8
8.1
8.2
Techniki zintegrowanego procesuPI.1 Odzysk energii z gazu konwertorowegoPI.2 Obniżanie zawartości cynku w złomiePI.3 Pobieranie próbek i analizy stali podczas pracy konwertoraTechniki oczyszczania na wyjściuEP.1 Odpylanie główneEP.2 Obniżanie zawartości pyłu z procesu oczyszczania surówkiEP.3 Odpylanie wtórneEP.4 Brykietowanie na gorąco pyłu i recyklingEP.5 Oczyszczanie ścieków z odpylania na mokroEP.6 Oczyszczanie ścieków z ciągłego odlewaniaPI.1 Odzysk energii z gazu konwertorowegoOpis: Rozwiązanie to obejmuje skuteczne wykorzystanie zarówno ciepła jawnego, jak i energii chemicznej gazu konwertorowego. Poprzednio większość energii chemicznej była rozpraszana przez spalanie w płomieniu.Gaz konwertorowy wytwarzany podczas wdmuchiwania tlenu opuszcza konwertor tlenowy przez gardziel konwertora, a następnie jest wychwytywany przez system głównego odciągu. Gaz ten ma temperaturę około 1200°C i wielkość przepływu około 50-100 Nm³/t stali. W momencie opuszczania konwertora gaz zawiera około70-80 % tlenku węgla (CO) i posiada wartość opałową około 8,8 MJ/Nm³.Ogólnie mówiąc, do odzysku energii z gazu konwertorowego można stosować dwa systemy:
- Spalanie gazu konwertorowego w przewodzie gazowym konwertora, a następnie odzyskiwanie ciepła jawnego w kotle odzysknicowym;Gaz konwertorowy może być spalany przez wpuszczenie powietrza z otoczenia do przewodu gazowego głównego systemu odciągu. Wtedy w głównym systemie odciągu zwiększa się ilość ciepła jawnego i całkowity przepływ gazu, co powoduje, że może być wytwarzane więcej pary w kotle odzysknicowym. Ilość powietrza domieszanego do gazu konwertorowego wyznacza ilość wytwarzanej pary.W pełnym cyklu wytwarzania stali (około 30-40 minut) wdmuchiwanie tlenu trwa około 15 minut. Dlatego też wytwarzanie pary, które jest bezpośrednio związane z wdmuchiwaniem tlenu jest procesem przerywanym.
- Tłumienie spalania gazu konwertorowego i magazynowanie go w zbiornikach w celu dalszego wykorzystania.Spalanie gazu konwertorowego w głównym systemie odciągu może zostać przytłumione przez odcięcie dopływu powietrza z otoczenia do systemu. Jest to zwykle realizowane poprzez obniżenie przesuwanej, chłodzonej wodą osłony nad gardziel konwertora. W ten sposób tlenek węgla zostaje zatrzymany, a gaz konwertorowy może być stosowany jako źródło energii w innych miejscach. Gaz zostaje oczyszczony tak, aby spełniał wymagania sieci gazowych i mógł być magazynowany w zbiornikach. Można zainstalować kocioł odzysknicowy w celu odzyskiwania ciepła jawnego obecnego w nie spalonym gazie konwertorowym.
Należy zauważyć, że gaz konwertorowy nie jest zbierany w czasie rozpoczynania i zakańczania procesu wdmuchiwania tlenu ze względu na niską zawartość tlenku węgla CO. W tych stadiach procesu, które trwają po kilka minut gaz jest spalany w płomieniu (patrz rysunek 8.11).
Aktualnie występuje tendencja do stosowania spalania tłumionego, po którym następuje odzysk gazu konwertorowego. Istnieją dwie główne tego przyczyny:
- Spalanie tłumione zmniejsza ilość gazów spalinowych, zmniejszając w ten sposób koszt eksploatacji wentylatorów i koszt usuwania pyłów. Zmniejszona wielkość przepływów spalin charakterystyczna dla spalania tłumionego daje w wyniku surowy gaz o wysokim stężeniu masy. Stąd też, aby uzyskać identyczne stężenie pyłu w oczyszczonym gazie należy zastosować bardziej efektywne systemy odzysku pyłów (patrz również EP.1).
- Duże objętości pary otrzymuje się z systemów pełnego spalania. Jednakże, ponieważ para jest wytwarzana w sposób przerywany, nie zawsze może być ona w pełni wykorzystana. Wykorzystanie odzyskanego gazu konwertorowego jest znacznie bardziej elastyczne. Wykorzystanie gazu konwertorowego w połączeniu z gazem wielkopiecowym i gazem koksowniczym, jako trzecim produktem fazy gazowej pieca, daje istotne korzyści, jeżeli umożliwia zastąpienie znacznych ilości kupowanej energii takiej, jak na przykład gaz ziemny. W niektórych zakładach gaz konwertorowy jest stosowany głównie do wzbogacania gazu wielkopiecowego [Joksch,1995]. Gaz koksowniczy i gaz ziemny są używane jako domieszki na stacjach mieszania gazów jedynie w drugiej lub trzeciej kolejności (sterowanie kaskadowe) [Joksch, 1995].
Tabela 8.10 przedstawia zalety i wady spalania tłumionego zaprojektowanego dla stosunku powietrze/paliwo na poziomie poniżej 0,1.
Zalety
Wady
■ Zmniejszona objętościowa wielkość
przepływu spalin
■ Większe wymiary elementów odprowadzających gaz pozwalające na uzyskanie bardziej równomiernych prędkości w odciągach
■ Zmniejszone zużycie energii przez wentylatory spalin
■ Zmniejszone zapotrzebowanie na wodę do
chłodzenia gazów odlotowych
■ Konstrukcja systemów wychwytywania pyłów dla mniejszych objętościowo przepływów gazów odlotowych
■ Możliwość wykorzystania gazów odlotowych
■ Zmniejszenie wydzielanie gazu przy
burzliwych warunkach wytapiania ze względu na rozmieszczenie uszczelniających odciągów o różnej konstrukcji
■ Złożona technologia urządzeń pod
względem spełnienia norm bezpieczeństwa pracy
■ Konieczność wprowadzania dodatkowych elementów
■ Dodatkowe przedsięwzięcia związane z bezpieczeństwem pracy
Tabela 8.10: Zalety i wady spalania tłumionego ze szczególnym zwróceniem uwagi na wykorzystanie gazu konwertorowego - [ EUROFER (Europejska Konfederacja Przemysłu Żelaza i Stali) Zasadowy konwertor tlenowy,1997]
Skład gazu konwertorowego w przypadku spalania tłumionego zastał przedstawiony w tabeli 8.5. Przy zastosowaniu spalania pełnego zawartość tlenku węgla CO jest znacznie niższa, a zawartość dwutlenku węgla CO2 jest odpowiednio wyższa.
Główne osiągnięte oszczędności energii:
W tabeli 8.11 podano przykłady wytwarzania pary w kotłach odzysknicowych w stalowniach konwertorowo tlenowych Thyssen Stahl AG, Niemcy.
Parametr Jednostka Ruhrort Beeckerwerth Bruckhausen
Wydajność [t/odlaną płynną stal] 4 x 140 3 x 250 2x380
Współczynnik
wprowadzenia
powietrza٭ - >2,0 0,4 0,15
Przepływ spalin [Nm³/t płynnej stali] 250 115 87
Wytwarzanie
pary [kg pary/t płynnej stali] 380 130 80
٭ współczynnik wprowadzenia powietrza wskazuje ile powietrza jest wprowadzone do przewodu gazów odlotowych. 0: nie wprowadzono powietrza; 2: ilość wprowadzonego powietrza jest dwa razy większa od początkowej ilości gazu konwertorowego.
Tabela 8.11: Wytwarzanie pary w stalowni konwertorowo tlenowej Thyssen Stahl AG – w oparciu o Joksch,1995]
Odzysk energii z układu pełnego spalania z kotłem odzysknicowym wynosi 80% całkowitego wychodzącego ciepła. Gdy stosuje się spalanie tłumione tylko 10-30% (0,1-0,3 GJ/t płynnej stali) całkowitej wytworzonej energii jest odzyskiwane w kotle odzysknicowym [Joksch,1995]. Przy odzyskiwaniu gazu konwertorowego następne 50-90% jest odzyskiwane jako energia chemiczna (CO) w gazie konwertorowym, w zależności od współczynnika wprowadzenia powietrza. Jeżeli gaz jest spalany w płomieniu, wtedy energia ta jest tracona.
Przy zastosowaniu spalania tłumionego, odzysku gazu konwertorowego i kotła odzysknicowego do wykorzystania ciepła jawnego całkowity odzysk energii może wynosić aż 90% [ Arimitsu,1995;Joksch,1995].
Jeżeli gaz konwertorowy jest odzyskiwany, oszczędności energii wynoszą od 0,6 do 1,0 GJ/t płynnej stali, w porównaniu ze spalaniem gazu w płomieniu. Szczelny system OG, który został opracowany przez Nippon Steel Corporation prowadzi do oszczędności w wysokości 0,98-1,08 GJ/t płynnej stali i do zwiększenia produkcji płynnej stali o 0,4% w porównaniu z procesem spalania gazu w płomieniu.
Zastosowanie: Zarówno odzysk ciepła odpadowego/odlotowego, jak i odzysk gazu konwertorowego może być stosowany zarówno w nowych, jak i istniejących zakładach.
Oddziaływanie na środowisko: Odzyskiwanie gazu konwertorowego wymaga odpowiedniego czyszczenia surowego gazu tak, aby spełniał on wymagania sieci gazowej. W przypadku, gdy stosuje się pełne spalanie gaz odlotowy jest emitowany do atmosfery. Wymagania dotyczące emisji do atmosfery są zwykle mniej restrykcyjne aniżeli wymagania dotyczące gazu wprowadzanego do sieci dystrybucji gazu.
Przy zastosowaniu spalania tłumionego całkowite emisje do powietrza zostają zmniejszone. Oprócz tego, (znacznie) większy przepływ gazów odlotowych z systemów pełnego spalania oznacza droższe i względnie mniej efektywne obniżanie emisji pyłu.
Odzysk energii może w rezultacie przyczynić się do oszczędności nieodnawialnych źródeł energii.
Odzysk gazu konwertorowego jest potencjalnie niebezpieczny i wymaga ścisłego przestrzegania środków bezpieczeństwa (eksplozje, wycieki tlenku węgla).
Przykładowe zakłady: Odzysk energii za pomocą systemów pełnego spalania lub systemów spalania tłumionego jest szeroko stosowany w stalowniach konwertorowo tlenowych na całym świecie. Istnieje tendencja do stosowania systemów spalania tłumionego, głównie ze względu na zalety logistyczne w porównaniu z systemami pełnego spalania.
Dane eksploatacyjne: Niedostępne
Dane ekonomiczne: Szacowana wielkość inwestycji w systemy spalania tłumionego wynosiła od 5 do 25 ecu1996/GJ. W zależności od miejscowych warunków okres zwrotu może wynosić nawet jeden rok..
Bibliografia: [Arimitsu,1995; Joksch,1995; InfoMil,1997]
PI.2 Obniżanie zawartości cynku w złomie
Opis: Wysoka zawartość cynku w wielkim piecu ma niekorzystny wpływ na jego prawidłową pracę. Dlatego też recykling tworzyw o wysokiej zawartości cynku jest ograniczony. Pyły i szlamy zebrane z urządzeń odpylających gaz konwertorowy mogą zawierać względnie wysokie stężenia metali ciężkich, a w szczególności cynku (Zn) (patrz tabela 8.9). Ten cynk pochodzi głównie ze złomu ładowanego do konwertora tlenowego. Wydzielanie cynku może się znacznie różnić w poszczególnych spustach, w zależności od typu ładowanego złomu pochodzącego z zewnątrz i warunków wdmuchiwania. Ten sam problem, chociaż w mniejszym zakresie dotyczy ołowiu (Pb) i kadmu (Cd).
Aby spełnić wymagania recyklingu pyłów można stosować złom z niską zawartością Zn. Wyklucza to stosowanie złomu zawierającego wyroby galwanizowane.
Główny osiągnięty poziom emisji: W niektórych zakładach praktykowana jest rygorystyczna polityka stosowania złomu o niskiej zawartości Zn. Szlam z procesu odpylania gazu konwertorowego zawiera około 0,1- 0,3% cynku, co pozwala na 100% recykling pyłu w spiekalni.
Zastosowanie: Możliwe jest zastosowanie takiej techniki zarówno w nowych, jak i istniejących zakładach. Jednakże zależy to w dużym stopniu od dostępności złomu o niskiej zawartości Zn, Pb i Cd oraz od efektywności ekonomicznej stosowania tego rodzaju złomu. Dlatego też technika ta nie jest stosowane we wszystkich przypadkach.
Oddziaływanie na środowisko: Rozwiązanie to należy traktować jako rozwiązanie lokalne. Całkowity oddziaływanie będzie prawdopodobnie równe zeru, ponieważ duże ilości stali galwanizowanej są produkowane na całym świecie, co będzie prowadziło do wytwarzania szlamów o względnie wysokiej zawartości Zn, gdy stal stanie się dostępna jako złom w procesie wytwarzania stali. W większości konwertorów tlenowych cynk jest emitowany z konwertora głównie w kilku pierwszych minutach wdmuchiwania tlenu.
Przykładowe zakłady: Hoogovens IJmuiden, Holandia-IJmuiden i British Steel, Zjednoczone Królestwo WB i IP, Sidmar, Belgia-Gent.
Dane eksploatacyjne: Eksploatacja przebiega bez problemów.
Dane ekonomiczne: Złom o niskiej zawartości Zn jest droższy i zwiększa koszt przypadający na tonę wyprodukowanej stali. Należy się spodziewać, że złom o niskiej zawartości Zn będzie coraz trudniejszy do zdobycia. Z drugiej strony, zastosowanie złomu o niskiej zawartości Zn umożliwi recykling oczyszczonych szlamów i pyłów z gazu konwertorowego.
Bibliografia: [Deckers, 1995; Pazdej, 1995; InfoMil, 1997]
PI.3 Pobieranie próbek i wykonywanie analiz stali podczas pracy konwertora
Opis: Proces wytwarzania stali metodą konwertorowo tlenową jest procesem okresowym. Każdy wsad gorącego metalu musi być rafinowany, aż zostanie osiągnięta wymagana jakość stali. W celu monitorowania przebiegu procesu z kąpieli stalowej pobierane są próbki do analizy. Wynik analizy jest wykorzystywany do określenia dodatkowego czasu wdmuchiwania tlenu, potrzebnego do osiągnięcia wymaganej jakości stali.
Najnowsze systemy dynamicznego modelowania i monitoringu osiągają precyzję, która czyni zbędnym pobieranie próbek podczas wdmuchiwania. Próbka kontrolna jest wtedy pobierana w czasie odlewania. Technologia ta zmniejsza emisje powstające podczas pobierania próbek do zera.
Dawniej, aby pobrać próbkę konieczne było przerywanie operacji wdmuchiwania tlenu i przechylenie konwertora. Była to operacja czasochłonna i zwiększała emisje z konwertora tlenowego. W nowoczesnych stalowniach próbki są pobierane podczas wdmuchiwania tlenu za pomocą specjalnej lancy. Pozwala to na kontynuowanie procesu rafinacji podczas wykonywania analiz pobranych próbek. Skraca to czas cyklu produkcyjnego i zwiększa wydajność. W porównaniu z poprzednimi metodami pobierania próbek emisje są niższe, ponieważ nie zmienia się położenie konwertora.
Główne osiągnięcia: Czas produkcji przypadający na wytop został zmniejszony, co pozwala na osiągnięcie lepszej wydajności. Emisje do powietrza zostały zmniejszone, ponieważ przechylanie konwertora nie jest już konieczne.
Zastosowanie: Technikę tą można stosować we wszystkich nowych zakładach. Zakłady istniejące muszą być modernizowane, aby możliwe było zainstalowanie takiego systemu pobierania próbek.
Oddziaływanie na środowisko: Nie są znane skutki oddziaływania na środowisko.
Przykładowe zakłady: Nowoczesne zakłady stosują metody pobierania próbek w czasie trwania procesu; modelowanie dynamiczne jest stosowane w zakładach Sidmar, Belgia-Gent.
Dane ekonomiczne: W rezultacie zwiększenia wydajności koszty zostały prawdopodobnie zmniejszone.
Bibliografia: [InfoMil, 1997]
Puchaczo_o