna, emisje NOx ze strefy spalania są na niskim poziomie 140 g/t pelet (patrz Tablica 5.1) lub (z 2400 Nm³/t pelet) 58 mg/Nm³. Zakład ten został oddany do eksploatacji w styczniu 1996 roku i nie są w nim stosowane najnowsze technologie redukcji emisji NOx. Zgodnie z [InfoMil,1997] niskie emisje NOx uzyskano poprzez kombinację niskiej zawartości azotu w paliwie (węgiel i ropa naftowa) oraz ograniczenie nadmiaru tlenu. Zakład stosuje dwa duże palniki w linii utwardzania.
Sytuacja w zakładzie peletyzacji Hoogovens IJmuiden jest trochę inna. Zakład został oddany do eksploatacji w 1970 roku i stosuje 56 małych palników (z których 44 pracują jednocześnie). Emisje NOx z linii utwardzania wynoszą około 510 – 970 g/t pelet lub) 260 – 500 mg/Nm³ (z 1940 Nm³/t pelet); niższa wartość odnosi się do cyfr z tablicy 5.1. Parametry procesu zintegrowanego w tym zakładzie są skomplikowane i cechują je szczególne własności.
Możliwości zastosowania: Gdy budowany jest nowy zakład rozwiązania stosowane w zintegrowanym procesie w celu zmniejszenia wytwarzania NOx mogą być rozważane na etapie projektowania. W istniejących zakładach znacznie trudniej jest zastosować takie rozwiązania w zintegrowanym procesie i muszą być one dopasowane do poszczególnych zakładów.
Oddziaływanie na środowisko: Nie występują
Zakład referencyjny: Zakład peletyzacji KK3, LKAB, S-Kiruna.
Dane eksploatacyjne: Nie są dostępne
Aspekty ekonomiczne: Część projektowana w nowych zakładach. Nie ma dostępnych danych dotyczących istniejących zakładów.
Literatura: [InfoMil, 1997]
EP.1 Odpylanie elektrostatyczne w młynach mielących (mielenie na sucho)
Opis: Po operacji mielenia cząsteczki są oddzielane za pomocą rozdzielania w strumieniu powietrza. Większe cząsteczki są zawracane do młynów mielących a cząsteczki drobne są transportowane do grudkowników bębnowych, gdzie powstają surowe pelety. Powietrze stosowane do rozdzielania zawiera duże ilości pyłów. Jest to podstawowy surowiec i powinien zostać wychwycony. Własności pyłów pozwalają zwykle na skuteczne obniżanie emisji przy zastosowaniu odpylania elektrostatycznego. Wytrącone tworzywo może być bezpośrednio podawane do grudkownika bębnowego, ponieważ posiada ono ten sam skład chemiczny jak surowiec (ruda żelaza (62%) i miał koksowy (8,5%) [InfoMil,1997].
Osiągnięte główne poziomy emisji: Filtr elektrostatyczny funkcjonuje mniej więcej jako integralna część układu rozdzielania w strumieniu powietrza. Emisje mogą wynosić < 50 mg/Nm³. Przy użyciu nowoczesnych konstrukcji filtrów elektrostatycznych możliwe jest uzyskanie niższych emisji i stąd również odzyskiwanie surowców.
Zastosowanie: Filtrowanie elektroststyczne znajduje zastosowanie zarówno w istniejących jak i w nowych zakładach.
Oddziaływanie na środowisko: Wydzielenia z filtra elektrostatycznego są wykorzystywane jako surowce w grudkowniach. Praca filtra elektrostatycznego powoduje zużycie energii. Przy strumieniu spalin o wielkości 300 000 Nm³/h i produkcji 4Mt/rocznie zużycie energii wynosi około 0,001 GJ/t pelet.
Zakład referencyjny: Zakład peletyzacji, Hoogovens IJmuiden, Holandia- IJmuiden.
Dane operacyjne: Niedostępne
Aspekty ekonomiczne: Nie są dostępne dane porównawcze. Filtr elektrostatyczny jest integralną częścią projektu zakładu; część surowców ze stopnia rozdzielania w strumieniu powietrza jest odzyskiwana przez filtr elektrostatyczny. Jednakże można wyliczyć, że odpylanie elektrostatyczne na sucho do oczyszczenia strumienia spalin o wielkości 300 000 Nm³/h będzie wymagało inwestycji w wysokości około 2 miliony Ecu1996. Koszty operacyjne można wyliczyć jako 0,03 do 0,05 Ecu1996/t pelet dla zakładu peletyzacji o rocznej produkcji 4 Mt i strumieniu spalin z linii suszenia wielkości 300 000 Nm³/h.
Literatura: [InfoMil,1997]
Opis: W zakładach peletyzacji stosuje się kilka technik usuwania pyłów (cząstek stałych). Głównymi urządzeniami wykorzystywanymi w tych technikach są kolektory mechaniczne (dla większych cząsteczek), multicyklony, płuczki mokre, filtry tkaninowe i filtry elektrostatyczne (ESP). Filtry elektrostatyczne i filtry tkaninowe zapewniają wysoką skuteczność czyszczenia, jednakże mogą pracować tylko powyżej ograniczonego zakresu warunków temperaturowych i wilgotności. Płuczki mokre są również stosowane w zakładach peletyzacji do usuwania pyłu. Płuczki mogą być wysoko wydajnymi urządzeniami odpylającymi. Woda z płuczki jest zbierana i oczyszczana przez sedymentację (odstojnik, klarownica). Pył jest zawracany z powrotem do procesu produkcyjnego. Płuczki mokre maja również tą zaletę nad suchymi systemami odpylania, że może zostać wychwycony szerszy zakres zanieczyszczeń takich, jak składniki kwasotwórcze (np. łatwo rozpuszczalne w wodzie HCl i HF),dymy i aerozole.
Główne osiągnięte poziomy emisji: Skuteczność odpylania wymienionych powyżej technologii wynosi zwykle > 95 %, a w niektórych przypadkach nawet > 99%. Możliwe jest uzyskanie stężenia emitowanego pyłu na poziomie 20 mg/Nm³ lub niższym. Na przykład w najnowszym zakładzie szwedzkim, KK3 w Kirunie, stężenie pyłu w emitowanych spalinach ze strefy suszenia i utwardzania wynosi poniżej 10 mg/Nm³, natomiast całkowita emisja pyłu z zakładu jako całości wynosi poniżej 100 g/t pelet ( patrz tablica 5.1).
Zastosowanie: Opisane techniki oczyszczania na wyjściu mogą być zastosowane zarówno w nowych jak i w istniejących zakładach.
Oddziaływanie na środowisko: Zwykle zebrany pył jest zawracany do procesu peletyzacji. W przypadku płuczek część nadmiaru wody musi być spuszczona po odpowiednim uzdatnieniu.
Zakład referencyjny: Zakład peletyzacji KK3, LKAB, S-Kiruna
Dane operacyjne: Nie są znane specyficzne problemy.
Aspekty ekonomiczne: Niedostępne
Literatura: [Info Mil,1997]
EP.3 Podwieszany absorber gazu (GSA)
Opis: Proces, w którym wykorzystywany jest podwieszany absorber gazu (GSA) jest procesem półsuchym. Mokra zawiesina wapienna jest natryskiwana w spalinach w reaktorze fluidyzacyjnym. Woda z zawiesiny wapiennej wyparowywuje, a wapno gaszone reaguje z zanieczyszczeniami (HF, HCl i SO2). Wysokie stężenie cząsteczek stałych w spalinach wzmacnia działanie GSA, w miarę jak zwiększa on powierzchnię czynną reakcji, pył jest pokrywany roztworem wapna gaszonego.
Po przejściu przez reaktor fluidyzacyjny spaliny przechodzą przez cyklony. Część suchego produktu (wapień po reakcji chemicznej i pyły) jest usuwana w tym miejscu i zawracana do reaktora, aby utrzymać wysokie stężenie pyłu w reaktorze. Końcowe oczyszczanie spalin zachodzi przy zastosowaniu filtra elektrostatycznego.
Ilość wtryskiwanego wapna gaszonego jest proporcjonalna do stężenia SO2 w spalinach.
Uzyskane główne poziomy emisji: Dane na temat eksploatacji GSA w zakładzie peletyzacji zostały zebrane w tablicy 5.2. Dane te zostały dostarczone przez szwedzką firmę LKAB, która posiada GSA do oczyszczania spalin z linii utwardzania w ich zakładzie peletyzacji KK3. Spaliny ze strefy suszenia linii utwardzania są prowadzone przez zwężkowe płuczki gazowe, aby usunąć pyły przed ich emisją do powietrza.
Wartości podane w tablicy 5.1 przedstawiają całkowite emisje z tego zakładu.
Składnik Przed GSA Po GSA Skuteczność
(mg/Nm³) (mg/Nm³) (%)
Tlenki siarki (SO2) 300 9,6 96,8
Kwas fluorowodorowy(HF) 78 < 0,1 99,9
Kwas solny (HCl) 133 0,6 99,5
Pył 1400 2 99,9
Tabela 5.2: Dane na temat eksploatacji podwieszonego absorbera gazu (GSA) w zakładzie peletyzacji KK3 firmy LKAB,S-Kiruna w 1995 - [Infomil,1997]
Dla tego zakładu można podać następujące dane:
Zakład został oddany do eksploatacji w styczniu 1995 roku i posiada roczną zdolność produkcyjną w wysokości 4,5 Mt. Rzeczywista produkcja w 1995 roku wyniosła 2,8 Mt pelet. Zakład jest wyposażony w dwa palniki: jeden palnik pracuje w strefie spalania linii utwardzania, a drugi jest używany w celu zwiększenia temperatury gazu wychodzącego z drugiej sekcji chłodzenia, który jest stosowany do podgrzewania powietrza w pierwszej strefie nagrzewania.
Zastosowanie: GSA jest najnowszym rozwiązaniem, które może być stosowane zarówno w nowych jak i w istniejących zakładach.
Oddziaływanie na środowisko: GSA jest urządzeniem półsuchym z filtrem elektrostatycznym (ESP) jako ostatnim stopniem filtrowania. Suchy osad z ESP zawiera pył, CaSO3, CaCl2 i CaF2 oraz trochę nieprzereagowanego wapienia (CaO). Suchy osad jest magazynowany.
Zużycie wapna gaszonego wynosi 264 kg/h (wielkość projektowana) a zużycie wody 10,6 m³/h (wielkość projektowana).
Ponadto, stosuje się sprężone powietrze (7 barów): 690 kg/h (wielkość projektowana)
Zużycie energii wynosi około 0,64 MJ/t pelet (wielkość projektowana).
Dane eksploatacyjne: Nie są znane żadne konkretne problemy
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; dla zakładów peletyzacji są to pył, SOx, NOx, HCl i HF;
• zbadanie technik najistotniejszych z punktu widzenia tych kluczowych zagadnień;
• określenie poziomów emisji optymalnych dla środowiska na podstawie danych dostępnych w 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 i związanych z nimi poziomów
emisji i/lub zużycia dla tego sektora w ogóle, zgodnie z art. 2 ust. 11 i załącznikiem IV do dyrektywy.
...
Puchaczo_o