Preface
Zintegrowane Zapobieganie i Ograniczanie Zanieczyszczeń (IPPC)
Dokument Referencyjny BAT dla najlepszych dostępnych technik w produkcji żelaza i stali
grudzień 2001
Produkcja żelaza i stali xviii_
Streszczenie
Niniejszy dokument referencyjny dotyczący najlepszych dostępnych technik BAT (Best Available Techniques) w produkcji żelaza i stali odzwierciedla wymianę informacji przeprowadzoną zgodnie z art. 16 ust. 2 dyrektywy Rady 96/61/WE. Dokument ten powinien być rozpatrywany w świetle wstępu, który określa jego cele i sposób wykorzystania.
Zakres
Dokument ten dotyczy środowiskowych aspektów produkcji żelaza i stali w hutach żelaza o pełnym cyklu produkcyjnym (spiekalnie, grudkownie, koksownie, wielkie piece oraz zasadowe konwertory tlenowe, łącznie z odlewaniem ciągłym lub odlewaniem wlewków) oraz wytapiania stali z wykorzystaniem elektrycznych pieców łukowych. Przetwarzanie stali po etapie odlewania nie zostało uwzględnione w niniejszym dokumencie.
Przedstawione informacje
Najistotniejszymi kwestiami środowiskowymi w produkcji żelaza i stali są emisje do atmosfery oraz odpady stałe. Ścieki odprowadzane z koksowni, wielkich pieców oraz zasadowych konwertorów tlenowych stanowią najpoważniejsze emisje do wody w tym sektorze.
Nie dziwi zatem, że mimo dostępności wielu informacji na temat tych właśnie aspektów, istnieje odczuwalny deficyt informacji dotyczących emisji hałasu/wibracji i środków mogących je zminimalizować. To samo dotyczy zanieczyszczenia gleby, zagadnień bhp oraz aspektów środowiskowych. Ponadto mało informacji dostępnych jest na temat metod pobierania próbek, metod analizy, odstępów czasowych, metod obliczeniowych oraz warunków referencyjnych stosowanych jako punkt odniesienia przy analizie dostarczonych danych.
Struktura dokumentu
Ogólna struktura niniejszego dokumentu składa się z trzech głównych części:
§ ogólne informacje na temat sektora
§ informacje dotyczące pełnego cyklu produkcji żelaza i stali
§ informacje dotyczące wytapiania stali z wykorzystaniem elektrycznych pieców łukowych
Ogólne informacje zawierają dane statystyczne dotyczące produkcji żelaza i stali w państwach UE, geograficznego rozmieszczenia zakładów, aspektów gospodarczych i społecznych wraz z przybliżoną oceną znaczenia środowiskowego tego sektora. Z uwagi na złożoność wytwarzania stali w pełnym cyklu produkcyjnym w rozdziale 3 przedstawiono ogólny przegląd przed podaniem pełnego zestawu informacji dotyczących poszczególnych etapów produkcyjnych, które obejmują:
§ spiekalnie (rozdział 4)
§ grudkownie (rozdział 5)
§ koksownie (rozdział 6)
§ wielkie piece (rozdział 7)
§ wytwarzanie stali z wykorzystaniem zasadowych konwertorów tlenowych, w tym odlewanie (rozdział 8)
Pełny zestaw informacji obejmuje wszystkie dane dla tych etapów produkcyjnych zgodnie z ogólnym zarysem dla dokumentów referencyjnych BAT w produkcji żelaza i stali w ramach zintegrowanego systemu zapobiegania i ograniczania zanieczyszczeń. Taki dobór informacji przedstawiający problem “z perspektywy zakładu” został wykorzystany, aby ułatwiać zastosowanie dokumentu w praktyce.
Wytwarzanie stali za pomocą elektrycznego pieca łukowego różni się w dużym stopniu od wytwarzania stali w pełnym cyklu produkcyjnym i dlatego zostało ono przedstawione w odrębnym rozdziale (rozdział 9).
Na koniec, aby dopełnić obrazu, przedstawiono informacje na temat nowych/alternatywnych technik produkcji żelaza (rozdział 10).
Rozdział 11 zawiera wnioski i zalecenia.
Informacje ogólne
Żelazo i stal są istotnymi produktami, które znajdują szerokie zastosowanie. Produkcja stali surowej w Unii Europejskiej wyniosła 155,3 milionów ton w 1999 roku, co stanowiło 20% produkcji światowej.
W Unii Europejskiej dwie trzecie całej produkcji surowej stali wytwarzane jest w wielkich piecach zlokalizowanych w 40 miejscach, a pozostałą jedną trzecią wytapia się w 246 elektrycznych piecach łukowych
W 1995 roku w przemyśle hutniczym zatrudnionych było około 330 000 osób. Wiele osób było zatrudnionych także w przemysłach pokrewnych takich, jak na przykład budownictwo, motoryzacja, budowa maszyn itp.
Produkcja żelaza i stali
Przemysł hutniczy jest przemysłem wysoce materiało- i energochłonnym. Ponad połowa wsadu usuwana jest w formie gazów odlotowych i odpadów stałych. Najistotniejszymi zanieczyszczeniami są emisje do atmosfery. Emisje ze spiekalni dominują wśród emisji wszystkich zanieczyszczeń. Pomimo, że podjęto szereg starań mających na celu redukcję emisji, wkład tego sektora w całość emisji do atmosfery w państwach UE jest znaczny w odniesieniu do wielu substancji zanieczyszczających, a szczególnie niektórych metali ciężkich i polichlorowanych dibenzodioksyn/ dibenzofuranów (PCDD/F). Chociaż stopień odzysku i recyklingu stałych odpadów ma tendencję wzrostową, wciąż znaczne ich ilości przechowywane są na hałdach.
Informacje dotyczące głównych hut żelaza o pełnym cyklu produkcyjnym (patrz wyżej) oraz stalowni wykorzystujących elektryczne piece łukowe są poprzedzone zwięzłą charakterystyką zastosowanych procesów i technik, co ma na celu ułatwienie odpowiedniego zrozumienia zarówno problemów środowiskowych, jak i dalszych informacji.
Dane dotyczące emisji oraz zużycia opisują w sposób szczegółowy wejściowe i wyjściowe strumienie masy w odniesieniu do takich komponentów środowiska, jak powietrze atmosferyczne, woda czy gleba, z uwzględnieniem aspektów dotyczących energii i hałasu (dla spiekalni: tabela 4.1; dla grudkowni: tabela 5.1; dla koksowni: tabele 6.2 i 6.3; dla wielkich pieców: tabela 7.1; dla stalownictwa konwertorowego i odlewnictwa: tabela 8.2). Wszystkie te dane pochodzą z istniejących instalacji i są istotne dla oceny opisanych technik podlegających analizie w celu ustalenia najlepszych dostępnych technik BAT. Opis tych technik oparty jest na pewnej strukturze (opis techniki, główne osiągnięte poziomy emisji, możliwość zastosowania, skutki oddziaływania na środowisko, przykładowe zakłady, dane eksploatacyjne, cel wdrożenia danej techniki, aspekty ekonomiczne, bibliografia) i kończy się wnioskami dotyczącymi tego, które techniki uznawane są za najlepsze dostępne techniki BAT. Wnioski te są oparte na ocenie ekspertów wchodzących w skład Technicznych Grup Roboczych (TWG – Technical Working Groups).
Najlepsze dostępne techniki BAT dla spiekalni (rozdział 4)
Spiek, będący produktem procesu spiekania materiałów zawierających żelazo, stanowi podstawową część wsadu dla wielkich pieców. Najważniejszymi kwestiami środowiskowymi dotyczącymi spiekalni są emisje gazu odlotowego z taśmy spiekalniczej, który zawiera wiele środków zanieczyszczających takich, jak pył, metale ciężkie, SO2, HCl, HF, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne - WWA oraz węglowodory chlorowane (jak np. polichlorowany bifenyl - PCB oraz polichlorowane dibenzodioksyny/dibenzofurany - PCDD/F). Dlatego też większość opisanych technik, które należy rozważyć przy określaniu najlepszych dostępnych technik BAT dotyczy redukcji emisji do atmosfery. To samo dotyczy wniosków, dlatego też najważniejszymi parametrami są pył i polichlorowane dibenzodioksyny/ dibenzofurany.
W przypadku spiekalni za najlepsze dostępne techniki BAT uważa się następujące techniki bądź kombinacje technik:
1. Odpylanie gazów odlotowych poprzez zastosowanie:
- zaawansowanego odpylania elektrostatycznego (przesuwanie elektrody, system impulsów i wysokonapięciowe działanie filtru elektrostatycznego) lub
- elektrostatycznego odpylania z filtrem tkaninowym lub
- wstępnego odpylania (np. filtr elektrostatyczny bądź odpylacze odśrodkowe) oraz wysokociśnieniowego systemu płuczek wodnych.
Przy zastosowaniu tych technik możliwe jest osiągnięcie stężenia emisji pyłu na poziomie < 50 mg/Nm3 przy normalnym działaniu. W przypadku zastosowania filtra tkaninowego możliwe jest osiągnięcie emisji na poziomie 10-20 mg/Nm3.
2. Recyrkulacja spalin, jeśli jakość spieku i wydajność nie zostaną w znaczący sposób pogorszone, poprzez:
- recyrkulację części spalin z całej powierzchni taśmy spiekalniczej,
lub
- częściową recyrkulację spalin
3. Minimalizacja emisji polichlorowanych dibenzodioksyn/dibenzofuranów poprzez:
- zastosowanie recyrkulacji spalin;
- utylizację spalin z taśmy spiekalniczej;
- zastosowanie precyzyjnego odpylania mokrego, które pozwala na osiągnięcie wartości emisji na poziomie < 0,4 ng I-TEQ/Nm3;
- filtrację z użyciem filtra tkaninowego z dodatkiem koksiku węgla brunatnego, co również pomaga w osiągnięciu niskich emisji polichlorowanych dibenzodioksyn/dibenzofuranów (> 98 % redukcja, 0,1 – 0,5 ng I-TEQ/Nm3 – zakres wyznaczony w oparciu o sześciogodzinne losowe próbkowanie w warunkach stanu ustalonego).
4. Minimalizacja emisji metali ciężkich:
- zastosowanie precyzyjnego odpylania mokrego w celu usunięcia chlorków metali ciężkich rozpuszczalnych w wodzie, a w szczególności chlorku(ów) ołowiu przy ponad 90% wydajności lub wykorzystanie filtra workowego z dodatkiem wapna;
- usuwanie pyłu z ostatniego pola odpylania elektrostatycznego z recyklingu na taśmę spiekalniczą i składowanie go na zabezpieczonych hałdach (wodoszczelne uszczelnienie, gromadzenie i uzdatnianie substancji wyługowanych), w miarę możliwości po odciągnięciu wody, wraz z późniejszym strącaniem metali ciężkich w celu zminimalizowania ilości odpadów do składowania.
5. Minimalizowanie odpadów stałych:
- recykling odpadów zawierających żelazo i węgiel z hut o pełnym cyklu produkcyjnym z uwzględnieniem stopnia zaolejenia pojedynczego odpadu (< 0,1 %);
- w przypadku powstawania odpadów stałych za najlepsze dostępne techniki BAT uznawane są wymienione poniżej techniki uszeregowane według ich znaczenia:
- minimalizacja powstawania odpadów
- recykling selektywny do procesu spiekania
- w sytuacji, gdy wewnętrzna utylizacja jest niemożliwa, dążenie do utylizacji zewnętrznej
- jeżeli jakakolwiek utylizacja nie jest możliwa, kontrolowane składowanie wraz z zastosowaniem zasady minimalizacji, jako ostatnia możliwa opcja.
6. Obniżanie zawartości węglowodorów w nadawie spieku i unikanie antracytu jako paliwa.
Możliwa jest do osiągnięcia zawartość oleju na poziomie < 0,1% przywróconych do obiegu produktów ubocznych lub pozostałości.
7. Odzyskiwanie ciepła jawnego:
Ciepło jawne może być odzyskiwane ze spalin pochodzących z chłodni spieku, a w niektórych sytuacjach także ze spalin pochodzących z taśmy spiekalniczej. Zastosowanie recyrkulacji spalin można również uznać za formę odzyskiwania ciepła jawnego.
8. Minimalizacja emisji SO2, na przykład poprzez:
- obniżanie ilości siarki wprowadzanej do mieszanki spiekalniczej (zastosowanie koksiku z niską zawartością siarki i minimalizacja zużycia koksiku, zastosowanie rudy żelaza z niską zawartością siarki); po przedsięwzięciu takich środków możliwe jest osiągnięcie stężenia emisji na poziomie < 500 mg SO2/Nm3;
- przy zastosowaniu odsiarczania spalin na mokro możliwa jest redukcja emisji SO2 na poziomie > 98% i stężenie emisji SO2 na poziomie < 100 mg SO2/Nm3.
Z powodu wysokich kosztów odsiarczanie gazów spalinowych na mokro powinno być stosowane jedynie wtedy, gdy spełnienie standardów jakościowych dotyczących środowiska może być niemożliwe.
9. Minimalizacja emisji NOx, na przykład poprzez:
- recyrkulację spalin,
- zastosowanie odazotowania spalin,
- proces regeneracji węgla aktywnego,
- selektywną redukcję katalityczną.
Z powodu wysokich kosztów odazotowanie spalin jest stosowane tylko wtedy, gdy spełnienie standardów jakościowych dotyczących środowiska może być niemożliwe.
10. Emisje do wody (nie do wody chłodzącej):
Mają miejsce właściwe tylko wtedy, gdy stosowana jest woda do płukania lub gdy stosowane jest mokre odpylanie. W takich przypadkach woda odprowadzana do środowiska powinna być utylizowana za pomocą wytrącania metali ciężkich, neutralizacji i filtrowania przez piasek. Możliwe jest osiąganie stężenia całkowitego węgla organicznego - TOC na poziomie < 20 mg C/l i stężenia metali ciężkich na poziomie < 0,1 mg/l (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn).
W przypadku, gdy woda przyjmująca jest słodka powinno się zwrócić szczególną uwagę na zawartość soli.
Woda chłodząca może być poddawana recyklingowi.
Biorąc pod uwagę wstęp, techniki przedstawione w punktach od 1 do 10 mogą być w zasadzie stosowane zarówno w nowych, jak i już istniejących instalacjach.
Najlepsze dostępne techniki BAT dla grudkowni (rozdział 5)
Grudkowanie jest kolejnym procesem stosowanym w spiekaniu materiałów zawierających żelazo. Podczas gdy spiek jest z różnych powodów produkowany prawie wyłącznie w hutach stali, grudki wytwarzane są głównie na terenie kopalń bądź w punktach wysyłkowych kopalni. W związku z tym w UE istnieje tylko jedna grudkownia będąca częścią huty stali o pełnym cyklu produkcyjnym oraz cztery samodzielne zakłady. Emisje do atmosfery są głównymi problemami środowiskowymi również dla tego typu zakładów. W rezultacie większość opisanych technologii, które należy rozważyć przy określaniu najlepszych dostępnych technik BAT dotyczy emisji do atmosfery i to samo odnosi się do wniosków.
W przypadku grudkowni za najlepsze dostępne techniki BAT uznaje się następujące techniki bądź kombinacje technik:
1. Efektywne usuwanie pyłu, SO2, HCl oraz HF (kwasu fluorowodorowego) ze spalin z taśmy utwardzającej za pomocą:
- mokrego odpylania lub
- półsuchego odsiarczania i następującego po nim odpylania (np. pochłaniacz zawiesiny gazowej (GSA) lub jakiekolwiek inne urządzenie o takiej samej wydajności).
Osiągalna skuteczność usuwania dla tych związków wynosi:
- Pył: >95%; odpowiada to osiągalnemu stężeniu < 10 mg pyłu/Nm3
- SO2: >80%; odpowiada to osiągalnemu stężeniu < 20 mg SO2/Nm3
- HF: >95%; odpowiada to osiągalnemu stężeniu < 1 mg HF/Nm3
- HCl: >95%; odpowiada to osiągalnemu stężeniu < 1 mg HCl/Nm3
2. Emisje do wody pochodzące z mokrego odpylania są minimalizowane za pomocą zamknięcia obiegu wody, wytrącania metali ciężkich, neutralizacji i filtrowania przez piasek.
3. Obniżanie poziomu NOx zintegrowane z procesem:
Konstrukcja zakładu powinna być optyma...
Puchaczo_o