5
6
6.1
6.2
6.3
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 i 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; w przypadku zakładów koksowniczych są to zapobieganie niezorganizowanym emisjom dymów, oczyszczanie gazu koksowniczego i ścieków, zwłaszcza amoniaku;
· zbadanie stosowanych 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 eksploatacji zostały uzyskane z uwzględnieniem kosztów, oddziaływania na środowisko, głównych celów i motywacji dla wprowadzania tych technik;
· wybór najlepszych dostępnych technik BAT i związanych z nimi poziomów emisji i/lub wskaźników zużycia dla tego sektora w ogóle, zgodnie z art. 2 ust. 11 i załącznikiem IV dyrektywy.
Europejskie Biuro IPPC i odpowiednia Techniczna Grupa Robocza (TWG) pełniły główną rolę przy fachowej ocenie każdego z tych działań, jak również miały wpływ na sposób przedstawienia ich wyników w niniejszym opracowaniu.
Na podstawie tej oceny w niniejszym rozdziale przedstawiono konkretne techniki oraz – w miarę możliwości – poziomy emisji i zużycia związane z zastosowaniem najlepszych dostępnych technik BAT, które są uważane za odpowiednie dla sektora jako całości i w wielu przypadkach odzwierciedlają aktualną charakterystykę eksploatacyjną niektórych instalacji w obrębie sektora. Tam, gdzie prezentowane są poziomy emisji lub zużycia „związane z najlepszymi dostępnymi technikami BAT” oznacza to, że poziomy te odzwierciedlają skutki oddziaływania na środowisko, jakie można przewidzieć w wyniku zastosowania w tym sektorze opisanych technik, mając na uwadze bilans kosztów i korzyści stanowiących nieodłączny element definicji BAT. Jednakże nie są to graniczne wielkości emisji czy zużycia i nie powinny być tak rozumiane. W niektórych przypadkach uzyskanie lepszych poziomów emisji lub zużycia może być technicznie możliwe, jednak ze względu na związane z tym koszty lub skutki oddziaływania na środowisko nie są one uważane za właściwe jako BAT dla całego sektora. Poziomy takie mogą jednak być uznane za uzasadnione w bliżej określonych przypadkach, w których występują szczególne okoliczności przemawiające za wdrożeniem danych technik.
Poziomy emisji i zużycia związane z zastosowaniem BAT muszą być rozpatrywane z uwzględnieniem szczególnych warunków odniesienia (np.: okresów uśredniania).
Należy odróżnić opisane powyżej pojęcie „poziomów związanych z zastosowaniem BAT” od określenia „osiągalny poziom” stosowanego gdzie indziej w tym dokumencie. W przypadku, gdy poziom jest opisany jako „osiągalny” przy zastosowaniu danej techniki lub kombinacji technik, oznacza to, że można go uzyskać stosując te techniki po pewnym czasie w dobrze utrzymywanej i obsługiwanej instalacji lub procesie.
Dostępne dane dotyczące kosztów wraz z opisem technik omówionych w poprzednim rozdziale zostały przedstawione łącznie. Wskazują one przybliżoną wielkość przewidywanych kosztów. Jednak rzeczywisty koszt zastosowania danej techniki będzie w dużym stopniu zależał od konkretnej sytuacji z uwzględnieniem, na przykład, wysokości podatków, opłat oraz specyfikacji technicznej dla danej instalacji. Dokładna ocena tych specyficznych dla danego miejsca czynników nie jest w tym dokumencie możliwa. W przypadku braku danych dotyczących kosztów, wnioski odnoszące się do ekonomicznej użyteczności technik zostały sformułowane na podstawie obserwacji istniejących instalacji.
Najlepsze dostępne techniki BAT przedstawione ogólnie w niniejszym rozdziale mają stanowić punkt odniesienia ułatwiający ocenę aktualnych wyników osiągniętych w ramach istniejącej instalacji lub propozycję dla nowej instalacji. Może to się okazać pomocne przy określaniu właściwych warunków „w oparciu o najlepsze dostępne techniki BAT” dla danej instalacji. Przewiduje się, że nowe instalacje mogą być projektowane tak, aby osiągać lub nawet przekraczać ogólne przedstawione tu poziomy właściwe dla BAT. Uważa się również, że istniejące instalacje mogłyby zbliżyć się do ogólnych poziomów właściwych dla BAT bądź osiągać lepsze wyniki.
Dokumenty referencyjne BREF wprawdzie nie ustalają prawnie wiążących norm, lecz mają za zadanie dostarczać informacji stanowiących wskazówki dla przemysłu, Państw Członkowskich i społeczeństwa na temat osiągalnych poziomów emisji i zużycia przy stosowaniu konkretnych technik. Odpowiednie wartości dopuszczalne dla każdego konkretnego przypadku będą musiały zostać określone z uwzględnieniem celów dyrektywy dotyczącej zintegrowanego zapobiegania i ograniczania zanieczyszczeń (IPPC) oraz lokalnych uwarunkowań.
W przypadku zakładów koksowniczych za najlepsze dostępne techniki BAT uważa się przedstawione poniżej techniki lub ich połączenia. Ich wybór i kolejność pod względem znaczenia będą zależały od lokalnych warunków. Można brać pod uwagę jakiekolwiek inne techniki lub połączenia technik, które osiągną takie same lub lepsze rezultaty lub skuteczność; techniki takie mogą być w trakcie opracowywania, mogą stanowić nowopowstające techniki lub być już dostępne, ale nie wymienione/nieopisane w tym dokumencie.
1.Techniki ogólne:
- Dokładna konserwacja komór pieca, drzwi pieca i uszczelnień ram, rur odciągowych, otworów zasypowych i innych urządzeń (systematyczny program realizowany przez specjalnie przeszkolony personel remontowy);
- Czyszczenie drzwi, uszczelnień ram, otworów zasypowych i pokryw oraz rur odciągowych po pracy;
- Utrzymywanie swobodnego przepływu strumienia gazu w piecach koksowniczych.
2. Zasypywanie:
- Zasypywanie za pomocą wozów zasypowych.
Zalecanymi rodzajami zasypywania jest zasypywanie “bezdymne” lub zasypywanie sekwencyjne z podwójnymi rurami odciągowymi lub rurami łącznikowymi, ponieważ wówczas wszystkie gazy i pyły są usuwane w procesie oczyszczania gazu koksowniczego. Jeżeli jednak gazy są odprowadzone i oczyszczane na zewnątrz pieca, zalecaną metodą jest zasypywanie z oczyszczaniem na zewnątrz odprowadzonych gazów. Operacja oczyszczania powinna składać się ze skutecznego usuwania, a następnie spalania i filtrowania na filtrach tkaninowych. Można uzyskać emisje pyłów na poziomie< 5 g/t koksu.
3. Koksowanie:
Połączenie następujących przedsięwzięć:
- Ciągła i bezawaryjna praca pieca koksowniczego, unikanie silnych zmian temperatur;
- Zastosowanie drzwi sprężynowych z elastycznymi uszczelnieniami lub drzwi z uszczelnieniem nożowym (w przypadku pieców o wysokości ≤5m i dobrej konserwacji), co pozwala na uzyskanie:
<5% widocznych emisji (częstotliwość występowania nieszczelności w porównaniu do całkowitej liczby drzwi) ze wszystkich drzwi w nowych zakładach oraz
<10% widocznych emisji ze wszystkich drzwi w istniejących zakładach.
- Rury odciągowe z uszczelnieniem wodnym, pozwalające na uzyskanie <1% widocznych emisji
(częstotliwość występowania nieszczelności w porównaniu do całkowitej liczby rur odciągowych) ze wszystkich rur;
- Uszczelnianie otworów zasypowych za pomocą glinki (lub innego odpowiedniego
materiału uszczelniającego), co pozwala na uzyskanie <1% widocznych emisji (częstotliwość występowania nieszczelności w porównaniu do całkowitej liczby otworów) ze wszystkich otworów;
- Drzwi wyrównawcze wyposażone w zespół uszczelnień, pozwalające na uzyskanie <5% widocznych
emisji.
4. Opalanie:
- Zastosowanie odsiarczonego gazu koksowniczego do opalania
- Zapobieganie nieszczelnościom między komorą pieca i komorą grzewczą poprzez regularną pracę pieca koksowniczego oraz
- Bieżące usuwanie nieszczelności między komorą pieca i komorą grzewczą oraz
- Wdrożenie technik o niskiej emisji NOx w przypadku budowy nowych baterii, jak np. spalanie etapowe (pozwalające na uzyskanie wielkości emisji odpowiednio rzędu 450-700 g/t koksu i 500-770 mg/Nm³ ).
Ze względu na wysoki koszt, denitryfikacja spalin (np. selektywna redukcja katalityczna) nie jest stosowana z wyjątkiem nowych zakładów w warunkach, gdy jakościowe normy środowiskowe nie mogą być spełnione.
5. Wypychanie:
- Odciąganie za pomocą (zintegrowanego) kołpaka na urządzeniu transportującym i zewnętrzne oczyszczanie gazu za pomocą filtra tkaninowego oraz zastosowanie jednopunktowego wozu gaśniczego w celu osiągnięcia poziomu emisji przez komin poniżej 5 g pyłu/t koksu.
6. Gaszenie:
- Minimalizujące emisję gaszenie na mokro przy mniej niż 50 g pyłu/t koksu (wyznaczone zgodnie z metodą VDI). Unika się stosowania wody przemysłowej o znacznej zawartości składników organicznych (jak np. surowe ścieki z pieca koksowniczego, ścieki z wysoką zawartością węglowodorów itp.)
- Gaszenie koksu na sucho z odzyskiem ciepła jawnego i usuwaniem pyłu z operacji ładowania, transportu i sortowania koksu za pomocą filtrowania tkaninowego. Ze względu na aktualne ceny energii w krajach Unii Europejskiej, analiza “korzyści dla środowiska w stosunku do kosztów urządzeń/operacyjnych” silne ogranicza stosowanie gaszenia koksu na sucho. Ponadto musi być możliwe wykorzystanie odzyskanej energii.
7. Odsiarczanie gazu koksowniczego:
- Odsiarczanie za pomocą systemów absorpcyjnych (zawartość gazu H2S: 500-1000 mg H2S/Nm³) lub
- Odsiarczanie utleniające ( <500mg H2S/Nm³),
pod warunkiem, że oddziaływanie na środowisko związków toksycznych jest na niskim poziomie.
8. Gazoszczelna praca zakładu oczyszczania gazu:
Wszystkie działania umożliwiające rzeczywistą pracę gazoszczelną zakładu oczyszczania gazu powinny być rozważane pod kątem:
- Minimalizacji liczby kołnierzy przez spawanie, gdzie to tylko możliwe łączników rurowych;
- Zastosowania pomp gazoszczelnych (np. pomp magnetycznych);
- Unikania emisji z zaworów ciśnieniowych w zbiornikach magazynowych za pomocą podłączenia zaworu wylotowego do głównego kolektora gazu koksowniczego (lub za pomocą zbierania gazów i ich spalania).
9. Wstępne oczyszczanie ścieków:
- Skuteczne odpędzanie amoniaku przy użyciu alkaliów.
Skuteczność odpędzania powinna być dostosowana do wymagań następującego po niej oczyszczania ścieków. W cieczy opuszczającej kolumnę odpędową uzyskuje się stężenia NH3 w wysokości 20 mg/l;
- Usuwanie smoły.
10. Oczyszczanie ścieków:
Biologiczne oczyszczanie ścieków ze zintegrowaną nitryfikacją/denitryfikacją daje:
- Usunięcie ChZT: > 90%
- Siarczki: < 0,1 mg/l
- WWA (6 Borneff): < 0,05 mg/l
- CN¯: < 0,1 mg/l
- Fenole: < 0,5 mg/l
- Suma NH4+,NO3¯ i NO2¯: < 30 mgN/l
- Zawiesina: < 40 mg/l
Podane stężenia są oparte na jednostkowym strumieniu ścieków o wielkości 0,4 m³/ t koksu.
Zważywszy na treść wstępu techniki wymienione w punktach od 1do 10 zasadniczo stosuje się zarówno w nowych, jak i istniejących instalacjach, z wyjątkiem technik o niskich emisjach NOx (tylko w przypadku nowych zakładów).
Zastąpienie części koksu w wielkim piecu przez ropę i ostatnio przez pył węglowy znacząco zmniejsza koszt paliwa. Wdmuchiwanie pyłu węglowego aktualnie osiąga poziom około 180 kg/t surówki, przy zużyciu koksu w postaci stałej na poziomie 300 kg/t surówki. Maksymalna teoretyczna wielkość wdmuchiwania pyłu węglowego do wielkiego pieca wynosi około 270 kg/t surówki, przy zużyciu koksu w wysokości 220 kg/t surówki. Wynika to z wielkości załadunku koksu i z warunków termomechanicznych panujących w wielkim piecu. Możliwe jest zwiększenie ilości wdmuchiwania pyłu węglowego.
Poza uzyskanymi oszczędnościami na paliwie, wdmuchiwanie pyłu węglowego ma pozytywny wpływ na środowisko ze względu na mniejsze zużycie koksu, jak również unika się emisji z zakładów koksowniczych. Przy wdmuchiwaniu pyłu węglowego o wielkości 180 kg/t surówki, co uzyskuje się już w wielu miejscach, zużywa się około 30% mniej koksu. Należy się spodziewać, że wielkość wdmuchiwanego pyłu węglowego w najbliższych latach będzie się zwiększała.
Ponadto opracowano kilka nowych technik produkcji stali a jedna z nich została już wdrożona do produkcji (Corex). W tych nowych technikach produkcji stali stosuje się węgiel jako paliwo zamiast koksu. Należy oczekiwać, że w ciągu nadchodzących 25-50 lat te nowe techniki przejmą rolę wielkich pieców. Może to spowodować, że metalurgiczne zakłady koksownicze staną się niepotrzebne. Nowe technologie produkcji stali zostały opisane w Rozdziale 7 “Alternatywne techniki produkcji stali”.
Niemniej jednak są kontynuowane działania mające na celu zmniejszenie emisji z istniejących zakładów koksowniczych. Aktualnie pracują zakłady na bazie nowych technik, dając niższe poziomy emisji i/lub wyższą efektywność energetyczną (patrz PI.9 ”koksowanie bez odzysku produktów ubocznych”) lub są w trakcie opracowywania (”Piec koksowniczy Jumbo”). Ponieważ piec koksowniczy Jumbo nie jest jeszcze stosowany na skalę przemysłową, jego opis przedstawiono w tym materiale.
System Jednokomorowy (SCS)
Opis: Reaktory koksownicze SCS/System Jednokomorowy (poprzednio nazywany JCR) są to piece koksownicze o dużej objętości pieca i szerokościach od 450 do 850 mm. Proces polega na zastosowaniu wstępnie podgrzanego węgla. Reaktory są oddzielnymi modułami sterującymi procesem o sztywnych, odpornych na naciski, ścianach grzewczych służących do absorbowania wysokiego ciśnienia powstającego podczas koksowania. Należy oczekiwać, że piece koksownicze SCS będą w stanie zastąpić aktualnie użytkowane baterie wielokomorowe ze ścianami o ograniczonej elastyczności. System ten wykazuje następujące zalety:
- Pozwala na stosowanie szerokiego zakresu gatunków węgla koksowniczego (jeżeli chodzi o wartości substancji lotnych);
- Łatwiej może być prowadzona obsługa pieca, pozwalając na lepszą kontrolę procesu nagrzewania;
- W zależności od szerokości komory redukcji ulega liczba otworów pieca, (przykładowo 55-102 wypchnięć koksu/dzień w zależności od szerokości komory między 850 i 450 mm, w porównaniu do 115 wypchnięć w zakładzie Kaiserstuhl);
- Poprawa efektywności cieplnej z 38% do 70%;
- Prawie bez emisyjne drzwi, pracujące na trzech różnych poziomach uszczelnień.
Wyniki
Badania nad ekonomiczną optymalizacją całego systemu dały wynik, że zakład koksowniczy z pojedynczymi reaktorami posiadający taką samą wydajność jak nowoczesna koksownia Kaiserstuhl, wymaga takiej samej inwestycji, pod warunkiem że szerokość komory zostanie zredukowana z 850 mm do 450 mm.
Literatura: [Nashan,1997;WE Koks,1993]
Wysokowydajny proces odsiarczania na mokro gazu koksowniczego
Opis: Jeżeli prowadzi się odsiarczanie surowego gazu koksowniczego, wtedy procesy utleniania na mokro generalnie lepiej funkcjonują aniżeli procesy absorpcyjno/odpędowe. Jednakże, wadą procesów utleniania na mokro jest stosowanie (i emisja) wysoko toksycznych związków chemicznych.
Możliwe jest zwiększenie skuteczności usuwania zanieczyszczeń procesów absorpcyjnych poprzez wypłukiwanie za pomocą roztworu sody kaustycznej (NaOH), który jest rozpylany pod ciśnieniem jako mgiełka na strumień surowego gazu.
Główne przewidywane rezultaty: Należy się spodziewać, że uzyska się zawartość siarki w gazie w wysokości 0,1 mg/Nm³.
Puchaczo_o