5
6
6.1
6.2
Rozdział ten opisuje techniki zintegrowanych procesów i techniki oczyszczania na wyjściu służące do ochrony środowiska i pozwalające na oszczędności energii w zakładach koksowniczych. Przedstawione zostały opisy każdej z tych technik, łącznie z głównymi uzyskanymi poziomami emisji zanieczyszczeń, możliwością zastosowania, monitoringiem emisji, oddziaływaniem na środowisko, wykazem przykładowych zakładów, danymi eksploatacyjnymi, danymi ekonomicznymi i celem wdrożenia (o ile dostępne były istotne dane na ten temat).
Techniki procesu zintegrowanego
Znane są następujące techniki procesów zintegrowanych wykorzystywane w piecach koksowniczych:
PI.1 Ciągłość i bezawaryjność pracy zakładu koksowniczego
PI.2 Konserwacja pieców koksowniczych
PI.3 Udoskonalenie uszczelnień drzwi pieca i ram
PI.4 Czyszczenie uszczelnień drzwi pieca i ram
PI.5 Utrzymywanie swobodnego przepływu strumienia gazu w piecu koksowniczym
PI.6 Redukcja emisji podczas opalania pieca koksowniczego
PI.7 Gaszenie koksu na sucho
PI.8 Zwiększenie komory pieca koksowniczego (baterii koksowniczej)
PI.9 Koksowanie bez odzysku produktów ubocznych
Techniki oczyszczania na wyjściu
W zakładach koksowniczych stosowane są następujące techniki oczyszczania na wyjściu:
EP.1 Minimalizowanie emisji powstających przy załadunku pieca
EP.2 Uszczelnianie rur odciągowych i otworów załadowczych
EP.3 Minimalizowanie nieszczelności między komorą pieca koksowniczego i komorą nagrzewania
EP.4 Odpylanie procesu wypychania koksu z baterii
EP.5 Minimalizowanie emisji przy gaszeniu koksu na mokro
EP.6 Odazotowanie gazów spalinowych pochodzących z opalania pieca koksowniczego
EP.7 Odsiarczanie gazu koksowniczego
EP.8 Usuwanie smoły (i WWA) z wody pogazowej
EP.9 Stosowanie kolumny odpędowej amoniaku
EP.10 Zapewnienie gazoszczelności w trakcie eksploatacji zakładu oczyszczania gazu
EP.11 Skuteczne oczyszczanie ścieków
Opis: Prowadzenie prac konserwacyjnych (patrz PI.2) i operacji oczyszczania (patrz PI.4) według ustalonego harmonogramu w połączeniu z ciągłą i bezawaryjną pracą pieca koksowniczego jest jednym z najważniejszych wymagań procesu zintegrowanego. Niedotrzymanie tych warunków prowadzi do ostrych zmian temperatury i zwiększenia prawdopodobieństwa zakleszczenia się koksu podczas operacji wypychania. Ma to niesprzyjający wpływ na wykładzinę ogniotrwałą i na sam piec koksowniczy i może prowadzić do zwiększenia przecieków i pogorszenia warunków pracy.
Warunkiem ciągłej i bezawaryjnej pracy jest niezawodność urządzeń pieca i wszystkich instalacji, co zapewnia również wyższą wydajność.
Kolejnym warunkiem do spełnienia jest zoptymalizowanie wstępnego przygotowania węgla – optymalna praca koksowni wymaga namiarowania i zapewnienia homogenizacji węgla. Nowoczesny zakład wstępnego przygotowania węgla składa się z dwóch lejów mieszających, zakładu kruszenia/sortowania, urządzeń transportowych, urządzeń odpylających i czasami z dodatkowych urządzeń do procesów suszenia węgla lub dodawania do węgla dodatków. Tylko prawidłowy przebieg tych procesów może zapewnić dobrą pracę koksowni, jaka została opisana w tym rozdziale.
Poprzez kontrolowanie temperatury powierzchni grzewczych (przyrząd pomiarowy umieszczony na drągu tarana wypycharki koksu) możliwe jest wyznaczenie rozkładu temperatury w komorze, co pozwala na wyciągnięcie wniosków dotyczących sprawności układu ogrzewania.
Na podstawie tych wyników można podejmować działania związane z naprawami czy optymalizacją procesów.
Zastosowanie: Technikę tą można stosować zarówno w nowych, jak i istniejących zakładach.
Główne uzyskane poziomy emisji: Znaczna część emisji z zakładów koksowniczych jest spowodowana przeciekami przez pęknięcia między komorą grzewczą i komorą pieca oraz deformacją drzwi, ram drzwi, dźwigarów pionowych itp. Emisji tych można uniknąć w dużej mierze poprzez prowadzenie ciągłej i bezawaryjnej pracy zakładu koksowniczego. Przestrzeganie tych zaleceń może znacznie wydłużyć okres eksploatacji zakładu koksowniczego.
Przykładowe zakłady: Wszyscy operatorzy na świecie są szkoleni tak, aby prowadzić eksploatację swoich koksowni w możliwie jak najbardziej płynny sposób. Jednakże zachęty gospodarcze mogą skłaniać do zwiększenia wydajności, co z kolei zwiększa prawdopodobieństwo mniej stabilnej pracy zakładu.
Skutki oddziaływania na środowisko: Nie odnotowano żadnego istotnego oddziaływania na środowisko.
Dane eksploatacyjne: niedostępne
Aspekty ekonomiczne: niedostępne
Bibliografia: [InfoMil,1997]
Opis: Konserwacja pieców koksowniczych jest jedną z najważniejszych technik procesów zintegrowanych i stanowi decydujący czynnik wpływający na ciągłość i bezawaryjność pracy (patrz PI.1).
Konserwacja nie powinna być wykonywana w kampaniach, lecz powinna być realizowana w sposób ciągły. Nie może być ustalony stały lub minimalny okres konserwacji. Konserwację powinno się prowadzić według systematycznego programu, który powinien być realizowany przez specjalnie przeszkolony personel remontowy (np. podczas dwóch zmian). Jako przykład poniżej opisano realizację programu konserwacji w SIDMAR, Belgia-Gent. W zakładzie tym każdy piec co 3 - 3,5 roku przechodzi remont kapitalny. Wymaga to wyłączenia pieca z produkcji na okres jednego tygodnia w celu przeprowadzenia następujących operacji:
- usunięcie wszystkich osadów grafitu w komorach (ściany, sklepienie)
- usunięcie pęknięć, otworów i uszkodzeń powierzchni wykładzin z cegły ogniotrwałej
- naprawa posadzki komory pieca przez wylanie jej cementem
- wprowadzenie pyłu obecnego w powietrzu do drobnych pęknięć
- przeprowadzenie remontu powierzchni uszczelniających ram drzwi przez wygładzenie i wyregulowanie ram drzwi pieca
- przeprowadzenie pełnego remontu drzwi, polegającego na pełnym demontażu wszystkich pojedynczych części oraz ich wyczyszczeniu i ponownym zmontowaniu; wyregulowanie elastycznego uszczelnienia. Należy wymienić uszkodzone cegły ogniotrwałe na drzwiach, a w wielu przypadkach drzwi muszą zostać w całości pokryte nowymi cegłami ogniotrwałymi.
Oprócz tego remontu kapitalnego, regularnie sprawdzany i regulowany jest system usztywnienia pieców (sprężyny, kotwy itp.).
Zastosowanie: Rozwiązanie to można stosować zarówno w nowych, jak i istniejących zakładach.
Główne poziomy uzyskane poziomy emisji: Dobrze przeprowadzona konserwacja zapobiega powstawaniu pęknięć w wykładzinach cegły ogniotrwałej i minimalizuje nieszczelności, a w konsekwencji również emisje gazów koksowniczych. Dzięki temu można zapobiegać występowaniu czarnych dymów wyprowadzanych do atmosfery przez komin wraz, z gazami spalinowymi z opalania pieca koksowniczego. Oprócz tego, konserwacja, regulacja i remonty drzwi i ram zapobiegają rozproszonej emisji gazów z pieca.
Przykładowe zakłady: Koksownia Sidmar, Belgia-Gent; zakład koksowniczy 2 Hoogovens IJmuiden, Holandia-IJmuiden.
Dane eksploatacyjne: Opisany program konserwacji został wprowadzony z powodzeniem w 1986 roku na przykład w Sidmar, Belgia-Gent.
Aspekty ekonomiczne: Koszty zatrudnienia wykwalifikowanych pracowników realizujących program konserwacji są znaczne (około 1,5 ecu1997/t koksu w przypadku Sidmaru, Belgia-Gent), jednakże w ramach stosowania rozwiązań zmierzających do uzyskania ciągłej i bezawaryjnej pracy lepiej wykwalifikowani operatorzy przyczyniają się do uzyskania wyższej wydajności pieców, która kompensuje koszty.
Przyczyna i cel wprowadzenia: Celem jest prowadzenie zakładu koksowniczego w miarę możliwości w sposób ciągły przy zoptymalizowanej wydajności i zminimalizowanych emisjach zanieczyszczeń.
Bibliografia: niedostępna
Opis: Gazoszczelność drzwi pieca jest niezbędna i może być osiągnięta przez zastosowanie następujących operacji:
1. zastosowanie sprężynowych, elastycznych drzwi uszczelniających
2. dokładne czyszczenie drzwi i ich ram przy każdej operacji (patrz PI.4).
Istniejące baterie mogą być wyposażone w sprężynowe drzwi uszczelniające, jeżeli ramy drzwi i blachy pancerne nie są zdeformowane. Pod tym względem wytrzymałość dźwigarów pionowych odgrywa ważną rolę, ponieważ blachy pancerne (utrzymujące warstwę cegieł ogniotrwałych) są uchwycone przez sprężyny, które są przymocowane do dźwigarów.
Należy zauważyć, że sytuacja różni się w przypadku małych i dużych pieców. W przypadku pieców o wysokości mniejszej niż 5 m w celu zapobieżenia emisji przez drzwi wystarczające może być zastosowanie drzwi z uszczelnieniem nożowym, o ile zastosuje się odpowiednią konserwację.
Zastosowanie: Rozwiązanie to znajduje zastosowanie w nowych i niektórych istniejących zakładach.
Główne uzyskane poziomy emisji: Jednostkowe wartości emisji z elastycznych uszczelnionych drzwi są znacznie niższe od wartości otrzymywanych przy drzwiach konwencjonalnych. Zakładając, że drzwi są utrzymywane w czystości, „nowa generacja” drzwi stwarza możliwość utrzymania widocznych emisji na poziomie poniżej 5% ze wszystkich drzwi pieców koksowniczych przypadających na jedną baterię, zarówno od strony ładowania węgla, jak i od strony wypychania koksu. Jednakże można znaleźć przykłady otrzymywania dobrych wyników przy drzwiach tradycyjnych (z zamknięciem nożowym) w odpowiednio konserwowanych małych piecach i przypadki złych wyników przy elastycznych drzwiach uszczelniających w źle konserwowanych dużych piecach. Elastyczne uszczelnienie pozwala na lepsze uszczelnienie szczególnie w przypadku dużych pieców. Tabela 6.3 pokazuje możliwości redukcji emisji.
Przykładowe zakłady: Sprężynowe, elastyczne drzwi uszczelniające stosowane są w wielu nowych i zmodernizowanych zakładach.
Piec koksowniczy 1, HoogovensIJmuiden,Holandia-IJmuiden
Piec koksowniczy Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH, Niemcy-Huckingen
Skutki oddziaływania na środowisko: Nie występuje oddziaływanie na środowisko.
Bibliografia : [Vos, 1995]
Opis: Wiele starszych europejskich zakładów koksowniczych wciąż jeszcze posiada oryginalne, niesprężynujące drzwi z uszczelnieniem nożowym. W zakładach tych wycieki z drzwi mogą być poważnym problemem. Jednakże przy dobrej konserwacji (patrz PI.1 i PI.2) jakiekolwiek widoczne emisje z istniejących drzwi mogą być utrzymane na poziomie poniżej 10% [Vos,1995]. Efekty konserwacji zależą w dużym stopniu od stabilności procesu koksowania, stałej obsługi konserwatorskiej, ciągłego monitoringu i zwrotnego wykorzystania osiągniętych rezultatów. Zalecane jest szczególnie utworzenie wewnętrznego warsztatu zajmującego się konserwacją drzwi.
Do czyszczenia drzwi pieca stosuje się wysokociśnieniowe strumienie wody. Metoda ta okazała się bardzo skuteczna. Wysokociśnieniowe czyszczenie drzwi pieca strumieniami wody nie może być jednakże wykonywane przy każdym cyklu. Dobre rezultaty przynosi również stosowanie nowoczesnych środków czyszczących z wykorzystaniem skrobaków po każdym cyklu.
Zastosowanie: Rozwiązanie to może być stosowane zarówno w nowych, jak i istniejących zakładach.
Główne uzyskane poziomy emisji: System wysokociśnieniowego czyszczenia strumieniami wody pozwala na rzeczywiste wyeliminowanie widocznych emisji – można uzyskać 95% redukcję czasu wykonywania tej operacji (zgodnie z metodą EPA).
Przykładowe zakłady:
Piec koksowniczy 2, Hoogovens IJmuiden, Holandia – IJmuiden
Zakład koksowniczy Nr.1 Redcar, British Steel Zakłady Teeside, Zjednoczone Królestwo WB i IP.
Skutki oddziaływania na środowisko: Czyszczenie za pomocą wysokociśnieniowych strumieni wody powoduje powstanie strumieni zanieczyszczonych ścieków, które mogą być oczyszczane razem ze ściekami z baterii koksowniczych.
Bibliografia : [Vos, 1995; Murphy, 1991]
PI.5 Utrzymywanie swobodnego przepływu gazu w piecu koksowniczym
Opis: Komora pieca jest zwykle utrzymywana pod lekkim nadciśnieniem podczas koksowania. Podciśnienie mogłoby umożliwić wejście powietrza do komory pieca, co mogłoby częściowo spalić koks i doprowadzić do zniszczenia pieca. Dno pieca powinno znajdować się pod ciśnieniem atmosferycznym. Z doświadczenia wynika, że nadciśnienie (w mm słupa wody) w kolektorze jest utrzymywane na poziomie dwukrotnie wyższym od wysokości pieca w metrach. Stąd w przypadku nowoczesnych pieców o wysokości 7 m odpowiednie nadciśnienie powinno wynosić 14 mm słupa wody. W przypadku starszych pieców o wysokości 4 m nadciśnienie w kolektorze powinno wynosić 8 mm słupa wody.
Taka różnica ciśnienia jest niezbędna dla usunięcia gazów i smoły z komory pieca koksowniczego. Spadek ciśnienia jest wytwarzany za pomocą zaworu dławiącego znajdującego się na wylocie kolektora, gdzie ciśnienie wynosi – 80 mm słupa wody.
W górnej części komory pieca jest utrzymywana wolna przestrzeń umożliwiająca gazom i odparowanej smole przepływ w kierunku rury odciągowej, która w zależności od konstrukcji jest zwykle usytuowana albo od strony wypycharki koksu lub z obydwu stron pieca. Strumień gazu może być przytłumiony przez zasypywany węgiel dochodząc do górnej części pieca i tam zostać zablokowany przez grafit. Ilekroć przepływ gazu w piecu zostaje zatrzymany, może wystąpić wyciek gazów przez drzwi i otwór zasypowy w wyniku wzrostu nadciśnienia za przeszkodą.
Sytuacji takiej można zapobiec przez odpowiednie wypoziomowanie zasypywanego węgla oraz poprzez okresowe odgrafitowanie stropu pieca i okresowe czyszczenie odgiętego przewodu rurowego (patrz również PI.2).
Narastanie grafitu na stropie pieca można zminimalizować przez odpowiedni rozkład ciepła na ścianach pieca.
Zastosowanie: Rozwiązanie to znajduje zastosowanie zarówno w nowych, jak i istniejących zakładach.
Główne uzyskane poziomy emisji: Prawidłowy rozkład ciśnienia w komorze pieca koksowniczego znacząco redukuje emisje rozproszone i wycieki. Ponadto zostaje zredukowane ryzyko zakleszczenia się koksu podczas operacji wypychania.
Przykładowe zakłady: Wszystkie zakłady, które posiadają prawidłowy program konserwacji (patrz PI.2) i które są ukierunkowane na zminimalizowanie nieszczelności drzwi poprzez stosowanie tej technologii.
Oddziaływanie na środowisko: nie występuje.
Bibliografia: [InfoMil, 1997]
Opis: Ciepło do procesu koksowania jest dostarczane przez spalanie paliwa gazowego w komorach grzewczych. Ciepło jest przenoszone do komory pieca koksowniczego poprzez przewodzenie ciepła przez ściany z cegły ogniotrwałej. Wyższa temperatura w komorze pieca skraca czas koksowania.
Najważniejsze zanieczyszczenia powstające przy opalaniu pieca koksowniczego to tlenki azotu(NOx), SO2 i cząstki stałe.
Poziom emisji SO2 jest silnie zależny od zawartości siarki w paliwie. Stąd emisje SO2 mogą być zminimalizowane poprzez zminimalizowanie zawartości siarki w paliwie. Do opalania pieca koksowniczego stosuje się zwykle (wzbogacony) gaz wielkopiecowy lub gaz koksowniczy. Zawartość siarki w gazie koksowniczym zależy od stopnia i skuteczności procesu odsiarczania w zakładzie oczyszczania gazu koksowniczego. Zawartość H2S w gazie koksowniczym może zmieniać się od około 50 mg/Nm³ do 1000 mg/Nm³ w zależności od procesu odsiarczania i od jego sprawności. Jeżeli nie stosuje się procesu odsiarczania (który jest stosowany w kilku zakładach w krajach Unii Europejskiej) zawartość H2S może wynosić aż 8000 mg H2S/Nm³. Wzbogacony gaz wielkopiecowy posiada niską zawartość siarki. Jednym z głównych parametrów procesu odsiarczania gazu koksowniczego jest temperatura gazu.
Emisje SO2 i pyłu mogą się znacząco zwiększyć, gdy surowy gaz koksowniczy z komór pieca przenika przez pęknięcia w ścianach grzewczych i jest spalany razem z paliwem grzewczym (patrz również EP.3).
Emisja tlenków azotu (NOx) jest nieco bardziej skomplikowana. Wytwarzane tlenki azotu (NOx) składają się prawie w całości z pierwotnych tlenków azotu (NOx), które tworzone są przez reakcje między N2 i O2 w płomieniu. Tworzenie pierwotnych tlenków azotu (NOx) jest silnie związane z temperaturami maksymalnymi i stężeniami O2 w płomieniu. Emisje tlenków azotu (NOx) są również pośrednio związane z paliwem (wzbogacony gaz wielkopiecowy lub gaz koksowniczy) oraz z typem używanego węgla, ciężarem właściwym wsadowego węgla, czasem koksowania i wymiarami komory pieca koksowniczego.
Najbardziej skutecznym sposobem redukowania tworzenia się tlenków azotu (NOx) jest zmniejszenie temperatury płomienia w komorze grzewczej. Dlatego celem jest palenie świecącym płomieniem. Okazało się, że skuteczne w osiągnięciu tego celu są trzy metody:
- Recyrkulacja spalin. Spaliny z pieca koksowniczego zostają domieszane do paliwa i powietrza spalania. Niższe stężenia O2 i wyższe stężenie CO2 redukują temperaturę płomienia. Jednakże efekt wstępnego podgrzania recyrkulowanych spalin może ograniczać obniżenie temperatury.
- ...
Puchaczo_o