7
7.1
7.2
7.3
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 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; w przypadku wielkich pieców są to zamknięcie obiegu gazu wielkopiecowego, oczyszczanie i utylizacja, dymy z odlewania i postępowanie z żużlem;
· zbadanie technik najistotniejszych z punktu widzenia tych kluczowych zagadnień;
· określenie poziomów emisji optymalnych dla środowiska na podstawie danych dostępnych w państwach 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 oraz związanych z nimi poziomów emisji i/lub zużycia dla tego sektora w ogóle, zgodnie z art. 2 ust. 11 oraz załącznikiem 4 do 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 wielkich pieców za najlepsze dostępne techniki BAT uważa się następujące, wymienione poniżej technologie lub kombinacje technologii. Znaczenie i wybór poszczególnych technologii będą różne w zależności od lokalnych uwarunkowań. Mogą być również rozpatrywane inne dowolne techniki lub połączenia technik, przy pomocy których możliwe jest osiąganie takich samych lub lepszych poziomów wydajności lub skuteczności; techniki takie mogą być na etapie opracowywania lub być nowopowstającymi technologiami lub też mogą być już dostępne, lecz jeszcze nie wymienione/opisane w niniejszym dokumencie.
1. Odzysk gazu wielkopiecowego;
2. Bezpośredni wtrysk środków redukujących;
np. sprawdzony został wtrysk pyłu węglowego w wysokości 180 kg/t surówki, jednakże możliwe są wyższe wielkości wtrysku.
3. Odzysk energii gazu wielkopiecowego pod ciśnieniem w przypadku, gdy występują sprzyjające warunki;
4. Nagrzewnice dmuchu wielkopiecowego
można osiągnąć stężenie emisji pyłu na poziomie <10mg/Nm³ i NOx <350 mg/Nm³ (przy zawartości tlenu 3%).
można osiągnąć oszczędności energii tam, gdzie pozwala na to projekt instalacji.
5. Zastosowanie bezsmołowych wykładzin koryt spustowych;
6. Oczyszczanie gazu wielkopiecowego za pomocą skutecznego odpylania;
Pył gruboziarnisty jest usuwany za pomocą technologii suchego oddzielania (np. deflektora) i powinien być on ponownie wykorzystany. W dalszej kolejności drobne cząsteczki są usuwane za pomocą:
płuczki lub
filtrowania elektrostatycznego na mokro lub
jakiejkolwiek innej technologii osiągającej taką samą skuteczność usuwania pyłów;
Możliwe jest uzyskanie stężenia pyłów na poziomie <10 mg/Nm³.
7. Odpylanie hali lejniczej (otwory spustowe, koryta spustowe, przewały żużlu, punkty odlewania kadzi mieszalnikowej);
Emisje powinny zostać zminimalizowane poprzez przykrycie koryt spustowych oraz ewakuację wymienionych źródeł emisji i oczyszczanie za pomocą filtrowania tkaninowego lub filtrowania elektrostatycznego. Możliwe jest osiągnięcie stężenia emisji pyłów na poziomie 1-15 mg/Nm³. Jeżeli chodzi o emisje wylotowe, można uzyskać wielkość emisji 5 – 15 g pyłu/t surówki; dlatego też skuteczność wychwytywania dymów jest tak ważna.
Wytłumianie dymów przy zastosowaniu azotu (w określonych warunkach np. gdy konstrukcja hali lejniczej na to pozwala i gdy jest dostępny azot).
8. Oczyszczanie ścieków z płukania gazu wielkopiecowego:
a. W miarę możliwości powtórne wykorzystanie roztworu płuczkowego;
b. Koagulacja/sedymentacja zawiesiny (możliwe jest osiągnięcie średniej rocznej zawartości pozostałości zawiesiny w wysokości <20mg/l; mogą wystąpić pojedyncze dzienne wartości do 50mg/l);
c. Hydrocyklonowanie szlamu z powtórnym wykorzystaniem frakcji gruboziarnistych w przypadku, gdy rozkład wielkości ziaren pozwala na przeprowadzenie odpowiedniego oddzielania.
9. Minimalizowanie emisji pochodzących z oczyszczania żużlu i z żużlu przeznaczonego do składowania na hałdach;
O ile pozwalają na to warunki rynkowe zalecane jest oczyszczanie żużlu za pomocą granulacji.
Jeżeli wymagana jest redukcja zapachów, potrzebna jest kondensacja dymów.
W przypadku, gdy wytwarzany jest żużel, który jest następnie odlewany do dołów ziemnych należy, w miarę możliwości oraz o ile pozwolą na to ograniczenia przestrzenne, minimalizować wymuszone chłodzenie wodą lub całkiem go zaniechać.
10. Minimalizowanie ilości odpadów stałych/produktów ubocznych.
W przypadku odpadów stałych za najlepsze dostępne techniki BAT uważa się następujące technologie, które zostały wymienione w kolejności od najważniejszej do najmniej ważnej:
a. Minimalizowanie wytwarzania odpadów stałych.
b. Skuteczna utylizacja (recykling lub powtórne wykorzystanie) odpadów stałych/produktów ubocznych; w szczególności recykling większych cząstek pyłu z procesu oczyszczania gazu wielkopiecowego i pyłu z odpylania hali lejniczej, pełne powtórne wykorzystanie żużlu (np. w przemyśle cementowym lub do budowy dróg)
c. Kontrolowana likwidacja nieuniknionych odpadów/produktów ubocznych (drobna frakcja szlamu z procesu oczyszczania gazu wielkopiecowego, część gruzu)
Zasadniczo technologie wymienione w punktach 1-10 znajdują zastosowanie zarówno w nowych, jak i w istniejących instalacjach, jeżeli spełnione są wymienione warunki wstępne i przy uwzględnieniu informacji podanych we wstępie.
Chociaż proces wielkopiecowy jest głównym procesem produkcji żelaza, aktualnie zostało opracowanych kilka innych procesów produkcji surówki, a jedna technologia jest już stosowana na skalę przemysłową (Corex). W przypadku tych tak zwanych technologii „wytapiania redukcyjnego” jako główne paliwo niezmiennie stosowany węgiel zamiast koksu. W niektórych nowych technologiach pelety i spieki zastępowane są przez sproszkowaną rudę żelaza. Jeżeli technologie te okażą się niezawodnymi, niedrogimi i wysokiej jakości jednostkami podstawowej produkcji stali, spojrzenie na produkcję podstawową żelaza/stali ulegnie znacznej zmianie. Takie alternatywne technologie są opisane bardziej szczegółowo w dalszej części tego rozdziału.
Niemniej jednak wielki piec jest w dalszym ciągu dominującą jednostką produkcyjną surówki. Obecnie na całym świecie pracuje kilkaset wielkich pieców. Wielki piec ma długą historię, a nowoczesne wielkie piece są wysoce sprawnymi i efektywnymi z punktu widzenia zużycia energii reaktorami. Wtrysk pyłu węglowego na poziomie dyszy powietrznej pieca stał się impulsem do rozwoju praktyki eksploatacji wielkiego pieca. Przykład przyszłych możliwości pracy wielkiego pieca może stanowić rozwój technologii tlenowo-węglowych.
Technologie wysoko tlenowe – węglowe
Opis: Wtrysk pyłu węglowego powoduje zmniejszenie temperatur w strefie wirowania wielkiego pieca i jeżeli nie są podjęte działania mające na celu przeciwdziałanie temu zjawisku, efektywność spalania i utylizacji zmniejsza się przy wyższych wielkościach wtrysku pyłu węglowego. Aby umożliwić zachowanie odpowiednich warunków w strefie wirowania wielkiego pieca pozwalających na bardziej efektywne wykorzystanie pyłu węglowego i zastąpienie koksu, w miarę zwiększania wielkości wtrysku pyłu węglowego niezbędne jest zastosowanie stopniowo wyższych temperatur dmuchu lub wyższych poziomów wzbogacenia dmuchu w tlen.
Konwencjonalne nagrzewanie dmuchu w nagrzewnicach regeneracyjnych jest ograniczone przez uwarunkowania konstrukcyjne do temperatur około 1200°C, które pozwalają na wtrysk pyłu węglowego do 150 kg/t surówki.
Mogą być stosowane dwie metody umożliwiające zwiększenie wielkości wtrysku pyłu węglowego:
1. Wyższe temperatury dmuchu uzyskiwane za pomocą zasilanego elektrycznie urządzenia do plazmowego przegrzewania dmuchu. Jest to ekonomicznie uzasadnione tylko w tych miejscach, gdzie dostępna jest tania energia. We Francji przeprowadzono badania w miejscu, gdzie dostępna jest tania energia pochodząca z elektrowni jądrowej.
2. Dodawanie tlenu do dmuchu.
Do wzbogacania dmuchu przed nagrzewnicami dmuchu wielkopiecowego może być stosowany tlen pochodzący z zakładu rektyfikacji powietrza. Tlen może być także wtryskiwany na poziomie dysz powietrznych razem z pyłem węglowym (wtrysk tlenowo-węglowy). Wzbogacanie tlenem przed nagrzewnicą dmuchu wielkopiecowego może prowadzić do problemów technicznych i problemów związanych z bezpieczeństwem pracy, dlatego też korzystniejsze jest wtryskiwanie tlenu na poziomie dysz powietrznych.
Główne osiągnięcia: Teoretycznie wtrysk pyłu węglowego może wynosić do 400 kg/t surówki w przypadku, gdy stosuje się dmuch wysoko wzbogacony. W takim przypadku dmuch powinien być wzbogacony co najmniej w 30% tlenem (51% w dmuchu). Zużycie koksu może być znacznie zredukowane w porównaniu do aktualnego poziomu zużycia.
Status: Przeprowadzono eksploatację zakładów pilotujących i badania na przemysłowych wielkich piecach. Zasada działania procesu została już sprawdzona. Eksperymenty są ukierunkowane na najwyższe możliwe parametry wejściowe przy założeniu stabilnej pracy wielkiego pieca i wystarczającej gazyfikacji węgla.
Bibliografia: [ Campbell,1992;Ponghis,1993].
Redukcja emisji tlenku węgla CO z nagrzewnic dmuchu wielkopiecowego posiadających wewnętrzną komorę spalania
Opis: W punkcie 7.1.2 opisano dwie podstawowe konstrukcje nagrzewnic dmuchu wielkopiecowego (z wewnętrzną lub zewnętrzną komorą spalania). W przypadku wewnętrznej komory spalania występują wysokie emisje CO (patrz punkt 7.2.2.1.1) w wyniku przecieków z pęknięć w wykładzinie ogniotrwałej. Przeciek taki wydaje się być nieunikniony i prowadzi do emisji niespalonego gazu. Możliwe jest jednak zmniejszenie wycieków przez wstawienie blach stalowych w odpowiednim gatunku do wykładziny ogniotrwałej podczas jej kładzenia.
Główne osiągnięte poziomy emisji: Wpływ pęknięć (wysokie emisje CO) może zostać znacząco zredukowany. Nie są jeszcze dostępne wyniki pomiarów przed i po wstawieniu blach stalowych.
Status: Przedstawione przedsięwzięcie zostało już wdrożone w jednej zintegrowanej hucie w 15 Państwach Członkowskich Unii Europejskiej.
Odzysk ciepła z żużlu
Opis: Płynny żużel z wielkiego pieca zawiera dużą ilość ciepła jawnego. Jego temperatura wynosi około 1450°C, a w nowoczesnych wielkich piecach wytwarza się go około 250 –300 kg/t surówki. Żaden z przemysłowo stosowanych systemów na świecie nie wykorzystuje tego potencjalnego źródła energii. Może to być głównie spowodowane trudnościami technicznymi w opracowaniu bezpiecznego, niezawodnego i sprawnego energetycznie systemu, który dodatkowo nie wpływa na jakość żużlu.
Oszczędności energii: Szacowane oszczędności wynoszą około 0,35 GJ/t surówki.
Status: Zostały przeprowadzone testy, jednakże odzysk ciepła z żużlu prawdopodobnie nie zostanie w najbliższej przyszłości wprowadzony na skalę przemysłową.
Bibliografia: [InfoMil,1997]
Puchaczo_o