EP.1 Minimalizacja emisji powstających przy zasypywaniu pieca
Opis: Zasypywanie pieca jest najczęściej wykonywane metodą zasypywania grawitacyjnego za pomocą wozów zasypowych. Stosowane są trzy podstawowe techniki zasypywania w taki sposób:
1. Zasypywanie ″bezdymne″. System ten stosuje gazoszczelne połączenia między piecem koksowniczym i wozem zasypowym. Komory są szybko napełnianie, zwykle przez cztery lub pięć otworów zasypowych. Zasysanie jest wytwarzane przez wtryśnięcie pary lub wody do przeciwkolana rury odciągowej.
2. Zasypywanie sekwencyjne lub zasypywanie etapowe. W zasypywaniu sekwencyjnym lub etapowym otwory zasypowe są zasypywane jeden po drugim. Taki rodzaj zasypywania trwa względnie długo. Ssanie jest wytwarzane z obydwu stron pieca, albo przez zastosowanie dwóch rur odciągowych (gdy istnieją) albo przez zastosowanie rury odciągowej i rury połączeniowej do sąsiedniego pieca. Połączenia między wózkiem zasypowym i piecem nie są gazoszczelne, jednakże ze względu na ssanie emisje praktycznie nie występują, gdy istnieje tylko jeden otwór do atmosfery.
3. Zasypywanie przez rękawy teleskopowe również znane jako ″zasypywanie japońskie″; ten rodzaj zasypywania realizowany jest przez jednoczesne zasypywanie przez (zwykle) cztery otwory zasypowe. Połączenia między wózkiem zasypowym i piecem koksowniczym nie są gazoszczelne, lecz są objęte przez „rękawy teleskopowe”, z których gazy są zasysane i prowadzone do kolektora przez połączenie między kolektorem i wózkiem zasypowym. Odciągnięte gazy są spalane i następnie prowadzone przez urządzenie odpylające zatrzymujące pyły, usytuowane na ziemi. W niektórych przypadkach odciągnięte gazy są oczyszczane na wozie zasypowym.
Zasypywanie może być również prowadzone przez podawanie węgla rurociągami. Opracowano dwa systemy zasypywania przez rurociąg:
1. Układ centralnego rurociągu z połączeniami do wszystkich pieców.
2. Rurociąg z połączeniem do wózka zasypowego, którym jest zasypywany węgiel.
Podgrzanie węgla umożliwia zasypywanie za pomocą rurociągu.
Podczas procesu wyrównywania wsadu po zasypaniu, emisje pochodzące z drzwi wyrównujących można zminimalizować poprzez zastosowanie podkładki uszczelniającej na drzwi wyrównywacze naprzeciw drąga wyrównującego.
Zastosowanie: Można stosować zarówno nowych, jak i istniejących zakładach.
Główne uzyskane poziomy emisji: Emisje pochodzące z zasypywania mogą być bardzo niskie we wszystkich tych systemach. Głównym czynnikiem wpływającym na poziom emisji jest nadciśnienie w komorze pieca i w teleskopach zasypowych. Niektóre z tych systemów są bardziej podatne na problemy eksploatacyjne niż inne systemy.
Emisje pochodzące z zasypywania są trudne do liczbowego określenia, lecz generalnie uzyskiwane jest < 30 sekund widocznych emisji na załadunek. Przy optymalnych warunkach możliwe jest uzyskanie emisji trwających mniej niż 10 sekund.
Zarejestrowane emisje pyłów pochodzące z zasypywania za pomocą rękawów teleskopowych z zespołem filtrowania pyłu na wózku zasypowym są mniejsze niż 5 g/t koksu (stężenie< 50 mg/Nm³). W tym przypadku usuwany gaz jest spalany przed załadunkiem.
Przykładowe zakłady: Zasypywanie ze zminimalizowaną emisją jest stosowane w wielu zakładach na całym świecie. Podano następujące przykłady:
zasypywanie ″bezdymne″:
piec koksowniczy 2, Hoogovens IJmuiden, Holandia-IJmuiden;
zasypywanie sekwencyjne/etapowe:
wiele zakładów w Stanach Zjednoczonych;
piec koksowniczy Mannesmann Hüttenwerke Krupp, Niemcy-Huckingen;
piec koksowniczy Prosper, Niemcy- Bottrop;
zasypywanie ″japońskie″:
piec koksowniczy 1, Kawasaki Steel Corporation,Chiba Works, Japonia;
piec koksowniczy, Nippon Steel Corporation, Kimitsu Works, Japonia;
piec koksowniczy, Sumitomo Metal Industries, Wakayama Works, Japonia;
piec koksowniczy 1,Hoogovens IJmuiden, Holandia-IJmuiden;
piec koksowniczy, ZK Saar & Gneisenau, Niemcy.
Dane eksploatacyjne: niedostępne
Aspekty ekonomiczne: niedostępne
Bibliografia: [Eisenhut, 1988]
EP.2 Uszczelnienie rur odciągowych i otworów zasypowych
Opis: W trakcie koksowania emisje rozproszone z otworów pieca koksowniczego mogą być zminimalizowane przez skuteczne uszczelnienie tych otworów po operacji wypychania i zasypywania. Jednakże takie działania mogą przynieść sukces tylko wtedy, gdy towarzyszy im dokładna konserwacja i czyszczenie [Eisenhut, 1988].
Uszczelnione wodą rury odciągowe są standardowym urządzeniem w większości nowych zakładów koksowniczych (rysunek 6.12).
.
Rysunek 6.12: Rura odciągowa komory pieca koksowniczego
Wiele starszych zakładów jest również wyposażonych w rury odciągowe uszczelnione wodą. Uszczelnienie wodne może być bardzo skuteczne pod warunkiem, że rury do zasilania wodą i rury odpływowe są drożne.
Obecnie najlepszym sposobem utrzymywania otworów zasypowych wolnych od nieszczelności jest ich dokładne połączenie z zawieszeniem wodnym.
Zastosowanie: Stosuje się zarówno w nowych, jak i w istniejących zakładach. W nowych zakładach konstrukcja rur odciągowych i otworów zasypowych może być zoptymalizowana, aby zredukować emisje niezorganizowane.
Główne uzyskane poziomy emisji: Uszczelnione wodą rury odciągowe znacznie zredukują emisje pyłów, CO i węglowodorów (patrz również tabela 6.3). Przy zalepionej pokrywie możliwe jest ograniczenie liczby otworów zasypowych wykazujących widoczne nieszczelności do maksymalnie 1% (patrz również tabela 6.3) wyrażone jako częstotliwość przecieków (% całkowitej liczby otworów zasypowych).
Przykładowe zakłady: Wiele zakładów na świecie posiada uszczelnione wodą rury odciągowe. Ponadto prawie wszystkie zakłady zalepiają otwory zasypowe automatycznie lub ręcznie.
Oddziaływanie na środowisko: Uszczelnione wodą rury odciągowe wytwarzają strumień ścieków. Jednakże ścieki te mogą w wielu przypadkach być zawracane do zbiornika wody amoniakalnej lub przeprowadzone do kolumny odpędowej amoniaku. Energia elektryczna jest zużywana przez pompy wymuszające obieg wody.
Zalepianie otworów zasypowych nie powoduje powstawania istotnych zjawisk związanych.
EP.3 Minimalizowanie przecieków między komorą pieca koksowniczego i komorą grzewczą
Opis: Przez systematyczne przeprowadzanie stałych prac konserwacyjnych pieca koksowniczego zgodnie z punktem PI.2 można uniknąć wystąpienia nieszczelności w warstwie cegieł ogniotrwałych. Nieszczelności w pęknięciach w warstwie cegieł ogniotrwałych umożliwiają gazom koksowniczym przejście do spalin z opalania pieca koksowniczego. Wywołuje to dodatkową emisję SO2, cząstek stałych i węglowodorów. Występowanie pęknięć jest łatwo wykrywalne przez widoczne emisje czarnego dymu z komina pieca koksowniczego podczas opalania. Jednakże nie jest łatwe zidentyfikowanie, która komora pieca koksowniczego przecieka. Jedną z technik lokalizowania pęknięć jest zapalenie pieców z obydwu boków pustego pieca. Położenie pęknięć uwidaczniane jest przez płomienie wydobywające się przez ściany do komory pieca.
Pęknięcia, otwory i inne uszkodzenia powierzchni wykładziny z cegły ogniotrwałej można skutecznie naprawić metodą spawania tlenotermicznego, silikonowania i poprzez natrysk cementu ogniotrwałego na sucho lub mokro. W niektórych skrajnych przypadkach niezbędne może okazać się odnowienie wykładziny cegły ogniotrwałej.
Zastosowanie: Technologia ta może być stosowana tylko w istniejących zakładach.
Wpływ na uzyskane poziomy emisji: Emisje mogą być zredukowane niemal do zera, gdy natrysk jest prawidłowo wykonany i występowanie pęknięć jest monitorowane. Pod tym względem również bardzo ważna jest jakość i stan ścian ogniotrwałych pieca koksowniczego.
Przykładowe zakłady: Wiele zakładów w Unii Europejskiej.
Oddziaływanie na środowisko: niedostępne
Bibliografia : [InfoMil,1997]
EP.4 Odpylanie przy operacji wypychania koksu
Opis: Zostało opracowanych kilka systemów minimalizujących emisje pyłów przy operacji wypychania koksu poprzez zastosowanie:
1. Bocznych kloszów koksu, obejmujących ewakuację i odpylanie.
Pyły są usuwane za pomocą bocznego klosza koksu i odpylania w filtrze tkaninowym.
2. Systemu odciągu kołpakowego.
Działa na zasadzie płuczki na mokro i wykorzystuje ciąg termiczny zapylonych gazów jednocześnie utrzymując koks w stanie suchym i unikając w ten sposób tworzenia się siarkowodoru.
3. Wozu kontenerowego.
Koks jest wyciskany bezpośrednio z komory pieca koksowniczego do wozu kontenerowego. Koks nie wchodzi w kontakt z tlenem i wytwarzane są tylko małe ilości pyłu. Stosuje się zwykle w połączeniu z gaszeniem koksu na sucho (patrz PI.7)
4. Urządzenia do transportu koksu z (połączonym w całość) okapem odciągowym i ruchomym urządzeniem odpylającym.
Pył jest usuwany za pomocą połączonych okapów odciągowych znajdujących się na urządzeniu do transportu koksu.
5. Urządzenia do transportu koksu z (połączonym w całość) okapem odciągowym, stacjonarnym urządzeniem do oczyszczania przewodów i gazu, przeważnie przez filtrowanie na filtrze tkaninowym (rysunek 6.13), tak zwany “System Minister Stein”
Podczas całego procesu wypychania wóz gaśniczy musi być ustawiony w obszarze wychwytywania układu odpylania (należy stosować jednopunktowy wóz gaśniczy z (połączonymi) okapami odciągowymi na urządzeniu do transportu koksu).
Rysunek 6.13: Przykład układu odpylania dla pyłu powstającego przy wypychaniu koksu
Zastosowanie: Odpylanie od strony koksu stosowane jest zarówno w nowych, jak i istniejących zakładach. W istniejących zakładach często jest wdrażane rozwiązanie techniczne dostosowane specjalnie do konkretnego zakładu. Czasami brak przestrzeni w zakładzie jest czynnikiem ograniczającym.
Wpływ na uzyskane poziomy emisji: Emisje pyłów bez ich obniżenia wynoszą około 500 g/t koksu. Z pięciu wymienionych wyżej technologii, “System Minister Stein” daje najlepsze parametry uzyskując > 99% skuteczność wychwytywania połączoną z istotną poprawą warunków pracy operatorów urządzeń (w przeciwieństwie do bocznych kloszów koksu). Można uzyskać współczynniki emisji (w kominie) poniżej 5g pyłu/t koksu (patrz również tabela 6.3).
W istniejących zakładach wielkość wychwytywania pyłu >99% jest również możliwa do uzyskania, jak pokazano w koksowni Ruhrkohle Hassel, Niemcy. Uzyskano tam stężenie pyłu w powietrzu wylotowym na poziomie <30 mg/Nm³. System ten był również oparty na zbieraniu (pyłów) przez przewód stacjonarny.
W zakładach stosujących system Minister Stein Często uzyskiwana jest wydajność instalacji odciągania powietrza na poziomie rzędu 200000 Nm³/h, jednakże zależy to od wielkości komory. Do zminimalizowania emisji pyłów jest stosowany filtr tkaninowy.
Zarejestrowana skuteczność wychwytywania i usuwania pyłu w systemie odciągu kołpakowego wynosi 95-96%.
Przykładowe zakłady:
System “Minister Stein”:
piec koksowniczy, United States Steel, Clairton Works, Pittsburgh, PA, Stany Zjednoczone;
bateria koksownicza w Sidmar, Belgia-Gent;
bateria koksownicza nr.5 Ruhrkohle Hassel, Niemcy;
piec koksowniczy Mannesmann Hűttenwerke Krupp, Niemcy – Huckingen;
piec koksowniczy Prosper, Niemcy-Bottrop;
piec koksowniczy 1, Hoogovens IJmuiden, Holandia-IJmuiden;
piec koksowniczy 2, Hoogovens IJmuiden, Holandia – IJmuiden.
System odciągu kołpakowego:
ACZ de Carbonization, Sluiskil, Holandia
Oddziaływanie na środowisko: Praca urządzenia odpylającego wymaga zasilania energią wykorzystywaną do napędzania otworów wentylacyjnych do odpowietrzania. Wychwycony pył może zostać zawrócony z powrotem do procesu technologicznego.
Bibliografia: [Eisenhut, 1988; InfoMil, 1997]
EP5. Gaszenie na mokro o zmniejszonej emisji
Opis: Gdy koks jest gaszony w wieży gaśniczej na skutek parowania wody gaśniczej z żarzącego się koksu wytwarzany jest pył i mgiełka pary wodnej, które są emitowane z dymem. Ilość porywanego pyłu zależy od warunków eksploatacyjnych, własności koksu i rodzaju dodawanej wody. Czyniono próby zredukowania emisji pyłów i oparów wody za pomocą zmian konstrukcyjnych i innych rozwiązań, na przykład przez spryskiwanie oparów wodą.
Rozwiązania optymalne obejmują zastosowanie płytkowych przegród kominowych i korzystniejszych konstrukcji wieży gaśniczej (rysunek 6.14).
Oprócz tego można zastosować gaszenie typu “zalewanie wodą od góry” jako modyfikację gaszenia koksu wodą. Następnie woda jest częściowo wtryskiwana przez układ instalacji rurowych znajdujących się w dnie wozu gaśniczego (zalewanie koksu) i częściowo natryskiwana na górną warstwę koksu (podczas, gdy w większości systemów gaszenia na mokro woda jest rozpryskiwana tylko na górną warstwę koksu). W ten sposób redukowane są emisje pyłów. Niemniej jednak sama wieża gaśnicza jest taka sama, jak przy gaszeniu od góry i jest wyposażona w takie samo urządzenie wychwytywania pyłu (rysunek 6.14). Jedyną wadą gaszenia metodą “zalewania od góry” jest emisja cząstek koksu z wozu gaśniczego z powodu gwałtownego formowania się pary pod i wewnątrz masy koksu w wozie gaśniczym.
Do budowy konstrukcji pracujących pod obciążeniem stosuje się specjalny rodzaj drewna. Obecnie urządzenie do wychwytywania pyłów składa się z pojedynczych ram, w których zainstalowano plastikowe płytki na kształt żaluzji.
Zastosowanie: Stosuje się zarówno w nowych jak, i istniejących zakładach. Istniejące wieże gaśnicze mogą być wyposażone w przegrody redukujące emisje. Aby zapewnić wystarczające warunki ciągu powietrza konieczna jest minimalna wysokość wieży wynosząca 30 m.
Główne uzyskane poziomy emisji: Emisja pyłów podczas gaszenia na mokro bez redukcji emisji wynosi około 200-400 g/t koksu. Przy opisanym systemie może ona być zredukowana do co najmniej 50 g/t koksu (przy współczynniku emisji przed obniżeniem maksymalnie na poziomie 250 g/t koksu i zawartości pyłów w wodzie gaśniczej poniżej 50 mg/l). Taki współczynnik emisji jest gwarantowany przez jedynego europejskiego dostawcę [Nathaus, 1997]. W praktyce zwykle uzyskuje się emisje mniejsze od 25 g/t koksu. Należy zauważyć, że trudne do wykonania są pomiary reprezentatywne. Podane współczynniki emisji zostały wyznaczone metodą VDI 2303 (Wytyczne pobierania próbek i pomiarów emisji pyłów przy gaszeniu na mokro).
Przykładowe zakłady: przykłady ostatnio wybudowanych lub zmodernizowanych wież gaśniczych z przegrodami redukującymi emisję są usytuowane w:
- Sidmar, Belgia-Gent
- Hüttenwerke Kruppmannesmann GmbH, Niemcy -Duisburg
- Kokerei Kaiserstuhl, Niemcy-Dortmund
- Kokerei Hassel, Niemcy-Gelsenkirchen
- Preussag Stahl AG, Niemcy – Salzgitter
Wszystkie te zakłady uzyskują poziomy emisji mniejsze niż 25 g pyłu/t koksu.
Oddziaływanie na środowisko: Zużywana jest dodatkowa energia przy natrysku wody, jednakże jest to wielkość nieistotna.
Doświadczenie eksploatacyjne: Na świecie istnieje wiele wież gaśniczych wyposażonych w przegrody redukujące emisje. Odnotowano pozytywne doświadczenia eksploatacyjne.
Rysunek 6.14: Schemat wieży gaśniczej z przegrodami redukującymi emisję
Aspekty ekonomiczne: Koszty modernizacji istniejącej wieży gaśniczej przez zabudowę z przegród redukujących emisję są rzędu 150000 – 200000 ecu1997. Koszty inwestycyjne kompletnej wieży gaśniczej z tym systemem wynoszą do 11 mln ecu1997 (wieża zakładu Kokerei Kaiserstuhl, Niemcy-Dortmund, która jest największa na świecie (15x15x50m)).
Cel wdrożenia: Zaspokojenie wymagań prawnych i nacisków władz lokalnych inicjujących modernizacje istniejących wież gaśniczych.
Bibliografia: [Nathaus, 1997]
EP.6 Usuwanie NOx ze spalin z opalania pieca koksowniczego
Opis: Emisje NOx pochodzące z opalania pieca koksowniczego są głównie minimalizowane przez wprowadzanie procesów zintegrowanych, jednakże można również zastosować techniki oczyszczania spalin na wyjściu.
W procesie selektywnej redukcji katalitycznej NOx w spalinach jest redukowany katalitycznie przez amoniak (NH3) do N2 i H2O. Często jako katalizator stosowany jest pięciotlenek wanadu (V2O5) i trójtlenek wolframu (WO3) na dwutlenku tytanu (TiO2) jako nośniku. Innymi możliwymi do zastosowania katalizatorami są tlenek żelaza i platyna. Optymalne temperatury pracy mieszczą się w zakresie od 300 do 400ºC. Takie wysokie temperatury zmniejszają odzysk energii w regeneratorach (optymalna temperatura wynosi 180-250ºC) pieców koksowniczych lub powodują konieczność dodatkowego nagrzewania spalin.
Szczególną uwagę należy zwrócić na dezaktywację katalizatora, gromadzenie się wybuchowego azotanu amonowego (NH4NO3), wyciek amoniaku i tworzenie się korodującego SO3.
Zastosowanie: ...
Puchaczo_o