Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC) Referenční dokument o nejlepších dostupných technikách. při výrobě ţeleza a oceli.

Transkript

1 Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC) Referenční dokument o nejlepších dostupných technikách při výrobě ţeleza a oceli Březen 2000 Překlad MPO ČR Překlad zpracovalo Hutnictví ţeleza, a.s., Praha

2 SHRNUTÍ Tento referenční dokument o nejlepších dostupných technikách pro průmysl ţeleza a oceli je odpovědí na poţadavek výměny informací podle článku 16, odstavce 2 Směrnice rady 96/61/EC. Na dokument je třeba pohlíţet z ohledem na předmluvu, která popisuje cíle dokumentu a jeho pouţití. Rozsah Dokument zahrnuje aspekty ţivotního prostředí při výrobě ţeleza a oceli v integrovaném hutním podniku (aglomerační závody, peletizační závody, koksovny, vysoké pece a kyslíkové konvertory, včetně plynulého odlévání nebo odlévání do ingotů) a při výrobě oceli v elektrické obloukové peci. Tento dokument neobsahuje zpracování ţelezných kovů po odlévání. Předkládané informace Nejdůleţitější problémy působení výroby ţeleza a oceli na ţivotní prostředí se týkají emisí do ovzduší a pevných odpadů resp. vedlejších produktů. Znečišťující látky v odpadní vodě pocházející z koksoven, vysokých pecí a kyslíkových konvertorů jsou nejzávaţnějšími emisemi do vody z tohoto odvětví. Proto nepřekvapuje, ţe o těchto aspektech jsou k dispozici dobré informace, ale jsou dostupné pouze omezené informace o emisích hluku a vibracích a příslušných opatřeních k jejich minimalizaci. Totéţ platí i o znečištění půdy, zdraví a bezpečnosti a také aspektech přírody. Kromě toho je málo dostupných informací o metodách vzorkování, analytických metodách, časových intervalech, metodách výpočtu a referenčních podmínkách, které jsou základem, na němţ jsou předloţené údaje postaveny. Uspořádání dokumentu Celkovou strukturu tohoto referenčního dokumentu (BREF) charakterizují tři hlavní části : všeobecné informace o sektoru informace o integrovaných podnicích výroby ţeleza a oceli informace o výrobě oceli v elektrických obloukových pecích Všeobecné informace zahrnují statistické údaje o výrobě ţeleza a oceli v EU, geografické rozdělení, ekonomické aspekty a zaměstnanost spolu s povšechným hodnocením významnosti odvětví pro ţivotní prostředí. Z důvodu komplikovanosti integrovaných hutních podniků je v kapitole 3 uveden přehled ještě předtím, neţ jsou poskytnuty úplné informace o hlavních výrobních etapách, kterými jsou : aglomerační závody ( kapitola 4) peletizační závody (kapitola 5) koksovny (kapitola 6) vysoké pece (kapitola 7) kyslíkové konvertory včetně odlévání (kapitola 8) Úplným souborem informací se rozumí veškeré informace o těchto výrobních etapách podle všeobecné osnovy k Referenčním dokumentům o nejlepších dostupných technikách (BAT) pro integrovanou prevenci a omezování znečištění (IPPC). Taková kompletace informací o racionálním uspořádání závodu je provedena proto, aby napomohla praktickému vyuţití dokumentu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana ii

3 Výroba oceli v elektrických obloukových pecích se zcela liší od integrovaných hutních závodů a proto se uvádí v samostatné kapitole (kapitola 9). Konečně se k celkovému dokreslení obrazu předkládají informace o nových/ alternativních technikách výroby ţeleza (kapitola 10). Kapitola 11 obsahuje závěry a doporučení. Obecné informace Ţelezo a ocel jsou důleţitými produkty, které se v široké míře vyuţívají. Výroba surové oceli dosáhla v roce 1995 v Evropské Unii 156,8 mil. t, coţ zhruba odpovídá 21 % světové výroby. V Evropské Unii se 2/3 surové oceli vyrábí prostřednictvím vysokopecního pochodu na 40 místech a 1/3 se vyrábí ve 246 elektrických obloukových pecích. V roce 1995 bylo v průmyslu ţeleza a oceli zaměstnáno lidí při vysokém počtu pracovníků v souvisejících oborech průmyslu jako je stavebnictví, výroba automobilů, strojírenství atd. VÝROBA ŢELEZA A OCELI Průmysl ţeleza a oceli je vysoce materiálově i energeticky náročným oborem průmyslu. Více neţ polovina materiálových vstupů přechází ve výstupy v podobě odcházejících plynů a pevných odpadů resp.vedlejších produktů. Většina příslušných emisí jsou ty, které odcházejí do ovzduší. Z celkových emisí převládají emise většiny znečišťujících látek z aglomeračních závodů. Ačkoliv se vynaloţilo velké úsilí, aby se emise sníţily, je příspěvek odvětví k celkovým emisím do ovzduší v rámci EU značný u řady znečišťujících látek, zejména některých těţkých kovů a PCDD/F (polychlorované dibenzo-dioxiny/furany). V minulosti se výrazně zvýšil podíl opětného vyuţití a recyklace pevných odpadů / vedlejších produktů, ale značná mnoţství se stále ještě zneškodňují na skládkách. Informace o hlavních výrobních závodech integrovaných hutních podniků (viz výše) a o výrobě oceli v elektrických obloukových pecích začínají stručným popisem pouţívaných pochodů a technik proto, aby se dosáhlo jasného pochopení jak problémů ţivotního prostředí, tak dalších informací. Údaje o emisích a spotřebách podrobně charakterizují vstupy a hmotnostní toky na výstupu rozdělené podle typu prostředí na ovzduší, vodu a půdu a také s ohledem na aspekty energie a hluku (pro aglomerační závody: tab. 4.1; pro peletizační závody: tab. 5.1; pro koksovny: tab.6.2 a 6.3; pro vysoké pece: tab. 7.1; pro kyslíkové konvertory a odlévání: tab. 8.2). Veškeré tyto údaje pocházejí ze stávajících zařízení a jsou pro posouzení popsaných technik, o nichţ se uvaţuje jako o moţných BAT velmi důleţité. Popis těchto technik má určité uspořádání (popis techniky, hlavní dosaţené úrovně, pouţitelnost, přenos vlivů z prostředí do prostředí, referenční závody, provozní údaje, motivace, ekonomika, odkaz na literaturu) a končí závěry o tom, co se povaţuje za BAT. Tyto závěry jsou zaloţeny na posouzení expertů Technické pracovní skupiny. BAT pro aglomerační závody (kapitola 4) Aglomerát, jako produkt procesu aglomerace materiálů s obsahem ţeleza představuje hlavní část vsázky do vysokých pecí. Nejzávaţnějšími výstupy do ţivotního prostředí jsou emise odpadního plynu z aglomeračního pásu, který obsahuje širokou paletu znečišťujících látek, jako je prach, těţké kovy, SO 2, HCl, HF, PAH a organochlorované sloučeniny (jako PCB a PCDD/F). Tedy většina popsaných technik, o kterých se uvaţuje jako o moţných BAT se týká sniţování emisí do ovzduší. Totéţ se pouţívá v závěrech; nejdůleţitějšími ukazateli jsou proto prach a PCDD/F. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana iii

4 Pro aglomerační závody se za BAT povaţují následující techniky nebo jejich kombinace. 1. Odprášení odpadního plynu za pouţití : - moderních elektrostatických odlučovačů (EO) (s pohyblivými elektrodami nebo pulsním systémem, vysokonapěťový provoz) nebo - elektrostatického odlučovače plus tkaninového filtru nebo - předběţného odprášení ( EO nebo cyklony) plus vysokotlaký mokrý vypírací systém Při vyuţití těchto technik se při běţném provozu dosahuje koncentrace emisí prachu < 50 mg/nm 3. V případě, ţe se pouţije tkaninový filtr, dosahují emise mg/nm Recirkulace odpadního plynu, v případě, ţe se nijak významně neovlivní kvalita aglomerátu aplikací: - recirkulace části odpadního plynu z celého povrchu aglomeračního pásu, nebo - recirkulace odpadního plynu po úsecích 3. Minimalizace emisí PCDD/F pomocí : - aplikování recirkulace odpadního plynu - úpravou odpadního plynu z aglomeračního pásu a to: - vyuţitím systému mokré vypírky jemných částic lze dosáhnout hodnot pod 0,4 ng I - TEQ/Nm 3, - tkaninovou filtrací s přídavkem prášku lignitového koksu se také dosahuje nízkých emisí PCDD/F (> 98 % sníţení, 0,1 0,5 ng I-TEQ/Nm 3, při čemţ toto rozmezí vychází ze 6 hodinového namátkového zkušebního vzorku a podmínek ustáleného stavu). 4. Minimalizace emisí těţkých kovů: - vyuţitím mokrých systémů vypírky jemných částic pro odstranění ve vodě rozpustných chloridů těţkých kovů, zejména chloridů olova, při účinnosti více neţ 90 % nebo aplikací filtrových lapačů s přídavkem vápna; - vyloučením prachu z posledního pole elektrostatického odlučovače z recyklace na aglomeračním pásu, jeho uloţením na zabezpečenou skládku (vodotěsnou, odběry a úprava výluhu), moţno po extrakci vodou s následným vysráţením těţkých kovů, aby se minimalizovalo ukládané mnoţství 5. Minimalizace pevného odpadu: - recyklací vedlejších produktů s obsahem ţeleza a uhlíku z integrovaných provozů s přihlédnutím k obsahu oleje u jednotlivých vedlejších produktů (< 0,1 %) - při tvorbě pevných odpadů se za BAT povaţují následující techniky podle pořadí důleţitosti: - minimalizace vzniku odpadu - selektivní recyklace zpět do aglomeračního procesu - tam, kde existují překáţky k internímu vyuţití, usilovat o vyuţití externí - pokud vyuţití není vůbec moţné, pak je alternativou pouze zneškodnění pod kontrolou v souladu s principem minimalizace 6. Sníţení obsahu uhlovodíků v aglomerační vsázce a vyloučení antracitu jako paliva - lze dosáhnout obsahu oleje v recyklovaných vedlejších produktech / zbytcích < 0,1 % 7. Rekuperace značného tepla - značné teplo z odpadního plynu chladiče aglomerátu lze rekuperovat a v některých případech lze uskutečnit rekuperaci i z odpadního plynu aglomeračního roštu. Vyuţití recirkulace odpadního plynu lze také povaţovat za způsob rekuperace značného tepla 8. Minimalizace emisí SO 2 např.: Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana iv

5 - sníţením síry na vstupu (vyuţitím koksového mouru o nízkém obsahu síry a minimalizací spotřeby koksového prachu, vyuţitím ţelezné rudy s nízkým obsahem síry); při těchto opatřeních lze dosáhnout emisních koncentrací < 500 mg SO 2 /Nm 3 - mokrým odsířením odpadního plynu lze dosáhnou sníţení emisí SO 2 o více neţ 98 % a koncentrace emisí SO 2 < 100 mg/nm 3. Vzhledem k vysokým nákladům by se mělo mokré odsíření odpadního plynu poţadovat pouze za takových okolností, kdy se pravděpodobně nesplní normy kvality ţivotního prostředí. 9. Minimalizace emisí NOx pomocí, např.: - recirkulace odpadního plynu - denitrifikace odpadního plynu za pouţití : - regeneračního pochodu s aktivním uhlíkem - selektivní katalytické redukce Vzhledem k vysokým nákladům se denitrifikace odpadního plynu pouţije pouze za těch okolností, kde se pravděpodobně nesplní normy kvality ţivotního prostředí 10. Emise do vody ( mimo chladící vody) - Tyto emise jsou relevantní pouze tehdy, pouţívá-li se vody k oplachu nebo pokud se provozuje systém mokré úpravy odpadního plynu. V těchto případech by se voda vypouštěná do recipientu měla upravovat vysráţením těţkých kovů, neutralizací a filtrací pískem. Dosahuje se koncentrací celkového organického uhlíku (TOC) < 20 mg C/l a koncentrace těţkých kovů < 0,1 mg/l (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn). - Pokud je příjemcem říční voda, musí se zaměřit pozornost na obsah solí. Chladící voda se můţe recyklovat. Principiálně jsou techniky bodů 1 10 pouţitelné jak na nová, tak stávající zařízení s přihlédnutím k předmluvě. BAT pro peletizační závody (kap.5) Peletizace je dalším pochodem ke spékání materiálů s obsahem ţeleza. Zatímco aglomerát se prakticky vţdy z různých důvodů v ocelárnách běţně vyrábí, pelety se vyrábějí hlavně v místech dolu nebo jeho dopravního překladiště. V EU z toho důvodu existuje jen jeden peletizační závod jako součást integrovaného hutního podniku a 4 závody jsou samostatné. Také u těchto závodů dominují problémům ţivotního prostředí emise do ovzduší. Následkem toho se většina popsaných technik, o nichţ se uvaţuje jako o moţných BAT týká emisí do ovzduší a závěry rovněţ. U peletizačních závodů se za BAT povaţují následující techniky, nebo kombinace technik: 1. Efektivní odstraňování hmotných částic, SO 2, HCl a HF z odpadního plynu vytvrzovacího pásu pomocí: - vypírání ve skrubru nebo - polosuchého odsiřování a následného odprášení ( např. absorbér pro suspenzi plynu) nebo jakéhokoliv jiného zařízení se stejnou účinností Dosaţitelná účinnost odstranění následujících sloučenin je: - hmotné částice: > 98 %, coţ odpovídá dosaţené koncentraci <10 mg prachu/nm 3 - SO 2 : > 80 %, coţ odpovídá dosaţené koncentraci < 20 mg SO 2 /Nm 3 - HF : > 95 %, coţ odpovídá dosaţené koncentraci < 1 mg HF /Nm 3 - HCl : > 95%, coţ odpovídá dosaţené koncentraci < 1 mg HCl /Nm 3 2. Emise do vody ze skrubrů se minimalizují pomocí uzavřených vodních okruhů, vysráţením těţkých kovů, neutralizací a filtrací pískem. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana v

6 3. Do procesu zabudované potlačování NOx; Projekt závodu by se měl optimalizovat rekuperací značného tepla a dosaţením nízkých emisí NOx ze všech úseků ohřevu (vytvrzovací pás, tam kde to lze aplikovat a sušení v mlýnicích) V jednom zařízení typu roštové pece uţívajícím rudu magnetitu se dosahuje emisí NOx pod 150 g/t pelet. V dalších zařízeních (stávajících nebo nových, téhoţ nebo jiného druhu, pouţívající tytéţ nebo jiné materiály) se musí řešení pro moţnou úroveň emisí NOx přizpůsobit podmínkám závodu a můţe se lišit od jednoho místa k druhému. 4. Minimalizace emisí NOx na konci procesu pomocí technik koncového čištění Selektivní katalytická redukce nebo jakákoliv jiná technika o účinnosti sníţení NOx alespoň 80 %. S ohledem na vysoké náklady by se o denitrifikaci odpadního plynu mělo uvaţovat jen v podmínkách, kde se pravděpodobně jinak nesplní normy kvality ţivotního prostředí; do dnešní doby nejsou systémy denitrifikace v provozu u ţádného komerčního peletizačního závodu. 5. Minimalizace pevného odpadu/vedlejších produktů Za BAT se povaţují následující techniky a to v sestupném pořadí priority: - minimalizace vzniku odpadu - efektivní vyuţívání (recyklace nebo opětné pouţití) pevných odpadů/vedlejších produktů - zneškodňování nevyhnutelných odpadů/vedlejších produktů pod kontrolou 6. Rekuperace značného tepla; Většina peletizačních závodů jiţ má vysoký podíl rekuperace energie. Pro další zlepšení je obvykle nutné řešení podle podmínek toho, kterého závodu. V zásadě jsou techniky vyjmenované pod body 1 6 vyuţitelné jak na nová, tak stávající zařízení s přihlédnutím k předmluvě. BAT pro koksovny ( kapitola 6) Koks je zapotřebí jako primární redukční činidlo ve vysokých pecích. U koksoven jsou také nejvýznamnější emise do ovzduší. Ale mnohé z nich jsou fugitivní emise z různých zdrojů, jako jsou úniky z vík, komorových dveří a dveřních vyrovnávačů, stoupaček a emise z určitých operací jako je zaváţení uhlí, vytlačování a hašení koksu. Kromě toho vznikají fugitivní emise z úpraven koksárenského plynu. Hlavním bodovým zdrojem emisí do ovzduší je odpadní plyn ze systémů vytápění. S ohledem na tuto speciální emisní situaci jsou podrobné informace sestaveny tak, aby poskytly přiměřené pochopení procesu. Nadále se většina technik, o kterých se uvaţuje při určování BAT, týká minimalizace emisí do ovzduší. Důraz se klade na hladký a bezporuchový provoz, stejně jako na údrţbu koksovacích pecí, coţ se zdá zcela zásadní. Odsíření koksárenského plynu je vysoce prioritním opatřením pro minimalizaci emisí SO 2 nejen u samotných koksoven, ale také u ostatních závodů, kde se pouţívá koksárenského plynu jako paliva. Dalším hlavním problémem koksoven je zneškodňování odpadní vody. Podrobné informace poskytují názornou představu společně s popsanými technikami k minimalizaci emisí do vody. Závěry odráţejí výše uvedené problémy. Ještě je nutno poznamenat, ţe suché hašení koksu se nepovaţuje za BAT obecně, ale pouze za určitých okolností. Pro koksovny se povaţují za BAT následující techniky nebo kombinace technik : 1. Obecně : - rozsáhlá údrţba koksovacích komor, pecních dveří a těsnění rámů, stoupaček, zaváţecích otvorů a dalšího vybavení (systematický program prováděný specielně vyškoleným personálem údrţby); Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana vi

7 - čištění dveří, rámového těsnění, zaváţecích otvorů a poklopů a stoupaček po manipulaci; - udrţování volného průtoku plynu v koksovacích pecích; 2. Zaváţení: - zaváţení zaváţecími vozy - podle jednotného stanoviska je preferovaným typem bezkouřové zaváţení nebo zaváţení po úsecích se zdvojenými stoupačkami nebo spojovacím potrubím, protoţe všechny plyny a hmotné částečky se upravují jako součást úpravy koksárenského plynu. Pokud se ale plyny jímají a upravují mimo koksovací pec, preferuje se úprava odlučovaných plynů ve stacionárním zařízení. Úprava by měla zahrnovat účinné odvádění a následné spálení a tkaninovou filtraci. Lze dosáhnout emisí hmotných částic < 5 g/t koksu. 3. Koksování: Jde o spojení následujících opatření : - Hladký, nepřerušovaný chod koksovací pece, vyhýbající se velkému kolísání teploty ; - Aplikace dveří s pruţným přizpůsobujícím se těsněním nebo dveří s rovnacími noţi (v případě pecí o výšce 5 m a dobrou údrţbou se dosahuje : - < 5 % viditelných emisí ( frekvence jakýchkoliv úniků pro celkový počet dveří) ze všech dveří nového závodu a - < 10 % viditelných emisí ze všech dveří u závodů stávajících - Vodou těsněné stoupačky, dosahující < 1 % viditelných emisí ( frekvence jakýchkoliv úniků pro celkový počet stoupaček) z celého potrubí; - Zatmelení zaváţecích otvorů suspenzí jílu ( nebo jiným vhodným těsnícím materiálem), čímţ se dosáhne < 1 % viditelných emisí ( frekvence jakýchkoliv úniků pro celkový počet otvorů) ze všech otvorů; - Vyrovnávání dveří vybavených těsnícími plášti dosahuje < 5 % viditelných emisí 4. Vytápění: - Pouţití odsířeného koksárenského plynu - Prevence úniku mezi koksovací komorou a vyhřívací komorou prostřednictvím pravidelného provozu koksovací pece a - Náprava při průsaku mezi koksovací komorou a vyhřívací komorou a - Při stavbě nových baterií zařadit techniky o nízkých NOx, jakými je stabilní spalování (v nových moderních závodech jsou dosaţitelné emise řádově g/t koksu resp mg/nm 3 ) Z důvodů vysokých nákladů se denitrifikace spalin (např. selektivní katalytickou redukcí) nevyuţívá, vyjma u nových závodů za okolností, kdy se pravděpodobně nesplní normy kvality ţivotního prostředí 5. Vytlačování: - Odsáváním pomocí zabudovaných sacích ventilátorů u stroje na přepravu koksu a úpravou jímaného plynu ve stacionární jednotce pomocí tkaninových filtrů a vyuţitím jednočelních hasících vozů se dosahuje méně neţ 5 g tuhých částic/t koksu (komínové emise) 6. Hašení: - Emise potlačované při mokrém hašení s méně neţ 50 g tuhých částic/t koksu (stanovené podle metody VDI- německá norma). Zabraňuje se vyuţití provozní vody se značným obsahem organických látek (jako je surová odpadní voda z koksovací pece, odpadní voda s vysokým obsahem uhlovodíků atd.) jako vody k hašení. - Suché hašení koksu s rekuperací značného tepla a odstraňování prachu z pochodů zaváţení, manipulace a třídění pomocí tkaninové filtrace. S ohledem na současné ceny energie v EU stanoví opatření z důvodů nákladů na přístrojové vybavení a provoz při porovnání s přínosy pro ţivotní prostředí přísná omezení pro aplikování suchého hašení koksu. Kromě toho musí být k dispozici moţnost vyuţít získanou energii Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana vii

8 7. Odsiřování koksárenského plynu: - odsiřování pomocí absorpčních systémů (obsah H 2 S v rozvodném plynu mg H 2 S/Nm 3, nebo - Oxidační odsiřování (<500 mg H 2 S/Nm 3 ), za předpokladu, ţe je do značné míry potlačen přenos toxických látek z jednoho prostředí do druhého 8. Plynotěsný provoz při úpravně plynu ze zařízení: Měla by být přijata veškerá opatření ke skutečně plynotěsnému provozu při úpravě plynu ze zařízení jako je : - minimalizace počtu přírub svařováním potrubních spojů, kdekoliv je to moţné - vyuţití plynotěsných čerpadel (např. magnetických čerpadel) - zamezení emisí z tlakových ventilů u zásobních nádrţí pomocí propojení konců ventilů do hlavního sběrače koksárenského plynu (nebo pomocí jímání plynů a následným spálením) 9. Předúprava odpadní vody: - Účinné strhávání amoniaku za pouţití alkálií Účinnost jímání by se měla týkat i následné úpravy odpadní vody. Jímáním lze dosáhnout výstupní koncentrace čpavku 20 mg/l; - Odstraňování dehtu 10. Úprava odpadní vody: Biologickou úpravou odpadní vody se zabudovanou jednotkou nitrifikace/ denitrifikace lze dosáhnout: - CHSK : > 90 % - S 2- : < 0,1 mg/l - PAH (6 Borneff) : < 0,05 mg/l - CN - : < 0,1 mg/l - fenoly : < 0,5 mg/l - suma NH + 4, NO - 3 a NO - 2 : < 30 mg N/l - suspendované částice : < 40 mg/l Tyto koncentrace odpovídají specifickému objemovému průtoku odpadní vody 0,4 m 3 /t koksu. V zásadě jsou techniky vyjmenované pod body 1 10 pouţitelné jak na nové, tak stávající zařízení se zřetelem k předmluvě, vyjma technik o nízkých NOx ( ty jsou pouze pro nové závody). BAT pro vysoké pece ( kapitola 7) Vysoké pece zůstávají zdaleka nejdůleţitějším pochodem výroby surového ţeleza z materiálů s obsahem ţeleza. Z důvodu značného vstupního mnoţství redukčních činidel ( hlavně koksu a uhlí), spotřebuje tento pochod většinu celkové energie přiváděné do integrovaných hutních podniků. Příslušné emise přecházejí do všech médií ţivotního prostředí a jsou podrobně popsány. Proto se popsané techniky, o kterých se uvaţuje při určování BAT dotýkají všech těchto aspektů včetně minimalizace vstupní energie. Následné závěry se zaměřují hlavně na sníţení prachu z licí haly, úpravu odpadní vody z vypírky vysokopecního plynu, opětné vyuţití strusky a prachu resp. kalů a konečně i na minimalizaci vstupní energie a vyuţití vysokopecního plynu. Pro vysoké pece se povaţují za moţné BAT následující techniky, nebo kombinace technik: 1. Rekuperace vysokopecního plynu; 2. Přímá injektáţ redukčních činidel; Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana viii

9 např. se jiţ odzkoušela injektáţ prachového uhlí v mnoţství 180 kg/t surového ţeleza, ale by se pouţít i vyšších podílů; mohlo 3. Rekuperace energie z tlaku kychtového plynu vysoké pece tam, kde jsou k tomu předpoklady 4. Ohřívače větru - lze dosáhnout koncentrace emisí prachu < 10 mg/nm 3 a méně neţ 350 mg NOx/Nm 3 (vztaţeno na obsah kyslíku 3 %) - úspory energie, kde to projekt umoţňuje 5. Vyuţití bezdehtové vyzdívky ţlabů; 6. Úprava vysokopecního plynu účinným odprášením; - především se odstraňují hrubé hmotné částice pomocí suchých odlučovacích technik (např. deflegmátorem) a mohou se opětně vyuţít. Následně se odstraňují jemné částice pomocí: - skrubru nebo - mokrého elektrostatického odlučovače nebo - jakékoli techniky, která dosahuje stejné účinnosti odloučení; Je moţná zbytková koncentrace hmotných částic < 10 mg/nm 3 7. Odprášení licí haly (odpichových otvorů, shrnovačů strusky, míst plnění torpédových pánví); Emise by se měly sníţit zakrytím ţlabů a odsáváním uvedených emisních zdrojů a čištěním pomocí tkaninové filtrace nebo elektrostatickým odlučováním. Lze dosáhnout koncentrací emisí prachu v rozmezí 1-15 mg/nm 3. Se zřetelem k fugitivním emisím lze dosáhnout 5 15 g prachu / t surového ţeleza; tedy je důleţitá účinnost jímání kouřových plynů. Potlačení kouře pouţitím dusíku ( za specifických podmínek, např. tam, kde to projekt licí haly umoţňuje a je k dispozici dusík). 8. Úprava odpadní vody z vypírání vysokopecního plynu; a) opětné pouţití vypírací vody v maximální moţné míře; b) koagulace / sedimentace suspendovaných částic ( jako roční průměr lze dosáhnout < 20 mg/l suspendovaných částic při jednotlivé denní hodnotě aţ 50 mg/l); c) hydrocyklonace kalu s následným vyuţitím hrubé frakce tam, kde dělení podle velikosti zrn umoţňuje skutečnou separaci 9. Minimalizace emisí z úpravy strusky a jejího ukládání na skládku; Úprava strusky především pomocí granulace, kde to podmínky trhu umoţňují. Kondenzace kouřových plynů, pokud se vyţaduje zmenšit zápach; Kdekoliv se struska odlévá do jámy, mělo by se minimalizovat přehnané chlazení vodou, nebo se mu vyhnout tam, kde je to moţné a kde to omezený prostor umoţňuje. 10. Minimalizace pevného odpadu/vedlejších produktů; U pevných odpadů se povaţují za BAT následující techniky podle sestupného pořadí priorit: a) minimalizace vzniku pevného odpadu b) efektivní vyuţití (recyklace nebo opětné vyuţití) pevných odpadů/vedlejších produktů; zejména recyklace hrubého prachu z úpravy vysokopecního plynu a prachu z odprašování licí haly, vyuţití veškeré strusky ( např. v cementářském průmyslu nebo při stavbě silnic) c) zneškodnění nevyhnutelných odpadů/ vedlejších produktů pod kontrolou (jemná frakce kalu z úpravy vysokopecního plynu, součást stavebního rumu) V zásadě jsou techniky vyjmenované pod body 1-10 aplikovatelné jak na nové, tak stávající zařízení s přihlédnutím k předmluvě. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana ix

10 BAT pro kyslíkové ocelárny a odlévání ( kapitola 8) Cílem kyslíkové výroby oceli je oxidovat neţádoucí nečistoty ještě stále obsaţené v horké tavenině z vysokých pecí. To zahrnuje předběţnou úpravu taveniny, oxidační pochod v kyslíkovém konvertoru, úpravu sekundární metalurgií a odlévání (kontinuální a nebo do ingotů). Hlavními problémy spojenými s ţivotním prostředím jsou emise do ovzduší z rozličných zdrojů a různé pevné odpady/vedlejší produkty. Uvádí se jejich popis. Kromě toho vzniká odpadní voda z mokrého odprašování ( pokud se aplikuje) a z kontinuálního odlévání. Následně se techniky, povaţované za moţné BAT dotýkají těchto aspektů stejně jako rekuperace konvertorového plynu. Závěry se hlavně zabývají minimalizací emisí prachu z různých zdrojů a opatřením pro opětné vyuţití nebo recyklaci pevného odpadu/vedlejších produktů, odpadní vody z mokrého odprašování a rekuperace konvertorového plynu. U výroby oceli v kyslíkových konvertorech a odlévání se za BAT povaţují následující techniky nebo kombinace technik. 1. Odlučování hmotných částic z předúpravy taveniny (včetně přepravy taveniny, odsiřování a odstruskování pomocí : - efektivního odsávání - následného čištění pomocí tkaninové filtrace a elektrostatických odlučovačů Lze dosáhnout koncentrace emisí 5 15 mg prachu/nm 3 s pytlovými lapači a mg/nm 3 s elektrostatickými odlučovači 2. Rekuperace konvertorového plynu a primární odprašování při aplikaci: - nedokonalého spalování a - suchých elektrostatických odlučovačů (v podmínkách nových i stávajících) nebo - vypírání ve skrubrech ( ve stávajících podmínkách) Jímaný konvertorový plyn se čistí a skladuje pro následné pouţití jako palivo. V některých případech nemusí být rekuperace konvertorového plynu ekonomická, nebo s ohledem na příslušné energetické hospodářství ani proveditelná. V takových případech se konvertorový plyn můţe spalovat při výrobě páry. Způsob spalování (dokonalé spalování nebo nedokonalé spalování) závisí na místním energetickém hospodářství. Jímaný prach a nebo kaly by se měly v maximální míře recyklovat. Obvykle mají vysoký obsah zinku. Speciální pozornost by se měla věnovat emisím hmotných částic z odpichových otvorů. Takový otvor by se měl během dmýchání kyslíku zakrýt a v případě nutnosti injektovat do něho inertní plyn k rozptýlení hmotných částic. 3. Sekundární odprašování za pouţití: - efektivního jímání během zaváţení a odpichu s následným čištěním pomocí tkaninové filtrace, elektrostatických odlučovačů nebo jakékoliv další techniky se stejnou účinností odlučování. Lze dosáhnout účinnosti jímání okolo 90 %. V případě pytlových lapačů lze dosáhnout zbytkového obsahu prachu 5-15 mg/nm 3 a v případě pouţití elektrostatických odlučovačů mg/nm 3. Obvykle je v prachu vysoký obsah Zn. - efektivní jímání během manipulace s taveninou (přelévání pánví), odstruskování taveniny a sekundární metalurgie s následným čištěním pomocí tkaninové filtrace nebo jakékoliv jiné techniky se stejnou účinností odloučení. V takových provozech lze dosáhnout emisních faktorů pod 5 g/t tekuté oceli. Potlačení kouřových plynů inertním plynem během přelévání taveniny z torpédové pánve (nebo míchačky taveniny) na zaváţenou pánev tak, aby se minimalizoval kouř a tvorba prachu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana x

11 4. Minimalizace a potlačování emisí do vody z primárního mokrého odprášení konvertorového plynu při aplikaci následujících opaření: - suché čištění konvertorového plynu se můţe aplikovat, pokud to dovoluje prostor: - maximálně moţná recyklace vypírací vody (např. pomocí injektáţe CO 2 v případě systémů nedokonalého spalování; - koagulace a sedimentace suspendovaných látek; lze dosáhnout 20 mg suspendovaných látek/l 5. Potlačení emisí do vody z přímého chlazení a strojů na kontinuální odlévání pomocí: - maximálně moţné recyklace provozní a chladící vody - koagulace a sedimentace suspendovaných látek - odstraňování oleje za pouţití sběrných zásobníků nebo jakéhokoliv jiného účinného zařízení; 6. Minimalizace pevného odpadu Při vzniku pevného odpadu se za BAT povaţují následující techniky podle sestupného pořadí priority: - minimalizace vzniku odpadu - efektivní vyuţití (recyklace nebo opětné pouţití) pevných odpadů / vedlejších produktů; zejména recyklace konvertorové strusky a hrubého a jemného prachu z úpravy konvertorového plynu; - zneškodnění nevyhnutelných odpadů pod kontrolou V zásadě se techniky podle poloţek 1 6 dají aplikovat jak na nové, stejně jako na stávající zařízení ( pokud není uvedeno jinak) s přihlédnutím k předmluvě. BAT pro elektrickou výrobu oceli a odlévání ( kapitola 9 ) Přímé tavení materiálů s obsahem ţeleza, hlavně šrotu se obvykle provádí v elektrických obloukových pecích, které potřebují značné mnoţství elektrické energie a mají za následek značné emise do ovzduší, pevné odpady /vedlejší produkty, hlavně prach z filtrů a strusky. Emise do ovzduší z pece tvoří široká paleta anorganických sloučenin (prach oxidů ţeleza a těţkých kovů) a organické sloučeniny jako důleţité organochlorované sloučeniny, chlorbenzeny, PCB a PCDD/F. Techniky, které se povaţují za moţné BAT reflektují tuto skutečnost a na tyto problémy se soustřeďují. V závěrech, pokud jde o emise do ovzduší, jsou nejrelevantnějšími ukazateli prach a PCDD/F. Předehřev šrotu se také povaţuje za BAT, právě tak, jako opětné pouţití/ recyklace strusky a prachu. Pro elektrickou výrobu oceli a odlévání se za BAT povaţují následující techniky nebo kombinace technik: 1. Efektivní jímání prachu - ve spojení s přímým odsáváním výstupního plynu (ze 4.nebo 2. otvoru) a systémy odtahů (krytů se sacími ventilátory) nebo - kapotáţí (dog-house) a systémy digestoří nebo - odsáváním celé budovy Lze dosáhnout 98 % účinnosti odloučení primárních a sekundárních emisí z elektrické obloukové pece, nebo i více. 2. Odprašování odpadního plynu za pouţití: - dobře navrţeného tkaninového filtru, kterým se dosahuje méně neţ 5 mg prachu/nm 3 u nových závodů a méně neţ 15 mg prachu/nm 3 u závodů stávajících, oboje stanovené jako denní střední hodnoty. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xi

12 Minimalizace obsahu prachu souvisí s minimalizací emisí těţkých kovů vyjma těţkých kovů přítomných v plynné fázi, jako je rtuť. 3. Minimalizace organochlorovaných sloučenin, zejména polychlorovaných dibenzo-dioxinů a furanů (PCDD/F) a emisí PCB pomocí: - vhodného dospalování uvnitř systému vedení odpadního plynu nebo v oddělené dospalovací komoře s následným rychlým ochlazením, aby se předešlo novým syntézám a/ nebo - injektáţí lignitového prachu do vedení před tkaninovými filtry Lze dosáhnout koncentrace emisí PCDD/F 0,1 0,5 ng I-TEQ/Nm Předehřev šrotu (ve spojení s 3.), aby se rekuperovalo značné teplo z primárního výstupního plynu - při předehřevu části šrotu se můţe ušetřit asi 60 kwh/t, v případě předehřevu celkového mnoţství šrotu lze ušetřit aţ 100 kwh/t tekuté oceli. Moţnost aplikace předehřevu šrotu závisí na místních okolnostech a musí se prokázat od závodu k závodu. Pouţije-li se předehřevu šrotu, musí se věnovat pozornost moţnému nárůstu emisí organických znečišťujících látek. 5. Minimalizace pevného odpadu/vedlejších produktů Pro tuhé odpady jsou v sestupném pořadí priority povaţovány za BAT následující techniky: - minimalizace vzniku odpadu - minimalizace odpadu recyklací elektropecních strusek a prachů z filtrů; v závislosti na místních podmínkách se prach z filtrů můţe recyklovat do elektrické obloukové pece, aby se dosáhlo aţ 30 % obohacení zinkem. Prach z filtrů s obsahem více neţ 20 % Zn se můţe pouţít v průmyslu neţelezných kovů. - prachy z filtrů z výroby vysokolegovaných ocelí se mohou zpracovávat za účelem získání legujících kovů. - mnoţství vznikajících pevných odpadů, kterým se nedá předejít, nebo se nemohou recyklovat, by se mělo sníţit na minimum. Jestliţe existují překáţky pro jakoukoliv minimalizaci nebo opětné vyuţití, je alternativou pouze zneškodnění pod kontrolou. 6. Emise do vody - uzavřený okruh systému chlazení vodou při chlazení zařízení pece - odpadní voda z kontinuálního odlévání: - maximálně moţná recyklace chladící vody - sráţení/sedimentace suspendovaných látek - odstranění oleje ve vyrovnávacích nádrţích nebo v jakémkoliv jiném účinném zařízení V zásadě jsou techniky uvedené pod body 1 6 pouţitelné na nové stejně jako stávající zařízení s přihlédnutím k předmluvě. Úroveň shody Tento BREF poţívá vysoké míry shody. Během diskuzí v Technické pracovní skupině a na Informačním fóru pro výměnu informací nebyl zaznamenán ţádný rozpor. V názorech na dokument existuje zřetelný soulad. PŘEDMLUVA 1. Status dokumentu Není-li uvedeno jinak, míní se pojmem Směrnice, Směrnice Rady 96/61/EC o integrované prevenci a regulaci znečištění. Tento dokument tvoří součást materiálů, které předkládají výsledky výměny Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xii

13 informací mezi členskými státy EU a sektory průmyslu, které se týkají nejlepších dostupných technik (BAT), souvisejícího monitorování a jejich vývoje. */ Informace zveřejňuje Evropská komise podle článku 16, odstavec 2 Směrnice a je třeba je brát v úvahu v souladu s Přílohou IV Směrnice, kdyţ se určují nejlepší dostupné techniky /. * Pozn: Závorky se odstraní, jakmile bude procedura zveřejňování Komisí dovedena do konce. 2. Právní závazky týkající se Směrnice IPPC a definice BAT Aby se uţivateli napomohlo pochopit právní rámec, v němţ byl tento dokument zkoncipován, popisují se v této předmluvě nejdůleţitější ustanovení Směrnice IPPC včetně definice termínu nejlepší dostupné techniky. Tento popis je bezpochyby neúplný a uvádí se pouze pro informaci. Nemá statut právní normy a ţádným způsobem neupravuje nebo nepředjímá skutečná ustanovení Směrnice. Účelem Směrnice je dosáhnout integrované prevence a omezení vznikajícího znečištění u činností vyjmenovaných v její Příloze I, coţ povede k vysoké úrovni ochrany ţivotního prostředí jako celku. Právní podstata Směrnice se vztahuje k ochraně ţivotního prostředí. Při jejím uplatňováním by se měly zohlednit také další cíle Společenství jako je konkurenceschopnost průmyslu Společenství, a tím přispět k udrţitelnému rozvoji. Konkrétněji to poskytuje systém pro povolování provozu určitých kategorií průmyslových zařízení, který vyţaduje jak na provozovatelích tak na inspekcích přijmout celkový integrovaný pohled na znečištění a výši spotřeb u zařízení. Celkovým záměrem takového integrovaného přístupu musí být zdokonalování řízení a regulace průmyslových pochodů tak, aby se zajistila vysoká úroveň ochrany ţivotního prostředí jako celku. Ústředním bodem takového přístupu je obecná zásada uvedená v článku 3, ţe provozovatelé by měli přijmout veškerá opatření pro prevenci znečištění zejména pomocí aplikace nejlepších dostupných technik, které jim umoţňují zlepšit působení jejich provozů na ţivotní prostředí. Termín nejlepší dostupné techniky se definuje v článku 2, odstavec 11 Směrnice jako nejúčinnější a nejpokročilejší stav vývoje činností a jejich způsobů provozu, které v zásadě naznačují praktickou vhodnost dané techniky k zajištění základu pro hodnoty emisních limitů určených k prevenci a tam, kde to není v praxi uskutečnitelné, pak celkově sníţit emise a dopad na ţivotní prostředí jako celek. Článek 2, odstavec 11 pokračuje vysvětlením této definice dále kde: - techniky zahrnují jak pouţívané technologie, tak způsoby kterými se zařízení vyprojektuje postaví, udrţuje, provozuje a odstaví z provozu; - dostupné techniky jsou ty, které jsou vyvinuty v měřítku, které umoţňuje uplatnění v příslušném průmyslovém odvětví za ekonomicky a technicky reálných podmínek při zohlednění nákladů a výhod, zda se techniky pouţívají nebo vyrábějí v dotyčném členském státě nebo ne, jak dalece přiměřeně jsou dosaţitelné pro provozovatele - nejlepší znamená nejefektivnější při dosaţení celkové vysoké úrovně ochrany ţivotního prostředí jako celku. Kromě toho Příloha IV Směrnice obsahuje seznam opatření, která je třeba vzít při určování nejlepších dostupných technik v úvahu obecně nebo ve specifických případech, při zohlednění pravděpodobných nákladů a přínosů opatření a zásad opatrnosti a prevence. Tato opatření zahrnují informace zveřejněné Komisí podle článku 16, odstavec 2. Kompetentní orgány odpovědné za vydání povolení se ţádají, aby při stanovení podmínek pro povolení počítaly s hlavními zásadami uvedenými v článku 3. Tyto podmínky musí obsahovat hodnoty emisních limitů doplněné a nahrazené tam, kde je to vhodné ekvivalentními parametry nebo technickým opatřením. Podle článku 9, odstavec 4 Směrnice musí být tyto hodnoty emisních limitů, ekvivalentní parametry a technická opatření bez dotčení souladu s normami kvality ţivotního prostředí zaloţeny na nejlepších dostupných technikách, aniţ by se předepisovalo pouţití jakékoliv techniky Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xiii

14 nebo specifické technologie, ale musí brát v úvahu technické charakteristiky dotyčného zařízení, jeho geografické umístění a místní podmínky ţivotního prostředí. Za všech okolností musí podmínky povolení zahrnovat návrhy na minimalizaci dálkového přenosu přeshraničního znečištění a musí zajistit vysokou úroveň ţivotního prostředí jako celku. Členské státy mají povinnost zajistit podle článku 11 Směrnice, ţe kompetentní orgány budou sledovat nebo se budou informovat o vývoji nejlepších dostupných technik. 3. Cíle dokumentu Článek 16, odstavec 2 Směrnice ţádá Komisi, aby organizovala výměnu informací mezi členskými státy a průmyslem o dotyčných nejlepších dostupných technikách spojených s monitorováním a jejich vývojem a zveřejňovala výsledky této výměny. Účel výměny informací je zakotven v citaci 25 Směrnice, která říká vývoj a výměna informací na úrovni Společenství o nejlepších dostupných technikách napomůţe ke kompenzaci nerovnováhy v technologiích pouţívaných ve Společenství, podpoří rozšíření limitních hodnot a technik pouţívaných ve Společenství na celosvětovou úroveň a pomůţe členským státům v účinném prosazování této Směrnice. Komise (Environment DG) ustavila Fórum pro výměnu informací, aby napomáhalo práci podle článku 16, odstavec 2 a zastřešovalo několik technických pracovních skupin. Jak poţaduje článek 16, odstavec 2, tvoří Informační fórum i Technické pracovní skupiny zástupci členských států a průmyslu v souladu s poţadavkem článku 16, odstavec 2. Účelem série těchto dokumentů je správně reflektovat výměnu informací, která je zakotvena v souladu s poţadavkem článku 16, odstavec 2 a poskytovat informace o referencích povolovacímui úřadu, aby je zohlednil při stanovení podmínek povolení. Při poskytování příslušných informací týkajících se nejlepších dostupných technik, by měly tyto dokumenty působit jako hodnotné nástroje k prosazování provozů ohleduplných k ţivotnímu prostředí. 4. Zdroje informací Tento dokument představuje souhrn informací shromáţděných z mnoha zdrojů, včetně, zejména, expertního vyjádření skupin, ustavených k tomu, aby pomáhaly Komisi při její práci a pověřených sluţbami Komisi. Všechny příspěvky se s díky přijímají. 5. Jak pochopit tento dokument Je záměrem, aby se informace poskytnuté v tomto dokumentu pouţily jako vstupní údaje při stanovení BAT ve specifických případech. Pokud se určují BAT a na jejich základě se stanoví podmínky pro povolení, je třeba vţdy vzít v úvahu hlavní cíl, dosáhnout vysoké úrovně ochrany ţivotního prostředí jako celku. Dále se v této části uvádějí typy informací, které se vyskytují v kaţdém uceleném oddíle tohoto dokumentu. Kapitoly 1,2 a 3 poskytují informace o průmyslovém odvětví a 1. části kapitol 4 9 podávají informace o průmyslových pochodech, které se v tomto odvětví pouţívají. Současné emise a úroveň spotřeb se uvádějí ve druhé části v kaţdé z kapitol 4 9 a odráţejí stav stávajících zařízení v době zpracování tohoto dokumentu. Ve třetí části kapitol 4 9 se podrobněji popisuje omezování emisí a další techniky, o kterých se uvaţuje jako o nejpřiměřenějších BAT a na nich zaloţených podmínkách pro povolení. Tyto informace obsahují úrovně spotřeb a emisí, které se předpokládá dosáhnout při pouţití techniky, s nástinem hrubých nákladů a moţných přenosů dopadů z jednoho prostředí do druhého a rozsah ve kterém se dá technika pouţít pro paletu zařízení, které potřebují povolení podle IPPC, např. pro nová, stávající, velká zařízení nebo malá. Techniky, na něţ se všeobecně pohlíţí jako na zastaralé, zařazeny nejsou. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xiv

15 Závěry v kaţdé části z kapitol 4 9 uvádějí techniky a úroveň emisí a spotřeb, které se povaţují za kompatibilní s BAT v obecném slova smyslu. Záměrem je poskytnout tímto způsobem obecné ukazatele zohledňující výši emisí a spotřeb, které lze povaţovat za přiměřené referenční body, které napomáhají při stanovení podmínek zaloţených na BAT nebo pro stanovení obecných závazných pravidel podle článku 9, odstavec 8,. Je však třeba zdůraznit, ţe tento dokument nenavrhuje hodnoty emisních limitů. Stanovení přiměřených podmínek pro povolení musí zohlednit místní, pro dané místo specifické faktory, jako jsou technické charakteristiky dotyčného zařízení, jeho geografické umístění a místní podmínky ţivotního prostředí. V případě stávajících zařízení je při jejich modernizaci třeba vzít v úvahu rovněţ ekonomickou a technickou realizovatelnost. Dokonce i samotný cíl zajištění vysoké úrovně ochrany ţivotního prostředí jako celku bude často kompromisem při posouzení různého typu dopadů na ţivotní prostředí a taková posouzení budou často ovlivňována místními opatřeními. Ačkoliv je snahou řešit takové problémy, není moţné, aby se v tomto dokumentu uvaţovaly do důsledku. Techniky a úrovně předloţené v závěrečné části o nejlepších dostupných technikách u kaţdé z kapitol 4 9 nemusí být tedy nutně vhodné pro kaţdé zařízení. Na druhé straně povinnost zajistit vysokou úroveň ochrany ţivotního prostředí včetně minimalizace dálkových přenosů nebo přeshraničního znečištění vede nutně k závěru, ţe podmínky povolení nemohou být zaloţeny čistě jen na místních okolnostech. Je proto nanejvýš důleţité, aby informace obsaţené v tomto dokumentu byly povolovacími orgány zohledněny celkově. Poněvadţ se nejlepší dostupné techniky během času budou měnit, provede se revize tohoto dokumentu a přiměřeně se zaktualizuje. Všechny připomínky a návrhy by se měly adresovat Evropské kanceláři pro IPPC při Institutu pro Studie perspektivních technologií na následující adresu: World Trade Center, Isla dela Cartuja s/n, E Seville-Spain Telefon: eippcb@jrc.es internet: fax: Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xv

16 Referenční dokument o nejlepších dostupných technikách pro výrobu primárního ţeleza a oceli SHRNUTÍ... II PŘEDMLUVA... XII 1 VŠEOBECNÉ INFORMACE Celková výroba oceli v Evropě a ve světě Geografické rozdělení výroby oceli v EU Investice a zaměstnanost v průmyslu ţeleza a oceli Evropské unie Ekonomická situace Závaţnost vlivů průmyslu ţeleza a oceli na ţivotní prostředí SKLADOVÁNÍ A MANIPULACE SE SUROVINAMI PŘEHLED VÝROBY OCELI Způsoby výroby oceli Integrovaný hutní podnik (integrovaná ocelárna) Přehled postupů Vzájemná závislost různých výrobních pochodů/jednotek se zřetelem k energii, vedlejším produktům / odpadům, ovzduší a vodě Energie Pevné odpady/vedlejší produkty Voda AGLOMERAČNÍ ZÁVODY Aplikované postupy a techniky Účel spékacího procesu Míchání a příprava směsí surovin Provoz aglomeračního pásu Třídění horkého aglomerátu a chlazení Současné ÚROVNĚ spotřeb a EMisí Přehled hmotných toků a údaje o vstupu a výstupu Aglomerační závod - přehled hmotných toků Informace o hmotnostních tocích jednotlivých emisí Podrobné informace o emisích do ovzduší Informace o emisích do vody Informace o pevných odpadech Informace o energetických aspektech Informace o emisích hluku Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT l Techniky integrované do procesu ( PI ) Techniky koncového čištění (End of pipe - EP) Závěry Techniky právě objevené (vyvíjené) a budoucí vývoj Katalyzátory pro odstranění PCDD/F PELETIZAČNÍ ZÁVODY Pouţívané pochody a techniky Drcení a sušení/odvodňování Příprava čerstvých sbalků Vytvrzování Zpracování na rovném roštu Zpracování v roštové peci Třídění a manipulace Současná spotřeba a úroveň emisí Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Informace o hmotných tocích jednotlivých emisí Emise hmotných částic z drcení Emise NOx z vytvrzování a sušení Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xvi

17 Emise tuhých částic a plynné emise z vytvrzovacího pásu Emise SO2 z vytvrzování Emise HCl a HF Odpadní voda Pevný odpad Potřeba energie Techniky, o nichţ se uvaţuje při stanovení BAT Závěry Techniky právě objevené (vyvíjené) Procesy se začleněným potlačováním emisí NOx u vytvrzovacího pásu Pelety tmelené za studena Další moţné techniky K O K S O V N Y Pouţívané postupy a techniky Manipulace s uhlím Procesy v koksovacích komorách baterie Zaváţení uhlí Ohřev/ zapalování komor Koksování Vytlačování a hašení koksu Manipulace s koksem a třídění Záchyt a úprava koksárenského plynu s rekuperací vedlejších produktů Chlazení plynu Získávání dehtu z koksárenského plynu Odsiřování koksárenského plynu Získávání čpavku z koksárenského plynu Rekuperace lehkého oleje z koksárenského plynu Průtoky vody koksovnou Současná spotřeba / úrovně emisí Obr. 6.10: Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Informace o emisích do ovzduší Informace o emisích do vody Kontinuální emise do vody Diskontinuální emise do vody Potřeba energie Znečištění půdy Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT Závěry Techniky právě objevené (vyvíjené) a budoucí vývoj VYSOKÉ PECE Pouţívané postupy Zaváţení Ohřívače větru Vysoké pece Všeobecný popis Plyn z kychty vysoké pece (VP plyn = vysokopecní plyn) Zinek a olovo Přímá injektáţ redukčních činidel Odlévání Zpracování strusky Proces struskové jámy Proces peletizace strusky Současné emise a úroveň spotřeb Přehled toku materiálů a údaje o vstupech a výstupech Informace o jednotlivých emisních hmotných tocích a potřebě energie Emise odpadního plynu Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xvii

18 Pevné odpady /vedlejší produkty Emise v odpadní vodě (znečišťující látky v odpadní vodě) Odběr energie a potřeba redukčních činidel Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT Závěry Techniky právě objevené (vyvíjené) a budoucí vývoj VÝROBA OCELI V KYSLÍKOVÝCH KONVERTORECH A ODLÉVÁNÍ Pouţívané postupy a techniky Přeprava a skladování taveniny horkého kovu Předúprava taveniny kovu Oxidace v kyslíkovém konvertoru Sekundární metalurgie Odlévání Plynulé (kontinuální) odlévání Odlévání ingotů Současné emise a úroveň spotřeby Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Informace o jednotlivých emisních hmotných tocích a potřebě energie Emise výstupních plynů Pevné odpady a vedlejší produkty Znečištění odpadní vody Energetická náročnost Techniky, o nichţ se uvaţuje při stanovení BAT Závěry Techniky právě objevené (vyvíjené) a budoucí vývoj ELEKTRICKÁ VÝROBA OCELI A ODLÉVÁNÍ Pouţívané postupy a techniky Manipulace a skladování surovin Předehřev šrotu l.3 Vsazování Tavení v obloukové peci a rafinace Odpich oceli a strusky Sekundární metalurgie Manipulace se struskou Plynulé odlévání Současná spotřeba a úroveň emisí Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Informace o jednotlivých emisních hmotných tocích a také o emisích hluku a potřebě energie Emise výstupního plynu Pevné odpady/vedlejší produkty Znečišťující látky v odpadní vodě Kontaminace půdy Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT Závěry Techniky právě objevené (vyvíjené) a budoucí vývoj NOVÉ / ALTERNATIVNÍ TECHNIKY VÝROBY ŢELEZA Úvod Přímá redukce (DR) Obecně Dostupné procesy Aspekty působení DRI na ţivotní prostředí Redukční tavení rud (SR) Obecně Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xviii

19 Corex Procesy ve vývoji Porovnání konvenčního vysokopecního pochodu s metodou přímé redukce a redukčního tavení ZÁVĚRY A DOPORUČENÍ REFERENCES VYSVĚTLIVKY Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xix

20 Seznam obrázků 1.1 Výroba surové oceli v Evropě a ve světě od roku 1870 /Stat. Stahl.1997/ Výroba oceli z elektrických obloukových pecí a kyslíkových konvertorů v rozmezí let v EU /Stat. Stahl, 1997/ Geografické rozdělení integrovaných hutních podniků v EU Výroba oceli v kyslíkových konvertorech a EOP v členských státech EU v roce 1996 /Stat. Stahl, Počet závodů a zařízení na výrobu surového ţeleza a oceli v EU 15 /Stat.Stahl, 1997; Stahl,1996/ Vývoj zaměstnanosti v průmyslu ţeleza a oceli v EU 15 v letech /Stat.Stahl, 1997/ Přehled vstupů a výstupů v průmyslu ţeleza a oceli v EU l5 v roce l995 /Stat. Stahl, 1997/ Relativní emise vybraných znečišťujících látek do ovzduší z aglomeračních závodů, koksoven, vysokých pecí, kyslíkových konvertorů a elektrických obloukových pecí Schéma hmotného toku a typické manipulace s materiálem v integrovaných hutních podnicích /UK HMIP, 1993/ Způsoby výroby surové oceli /Ullmann s, 1994/ Letecký pohled na integrovaný hutní podnik umístěný poblíţ pobřeţí Přehled postupů výroby v integrovaném hutním podniku /UK IPR 2/1, 1994/ Příklad vstupů, výstupů a vnitřních toků energií v moderním integrovaném hutním podniku Typické rozdělení potřeby energie v integrovaném hutním podniku na tunu surové oceli /Ullmann s, 1989/ Typický příklad hospodaření s odpady a vedlejšími produkty v integrovaném hutním podniku /Bothe, 1993/ Příklad vodního hospodářství integrovaného hutního podniku v místě s vysokým nadbytkem dostupnosti vody Fotografie spékacího pásu se zaváţecím zařízením (bubny nebo skluznými ţlaby) a záţehovým krytem na začátku pásu Schéma aglomeračního závodu se zobrazením hlavních emisních bodů /Theobald 1, 1995/ Schematický diagramu teploty a reakčních zón při spékacím procesu /Dietrich, 1961/ Přehled vstupů a výstupů a hmotné toky v aglomeračním závodě Typický emisní profil CO 2, CO, O 2 a H 2 O v odpadním plynu (jednotlivé větrovody) podél aglomeračního pásu Rozdělení prachu podle velikosti a hmotnosti u různých aglomeračních pásů /Bothe, 1993/ Specifický odpor prachu oxidu ţelezitého a alkalických chloridů a síranů /Reiche, 1990/ Typický emisní profil SO 2 a NOx v odpadním plynu (jednotlivé větrovody) a teplotní křivka podél aglomeračního pásu /Neuschütz, 1996/ Průměrné sloţení aglomerátu v Německu / Stahl, 1995/ Vliv bazicity aglomerátu (CaO /SiO 2 ) na měrný odpor prachu /Bothe, 1993/ Vztah mezi bazicitou aglomerační vsázky a emisemi fluoridů /Bpthe, 1993/ Profil skupiny typických homologů surového odpadního plynu z aglomeračního závodu (před sníţením při 6-ti měřeních /Putz, 1996/ Nezřetelné korelace mezi koncentrací PCDD/F a koncentrací VOC (těkavých organických látek) v odpadním plynu aglomeračního závodu (měřeno plamenoionizačním detektorem), při koeficientu korelace r = 0,25 /BS PCDD/F, 1998/ Profil PCDD/F a teplotní profil odpadního plynu podél aglomeračního pásu /Pütz, 1996/ Rekuperace tepla z chladícího vzduchu chladiče aglomerátu /Beer,1991/ Zakrytý aglomerační pás podle EOS procesu /Panne, 1997/ Schematický diagram procesu aglomerování s optimalizací emisí /Kersting, 1997/ Schematický diagram selektivní recirkulace odpadního plynu (Nippon Steel Corporation - Yawata Works- závod Tobata, závod č.3) / Kersting, 1997/ Uspořádání pytlového filtru elektrostatického odlučovače pro moderní úpravu odpadního plynu z aglomeračního pásu /Weiss,1996/ Dávkování prášku lignitového koksu a vápna do odpadního plynu aglomeračního závodu před pytlovým filtrem /Weiss 1996/ 69 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xx

21 4.21 Účinnost odstranění PCDD/F pytlovými filtry s dávkováním práškového lignitového koksu /Weiss, 1996/ Úprava odpadního plynu z aglomeračního závodu systémem AIRFINE ve Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz Úprava vypírací vody z pračky jemných částic a vody z extrakce prachu u elektrostatického odlučovače ve Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz Blokové schéma systému úpravy odpadního plynu se stupněm adsorpce a katalytickým konvertorem /Kersting, 1997; Philipp, 1998/ Sbalovací buben jako součást peletizačního závodu Schéma peletizačního závodu /Infomil,1997/ Schéma úpravy na rovném roštu Schéma zpracování v roštové peci Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Fotografie koksové baterie s komorami, uhelnou věţí a hlavním kolektorem koksárenského plynu Typické schéma koksovny se znázorněním zdrojů emisí /UK Coke,1995) Schéma koksové baterie se znázorněním hlavních emisních zdrojů /UK- HMIP,1996/ Technologické schéma zaváţení koksovací komory uhlím pomocí zaváţecích vozů s identifikací emisních bodů (znázorněno šipkami) Schéma ohřívacího systému a označení emisních bodů (označeno šipkami) u koksovacích pecí Schéma koksovací komory s identifikací moţných emisních bodů během koksování (znázorněno šipkami) Vytlačování karbonizovaného koksu z koksovací komory do hasícího vozu s identifikací emisních bodů (šipky) Typické technologické schéma úpravy koksárenského plynu s vyuţitím vedlejších produktů /UK- Coke,1995/ Schematické znázornění vodního hospodářství na koksovně /Infomil,1997/ Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Schéma závodu se suchým hašením koksu /Schönmuth, 1994/ Stoupačka komory koksovací pece Příklad odprašovacího systému prachu při vytlačování koksu Schéma hasící věţe s lamelovými přepáţkami ke sniţování emisí Schéma závodu odsiřování plynu (postup ASK) vybudovaný v roce Blokový diagram výtoků odpadní vody z koksoven se systémem nitrifikace a denitrifikaceé schéma 4 různých výpustí u úpravárenských závodů pro odpadní vody z koksoven se systémem nitrifikačnědinitrifikačním /Lohr, 1996/ Celkový pohled na dvě vysoké pece Zjednodušené schéma vysoké pece /UBA Rentz, 1996/ Příčný řez ohřívači větru (kaupry) s vnitřní a vnější ohřívací komorou /EC Sinter / BF, 1995/ Granulace strusky z vysoké pece při procesu OCP /Poth, 1985/ Granulace strusky z vysoké pece při procesu INBA /Radoux, 1982/ Přehled toku materiálů vysokou pecí Obecné schéma vysokopecní výroby s indikací jednotlivých operací a materiálových toků od vstupu k výstupu Nakládání s prachem a kalem z úpravy vysokopecního plynu v EU /EC Study, 1996/ Konečné vyuţití vysokopecní strusky v EU /EC Study, 1996/ Schematický diagram vodního hospodářství u vysoké pece Tvorba prachu při přelévání taveniny horkého kovu (do torpédových pánví) za pouţití inertizace dusíkem či bez něho v závislosti na průtoku surového ţeleza /de Haas, 1997/ Zaváţení horké kovové taveniny do torpédové pánve při potlačení prachu inertním plynem Zařízení s výrobou 3 mil.t surového ţeleza/rok ve Stahlwerke Bremen a potřebné investice 6,8 mil. ECU (1996) včetně potlačení prachu a odprašování odpichového otvoru s následným pytlovým lapačem /de Haas, 1997/ Příklad postupu při úpravě kyanidů z okruhu vypírací vody u vysokých pecí /Theobald, 1997/ Granulace vysokopecní strusky s kondenzací kouřových výparů /Poth, 1985/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xxi

22 8.1 Kyslíkový konvertor v okamţiku zaváţení taveninou kovu Úseky indikující jednotlivé zdroje emisí u pochodu v kyslíkovém konvertoru Chemické reakce, které nastávají během oxidačního procesu Konvertor s horním dmýcháním /Ullmann s, 1994/ Řez konvertorem OBM /Ullmann s, 1994/ Kombinová technika dmýchání s horní nebo postranní dmýšní trubkou /Ullmann s, 1994/ Přehled pochodů sekundární metalurgie Schéma závodu odlévání s ohřívací pecí a válcovnou s teplou vsázkou Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Obecné technologické schéma výroby oceli v kyslíkových konvertorech, které indikuje jednotlivé postupy a tok materiálu od vstupu k výstupu Jímání plynu z kyslíkového konvertoru v případě potlačeného spalování Nakládání se struskou z odsiření surového ţeleza v EU /EC Study, 1996/ Hospodaření s konvertorovou struskou v EU /EU Study, 1996/ Nakládání s prachem ze suché úpravy konvertorového plynu /EC Study, 1996/ Nakládání s kalem z mokrého čištěníkonvertorového plynu v EU /EU Study, 1996/ Zachycení prachu v jednotce odsiřování horké kovové taveniny kovu /EUROFER BOF, 1997/ Dosaţitelný stupeň zachycení prachu ze sekundárního odtahu plynu v kyslíkových ocelárnách /Eurofer BOF, 1997/ Jímání sekundárních emisí během zaváţení horké taveniny do konvertoru /Eurofer BOF, 1997/: stejného systému se pouţívá při vsazování šrotu Jímání prachu při přelévání pánví (z torpédové pánve do pánve zaváţecí) /EUROFER BOF, 1997/ Jímání prachu ze stanice přelévání horkého kovu mezi pánvemi /Eurofer BOF, 1997/ Přelévání kovové taveniny z torpédové pánve do zaváţecí pánve při potlačení prachu a kouřových plynů pomocí inertního plynu (CO 2 ) nebo bez potlačení znečištění /UNEP,1997/ Jímání prachu ve stanici odstruskování /EUROFER BOF, 1997/ Specifický příkon energie při procesech odprašování v integrovaných hutních podnicích /Phillip, 1987/ Zařízení pro briketování prachu ze závodů kyslíkových konvertorů /EUROFER BOF, 1997/ Schematický přehled opatření k optimalizaci recyklace prachu z kyslíkového konvertoru /Heiss, 1997/ Závod elektrické obloukové pece (EOP) Elektrická oblouková pec s třemi elektrodami a šachtou (v popředí) pro vsazování šrotu Přehled postupů spojených s výrobou oceli v EOP /D.Rentz, 1997/ Sekundární metalurgie/ úprava na pánvi /UK EAF, 1994/ Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Systémy jímání prachu u elektrické obloukové pece /D. Rentz, 1997/ Procentuelní mnoţství systémů jímání prachu u stávajících 67 EOP v EU /EC Study, 1996/ Rozdělení homologů PCDD/F ve výstupním plynu z EOP opatřené dvojitým pláštěm s předehřevem šrotu před vstupem do odlučovacího zařízení a po vyčištění /Werner, 1997/ Vzájemný vztah mezi emisemi PCDD/F a teplotou výstupního plynu z elektrické obloukové pece po průchodu pytlovým filtrem /Werner, 1997/ Vztah mezi obsahem zbytkového prachu a koncentracemi PCDD/F v plynu o teplotě pod 85 o C na výstupu z EOP (po odloučení v pytlovém filtru) /EC EAF,1997; Pedersen, 1996/ Vztah mezi vodní parou a obsahem zbytkového prachu u výstupního plynu z EOP (po průchodu pytlovým filtrem) /EC EAF; 1997, Pedersen, 1997/ Nakládání s prachem odloučeným z primárních i sekundárních plynů z EOP: údaje ze67 závodů / EC Study, 1996/ Procentuání podíl rozličných pouţitých systémů izolace skládek prachů z filtrů výroby EOP v EU /EC Study, 1996/ Schematický nákres pece s uvedením technik pro optimalizaci /D. Rentz, 1996/ Schéma EOP vybavené šachtou s chapadlem pro zachycování šrotu při předehřevu /Voss-Spilker, 1996/ Schematický nákres procesu Consteel /Vallomy, 1992/ Schematický diagram úpravy primárního výstupního plynu z EOP s dvojitou kapotáţí /Werner, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xxii

23 9.18 Dospalování primárního výstupního plynu v daném systému vedení u EOP s následným rychlým ochlazením /D.Rentz, 1997/ Schéma zařízení ke zpracování a přípravě strusky /D.Rentz, 1997/ Předchozí, současné a alternativní procesy výroby ţeleza a oceli ve světě / Freuhan, 1993/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xxiii

24 Seznam tabulek 1.1 Počet a charakteristika zařízení pro výrobu surového ţeleza a surové oceli (koksové baterie, aglomerační závody, vysoké pece, kyslíkové konvertory, elektrické obloukové pece a plynulé odlévání) v EU 12 v roce 1993 /Eurostat, 1993/ Příspěvek integrovaných hutních podniků (aglomeračních závodů, koksoven, vysokých pecí, kyslíkových konvertorů) a elektrických obloukových pecích vyrábějících ocel k celkovým emisím SO 2, NOx, těţkých kovů a PCDD/F v zemích EU l Průměrné specifické mnoţství a průměrné procentuální mnoţství pevných zbytků / odpadů / vedlejších produktů z integrovaných hutních podniků a z výroby oceli v EOP, které se zneškodňují na skládce Údaje o vstupech a výstupech z 5 aglomeračních závodů ve 4 různých členských státech EU /Rakousko, Belgie, Německo a Nizozemí) Emisní faktory pro emise do ovzduší (po sníţení) pro jednotlivé operace aglomeračních závodů * Emise PCDD/F z 5 aglomeračních závodů po zavedeném systému optimalizace. (za účelem minimalizace emisí PCDD/F) Porovnání charakteristik a emisních hodnot při konvenční aglomeraci a optimalizované aglomeraci u aglomeračního pásu závodu Hoogovens IJmuiden s odsávanou plochou 132m² a produkcí 4700 t aglomerátu o vysoké bazicitě/den /Panne, 1997/ Uváděné sníţení emisí (v % hm.) u optimalizovaného aglomeračního procesu /Panne, 1997/ Charakteristiky průtoků odpadního plynu při vyuţití recirkulace odpadního plynu po úsecích v aglomeračním závodě č. 3 Tobata, NSC Yawata Works /Sakuragi, 1994/ Porovnání konečného sloţení odpadního plynu před a po rekonstrukci recirkulace odpadního plynu po úsecích v aglomeračním závodě č.3 Tobata, NSC Yawata Works /Sakuragi, 1994/ Provozní a ekonomické údaje o elektrostatických odlučovačích MEEP a ESCSI provozovaných aglomeračními závody při úpravě odpadního plynu /InfoMil, 1997/ Provozní údaje a ekonomika u tkaninových filtrů aglomer. závodů /InfoMil,1997/ Dosaţené koncentrace emisí a emisní faktory při aplikaci AIRFINE systému u Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz Dosaţené emisní koncentrace a emisní faktory pro upravenou odpadní vodu z vypírání odpadního plynu a extrakce z elektrostatického filtru ve Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz (průměrné hodnoty) Jednotka mokrého odsiřování v aglomeračních závodech /InfoMil, 1997/ Provozní údaje a ekonomika pro jednotku mokrého odsiřování v aglomeračním závodě /InfoMil, 1997/ Údaje o vstupech a výstupech z pěti peletizačních závodů v EU Údaje o výkonu suspenzního absorbéru v peletizačním závodě KK3 společnosti LKAB, S- Kiruna v roce 1995 /InfoMil, 1997/ Sloţení surového koksárenského plynu /InfoMil, 1997/ Údaje ze vstupů a výstupů z 11 koksoven ve čtyřech různých členských státech EU Emisní faktory týkající se emisí do ovzduší z koksoven * Charakteristiky odpadní vody ze 4 koksoven v Belgii, Německu, Francii a Nizozemí /Lohr, 1996/ Sloţení odpadní vody dvou mokrých oxidačních odsiřovacích procesů /EC Coke, 1996/ Bilance energie v koksovně ( bez úpravny koksárenského plynu ) /UN-ECE, 1990/; předpokládaný výtěţek koksu je 780 kg/t uhlí Charakteristiky několika typů koksovacích pecí /Eisenhut, 1988/ Charakteristiky projektu nerekuperované koksovací pece /Knoerzer,1991/ Emise z koksování bez rekuperace a sniţování emisí /Knoerzer, 1991/; počítáno z g/t uhlí za předpokladu, ţe l t uhlí dá 0,78 t koksu (viz ) Emise ze zaváţení a vytlačování koksovací pece bez rekuperace /Knoerzer,1991/; vypočítáno z g/t uhlí za předpokladu, ţe z l tuny uhlí se získá 0,78 t koksu (viz ) Procesy odsíření koksárenského plynu a jejich charakteristika /UN-ECE, 1990; EC Coke, 1996) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xxiv

25 6.12 Přehled referenčních závodů s procesem odsíření koksárenského plynu /InfoMil, 1997/ Typický provoz a investiční náklady na odsiřování při objemu 45 tis.nm³ /hod koksárenského plynu, který obsahuje 8g/Nm³ H 2 S /Rothery, 1987; InfoMil,1997/ Koncentrace na výtoku a měrné emise z evropských koksoven pouţívajících aerobní aktivovaný kal na úpravu odpadní vody (jak o vysokém, tak nízkém poměru F/M) - /EC Coke, 1996/ Vstupní a výstupní koncentrace a některé aspekty systémů úpravy odpadní vody se systémem předúpravy DN/A /InfoMil, 1997; Lohr, 1997/ Údaje o vstupech a výstupech ze 4 stávajících vysokých pecí ve 4 různých členských státech EU Emisní faktory pro emise do ovzduší z vysokých pecí Sloţení surového vysokopecního plynu (před úpravou) /InfoMil, 1997/ Sloţení vysokopecního plynu po úpravě /InfoMil, 1997/ Typické sloţení suchého hrubého prachu z úpravy vysokopecního plynu (% hm.) /IISI, 1987; Mertins, 1986; údaje z evropských vysokých pecí, 1997/ Typické sloţení kalu (% hm.) z úpravy vysokopecního plynu /IISI,1987;Mertins, 1986; údaje z evropských vysokých pecí, 1997/ Chemické sloţení vysokopecní strusky o niţší a vyšší bazicitě neţ.1,0 /Geiseler, 1992/ Příklad Stahlwerke Bremen GmbH, D-Bremen o sloţení odpadní vody z granulace strusky v letech 1996/1997 /Weigel, Příklad energetických vstupů a výstupů u vysoké pece s vysokotlakým kychtovým plynem za pouţití injektáţe uhlí a rekuperace kychtového plynu /InfoMil, 1997/ Porovnání zbytkové spotřeby koksu a celkové spotřeby uhlí při různých úrovních přímé injektáţe práškového uhlí Emise z vyzdívky licích ţlabů /InfoMil, 1997/ Příklad obsahu Zn z vypírání kalu vysoké pece /Pazdej, 1995; InfoMil, 1997/ Provozní údaje ze 7 německých závodů zpracovávajících kalu z mokré úpravy vysokopecního plynu /Theobald, 1988/ Příklad odpadní vody vypouštěné z okruhu vypírání plynu vodou po úpravě vysokopecního plynu /InfoMi1997/ Přehled druhů, počtů a kapacit kyslíkových konvertorů provozovaných v EU Údaje o vstupech a výstupech u 4 stávajících závodů na výrobu oceli v kzslíkových konvertorech ve 4 různých zemích EU Emisní faktory pro emise prachu do ovzduší (po jejich redukci) pro jednotlivé hlavní operace a zdroje u kyslíkových oceláren Sloţení a charakteristiky konvertorového plynu Emise do ovzduší z kyslíkových konvertorů s potlačeným spalováním; /InfoMil, 1997/ Druh a specifické mnoţství pevných odpadů/vedlejších produktů, k nimţ dochází při kyslíkové výrobě oceli /Eurofer, BOF, 1997; Rentz, 1996/ Chemické sloţení strusky z odsiření surového ţeleza (% hm.) /Geiseler, 1991/ Sloţení konvertorové strusky (% hm.) /Geiseler, 1991/ Sloţení hrubého a jemného prachu (% hm.) /Harp, 1990;IISI, 1987; údaje z jednoho integrovaného hutního podniku v EU/ Výhody a nevýhody potlačeného spalování se zvláštním opatřením při vyuţití konvertorového plynu /EUROFER BOF, 1997/ Výroba páry při výrobě oceli v kyslíkových ocelárnách Thyssen Stahl AG /Joksch, 1995/ Údaje o vyuţití systémů odprašování sekundárních emisí ze zaváţení a odpichu kyslíkového konvertoru - /Eurofer BOF, 1997/ Příklady měrných emisí do vody ze zařízení mokrého odprašování v kyslíkových ocelárnách /InfoMil, 1997/ Přehled měrných emisí do vody ze systémů přímého chlazení u plynulého odlévání /InfoMil, 1997/ Údaje o vstupech a výstupech při výrobě uhlíkové oceli v EOP Systémy pro jímání emisí ze závodů elektrických obloukových pecí /EC EAF, 1994/ Druh a specifické mnoţství pevných odpadů / vedlejších produktů z výroby oceli v EOP /Geiseler, 1991; D.Rentz, 1997/.289 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xxv

26 9.4 Chemické sloţení strusky z EOP z výroby uhlíkové, nízkolegované a vysokolegované oceli /Geiseler, 1991; Plockinger, 1979; D.Rentz, 1997; Heinen, 1997/ Nakládání se struskami z EOP (vyuţití a zneškodnění) v EU; údaje z 57 závodů, které produkují 2,7 mil. t strusek/rok (133 kg strusky/t tekuté oceli) /EC Study, 1996/ Chemické sloţení prachu z EOP z výroby uhlíkové, nízkolegované a vysokolegované oceli /Eurofer EAF, 1997; Hoffman, 1997; Strohmeier, 1996/ Procentuelní mnoţství prachu z filtrů u EOP (z výroby uhlíkové a nízkolegované oceli) zpracovávané Waelzovým pochodem pro rekuperaci Zn, resp. ukládané v členských státech EU na skládky /Hoffmann, 1997/ Údaje z 9 závodů v Německu, které provozují optimalizovaný pochod EOP /D. Rentz,1997/ Dospalování prováděné ve 4 závodech s EOP v Německu /D.Rentz, 1997; Theobald, 1995/ Charakteristiky procesu přímé redukce /Nagai, 1995/ Příslušné údaje o provozu závodu Corex v Iscor s Pretoria Works, Jiţní Afrika /Kreulitsch, 1994; Lemperle, 1993/ Charakteristiky procesů redukčního tavení ve stadiu vývoje /Frehan, 1994; Nagai, 1995/ Porovnání tradičního vysokopecního způsobu výroby ţeleza s procesy přímé redukce a redukčního tavení rusy Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xxvi

27 Rozsah Tento referenční dokument o nejlepších dostupných technikách (BREF) zahrnuje procesy, které patří do výroby ţeleza a oceli v integrovaných hutních podnicích a také výrobu oceli v ocelárnách s elektrickými obloukovými pecemi. Hlavní popsané provozy jsou: nakládání a vykládání a manipulace s velkoobjemovými materiály mísení a příprava surovinových směsí výroba koksu aglomerování a peletizace ţelezné rudy výroba taveniny ţeleza vysokopecním pochodem, včetně zpracování strusky výroba a rafinace oceli procesem v kyslíkovém konvertoru, včetně předběţného odsíření na pánvi a následnou pánvovou metalurgií a zpracování strusky výroba oceli v elektrických obloukových pecích, včetně následné pánvové metalurgie a zpracování strusky kontinuální odlévání Ohřívací pece, nebo pece k tepelným úpravám, výroba elektřiny, kyslíkárny a rovněţ ostatní procesy, které se dále vztahují k výrobě oceli jako je válcování, moření, pokovování atd. tvoří odděleně zpracované referenční dokumenty. Kromě toho existují aspekty ţivotního prostředí, které se nevztahují speciálně jen k primární výrobě ţeleza a oceli a výrobě oceli v elektrických obloukových pecí jako jsou emise hmotných částic ze skladování a manipulace se surovinami, aditivy a pomocnými látkami a meziprodukty, bezpečnost práce a riziko havárií chladící systémy a monitorování emisí V tomto dokumentu jsou tyto aspekty pojaty pouze ve zkratce, ale budou zahrnuty do dalších referenčních dokumentů. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I S_BREF-FINAL Překlad pro MPO ČR zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha strana xxvii

28

29 1 VŠEOBECNÉ INFORMACE 1.1 Celková výroba oceli v Evropě a ve světě Ţelezo a ocel hrály důleţitou úlohu ve vývoji lidské civilizace v průběhu několika tisíciletí a nalezly vyuţití v zemědělství, stavebnictví, výrobě a rozvodu energie, výrobě strojů a zařízení, v domácnostech a ve zdravotnictví. Společně s uhlím a bavlnou byly ţelezo a ocel hlavními materiály, na kterých byla zaloţena průmyslová revoluce. Technický vývoj směřující od časného 18. století umoţnil obrovský růst výkonů, např. nahrazením relativně řídce pouţívaného dřevěného uhlí antracitem/lignitem a koksem a to v tomto pořadí a vývojem pudlovacího procesu pro konvertování surového ţeleza na ocel. Výroba oceli exponenciálně narůstala ve 2.polovině 20. století, aţ dosáhla v roce 1995 ve světě celkových 757 milionů tun. Obr. 1.1: Výroba surové oceli v Evropě a ve světě od roku /Stat. Stahl, 1997/ Obr. 1.1 také ukazuje, jak podíl Evropy na světové produkci oceli postupně klesal, aţ spadl na konci období na úroveň 21 %. Od naftové krize v letech výroba ve skutečnosti stagnovala na celém světě, ale zasaţena byla zejména Evropa. Co do objemu, rostla výroba surové oceli v EU v rozmezí let v poměru 1,2 % /rok (viz obr. 1.2). Růst byl rychlejší v období tří let do roku 1989 (3,7 %/rok). Následně výroba v Evropské dvanáctce poklesla v letech 1992 a 1993 od 140 mil. tun na 132 mil. tun, neţ se vzchopila a dosáhla 139 mil. tun v roce 1994 a 143 mil. tun v roce Vstup tří nových členských států - Rakouska, Finska a Švédska vynesl výrobu surové oceli v EU na 156 mil. tun v roce 1995 ve srovnání s výrobou Východní Evropy ve výši 112 mil. tun ( podíl Ruska byl 51 mil. tun) a výrobou Japonska 102 mil.t, USA 94 mil.t a Číny ve výši 93 mil. t /EC Panorama, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 1

30 Obr. 1.2 ukazuje také, jak zůstávala kyslíková výroba oceli dost ustálená, zatímco výroba oceli z elektrických obloukových pecí narůstala ve skocích. Celkový podíl takto vyrobené oceli dosáhl v roce ,4 %. Nicméně se předpokládá, ţe postup vysoká pec- kyslíkový konvertor zůstane dominantním prostředkem výroby oceli přinejmenším příštích dvacet let. /Luengen, 1995/. V EU byla v roce 1995 skutečná spotřeba oceli na obyvatele 367 kg (při rozmezí od 152 kg/hlavu v Irsku do 533 kg/hlavu v Itálii) /Stat. Stahl, 1997/. Kromě toho obr. 1.2 vykazuje pokles v počtu elektrických obloukových pecí (EOP) a kyslíkových konvertorů (KKO) po roce 1996, ačkoliv kapacity obou zůstávají a přibyla nová zařízení. Vyšší číslo u roku 1995 je odrazem vstupu tří nových členských států. Obr. 1.2: Výroba oceli z elektrických obloukových pecí a kyslíkových konvertorů v EU v rozmezí let /Stat. Stahl, 1997/ 1.2 Geografické rozdělení výroby oceli v EU Rozmístění integrovaných hutních podniků v Evropské 15 ukazuje obr. 1.3, na kterém je jasně patrná koncentrace ocelářských podniků ve Střední Evropě podél pásma těţby uhlí. Nicméně se integrované hutní podniky nacházejí ve většině členských států. Počet elektrických obloukových pecí je mnohem vyšší. Podle /Stat. Stahl, 1997/ existuje v Evropské patnáctce 246 elektrických obloukových pecí. Jejich rozmístění není v obr. 1.3 zaznamenáno. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 2

31 Obr. 1.3: Geografické rozdělení integrovaných hutních podniků v Evropské Unii Obr. 1.4 ukazuje Německo, které má největší ocelářský průmysl v Evropě, s výrobou 40 mil. t surové oceli v roce 1996, tj. 27 % výroby EU 15. Po něm následuje Itálie, která tvoří 16 % produkce EU 15. Šest největších výrobců EU (Německo, Itálie, Francie, Velká Británie, Španělsko a Belgie) zodpovídalo v roce 1996 společně za 83 % produkce EU. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 3

32 Obr. 1.4: Výroba oceli v kyslíkových konvertorech a elektrických obloukových pecích v členských státech EU v roce 1996 /Stat. Stahl, 1997/. V roce 1996 byl v EU podíl vyuţití výrobní kapacity v průměru 73,3 % a kolísal v rozmezí od 22,2 % v Řecku aţ po 93,2 % v Holandsku /Stat. Stahl, 1997/. Počet zařízení v EU 15 pro hlavní etapy zpracování výroby surového ţeleza a oceli ( koksovny, aglomerační závody, vysoké pece, kyslíkové konvertory a elektrické obloukové pece) je uveden na obr Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 4

33 Obr. 1.5: Počet závodů a zařízení na výrobu ţeleza a oceli v EU 15 /Stat. Stahl, 1997; Stahl, 1996/ Koksovny běţně obsahují 2 4 baterie koksovacích pecí Rozdělení závodů podle kapacit a dalších charakteristik v EU 12 je sestaveno do tab. 1.1, která také uvádí údaje o kontinuálním odlévání ( jsou k dispozici pouze údaje z EU 12). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 5

34 Tab.1.1: Počet a charakteristika zařízení pro výrobu surového ţeleza a surové oceli (koksové baterie, aglomerační závody, vysoké pece, kyslíkové konvertory, elektrické obloukové pece a plynulé odlévání) v EU 12 v roce /Eurostat, 1993/. Tab. 1A: Koksové baterie počet zařízení průměrné stáří průměrné stáří od poslední průměrný počet pecí průměrné rozměry pecí důleţité modernizace (roky) (roky) výška (mm) šířka (mm) délka (mm) ( Mt) ,1 Výroba v roce 1993 Roční Technická Kapacita (RTK) ( kt/rok) u různých velikostí pecí koksových baterií, počet zařízení pro třídy o různých velikostech a Celková Roční Technická Kapacita (CRTK) kaţdé velikostní třídy (v Mt/rok) RTK < počet CRTK 5,43 6,03 5,31 3,84 1,59 8,22 1, ,17 Tab. 1 B: Aglomerační závody (spékání na páse) počet zařízení průměrné stáří Průměrné stáří od poslední důleţité modernizace průměrná šířka pásu průměrná celková plocha pásu průměrná roční technická kapacita (kt/rok) (roky) (roky) (mm) (m²) Rozdělení velikosti spékacích pásů podle celkové plochy jejich pásu ( m²) (Plocha), počtu zařízení pro různé třídy velikostí a Celkové Roční Technické Kapacity (CRTK) kaţdé velikostní třídy (Mt/rok) plocha < počet CRTK 2,8 31,9 17,3 13,1 37,9 10,6 4,9 Tab. 1C: Vysoké pece počet zařízení průměrné stáří průměrné stáří od poslední důleţité modernizace průměrný uţitečný objem průměrný průměr nístěje průměrná denní technická kapacita (t /24 hod) (roky) (roky) (m³) (m) , Rozdělení velikostí vysokých pecí podle průměru nístěje (m), počtu zařízení u různých tříd velikostí a Celková Denn Technická Kapacita (CDTK) u kaţdé velikostní třídy (kt/24 hod) ø nístěje 4,0-5,99 6,0-6,99 7,0-7,99 8,0-8,99 9,0-9,99 10,0-10,99 11,0-11,99 12,0-12,99 13 Počet CDTK 3,0 8,6 9,0 38,5 67,6 83,6 41,8 7,0 59,3 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 6

35 Tab. 1D: Kyslíkové konvertory počet zařízení průměrné stáří (roky) průměrné stáří od poslední důleţité modernizace (roky) průměrná kapacita (t / hod) Kapacita / hod (K/hod) (t/hod) a počet zařízení pro různé třídy ( údaje pro Celkový Roční Technickou Kapacitu nejsou k dispozici. K/ hod Počet Tab. 1E: Elektrické obloukové pece na střídavý proud ( EOP na stejnosměrný proud, jeţ jsou pouze 4, nejsou uvedeny) Počet zařízení průměrné stáří průměrné stáří od poslední důleţité modernizace průměrná kapacita za hod. (t/hod) průměrný jmenovitý výkon transformátoru (1000 kw) průměrná roční technická kapacita (kt /rok) (roky) (roky) Rozdělení velikostí elektrických obloukových pecí podle jejich kapacity/hod. (K/hod)-(t/hod), počtu zařízení u různých velikostních tříd a Celková Roční Technická Kapacita (CRTK) u kaţdé velikostní třídy (Mt/rok) K/hod < počet CRTK 0,3 2,6 5,3 15,6 15,1 9,3 9,6 7,2 1,8 1,4 Tab. 1F : Plynulé odlévání sochorů nebo bloků počet zařízení průměrné stáří průměrné stáří od poslední důleţité modernizace počet zařízení napojených na provozy tavení s kyslíkem průměrná roční technická kapacita (kt /rok) (roky) (roky) Roční technická kapacita (RTK v kt/rok) u různých velikostních tříd plynulého odlévání sochorů a bloků, počet zařízení pro třídy o různé velikosti a Celkový Roční Technická Kapacita (CRTK) u kaţdé velikostní třídy (Mt/rok) RTC < počet CRTK 2,3 14,1 14,3 20,0 15,5 4,2 6,2 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 7

36 Tab. 1G: Plynulé odlévání bram počet zařízení průměrné stáří (roky) průměrné stáří od poslední důleţité modernizace (roky) počet zařízení napojených na provozy elektrického tavení průměrná roční technická kapacita (kt /rok) Roční technická kapacita (RTK v kt/rok) u různých velikostí plynulého odlévání bram, počet zařízení pro třídy o růz velikosti a Celkový Roční Technická Kapacita (CRTK) u kaţdé velikostní třídy (Mt/rok) RTC < Počet CRTK 3,5 7,1 17,8 23,0 21,9 11,0 6,6 Počet elektrických obloukových pecí neodpovídá počtu uvedenému v části 1.2, protoţe tam se jedná o EU 15, kdeţto zde o EU 12. Vývoj plynulého odlévání měl nesmírně pozitivní vliv na ekonomiku ocelářského průmyslu v letech 1970 a Léta od roku 1990 však nebyly v EU poznamenány masovým nástupem radikálních nových technologií. Spíše se modernizovaly různé fáze klasických metod výroby (vysoké pece, ocelárny) a dochází k mnohem efektivnějšímu zdokonalení všech postupů podél výrobního řetězce. To umoţnilo značné sníţení spotřeby energie a znečišťujících látek, zatímco vzrůstá jakost výrobku. Byla postavena a od roku 1993 se začala provozovat řada elektrických obloukových pecí na stejnosměrný proud (tři v Německu, dvě v Belgii a jedna ve Francii). 1.3 Investice a zaměstnanost v průmyslu ţeleza a oceli Evropské unie Výdaje na investice poklesly z 5,9 bilionů ECU v roce 1991 na 2,7 bilionů ECU v roce 1994 (v EU 12), ale vzrostly opět na 4,0 biliony ECU v roce 1996 (EU 15) /EC Panorama, 1997/. Z toho okolo 16 % se spotřebovalo na výrobu ţeleza (aglomerační závody, koksovny a vysoké pece), 13 % na elektroocelárny, 4 % na kyslíkové ocelárny, 7 % na plynulé odlévání, 31 % na válcovny a zbytek na pokovování a ostatní /Eurofer 1, 1997/. V EU klesala zaměstnanost v průmyslu ţeleza a oceli během roku 1990 rovnoměrně (viz obr. 1.6) jako následek stagnace úrovně výrobní a průmyslové racionalizace. V důsledku zavedení nových technik a pracovních postupů vzrůstá mezi lety produktivita ze 64 %. V roce 1995 bylo v průmyslu ţeleza a oceli EU 15 zaměstnáno okolo 330 tis. lidí /EC Panorama, 1997/. Při velkém počtu pracovníků v návazném průmyslu jako je stavebnictví, výroba vozidel, strojírenství atd. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 8

37 Obr. 1.6: Vývoj zaměstnanosti v průmyslu ţeleza a oceli EU 15 v letech /Stat. Stahl, 1997/ Ve snaze sjednotit evropský trh pro uhlí, ţelezo a ocel a podpořit jeho rozvoj, bylo v roce 1951 zaloţeno Evropské Společenství pro uhlí a ocel /ECSC Treaty, 1951/. To byl důleţitý krok ve vývoji evropského průmyslu ţeleza a oceli, ale fungování této organizace bude ukončeno v roce Ekonomická situace Globalizace světové ekonomiky měla na ocelářský průmysl nesmírný vliv a bude tomu tak i nadále. navzdory tomu, nebo spíše proto, ţe trh stagnoval, podstoupil průmysl intenzivní změnu struktury. Tu lze charakterizovat vývojem nových koncepcí v ocelářství (např. minihutě zaloţené na elektrické výrobě oceli, nové koncepce elektrických obloukových pecí, nové techniky odlévání a techniky přímého nebo redukčního tavení). Vysoce konkurenční trţní podmínky mohou uspíšit tuto změnu struktury a napomoci ke konsolidaci ocelářského průmyslu. Je to patrné z nárůstu počtu svazů, spolupracujících podniků a převodu akcií mezi firmami. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 9

38 1.5 Závaţnost vlivů průmyslu ţeleza a oceli na ţivotní prostředí Průmysl ţeleza a oceli je vysoce náročný jak na materiály, tak energii. Obr. 1.7 předkládá zjednodušené schéma vstupů a výstupů při zobrazení počtu hlavních vstupů do hmotných toků společně s mnoţstvím surové oceli vyrobené v EU 15 v roce Obrázek ukazuje způsob, kterým více neţ polovina vstupů končí jako výstupní odpadní plyny a pevné vedlejší produkty či odpadní zbytky. Obr. 1.7 : Přehled vstupů a výstupů v průmyslu ţeleza a oceli v EU 15 v roce 1995 /Stat. Stahl, 1997/ Vstupy a výstupy v průmyslu ţeleza a oceli EU 15 v roce 1995 velmi hrubý přehled nejdůleţitějších hmotných toků (bez vody a vstupních plynů), aniţ by se uvaţovala nějaká recyklace a těţba surovin přísady vápenec (13,0 Mt) topný a plynový olej (4,0Mt ) (cca 3,2 Mt) vápno (cca 7,0Mt) ţelezná ruda 148 Mt šrot 79,3 Mt uhlí 62,0 Mt včetně ţelezné rudy pro včetně šrotu pro včetně uhlí pro výrobu aglomerátu (104,3 Mt) KKO a EOP výrobu koksu a pelet a ţelezné rudy přímo uhlí pro VP a EOP zaváţené do VP Celkové vstupy 316,5 Mt surová ocel 155,8 Mt výstupní plyny a pevné odpady Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 10

39 Obr. 1.8: Relativní emise vybraných znečišťujících látek do ovzduší z aglomeračních závodů, koksoven, vysokých pecí, kyslíkových konvertorů a elektrických obloukových pecí ( na tunu tekuté oceli) Přehled uvedený na obr. 1.7 je zjednodušený a ukazuje pouze nejdůleţitější toky materiálu, aniţ by bral v úvahu recyklaci nebo těţbu surovin. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 11

40 Za důleţité problémy k řešení s ohledem na záleţitosti ochrany ţivotního prostředí se povaţují obecně ty, které se vztahují k regulaci emisí do ovzduší a hospodaření s pevným odpadem. Emise do ovzduší zůstávají značným problémem. V integrovaných hutních podnicích, jsou na prvním místě celkové emise z aglomeračních závodů pro většinu znečišťujících látek do atmosféry, následují je koksovny (obr. 1.8). Na obr. 1.8 je hodnota odpovídající 100 % přiřazena druhu zařízení, kde vznikají nejvyšší emise kaţdé jednotlivé znečišťující látky (uvedené v absolutním specifickém mnoţství). Emise ostatních kategorií zařízení se udávají v poměru k těmto zařízením s nejvyššími emisemi. Vysoké pece, kyslíkové konvertory, koksovny stejně jako elektrické obloukové pece mají značně velké procentuální mnoţství emisí prachu. Plynné emise z elektrických obloukových pecí ocelárny mohou obsahovat Hg a organické znečišťující látky uvedené na obr. 1.8 První kroky směrem k regulaci znečištění ovzduší souvisely s jímáním a odstraňováním prachu. V 80. a 90. letech se odlučování prachu stávalo stále efektivnějším (zejména při sekundárním odprašování). To sniţovalo přímo na prach vázané emise těţkých kovů vyjma případů s vysokou těkavostí, jako rtuť. Také se projevila snaha minimalizovat emise oxidu siřičitého a dusíků. Kromě toho nabývaly emise organohalogenových sloučenin jako jsou polychlorované dibenzo-dioxiny a furany (PCDD/F), hexachlorbenzen (HCB) a monocyklické aromatické uhlovodíky, zejména benzen stále větší důleţitosti. Tak zvané fugitivní emise ze zařízení a emise z otevřených ploch úloţišť se staly rovněţ předmětem regulace. Příspěvek průmyslu ţeleza a oceli k celkovým emisím do ovzduší v rámci EU je značný, pokud se jedná o těţké kovy a PCDD/F, ale v případě NOx a SO2 (tab. 1.2) je menší. Tab. 1.2: Příspěvek integrovaných hutních podniků (aglomeračních závodů, koksoven, vysokých pecí, kyslíkových konvertorů) a elektrických obloukových pecí vyrábějících ocel k celkovým emisím SO 2, NOx těţkých kovů a PCDD/F, v zemích EU 15 Rok Emise v EU 15 (t/rok) Příspěvek průmyslu ţeleza a oceli ( %) SO * 1, 2 cca 1,5 * 6 NOx * 1, 2 cca 1 * 6 Cd * Cr* Cu* Hg* Ni* Pb* 3, * 7,8 Zn* PCDD/F* g I-TEQ 19 * 1 výroba energie není zahrnuta * 2 zdroj údajů : /EEA, 1997/ * 3 zdroj údajů: /TNO Report, 1997/; řada začleněných integrovaných hutních podniků (aglomerační závody, koksovny, vysoké pece, ocelárny s kyslíkovými konvertory a elektrickými obloukovými pecemi * 4 opravené údaje z důvodů současného výrazného sníţení emisí olova z vozidel podle /UN-ECE Lead, 1998/ * 5 údaje z /LUA NRW, 1997/ * 6 vypočteno z emisních faktorů uvedených v kapitole 3 * 7 s postupným vyřazovaným olovem z benzinu procento vzroste * 8 porovnání s údaji uvedenými v obr 1.8 a v kapitole znamená, ţe procentuelně jsou to pouze 4 % Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 12

41 Mnoţství pevných zbytků, odpadů a vedlejších produktů je obecně vysoké (tab. 1.3). Recyklace a opětné vyuţití dosáhlo zřetelně vyšších úrovní, ale značně kolísá napříč celé EU a další optimalizace by byla jen přínosem. Tab. 1.3: Průměrná měrné mnoţství a průměrné procentuelní mnoţství pevných zbytků /odpadů/ resp. vedlejších produktů z integrovaných hutních podniků a z výroby oceli v elektrických obloukových pecích, které se zneškodňují na skládce Pevné odpady/ zbytky/vedlejší produkty Měrné mnoţství (kg/t TO) Zneškodňované na skládce (%) Aglomerační závody* 3 0,9 15? prach Koksovny * Vysoké pece prach z licí haly?? prach a kal z čištění VP plynu struska Odsíření surového ţeleza Kyslíkové konvertory hrubý prach a kaly z úpravy konvertorového plynu 3 12* 8 42 jemný prach a kaly z úpravy konvertorového plynu 9 15 * 8 12 konvertorová struska struska z pánve surového ţeleza, míchačky, pánve 34 9 s ocelí a mezipánve strusky ze sekundární metalurgie 11* 5? demontovaná ţáruvzdorná vyzdívka 6 76 Elektrická oblouková pec struska uhlíkové oceli nízkolegované oceli vysocelegované oceli prach z pece a evakuace budovy Plynulé odlévání Legenda : VP plyn= vysokopecní plyn ; TO = tekutá ocel * * 6 - * 7 * 1 pouţité faktory konverze ( váţený průměr všech evropských kyslíkových konvertorů): 940 kg surového ţeleza/t tekuté oceli * 2 zbytkové procentuelní mnoţství se recykluje v provozech, nebo se vyuţívá externě * 3 prach z aglomeračního pásu, chladiče a odprášení budovy se běţně zcela recyklují na páse vyjma některých případů, při kterých se prach z posledního pole elektrostatického odlučovače zneškodňuje na skládce; v případě pouţití skrubru na jemný prach se kal z úpravy odpadní vody také zneškodňuje na skládce ( v Evropě je jen několik případů) * 4 vedlejší produkty jako je benzen, dehet, naftalen, kyselina sírová, elementární síra se zcela recyklují/opětně vyuţívají * 5 průměr ze tří kyslíkových oceláren * 6 průměr pro uhlíkové, nízkolegované a vysokolegované/korozivzdorné oceli * 7 válcovenské okuje se běţně recyklují v aglomeračních závodech * 8 z /EUROFER BOF, 1997/ všechny údaje z /EC Study, 1996/, pokud nejsou uvedeny jinde. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 13

42 Vypouštěná odpadní voda z koksoven je mnohem závaţnější, neţ výtoky z vodních okruhů vysoké pece, výroby oceli v kyslíkových konvertorech a závodů plynulého odlévání. Emise hluku, místní znečištění půdy, stejně jako znečištění podzemní vody jsou další záleţitosti, které se dotýkají průmyslu ţeleza a oceli. Spotřeba energie je značná. Měrná spotřeba energie pro 1 t tekuté oceli vyrobenou prostřednictvím postupu přes koksovnu/aglomerační závod/vysokou pec je okolo 19,3 GJ /Lüngen, 1995; Peters, 1994; a tab. 4.1; 5.1; 6.2; 7.1 a 8.2). Tato hodnota převaţuje při pouţití uhlí. Také se uvádí spotřeba elektřiny, která je okolo 1,6 GJ/t tekuté oceli (spotřeba elektřiny samotná se násobí faktorem 3, aby bylo moţné porovnání s primární energií). Měrná elektrická spotřeba pro výrobu oceli v elektrických obloukových pecích je okolo 5,4 GJ/t tekuté oceli (podle tab. 10.1). Spotřeba elektřiny byla vynásobena rovněţ faktorem 3. 2 SKLADOVÁNÍ A MANIPULACE SE SUROVINAMI Prvovýroba ţeleza a oceli zahrnuje velká mnoţství surovin vstupujících do materiálových toků, jako jsou rudy, pelety, šrot, uhlí, vápno, vápenec ( v některých případech také těţký olej a plasty) a přísady a pomocné látky. Tyto materiály se obvykle přepravují na místo volně loţené na tahačích po silnici, ţeleznici nebo vodní dopravou. Jak ony samy, tak meziprodukty, jako je koks a aglomerát je třeba skladovat na úloţištích nebo v zásobnících a dopravovat do jednotlivých závodů ke zpracování obvykle pomocí pásového dopravníku. Obrázek 2.1 ukazuje typické schema toku materiálu. Větrný prach z úloţišť a pásových dopravníků, včetně přepravních uzlů můţe být významným zdrojem emisí. Pokud se takový materiál skladuje včetně vyluhovatelných sloučenin a takových jako jsou uhlovodíky z okují nebo šrotu na neupraveném povrchu úloţiště, je třeba věnovat pozornost znečištění půdy a spodní vody a vodě odtékající. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 14

43 Obr. 2.1: Schéma hmotného toku u typické manipulace s materiálem v integrovaných hutních podnicích (integrovaných ocelárnách) /UK HMIP, 1993/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 15

44 3 PŘEHLED VÝROBY OCELI 3.1 Způsoby výroby oceli V současné době se pouţívají čtyři pracovní postupy výroby oceli. Klasický způsob vysoká pec/ kyslíkový konvertor, přímo tavený šrot (elektrická oblouková pec), redukční tavení a přímá redukce ( obr. 3.1). Obr. 3.1: Způsoby výroby surové oceli /Ullmann s, 1994/. V současné době (1998) se výroba oceli v EU 15 zakládá na způsobu kombinace vysoká pec / kyslíkový konvertor ( přibliţně 65 %) a na procesu elektrických obloukových pecí (přibliţně 35 %) (viz obr.1.2). Procentuelní mnoţství světové výroby surové oceli tavením z rud a přímou redukcí bylo v roce 1996 okolo 4 % /Hille, 1997/. V Evropě se přímá redukce ţeleza (DRI) omezuje na mnoţství t/rok (Německo a Švédsko), coţ představuje přibliţně 1,5 % světové kapacity. Spotřeba přímo redukovaného ţeleza ( DRI) v elektrických obloukových pecích se pro EU 15 v roce 1995 udává ve výši 400 tis. t/rok, ale zájem o tento materiál stoupá a právě jsou ve vývoji nové technologie výroby. V současné době nejsou v EU 15 v komerčním měřítku ţádné jednotky redukčního tavení rud. Proto tyto postupy zde popsány nejsou, ale bude o nich zmínka v kapitole Alternativní techniky výroby ţeleza. 3.2 Integrovaný hutní podnik (integrovaná ocelárna) Ze čtyř postupů výroby oceli popsaných v 3.1 je zdaleka nejsloţitějším způsobem klasické spojení vysoká pec - kyslíkový konvertor, k němuţ dochází ve velkých průmyslových komplexech známých jako integrovaný hutní podnik, jenţ zaujímá plochu aţ několik km² (obr. 3.2). Integrované hutní podniky jsou charakteristické sítí nezávislých materiálových a energetických toků mezi různými výrobními jednotkami, Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 16

45 z nichţ většina se vyskytuje v BREF (závody aglomerace, peletizace, koksovny, vysoké pece a kyslíkové ocelárny s následným odléváním). Před tím, neţ budou podrobně pospány jednotlivé typy zařízení, bude předloţen přehled vzájemných závislostí, o němţ byla učiněna zmínka. Obr. 3.2 : Letecký pohled na integrovaný hutní podnik umístěný poblíţ pobřeţí Přehled postupů Pracovní postupy integrovaného hutního podniku uvedené v tomto dokumentu BREF jsou znázorněny na obr Obrázek představuje schematický přehled hlavních materiálových vstupů a výstupů (hmotnostní toky emisí) pro kaţdou etapu výrobního postupu. V provozech integrovaných hutních podniků je vysoká pec hlavní provozní jednotkou, kde dochází k primární redukci oxidických rud, coţ vede k tekutému ţelezu, tak zvanému surovému ţelezu v houskách. Moderní vysoce výkonné vysoké pece vyţadují fyzikální a metalurgickou přípravu vsázky. Dvěma druhy zařízení pro přípravu ţelezné rudy jsou závody aglomerace a peletizace. Pelety se téměř vţdy dělají z jedné, velmi dobře definované rudy nebo koncentrátu (viz obr. 2.1) v dolech a v této formě se přepravují. V Evropě existuje pouze jeden integrovaný hutní podnik, který provozuje i peletizační zařízení.. Aglomerát se obvykle vyrábí v ţelezárnách z předem stanovených směsí jemných rud, odpadních zbytků a přísad. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 17

46 Obr. 3.3: Přehled postupů výroby v integrovaném hutním podniku /UK IPR 2/1, 1994/ (zařízení peletizace znázorněno není, protoţe jej má jen jeden integrovaný hutní závod v Evropě) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 18

47 Hlavními redukčními činidly ve vysoké peci jsou koks a práškové uhlí, tvořící oxid uhelnatý a vodík, které redukují oxidy ţeleza. Koks a uhlí fungují také částečně jako palivo. Koks se vyrábí z uhlí pomocí suché destilace v koksovně a má lepší fyzikální a chemické vlastnosti neţ uhlí. V mnoha případech se podávají přídavná redukční činidla/ paliva injektáţí oleje, zemního plynu a (v několika případech) i plasty. Horký vzduch poskytuje nutný kyslík pro tvorbu oxidu uhelnatého, který je zásaditým redukčním činidlem oxidů ţeleza. Vysoká pec se zaváţí shora vsázkou, která se skládá střídavě z vrstvy koksu a směsí aglomerátu a/ nebo pelet, kusové rudy a tavidel. V peci se ţelezná ruda postupně redukuje a tekuté ţelezo a struska se shromaţďují na dně pece, odkud se odpichují. Struska z vysoké pece se granuluje, peletizuje, nebo odpichuje do struskových jam. Granulovaná struska nebo pelety se obvykle prodávají společnostem vyrábějícím cement. Struska z jam se můţe pouţít také ke stavbě silnic. Tekuté ţelezo z vysoké pece (surové ţelezo v houskách) se přepravuje do kyslíkových konvertorů, kde se sniţuje obsah uhlíku (z cca 4 %) na méně neţ 1 % a tím přechází ţelezo v ocel. Předtím se pouţije pánev k odsíření ţeleza a následně, aby se vyrobila ocel poţadované jakosti se všeobecně pouţívá metalurgie na pánvi. Na výstupu z kyslíkového konvertoru se tekutá ocel odlévá buď do ingotů nebo pomocí plynulého odlévání. V některých případech se za účelem dalšího zvýšení jakosti oceli pouţije vakuového odplynění. Odlité výrobky, ať uţ ingoty, bramy, sochory nebo bloky se následně zpracovávají ve válcovnách a dokončovacích výrobních linkách Vzájemná závislost různých výrobních pochodů/jednotek se zřetelem k energii, vedlejším produktům / odpadům, ovzduší a vodě Přehled pochodů na obr. 3.3 ukazuje různé výrobní jednotky integrovaného hutního podniku. Jednotlivé jednotky jsou propojeny jak toky výrobků, tak vnitřními toky odpadů (válcovenských okují, prachu z filtrů, kalů z vypírání vysokopecního nebo konvertorového plynu atd.) toky vody (společná úprava různých proudů odpadní vody, vyuţití stupňovitého uspořádání při chlazení vody atd.) a energie (koksárenský plyn, vysokopecní plyn, konvertorový plyn, pára z vysokotlakých turbin u vysoké pece nebo kyslíkového konvertoru atd.) Tato vzájemně závislá propojení se vytvořila proto, aby se minimalizovaly jak emise, tak se optimalizovala produktivita a sníţily se náklady Energie Vzájemná závislost mezi druhy energie je u těchto propojení nejsloţitější. Obr. 3.4 uvádí příklad vstupních a výstupních toků u kaţdé z různých druhů energie společně s vnitřními toky energie integrovaného hutního podniku. Převládajícími vstupy energie jsou uhlí a koks i kdyţ se nakoupí z externích dodávek. Elektřina, zemní plyn, olej a ( v několika málo případech) plasty představují také energetické vstupy. Koksárenský plyn, vysokopecní a konvertorový plyn se vyuţívají v celém integrovaném podniku. Vyuţití vysokotlakých turbin u vysoké pece však není případem pro rekuperaci konvertorového plynu nebo páry. Rekuperace páry závisí na tlaku ve vrcholu vysoké pece, na podmínkách provozu kyslíkového konvertoru a vyuţitelnosti konvertorového plynu. Obr. 3.4: Příklad vstupů, výstupů a vnitřních toků energií v moderním integrovaném hutním podniku /Joksch, 1998/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 19

48 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 20

49 Obr. 3.5 uvádí podrobný popis kvantitativního rozdělení různých druhů energie v integrovaném hutním podniku. Veškeré údaje v tomto obrázku se vztahují k celkovému příkonu energie včetně toho, který pochází z externích zdrojů elektřiny. Asi 88 % dodávané energie pochází hlavně z uhlí, z níţ 83 % se konvertuje do koksu. Vysoké pece spotřebují okolo 60 % celkové potřeby energie oceláren, následují válcovny (25 %), aglomerační zařízení (asi 9%) a koksovny (okolo 7 %). Obr. 3.5: Typické rozdělení potřeb energie v integrovaném hutním podniku na tunu surové oceli /Ullmann s, 1989/ Tento příklad potvrzuje výpočty uvedené v kap.1.5. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 21

50 Pevné odpady/vedlejší produkty Hospodaření s odpady v integrovaném hutním podniku je charakteristické pokrokovými technikami ke zhodnocení různých druhů strusky a recyklací většiny odpadů v aglomeračním závodě, který lze povaţovat za digestoř integrovaných hutních podniků. Tedy, vedle aglomeračního procesu samotného, hraje aglomerační závod tuto důleţitou úlohu recyklace odpadů, pro které neexistuje odpovídající alternativa. Na skládku se ukládá jen malá část z celkového mnoţství odpadů. Ta často obsahuje jemný prach z čištění vysokopecního plynu, zdivo, jemný prach z vypírání konvertorového plynu (pokud se pouţije mokré vypírky) a v některých případech vysoce alkalické chloridy a chloridy těţkých kovů z posledního pole elektrostatického odlučovače při úpravě výstupního plynu z aglomeračních pásů. Obr. 3.6 uvádí typický příklad hospodaření s vedlejšími produkty a odpadními zbytky v integrovaném hutním podniku. Obr. 3.6: Typický příklad hospodaření s odpady a vedlejšími produkty v integrovaném hutním podniku /Bothe, 1993/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 22

51 Voda Vodní hospodářství v integrovaném hutním podniku závisí v první řadě na místních podmínkách, především na dostupnosti čerstvé (říční) vody a právních předpisech. Právní omezení by se mělo soustředit na minimalizaci vypouštění chladící vody a hmotnostní znečištění odpadní vody, ale existují také případy, kde správní orgány vyţadují, aby se zamezilo odparovým mrakům z chladících věţí, které brání další recyklaci chladící vody. Obr. 3.7 uvádí příklad vodního hospodářství s indikací úpravy vody z integrovaného hutního podniku s přebytkem dostupné vstupní vody a tudíţ vysvětluje přítomnost mnoha zároveň procházejících chladících systémů, coţ má za následek měrnou spotřeby vody o více neţ 100 m3/t oceli. V místech s velmi malou disponibilitou čerstvé vody existuje nutnost v maximální moţné míře šetřit vodou. V těch případech můţe být měrná spotřeba vody méně neţ 10 m3/t oceli a někdy méně neţ 5 m3/t oceli, přičemţ vzájemná závislost je mnohem intenzivnější. Obr. 3.7: Příklad vodního hospodářství integrovaného hutního podniku v místě s vysokým nadbytkem dostupnosti vody. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 23

52 Kapitola 4 - aglomerace 4. AGLOMERAČNÍ ZÁVODY 4.1 Aplikované postupy a techniky Účel spékacího procesu Moderní vysoce výkonné vysoké pece dosahují zlepšeného výkonu přípravou vsázky po stránce fyzikální i metalurgické, coţ zlepšuje prostupnost a schopnost redukce. Tato příprava znamená aglomeraci pecní vsázky buď spékáním nebo peletizací (viz kap.5). Vsázka obsahuje směs drobných rud, aditiv, recyklované materiály s obsahem ţeleza z následných procesů, jakými jsou hrubý prach a kal z čištění vysokopecního plynu, válcovenské okuje, slévárenské okuje atd., ke kterým se přidává koksový mour k zapálení směsi. V Evropě se spékací proces provádí výhradně spodním tahem na kontinuálních pohyblivých roštech (obr. 4.1 a obr. 4.2) Obr. 4.1: Fotografie spékacího pásu se zaváţecím zařízením (bubny nebo skluznými ţlaby) a záţehovým krytem na začátku pásu Míchání a příprava směsí surovin Suroviny je třeba před spékacím procesem promíchat. To obyčejně znamená vrstvení materiálů na přípravné ploše v přesných mnoţstvích, potřebných pro spékací operaci. V této etapě se mohou také přidávat některá tavidla, materiály k recyklaci z následně probíhajících pochodů, jak jiţ bylo uvedeno. Spodní vrstvy rudy se překrývají vrstvou hrubého materiálu, aby se zabránilo víření při závanu větru. Na začátku procesu spékání se promísená ruda přendá do úloţného zásobníku na začátku aglomeračního zařízení. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 24

53 Kapitola 4 - aglomerace V etapě mísení se mohou do promíchávané rudy přidávat další aditiva jako vápno, olivín, zachycený prach a válcovenské okuje, prach z čištění vysokopecního plynu ( a mnohem niţší mnoţství kalů) a recyklovaný aglomerát ( částice o velikosti 5 mm) z třídění aglomerátu (obr. 4.2). Při pochodu spékání se nejčastěji pouţívá jako palivo koksový mour (o velikosti částic menších neţ 5 mm). Obvykle se vyrábí přímo na místě v koksovnách a ukládá se do zásobních násypek pro následné pouţití. Mour lze také získat drcením koksu. V některých případech se pouţívá jako paliva antracitu. Integrované hutní závody s kapacitou koksu, která není dostačující pro zásobování aglomeračního závodu, jsou závislé na externích dodavatelích koksového prachu. Směs rudy a koksového prachu se na dopravníkových pásech váţí a sype se do směsného bubnu. Zde se dokončí promíchávání a směs se navlhčí, aby se vytvořily mikropelety, které přispívají k prodyšnosti aglomeračního loţe (obr. 4.2). Tam, kde se vyuţívají pro mísení a promíchávání zásobní nádrţe, se emise potlačují pomocí odlučování hmotných částic a následným čištěním jímaného plynu. Obr. 4.2: Schéma aglomeračního závodu se zobrazením hlavních emisních bodů /Theobald 1, 1995)/ Pouţívají se také jiné projekty. Obrázek znázorňuje závody vyuţívající drcení koksu a mísení v bunkrech. Komíny indikují emisní zdroje, ale jejich skutečný počet není velký, protoţe se kaţdý vyuţívá pro více neţ jeden proud výstupního plynu Provoz aglomeračního pásu Aglomerační zařízení tvoří v podstatě široký pohyblivý rošt z tepelně odolné litiny (obr. 4.1). Materiál, který se má spékat je umístěn navrch mm hluboké vrstvy recyklovaného aglomerátu. Tato spodní vrstva zabraňuje směsi, která se spéká, aby propadala otvory v roštu a chrání rošt před přímým teplem hořící směsi. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 25

54 Kapitola 4 - aglomerace V moderních aglomeračních závodech je vrstva materiálů ke spékání asi mm hluboká, ale ve starších závodech jsou obvykle loţe mělčí. Na začátku roštu zaţehává kryt plynových hořáků koksový mour ve směsi. Při pochodu se spodním tahem prosávají výkonné ventilátory vzduch aglomeračním loţem do rozvodných komor (větrovodů ) umístěných na spodní straně podél celé délky roštu. Proud odpadního plynu aglomeračního závodu kolísá od do Nm 3 za hodinu v závislosti na velikosti závodu a provozních podmínkách /EC Sinter/BF, 1995/. Běţně je specifický objemový průtok odpadního plynu mezi 1500 a 2500 Nm 3 na tunu tříděného aglomerátu /UBA Comments, 1997/. Většina aglomeračních zařízení s velkou odsávanou plochou (více neţ 250 m 2 a /nebo šíří roštu větší neţ 3m) má dva hlavní sběrače odsávaného plynu s řadou samostatných ventilátorů a odprašovacím zařízením, které by mělo být vhodným moderním opatřením pro omezení emisí /Bothe,1993/. Jak aglomerovaná směs postupuje podél roštu, je čelo spalování taţeno dolů směsí. Tím se vytváří teplo ( C) dostatečné k tomu, aby se spekly jemné částice dohromady do porézního slínku, který se nazývá aglomerát. Během aglomeračního procesu probíhá řada chemických i metalurgických reakcí. Ty vedou jak k tvorbě aglomerátu samotného, tak také ke vzniku prachu a plynných emisí. Reakce se překrývají a ovlivňují se vzájemně, nastávají jak reakce v tuhém skupenství, tak heterogenní reakce mezi taveninou, pevnými a plynnými fázemi, které se vyskytují v zóně spékání. V basickém prostředí (1,5-1,7 CaO/SiO 2 bazicity, která je velmi běţná viz. obr. 4.9) probíhají ve spékané směsi následující procesy a reakce : - odpařování vlhkosti - předehřev a kalcinace basických sloučenin, záţeh koksového mouru a reakce mezi uhlíkem, pyritem, chloridovými a fluoridovými sloučeninami a vzdušným kyslíkem - rozklad hydrátů a štěpení uhličitanů - reakce mezi CaO a hematitem (krevel-druh ţelezné rudy) - reakce mezi křemičitanovou fází a CaO, jakoţ i fázemi oxidů ţeleza za tvorby taveniny křemičitanu a zvýšeného podílu roztavených fází - tvorba sloučenin vápníku a síry a sloučenin s obsahem fluoru, společně s alkalickými chloridy a chloridy kovů - redukce oxidů ţeleza na kovové ţelezo ve vysoko-teplotní zóně - vytváření dutin a kanálků při spalování koksu a odpařování vlhkosti - reoxidace a rekrystalizační procesy se smršťováním, přeměnou a vytvrzováním během ochlazování aglomerátu - tvorba trhlin z důvodu tepelného pnutí během ochlazování aglomerátu a deformace v mikrostruktuře aglomerátu Obr. 4.3 zobrazuje teplotu a reakční zóny vrstvy aglomerátu 6 minut po záţehu. Emisní profily různých parametrů (voda, kyslík) (viz obr. 4.5) a znečišťujících látek (CO 2, CO, SO 2, NOx alkalických chloridů, chloridů těţkých kovů a PCDD/F), o kterých je moţno dále diskutovat (viz obr. 4.5, 4.8 a část ). Počet a rozličnost znečišťujících látek v odcházejícím plynu z aglomeračního pásu je velmi značná, jak tomu je u většiny spalovacích procesů. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 26

55 Kapitola 4 - aglomerace Plyn obsahuje hmotné částice (těţké kovy, hlavně sloučeniny ţeleza, ale také další sloučeniny (zejména s obsahem olova), alkalické chloridy, oxidy síry, dusíku, HCl, HF, uhlovodíky, CO, jakoţ i relevantní stopová mnoţství polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH) a aromatických organohalogenových sloučenin, jako jsou polychlorované dibenzodioxiny a furany (PCDD/F) a polychlorované bifenyly (PCB). Jak ukazuje obr. 4.8, plynné emise z aglomeračního závodu v celkových emisích integrovaných hutních podniků (hmotnostní koncentrace za jednotku času) převaţují. Podrobné informace o způsobu tvorby, mnoţství emisí a profilu aglomeračního pásu pro jednotlivé znečišťující látky jsou uvedeny v sekci 4.2. Před dosaţením konce roštu je koksový mour zcela spálen a jeden nebo dva poslední větrovody se vyuţívají pro počínající proces ochlazování. Chladič můţe být zabudován do aglomeračního pásu, nebo je oddělen, coţ je nejběţnější. Produkt spékání vypadává z konce roštu ve formě spečence, který se rozlamuje na nárazové plošině a pomocí drtiče. V mnohých závodech pak aglomerát prochází procesem třídění za horka, čímţ se oddělí jemné částice menší neţ cca 5 mm a recyklují se do vsázkové směsi (obr.4.2) Obr. 4.3: Schematický diagram teploty a reakčních zón při spékacím pochodu /Dietrich, 1961/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 27

56 Kapitola 4 - aglomerace Třídění horkého aglomerátu a chlazení Není-li chlazení zabudováno do aglomeračního pásu, pak po přechodu pásu postupuje aglomerovaný materiál na chladič. Chladič má charakteristickou kruhovou konstrukci o nějakých 20 aţ 30 m v průměru, ve kterém se umístí aglomerát ve vrstvě větší neţ l m. Aglomerát se chladí vzduchem vháněným vertikálně do vrstvy. Objemový průtok chladícího vzduchu aglomerátem je vysoký a závisí na druhu a stáří pouţitého systému. Specifický průtokový objem je Nm 3 / t aglomerátu, coţ vede k průtokové rychlosti aţ Nm 3 /hod. /EC Sinter/BF, 1995/. Někdy se značného tepla odpadního plynu z chlazeného aglomerátu vyuţívá v kotlích na odpadní teplo, do záţehových čel aglomeračního roštu, nebo k předehřevu čerstvé vsázky. Existují a jsou známy i jiné projekty chladičů. Ochlazený aglomerát se přepravuje k sítům, které oddělují frakce, které se pouţijí ve vysoké peci (4-10 mm a mm) od frakcí, které se navrátí do aglomeračního procesu (0-5 mm jako vratná jemná frakce a mm jako spodní vrstva). 4.2 Současné ÚROVNĚ spotřeb a EMisí Přehled hmotných toků a údaje o vstupu a výstupu Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 28

57 Kapitola 4 - aglomerace Obr. 4.4: Přehled vstupů a výstupů a hmotné toky v aglomeračním závodě Aglomerační závod - přehled hmotných toků ENERGIE - plyn (KP,VP, zemní : (m 3 /r) - elektřina (kwh/r) - koks a koksový mour (t/r) Všeobecné informace VODA - kapacita závodu (t/r) - spotřeba /rok (m 3 /r)) - počet aglomeračních roštů - vlastní studny/dodávka (%) - stáří závodu (r) - de-mi voda (m 3 /r) - provozní doba (h/r) - zabudované chlazení aglomerátu (ano/ne) POMOCNÉ LÁTKY - druh a mnoţství (t/r) - stlačený vzduch SUROVINY AGLOMERAČNÍ ZÁVOD s určitými stupni zpracování (schéma oddělených toků) PRODUKTY - druh a mnoţství (t/r) - druh a mnoţství (t/r) - rudy ţeleza - aglomerát - pevné látky a odpad z třídění - tavidla ODPADNÍ TEPLO - odpady obsahující Fe - zdroje a mnoţství (MJ /r) - olivín - vápenec VÝSTUPNÍ PLYN /spaliny - zdroje a mnoţství (koncentrace a t/r) - prach, TK, SO 2, NOx, HCl, HF, CO, org.c, PAH, PCDD/F, PCB (pouţije se oddělené schéma, je-li třeba) -» hmotné částice z manipulace, drcení, třídění kouřové plyny / spaliny z aglopásu, hmotné částice z chlazení aglomerátu PEVNÉ ODPADY - druh a mnoţství (t/r) - prach z aglomerátu - aglomerační kal ODPADNÍ VODA - zdroje a mnoţství (m 3 /r) (ne chladící voda) - přímá výpusť (ano/ne) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 29

58 Kapitola 4 - aglomerace Následně se mohou vyčíslit specifické vstupní faktory, jakoţ i emisní faktory. Tyto údaje jsou uvedeny v tab. 4.1 u pěti aglomeračních závodů z pěti různých členských států EU a poskytují názornou představu o moderních závodech. Emisní faktory jsou vztaţeny na l t tekuté oceli, aby se usnadnilo dodatečné přiřazování emisí z rozličných stupňů výroby. Tab. 4.1: Údaje o vstupech a výstupech z 5 aglomeračních závodů ve čtyřech různých členských státech EU (Rakousko, Belgie, Německo a Nizozemí) VSTUP VÝSTUP Suroviny kg/t aglomerátu Produkt kg/t aglomerátu ţelezná ruda * 1 aglomerát 1,000 další materiály s obsahem Fe EMISE v PLYNU g/t tekuté oceli vápno 0,5-14 prach * * 5 vápenec Cd 0,002-0,04 * 6 aditiva Cr 0,005-0,05 * 6 prach z VP plynu Cu 0,007-0,16 * 6 recyklované materiály Mn 0,02-0,4 * 6 vratný aglomerát po třídění Ni 0,002-0,04 * 6 Pb 0,04-7 * 6 Tl 0, * 6 V 0, Zn 0,002-1,8 * 6 Hg (mg/t TO) * 13 HCl HF 1,4-3,5 NOx SO CO (kg / t TO) CO 2 (kg / t TO) * 7 VOC ( g/t TO) 150 * 8 ENERGIE MJ / t aglomerátu PAH * 9 (mg/t TO) KP,VP, zemní plyn * 2 PCDD/F(µgI-TEQ/t TO) 0,5-6,5 koks * 3 PCB * 10 (mg/t TO) 1 13 elektřina stlačený vzduch (Nm 3 /t aglom.) 1,2-3 Zůstatky / vedlejší produkty kg/t TO prach * 11 0,9-15 kal * 12 0,3 VODA (m 3 /t aglo) 0,01-0,35 Odpadní voda* 12 (m 3 /t TO) 0,06 poznámky k tabulce : TO= tekutá ocel, aglomerát : tříděný *1: aţ 1065 kg/t aglomerátu v případě vyuţití rudy s nízkým obsahem ţeleza *2: spotřeba závisí na účinnosti záţehového zařízení *3: s kj/kg koksového mouru : kg koksového mouru na l t aglomerátu Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 30

59 Kapitola 4 - aglomerace *4: pouţitý faktor konverze (váţený průměr ze všech evropských vysokých pecí a KKO:1160 kg aglomerátu / t surového Fe : 940 kg aglomerátu / t tekuté oceli *5: hodnota je dána pro EO (elektrostatický odlučovač), v případě cyklonů: g prachu/t TO ; v případě EO + pytlový filtr :12 g prachu / t TO ( jeden závod v Evropě) *6: niţší hodnota v případě pouţití zkrápění a systému jemného vypírání po elektrostatickém odlučovači, nebo EO s následným pytlovým filtrem *7: hodnoty aţ 425 kg CO 2 / t TO v případě pouţití FeCO 3, který se rozkládá na FeO a CO 2 *8: údaje pouze z jednoho závodu: VOC byly měřeny kontinuálně s plamenoionizačním detektorem (11 měřících cyklů) *9: suma EPA=16, počítaná z Borneffových 6 (EPA16 = Borneff 6x4) při 2100 Nm 3 /t aglomerátu *10: suma všech PCB vypočítaná z (Σ PCB )x5 (faktor 5 podle UN ECE, 1997) a při 2100Nm 3 vypouštěného plynu/t aglomerátu - (údaje jsou k dispozici pouze ze dvou závodů *11: pokud je část prachu uloţena na skládku (prach z posledního pole EO) *12: je-li pouţit systém jemné vypírky *13: vyšší hodnota, kdyţ je Hg obsaţena v relevantním mnoţství v ţelezných rudách Údaje o emisích představují hodnoty emisí po jejich sníţení z celého aglomeračního závodu (výstupní plyn z pásu, z chlazení aglomerátu, z odprašování atmosféry budovy aglomerace atd.). Informace o stanovení údajů, jako jsou vzorkovací metody, metody analytické, časové intervaly, metody výpočtu a referenční podmínky nejsou k dispozici. Tab. 4.2 doplňuje tabulku 4.1 a uvádí faktory emisí unikajících do atmosféry (po sníţení emisí) z jednotlivých hlavních provozů aglomeračního závodu. Tato tabulka uvádí obsah SO 2, NOx, CO a VOC ve výstupním plynu ze závodů celé EU. Uvádí se, ţe z výstupní zóny a z chlazení aglomerátu můţe emitovat velké mnoţství prachu. Důvodem je nedostatečně odlučující, nebo zcela chybějící technika čištění /EC Study, 1996/. Tab. 4.2: Emisní faktory pro emise do ovzduší (po sníţení) pro jednotlivé operace aglomeračních závodů* 1 Aglomerační závody prach g/t TO HF g/t TO HCl g/t TO SO 2 g/t TO NOx g/t TO CO g/t TO CO 2 kg/t TO drcení/míšení 5 * 5 n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. aglopás* 4 ( ) x s (23) * (18)0,4-57 (9)23-95 (22) (26) (24) n.d. zóna vypouštění * * 7 n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. chlazení aglo* * 8 n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. ovzduší v hale -* 9 n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. údaje z 5 aglomeračních závodů* 10 viz tab. 4.1 Vstupy / výstupy u aglomeračních závodů pokrač. Aglomerační závody VOC g C/ t TO PAH mg / t TO * 2 PCDD/F PCB µg / t TO* 3 mg / t TO drcení / mísení n.r. n.r. n.r. n.r. aglopás* 4 ( ) (7)50-150* 11 n.d. 1-10* 3 n.d. x s Zóna n.r. n.r. n.r. n.r. vypoušt ění* 4 Chlazení n.r. n.r. n.r. n.r. aglome rátu* 4 Ovzduší v hale n.r. n.r. n.r. n.r. Údaje z 5 aglomeračních závodů : viz tab. 4.1 Vstupy a výstupy u aglomeračních závodů Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 31

60 Kapitola 4 - aglomerace vysvětlivky : ( ) : čísla v závorce uvádějí počet údajů TO = tekutá ocel (surová ocel); * TK = těţké kovy (zde jde spíše o neţelezné kovy) x s = průměrná hodnota a standardní odchylka (počítá se pouze tehdy, je-li k dispozici dostatek údajů) n.r.= není relevantní n.d.= není k dispozici *1: pouţité převodní faktory (váţený průměr všech evropských vysokých pecí a oceláren s kyslíkovými konvertory) : 1160 kg aglomerátu/ t surového Fe : 940 kg surového Fe/t TO - emisní faktory pro TK* jsou uvedeny v tab.: Vstupy a výstupy u aglomeračních závodů *2: součet EPA 16, vypočítán z Borneff 6 (EPA 16=Borneff 6x4) při 2100 Nm 3 vypouštěného plynu /t aglomerátu *3: v (μg I-TEQ/t TO), údaje z: LAI, 1995;Theobald 1,1995;UN-ECE,1997; LUA NRW, 1997 *4: údaje z EC Study, 1996 *5: údaje z EC Study, 1996, ale bez 10 % nejniţších a nejvyšších číselných hodnot (jsou nepřiměřené) a bez uvaţování cyklonů, jako techniky pro sniţování emisí, u nichţ jsou emise značně vyšší (faktor 2-4) *6: vypočteno z EC Sinter /BF, 1995, při 2100 Nm 3 vystupujícího plynu / t aglomerátu a ověřeno z dostupných údajů ze závodů aglomerace *7: údaje pouze z jednoho místa : velmi často se odcházející plyn upravuje společně s jinými proudy, jako příkladně s plynem vystupujícím z odprašování atmosféry uvnitř haly a s plynem z chlazení aglomerátu *8: vypočteno z EC Sinter / BF, 1995, při 2000 m 3 vypouštěného plynu /t aglomerátu a ověřeno z dostupných údajů ze závodů aglomerace : úprava vypouštěného plynu cyklony vede k emisím v rozmezí od 100 a 450 g/t TO, při pouţití pytlových filtrových lapačů se dosahuje hodnot výrazně niţších ( g/t TO) *9: plyn vycházející z odprašování atmosféry v hale se velmi často upravuje společně s plynem odcházejícím z ostatních operací, jako je chlazení aglomerátu a /nebo zóny vypadávání aglomerátu (z pásu) a třídění *10: emisní faktory z 5-ti aglomeračních závodů v EU 15 včetně všech emisních zdrojů, které jsou uvedeny v tab. 4.1 : "Vstupy/výstupy u aglomeračních závodů " *11: dodatkové údaje z německého aglomeračního závodu při 11 měřeních ( podle Dropsch, 1997) Informace o hmotnostních tocích jednotlivých emisí Jak jiţ bylo uvedeno, pro ţivotní prostředí jsou u aglomeračního závodu nejvýznamnější plynné emise zejména ty, které pocházejí z aglomeračního pásu. Pokud se budou aplikovat techniky ke sníţení emisí, mohou se projevit účinky napříč celým prostředím. Podrobné informace týkající se jak energetických aspektů, tak emisí do ovzduší a vody jsou uvedeny dále dle následujícího členění : l Podrobné informace o emisích do ovzduší : emise hmotných částic z manipulace, drcení, třídění a transportu aglomerační vsázky a aglomerátu emise odpadních plynů z aglomeračního pásu emise hmotných částic z chlazení aglomerátu Informace o emisích do vody : odpadní voda z úpravy odpadního plynu (volitelná úprava) chladící a vypírací voda Informace o pevných odpadech pevné odpady z úpravy odpadního plynu (volitelná úprava) Informace o energetických aspektech potřeba energie Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 32

61 Kapitola 4 - aglomerace Podrobné informace o emisích do ovzduší Emise hmotných částic (TZL = tuhé znečišťující látky) z manipulace, drcení, třídění a přepravy aglomerační vsázky a produktu (aglomerátu) Jakmile se manipuluje se surovinami a aglomerátem, drtí se, třídí nebo se přepravují, dochází k emisím hmotných částic. Emise hmotných částic z manipulace, drcení, prosévání a přepravy se mohou sníţit prostřednictvím náleţitého odlučování, jímáním a zachycováním Emise odpadních plynů z aglomeračního pásu Všeobecně Jak jiţ byla uvedeno v bodě 4.1.3, je měrný průtok odpadních plynů poměrně vysoký ( m 3 /t aglomerátu). Tabulka 4.2 poskytuje informace o směsném odpadním plynu z pásu jakoţto celku. Ačkoliv sloţení jímaných odpadních plynů z jednotlivých větrovodů značně kolísá, vykazuje určité charakteristické znaky. Obrázek 4.5 ukazuje obsah CO 2, CO, O 2, a H 2 O v odpadním plynu podél aglomeračního pásu. Tyto parametry také interferují s rozličnými rovnováţnými reakcemi. Jsou rovněţ k dispozici charakteristické křivky teploty a obsahu Pb, SO 2, NOx, PCDD/F (viz obr. 4.8 a 4.1.4) a nejspíš také existují i pro další znečišťující látky. Dnes se mohou některé parametry jako CO, CO 2, H 2 O, O 2, NOx a SO 2 vypočítat pomocí vhodných modelů /Neuschutz, 1996/. Obr. 4.5: Typický emisní profil CO 2, CO, O 2 a H 2 O v odpadním plynu (jednotlivé větrovody) podél aglomeračního pásu /Neuschütz, 1996/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 33

62 Kapitola 4 - aglomerace Prach Kvantitativní analýza rozdělení velikosti zrn prachu z aglomeračního pásu před odloučením vykazuje dvě maxima; jedno pro hrubý prach (s velikostí zrn okolo 100 μm) a druhé pro jemný prach (0,1-1 μm) (obr. 4.6). Tyto charakteristiky dvousloţkové směsi prachu mohou být vysvětleny existencí dvou procesů tvorby prachu. Obr. 4.6: Rozdělení prachu podle velikosti a hmotnosti u různých aglomeračních pásů /Bothe, 1993/. Hrubý prach se tvoří na začátku pásu a pochází z aglomerační vsázky a niţší vrstvy, zatímco se jemný prach tvoří ve spékací zóně po úplném odpaření vody ze směsi. Sloţení hrubého prachu souvisí s aglomerační vsázkou a lze ho s vysokou účinností oddělit v elektrostatických odlučovačích. Jemný prach však obsahuje chloridy alkálií a také chloridy olova, které se tvoří během vlastního spékacího procesu (viz 4.1.3). Alkalické chloridy způsobují vysoký specifický odpor prachu ( /cm) a tak vytvářejí na elektrodách isolační vrstvy, coţ vede k váţným problémům při odstraňování prachu a sniţuje účinnost odlučovačů /Bothe, 1993; Gebert, 1995/ (obr. 4.7). Podle Bothe, 1993, mohou být alkalické chloridy odstraněny pouze s průměrným stupněm účinnosti okolo 60 %. Jemný prach je důvodem, proč dobře projektované a provozované konvenční elektrostatické odlučovače nemohou běţně dosáhnout koncentrace emitovaného prachu niţší neţ 100 aţ 150 mg/m 3. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 34

63 Kapitola 4 - aglomerace Obr. 4.7: Specifický odpor prachu oxidu ţelezitého a alkalických chloridů a síranů /Reiche, 1990/ Chloridy Pb se chovají podobně, coţ je důvodem relativně vysokých emisí Pb z aglopásů (viz tab.4.1). Emitovaný jemný prach přispívá k imisím prachu do okolního prostředí a s ohledem na Směrnici 92/62/EC /EC Air, 1996/, podle které se předpokládá stanovit limitní hodnoty pro hmotné částice v okolním prostředí (imisní limit) PM 10 ( PM = particulate matter) /EC, LV,1998 = Evropská rada, Limitní hodnoty, 1998) to můţe ovlivnit další diskuse o emisích prachu z aglomeračních závodů Těžké kovy (TK) Emise TK z aglomeračních závodů mohou být velmi závaţné, zvláště pokud jde o Pb (viz obr. 4.8). Olovo Během spékacího procesu reaguje Pb na PbO-PbCl 2, PbCl 2 pravděpodobně také na PbCl 4. Tyto sloučeniny olova jsou poměrně těkavé a vstupují do plynné fáze /Matzke, 1987/. Jejich vlastnosti (prchavost, ţádný další nárůst velikosti jejich krystalů, velmi jemné krystaly PbCl 2 ) vedou k poměrně vysoké koncentraci v surovém odpadním plynu (aţ 70 mg Pb/Nm 3 při 2100Nm 3 na l t aglomerátu, 150 g Pb/t aglomerátu). Účinnost odloučení dobře projektovaného běţného elektrostatického odlučovače není pro velmi jemné částice příliš vysoká. A tak dochází ke značným emisím olova a to v gramech Pb na 1 t aglomerátu (viz tab. 4.1). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 35

64 Kapitola 4 - aglomerace Z výluhu listí je známo, ţe imisní koncentrace v oblasti emisního dopadu aglomeračních závodů můţe být značně vyšší v porovnání s celkovým mnoţstvím, dokonce i tehdy, kdyţ se emise minimalizují aplikací vysoce účinných mokrých skrubrů za běţnými elektrostatickými odlučovači /UA-OÖ, 1998/. Při tvorbě chloridů olova není nejdůleţitějším faktorem koncentrace olova v aglomerační vsázce (běţně g/t aglovsázky), ale koncentrace v ní obsaţených chloridů (běţně 200 aţ 700 g chloridů/t aglovsázky) /Matzke, 1987/. Uvádějí se i 10 x niţší koncentrace chloridů /BS PCDD/F, 1998/, které nejspíš korelují s niţšími emisemi olova. Emisní profil sloučenin Pb podél aglopásu ukazuje, ţe k těkání Pb dochází v prvních 2/3 pásu /Matzke, 1987/. Mnohé z aglomeračních závodů v Evropě se provozují s uzavřenými cykly filtrace prachu. To znamená, ţe veškerý odloučený prach z filtru elektrostatického odlučovače se recykluje na pásu. V porovnání k částečně otevřeným cyklům prachové filtrace (prach z posledního pole elektrostatického filtru, který obsahuje hlavně chloridy alkálií a kovů se ukládá na skládku) mají závody s uzavřenými cykly vyšší emise chloridů alkálií a kovů /Matzke, 1987/. Nebylo moţno získat přesnou kvantifikaci tohoto nezanedbatelného vlivu přenosu z jednoho typu ţivotního prostředí do druhého. S ohledem na obsah fluoridů v aglomerační vsázce se mohou také tvořit i fluoridy olova, které jsou dokonce těkavější a přispívají k celkovým emisím Pb. Rtuť Rtuť, vstupuje přímo během spékacího procesu do plynné fáze. Mnoţství emisí závisí na obsahu rtuti v aglomerační vsázce, ale běţně jsou velmi nízké. V případě Fe rudy, která obsahuje značné mnoţství Hg jsou pak emise výrazné. Pro takové případy se uvádějí emise okolo μg Hg/Nm 3, resp. 38 aţ 136 mg Hg /t aglomerátu /UA-OÖ, 1998/, pouţije-li se čistících technik s dobře projektovanými a provozovanými elektrostatickými odlučovači a systému skrubrů k vypírání jemných částic (Linz, 1996). Hodnoty koncentrací byly stanoveny v roce Takové výstupy mohou vést k významně vyšším koncentracím do ţivotního prostředí (např. stanoveným ze spadaného listí stromů) v oblasti působení aglomeračního závodu/ua-oö, 1998/. Koncentrace Hg v okolním ovzduší byly však stanoveny jako průměrné hodnoty ve výši 0,18 0,19 ng Hg/m 3, coţ je zdaleka niţší neţ v předepsaných normách. Zinek Ve vsázce je běţně obsah g Zn / t aglomerační vsázky /Matzke, 1987/. Při vysokých teplotách působících v zóně záţehu, kalcinace a oxidace (viz obr. 4.3) se zinek odpařuje, ale následně reaguje za tvorby ţelezitanu zinečnatého, který buď v aglomerátu zůstává /Matzke 1987/, nebo se můţe s vysokou účinností odloučit za pouţití dobře projektovaných a fungujících elektrostatických odlučovačů. Teplota během spékacího procesu, která je ovlivněna hlavně obsahem koksu ve směsi, má nejspíš na těkavost zinku značný vliv. Zinek můţe být přítomen v surovém plynu aţ v mnoţství 50 mg Zn/Nm 3 nebo 100 g Zn/t aglomerátu /Bothe, 1993/. Upravený odpadní plyn můţe obsahovat aţ 1,65g Zn /t aglomerátu (viz tab. 4.1), coţ by mohlo být významné pro ţivotní prostředí. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 36

65 Kapitola 4 - aglomerace Alkalické chloridy Obsah alkálií v aglomerační vsázce běţně kolísá od 600 do 1000 g K 2 O a od 250 do 500 g Na 2 O / t aglomerační vsázky /Matzke 1987/. V některých případech v závislosti na kvalitě rudy bylo zaznamenáno aţ 3000 g K 2 O / t vsázky. Tvorba chloridů alkálií během spékacího procesu a jejich nepříznivý dopad na účinnost odlučování elektrostatickým odlučovačem byla jiţ vysvětlena výše (viz prach ) Oxidy síry (SOx) Oxidy síry (hlavně SO 2 ) v odpadním plynu pocházejí ze spalování sirných sloučenin obsaţených v aglomerační vsázce. Tyto sloučeniny síry se zavádějí do procesu především prostřednictvím koksového mouru. Příspěvek ţelezné rudy je běţně asi 10x menší. Celkový vstup síry kolísá od 0,28-0,81 kg/t aglomerátu /Infomil, 1997/. Koncentrace emisí SO 2 jsou běţně 400 aţ 1000 mg SO 2 /Nm 3 resp g SO 2 /t aglomerátu (tab.4.1; /Bothe, 1993/. Tyto hodnoty představují průměrné koncentrace v odpadním plynu z celého aglomeračního pásu. Emisní profil podél aglopásu však vykazuje značné rozdíly v koncentracích SO 2 u jednotlivých výduchů (obr. 4.8) Na začátku pásu je obsah SO 2 velmi nízký. Emise prudce vzrůstají pouze tehdy, je-li dosaţeno vyšších teplot ve spodních vrstvách aglomeračního loţe. Nejvyšší koncentrace nastávají na konci pásu, ještě před začátkem ochlazování aglomerátu. Takový emisní profil snad můţe nabízet moţnost, pokud je to zapotřebí, upravit pouze určitý podíl (část úseku) odpadního plynu. Uvedené emise SO 2 se dosahují při pouţití surovin s nízkým obsahem síry a minimalizací spotřeby paliva. Zatímco na počátku 80. let bylo běţné přidávat na vstupu okolo 80 kg koksového mouru /t aglomerátu, současná spotřeba klesla na kg / tunu /Lüngen, 1991/. Obr. 4.8: Typický emisní profil SO 2 a NOx v odpadním plynu ( jednotlivé větrovody) a teplotní křivka podél aglomeračního pásu /Neuschütz, 1996/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 37

66 Kapitola 4 - aglomerace Vedle přísunu síry surovinami, ovlivňují emitované mnoţství SO 2 další faktory. Jedním z nich je vazba, kterou je síra v aglomerátu zastoupena. To závisí na bazicitě aglomerační vsázky. Při alkalitách (poměru CaO /SiO 2 ) aţ 1, více neţ 90 % síry vytěkává. Toto procentuelní mnoţství klesá při alkalitách nad l,5 /Bothe, 1993/. Při alkalitě 2 je únik síry %. V Německu a to je také representativní pro Evropu jako celek, se od 70.let se zřetelem k dosaţení samotavné vsázky bazicita aglomerátu zvýšila aţ na průměr 1,7 (obr. 4.9). To přispělo k poklesu emisí SO 2 ale jen menší měrou. Kromě toho vazba síry na vysoce alkalický aglomerát je moţná pouze s CaCO 3 jako pouţitou alkálií, ale ne s MgCO 3 /Bothe, 1993/. Obr. 4.9 Průměrné sloţení aglomerátu v Německu /Stahl, 1995/ Slabě positivní vliv CaCO 3 na emise SO 2 se vyrovnává jeho opačným účinkem vyplývajícím ze vzestupu měrného odporu prachu způsobeného vyšší basicitou, coţ pak vede k poklesu účinnosti odstraňování prachu elektrostatickými odlučovači (obr. 4.10). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 38

67 Kapitola 4 - aglomerace Obr. 4.10: Vliv bazicity aglomerátu (CaO/SiO 2 ) na měrný odpor prachu - /Bothe, 1993/. Legenda k obrázku : Křivky: 1) s 3 % CaO v aglomerační směsi 2) bez CaO (pouze CaCO 3 ) 3) s 1,2 % CaO 4) bez CaO Rozdělení dle velikosti zrna koksového prachu výrazně ovlivňuje emise SO 2. Pouţití hrubšího koksového prachu (5 aţ 6 mm) místo běţné normální velikosti (pod 3 mm) můţe sníţit emise SO 2 výrazně. Byl zaznamenán případ při kterém se emise SO 2 o 800 mg SO 2 /Nm 3 při pouţití malé velikosti zrna (1 mm) sníţily na 500 mg SO 2 /Nm 3 při záměně za hrubší koksový prach (6 mm) /Beer, 1991/ Fluoridy Emise fluoridů jsou závislé především na obsahu fluoru v pouţité rudě a na bazicitě aglomerační vsázky. Rudy bohaté na fosforné sloučeniny obsahují výrazné mnoţství fluoru ( ppm). V Evropě se takové rudy těţí a exportují zejména ze Švédska (Kiruna D, Graengesberg) /Bothe, 1993/. Emise fluoridů výrazně závisejí na basicitě vsázky (obr. 4.11). Vzrůst bazicity aglovsázky (viz obr. 4.9) během posledních dvou desetiletí vedl ke značně niţším emisím fluoridů. Jak je uvedeno výše, nevýhodou vsázky o vyšší basicitě je tvorba prachu o vyšším měrném odporu (viz obr. 4.10). Podle tab. 4.1 jsou emise fluoridu 1,3-3,2 g F/t aglomerátu nebo (při 2100 Nm 3 /t aglomerátu) 0,6-1,5 mg F/Nm 3. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 39

68 Kapitola 4 - aglomerace Obr. 4.11: Vztah mezi bazicitou aglomerační vsázky a emisemi fluoridů- /Bothe, 1993/ Oxidy dusíku (NOx) Teploty čela ţhnutí v aglomeračním loţi jsou příčinou tvorby NOx. Tyto NOx se mohou tvořit třemi způsoby: spalováním organických nitrosloučenin v aglomerační vsázce ( palivové NOx ); při reakci sloţek rozkladu s molekulárním dusíkem (N 2 ) ve spalovacím prostoru ( okamţité NOx ); a při reakci molekulárního kyslíku (O 2 ) s molekulárním dusíkem (N 2 ) ve spalovacím vzduchu ( tepelné NOx ). NOx z paliva mohou být nejvýznamnější a představovat okolo 80 % veškerého mnoţství, ale dominovat mohou i tepelné NOx se % /InfoMill, 1997/. V tab 4.1 jsou uvedeny emisní faktory od 400 do 650 g NOx/t aglomerátu, coţ znamená koncentraci (při 2100 Nm 3 /t aglomerátu) mg NOx/Nm 3. Uvádějí se emisní koncentrace aţ 700 mg NOx / Nm 3, coţ souvisí především s obsahem dusíku v palivech /Bothe, 1993/. Kdyţ se stanoví koncentrace NOx v jednotlivých větrovodech, lze vidět, ţe emise NOx nejsou rovnoměrně rozděleny podél aglomeračního pásu, ale při porovnání s SO 2 nejsou rozdíly tak výrazné (obr. 4.8) Uhlovodíky Emise uhlovodíků obsahují hlavně produkty, které se tvoří při pyrolýze a nedokonalém spalování materiálů s obsahem uhlíku. Recyklované zbytky, jakými jsou např. válcovenské okuje z procesů válcování (obsahující aţ 10 % oleje) /Gebert, 1995/, jsou hlavními zdroji emisí uhlovodíků z aglomeračních pásů /Gebert, 1995; Putz, 1996/. Většina integrovaných hutních podniků zavedla vnitřní oborové normy pro obsah oleje ve zbytkových odpadech recyklovaných na aglomeračním pásu (některé < 0,1 %, jiné < 0,5 % a další < 1 %), aby se Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 40

69 Kapitola 4 - aglomerace předešlo provozním problémům s elektrostatickými odlučovači (inkrustace, abraze, doutnající oheň) a také aby minimalizovaly emise. Emise uhlovodíků jsou výsledkem odpařováním ještě předtím neţ oxidační/ţhnoucí zóna dosáhne do niţších vrstev aglomeračního loţe (viz obr. 4.3). Tyto emise obsahují methan, alifatické sloučeniny, fenoly, olefiny a aromáty /Gebert 1995; Bothe 1993). Zaznamenané emisní koncentrace stanovené plameno-ionizačním detektorem (FID) jsou 49 aţ 109 mg C/Nm 3 (11 měření x ± s : mg C/Nm 3 - /Dropsch 1997/ a mg C/Nm 3 (32 měření, x s : mg C/Nm 3 ) /BS PCDD/F, 1998/. Tyto emise jsou přímo závislé na vstupní surovině Polychlorované dibenzo-dioxiny a furany (PCDD/F) Aţ v poslední době se stalo zřejmé, ţe aglomerační závody mohou být významným zdrojem emisí PCDD/F /Broeker 1993; Lahl 1994/. V jednom případě byly stanoveny koncentrace emisí aţ 43 ng I- TEQ/Nm 3 (opakovaná analýza), /Broeker, 1993/. Následkem optimalizace procesu, zejména díky vstupní kontrole, jsou skutečné emisní koncentrace běţně v rozmezí 0,5-5 ng I TEQ /Nm 3, coţ je ( při 2100 Nm 3 / t aglomerátu) 1-10 μg I-TEQ/t aglomerátu /LAI, 1995; Theobald l, 1995; UN-ECE, 1997; LUA NRW 1997/. Tyto emisní koncentrace /faktory odpovídají emisím po jejich sníţení, coţ se běţně provádí pomocí elektrostatického odlučovače se třemi nebo čtyřmi sektory. Pro emise PCDD/F neexistuje ţádné vyčerpávající vysvětlení (mnoţství a rozdělení homologů a kongenerů, mechanismus tvorby, atd.). Za významná se povaţují následující pozorování: - pokud jde o PCDD/F, dosahují elektrostatické odlučovače při primárním odprášení aglomeračních zařízení pouze nízké míry účinnosti. To je zdokumentováno na základě skutečnosti, ţe nejsou detekovány změny v profilech PCDD/F; - rozdělení homologů PCDD/F a kongenerů (profil PCDD/F) je podobné tzv. teplotnímu profilu PCDD/F /Pütz, 1996/ o vyšším procentuálním zastoupení tetra/penta-cdf a pokud se porovnává s PCDF i nezřetelným profilům PCDD s výraznějším rozptylem homologů; - odpadní plyn aglomeračních závodů zkoumaný v současné době vykazuje pouze minimální rozptyl hmotnostních koncentrací skupin homologů PCDD/F; - 2,3,4,7,8,-penta CDF představují při 40-60% zdaleka největší podíl na ekvivalentech toxicity (obr. 4.12). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 41

70 Kapitola 4 - aglomerace Obr. 4.12: Profil skupin typických homologů surového odpadního plynu z aglomeračního závodu (před sníţením) při 6 měřeních /Pütz, 1996/. Velmi nedávné průzkumy ukazují, ţe pro nové syntézy existují dva zcela rozdílné prekursory a způsoby reakcí vedoucích k PCDD a PCDF. Nové syntézy PCDD postavené na uhlíku pocházejí alespoň částečně z kondenzace přechodně tvořených fenylových jader, např. fenolů. Naproti tomu reakce jednoduchých fenylových sloučenin nehrají v nových syntézách PCDF z uhlíku ţádnou roli. V případě PCDF jsou prekursory předem tvořené bifenylové struktury /Stieglitz 1997/. S ohledem na dominantní postavení PCDF v odpadním plynu aglomeračních závodů, lze vyvodit, ţe prekursory se strukturou fenylového prstence jsou méně významné, neţ tvorba PCDF z pevných uhlíkových struktur a anorganického chloridu. Uhlík a chlorid jsou přítomny v aglomerační vsázce, tedy nemohou být při tvorbě PCDD/F limitujícími faktory. Obr. 4.13: Nezřetelné korelace mezi koncentrací PCDD/F a koncentrací VOC (těkavých organických látek) v odpadním plynu aglomeračního závodu (měřeno plamenoionizačním detektorem), při koeficientu korelace r = 0,25 /BS PCDD/F, 1998/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 42

71 Kapitola 4 - aglomerace Tato úvaha přímo nepodporuje uvedenou moţnou korelaci mezi prchavými uhlovodíky aglomerační vsázky a koncentrací PCDD/F v odpadním plynu /Gebert 1995; Pütz 1996/. Jiné zdroje však uvádějí ne zcela jasný vztah mezi emisemi PCDD/F a obsahem těkavých uhlovodíků (VOC) v aglomerační vsázce, nebo v odpadním plynu, (obr.4.13 ). Tak, jako se uvádí i u dalších parametrů (viz obr.4.5 a obr.4.8), existuje podél aglomeračního pásu rovněţ emisní profil PCDD/F (obr. 4.14). Po úplném odpaření vlhkosti vzrůstá teplota (viz obr. 4.5) a zdá se, ţe s ní jsou spojeny emise PCDD/F (obr. 4.14). Jedno moţné vysvětlení těchto pozorování je, ţe se PCDD/F tvoří ve vyšších patrech aglomeračního loţe a potom kondenzují na chladnější vsázku vespod a následně podléhají dalším reakcím a opětné prchavosti, jak spalovací zóna prochází dolů loţem (viz obr. 4.3). Profil PCDD/F a teploty v odpadních plynech podél aglomeračního pásu ukazuje obr /Putz, 1996/ Obr. 4.14: Profil PCDD/F a teplotní profil odpadního plynu podél aglomeračního pásu /Pütz, 1996/ Dalším faktorem můţe být Deaconova rovnováha (2 HCl + 1/2 O 2 H 2 O + Cl 2 ), která se posouvá na stranu chloru při sniţujícím se obsahu vlhkosti. Vliv této interakce zůstává nejasný. Zřetelný profil PCDD/F nabízí moţnost zpracovat úseky o vyšší koncentraci odpadního plynu Polychlorované bifenyly (PCB) Ačkoliv se po dlouhou dobu předpokládalo, ţe při termických procesech neexistují nové syntézy, ukázalo se ve skutečnosti, ţe tomu tak není /Blaha 1995; Hagenmaier 1996; Scholz 1997/. PCB se mohou tvořit za týchţ podmínek, jako jsou uvedeny výše pro PCDD/F. Během procesu však nenastává ţádná tvorba nepravidelných fenylových jader. Při další reakci mohou vzniklé PCB vstoupit do uzavřeného jádra, aby vytvořily PCDF, ale ne PCDD /Scholz 1997/. Tedy pokud jde o PCDF, pro jejich tvorbu nejsou nutné ţádné aromatické prekursory. PCB ale mohou být přítomny uţ v surovinách. V koksovém mouru a ţelezných rudách jsou zaznamenány koncentrace PCB okolo 1-1,6 mg/t a omezené výpočty pro jeden aglomerační závod indikovaly potenciální vstup 850 g/t tříděného aglomerátu /BS PCDD/F 1998/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 43

72 Kapitola 4 - aglomerace Nepochybně existuje moţnost, ţe PCB mohly být rozrušeny ve spalovací zóně (viz obr. 4.3), ale je třeba si uvědomit, ţe proces spalování není takové intenzity jako např. ve spalovnách odpadu a je stejně nepravděpodobné, ţe veškeré PCB v provozním vzduchu budou rozrušeny ve spalovacím prostoru. Kromě toho PCB jsou relativně prchavé a mohou vytěkat ze vsázky při jejím zahřívání s plynnými produkty spalování před spalovací zónou /BS PCDD/F 1998/. Údaje o emisích PCB z aglomeračních závodů jsou k dispozici pouze ze dvou závodů (viz tab. 4.1). Pro ně jsou emisními faktory 1-12 mg PCB/t aglomerátu. Tato hladina koncentrací je relativně vysoká a můţe být s ohledem na ţivotní prostředí závaţná Další organohalogenové sloučeniny Přítomnost PCDD/F a PCB se můţe povaţovat za indikátor tvorby organohalogenových sloučenin, jakými jsou chlorbenzeny, chlorfenoly, chlornaftaleny atd. /Stieglitz 1997/. Tyto sloučeniny se tedy musí v odpadním plynu aglomeračních závodů očekávat Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) Jak jiţ bylo uvedeno v části 4.1.3, jsou reakce v aglomeračním loţi velmi sloţité. Spalovací proces není homogenním postupem, je neúplný, coţ vede k tvorbě významného mnoţství polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH). Ale podobně jako PCB, jsou údaje o emisích PAH dostupné pouze u několika aglomeračních závodů (viz tab. 4.1). Emisní faktory v rozmezí mg EPA 16 /t aglomerátu indikují významné emise PAH Emise hmotných částic (TZL) z chlazení aglomerátu Na konci spékacího roštu, spadá produkt spékání z roštu a následně se drtí, třídí a chladí. Tyto operace jsou zdrojem původu emisí prachu, který obsahuje všechny prvky vlastního aglomerátu. Kdyţ se vzduch pouţívaný k chlazení vrací do procesu, aby se vyuţilo výrazného tepla, prach z vytříděného a ochlazeného aglomerátu se do procesu vrací rovněţ. Jestliţe se vzduch do procesu nevrací, redukují se emise hmotných částic obvykle pomocí elektrostatických odlučovačů. Velmi často se odpadní plyn z chladičů zpracovává společně s odpadním plynem odsávaným z prostoru zóny výstupu do ovzduší. Zachycený prach se můţe recyklovat v procesu aglomerace. Sniţování prachu odpadního plynu z chlazení aglomerátu a zóny vypouštění se velmi často opomíjí, ačkoliv jsou emise prachu značně vysoké ( g/t aglomerátu) /EC Study, 1996/ a dosahují přinejmenším stejného rozmezí jako prašné emise z aglomeračního pásu (viz tab. 4.2). Sloţení prachu se však liší od prachu emitovaného z aglomeračního pásu (zejména nejsou ţádné, nebo jen velmi nízké emise chloridů alkálií a organických mikropolutantů) Informace o emisích do vody Vypírací voda Druhy procesů v závodech výroby ţeleza a oceli jsou nepochybně příčinou ukládání prachu v komplexu závodu. Aby se předcházelo jeho vypouštění do povrchové vody, musí se odstraňovat především suchými metodami. Několik závodů však vyuţívá čistících technik vypírání vodou. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 44

73 Kapitola 4 - aglomerace Výsledná odpadní voda obsahuje suspendované pevné částice (včetně těţkých kovů) a obvykle se před vypuštěním upravuje. Např. v aglomeračním závodě s výrobou cca t aglomerátu za den je průtok vypírací vody okolo 460 m 3 denně. Tato odpadní voda se upravuje pomocí sedimentace, v recirkulačním okruhu a vzestupným usazováním a to ještě předtím, neţ se vypustí /Infomil 1997/. Údaje z dalších závodů nejsou k dispozici Chladící voda V aglomeračních závodech se můţe chladící voda pouţívat pro chlazení záţehových krytů a ventilátorů, stejně jako aglomeračních strojních zařízení. V integrovaných ocelárnách, které vyrábějí 4 Mt oceli za rok by bylo pro chlazení potřeba průtoku přibliţně 600 m 3 vody /hod /EC Haskoning, 1993/. Chladící voda se běţně zcela recykluje Odpadní voda z úpravy odpadního plynu Odpadní voda z úpravy odpadního plynu bude vznikat pouze tehdy, jestliţe se vyuţije systému mokré vypírky. Průtok vody obsahuje suspendované pevné částice (včetně těţkých kovů), organohalogenové sloučeniny jako PCDD/F a PCB, PAH, sloučeniny síry, fluoridy, a chloridy. Před vypuštěním se obvykle upravuje. Mnoţství a jakost takové odpadní vody jsou podrobněji popsány pod titulkem přenosy vlivů prostředím v popisu u dotyčné techniky (viz EP.4) Informace o pevných odpadech Běţně se všechny pevné odpady pocházející z aglomeračních závodů (prach z odprašovacích zařízení a prosáté frakce) recyklují na pásu. Mohou se však vyskytnout dvě výjimky. První se týká kalu ze systému mokré úpravy odpadního plynu (mokré plynočistírny), který se ukládá na skládku. V současné době existují pouze 2 závody v Evropě, které provozují takový systém. Druhou výjimkou je prach z filtru z posledního pole elektrostatických odlučovačů. Jak jiţ bylo uvedeno pod částí , provozuje se většina evropských aglomeračních závodů s úplně uzavřenými prašnými sektory /Bothe 1993/. Ale několik závodů vyjímá jemný prach z poslední sekce elektrostatického odlučovače. Tento prach obsahuje hlavně chloridy alkálií a kovů. Tento tak zvaný částečně otevřený cyklus filtrace prachu se vyuţívá proto, aby se zlepšil provoz elektrostatického odlučovače nebo (v jednom případě) pytlového lapače nebo, aby se sníţily emise chloridů kovů a alkálií Informace o energetických aspektech Z přehledu provozních údajů aglomeračních závodů Evropského výboru pro Vysoké pece (1996) je zřejmé, ţe aglomerační závody vyuţívají MJ tepelné energie/t aglomerátu (pevná paliva včetně prachu spalin a záţehového paliva) při průměrné spotřebě 1480 MJ/t aglomerátu. To je ekvivalentní 39, 5-67 kg koksového prachu/t aglomerátu při průměru 52 kg koksového prachu na l t aglomerátu. Celková spotřeba elektřiny je v rozmezí MJ/t aglomerátu, coţ dělá průměrně 105 MJ / t aglomerátu. Existuje pouze nepatrný rozdíl ve spotřebě paliva mezi aglomerátem o nízké ( 1,7 CaO/SiO 2 ) a vyšší ( 1,7) basicitě. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 45

74 Kapitola 4 - aglomerace Tab.4.1 ukazuje údaje z pěti aglomeračních závodů, kterým tato čísla odpovídají. Koks dominuje energetickému příkonu aglomeračního závodu (okolo 85%) s elektřinou a plynem (koksárenský plyn a / nebo vysokopecní plyn a/nebo zemní plyn) přispívají na zbývající příkon rovnou měrou. Hlavní výstupy energie odcházejí v odpadním plynu, přes odpařování vody, v potřebné reakční energii a v samotném aglomerátu. Chlazení aglomerátu je často spojeno s rekuperací značného tepla Informace o emisích hluku V aglomeračních závodech dominují následující zdroje hluku : - ventilátory odpadního plynu z aglomerace - ventilátory z ochlazování aglomerátu Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 46

75 Kapitola 4 - aglomerace 4.3 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT Tato část s ohledem na ochranu ţivotního prostředí a energetickou úsporu v aglomeračních závodech probírá jak techniky zabudované do procesu, tak techniky konečných úprav. V těch případech, kde jsou k dispozici přiměřené příslušné údaje se uvádí popis kaţdé techniky, dosaţená výše hlavních emisí, její pouţitelnost, monitorování emisí, přenosy dopadu z prostředí do prostředí, referenční závody, provozní údaje, ekonomika a motivace pro zavedení Techniky integrované do procesu (PI) : Jsou známy následující techniky, které se mohou vyuţít jako integrované do procesu aglomeračních závodů : PI. 1 Proces optimalizace při minimalizaci emisí PCDD/F PI. 2 Recyklace odpadů s obsahem Fe v aglomeračních závodech PI. 3 Sníţení obsahu těkavých uhlovodíků v aglomerační vsázce PI. 4 Sníţení obsahu síry v aglomerační vsázce PI. 5 Rekuperace tepla ze spékání a chlazení aglomerátu PI. 6 Spékání horní vrstvy PI. 7 Recirkulace odpadního plynu např. aglomerace s optimalizací emisí PI. 8 Recirkulace odpadního plynu po úsecích Techniky koncového čištění : (EP = end of pipe) Pro pouţití v aglomeračních závodech jsou známy následující techniky koncových úprav: EP. 1 Elektrostatické odlučovače EP. 2 Systém tkaninových filtrů EP. 3 Cyklony EP. 4 Čištění mokrou vypírkou, např. (AIRFINE) EP. 5 Odsiřování EP. 6 Regenerační aktivovaný uhlík (RAC) EP. 7 Selektivní katalytická redukce (SCR) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 47

76 Kapitola 4 - aglomerace 4.3.l Techniky integrované do procesu ( PI ) PI. 1 Proces optimalizace při minimalizaci emisí PCDD/F Popis: Rozsáhlý výzkum o tvorbě polychlorovaných dibenzo-p-dioxinů a furanů (PCDD/F) v aglomeračním procesu /BS PCDD/F, 1998/ ukázal, ţe PCDD/F se tvoří uvnitř samotného aglomeračního loţe, pravděpodobně právě před ţhoucím čelem, kdyţ horké plyny prostupují loţem (viz ). Ukázalo se také, ţe trhliny v šíření ţhoucího čela, tj. nerovnoměrné pochody mají za následek vyšší emise PCDD/F. Řešením proto bylo, provozovat aglomerační proces co nejkonsistentnějším způsobem především s ohledem na rychlost pásu, sloţení loţe (zejména rovnoměrné promísení vratných materiálů, minimalizace vstupu chloridů), výšku loţe a vyuţití přísad, jako je pálené vápno a regulaci válcovenských okují s obsahem oleje při stálé výši pod 1 % a udrţování pásu, potrubního vedení a elektrostatického odlučovače s co největším omezením přístupu vzduchu během pochodu. To přineslo výhody, pokud jde o zdokonalení provozního výkonu (např. produktivita, kvalita aglomerátu). Dosaţené úrovně hlavních emisí: U celkem 41 vzorků ze 4 míst Velké Británie bylo dosaţeno průměrně 1,0 ng I-TEQ/Nm 3. Typické rozmezí je 0,5-1,5 ng I-TEQ/Nm 3, ačkoliv většina vzorků vykazuje do 1 ng I-TEQ/Nm 3. Vzorky byly získány metodou US EPA 23. Analýza PCDD/F byla provedena v asociaci akreditovaných organických laboratoří. Podrobné výsledky ukazuje tab Ostatní závody v dalších členských státech EU, které se provozují za stejných nebo velmi podobných provozních podmínek nemohou však tak nízké hodnoty dosáhnout. V Německu obvykle dosahují 2-3 ng I-TEQ/Nm 3. Z jednoho závodu se uvádějí hodnoty 5-6 ng I- TEQ/Nm 3.Ţádná specifická opatření, která by umoţňovala dosáhnout relativně nízké hodnoty emisí PCDD/F se nemohla identifikovat, spíše se zdá, ţe se bude jednat o kombinaci většího počtu opatření, která byla uvedena výše. Tab.4.3: Emise PCDD/F z 5 aglomeračních závodů po zavedení systému optimalizace (za účelem minimalizace emisí PCDD/F) British Steel Teeside (Redcar) British Steel Scunthorpe British Steel Port Talbot British Steel Llanwern B pás C pás datum PCDD/F * Datum PCDD/F datum PCDD/F datum PCDD/F datum PCDD/F * vzorku vzorku * vzorku * vzorku * vzorku , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,8 Rozmezí: 0,6-1,7 Rozmezí : 0,3-1,5 Rozmezí : 0,6-1,6 Rozmezí : 1,0-1,6 Rozmezí : 0,4-1,4 Střed: 1,0 (n =11)** Střed :1,1 (n=11)** Střed : 1,0 (n =7)** Střed:1,25 (n=4)** Střed : 0,8 (n=5)** * : koncentrace PCDD/F jsou udány v ng I-TEQ/Nm 3 ** : n = počet měření Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 48

77 Kapitola 4 - aglomerace Pouţitelnost: Lze pouţít jak v nových, tak stávajících závodech. Přenos vlivů prostředím: Vyuţití energie se minimalizuje rovnoměrností operace. Ţádné vlivy přenášené prostředím nejsou známy. negativní Referenční závody: British Steel Scunthorpe, British Steel Teeside, British Steel Port Talbot, British Steel Llanwern (2 závody). V EU existují další aglomerační závody, které se provozují podobným způsobem. Provozovatelé mohou částečně potvrdit tyto nízké emisní hodnoty (0,5-1,5 ng I-TEQ/Nm 3 ), ale jiní dosahují výrazně vyšších koncentrací aţ 5-6 ng I-TEQ /Nm 3. Provozní údaje: Optimalizace procesu můţe mít za následek zlepšený provozní výkon, pokud jde o výši produktivity a kvalitu aglomerátu. Ekonomika: Nejsou ţádné náklady na instalaci a provozní přínosy spočívají v rovnoměrnosti operací. Odkaz na literaturu: /BS PCDD/F, 1998/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 49

78 Kapitola 4 - aglomerace PI. 2: Recyklace materiálů s obsahem Fe v aglomeračním závodě Popis: Integrovaný hutní podnik produkuje vedlejší produkty, tvořené hlavně ţeleznými okujemi z válcoven a širokou paletou prachů a kalů ze zařízení na úpravu odpadního plynu. Pokud tyto prachy, kaly a okuje mají dosti vysoký obsah ţeleza nebo uhlíku (běţně 50 %), mohou se vyuţít jako suroviny v aglomeračním závodě. Materiály s vysokým obsahem vápna, jako je ocelárenská struska se mohou také vyuţít jako náhrada místo přísady vápna. V současnosti téměř všechny aglomerační závody na světě recyklují prachy, kaly a okuje z válcování. Ve většině závodů to činí % aglomerační vsázky. Jeden závod dokonce vyuţívá 100% prachů, kalů, strusek a aditiv. Hlavní dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Mnoţství ušetřených surovin je úměrné mnoţství vyuţitých kalů, prachů a okují z válcoven. Navíc se předejde skládkování těchto vedlejších produktů. Z tohoto ohledu má aglomerační závod významnou funkci v integrovaných provozech výroby ţeleza a oceli. Pouţitelnost: Můţe se pouţít v nových i stávajících závodech Přenos vlivů prostředím: Některé vedlejší produkty mají výrazný obsah oleje, který můţe vést k vyšším emisím uhlovodíků a (moţná) i PCDD/F. Kromě toho se neţádoucí sloţky (alkálie, chloridy) nejspíš hromadí jako následek recyklace a způsobují zvýšené emise odpadního plynu. Aby bylo moţno splnit zadané emisní limity, bylo by potřeba instalovat dokonalejší odlučovací zařízení (např. tkaninový filtr nebo dokonalejší moderní techniky elektrostatických odlučovačů). Toto opatření by mělo značný vliv na zachycení prachu a na ekonomiku /UBA Comments, 1997/. Referenční závody: Téměř všechny aglomerační závody na celém světě recyklují kaly, prach a okuje z válcoven. Za zmínku stojí aglomerační závod Warren Consolidated Industries, Youngstown Sinter Company, Warren, Ohio USA. Tento podnik v roce 1992 vyuţíval ve svém aglomeračním závodě jako zdroj ţeleza pouze ţelezo obsahující prachy, kaly a strusky. Provozní údaje: Operace můţe probíhat bez problémů Ekonomika: Úspory nákladů na suroviny a vyloučení nákladů na ukládání nebo zpracování odpadů. Motivace pro zavedení: V mnoha případech existují omezené moţnosti umístit zůstatky /vedlejší produkty na skládky. Kromě toho výrazné náklady (poplatky za uloţení na skládku odpovídají přísným normám) stejně jako právní poţadavky jsou nejvýznamnější hnací silou pro realizaci opatření pro optimalizaci recyklací. Odkazy na literaturu: /InfoMil, 1997; Rentz, 1996/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 50

79 Kapitola 4 - aglomerace PI. 3 : Snížení obsahu těkavých uhlovodíků v aglomerační vsázce Popis: Vstup uhlovodíků se můţe minimalizovat zejména omezením vstupu oleje a rovněţ zamezením přístupu antracitu. Olej se do aglomerační vsázky zavádí hlavně přidáváním okují z válcoven. Obsah oleje z válcovenských okují můţe značně kolísat v závislosti na jejich původu. Někdy obsah oleje dosahuje aţ 10 % /Gebert 1995/. Nízký obsah oleje v recyklovaném prachu a válcovenských okujích se preferuje z několika důvodů (prevence před ohněm a zanášení elektrostatického odlučovače nebo tkaninového filtru). Vysoký obsah oleje můţe také vést k vyšším emisím PCDD/F (viz ). Niţší obsah oleje vede k niţším emisím těkavých organických sloučenin (VOC). Většina uhlovodíků z oleje aglomerační směsi vytěkává v teplotním rozmezí C a emituje z aglomeračního závodu v odpadním plynu. Pro minimalizaci vstupu oleje prostřednictvím prachu a okujemi existují dva postupy : 1. Omezení vstupu oleje vytříděním prachu a okují pouze s nízkým obsahem oleje. Vyuţití postupů správného hospodaření ve válcovnách můţe mít za následek podstatné sníţení kontaminace okují olejem 2. Odolejování okují. Obvykle se mohou vyuţívat dvě metody : a) zahřát okuje přibliţně na C, uhlovodíky z oleje vytěkají a získají se "čisté" okuje. Vytěkané uhlovodíky se mohou spálit. b) extrakcí oleje z válcovenských okují rozpouštědlem Ani jedna z těchto úpravárenských technik se v současnosti v ocelářském průmyslu EU komerčně nevyuţívá. V EU se obvykle pouţívá pro aglomerační pochod jako paliva koksového prachu. Některé závody ale ještě pouţívají směsi koksového prachu a antracitu, coţ vede k výrazně vyšším emisím uhlovodíků. Tomu se lze vyhnout výlučným pouţíváním koksového mouru. Pouţitelnost: Lze pouţít jak pro nové tak pro stávající závody. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Lze dosáhnout koncentrace nemethanových uhlovodíků 20 mg/nm 3. Číselná hodnota můţe být výrazně vyšší, pokud nejsou přijata předběţná opatření ke sníţení obsahu oleje v materiálech aglomerační vsázky a nebo se pouţije také antracitu jako paliva. Přenos vlivů z prostředí do prostředí: Jsou-li některé odpady s obsahem ţeleza vyloučeny jako nevhodný materiál pro aglomerační vsázku, vstupují do proudu odpadů a ty se buď zpracovávají jiným způsobem nebo se zneškodňují. Tudíţ se mohou emise převést ve skutečnosti na jiné místo. Kdyţ se z okují odstraňuje olej, spotřebovává se energie pro jejich ohřev. Prchavé uhlovodíky se mohou náleţitým způsobem spalovat: (předpis pro úpravu: teplota nad C po dobu více neţ 2 sec - kyslík nad 6 %) Referenční závody: Mnohé závody regulují vstup oleje přes odpady s obsahem ţeleza do aglomeračního závodu zejména tam, kde jsou nainstalovány elektrostatické odlučovače nebo tkaninové filtry. Ve většině aglomeračních závodů EU se antracitu jako paliva nepouţívá. U Mülheim-Ruhr, Thyssen Altwert Umweltservice GmbH se provozuje demonstrační proces odolejování válcovenských okují v rotační peci s kapacitou t/rok. Několik německých oceláren (např.thyssen Stahl AG) provedlo pilotní zkoušky s různými postupy (UBA Comments, 1997). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 51

80 Kapitola 4 - aglomerace Provozní údaje: V Inland Steel, Indiana Harbor Works, East Chicago, USA je maximální vstup oleje omezen do 0,3 kg/t aglomerátu. Odolejování se aplikuje, kdyţ se očekává vyšší obsah uhlovodíků. Není ale známo, zda je tento systém ještě v provozu. Aglomerační závod je vybaven tkaninovými filtry. V Nippon Kokan, Keihin Works a v Nippon Steel Corporation, Wakamatsu/Yawata Works Japan bylo nainstalováno odolejovací zařízení pro válcovenské okuje. InfoMil, 1997 uvádí, ţe NSC, Yawata Works neprovozuje toto odolejovací zařízení, protoţe obsah oleje v surovinách se nyní reguluje, aby se předešlo ohni v elektrostatických odlučovačích. V Kobe Steel, Kakogawa Works, Japan se koncentrace uhlovodíků v elektrostatických filtrech udrţuje pod 1 % a sice omezením vstupu válcovenských okují do aglomeračního závodu (max. 3% okují). Ekonomika: nejsou k dispozici údaje, týkající se odolejování; pouţití koksu ve směsi s antracitem je levnější neţ pouţívat výlučně koks, ale přesné číselné hodnoty nejsou k dispozici. Odkaz na literaturu: /Gebert, 1995; UBA Comments, 1997; InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 52

81 Kapitola 4 - aglomerace PI. 4 Snížení obsahu síry v aglomerační vsázce Popis: Sloučeniny síry se zanášejí do aglomeračního procesu hlavně rudami a působením koksového prachu (viz ), rudy přispívají k emisím mnohem niţším procentem. Část síry zůstává v aglomerátu (řádově %) v závislosti na basicitě aglomerátu a rozdělení velikosti zrn ( viz ). Vyuţití koksového prachu a ţelezných rud s niţším obsahem síry ( 0,8 % nebo méně) následně přímo souvisí s niţšími emisemi oxidu siřičitého. Velmi důleţité je ale také sniţovat měrnou spotřebu koksového prachu. Během posledních 15 let se v mnohých aglomeračních závodech EU spotřeba sníţila z asi 80 kg /t aglomerátu na kg / t aglomerátu (viz tab. 4.1 a /Bothe, 1993/ ). Kromě toho, vyuţití hrubšího koksového prachu (6 mm) můţe vést ke značnému sníţení emisí oxidu siřičitého ve srovnání s jemnými frakcemi prachu (1 mm). Udává se sníţení SO 2 z 800 mg/nm 3 na přibliţně 500 mg SO 2 /Nm 3 /Beer, 1991/. Anulace antracitu jako paliva přispívá rovněţ významně k minimalizaci přístupu síry do aglomerační vsázky. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Tabulky 4.1 a 4.2 vykazují emisní faktory pod 1 kg SO2/t aglomerátu resp. při objemu 2100 Nm3 / t aglomerátu se můţe dosáhnout emisních koncentrací pod 500 mg SO2 /Nm3. Pouţitelnost: Omezení vstupu síry do aglomerační vsázky (vyuţití nízkosirného koksového prachu a ţelezné rudy a minimalizace měrné spotřeby koksového prachu) lze aplikovat jak v nových, tak stávajících závodech. Ale je třeba poznamenat, ţe dostupnost nízkosirného prachu nebo rudy můţe být problémem. Přenos vlivů prostředím: Ţádný přenos vlivů prostředím není znám, ale vazba nadbytečné síry do aglomerátu by mohla mít nepříznivý vliv na vysokopecní proces, pokud se poţaduje nízkosirné ţelezo. Referenční závody : 1) Aglomerační závod, Nippon Steel Corporation, Yawata/Wakamatsu Works: vyuţívá nízkosirného prachového koksu 2) Aglomerační závod 4, Sumitomo Metal Industries, Wakayama Works 3) Aglomerační závod Sidmar, B-Gent Provozní údaje: Ţádné specifické problémy nejsou známy. Závody pracují hladce. Ekonomika: Není k dispozici. Odkaz na literaturu: /Bothe,1993/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 53

82 Kapitola 4 - aglomerace PI. 5 Rekuperace tepla z aglomerování a chlazení aglomerátu Popis: Z aglomeračních závodů odcházejí dva druhy potenciálně znovu-vyuţitelné odpadní energie a sice značné teplo z hlavního výduchu plynu aglomeračního zařízení a značné teplo z chladícího vzduchu chladiče aglomerátu. Citelného tepla z plynů odcházejících komínem lze vyuţít pomocí výměníků tepla. Energetické úspory specifikovány nejsou. Recirkulace odpadního plynu je speciálním případem rekuperace tepla. Značné teplo se převádí zpět přímo do aglomeračního loţe prostřednictvím horkých recirkulujících plynů. To je zatím jediná v současné době praktikovaná metoda rekuperování tepla z odpadního plynu. Značné teplo v horkém vzduchu z chladiče aglomerátu se vyuţívá při jedné nebo ve více následujících metodách: a.) tvorba páry v kotli na odpadní teplo b.) předehřev spalovacího vzduchu v záţehových krytech (viz obr. 4.15) c.) předehřev čerstvé vsázky Na mnoţství rekuperovaného odpadního tepla můţe mít vliv vlastní projekt aglomeračního závodu i systém rekuperace tepla. Obr. 4.15: Rekuperace tepla z chladícího vzduchu chladiče aglomerátu /Beer, 1991/ Dále jsou uvedeny některé příklady rekuperace tepla : Rekuperace odpadního tepla z chladiče aglomerátu s konvenčním a rovněž energeticky optimalizovaným aglomerováním (EOS). Významné teplo horkého vzduchu z chladiče aglomerátu se vyuţívá pro výrobu páry v kotlích na odpadní teplo a pro předehřev spalovacího vzduchu v záţehových krytech. Hlavní dosaţené úspory energie: Udává se rekuperovaná energie v mnoţství aţ 18 % celkového energetického příkonu u kotle na odpadní teplo a 2,2 % celkového příkonu energie u recirkulace do záţehových krytů /InfoMil, 1997/. Rekuperace tepla z odpadního plynu a z chladiče aglomerátu se sekvenční recirkulací odpadního plynu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 54

83 Kapitola 4 - aglomerace V aglomeračním závodě č. 3 Sumitomo Heavy Industries, Kokura se praktikuje recirkulace odpadního plynu po sekcích. Před recirkulací se odpadní plyn vede kotlem na odpadní teplo. Plyny z chladiče aglomerátu se vedou kotlem na odpadní teplo také. Hlavní dosaţené úspory energie: U tohoto závodu se udává rekuperace energie z tohoto systému ve výši 23,1 % energetického příkonu. Vyrobilo se 120 kg páry / t aglomerátu o teplotě 273 C a tlaku 9 barů /SHI,1987/. Ochlazování pásu a rekuperace odpadního tepla s částečnou recirkulací odpadního plynu V aglomeračním závodě č.4 Sumitomo Heavy Industries Wakayama je chladič aglomerátu zabudován do aglomeračního pásu (pásové chlazení). V tomto závodě jsou odpadní plyny, jak z aglomerační, tak i ochlazovací zóny na roštu vedeny přes kotle na odpadní teplo a následně recirkulují na pás. Hlavní dosaţené energetické úspory: Mnoţství rekuperovaného tepla činí aţ 30 % vstupního tepla. Vyrobí se přibliţně 120 kg páry/t aglomerátu o tlaku 25 barů a teplotě 375 C. Závod je projektován na produkci aglomerátu o kapacitě t/den při aglomerační ploše 360 m 2 /SHI, 1987/, ale pokud by se systém aplikoval na stávající závody provozované na maximální výkon nebo okolo něho, mohla se nepříznivě ovlivnit produktivita. Pouţitelnost: Rekuperace odpadního tepla z komína nebo chlazení aglomerátu lze pouţít jak u nových, tak stávajících závodů. Je ale zjištěno, ţe investiční náklady jsou niţší na nové závody, začleňující systémy rekuperace tepla do stavu projektu a u některých stávajících závodů se náklady nedají ani uplatnit spíše díky uspořádání závodu. Přenos vlivů prostředím: Sníţí se spotřeba energie a v některých případech rovněţ i emise prachu díky instalaci separátorů hrubého prachu. Ekonomika: Finanční náklady budou poplatné danému místu, ale vyuţitím rekuperace tepla se sníţí provozní náklady. Referenční závody: Rekuperace tepla z chlazení aglomerátu se často vyuţívá (např. v Hoogovens IJmuiden, NL IJmuiden, Thyssen Stahl v Německu a jak je nahlášeno i ze 64% v japonských aglomeračních závodech /OECD 1988, Arimitsu, 1995/. V roce 1995 aplikovalo rekuperaci odpadního tepla z komína 43 % japonských aglomeračních závodů /Arimitsu, 1995/ a tři pásy v British Steel rekuperují teplo z horkého vzduchu chladičů aglomerátu. Údaje o provozu: nejsou známy ţádné specifické problémy Odkaz na literaturu: /Arimitsu, 1995; InfoMil, 1997; OECD, 1988; SHI, 1987) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 55

84 Kapitola 4 - aglomerace PI. 6 Spékání horní vrstvy Popis: V PI. 2 se popisuje recyklace materiálů s obsahem ţeleza na aglomeračním páse. S ohledem na recyklované materiály obsahující uhlovodíky, zejména olej, popisují se v PI. 3 techniky ke sníţení vstupu oleje resp.uhlovodíků. Existuje další moţnost, jak takové materiály s kolísavým obsahem olejů aţ do 3 % recyklovat. Ta se nazývá spékání horní vrstvy a potvrdilo se, ţe je mnohem levnější neţ odolejovací techniky. Spékání horní vrstvy znamená, ţe určitá směs vedlejších produktů a zbytků obsahujících oleje/uhlovodíky se upraví přibliţně na 7 % obsahu vody a potom se uloţí vsázkovým bubnem na hlavní aglomerovanou vrstvu. Pro zaţehnutí této sekundární vrstvy se vyuţije sekundárního záţehového krytu s energetickým výkonem okolo % energetického výkonu hlavního hořáku. Aby se dosáhlo vysoké kvality aglomerátu ze sekundární aglomerované vrstvy vedlejších produktů a zbytků s obsahem oleje, je důleţité, aby se dodávala energie do této vrstvy stejnoměrně, aby se uspokojily poţadavky na enthalpii při odpařování vody a oleje, při štěpení vázaných organických sloučenin, stejně jako při úplném spékání této vrstvy. Kromě toto má zásadní důleţitost pečlivý poměr sloţek aglomerační vsázky, přesné umístění a načasování záţehu sekundární spékané vrstvy. Dosaţený přínos pro ţivotní prostředí: Spalování uhlovodíků (pocházejících hlavně z oleje obsaţeného v recyklovaných materiálech) uvnitř spékaných vrstev se optimalizuje, aby se chránil elektroodlučovač (prevence před ohněm) a zabránilo se modrému oparu (mlze), který představuje nedokonale spálené organické sloučeniny. Kromě toho se mohou redukovat emise PCDD/F. Testy na roštu v laboratorním měřítku vykázaly sníţení o % /VAI, 1996/, ale údaje z aglomeračního pásu nejsou k dispozici. Pouţitelnost: Omezená pouţitelnost pro stávající závody, protoţe chybí prostory pro dodatečná skladovací zařízení a pro sekundární vsázkový systém rovněţ. Nové závody by mohly běţně provozovat techniky minimalizace vstupu uhlovodíků /oleje z recyklovaných vedlejších produktů a zbytků. Flexibilita ve volbě surovin je velmi omezená. Přenos vlivů prostředím: Musí se navíc poskytovat palivo pro záţeh sekundární vrstvy. Referenční závody: Aglomerační závod Voest-Alpine Stahl Donawitz GmbH, A-Leoben-Donawitz. Provozní údaje: Aglomerační pás Voest-Alpine Stahl Donawitz GmbH má odsávaný prostor o 120 m 3 a produktivitu 35 t/m 2 / 24 hod. Produktivita se po zavedení spékání horní vrstvy v roce 1995 nezměnila. Kapacita pro recyklaci zbytkových materiálů a vedlejších produktů s obsahem ţeleza je 18 t/hod. Ekonomika: není k dispozici Odkaz na literaturu: /VAI, 1996/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 56

85 Kapitola 4 - aglomerace PI. 7 Aglomerace s optimalizací emisí Popis: V roce 1992 byly předloţeny výsledky o tom, ţe recyklování části odpadního plynu z aglomeračního pásu můţe významně sníţit mnoţství odpadního plynu ke zpracování na konci pochodu, omezit emise znečišťujících látek u zdroje a sníţit spotřebu pevného paliva /Gudenau, 1992/. Základní demonstračně-komerční aplikace v květnu 1994 v Hoogovens IJmuiden v Holandsku plně potvrdila potenciální moţnost tohoto přístupu. Pás s odsávanou plochou 132 m 3 byl zcela zakryt krytem při izolaci odpadních plynů v souladu s optimalizací emisí aglomerace (EOS), Lurgiho postupem (obr.4.16) Obr. 4.16: Zakrytý aglomerační pás podle EOS procesu /Panne, 1991/ Představou je recyklovat část směsných odpadních plynů z celého pásu zpět na celý povrch pásu. Podíl recyklovaných aglomeračních odpadních plynů je řádově %, při % obsahu kyslíku v mokrém plynu /vzdušné směsi z odsávání krytu a výsledkem je % sníţení proudu odpadního plynu, emitovaného do ovzduší. Odpadní plyn se před recyklací odpráší v cyklonu. Za těchto podmínek, se produktivita pásu nemění a spotřeba koksového prachu se sníţí o % ve srovnání s obvyklou praxí. Kvalita aglomerátu definovaná stupněm rozpadavosti se jeví jako konstantní, FeO v aglomerátu je o 1,5 % vyšší, redukovatelnost roste, mez pevnosti za chladu mírně klesá a střední průměr zůstává přibliţně 17 mm /Panne, 1997/. Vyuţití aglomerátu z optimalizovaného procesu aglomerování ve vysoké peci nevykazuje ţádné nepříznivé účinky, ale je třeba poznamenat, ţe to je jen okolo 50 % vsázky z důvodu vysokého procenta pelet, které se ve vysokých pecích Hoogovens, NL- IJmuiden vyuţívají.. Někde jinde můţe být mnoţství pouţitého aglomerátu ve vysokopecní vsázce mnohem vyšší (95 %). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 57

86 Kapitola 4 - aglomerace Obr. 4.17: Schematický diagram procesu aglomerování s optimalizací emisí /Kersting, 1997/ Dosaţené úrovně hlavních emisí : EOS (aglomerování s optimalizací emisí) se vyvíjelo především proto, aby se sníţil průtok odpadního plynu a tudíţ hmotnostní koncentrace emisí pevných částic a PCDD/F s tou výhodou, ţe přídavné odlučovací zařízení pro další úpravu odpadního plynu před vypuštěním do atmosféry by zpracovávalo menší objemy za předpokladu úspor finančních a provozních nákladů. Výsledky z vybraného komerčního závodu o vysoké basicitě aglomerátu ( 1,7 CaO/SiO 2 ) indikují, ţe úspěšné zavedení optimalizované aglomerace moţné je (tab. 4.4). Výsledky při nízké alkalitě aglomerátu jsou podobné. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 58

87 Kapitola 4 - aglomerace Tab. 4.4 : Porovnání charakteristik a emisních hodnot při konvenční aglomeraci a optimalizované aglomeraci u aglomeračním pásu Hoogovens IJmuiden s odsávanou plochou 132 m 2 a produkcí 4700 t aglomerátu o vysoké bazicitě/den /Panne, 1997/ Sloţka jednotka konvenční aglomerace Aglomerace s optimalizací emisí datum 7/ /1994 7/ /1994 celkový průtok Nm 3 /hod plynu recirkulační průtok Nm 3 /hod emitovaný tok Nm 3 /hod odpadního plynu teplota o C procento % vlhkosti kyselý rosný o C 46 5 n.d.** 71 5 n.d.** bod hmotné g/t 500 n.d.** 170 n.d.** částice* aglomerátu O 2 % ,5 12,1 CO 2 % 7,5 7 11,7 11,2 CO % 1 1,2 1 1 SO 2 g/t aglomerátu NOx g/t aglomerátu uhlovodíky g/aglomerátu CxHy PCDD/F μg I-TEQ/t aglomerátu 2 n.d.** 0,6 n.d. * v současnosti se emise tuhých částic zachycují pouze v cyklonech * * n.d. = není k dispozici Sníţení hmotnostního toku emisí při optimalizované aglomeraci popsaného komerčního závodu je následující: Tab. 4.5 : Udávané sníţení emisí (v % hmot.) u optimalizovaného aglomeračního procesu /Panne, 1997/. redukce emisí (% hm.) * parametr aglomerát aglomerát nízké alkality vysoké alkality průtok odpadního plynu hmotné částice (TZL) CO SO 2.? NOx CxHy (uhlovodíky) není k dispozici 50 PCDD/F * sníţení emisí je vyjádřeno jako sníţení sloţek hmotnostního toku odpadního plynu. Není nutné implikovat sníţení koncentrací.? = rozpory v dostupných datech Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 59

88 Kapitola 4 - aglomerace Optimalizovaný aglomerační proces umoţňuje, aby se sníţila spotřeba koksového mouru z 60 kg / t aglomerátu na 48 kg /t aglomerátu /Panne, 1997/. Tuto značnou úsporu v tepelné energii v popsaném dánském závodě není potřeba převádět na další závody, pokud se tyto závody jiţ třeba provozují při nízkém tepelném energetickém příkonu z pevných paliv, následkem aplikace procesu optimalizačního opatření. Údaje z tab. 4.1, stejně jako údaje z přehledu Evropského výboru pro vysoké pece o provozních údajích aglomeračních závodů (1996) jasně ukazují, ţe mnoho evropských závodů se jiţ provozuje při značně niţších úrovních, neţ uvádějí tyto číselné hodnoty / Panne 1997/. Aplikace optimalizovaného procesu vyţaduje instalaci zvláštních sacích ventilátorů. To bude mít za následek přídavnou instalovanou elektrickou kapacitu od 200 do 400 kw, coţ zvýší energetickou spotřebu od 0,003 do 0,008 GJ/t aglomerátu, a to není mnoho ve srovnání s celkovým potenciálem úspor. Tam, kde se pouţijí uhličitanové ţelezné rudy, je vyšší koncentrace CO2 v odpadním plynu, tak ţe aplikace optimalizačního pochodu můţe značně zpomalovat aglomerační proces. Emise CO2 v závodech, které nevyuţívají uhličitanových rud činí v průměru od 190 do 220 kg/t aglomerátu (tab. 4.1), zatímco v závodech, které je vyuţívají můţe být průměr aţ 2x vyšší. Pouţitelnost: Optimalizovaný proces aglomerace lze aplikovat jak na nové, tak stávající závody, ačkoliv se zjistilo, ţe investiční náklady jsou niţší v případě nového závodu, při začlenění systému do vlastního projektového plánu a v některých stávajících závodech mohou být náklady značně vysoké díky uspořádání závodu. Přenos vlivů prostředím: Optimalizovaným aglomerační procesem se sníţí jak emise do ovzduší, tak spotřeba energie na aglomerační proces. Přídavné sací ventilátory zvyšují spotřebu elektřiny, ale toto zvýšení je zanedbatelné ve srovnání s úsporou koksového mouru. Zvláštní pozornost se musí věnovat CO v recirkulovaném odpadním plynu, aby se předešlo otravě zaměstnanců oxidem uhelnatým. Referenční závod: Hoogovens IJmuiden, NL IJmuiden. V současné době se veškerá výroba aglomerátu provádí optimalizovaným procesem. Je třeba podotknout, ţe závod Wierton v USA má podobné uspořádání po mnoho let. Ekonomika: Potřebné investice na zavedení optimalizovaného procesu aglomerace v Hoogovens IJmuiden při celkovém běţném průtoku odpadního plynu přibliţně 1,2 mil.nm 3 / hod. ze tří aglomeračních pásů činily 17 mil. ECU (1996). Provozní náklady se sníţily ve srovnání s běţnou aglomerací vlivem poklesu přísunu koksového mouru. Provozní úspory se odhadují na 2,5 mil. ECU (1996)/rok. Tato hodnota se opírá o sníţenou spotřebu koksového prachu o 6 kg/t aglomerátu při ceně 100 ECU (1996)/t koksového prachu a produkci aglomerátu 4,2 Mt/rok /Goverde, 1995/. Tato čísla mohou být výjimečná a nemusí se jich v mnoha ostatních aglomeračních závodech EU vůbec dosáhnout, zejména u těch, které se jiţ provozují při výrazně niţším vstupu pevného paliva, neţ jak je uvedeno pro Hoogovens (viz výše). Je také třeba zdůraznit, ţe odhadnutá průměrná cena koksového prachu, který se uţívá v ostatních aglomeračních závodech EU je okolo 60 ECU (1996) na tunu, coţ ukazuje, ţe jakékoliv moţné úspory na koksovém prachu jsou z ekonomického pohledu méně atraktivní. Menší objem odpadních plynů emitovaných z aglomeračního pásu, ke kterému dojde následnou aplikací recirkulace odpadního plynu, však znamená sníţení nákladů na koncové čištění. Motivace pro realizaci: Hlavní motivační důvod pro zavedení spočívá v přísných poţadavcích a emisních normách uloţených správními orgány. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 60

89 Kapitola 4 - aglomerace Provozní údaje: Optimalizovaný proces aglomerování byl poprvé uveden do provozu v květnu 1994 na aglomeračním pásu 31 aglomeračního závodu Hoogovens IJmuiden. Nyní se tento proces praktikuje na všech třech aglomeračních pásech závodu. Efektivnost systému je doposud větší neţ 95%. V případě selhání, je systém přepojen na konvenční aglomeraci automaticky. Odkaz na literaturu: /Panne, 1997 ; Goverde, 1995/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 61

90 Kapitola 4 - aglomerace PI. 8 Recirkulace odpadního plynu po sekcích Popis: Představa technologie selektivní recyklace je zaloţena na odsávání odpadního plynu z aglomerace z určitých míst pod pásem a jeho lokální recyklace nad aglomeračním loţem. Toto odsávání a recyklace je rovněţ hlavní odlišností od optimalizačního procesu. Obr.4.18 ukazuje schéma takové recirkulace odpadního plynu po úsecích, která se realizovala u aglomeračního závodu v Japonsku (Nippon Steel Corporation - Yawata Works - závod č. 3 Tobaka) - (Kersting 1997). Obr. 4.18: Schematický diagram selektivní recirkulace odpadního plynu (Nippon Steel Corporation-Yawata Works Tobata, závod č. 3) /Kersting, 1997/ * ESP = elektrostatický odlučovač; demister = odlučovač kapek (mlhy) V tomto případě je 480 m 3 aglomeračního povrchu rozděleno do 4 různých zón : - zóna 1 : plyn z úseku předehřevu surovinové směsi se recykluje uprostřed pásu (vysoký kyslík, nízký obsah vody, nízká teplota) (viz obr. 4.5 a obr. 4.8 a tab. 4.6) - zóna 2 : plyn s nízkým obsahem SO 2 se vypouští komínem po odprášení (nízký kyslík, vysoký obsah vody, nízká teplota) (viz obr. 4.5 a 4.8 a tab. 4.6) - zóna 3 : plyn bohatý na SO 2 se vypouští komínem po odprášení a odsíření (vypírá se v tomto případě v roztoku Mg(OH) 2 ) (nízký kyslík, vysoký obsah vody, nízká teplota) (viz obr. 4.5 a 4.8 a tab. 4.6) - zóna 4 : plyn bohatý na SO 2 z horkého úseku okolo ţhnoucího čela se recykluje v první polovině pásu, právě za záţehovou zónou (vysoký kyslík, nízký obsah vody, velmi vysoká teplota) (viz obr. 4.5 a 4.8 a tab. 4.6) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 62

91 Kapitola 4 - aglomerace Při tomto postupu, zůstává koncentrace kyslíku v recyklovaném plynu vysoká (19 %) a vlhkost nízká (nad 3,6%). Dosáhne se podílu recyklace 25% bez negativního dopadu na kvalitu aglomerátu (RDI = reduction disintegration index = index rozpadavosti aglomerátu) zůstává prakticky konstantní a SI (Shatter index) vzrůstá o 0,5 %. Uvádí se 6 % úspora pevného paliva. Ve srovnání s konvenční aglomerací existují dvě výhody tohoto systému: l. Nevyuţitý kyslík z odpadního plynu se můţe při recirkulaci efektivně vyuţít 1. Odpadní plyn z různých sekcí lze zpracovávat odděleně v závislosti na sloţení plynu. Tudíţ investice a provozní náklady na zařízení pro úpravu odpadního plynu se mohou významně sníţit ve srovnání s konvenční aglomerací dokonce i ve srovnání se systémem optimalizované aglomerace. Tab. 4.6 Charakteristiky průtoků odpadního plynu při vyuţití recirkulace odpadního plynu po úsecích v aglomeračním závodě č.3 Tobata, NSC Yawata Works /Sakuragi, 1994/ úsek toku sloţení odpadního plynu úprava odpadního odpadního průtok teplota O 2 H 2 O SO 2 plynu (knm 3 /h) ( 0 C) (% obj.) (% obj.) (mg/nm 3 ) plynu větrovody ,6 3,6 0 recirkulace na aglopás větr ,4 13,2 21 do komína po odprášení EO větr ,0 13, do komína po EO a odsíření větr ,1 2,4 900 recirkulace na aglopás komín ,9 13,0 15 emise do ovzduší legenda: EO= elektrostatický odlučovač Dosaţená úroveň hlavních emisí: dosáhlo se následujícího zlepšení s ohledem na potlačení emisí; podstatné sníţení objemu odpadního plynu vypouštěného do atmosféry (asi 28 %), prašných emisí (o 56%, ale to zahrnuje i vliv rekonstrukce elektrostatického odlučovače, který je nyní vybaven pohyblivými elektrodami) a sníţení mnoţství SO 2 (okolo 63 %, včetně koncového odsíření plynu, který opouští zónu 3). Uvádí se také mírné sníţení emisí NOx (o 3%). Tab. 4.7 poskytuje porovnání emisí před a po aplikaci recirkulace odpadního plynu po sekcích. Tab. 4.7 : Porovnání konečného sloţení odpadního plynu před a po rekonstrukci u recirkulace odpadního plynu po úsecích v aglomeračním závodě č. 3 Tobata, NSC Yawata Works /Sakuragi, 1994/ charakteristika jednotka konvenční recirkulace přínosy sloţka s odsiřovací odpadního plynu jednotkou po sekcích průtok odpadního plynu Nm 3 /h % hmotné částice * mg/nm ** 56 % hm. SOx *** mg/nm % hm. NOx mg/nm % hm. čistá spotřeba energie GJ/t aglom. 1,662 1,570 6 % **** Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 63

92 Kapitola 4 - aglomerace * odpadní plyn upraven pomocí elektrostatického odlučovače ** redukce emisí prachu dosaţená částečně modernizací EO *** část odpadního plynu zpracována v odsiřovací jednotce **** toto sníţení čisté energetické spotřeby se musí zvaţovat ve vztahu k poţadavkům na srovnatelnou produktivitu a kvalitu v závodech aglomerace EU a Japonska Pouţitelnost: Recirkulace odpadního plynu po sekcích se můţe aplikovat jak na nové tak stávající závody, ačkoliv je zjištěno, ţe investiční náklady jsou niţší u nových závodů, kde lze daný systém začlenit do projektu a pro některé stávající závody budou nejspíš náklady značně vysoké i s ohledem na uspořádání závodu. Přenos vlivů prostředím: Instalace přídavných ventilátorů má za následek zvýšení spotřeby elektřiny. Toto zvýšení energetické spotřeby je zanedbatelné ve srovnání se sníţením spotřeby koksového prachu. Referenční závody: Existuje 5 závodů v Japonsku, které aplikují tuto technologii. Údaje v přehledu se vztahují k aglomeračnímu závodu č. 3 Tobata, Yawata Works, NSC. Údaje o provozu: V aglomeračním závodě č. 3 Tobata u NSC Yawata Works se systém recirkulace odpadního plynu po sekcích nainstaloval v říjnu Odpadní plyn se rozděluje na 4 úseky, z nichţ kaţdý se zpracovává odděleně. Systém se provozuje bez problémů a recyklace odpadního plynu neovlivňuje kvalitu aglomerátu /Sakuragi, 1994/. Tuto poslední poznámku je třeba zvaţovat s ohledem na niţší produktivitu citovaného japonského závodu při porovnání s mnohými aglomeračními závody v EU. Ekonomika: Současné investiční náklady v Evropě jsou pro systém recyklace plynu vyčísleny v rozmezí od 8 do 10 mil. ECU (1997) bez denitrifikace, odsiřování a dalších zařízení na sníţení emisí. Provozní náklady jsou označeny jako důvěrné, nicméně se uvádí 6 % sníţení spotřeby koksu. Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997; Sakuragi, 1994/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 64

93 Kapitola 4 - aglomerace Techniky koncového čištění (End of pipe - EP) EP. l Elektrostatické odlučovače Popis: Většina běţně uţívaných odlučovacích zařízení pro úpravu velkých objemů odpadního plynu z aglomeračních závodů EU jsou suché elektrostatické odlučovače s třemi nebo čtyřmi poli uspořádanými v sériích. Ty pracují vytvářejíce elektrostatické pole napříč cesty hmotným částicím v proudu vzduchu. Částice získávají negativní náboj a směřují k positivně nabitým sběrným elektrodám. V suchých elektrostatických odlučovačích se shromáţděný materiál odstraňuje "rázy" neboli oklepy, které periodicky oklepnou nebo rozvibrují sběrnou desku a uvolní materiál, který spadává do sběrných výsypek. V mokrých elektrostatických odlučovačích se shromáţděný materiál odstraňuje stálým proudem vody, který se zachycuje a následně upravuje. Aby se usnadnilo dobré odloučení, musí být měrný odpor částic v rozmezí /m. Obvykle se většina částic odpadního plynu z aglomeračního procesu pohybuje v rámci tohoto rozmezí, ale existují sloučeniny s výrazně vyšším specifickým odporem, jako jsou chloridy alkálií, těţkých kovů a oxidy vápníku, které se dají těţko s vysokou účinností odstranit (viz obr. 4.7 a 4.10). Dalšími faktory, které ovlivňují efektivitu odlučování jsou: průtoková rychlost odpadního plynu, síla elektrického pole, poměr zatíţení částicemi, koncentrace SO 3, obsah vlhkosti a tvar a plocha elektrod. Elektrostatické odlučovače byly zdokonaleny pouţitím vyššího nebo proměnlivě pulsujícího napětí a rychle reagujícího za současné regulace, coţ zlepšilo jejich výkon /Hodges, 1995/. Metody se dále zlepšovaly zavedením systémů ke zvýšení síly úderů na 200 Gs, zařazením impulsů o vysoké energii a renovací při zvětšení povrchu elektrod. Úpravou SO 3 a /nebo vodní páry můţe rovněţ vzrůst efektivita odprášení. Nevýhodou je, ţe se mohou zvýšit emise HCl. Dále se věnuje pozornost třem novějším typům elektrostatických odlučovačů s dobrým výkonem, ačkoliv tyto techniky jsou aţ doposud instalovány pouze v několika komerčních závodech. a) Elektrostatický odlučovač s pohyblivou elektrodou ( MEEP - Moving Electrode Electrostatic Precipitator): U tohoto odlučovače se pohybuje několik skupin deskových elektrod na pásových tratích, za nepřetrţitého čištění rotujícími kartáči. Tímto způsobem se silně adhesivní prach snadno z desek odstraní a zabrání se isolačnímu účinku prachové vrstvy (viz ) (Infomil, 1997; Bothe, 1993) b) Vyuţití řazení energetických impulsů: Impulsový systém poskytuje napětí sloţené z krátkých záporných impulsů přidávaných k vloţenému napětí o negativní polaritě. Tyto vysokonapěťové impulsy mají šířku 140 μs a mohou se opakovat při frekvenci 200 impulsů /sek. Vrcholné napětí je vyšší při aktivaci impulsu za předpokladu lepšího nabití částic a současného oddělení v odlučovači. Jednou z nejdůleţitějších charakteristik aktivace impulsu je jeho schopnost zvládnout vysoký odpor prachu (viz ) /Kim, 1998/. c) ESCS (Electrostatic Space Cleaner Super). Elektrostatický super čistič prostoru se provozuje při vyšším napětí (70 aţ 200 kv). To je moţné při větší vzdálenosti mezi deskami elektrod /InfoMil, 1997/. Dosaţené úrovně hlavních emisí: Elektrostatický odlučovač sniţuje koncentrace hmotných částic s účinností nad 95 %. V některých případech se dosáhlo aţ 99 % účinnosti. Údaje z provozů závodů aglomerace uvádějí rozmezí od 20 do 160 mg/nm 3. Emisní hodnoty pro MEEP a ESCS mohou dosáhnout méně neţ 40 mg/nm 3. Elektrostatické odlučovače s vrstvenými energetickými impulsy dosahují mg/nm 3. Pouţitelnost: Elektrostatické odlučovače se mohou nainstalovat jak u nových, tak stávajících závodů. Odlučovač typu MEEP se můţe nainstalovat jako poslední pole stávajícího elektrostatického Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 65

94 Kapitola 4 - aglomerace odlučovače, nebo jako oddělená jednotka se svým vlastním hospodářstvím /Bothe, 1993/, ale uspořádání a moţnosti kaţdého typu zařízení budou specifické pro dané místo. Přenos vlivů prostředím: Tvoří se tok pevných odpadů. V některých případech se tento tok odpadů můţe recyklovat do aglomeračního procesu. Kdykoliv je koncentrace těţkých kovů a / nebo alkalických sloučenin příliš vysoká, můţe být opětné vyuţití škodlivé. Mimoto roste spotřeba energie. Pro aglomerační závody s tokem odpadních plynů asi 1 MNm 3 /h je energetická spotřeba 300 aţ 400 kw. Při výrobě aglomerátu 4 Mt/rok toto mnoţství činí od 0,002 do 0,003 GJ/t aglomerátu (nebo 0,1 aţ 1,5 % celkové energetické spotřeby na aglomeraci). Referenční závody: Téměř všechny aglomerační závody v Evropě pouţívají elektrostatické odlučovače. UBA Comments, 1997 udává, ţe všechny německé aglomerační závody pouţívají v dnešní době suché elektrostatické odlučovače. MEEP byl nainstalován na dvou aglomeračních závodech v Japonsku a ve dvou aglomeračních závodech v Německu (jeden u Krupp Hoesch Stahl, Dortmund a druhý u EKO Stahl, Eisenhüttenstadt). Elektroodlučovač s vrstvenými energetickými impulsy byl nainstalován ve čtyřech aglomeračních závodech u Kwangyang Works, Posco v Jiţní Koreji a pro dva pásy u Thyssen Krupp Stahl, D- Duisburg. ESCS se instaloval v aglomeračním závodě Nippon Steel Corporation, Wakamatsu /Yawata Works v Japonsku. Provozní údaje a ekonomika: Elektrostatické odlučování je nejobvyklejší odlučovací zařízení pro odstraňování tuhých znečišťujících látek při čištění odpadního plynu aglomeračního závodu a elektrostatické odlučovače se mohou běţně pouţívat bez problémů. Pozornost je třeba věnovat mnoţství uhlovodíků v odpadním plynu, aby se zabránilo riziku ohně. Provozovatelé regulují vstup válcovenských okují, aby se vyhnuli uhlovodíkům v odpadním plynu. Tab. 4.8 ukazuje některé provozní a ekonomické údaje týkající se elektrostatických odlučovačů při jejich vyuţití v aglomeračních závodech. Přídavná ekonomika: DHV (1996) uvádí následující náklady na elektrostatické odlučovače: Investice : 5-7,5 ECU (1996) /(Nm 3 /hod) Provozní : 0,05-0,08 ECU (1996) / 1000 Nm 3 vyčištěného plynu Pro aglomerační závod s kapacitou 4 Mt/rok, o průtoku odpadního plynu 1 mil. Nm 3 /hod a 8640 provozních hodinách/rok, budou odpovídající tyto náklady : Investice: 5-7,5 mil. ECU (1996) Provoz: 0,11-0,16 ECU (1996)/t aglomerátu Pro jeden filtr MEEP přidaný k stávajícímu elektrostatickému odlučovači při zpracování 500 tis. Nm 3 /hod, jsou vyčísleny náklady okolo 1,1 mil. ECU (1997). Rozhodujícím faktorem pro náklady je průtok odpadního plynu. Motivace pro realizaci: Hlavní hnací silou pro zavedení popsaných technik jsou přísné emisní normy, resp. další právní poţadavky. Odkaz na literaturu: /Gebert, 1995; InfoMil 1997; Kim, 1998/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 66

95 Kapitola 4 - aglomerace Tab. 4.8: Provozní a ekonomické údaje o elektrostatických odlučovačích MEEP a ESCS, provozovaných aglomeračními závody při úpravě odpadního plynu /InfoMil 1997/ jednotka NSC Krupp Hoesch Kobe Steel Inc. Sumitomo Wakamatsu Stahl Kakogawa Metal Ind. Yawata Dortmund Works Wakayama Výroba aglomerátu t/h plán n.d. skutečnost 600 n.d Celkový průtok odp.plynu Nm 3 /h plán 2 1,05 1 n.d. skutečnost 1 n.d. 0,7 0,4 Basicita aglomerátu (CaO/SiO 2 ) 1,92 n.d. 1,8 2,2 Elektrostatický odlučovač (EO) typ ESCS * MEEP n.d. suchý EO počet 2 paralel. 3 paralel. 3 paralel. 1 průtok v EO Nm 3 /h 0,5 2*0,3 : 1*0,45 0,25-0,33 0,4 Hmotné částice vstupní koncentrace plán mg/nm n.d n.d. skutečnost n.d výstupní koncentrace plán mg/nm 3 50 n.d. 50 n.d. skutečnost Účinnost EO % plán 95 n.d. 95 n.d. skutečnost n.d úprava EO a/ EO b.ú. EO b.ú. EO b.ú. b.ú. nebo předehřev omezen obsah ţádná speciál. max:cxhy v EO:1% aglovsázky oleje v surovině opatření proti dosaţeno při max.3% (ne odolejováním) riziku ohně okují ve vsázce vedlejší produkty prach kg/t aglom. mnoţství 1-2 n.d zpracováno aglomerací aglomerací n.d. n.d. potřeba energie GJ/t aglom. 0,00036 n.d. n.d. n.d. Investice ECU (1996) n.d. 9 (1995) n.d. 4,2 (1975) Provozní náklady ECU (1996) 0,0018-0,0024 n.d. n.d. 0,11 (1986) /na 1 t aglo (v 1986 ) (bez údrţby (jen údrţba) a odlučovače) * Electrostatic Space Clener Super ** MEEP Moving Electrode Electrostatic Precipitator n.d.: není k dispozici; b.ú.: bez úprav Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 67

96 Kapitola 4 - aglomerace EP. 2 Tkaninový filtr Popis: Tkaninový filtr je vysoce účinné filtrační zařízení ke sníţení emisí hmotných částic v proudu odpadního plynu. Tkaninové filtry s dodatečnou dávkou aditiv mohou také sníţit polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany PCDD/F, kyselinu chlorovodíkovou (HCl), kyselinu fluorovodíkovou (HF) a v menším rozsahu i SO 2. Zejména emise PCDD/F lze sníţit výrazně. Filtry, často tubulární, jsou umístěny na stojkách uvnitř vzduchotěsného pouzdra nazývaného "baghouse" (lapač), coţ je termín často uţívaný jako synonymum tkaninového filtru. Proud vzduchu vstupuje zespodu a hmotné částice se zachycují na tkanině, kdyţ procházejí pytlem. Filtrační koláč narůstá, aţ tlaková ztráta dosáhne určeného bodu. V tomto okamţiku se filtr vyřadí a vyčistí jedním ze tří mechanismů a to: zpětným vzduchem, vytřásáním nebo pulsními proudy. Lze pouţít několik typů filtračních látek, z nichţ kaţdá má své specifické vlastnosti. Aplikace tkaninových filtrů pro úpravu odpadního plynu z aglomeračního závodu je často zmařena vysokou teplotou, abrasivitou, velkými objemu plynu, přídavnou tlakovou ztrátou, či "lepkavostí". Zkušenost s vyuţíváním tkaninových filtrů jen v závodech EU u odpadního plynu aglomeračních závodů při odloučení hrubých částic v EO (za předpokladu pouţívání tkaninových filtrů v aglomeračních závodech) je taková, ţe velké objemy plynu a dodatečná tlaková ztráta provoz filtru nemaří. Kromě toho ani abrasivní povaha prachu, ani lepkavost částic nejsou příčinou problémů a problém vysoké teploty můţe být do značné míry řešen rozumným výběrem materiálu pro fitrový lapač. Přítomnost jemných částic (zejména alkalických chloridů, chloridů těţkých kovů a oxidů vápníku (viz ) a poměrně vysokých koncentrací organických sloučenin mohou vést k tvorbě prachového koláče na lapačích, který je silně kohesivní a tvoří poměrně nepropustnou vrstvu. Weiss, (1998) uvádí, ţe se problém jemných částic a vysoké koncentrace organických sloučenin můţe vyřešit pouţitím zásaditých přísad hašeného vápna, které vytvoří povlak, který brání tvorbě nepropustné vrstvy a následnému zalepení filtračního materiálu. Kromě toho můţe vysoká koncentrace uhlovodíků způsobit poţár filtru /EC LECES, 1991/. Gebert, (1995) stanovil, ţe by se měla koncentrace uhlovodíků v odpadním plynu před tkaninovým filtrem omezit na mg/nm 3, aby se předešlo zaslepování materiálu filtru. Zkušenosti z Bremenu (Weiss, 1998) ukázaly, ţe toto omezení není nutné, kdyţ se dávkuje pálené vápno a koncentrace uhlovodíků naměřené v odpadním plynu činily aţ 200 mg/nm 3 bez újmy na působení filtru. Obr ukazuje schéma pytlových filtrů, které jsou k minimalizaci emisí prachu a těţkých kovů instalovány v řadě za stávajícím elektrostatickým odlučovačem s dvěma poli,. Aby se zabránilo problémům spojeným s pouţitím lapačových filtrů k úpravě odpadního plynu z aglomeračního závodu, pouţilo se v tomto provozu dávkování páleného vápna, Kromě toho, se pro redukci PCDD/F (a Hg) přidává do odpadního plynu před tkaninovým filtrem prach lignitového koksu (obr. 4.20). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 68

97 Kapitola 4 - aglomerace Obr. 4.19: Schéma pytlového filtru elektrostatického odlučovače pro moderní úpravu odpadního plynu z aglomeračního pásu /Weiss, 1996/ Stejně jako lignitový koks se přidává i vápno, aby se vytvořila potahová vrstva, která chrání pytlový tkaninový filtr a sniţuje bod samovznícení. Pokud jde o působení, sníţí se také emise HCl a HF. Odloučený prach a adsorbenty se zcela recyklují na aglomeračním pásu. Prach z elektroodlučovače se ukládá na skládku z důvodů poměrně vysokého obsahu chloridů alkálií, které zvyšují obsah zbytkového prachu v upravovaném odpadním plynu. Obr.4.20: Dávkování prachu lignitového koksu a vápna do odpadního plynu aglomeračního závodu před pytlovým filtrem /Weiss, 1996/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 69

98 Kapitola 4 - aglomerace Z důvodu relativně vysokých vstupních koncentrací PCDD/F (za elektrostatickým odlučovačem), mohou dioxiny být aţ 5-10 ng I-TEQ/Nm³, zbytková koncentrace je mezi 0,2 aţ 1ng I-TEQ/Nm³, ačkoliv je ve většině případů pod 0,5 ng I-TEQ/Nm³. Tento zbytkový obsah je úměrný dosaţené koncentraci jemného prachu. Hlavní dosaţená úroveň emisí: Tkaninové filtry mají účinnost sníţit hmotné částečky o více neţ 99 % a mohou dosáhnout emisní úrovně méně neţ 10 mg/nm³. V některých případech jsou dosaţeny niţší hodnoty v závislosti na představeném odprašování a dalších místně specifických okolnostech. Obr. 4.21: Účinnost odstranění PCDD/F pytlovými filtry s dávkováním práškového lignitového koksu /Weiss, 1996/ Aplikovatelnost: Tkaninový filtr lze pouţít jak pro nové, tak stávající závody. Je však třeba poznamenat, ţe moţnost jeho aplikace je dána specifičností místa a závisí na charakteristikách odpadního plynu a hmotných částicích. Přenos vlivů z prostředí do prostředí: Tkaninové filtry umoţňují vznik toku pevných odpadů (0,5-1 kg /t aglomerátu), které se přednostně recyklují do aglomeračního procesu. V některých případech obsahuje zachycený prach neţádoucí sloučeniny (např. Zn, Pb, alkálie) a komplikují jeho opětné vyuţití. V takovém případě musí být některý, nebo všechen pevný odpad vyřazen. Vyuţitím tkaninového filtru také vzrůstá spotřeba elektřiny (z 0,2 aţ na 2,0 kwh/1000 Nm³). To by odpovídalo 0,002 aţ 0,015 GJ/t aglomerátu nebo méně neţ 1 % celkové energetické spotřeby při výrobě 4 Mt aglomerátu/rok o objemovém průtoku odpadního plynu 1 MNm 3 a 8640 hodinách provozu za rok. Pouţije-li se pro další sniţování emisí PCDD/F uhlíku, pak je třeba věnovat speciální pozornost nebezpečí plamene na filtru a procesním teplotám těsně u nebo pod rosným bodem odpadního plynu. Mělo by se nainstalovat zařízení pro detekci jisker a kde je to nutné, provést by-pasování filtru. Tkaninové filtry musí být by-pasovány (přemostěny) během najíţdění. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 70

99 Kapitola 4 - aglomerace Referenční závody: Existují přinejmenším tři úspěšná zařízení, která pouţívají tkaninových filtrů k úpravě odpadních plynů z aglomerace. Kromě toho, je jedno zařízení v současné době v rekonstrukci. 1) Stahlwerke Bremen GmbH, Bremen, Německo; výše popsaný systém byl nainstalován v roce Kontinuální dávkování vápna a prachu lignitového koksu je v provozu od roku ) Inland Steel, East Chicago, USA 3) Warren Consolidated Industries (WCI), Youngstown Sinter Company, Warren, Ohio, USA 4) US Steel, Gary Works, Gary, Indiana, USA: zařízení s tkaninovým filtrem je v současné době v rekonstrukci Provozní údaje a ekonomika: Tab. 4.9 obsahuje přehled údajů o ekonomice a provozních parametrech u tkaninových filtrů. Uvádí se zde více specifických informací. Přídavné náklady: Následující náklady jsou uvedeny v InfoMil, Investice : 5-15 ECU(1996) /(Nm 3 /hod) Provozní náklady: 0,25-1,5 ECU (1996) /1000Nm 3 upraveného plynu Pro aglomerační závod o kapacitě 4 Mt/rok a průtoku odpadních plynů 1 mil. Nm 3 /h a o 8640 provozních hodinách/rok by vyplývaly následující náklady : Investice: 5-15 mil ECU (1996) Provozní : 0,54 aţ 3,24 ECU/ t aglomerátu (1996) Rozhodujícími nákladovými faktory jsou: tlaková ztráta, průtok odpadního plynu, tkaninový materiál a zatíţení filtru Motivace pro zavedení: V případě Stahlwerke Bremen poţadovaly orgány státní správy minimalizovat emise prachu, těţkých kovů a PCDD/F. Aby byly splněny hodnoty emisních limitů Stahlwerke Bremen vybrala a zavedla popsanou technologii. Odkaz na literaturu: InfoMil, 1997 ; Gebert, 1995; Weiss, 1996; EC LECES, 1991 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 71

100 Kapitola 4 - aglomerace Tab. 4.9 : Provozní údaje a ekonomika u tkaninových filtrů aglomeračních závodů (InfoMil, 1997; Weiss, 1996/ jednotky Stahlwerke Inland Steel WCI-Youngstown Bremen GmbH, East Chicago Sinter Company Germany USA * Warren, Ohio USA** Kapacita aglo t aglom/h plán skutečnost Průtok odp.plynu Nm 3 /h plán 0,5 0,82 n.d. skutečnost 0,4-0,45 0,75 0,42 Před-odprášení suchý EO 2 pole ţádné ţádné Hmotné částice vstup mg/nm 3 cca 300 n.d. n.d. výstup účinnost % 99 n.d. 99 odstranění dioxinu ng I-TEQ/Nm 3 vstup 5-10 n.d. n.d. výstup 0,02-1,0 n.d. n.d. účinnost % 98-99,6 odstranění HCl mg/nm 3 n.d. n.d. vstup 26,6 výstup 11,4 účinnost % 57 odstranění HF mg/nm 3 n.d. n.d. vstup 5,9 výstup 0,2 účinnost % 95% odstranění TK vstup emise n.d. n.d. účinnost po ESO*** po TF**** mg/nm 3 Al: 0,2 0,04 As: 0,009 0,0003 Cd: 0,076 0,001 Hg: 0,013 0,0013 Cr: 0,01 0,003 Cu: 0,93 0,003 Ni: 0,01 0,006 Pb: 13,4 0,02 Zn: 0,41 0,12 Aditiva mg/nm 3 Ca(OH) 2 : cca450 ţádná ţádná pudr lignového koksu : cca 100 odpadní produkty tvorba kg/t aglom. cca. 1 n.d. n.d. znovyuţití recyklace v AZ KKO brikety n.d. typ tkaniny neuvedeno Dacron netkaný Nomex typ čištění proud.impulsy zpětný tok vzduchu impulsy proudu Tlaková ztráta mm H 2 O neuvedeno Investice ECU(1996) TF:7,3 (1993) 8 (1987) 5 (1991) dávk..zař. aditiv: 1,1 Provozní energie :0,11 (1996) není odděleno n.d. náklady ECU (1996) ostatní :velmi závisí od ostatních na l t aglom. na typu a době provozních Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 72

101 Kapitola 4 - aglomerace provozu tkaniny nákladů Vysvětlivky: * V Inland Steel, East Chicago, USA je tkaninový filtr v provozu od 1978 (PWS,1978).Vstup zaolejovaných okují je omezen pod 3 kg/t aglomerátu, aby se sníţilo nebezpečí ohně. Odolejovací zařízení bylo provozováno po více neţ jeden rok, aby se zlikvidovala velká skládka zaolejovaných okují. Proces vyuţíval rozpouštědlo ke sníţení obsahu oleje v rozsahu 1-2 % aţ 0,1%. ** V aglomeračním závodě WCI Youngstown Sinter Company, Warren, Ohio, USA byl filtr uveden do provozu v roce Vyskytly se nějaké problémy s ohněm v pytlových filtrech. **** TF = tkaninový filtr *** ESO = elektrostatický odlučovač + AZ = aglomerační závod n.d.: není k dispozici Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 73

102 Kapitola 4 - aglomerace EP. 3 Cyklon Popis: Cyklony jsou odlučovače hmotných částic a jsou provozovány na bázi momentu setrvačnosti částic. Z toho důvodu jsou cyklony účinným odlučovacím zařízením pouze tam, kde jsou hmotné částice poměrně hrubé (o větší zrnitosti). Multicyklon pracuje na stejném principu prostřednictvím cyklonů paralelně řazených, při dosaţení vyšší účinnosti. V aglomeračních závodech se cyklony někdy vyuţívají jako mezičlánkové čistící zařízení plynu, aby se ochránilo vybavení (např. potrubní vedení, ventilátory) od abrasivního účinku hmotných částic přítomných v odpadním plynu. Hlavní dosaţená úroveň emisí: Pro částice nad 10 μm (InfoMil,1997) se u multicyklonu udává dosaţená účinnost odlučování %. S ohledem na poměrně malé velikosti hmotných částic v odpadním plynu z aglomeračních závodů se zde připouští asi % účinnosti odloučení. Tedy výstupní koncentrace z aglomeračních závodů jsou mezi 300 aţ 600 mg / Nm 3 v závislosti na vstupní koncentraci a rozdělení dle zrnitosti částic. Pouţitelnost: Lze aplikovat jak na nové, tak stávající závody. Přenos vlivů prostředím: Nepatrná tlaková ztráta (0,5 kpa) zvyšuje energetickou spotřebu sacího čerpadla odpadního plynu o necelých 200 kw u aglomeračního závodu s objemovým průtokem odpadního plynu 1 mil.nm 3 /h a produkci 4 Mt aglomerátu za rok. To obnáší aţ 0,001 GJ/t aglomerátu, nebo méně neţ 0,1 % spotřeby energie aglomeračního závodu. Navíc, vzniká proud pevných odpadů, který se kompletně recykluje v procesu aglomerace. Referenční závody: Mnoho provozů aglomeračních závodů na světě pouţívá cyklonů jako čistícího zařízení pro hrubé hmotné částice. Např. Hoogovens IJmuiden, NL IJmuiden, Wakamatsu / Yawata Works, NSC, Japonsko. Provozní údaje: Cyklon se provozuje hladce i za podmínek abrasivity a vlhka, sniţuje koncentrace hmotných částic v aglomeračních závodech s účinností asi od 60 do 80 % v závislosti na specifické váze prachu. V Hoogovens IJmuiden bylo dosaţeno při aplikaci multicyklonu výstupní koncentrace 300 mg/nm 3. Ekonomika: Investice se odhadují na 500 aţ 750 ECU (1996) pro 1000 Nm 3 /h (InfoMil, 1997). Pro aglomerační závod o průtoku odpadního plynu 1 mil.nm 3 /h to činí od 0,5 do 0,75 mil. ECU (1996). Provozní náklady jsou závislé na tlakové ztrátě a tudíţ nákladech na energii. Uvádí se hodnota od 0,007 do 0,015 ECU (1996) na 1000 Nm 3. Pro zmíněný aglomerační závod by to obnášelo aţ ECU (1996) za rok, coţ odpovídá 0,02 aţ 0,04 ECU (1996) /t aglomerátu. Odkaz na literaturu: /Infomil 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 74

103 Kapitola 4 - aglomerace EP. 4 Systém vypírky jemných částic, např. AIRFINE Popis : Ve skrubru jsou hmotné částice odpadního plynu odstraněny za pouţití kapaliny, která částice zachytí. Kontaminovaná kapalina se odstraňuje a po úpravě (obvykle) se vrací do vypíracího okruhu. Vzhledem k vysoké koncentraci uhlovodíků a poměrně jemným hmotným částicím v odpadním plynu aglomeračního závodu, nejsou tradiční skrubry (např. Venturiho pračky, nástřikové sloupcové pračky) obvykle schopny významnějšího sníţení koncentrace hmotných částic. Tradiční pračky se v Evropě u aglomeračních závodů nepouţívají. Nedávno byl vyvinut nový typ pračky: vysokovýkonná pračka, konstruovaná pod jménem AIRFINE. Obr. 4.22: Úprava odpadního plynu z aglomeračního závodu systémem AIRFINE ve Voest Alpine-Stahl AG, A-Linz Hlavními sloţkami systému čištění plynu (obr. 4.22) jsou : - elektrostatický odlučovač pro odstranění hrubého prachu - systém pro chlazení odpadního plynu a sycení vlhkostí - systém jemného vypírání pro oddělení jemného prachu a současného čištění plynu - zařízení na úpravu vody pro separaci vedlejších produktů a rekuperaci Srdcem tohoto procesu je vypírací systém, kde zdvojené průtočné trysky stříkají vodu a stlačený vzduch v podobě vysokotlakého rozstřiku mlhy do chlazeného toku odpadního plynu. AIRLINE pračka umoţňuje současné odstraňování nejjemnějších částeček prachu (včetně chloridů alkálií a chloridů těţkých kovů-viz ) a škodlivých sloţek z odpadního plynu. Další (PCDD/F, TK, PAH) jsou hlavně vázány na jemný prach. Ve srovnání se systémy suchého odlučování můţe tento systém také odstranit vodou rozpustné sloučeniny, jako jsou chloridy alkálií (viz ) a chloridy těţkých kovů (viz ). V případě přídavku alkálií do vypírací vody lze také do značné míry odstranit kyselé sloţky jako HF, HCl a SO 2. Vodný roztok z pračky, obsahující alkalické soli a soli těţkých kovů se následně upravuje Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 75

104 Kapitola 4 - aglomerace sráţením a flokulací (obr. 4.23). Pevné látky se deaktivují struskou a likvidují se na zabezpečené skládce. Obr. 4.23: Úprava vypírací vody z pračky jemných částic a vody z extrakce prachu u elektrostatického odlučovače ve Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz Roztok nad sraţeninou se neutralizuje, prochází přes několik vrstev štěrku ještě předtím, neţ se vypustí do městské kanalizace. Prach z filtru elektrostatického odlučovače se extrahuje vratnou vodou, aby se odstranily ve vodě rozpustné soli alkálií a těţkých kovů. Odloučený filtrový prach se zcela recykluje na aglomeračním pásu. Hlavní dosaţené úrovně emisí: Jeden ze dvou komerčních závodů ve Voest-Alpine Stahl, AG, D- Linz je v provozu od roku 1993 a druhý v Hoogovens IJmuiden, NL IJmuiden od jara Třetí je plánován v BHP-ISD, Whyalla, Australie. Dosaţené emisní koncentrace a emisní faktory ukazuje tab Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 76

105 Kapitola 4 - aglomerace Tab : Dosaţené koncentrace emisí a emisní faktory při aplikaci AIRFINE systému ve Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz. sloţka dosaţená emisní koncentrace (mg/nm 3 ) Dosaţený emisní faktor při 2200 Nm 3 /t (g / t aglomerátu ) účinnost odstranění (%) měřící metody hmotné částice ,2 VDI 2066 B 13 As 0,001 0, VDI 3868 Cd 0,003 0, VDI 3868 Co 0,001 0, VDI 3868 Cr 0,002 0, VDI 3868 Cu 0,02 0, VDI 3868 Hg 0,01 0,02 96 VDI 3868 Mn 0,01 0,02 93 VDI 3868 Ni 0,001 0, VDI 3868 Pb 0,05 0,1 96 VDI 3868 Sb 0,001 0, VDI 3868 Se 0,001 0, VDI 3868 Tl 0,002 0, VDI 3868 V 0,001 0, VDI 3868 Zn 0,001 0, VDI 3868 HCl 26, VDI 3480 B 11 HF 0,6 1,3 95 VDI 2470 B 11 SO infračervená spektro VOC (FID)* instrukce UBA EM-K1 PAH (EPA 16) 50ug/Nm mg/t n.d. metoda EPA PCDD/F 0,4 ng I-TEQ/Nm 3 1,0 μg I-TEQ/ t 94 VDI 3499 B 11 vysvětlivky : n.d. = není k dispozici FID= plamenoionizační detektor I-TEQ = index ekotoxicity Emise hmotných částic jsou pod 50 mg/nm 3, coţ odpovídá odstranění pevných částic s 95% účinnosti. Současná účinnost odloučení je vztaţena na energetický příkon (stlačený vzduch pro rozstřik). Běţně je spotřeba elektřiny 39 MJ/ t aglomerátu a 79 MJ / t pro ohřev odpadního plynu před vypouštěním. Je nutno podotknout, ţe oddělení hrubého prachu se docílí na představeném elektrostatickém odlučovači o výstupní koncentraci cca 150 aţ 250 mg/nm 3. Uváděná tlaková ztráta je 8-15 milibarů Technika je také účinná při odstraňování PCDD/F. Za běţných provozních podmínek se garantuje a lze dosáhnout 0,4 ng I-TEQ /Nm 3 coţ odpovídá cca 95 % účinnosti při vstupních 8 ng I-TEQ/Nm 3. Ţádná aditiva (aktivní uhlík) se pro dosaţení této hodnoty nepřidávají. Kromě toho jsou z % odstraněny HCl a HF. Emise SO 2 se mohou odstraňovat s vysokou účinností, pokud se instaluje zařízení s injektáţí aditiv (viz EP. 5 a bod 8 závěrů BAT minimalizace emisí SO 2 ). Koncentrace solí těţkých kovů se také sníţí s vysokou účinností (nad 90 %), díky rozpustnosti jejich solí ve vodě. Technika vykazuje míru účinnosti, která je mnohem vyšší neţ hodnoty dosaţené s elektrostatickým odlučovačem (viz tab. 4.1.). Také nepolární látky, jako jsou polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) se sníţí vzhledem k účinnému odstranění jemného prachu. Dosaţené koncentrace emisí a emisní faktory pro odpadní vodu z jemné pračky a z extrakce prachu elektrostatického filtru po úpravě (sráţení, flokulace) jsou uvedeny v tab Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 77

106 Kapitola 4 - aglomerace Tab : Dosaţené emisní koncentrace a emisní faktory pro upravenou odpadní vodu z vypírání odpadního plynu a extrakce prachu z elektrostatického filtru ve Voest- Alpine Stahl AG, A-Linz (průměrné hodnoty). sloţka dosaţená dosaţený účinnost měřící metoda koncentrace emisní faktor odloučení dle normy (mg/l) (mg/ t aglom.) % DIN Upravená odpadní voda průtok m 3 /hod 14,2 0,064 m 3 /t aglom. - indukce ph 8,8-9,3 DIN 384 susp.pevné 8 0,5 99, H2 Al 0,28 0, As 0,001 0, Cd 0,002 0, Cr 0,009 0, , Cu 0,062 0, Fe 0,23 0,014 99, Hg 0,001 0, , Ni 0,048 0, Pb 0,006 0, , Zn 0,026 0, chloridy D1 sírany D5 fluoridy 6,7 0, D4 sirníky 0,06 0, D26 CN-těkavé 0,02 0, D13 čpavkový dusík 110 7, E5 dusičnanový-n 17 1, D9 dusitanový-n 0,64 0, D19 TOC (celk org.c) 17 1, H3 Pouţitelnost: Vyuţitelné jak v nových, tak stávajících závodech. Mělo by se podotknout, ţe pouţitelnost závisí na místních podmínkách. Přenos vlivů prostředím: Vzniká proud kontaminované odpadní vody, kterou je třeba upravit. Kal z úpravy odpadní vody se musí zneškodnit na zabezpečené skládce. V Hoogovens IJmuiden, NL- IJmuiden je objemový průtok chladící vody 800 m 3 /hod a odpadní vody 50 m 3 /hod. Systém vypírání jemného prachu má poměrně velké poţadavky na energii. Jednak pro vlastní vypírání, jednak pro ohřev upraveného odpadního plynu před vypuštěním. Referenční závody: Aglomerační závod Voest Alpine Stahl Linz AG, A-Linz je v provozu od roku 1993, aglomerační závod Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden se provozuje od května Tento druhý závod má také odsiřování. Ekonomika : Voest-Alpine Stahl AG, A_Linz : Investice: 39,2 mil. ECU (1996) (celková investice včetně montáţe, inţenýrských sítí atd. Tyto relativně vysoké náklady vyplývají ze skutečnosti, ţe první závod byl pilotním projektem). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 78

107 Kapitola 4 - aglomerace Provozní údaje: Důleţitými poloţkami jsou náklady na potřebu energie. Kromě toho je potřeba 1 pracovníka na směnu pro úpravu odpadní vody a údrţbu (1,5% investic). Provozní náklady, mimo nákladů na energii jsou ECU (1997) za rok. Hoogovens IJmuiden, NL IJmuiden : Investice: cca 40 mil. ECU (1997), coţ zahrnuje i náklady na infrastrukturu. Provozní údaje: V provozu od května 1998; upravuje se odpadní plyn ze tří aglomeračních pásů (celkově m 3 /hod). Skutečné náklady se budou značně lišit podle typu závodu a místních poţadavků na servis pro úpravu odpadní vody. Provozní údaje: V aglomeračním závodě Voest- Alpine Stahl AG, A-Linz byla dána do provozu vysokovýkonná pračka v roce 1993, pod jménem AIRFINE. Pračka je umístěna za elektrostatickým odlučovačem na zachycení hrubozrnného prachu a zpracovává Nm 3 odpadního plynu/hod., při produkci aglomerátu 270 t/hod. Dnes tento systém představuje vysoký stupeň spolehlivosti a efektivity. Poţadavek na energii je cca 2 MW pro kompresi vzduchu a pračková čerpadla. Dodatečné zvláštní poţadavky na elektrickou energii představují okolo 39 MJ/t aglomerátu, coţ je nárůst asi o 35 %. Kromě toho se vyuţívá 650 Nm 3 /h ( 79 MJ/ t aglomerátu) zemního plynu pro ohřev plynů za pračkou. Ohřev závisí na místních předpisech a není pro tuto techniku specifický. Kal obsahující ţelezo se recykluje do aglomeračního závodu. Kal kontaminovaný těţkými kovy se upravuje a následně se zneškodňuje (0,5 t suchého materiálu / den). Proud chladící vody (pro kompresorovou stanici) činí m 3 /h v závislosti na podmínkách procesu. Odkaz na literaturu: Gebert, Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 79

108 Kapitola 4 - aglomerace EP. 5 Odsiřování mokrou cestou Popis: Existují mokré a suché odsiřovací procesy, ale zde je uveden pouze mokrý způsob. Po ochlazení odpadního plynu se SO 2 absorbuje ve sprchové věţi v roztoku, který obsahuje ionty Ca 2+ nebo Mg 2+. Vzniká sádra CaSO 4. 1/2 H 2 O nebo MgSO 4, které se odstraňují z kolony jako řídká kaše. Lze pouţít několik reakčních činidel : - ocelárenskou strusku (proces SSD- steel slag desulphurisation tj.odsiřování ocelárenskou struskou). Ocelárenská struska s obsahem % CaO se rozdrtí na prášek, smíchá s vodou a přidává se jako kaše s obsahem Ca(OH) 2 - hašené vápno Ca(OH) 2 - chlorid vápenatý CaCl 2 a hašené vápno Ca(OH) 2 - hašené vápno Ca(OH) 2 a křídu (CaCO 3 - vápenec) - hydroxid hořečnatý Mg(OH) 2. Sádra se dehydratuje. Kvalita sádry velmi závisí na účinnosti předřazeného zařízení na odstranění hmotných částic (prachu). V některých zemích lze sádru prodávat do průmyslu výroby cementu. Voda se ze sádrové kaše oddělí a vrací se většinou zpět. Z důvodů tvorby chloridů se bude do pračky připouštět voda. Bude tudíţ vznikat jak pevná sádra, tak odpadní voda. Kdyţ se pouţívá jako reakčního činidla hydroxidu amonného (NH 4 OH), vzniká hydrosiřičitan amonný NH 4 HSO 3. Tento roztok se podrobuje oxidaci za mokra v úpravně plynu koksovací pece. Získá se síran amonný (NH 4 ) 2 SO 4. Mokré odsíření lze také provést se systémy jemné vypírky (viz EP. 4). Dosaţené úrovně hlavních emisí: Lze snadno dosáhnout více neţ 90 % účinnosti odsiřování. Uvádí se účinnost %. Kromě toho se z odpadního plynu vypraly hmotné částečky a HCl a HF. Tímto způsobem se neodstraní NOx (InfoMil, 1997). Pouţitelnost: Můţe se vyuţít jak u nových, tak stávajících závodů, ačkoliv mohou být vysoké poţadavky na prostor. Přenos vlivů prostředím: Vzniká sádrová kaše. Zneškodnění sádry můţe představovat váţný problém. V zemích, kde neexistuje trh pro sádru, se musí dehydratovaný materiál zneškodňovat jako aktivní odpad, který vyţaduje další stabilizaci ještě předtím, neţ bude uloţen na skládku a to vyvolává vyšší náklady na zneškodnění. Tam, kde existuje odbytiště sádry, způsobuje znečištění tuhými hmotnými částicemi, ţe produkt je rovněţ méně atraktivní a spíše se musí skládkovat. Mimo to je nutná dodatečná úprava odpadní vody, pokud zařízení odstraňuje také hmotné částice. V jednom případě se od sádry odděluje kontaminovaná část (10%), která se zneškodňuje a "čistá část " (90 %) se prodává. To je případ Thyssen Stahl AG, Duisburg (InfoMil, 1997). Projekt odsiřovací jednotky je uzpůsoben tak, aby oddělil toky sádry. Většinou se vypírací voda můţe recirkulovat, zejména kdyţ se před odsiřovací jednotku představí zařízení na odlučování hmotných částic. Obvykle je potřeba část odpouštět, aby se zamezilo nánosu chloridů. Podle sdělení se odpouští v rozmezí 5-20 m 3 /hod. V některých případech se však odpouštění neprovádí, ale doplňuje se voda. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 80

109 Kapitola 4 - aglomerace Spotřeba elektřiny se odhaduje na 6,1-7,2 MJ/t aglomerátu. Kromě toho se vyčištěný odpadní plyn musí před vypuštěním znovu ohřát, aby se dosáhlo dostatečného výškového stoupání. V některých případech se k tomuto účelu pouţívá koksárenského plynu a někdy se přítomný CO v odpadním plynu aglomeračního závodu katalyticky spaluje. Spotřeba hašeného vápna závisí na vstupní koncentraci SO 2, mnoţství upravovaného odpadního plynu a potřebné účinnosti. Uvádí se spotřeba 3-4 kg hašeného vápna Ca(OH) 2 /m 3 SO 2 ve Wakamatsu Works, NCS, Japonsko. Referenční závody: V tab je uvedeno několik aglomeračních závodů, které aplikují mokré odsiřování. Mělo by se uvést, ţe Mitsubishi proces provozovaný v Thyssen Stahl AG je jediný odsiřovací závod v Evropě, který upravuje odpadní plyn z aglomeračních závodů. Závod Thyssen upravuje oddělenou část toku odpadního plynu (část s vysokou koncentrací SO 2, viz obr. 4.8) a je v provozu pouze tehdy, kdyţ jsou překročeny místní normy kvality ovzduší. Uvádí se, ţe tento závod se v posledních dvou letech neprovozoval ( ) a tím se tato metoda sniţování SO 2 stává velmi nákladnou. Tab : Jednotky mokrého odsiřování v aglomeračních závodech /InfoMil, 1997/ společnost továrny závod č. mnoţství upraveného reakční plynu (x10 6 Nm 3 /h) činidlo Nippon Steel Corporation Wakamatsu/Yawata 1 Ca(OH) 2 Sakai 1 ocelárenská.struska Nippon Kokan KK Fukuyama 0,76 NH 4 OH Keihin 1,2-1,3 " Kawasaki Steel Corporation Chiba AZ*4 0,62-0,75 Ca(OH) 2 Chiba AZ 3 0,32 " Mizushima 3 AZ 0,75: 0,75: 0,9 " Kobe Steel Ltd. Kakogawa 1 CAL ** Kobe 0,35 CAL ** Sumitomo Metal Industries Wakayama AZ 5 0,4 Ca(OH) 2 +CaCO 3 Kashima 2 AZ 0,88: 0,2 " Kokura 0,32 Mg(OH) 2 Thyssen Stahl AG Duisburg AZ 4 0,32 Ca(OH) 2 +CaCO 3 * AZ= aglomerační závod ** CaCl 2 + Ca(OH) 2 Údaje o provozu a ekonomika: V tab je uveden přehled provozních i ekonomických údajů z pěti odsiřovacích jednotek. Všechny tyto jednotky byly vybudovány proto, aby byla splněna nařízení místních správních úřadů k ochraně ţivotního prostředí. Neuvádějí se ţádné zvláštní těţkosti při provozu. Účinnost odsiřování vyjádřena v číslech v tabulce nebere v úvahu omezený provozní čas a počítá se 24 hodinami provozu denně. V praxi by tedy měly být veškeré číselné hodnoty týkající se účinnosti značně niţší. Jak jiţ bylo poznamenáno, prodej získané sádry nebude nejspíš v některých evropských zemích moţný, nehledě na problém jejího zneškodňování. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 81

110 Kapitola 4 - aglomerace Tab. 4.13: Provozní údaje a ekonomika pro jednotku mokrého odsiřování v aglomeračním závodě /InfoMil, 1997/ jednotka Thyssen Stahl Kawasaki Nippon Nippon Steel Sumitomo AG- Duisburg Steel Corp. Kokan KK Corp. Metal Ind. Chiba Keihin Wakamatsu Wakayama Yawata výroba aglomerátu (t/hod) návrh n.d. skutečnost n.d celkový průtok odpadního plynu Nm 3 /hod návrh 0,32 0,62-0,75 1,2-1,3 2 n.d. skutečnost 0,24 0,38 n.d. 1 0,4 basicita aglomerátu (CaO/SiO 2 ) 1,75-2,1 1,8 1,8 1,92 2,2 odsiřovací kapacita Nm 3 /hod návrh 0,32 0,62-0,75 1,2-1,3 1 D* n.d. D* skutečnost 0,1 D* 0,38 n.d. 0,45-0,51 D* 0,2 D* předřazené odprášení typ 3 pole ESO** ESO** ESO ** cyklon ESO** čistý plyn (mg/nm 3 ) n.d. 40 reakční činidlo Ca(OH) 2 +CaCO 3 Ca(OH) 2 NH 4 OH Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 +CaCO 3 (50 : 50) vstup SO 2 (mg/nm 3 ) návrh n.d skutečnost n.d výstup SO 2 (mg/nm 3 ) návrh n.d skutečnost n.d. účinnost odsíření (%) návrh n.d skutečnost n.d. vedlejší produkt (VP) druh sádra sádra (NH 4 ) 2 SO 4 sádra sádra mnoţství (kg/t aglomerátu) 0,9 2,3 n.d. 1,0-1,34 4,5 nakládání s VP 90% prod. prodáno prodáno prodáno hlavně 10% znešk. zneškod. spotřeba energie (GJ/t aglom.) n.d. n.d. n.d. 0,0061-0,0072 n.d. elektřiny ( 0,3% celk.en. spotř.) investice ( ECU (1996) 13 (1980) 26 (1976) n.d. n.d. 19,4 (1976) provozní náklady ECU (1996) 0,6 1986) 2,1 (1986) n.d. 0,016 (1986) 0,62 (1986) na 1 t aglomerátu bez amort. jen údrţba bez údrţby bez amort. D* = částečné odsíření : ESO** = suchý elektrostatický odlučovač n.d.: není k dispozici Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 82

111 Kapitola 4 - aglomerace Dodatečné náklady: InfoMil, 1997 oznamuje následující náklady na zařízení pro mokré odsiřování : Investice:50-80 ECU (1996) /Nm 3 /hod Provoz: 0,5-1,0 ECU (1996) na kg odstraněného SO 2 Pro aglomerační závod o kapacitě 4 Mt/rok a průtokem odpadního plynu 1 mil.nm 3 /hod., který je v provozu 8640 provozních hodin za rok a při dosud neupravených emisích ve výši 1200 g SO 2 /t aglomerátu to bude při poţadavku na 90 % odsíření odpovídat následujícím nákladům : Investice : mil. ECU (1996) Provoz : 0,5-1,1 ECU (1996)/t aglomerátu Protoţe investice jsou poměrně vysoké (větší neţ náklady na nový aglomerační závod) a závisí velmi na průtoku odpadního plynu, můţe být výhodné omezit odsiřování pouze na část odpadního plynu s vyšším obsahem SO 2 (viz obr. 4.8) a soustředit úsilí na sníţení vstupu síry do procesu (viz PI. 4). Odkaz na literaturu: InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 83

112 Kapitola 4 - aglomerace EP. 6 RAC - regenerované aktivní uhlí Popis: Technologie suchého odsiřování jsou zaloţeny na adsorpci SO 2 na aktivním uhlí. Kdyţ je aktivní uhlí nasyceno oxidem siřičitým, podrobí se regeneraci a tento proces se nazývá RAC neboli metoda s regenerací aktivního uhlí. V tomto případě se můţe vyuţít vysoce kvalitního druhu drahého aktivního uhlí a jako vedlejší produkt se získá kyselina sírová. Regenerace se provádí buď vodou, nebo termicky. Tato technika se vyuţívá ve spalovnách komunálního odpadu, elektrárnách, rafineriích a v jednom aglomeračním závodě. V některých případech se pouţívá aktivní uhlík na bázi lignitu. V tomto případě se oxidem siřičitým zanesené aktivní uhlí běţně spaluje za regulovaných podmínek. Tato technika se obvykle pouţívá pouze jako jemné doladění za stávající odsiřovací jednotkou. Proces RAC umoţňuje odstranit z odpadního plynu několik sloţek: SO 2, HCl, HF, Hg a podle volby i NOx. Systém můţe pracovat jako jednostupňový, nebo dvoustupňový pochod. V prvním stupni se odpadní plyny vedou přes vrstvu aktivního uhlí. Znečišťující látky se na ně naadsorbují. Zachycení NOx nastává jen tehdy, kdyţ se do proudu plynu před katalytickou vrstvou injektuje čpavek. Ve druhém stupni jsou odpadní plyny vedeny přes dvě vrstvy aktivního uhlí. Před průchodem plynu vrstvami se můţe ke sníţení emisí NOx injektovat čpavek. Hlavní dosaţené úrovně emisí: Je moţné vysoce efektivní odsíření, větší neţ 95%. Účinnost denitrifikace můţe být aţ % v závislosti na provozní teplotě, přídavku čpavku a na projektu. Číselné hodnoty pro účinnost nepočítají s přerušením směn a vycházejí z nepřetrţitého provozu 24 hod/den. Skutečná účinnost bude asi výrazně niţší. Pouţitelnost: Proces RAC lze aplikovat jako koncovou čistící techniku na nové i stávající závody. Proces se obvykle vybuduje pro současné odstraňování několika sloţek z vystupujícího plynu (např. SO 2, HF, HCl, NOx). Technologické schéma uspořádání závodu a poţadavky na prostor pro montáţ jsou důleţitými faktory, pokud se o této technologii uvaţuje. Přenosy vlivů prostředím: Aplikuje-li se proces RAC, vzrůstá celková energetická spotřeba/ t aglomerátu a tvoří se menší proud vody. V integrovaném podniku na výrobu ţeleza a oceli lze tento výtok vody upravovat ve stávající úpravně vody, pokud jiţ taková existuje, nebo je příhodně umístěna. Pokud ne, vyvolalo by to dodatečné náklady na příslušnou úpravnu odpadní vody. Kyselina sírová vzniká jako vedlejší produkt. Ţádný pevný odpad se netvoří, protoţe aktivní uhlí se regeneruje a částečně se spaluje. Spotřeba elektřiny dosahuje 1200 kw neboli 8,6 MJ/t aglomerátu (cca 0,4 % celkové energetické spotřeby na aglomerování). Pokud se aplikuje neregenerační proces, roste celková spotřeba energie na l t aglomerátu a kontaminovaný pevný odpad, který vzniká, se pak musí náleţitě upravit. Referenční závod: V aglomeračním závodě č. 3, Nagoya Works, NSC v Japonsku se proces RAC provozuje od srpna roku Provozní údaje: Aglomerační závod má kapacitu t aglomerátu za den, s objemovým průtokem odpadního plynu Nm 3 /hod. Basicita aglomerátu se v roce 1991 pohybovala mezi 1,72-2,1. Proces RAC byl vyprojektován do podoby dvou paralelních jednostupňových absorpčních věţí, kaţdá o kapacitě Nm 3 /h. Před odsiřováním je předřazeno odlučování pevných hmotných částic v cyklonu a následně v elektrostatickém odlučovači (koncentrace ve vyčištěném plynu je mg/nm 3 ). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 84

113 Kapitola 4 - aglomerace Vstupní koncentrace SO 2 byla 360 mg/nm 3 a udává se účinnost odsíření 97 %. To by vedlo ve výstupním plynu ke koncentraci 11mg/Nm 3. Výstupní koncentrace hmotných částic je 15-20mg/Nm 3 (pro velikost částic 2-4 m : 60 % uhlík). Denitrifikace injektáţí čpavku se provádí pouze u jedné ze dvou absorpčních věţí. Účinnost odstranění NOx je nízká celkově asi 15% a závisí na injektování čpavku (nebo 30% na absorpční věţi, kde se injektuje čpavek). Aktivní uhlí nasycené SO 2 se regeneruje termickou úpravou při C. Uhlí se nepřímo ohřeje ohřívačem vyhřívaným koksárenským plynem. Dusík (N 2 ) se vmísí v mnoţství 500 m 3 /h. Voda nasycená plynem (15% SO 2 ) se vede do úpravy koksárenského plynu u závodu kyseliny sírové. Regenerované uhlí se prosévá a vsazuje se zpět do adsorpčních loţí. Částice o malé velikosti se vyuţijí jako aglomerační vsázka. Toto uspořádání je pro dané závody specifické, ale nemůţe se povaţovat za všeobecně vyuţitelné v ostatních závodech. Spotřeba aktivního uhlí činí aţ 150 kg/h. Spotřeba páry (40 barů) je 600 kg/h a spotřeba vody je 0,08 m 3 /h. Zvláštní pozornost se musí věnovat vstupní teplotě odpadního plynu (< 140 C) a rovněţ vstupní koncentraci hmotných částic (max. 50 mg/nm 3 ). Ekonomika: Investice (vyjma závodu kyseliny sírové a úpravny odpadní vody) činily v roce 1987 cca 21 mil. ECU (1996). V roce 1991 byly pro závod RAC ve Voest-Alpine AG, A-Linz vyčísleny na 73 mil ECU (1997). Provozní náklady (mimo údrţbu a amortizaci) činily v roce ,75 ECU (1996)/t aglomerátu. Náklady na údrţbu se odhadují na 0,17 ECU (1996) na 1 t aglomerátu ( ECU (1996)/ rok). Je nutné si uvědomit, ţe tyto údaje platí pro montáţ RAC spojenou s odstraňováním SO 2 a NOx. Odkaz na literaturu: InfoMil, Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 85

114 Kapitola 4 - aglomerace EP. 7 Selektivní katalytická redukce (SCR) Popis: V tomto procesu se NOx z odpadního plynu katalyticky redukuje čpavkem nebo močovinou na dusík (N 2 ) a H 2 O. Často se jako katalyzátory uţívají oxid vanadičný nebo wolframový na nosiči oxidu titaničitého. Dalšími moţnými katalyzátory jsou oxid ţeleznatý a platina. Optimální provozní teploty se pohybují v rozmezí od 300 do 400 C. Selektivní katalytická redukce se můţe provozovat jako vysokoprašný systém, nízkoprašný systém a jako systém pro čištění plynu, kaţdý se svou vlastní charakteristikou. Aţ do dnešní doby se v aglomeračních závodech provozovaly pouze systémy na čištění plynu. Zvláštní pozornost by se měla věnovat deaktivaci katalyzátoru, akumulaci explosivního dusičnanu amonného (NH 4 NO 3 ), amoniakové břečce a tvorbě korozivního SO 3. Obvykle se musí odcházející plyny před vstupem do zařízení na selektivní katalýzu ohřívat, aby se dosáhlo poţadované provozní teploty. Pouţitelnost: Lze aplikovat jako koncovou čistící techniku jak pro nové, tak stávající závody. V aglomeračních závodech se provozují za odprášením a odsířením pouze systémy koncového čistění. Podstatné pro plyn je, aby byl vyčištěn pod 40 mg prachu /Nm 3 a měl minimální teplotu okolo 300 C, coţ vyţaduje přísun energie. Hlavní dosaţená úroveň emisí: V aglomeračním závodě lze dosáhnout více neţ 90 % účinnosti sníţení emisí NOx, v závislosti na druhu katalyzátoru, provozní teplotě a přídavku čpavku. Přenos vlivů prostředím: Protoţe je SCR suchá metoda nenastává ţádné znečištění vody. Vzniká pouze odpad deaktivovaného katalyzátoru, který můţe provozovatel opětně zpracovávat. Tato technika předpokládá skladování a vyuţívání čpavku, ale ne vysloveně jako kapaliny: lze vyuţít i amonné roztoky nebo močovinu. Kromě toho roste celková spotřeba energie, protoţe vzniklý plyn se musí před kontaktem s katalyzátorem předehřát. To omezuje moţnosti rekuperovat značné teplo z aglomeračního procesu. Kromě toho potřebuje zařízení SCR elektrickou energii. Referenční závody: 1. Aglomerační závod Kawasaki Steel Corporation, Chiba Works, Japonsko 2. Aglomerační závod, Nippon Kokan, Keihin Works, Japonsko 3. Aglomerační závody 3 a 4, China Steel, Taiwan Provozní údaje: 1. Aglomerační závod Kawasaki Steel Corporation, Chiba Works, Japonsko V aglomeračním závodě byla za účelem sníţení emisí NOx nainstalována selektivní katalytická redukce v roce Závod má kapacitu 7000 t aglomerátu /den a objemový průtok odpadního plynu aţ Nm 3 /hod. Emise NOx se sníţily ze 450 mg/nm 3 na 37 mg/ Nm 3 při pouţití Pt jako katalyzátoru, tedy dosaţená účinnost denitrifikace byla nad 90 %. Selektivní katalytická redukce se provozuje jako plynočistící systém, který má jednotku SCR zařazenou aţ za odprašováním a odsiřováním. SCR se můţe provozovat při 260 o C, nebo při 400 o C. Při 260 o C se katalyzátor musí revitalizovat několikrát za rok tepelnou úpravou. Při této teplotě se dosahuje 90 % účinnosti pouze s přídavkem čpavku se stechiometrickým přebytkem 1,2. Za této situace nastávají ztráty čpavku. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 86

115 Kapitola 4 - aglomerace Po třech letech provozu při 260 C byl před zařízení SCR postaven konvertor CO. V konvertoru se CO z odpadního plynu katalyticky spaluje a uvolňuje se teplo. Konvertorem CO se zvyšuje teplota plynu od cca 400 do 480 o C. Dosáhlo se 90% účinnosti denitrifikace při stechiometrickém poměru čpavku 0,9. Nedochází k ţádným ztrátám čpavku. Tlaková ztráta na vrstvu katalyzátoru (1 m) je 140 mm vodního sloupce. 2. Aglomerační závod, Nippon Kokan, Keihin Works, Japonsko V aglomeračním závodě Nippon Kokan byla nainstalována selektivní katalytická redukce (SCR) v roce Tento systém se provozuje jako proces čistění plynu po odprášení a odsíření. Aglomerační závod má kapacitu t aglomerátu/den a průtok odpadního plynu 1,2 aţ 1,3 mil. Nm 3 /hod. SCR vyuţívá jako katalyzátoru kusovou limonitovou nebo gasitickou rudu z Asie. Pouţitý katalyzátor se třídí a vyuţívá jako vsázka do vysoké pece nebo do aglomeračního závodu. Plyny vstupují do SCR po předehřátí na teplotu 340 o C při koncentraci NOx 410 mg/nm 3. Koncentrace ve vyčištěném plynu je mg/nm 3 úměrná % účinnosti SCR. Tlaková ztráta na SCR zařízení je mm vodního sloupce. Výměník tepla má tlakovou ztrátu 80 mm vodního sloupce. Spotřeba NH 3 se uvádí aţ 120 g /t aglomerátu. Spotřeba elektřiny je 0,014 GJ/t aglomerátu nebo menší neţ 1 % celkové energetické spotřeby na aglomeraci. Provozování SCR je podle referencí bezproblémové. Ekonomické údaje : l. Aglomerační závod Kawasaki Steel Corporation, Chiba Works, Japonsko Investice : 27,3 x 10 6 ECU (1996) v roce Náklady na údrţbu: 0,08 ECU (1996) /t aglomerátu v roce 1992 ( ECU (1996)/rok ) Provozní náklady: 0,40 ECU (1996)/t aglomerátu v roce 1992 (l mil.ecu (1996)/ rok) včetně nákladů na předehřev. 2. Aglomerační závod Nippon Kokan, Keihin Works, Japonsko Investice : 50 x 10 6 ECU (1996) v roce 1979 Náklady na údrţbu: 0,57 ECU (1996) /t aglomerátu v roce 1992 ( ECU (1996) / rok) Provozní náklady: 0,75 ECU (1996) / t aglomerátu v roce 1992 InfoMil udává následující náklady na SCR: Investice: ECU (1996) / (Nm 3 /hod) Provoz : 0,7-0,9 ECU (1996)/ 1000 Nm 3 upraveného plynu Pro aglomerační závody s kapacitou 4 Mt/rok, průtokem odpadního plynu l mil.nm 3 / hod a 8640 provozními hodinami /rok to odpovídá následujícímu: Investice : mil. ECU (1996) Provoz : 1,5 aţ 2,0 ECU (1996). V roce 1992 byly pro jednotku selektivní katalytické redukce (SCR) včetně systému předehřevu v Hoogovens IJmuiden odhadnuty náklady okolo 30 mil. ECU (1997). Rozhodujícími faktory nákladů jsou : pouţití katalyzátoru, spotřeba amoniaku a (pokud je to zapotřebí) náklady na předehřev odpadního plynu. Ţádný aglomerační závod v Evropě neprovozuje systém denitrifikace tohoto druhu.. Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 87

116 Kapitola 4 - aglomerace 4.4 Závěry Pro pochopení této kapitoly a jejího obsahu se pozornost čtenáře obrací zpět k předmluvě tohoto dokumentu a zejména 5. části předmluvy: "Jak chápat a pouţít tento dokument". Techniky a s nimi spojené úrovně emisí a/ nebo spotřeb, nebo rozmezí hodnot, uvedené v této kapitole se posuzovaly pomocí opakujícího se postupu, který se skládá z následujících kroků: identifikace klíčových problémů odvětví ve vztahu k ţivotnímu prostředí: u aglomeračních závodů je to prach, těţké kovy, NOx, SOx, dioxiny a energetická efektivita (teplo); zkoumání technik, které jsou nejrelevantnější pro řešení těchto klíčových problémů; identifikace úrovní nejlepšího působení provozu na ţivotní prostředí na základě údajů, které jsou k dispozici z EU a celého světa; prověření podmínek, za kterých byly tyto úrovně při provozování dosaţeny; t.j. např. náklady, přenosy dopadů z jednoho prostředí do druhého, hlavní motivace pro prosazování realizace těchto technik výběr nejlepší techniky, která je pro toto odvětví k dispozici (BAT) a s ní spojené úrovně emisí a/nebo spotřeb v obecném smyslu vše podle Přílohy IV, článek 2, odstavec 11 Směrnice 96/61/EC. Posouzení expertů Evropské kanceláře pro IPPC a odpovídající technické pracovní skupiny hrálo klíčovou úlohu při kaţdém z těchto kroků a ve způsobu, jakým se zde informace předkládají. Na základě takového posouzení se v této kapitole představují techniky, které se povaţují za vhodné pro odvětví jako celek a pokud moţno i úrovně emisí a spotřeb, které jsou spojeny s pouţitím těchto BAT, které v mnoha případech odráţejí současné výkony některých zařízení v rámci sektoru. Tam, kde se udávají úrovně emisí (a spotřeb) ve spojitosti s nejlepšími dostupnými technikami, je třeba to chápat jako mínění, ţe tyto hladiny představují výkony pro ţivotní prostředí přijatelné, které by se mohly očekávat jako následek aplikace popsaných technik, při čemţ je třeba stále sledovat vyváţenost nákladů a výhod v souladu s definicí BAT. Nejsou to však v pravém smyslu slova ani hodnoty emisních limitů ani limitních spotřeb a nemělo by se na ně tak pohlíţet. V některých případech snad můţe být technicky moţné dosáhnout lepších úrovní emisí nebo spotřeb, ale následkem započtených nákladů nebo aspektu přenosu dopadů z jednoho prostředí do druhého se nepovaţují za vhodné jako BAT pro odvětví jako celek. Nicméně existují typy zvláštní motivace, kde se v mnohem specifičtějších případech mohou výše takových úrovní povaţovat za oprávněné. Na úrovně emisí a spotřeb, které jsou spojovány s BAT, jak se uvádí výše, by se mělo pohlíţet na podkladě určitých specifických referenčních podmínek ( např. zprůměrováním číselných hodnot za určité období). Pojem úrovně spojené s BAT, uvedený výše se musí rozlišovat od termínu dosaţitelná úroveň pouţitého na kterémkoliv místě v tomto dokumentu. Tam, kde se úroveň popisuje jako dosaţitelná za pouţití určité techniky nebo kombinací technik, je třeba to chápat jako mínění, ţe lze očekávat, ţe se tato úroveň dosáhne za určité podstatné časové období při dobře udrţovaném a provozovaném zařízení nebo procesu, při kterém se těchto technik pouţije. Tam, kde byly k dispozici údaje týkající se nákladů, byly uvedeny zároveň s popisem techniky předloţené v předchozí kapitole. Ty však uvádějí jen hrubé náznaky o velikosti započtených nákladů. Skutečné náklady na aplikaci techniky však budou výrazně záviset na specifické situaci zohledňující např. daně, poplatky a technické charakteristiky dotyčného zařízení. Není moţné, aby se takové místně-specifické faktory v tomto dokumentu posoudily vyčerpávajícím způsobem. Tam, kde chybějí údaje o nákladech, odvozovaly se závěry z ekonomické realizovatelnosti sledované u zařízení stávajících.. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 88

117 Kapitola 4 - aglomerace Je záměrem, aby se takové obecné nejlepší dostupné techniky z této kapitoly mohly pouţít k posouzení výkonu stávajícího zařízení, nebo pro posouzení návrhu na zařízení nové a tedy napomoci při stanovení příslušných podmínek postavených na BAT pro dané zařízení. Předpokládá se, ţe nová zařízení by se mohla projektovat tak, aby se provozovala na stejných nebo dokonce lepších úrovních neţ jsou úrovně BAT, které se uvádějí tady. Rovněţ se dá skutečně očekávat, ţe se mnohá stávající zařízení přiblíţí za nějakou dobu úrovním obecných BAT nebo ještě lepším. Zatímco BREF dokumenty nejsou právně závaznou normou, je jejich záměrem poskytovat informace a poradenství průmyslu, členským státům a veřejnosti o výši emisí a spotřeb, kterou lze dosáhnout, pouţijí-li se dotyčné specifické techniky. Limitní hodnoty, přiměřené jakémukoliv případu se musí stanovit s přihlédnutím k cílům Směrnice IPPC a místním okolnostem. Pro aglomerační závody se povaţují za BAT následující techniky nebo kombinace technik. Pořadí priorit a volba technik se bude lišit v závislosti na místních okolnostech. Jakákoliv další technika nebo kombinace technik, která dosáhne stejných nebo lepších výsledků nebo účinnosti se můţe povaţovat rovněţ za BAT. Takové techniky mohou být ve stadiu vývoje nebo se právě objeví nebo jsou jiţ k dispozici, ale v tomto dokumentu se neuvádějí nebo nejsou popsány. 1. Odprašování odpadního plynu aplikací : moderních elektrostatických odlučovačů (s pohyblivou elektrodou, pulsním systémem, s vysokonapěťovým provozem..) nebo elektrostatické odlučování plus tkaninový filtr nebo předřazené odprašování (např. elektrostatický odlučovač nebo cyklony) plus vysokotlaký systém mokrého vypírání Pouţitím těchto technik lze dosáhnout koncentrace prachu při běţném provozu < 50 mg /Nm 3. Pouţije-li se tkaninový filtr, lze dosáhnout emise mg/nm Recirkulace odpadního plynu, není-li výrazně ovlivněna jakost aglomerátu a produktivita za pouţití: recirkulace části odpadního plynu z celého povrchu aglomeračního pásu nebo recirkulace odpadního plynu z určitého úseku aglomeračního pásu 3. Minimalizace emisí PCDD/F prostřednictvím : aplikace recirkulace odpadního plynu úpravou odpadního plynu z aglomeračního pásu: vyuţitím systémů mokrého vypírání jemných částic: lze dosáhnout hodnot < 0,4 ng I- TEQ / Nm 3 tkaninovou filtrací s přídavkem prachu lignitového koksu lze také dosáhnout nízkých emisí PCDD/F ( 98 % sníţení; 0,1 0,5 ng I-TEQ/Nm 3. Toto rozmezí je postaveno na 6 hodinovém náhodném vzorku za stabilních podmínek. 4. Minimalizace emisí těţkých kovů : - za pouţití mokrých systémů vypírky jemných částic, aby se odstranily vodou rozpustné chloridy těţkých kovů, zejména chloridy olova a to s účinností 90 % nebo s pytlový filtrem za přídavku vápna - vynětím prachu z posledního pole elektrostatického odlučovače bez jeho recyklace na aglomerační pás a jeho uloţení na zabezpečené skládce (vodotěsnost, jímání a úprava výluhu) lze provést po odčerpání vody a následném vysráţení těţkých kovů, aby se minimalizoval objem ukládaný na skládku. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 89

118 Kapitola 4 - aglomerace 5. Minimalizace odpadů : - recyklací vedlejších produktů s obsahem ţeleza z integrovaných závodů se zřetelem k obsahu oleje v jednotlivých druzích vedlejších produktů ( pod 0,1 %). - při tvorbě pevných odpadů se za BAT v sestupném pořadí priorit povaţují tyto následující techniky : - omezování tvorby pevných odpadů - selektivní recyklace pevných odpadů v aglomeračních závodech - externí vyuţití, kdykoliv je interní vyţití komplikované, - kontrolované zneškodnění v kombinaci se záměrem mnoţství minimalizovat, je-li to jediná volba a pokud je jakékoliv opětné vyuţití komplikované 6. Sníţení obsahu uhlovodíků v aglomerační vsázce a vyhnout se pouţití antracitu jako paliva. V recyklovaných vedlejších produktech a zbytcích lze dosáhnout 0,1 % obsahu oleje 7. Rekuperace značného tepla : Značné teplo lze rekuperovat z odpadního plynu chladiče aglomerátu a to je moţné v některých případech provést i u odpadního plynu z aglomeračního roštu. Aplikaci recirkulace odpadního plynu lze rovněţ povaţovat za formu rekuperace odpadního tepla. 8. Minimalizace emisí SO 2 například : - sníţením obsahu síry na vstupu (pouţít koksový prach s nízkým obsahem síry a minimalizovat jeho spotřebu; pouţitím ţelezné rudy s nízkým obsahem síry; těmito opatřeními lze dosáhnout emisní koncentrace 500 mg SO 2 /Nm 3 - mokrým odsířením odpadního plynu můţe být sníţení emisí SO 2 vyšší neţ 98 % a dosáhne se koncentrace 100 mg SO 2 /Nm 3. S ohledem na vysoké náklady by se odsiřování odpadního plynu mělo vyţadovat pouze za těch okolností, kdy se pravděpodobně nesplní normy kvality ţivotního prostředí 9. Minimalizace emisí NOx např. pomocí - recirkulace odpadního plynu - denitrifikací odpadního plynu aplikací : - metody RAC (regenerace aktivního uhlíku) a - metody SCR (selektivní katalytické redukce). Se zřetelem k vysokým nákladům se denitrifikace odpadního plynu nevyuţívá, kromě těch případů, kdy se pravděpodobně neplní normy kvality ţivotního prostředí. 10. Emise do vody (ne chladící voda) Tyto se vyskytují pouze tam, kde se pouţívá vypírací vody, nebo kde se vyuţívá systémů mokré úpravy plynu. V těchto případech, by se voda vypouštěná do recipientu měla upravit vysráţením těţkých kovů, neutralizací a filtrací pískem. Mělo by se minimalizovat vypouštění uhlovodíků. Dosahují se koncentrace celkového organického uhlíku (TOC) 20 mgc/l a koncentrace těţkých kovů 0,1 mg/l (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn). Pokud je recipientem řeka (sladká voda), musí se věnovat pozornost obsahu solí. Chladící voda se můţe recyklovat. V zásadě jsou techniky uvedené pod body 1-10 aplikovatelné jak na nové, tak stávající zařízení, se zřetelem k předmluvě. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 90

119 Kapitola 4 - aglomerace 4.5 Techniky právě objevené (vyvíjené) a budoucí vývoj V této části je uvedeno několik technik, které se ještě nepouţívají v průmyslovém měřítku, nebo které, ačkoliv jsou aplikovány v průmyslovém měřítku, se ještě v průmyslu ţeleza a oceli nevyuţívají. Většina ze zmíněných technik jsou koncovými čistícími technikami. Kromě toho je třeba poznamenat, ţe nové techniky pro výrobu ţeleza mohou v budoucnosti značně omezit potřebu aglomeračních závodů. Tyto nové techniky pro výrobu ţeleza jsou popsány v kapitole Katalyzátory pro odstranění PCDD/F Aby se sníţily emise PCDD /F a dalších organických, v mikroměřítku se vyskytujících znečišťujících látek (mikropolutantů), byla popsána opatření koncového čištění, jako je injektáţ práškového lignitového koksu s následným pytlovým filtrem (EP.2) nebo vypírka jemných částic, s následnou úpravou odpadní vody (EP. 4). Další moţností je pouţít adsorpčních metod případně s následnou katalytickou oxidací těchto znečišťujících látek. Provozovatelé aglomeračních závodů v Německu a Sidmar N.V., B-Gent zaloţily v kooperaci s Verein Deutscher Risenhuttenleute (VDEh) asociaci, aby vyvinuly techniky, ke sníţení emisí PCDD/F z aglomeračních závodů. V současné době Sollac (USINOR, Francie) se s touto skupinou ocelářských společností spojil. Tato asociace má zájem vyvinout postup, který je provozně bezpečný, nepotřebuje ţádnou vodu a můţe se pouţít ve stávajících závodech. Na základě předběţných experimentů a propočtených nákladů vybudovala asociace demonstrační závod v Thyssen Krupp Stahl AG, D-Duisburg. Ten se skládá z adsorpčního stupně, (tvořeného průtokovým reaktorem), stávajícího elektrostatického odlučovače a následného katalyzátoru na podporu oxidace (obr ) Zařízení k injektování prachu lignitového koksu (viz EP. 2) jako adsorbentu do vedení surového plynu je postaveno asi 27 m před elektrostatickým odlučovačem. Regulátor umoţňuje dávkování adsorbentu mezi 0 a 300 mg/m 3. PCDD/F jsou v zásadě přítomny v plynném stavu a adsorbují se na práškový lignitový koks. Potom se odloučí v elektrostatickém odlučovači a recyklují se na aglomeračním pásu. Zbývající PCDD/F se rozloţí a poklesnou pod 0,1 ng I-TEQ/Nm 3 při zachycení v pórech katalysátoru umístěného mezi ventilátorem a komínem, ale hodnoty 0,1 ng I-TEQ/Nm 3 po katalytické oxidaci se ještě nepotvrdily v praxi. Předběţné zkoušky bez katalytické oxidace indikovaly, ţe proces je vhodný. Je třeba poznamenat, ţe dva systémy injektáţ prášku lignitového koksu a katalytická oxidace byly testovány odděleně a ţe nejsou oba nutně potřebné, aby se dosáhlo hodnot pod 0,1 ng I-TEQ/Nm 3. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 91

120 Kapitola 4 - aglomerace Obr. 4.24: Blokové schéma systému úpravy odpadního plynu se stupněm adsorpce a katalytickým konvertorem /Kersting, 1997; Philipp, 1998/. Vysvětlivky k obrázku : 9. elektrostatický odlučovač 1. aglomerační pás 10. měřící stanice koncentrace prachu 2. záţehová pec a PCDD/F 3. vedení odpadního plynu 11. ventilátor 4. injektáţní trysky 12. měřící stanice pro sloţení odpadního 5. dávkovací stanice s regulací plynu 6. zásobní nádrţ pro adsorbenty 13. konvertor pro katalytickou oxidaci 7. plnící zařízení 14. měřící stanice pro PCDD/F 8 recyklace prachu 15. komín Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 92

121 Kapitola 5 peletizační závody 5 PELETIZAČNÍ ZÁVODY Jak je uvedeno v kapitole 3.2.1, jsou peletizace a aglomerace dvěma komplementárními procesními pochody k přípravě surovin s obsahem oxidů ţeleza pro výrobu oceli. Kaţdý má své vlastní specifické výhody a stinné stránky. Ty jsou do značné míry ovlivněny místními podmínkami, jako je dostupnost a druh surovin. Z různých důvodů se aglomerát vyrábí na podporu oceláren prakticky vţdycky: to umoţňuje, aby se recyklovaly pevné odpady; koksový prach je v ocelárnách k dispozici pro pouţití jako palivo; aglomerát má sklon se během transportu a manipulace rozpadat. Pelety se tvoří ze surovin drobné rudy a aditiv o velikosti částic < 0,05 mm do 9 16 mm při vyuţívání velmi vysokých teplot a to se provádí hlavně v místě dolů nebo jejich překladišť. V 15 členských státech EU existuje pouze jeden integrovaný hutní podnik, jehoţ součástí je peletizační závod (v Holandsku). Švédsko má čtyři samostatně stojící peletizační závody. Výroba pelet v pěti závodech EU, uvedených výše byla v roce ,1 Mt. V roce 1995 byla v EU 15 celková spotřeba pelet okolo 35 Mt, zatímco spotřeba aglomerátu byla 3x vyšší. 5.1 Pouţívané pochody a techniky Pelety jsou malé krystalické sbalky ţelezné rudy o velikosti 9 16 mm. Obr. 5.1 ukazuje sbalný buben, který je součástí peletizačního závodu. Obr. 5.1: Sbalovací buben jako součást peletizačního závodu Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 93

122 Kapitola 5 peletizační závody Proces peletizace obsahuje drcení a sušení nebo odvodňování, sbalování a vytvrzování, po němţ následuje třídění a manipulace (obr.5.2) Obr. 5.2: Schéma peletizačního závodu - /Infomil, 1997/ Drcení a sušení/odvodňování Ruda se před vloţením do peletizačního zařízení třídí několikerým proséváním a v etapách obohacení pomocí rozmělnění a drcení. Převládajícími prostředky zakoncentrování rudy je magnetická separace, která vychází z vlastností rudy. Ve švédských závodech se rozmělňování a koncentrace provádí mokrými pochody. V závodech v Dánsku se rozmělňování provádí při relativně vysoké teplotě (asi 100 o C). Při mokrém pochodu se přísady (olivín, dolomit a/nebo vápenec v závislosti na konečném produktu) rozdrtí a potom se přidávají do rudné kaše běţně v mnoţství 3 3,5 % ještě před odvodněním. Při dalším pochodu po drcení za tepla se materiál opětně smáčí v lopatkových míchačkách a spojuje se s přísadami. V obou případech se upraví obsah vlhkosti na 8 9 % Příprava čerstvých sbalků Odvodněná nebo opětně smáčená vsázka pelet se smíchá s přísadami a potom se zpracuje v závodě na přípravu čerstvých sbalků. Ten je běţně vybaven 4 aţ 6 balnými okruhy, které obsahují zásobník vsázky, sbalný buben, bubnová síta a dopravníky kolujících materiálů. Sbalný buben je nakloněn o 6 8 o v horizontálním směru. Aby se získala správně definovaná velikost čerstvých sbalků, běţně v rozmezí 9 16 mm, vytřídí se větší nebo menší frakce a nechají se recirkulovat Vytvrzování Vytvrzování, coţ znamená tepelnou úpravu, se skládá ze sušení, zahřívání a chlazení. To lze provádět ve dvou různých jednotkách; na rovném roštu nebo v systémech roštových pecí. Během tepelné Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 94

123 Kapitola 5 peletizační závody úpravy se magnetit většinou zcela zoxiduje na hematit. To přispívá k většímu mnoţství tepla, které je potřebné k průběhu pochodu Zpracování na rovném roštu Pochod na rovném roštu se skládá z pohyblivého roštu, který je rozdělen na větší počet rozdílných úseků (obr. 5.3). Obr. 5.3: Schéma úpravy na rovném roštu legenda: UDD = sušení horním tahem, teplým vzduchem z C II DDD = sušení spodním tahem, teplým vzduchem z AF PH = předehřev rekuperovaným teplým vzduchem z C F = zóna vypalování oleje a horký vzduch z C AF = dospalovací úseky s horkým vzduchem z C C = úsek chlazení, vyuţívající chladný (okolní) vzduch C I = úsek sekundárního chlazení vyuţívající chladný (okolní) vzduch Předtím, neţ se čerstvé sbalky zaloţí na roštové tyče, pokryjí se roštnice 5-10 cm silnou spodní vrstvou vypálených pelet. Čerstvé sbalky se potom zavezou na spodní vrstvu, aby se vytvořilo pro plyn propustné loţe o celkové hloubce cm. Čerstvé kuličkové sbalky se musí vyhřát na teploty přibliţně 1250 o C během oxidace a spékání, aby se získaly pelety o vysoké pevnosti. Toho lze dosáhnout pomocí řady hořáků na kaţdé straně pohyblivého roštu, obvykle napájených olejem. Na konci vytvrzovacího pásu se frakce pelet recykluje, aby se vyuţily jako spodní vrstva Zpracování v roštové peci Systém roštové pece se skládá ze tří hlavních částí: pohybujícího se roštu, rotační pece a samostatného kruhového chladiče. Rošt tvoří nekonečný řetěz roštových desek, které jsou spojeny plynotěsně s větrovody. Čerstvé oválné sbalky se zaváţejí přímo na roštové desky, aby se vytvořilo loţe hluboké okolo cm. Po předběţné úpravě na roštu se pelety zaváţejí prostřednictvím ţlabů do rotační pece. Pec o samostatném olejovém nebo uhlím vytápěném hořáku na výstupním konci se provozuje při teplotě Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 95

124 Kapitola 5 peletizační závody přibliţně 1250 o C. Kruhový chladič má roštové dno, které dovoluje, aby vrstvou pelet prostupoval chladný vzduch. Stěny rozdělují chladič na sekce tak, aby se horký vzduch dostal k počáteční etapě zpracování. Celkový pohled na pochod ukazuje obr Obr. 5.4: Schéma zpracování v roštové peci legenda: UDD = sušení horním tahem horkého vzduchu z poslední části chladiče DDD = sušení spodním tahem horkého vzduchu z prostřední části chladiče TPH = předehřev horkým vzduchem z prostřední části chladiče PH = předehřev horkým odpadním plynem z rotační pece F = vypalovací zóna vyuţívající horký vzduch z první části chladiče C = ochlazovací zóny vyuţívající chladný (okolní) vzduch Kdyţ se vytvrzuje magnetit, nastává oxidace na hematit a spékání v sekcích procesu TPH, PH, F a C (viz obr. 5.4) Třídění a manipulace Na konci vytvrzovacího pásu se pelety shromaţďují a třídí. Podměrečné velikosti a úlomky pelet se mohou recyklovat. Můţe docházet ke značným emisím hmotných částic. U samostatně stojících závodů ve Švédsku se vytvrzené pelety před nakládáním na otevřené ţelezniční vagóny pro přepravu do přístavišť v norském-narviku a švédském-lulea uchovávají v zakrytých zásobnících. Při nakládání na loď se vytřídí 2 3 % materiálu jako podsítné a prodá se jako aglomerační vsázka. Pokud jde o všechny materiály do vysoké pece (koks, aglomerát, pelety a kusovou rudu), provádí se konečné třídění v místě vysoké pece. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 96

125 Kapitola 5 peletizační závody 5.2 Současná spotřeba a úroveň emisí Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Obr. 5.5 uvádí přehled hmotných toků u peletizačního závodu od vstupu k výstupu. Tento přehled lze pouţít při shromaţďování údajů ze jednotlivých peletizačních závodů Peletizační závod přehled hmotných toků ENERGIE - plyn (KP, zemní: (m 3 /r) - elektřina (kwh/r) - uhlí (t/r) - olej (t/r) Všeobecné informace VODA - kapacita závodu (t/r) - spotřeba /rok (m 3 /r)) - stáří závodu (r ) - vlastní studny/dodávka (%) - provozní doba (h/r) - de-mi voda (m 3 /r) POMOCNÉ LÁTKY - druh a mnoţství (t/r) - olivín - bentonit - vápenec - tavidla PELETIZAČNÍ ZÁVOD s určitými etapami zpracování (schéma oddělených toků) SUROVINY PRODUKTY - druh a mnoţství (t/r) - druh a mnoţství (t/r) - rudy ţeleza - pelety - pevné látky a odpad z třídění - tavidla ODPADNÍ TEPLO - odpady obsahující Fe - zdroje a mnoţství (MJ /r) - olivín - vápenec VÝSTUPNÍ PLYN /spaliny - zdroje a mnoţství (koncentrace a t/r) - prach, TK, SO 2, NOx, HCl, HF, CO, org.c, PAH, PCDD/F, PCB (případně se pouţije oddělené schéma), -» hmotné částice z manipulace, třídění kouřové plyny / spaliny z peletizace, PEVNÉ ODPADY - druh a mnoţství (t/r) - prach - kal ODPADNÍ VODA - zdroje a mnoţství (m 3 /r) (ne chladící voda) - vypírání odpadního plynu - přímá výpust (ano/ne) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 97

126 Kapitola 5 peletizační závody Následně lze vypočítat jak měrné faktory na vstupu, tak emisní faktory. Hodnoty těchto faktorů z pěti peletizačních závodů v EU jsou zobrazeny v tab Emisní faktory se nevztahují k 1 t tekuté oceli jako u aglomeračních závodů, koksoven a vysokých pecí, protoţe nejsou k dispozici potřebné přepočítávací faktory. Specifický objemový průtok odpadního plynu se pohybuje od 1940 do 2400 Nm 3 /t pelet. Tabulka 5.1: Údaje o vstupech a výstupech z pěti peletizačních závodů EU 15. Údaje pocházejí z let ; údaje o emisích představují mnoţství emisí po sníţení; informace, které se týkají metod vzorkování, analýzy, časových intervalů, metod výpočtu a referenčních podmínek nejsou k dispozici. Vstup Výstup Suroviny jednotky Produkt ţelezná ruda kg/t pelet Pelety kg/t pelet 1000,0 bentonit kg/t pelet 5,1 7,2 olivín kg/t pelet 31 35,8 Emise jednotky vápenec * 1 kg/t pelet 0 3 prach g/t pelet dolomit * 2 kg/t pelet 31 Cd mg/t pelet 0,02 0,4 Cr mg/t pelet 1 4,4 Cu mg/t pelet 1,7 7,5 Hg mg/t pelet < 0,1 0,4 Mn mg/t pelet 8 38 Energie Ni mg/t pelet 5 25 KP * 3 MJ/t pelet 398,7 Pb mg/t pelet zemní plyn* 3 MJ/t pelet 209,0 Tl mg/t pelet n.d. koks* 3 MJ/t pelet 283,0 V mg/t pelet uhlí* 4 MJ/t pelet Zn mg/t pelet 2,4 110 olej* 4 MJ/t pelet HF* 5 g/t pelet 0,8 39 elektřina MJ/t pelet HCl* 5 g/t pelet 2 48 SOx* 6 g/t pelet NOx g/t pelet voda m 3 /t pelet 0,11 1,5 CO g/t pelet < 10* CO 2 kg/t pelet 15,6 31,8 VOC* 7 g/t pelet < 5* 4 40* 3 stlačený vzduch Nm 3 /t pelet 6,2 15,2 PAH* 8 mg/t pelet 0,19 PCDD/F* 4 ug I-TEQ/t pelet 0,0057 legenda: n.d.= není k dispozici Zůstatky/ vedlejší produkty odprašky kg/t pelet - Vysvětlivky: * 1 v případě výroby pelet pro přímou redukci * 2 v případě výroby pelet pro vysoké pece * 3 v případě, ţe peletizační závod je součástí integrovaného hutního podniku * 4 v případě samostatně stojících peletizačních závodů ve Švédsku ( magnetitové rudy) * 5 niţší hodnota, pokud se pouţijí techniky k odstranění kyselých sloţek odpadního plynu * 6 niţší hodnota, pouţijí-li se techniky odsiřování * 7 není známa technika měření * 8 není k dispozici informace zda jde o Borneff 6 nebo EPA 16, nebo benzo-a- pyren Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 98

127 Kapitola 5 peletizační závody Informace o hmotných tocích jednotlivých emisí Peletizační závod je především zdrojem emisí hmotných částic a plynných emisí do ovzduší. Pokud se ke sníţení emisí pouţijí odlučovací techniky, dochází k přenosu dopadů z prostředí do prostředí. Obecně jsou důleţité následující aspekty: 1. Emise hmotných částic z drcení 2. Emise NOx z vytvrzování a sušení 3. Emise hmotných částic a plynné emise z vytvrzování na páse 4. Emise SO 2 z vytvrzování 5. Emise HCl a HF z vytvrzování 6. Odpadní voda z úpravy odpadního plynu (volitelná úprava) 7. Pevný odpad z úpravy odpadního plynu (volitelná úprava) 8. Emise hmotných částic z prosévání a manipulace 9. Potřeba energie Emise hmotných částic z drcení Plyn vypouštěný z procesu za vzduchovým třídičem obsahuje velké mnoţství hmotných částic. Tyto hmotné částice obsahují hlavně ţelezo a jsou odrazem sloţení suroviny. Emise lze potlačit pomocí elektrostatického odlučovače Emise NOx z vytvrzování a sušení Emitované oxidy dusíku se tvoří během spalování prostřednictvím dvou mechanismů. Oxidací dusíkových sloučenin v uhlovodíkovém palivu vznikají tzv. palivové NOx. Další a nejdůleţitější mechanismus je tvorba NOx v procesu peletizace jako následek aplikace vysokých teplot. To způsobuje, ţe vzdušný dusík a kyslík disociují a reagují za vzniku tzv. tepelných NOx. Údaje, které se uvádějí v tab. 5.1 odráţejí značné rozdíly v tvorbě NOx Emise tuhých částic a plynné emise z vytvrzovacího pásu Emise plynů a hmotných částic pocházejí ze zóny vypalování na vytvrzovacím pásu. Jsou nepřetrţité a musí se odstraňovat účinnými elektrostatickými odlučovači, pytlovými lapači, nebo vypíráním Emise SO2 z vytvrzování Oxid siřičitý se tvoří během vytvrzovacího pochodu. Hladina emisí závisí na obsahu síry v rudě, aditivech a pouţitém palivu. Tab. 5.1 vykazuje, ţe nepouţije-li se odlučovacích technik, jsou emise SO 2 asi 10x vyšší Emise HCl a HF Peletizační závod je také zdrojem kyseliny fluorovodíkové (HF) a chlorovodíkové (HCl). Tyto sloţky se tvoří během vytvrzování z fluoru a chloru, které jsou obsaţeny v minerálech (apatitu), který je Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 99

128 Kapitola 5 peletizační závody přítomen v rudě. Tab. 5.1 indikuje, ţe emise HF a HCl jsou bez pouţití odlučovacích technik asi 10x vyšší Odpadní voda Kdykoliv se pouţije k odstraňování kontaminujících sloţek skrubr, vzniká proud odpadní vody. Tuto odpadní vodu je potřeba do značné míry vypouštět s ohledem na přítomnost HF. Kromě toho se odpadní voda vypouští z oplachu závodu a zařízení. V závodě Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden je průtok okolo 0,04 m 3 /t pelet. Chladící voda můţe pocházet ze sekcí rozmělňování a sušení, stejně jako z vytvrzovacího pásu. U uváděného dánského závodu, je měrný průtok 0,16 m 3 /t pelet resp. 0,05 m 3 /t pelet Pevný odpad Vlastní peletizační závod není primárním zdrojem pevného odpadu. Třídění a obohacování surovin ale zdrojem pevných odpadů je. Kromě toho vzniká pevný odpad kdekoliv tam, kde se sniţují emise hmotných částic Potřeba energie Tabulka 5.1 ukazuje značně vyšší spotřebu energie u peletizačního závodu, který je součástí integrovaných hutních podniků oproti samostatným závodům ve Švédsku. Hlavním důvodem je vyšší příspěvek tepla z oxidace magnetitu ve švédských samostatně působících závodech, které vyuţívají rudy převáţně z magnetitových loţisek. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 100

129 Kapitola 5 peletizační závody 5.3 Techniky, o nichţ se uvaţuje při stanovení BAT Tato sekce popisuje pro ochranu ţivotního prostředí a úspory energie v závodech peletizace jak techniky zaintegrované do procesu, tak techniky koncového čištění. Pro kaţdou techniku se uvádí popis, dosaţená úroveň hlavních emisí, pouţitelnost, přenos dopadů z prostředí do prostředí, referenční závody a odkaz na literaturu. Tam, kde je to moţné, jsou tyto informace doplněny o ekonomické a provozní údaje. Seznam je velmi krátký vzhledem ke skutečnosti, ţe je v Evropě málo závodů (4 ve Švédsku a 1 v Holandsku) a ţe je k dispozici málo informací o aplikaci technik v peletizačních závodech, které zohledňují ochranu ţivotního prostředí. Opatření integrovaná do procesu (PI) PI. 1 Rekuperace značného tepla z vytvrzovacího pásu PI. 2 Potlačování NOx zařazené do procesu Techniky koncového čištění (end of pipe EP) EP. 1 Elektrostatické odlučování a mlýnice ( suché drcení) EP. 2 Odstraňování hmotných částic ze zóny sušení a vytvrzování EP. 3 Absorbér pro suspenzi plynu Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 101

130 Kapitola 5 peletizační závody PI. 1 Rekuperace značného tepla z vytvrzovacího pásu Popis: Peletizační závod se projektuje takovým způsobem, aby se efektivně vyuţilo značného tepla z proudu plynu u vytvrzovacího pásu. Např. se vyuţívá horkého vzduchu z úseku primárního chlazení jako sekundárního spalovacího vzduchu v sekci vytápění. Naopak, teplo ze sekce vytápění se pouţívá v úseku sušení vytvrzovacího pásu. Teplo ze sekce sekundárního chlazení se vyuţívá také v úseku sušení. V peletizačním závodě, který je součástí integrovaného hutního podniku, produkuje sekce chlazení mnohem větší teplo neţ se můţe vyuţít u vytvrzovacího pásu. Donedávna se toto teplo nevyuţívalo, ale od poloviny 80. let se značného tepla vyuţívá v sušících komorách jednotky sušení a drcení. Horký vzduch prochází izolovaným potrubím nazývaným BRAMA-leiding. Toto potrubí transportuje přibliţně m 3 /hod horkého vzduchu (250 o C) z úseku chlazení vytvrzovacího pásu do mlýnů v sekci sušení a drcení. V sekci sušení se pouţívá horký vzduch ( o C) k sušení koncentrátů a drobné rudy před drcením. Při vyuţívání horkého vzduchu z úseku chlazení je zapotřebí mnohem slabšího vytápění v sušící komoře. Dosaţené úrovně hlavních emisí: Hrubá spotřeba energie u výše zmíněného peletizačního závodu je přibliţně 1,8 GJ/t pelet (ve srovnání se samostatnými závody je tato spotřeba značně vyšší viz tab. 5.1). Prostřednictvím rekuperace tepla se dodává okolo 0,7 GJ/ t pelet, zatímco přibliţně 1,1 GJ/t pelet se zavádí pomocí paliva ( viz také tab. 3.2). BRAMA vedení se do této kalkulace započítává a činí u rekuperace energie přibliţně 67,5 MJ/t pelet ( asi 4 % hrubé spotřeby energie). Pouţitelnost: Rekuperace značného tepla je procesně-integrovanou částí peletizačního závodu. U nových závodů lze očekávat, ţe budou mít efektivnější projekt, neţ závody stávající. BRAMAvedení" lze aplikovat u stávajících závodů se srovnatelným projektem a postačující dodávkou značného tepla. Přenosy vlivů prostředím: Vyuţitím horkého vzduchu ze zóny chlazení v zóně vytápění vytvrzovacího pásu můţe způsobovat vyšší teploty plamene v hořácích a tedy i vyšší emise NOx. Referenční závody: peletizační závod, Hoogovens, IJmuiden, NL-IJmuiden Provozní údaje: nejsou k dispozici Ekonomika: Rekuperace tepla do vytvrzovacího pásu je částí začleněnou do projektu závodu a nevyţaduje dodatečné investice. Vedení BRAMA bylo uvedeno do provozu v roce Odhadnuté investice byly 5 mil. ECU (1984). Úspory v nákladech na energii činí celkem 2,8 mil. ECU/rok Odkaz na literaturu: /Infomil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 102

131 Kapitola 5 peletizační závody PI. 2 Snížení NOx začleněné do procesu Popis: Vysoké teploty v zóně vypalování při vytvrzování pásu způsobují tvorbu NOx. V peletizačních závodech, které tvoří součást integrovaného hutního podniku se odhaduje, ţe nějakých % celkových NOx se tvoří v hořácích ( tepelné NOx ) a takových % ve vrstvě pelet. Hlavními faktory tvorby tepelných NOx jsou vysoké teploty ( o C) a vysoký výskyt kyslíku v prostoru hořáků. NOx, který se tvoří ve vrstvě pelet obsahuje hlavně okamţité NOx a palivové NOx, které se tvoří při reakci mezi uhlovodíky v koksovém prachu, dusíkem v koksovém prachu a kyslíkem a dusíkem ze vzduchu. Nelze rozlišovat mezi rozličnými formami NOx poté, co se vytvořily, protoţe není ţádný rozdíl v chemickém sloţení. Nejdůleţitější opatření, která lze přijmout při sniţování veškerých emisí NOx z peletizačního závodu směřují k omezování tvorby tepelných NOx. Toho lze dosáhnout sniţováním vysokých teplot v hořácích a omezením přebytku kyslíku ve spalovacím vzduchu. Dosaţená úroveň hlavních emisí: V závodě peletizace KK3, společnosti LKAB, S-Kiruna jsou emise NOx ze zóny vypalování ve výši 140 g/t pelet (viz tab. 5.1) nebo při objemu plynu 2400 Nm 3 /t pelet tedy 58 mg/nm 3. Tento závod byl uveden do provozu v lednu 1996 a nebyly pouţity ţádné koncové technologie ke sniţování emisí NOx. Podle /InfoMil, 1997/ se dosáhlo nízkých emisí NOx kombinací nízkého obsahu dusíku v palivu (uhlí a olej) a omezením přístupu vzduchu. Závody uţívají u vytvrzovacího pásu dva velké hořáky. Situace je poněkud odlišná v peletizačním závodě Hoogovens IJmuiden. Závod byl uveden do provozu v roce 1970 a pouţívá 56 malých hořáků (z nichţ 44 se provozuje simultánně). Emise NOx z vytvrzovacího pásu jsou přibliţně g/t pelet nebo při 1940 Nm 3 /t pelet jsou mg/nm 3 ; niţší hodnota se vztahuje ke znázornění v tab Opatření zaintegrovaná do procesu u tohoto závodu jsou komplikovaná a byla připravena podle podmínek závodu. Pouţitelnost: Kdyţ se staví nový závod, můţe se uvaţovat ve stadiu projektu o opatřeních, která se začlení do procesu za účelem omezení tvorby NOx. U závodů stávajících je mnohem těţší zabudovat opatření do procesu a projekt se musí přizpůsobit specifickému závodu. Přenos vlivů z prostředí do prostředí: nedochází k ţádným přenosům dopadů Referenční závody: peletizační závod KK3, LKAB, S-Kiruna Provozní údaje: nejsou k dispozici Ekonomika: U nových závodů je součástí projektu. Pro stávající závody nejsou k dispozici ţádné údaje. Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 103

132 Kapitola 5 peletizační závody EP.1 Elektrostatické odlučování v závodech drcení ( suché drcení) Popis: Po drcení se částice pomocí vzduchu třídí a oddělují. Hrubé částice se recyklují do závodů drcení a jemné částice se přepravují do sbalného bubnu, kde se vyrábějí čerstvé pelety. Vzduch, který se pouţívá k oddělování obsahuje velké mnoţství hmotných částic. Je to v podstatě surovina a musí se zachycovat. Charakteristické pro tuhé částice je, ţe se mohou obvykle účinně zachytit za pouţití elektrostatického odlučovače. Odloučené tuhé částice se mohou přímo vsazovat do sbalného bubnu, protoţe mají stejné sloţení jako surovina ( ţelezná ruda: 62 %; a koksový prach: 8,5 %) /InfoMil, 1997/. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Elektrostatický odlučovač se provozuje více nebo méně jako zabudovaná část systému čištění vzduchu. Emise mohou být pod 50 mg/nm 3. Projektované moderní elektrostatické odlučovače mohou dosáhnout niţších emisí a tudíţ rovněţ rekuperace surovin. Pouţitelnost: Elektrostatické odlučovače lze pouţívat jak u nových, tak stávajících závodů. Přenos vlivů z prostředí do prostředí: Prach z elektrostatických odlučovačů se pouţívá jako suroviny v závodech výroby sbalků (pelet). Provoz takového elektrostatického odlučovače však potřebuje energii. U odpadního plynu o objemovém průtoku Nm 3 /hod a výrobě 4 Mt/rok je spotřeba energie cca 0,01 GJ/t pelet. Referenční závody: Peletizační závod Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden Ekonomika: nejsou k dispozici ţádné referenční údaje. Elektrostatický odlučovač je součástí začleněnou do projektu závodu; část suroviny z etapy čištění ovzduší se rekuperuje právě prostřednictvím pouţitého elektroodlučovače. Můţe se však počítat, ţe suchý elektrostatický odlučovač pro úpravu odpadního plynu s průtokem Nm 3 /hod bude potřebovat investice přibliţně 2 mil. ECU (1996). Provozní náklady u peletizačního závodu s roční výrobou 4 Mt a suchým čištěním odpadního plynu o průtoku Nm 3 lze propočítat ve výši 0,03 0,05 ECU (1996)/ t pelet. Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 104

133 Kapitola 5 peletizační závody EP. 2 Odstraňování hmotných částic ze sušení a zóny vytvrzování Popis: V peletizačních závodech se k odstraňování prachu (hmotných částic) vyuţívá několik technik. Hlavními pouţívanými technikami jsou mechanické kolektory (sběrače hrubých částic), multicyklony, mokré skrubry, tkaninové filtry a elektrostatické odlučovače. Elektrostatické odlučovače a tkaninové filtry poskytují vysokou efektivnost čištění, ale mohou se provozovat pouze při omezeném rozmezí teplot a vlhkosti. Proto se v peletizačních závodech pouţívají k odstraňování prachu také mokré pračky. Skrubry mohou být vysoce účinnými odlučovači prachu. Vypírací voda se zachycuje a upravuje se sedimentací (vyčeřovací nádrţ). Pevné látky se recyklují zpět do procesu. Mokré skrubry mají také proti systémům suchého odlučování tu výhodu, ţe se můţe široká paleta znečišťujících látek zachytit jako kyselé sloučeniny ( tj. snadno vodou rozpustná HCl a něco HF), kouřové plyny a aerosoly. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Účinnost odstranění prachu u technik vyjmenovaných výše je běţně > 95% a v některých případech > 99%. Dosahuje se koncentrace emisí prachu ve výši 20 mg/nm 3 nebo niţších. Např. v posledně jmenovaném švédském závodě KK v Kiruně jsou koncentrace prachu emitované v odpadním plynu ze zóny sušení a vytvrzování niţší neţ 10 mg/nm 3 a úhrnné emise prachu ze závodu jako celku jsou pod 100 g/t pelet (viz tab. 5.1). Pouţitelnost: Koncové čistící techniky se mohou aplikovat jak na nové, tak stávající závody. Přenos vlivů z prostředí do prostředí: Běţně se odloučený prach recykluje do pochodu peletizace. V případě pouţití skrubrů se musí určitá přebytečná voda po vhodné úpravě vypustit. Referenční závod: Peletizační závod KK3, LKAB, S-Kiruna Ekonomika: není k dispozici Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 105

134 Kapitola 5 peletizační závody EP. 3 Absorbér pro suspenzi plynu Popis: Absorbér suspenze plynu je polosuchý proces. Mokrý vápenný kal se rozstřikuje do odpadního plynu v loţi fluidního reaktoru. Voda z vápenného kalu se odpařuje a hašené vápno reaguje s nečistotami (HF, HCl, SO 2 ). Vysoká koncentrace hmotných částic v odpadním plynu zvyšuje výkonnost suspenzního absorbéru, jak se zvyšuje reakční povrch, částice hmoty se obalují roztokem hašeného vápna. Za loţem fluidního reaktoru se odpadní plyny vedou přes cyklony. Část suchého produktu (zreagovaného vápna a hmotných částic) se zde odstraní a vrací se do reaktoru, aby se udrţela vysoká koncentrace hmotných částic v reaktoru. Konečné čištění odpadního plynu se provádí za pouţití elektrostatického odlučovače. Podíl injektovaného hašeného vápna je úměrný koncentraci SO 2 v odpadním plynu. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Údaje o výkonech suspenzního plynového absorbéru v peletizačním závodě jsou shrnuty v tab Tyto údaje byly poskytnuty švédskou společností LKAB, která provozuje suspenzní absorbér pro úpravu odpadního plynu z vytvrzovacího pásu ve svém peletizačním závodě KK3. Odpadní plyn ze zóny sušení u vytvrzovacího pásu se vede do Venturiho praček, aby se odstranily hmotné částice před jeho vypuštěním do ovzduší. Hodnoty v tab. 5.1 vykazují z tohoto závodu celkově nízké emise. Tab.5.2 Údaje o výkonu suspenzního absorbéru v peletizačním závodě KK3, společnosti LKAB, S-Kiruna v roce 1995 /InfoMil, 1997/ sloţka před absorbérem (mg/nm 3 ) za absorbérem (mg/nm 3 ) účinnost odloučení ( % ) Oxid siřičitý (SO 2 ) 300 9,6 96,8 Kyselina fluorovodíková (HF) 78 < 0,1 99,9 Kyselina chlorovodíková (HCl) 133 0,6 99,5 Hmotné částice (prach) ,9 O tomto závodě lze uvést následující údaje: Závod byl uveden do provozu v lednu 1995 a má kapacitu výroby 4,5 Mt/rok. Výroba v roce 1995 dosahovala 2,8 Mt pelet. Závod je vybaven dvěma hořáky: jeden hořák je v zóně vytápění vytvrzovacího pásu a druhý ke zvyšování teploty odpadního plynu z druhé sekce chlazení, který se pouţívá k předehřívání vzduchu v první zóně ohřevu. Pouţitelnost: Suspenzní absorbér je koncovým opatřením, které se můţe aplikovat jak u nových, tak stávajících závodů. Přenos vlivů z prostředí do prostředí: Suspenzní absorbér je polosuché zařízení s elektrostatickým odlučovačem, jako posledním stupněm čištění. Suchá odloučená sraţenina z elektrostatického odlučovače obsahuje hmotné částice, CaSO 3, CaCl 2 a CaF 2 a něco nezreagovaného vápna (páleného). Suchá sraţenina se skládkuje. Spotřeba hašeného vápna je 264 kg/hod (dle projektu) a spotřeba vody je 10,6 m 3 /hod (dle projektu). Kromě toho se pouţívá stlačený vzduch (7 barů) ve výši 690 kg/hod (podle projektu). Projektovaná spotřeba energie je okolo 0,64 MJ/t pelet. Referenční závod: peletizační závod KK3, LKAB, S-Kiruna Provozní údaje: nejsou známy ţádné zvláštní problémy. Ekonomika: údaje nejsou k dispozici Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 106

135 Kapitola 5 peletizační závody 5.4 Závěry Aby uţivatel pochopil tuto kapitolu a její obsah, musí svou pozornost obrátit k předmluvě tohoto dokumentu a zejména k její 5. části: Jak porozumět tomuto dokumentu a jak jej pouţít. Techniky a s nimi spojené výše emisí a / nebo spotřeb, nebo rozmezí jejich číselných hodnot, které se uvádějí v této kapitole se posuzovaly na základě opakovaného postupu, který zahrnoval následující etapy: identifikaci klíčových problémů vztahu sektoru k ţivotnímu prostředí, kterými u závodů peletizace jsou: prach, SOx, NOx, HCl a HF; odzkoušení nejvhodnějších technik, které se zabývají těmito klíčovými problémy; identifikaci úrovní provozních výkonů pro ţivotní prostředí nejpříznivějších, na základě příslušných údajů z EU a celého světa; prověření okolností, za kterých se tyto úrovně dosahovaly; patří sem náklady, přenos dopadů z prostředí do prostředí, hlavní důvody motivace pro zavádění těchto technik volbu nejlepší dostupné techniky (BAT) pro tento sektor a jejím prostřednictvím dosahované výše emisí a/nebo spotřeb ve smyslu článku 2, odstavce 11 a přílohy IV Směrnice (96/61/EC); Při kaţdém z těchto kroků a ve způsobu zde předkládaných informací hrál klíčovou úlohu odborný posudek Evropské kanceláře pro IPPC a příslušné Technické pracovní skupiny. Na základě takového hodnocení jsou v této kapitole uvedeny techniky a pokud je to moţné i úrovně emisí a spotřeb, které lze povaţovat za moţné BAT pro příslušný sektor jako celek a v mnoha případech jsou obrazem současného výkonu některých zařízení v rámci sektoru. Tam, kde jsou uvedeny úrovně emisí a spotřeb, které se váţí k nejlepším dostupným technikám, je třeba je chápat jako názor, ţe tyto číselné hodnoty představují úroveň výkonu provozu a jeho působení na ţivotní prostředí, která by se mohla v tomto odvětví očekávat jako výsledek aplikace popsaných technik, při čemţ je nutno zvaţovat rovnováhu nákladů a výhod v souladu s definicí BAT. Ale nejedná se ani o limitní hodnoty emisí, ani spotřeb a neměly by se jako takové chápat. V některých případech můţe být technicky moţné dosáhnout lepších úrovní emisí a spotřeb, ale s ohledem na výši nákladů nebo přenosy dopadů prostředím se nepovaţují za přiměřené jako BAT pro sektor jako celek. Takové úrovně se však mohou povaţovat za oprávněné ve specifičtějších případech, tam, kde jsou speciální motivační pohnutky. Na výši emisí a spotřeb, které se váţou k BAT se musí pohlíţet v souvislosti se specifickými referenčními podmínkami ( např. dle průměrné úrovně hodnot za určité období). Představa o úrovních spojených s BAT, popsaných výše se musí odlišit od termínu dosaţitelná úroveň, ať uţ se vyskytuje v tomto dokumentu kdekoliv. Tam, kde se úroveň číselných hodnot při pouţití té, které techniky, nebo kombinace technik popisuje jako dosaţitelná, je třeba to chápat jako mínění, ţe lze očekávat, ţe se dané úrovně dosáhne za určitou přiměřenou dobu, při dobré údrţbě a provozu zařízení nebo u pochodu, který určitou techniku pouţívá. Tam, kde byly k dispozici údaje týkající se nákladů, byly uvedeny v předchozí kapitole společně s popisem předloţených technik. Jsou to jen hrubé odhady velikosti potřebných nákladů. Současné náklady na aplikaci technik budou ale značně záviset na specifických okolnostech, v nichţ se promítají daně, poplatky a technické parametry dotyčného zařízení. Takové místně specifické faktory nelze v tomto dokumentu beze zbytku hodnotit. Pokud nejsou k dispozici údaje o nákladech, vyvozují se závěry o ekonomické ţivotaschopnosti techniky z průzkumu stávajících zařízení. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 107

136 Kapitola 5 peletizační závody Je záměrem, aby se obecné BAT, popsané v této kapitole mohly pouţít k posouzení současného provozu stávajících zařízení nebo posouzení návrhu na zařízení nové a tedy se napomohlo stanovení nejlepší vhodné techniky, která je k dispozici na základě podmínek pro toto zařízení. Předpokládá se, ţe nová zařízení by se mohla projektovat tak, aby se provozovala na stejné úrovni hodnot daných obecnými BAT, nebo dokonce lepších. Existuje názor, ţe u mnohých stávajících zařízení by se mohlo skutečně očekávat, ţe za určitý čas dospějí k úrovním obecných BAT nebo dosáhnou ještě lepších. Zatímco dokumenty BREF nejsou právně závazné normy, poskytují informace, aby poradily průmyslu, členským státům a veřejnosti, jakých úrovní emisí a spotřeb lze dosáhnout, pouţijí-li se specifické techniky. Příslušné limitní hodnoty u jakéhokoliv specifického případu je potřeba stanovit tak, aby byly zohledněny cíle směrnice IPPC a místní okolnosti. Za BAT se pro peletizační závody povaţují následující techniky nebo kombinace technik. Pořadí priorit a volba technik se bude lišit v závislosti na místních podmínkách. Jakoukoliv jinou techniku nebo kombinace technik, která by dosáhla stejných nebo lepších výsledků nebo účinnosti lze rovněţ povaţovat za moţnou; takové techniky mohou být ve stádiu vývoje nebo se právě objeví, či jsou jiţ dostupné, ale nejsou v tomto dokumentu uvedeny/ popsány. 1. Účinné odstraňování hmotných částic, SO 2, HCl,a HF z odpadního plynu vytvrzovacího pásu pomocí : - vypírání nebo - polosuchého odsiřování a následného odprášení (např. v suspenzním absorbéru nebo jakýmkoliv jiným zařízením o stejné účinnosti Dosaţitelná účinnost odloučení je u těchto sloučenin následující: - hmotné částice : > 95 %, coţ odpovídá dosaţené koncentraci < 10 mg prachu/nm 3 - SO 2 : > 80 %, coţ odpovídá dosaţené koncentraci < 20 mg SO 2 /Nm 3 - HF : > 95 %, coţ odpovídá dosaţené koncentraci < 1 mg HF/Nm 3 - HCl : > 95 %, coţ odpovídá dosaţené koncentraci < 1 mg HCl/Nm 3 2. Emise do vody ze skrubrů se minimalizují pomocí uzavřených vodních okruhů, vysráţením těţkých kovů, neutralizací a filtrací pískem 3. Sniţování NOx zařazené do procesu: Projekt závodu by se měl optimalizovat rekuperací značného tepla a sníţením emisí NOx ze všech úseků ohřevu (vypalovacího pásu a tam, kde se vyuţívá tj. v závodech drcení i sušení) V jednom závodě s roštovým typem pece vyuţívajícím magnetitovou rudu se dosáhlo < 150 g emisí NOx/t pelet.. V dalších závodech (stávajících nebo nových, téhoţ nebo jiného typu, při vyuţívání téţe nebo jiné rudy) se musí řešení přizpůsobit a moţná úroveň emisí NOx můţe kolísat od místa k místu. 4. Minimalizace koncových emisí NOx pomocí technik koncového čištění: Selektivní katalytická redukce nebo jakákoliv jiná technika o účinnosti sníţení NOx alespoň 80%. Se zřetelem k vysokým nákladům by se denitrifikace odpadního plynu měla uplatnit pouze tam, kde se pravděpodobně nesplní normy kvality ţivotního prostředí. Dnes se v ţádném komerčním peletizačním závodě systém denitrifikace neprovozuje. 5. Minimalizace pevných odpadů/vedlejších produktů Za BAT se povaţují v sestupném pořadí priority následující techniky: - minimalizace tvorby odpadů - efektivní vyuţívání ( recyklace, opětné pouţití) pevných odpadů/vedlejších produktů - zneškodnění nevyhnutelných odpadů/vedlejších produktů pod kontrolou 6. Rekuperace značného tepla; Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 108

137 Kapitola 5 peletizační závody Většina peletizačních závodů jiţ má vysoký podíl rekuperace energie. Pro další zdokonalení jsou obvykle potřebná řešení, která jsou specifická podmínkám příslušného závodu. V zásadě jsou techniky vyjmenované v bodech 1 6 pouţitelné jak v nových, tak stávajících závodech se zřetelem k obsahu předmluvy. 5.5 Techniky právě objevené (vyvíjené) Procesy se začleněným potlačováním emisí NOx u vytvrzovacího pásu Popis: PI.2 jiţ uvádí zavedení moţných opatření proti tvorbě NOx u peletizačního zařízení. Ale u peletizačních závodů mnoho takovýchto opatření zavedeno nebude. Mnohá opatření lze identifikovat jako techniky právě objevené. Zda bude určitá technika vyuţitelná v určitém místě bude záviset na velkém mnoţství dalších faktorů a nelze zde o nich diskutovat. Účelem opatření uvedených dále je sníţit tvorbu tepelných NOx (viz PI.2) sníţením nejvyšších teplot v plameni hořáků nebo prostřednictvím omezování přístupu molekulárního kyslíku nebo molekulárního dusíku. Následující opatření lze specifikovat: 1. Injektáž vody do hořáků pro vytvrzování pásu. Toto opatření sniţuje teploty ve vrcholu plamene. Energetická účinnost se však sníţí tou měrou, jak poroste objem injektované vody. 2. Využití plynů odsávaných z ostatních procesů jako spalovacího vzduchu. Tato opatření mají za účel sníţit přístup kyslíku do hořáků, tedy dosaţení niţší tvorby NOx. Pouţitý jímaný vzduch lze získat z vlastního peletizačního zařízení nebo kdekoliv jinde (např. z ohřívačů větru, aglomeračního závodu, vyhřívání koksovacích pecí v tom případě, ţe je peletizační závod součástí integrovaného hutního podniku). Toto opatření můţe mít značný vliv na provoz závodu. 3. Nepřímá injektáž vody do sekce chlazení. Vyrobená pára můţe sníţit tvorbu NOx v hořácích, ale není to jisté. Kromě toho ovlivňuje toto opatření pochody sušení a chlazení na vytvrzovacím páse. Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/ Pelety tmelené za studena Popis: Tmelení za studena se v současné době zavádí v ocelárnách v Japonsku, USA a Švédsku. Tento proces dosahuje vytvrzení rudy netermickou cestou prostřednictvím pojiv. Pochody tmelení za studena se projektují, aby doplnily stávající výrobu aglomerátu a pelet aglomerací jak hrubých, tak jemných částic rud a recyklovaného materiálu. Aţ 15 % (ale běţně 3 5 %) pelet nebo briket tmelených za studena lze pouţít do vysokopecní vsázky. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 109

138 Kapitola 5 peletizační závody Ke tmelení za studena se pouţívá řady postupů. Jedna z metod, vyvinutých společností Nippon Steel (Nagoya Works) pojí suchý prach, ţeleznou rudu, mokrý prach, kal a koksový mour s tmelícím činidlem v továrně na sbalky. Po 10 dnech na vzduchu na sloţišti jsou pelety dost ztuhlé, aby se mohly vyuţít ve vysoké peci. Dalším z postupů je NKK-Corac proces (NKK Niigata Works), který se zabývá kontinuálním pochodem vytvrzování se struskou jako pojivem. Ten umoţňuje sníţit dobu vytvrzení na cca 10 hodin. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Techniky tmelení za studena neemitují oxid siřičitý a oxidy dusíku. Pelety a brikety tmelené za studena nemohou zcela nahradit aglomerát nebo aglomerované pelety. Těchto technik by se mohlo pouţít pro drobnou ţeleznou rudu a při recyklaci materiálů obvykle zasílaných do aglomeračního závodu. Stav: Komerčně se vyuţívá v Japonsku, USA a Švédsku. Ale pelety/brikety tmelené za studena nemohou plně nahradit samotavný aglomerát nebo pelety Další moţné techniky Ačkoliv se v peletizačních závodech pouţívá jen několik technik jako technik koncového čištění, lze očekávat některé další techniky, které se budou komerčně pouţívat bez váţných technických problémů. S ohledem na emise NOx by se nejspíš v peletizačních závodech mohly pouţívat následující techniky: - selektivní katalytická redukce - denitrifikace kapotáţí - působení peroxidu vodíku (dle společnosti Degussa) - regenerované aktivní uhlí Se zřetelem k emisím SO 2 by se mohly u peletizačních závodů komerčně vyuţívat následující dostupné techniky: Mokré metody odsiřování: Polosuché metody odsiřování: Suché metody odsiřování : Regenerační pochod s MgO (magnezitová metoda) Proces dvojí alkálie Vypírání louhem sodným Systém KHI Proces CFB Vypírací proces AIRFINE Fläkt/Niro Fläkt/Drypac Fläkt/ CDAS Walther Injektáţ alkálií za sucha Regenerovaný aktivní uhlík (aktivní uhlí) Odsiřování vypíracím roztokem Wellman-Lord Fläkt/ tmelící pochod Proces Degussa s peroxidem vodíku Solinox Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 110

139 Kapitola 6 - koksovny 6 K O K S O V N Y Pyrolýza uhlí znamená zahřívání uhlí v neoxidační atmosféře za tvorby plynů, kapalin a pevných zbytků (dřevěné uhlí při pyrolýze dřeva, nebo koks). Pyrolýza uhlí při vysoké teplotě se nazývá karbonizace. Při tomto procesu je teplota spalných plynů běţně 1150 aţ 1350 C při nepřímém zahřívání uhlí aţ C po dobu 14 aţ 24 hod. Tímto pochodem vzniká vysokopecní a slévárenský koks. Koks je prvořadým redukčním činidlem ve vysokých pecích a nemůţe být úplně nahrazen jinými palivy jako např. uhlím. Koks funguje jednak jako nosný materiál, jednak jako výplňový materiál, kterým plyn cirkuluje ve sloupci vsázky. Na koks se mohou konvertovat pouze některé druhy uhlí, příkladně koksovatelné nebo bituminosní, s vlastnostmi správného slinování a pokud jde o rudy, některé druhy se mohou přimísit, aby se zlepšila produktivita vysokopecního procesu a prodlouţila doba ţivotnosti koksové baterie atd. 6.1 Pouţívané postupy a techniky V roce 1940 byl vyvinut základní prototyp moderních koksovacích pecí. Pece byly asi 12 m dlouhé, 4 m vysoké a 0,5 m široké, vybavené na obou stranách dveřmi. Přívod vzduchu se předehříval horkým vystupujícím plynem. Rekuperace odpadního tepla umoţnila vyšší teploty a zvýšila rychlost koksování. Od roku 1940 se proces mechanizoval a zdokonalily se konstrukční materiály bez významných projektových úprav. Současné soustavy mohou obsahovat aţ 60 komor o rozměrech 14 m délky a 6 m výšky. S ohledem na přenos tepla byla šířka ponechána v rozmezí 0,3-0,6 m. Kaţdá pec v baterii obsáhne aţ 30 t uhlí. Obr.6.1 takovou baterii ukazuje. Nicméně v dnešní době postavené koksovny dále zvětšily rozměry. Např. komory nové koksovny Kaiserstuhl, které byly uvedeny do provozu na konci roku 1992 jsou 18 m dlouhé, 7,6 m vysoké a 0,61 m široké a pojmou cca 65 t uhlí /Schönmuth, 1994/. Obr. 6.1: Fotografie koksové baterie s komorami, uhelnou věţí a hlavním kolektorem koksárenského plynu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 111

140 Kapitola 6 - koksovny Rozvoj se v současné době zaměřuje zejména na minimalizaci emisí z procesu a zlepšení pracovních podmínek u provozovatelů. Proces koksování lze rozdělit na : - manipulaci s uhlím - bateriové procesy (vsazování uhlí, zahřívání /ţhnutí, koksování, vytlačování koksu, hašení koksu) - manipulaci s koksem a přípravu - jímání a úpravu koksárenského plynu a rekuperaci vedlejších produktů K jasnějšímu pochopení úpravy odpadní vody jsou popsány průtoky vody koksovnou. Zjednodušené schéma celé soustavy pochodů a procesů potřebných k výrobě koksu s identifikací emisních zdrojů je znázorněno na obr.6.2. Následně jsou podrobněji popsány hlavní jiţ uvedené kroky. Obr. 6.2 Typické schéma koksovny se znázorněním emisních zdrojů /UK Coke, 1995/ Manipulace s uhlím Manipulace s uhlím zahrnuje následující etapy : - vyklápění uhlí: uhlí se vyklopí z lodí nebo vlaků na přepravní systém nebo na sloţiště. Pouţívají se obvykle velké jeřáby s drapáky. Vítr můţe způsobit emise uhelného prachu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 112

141 Kapitola 6 - koksovny - skládka uhlí: koksovny jsou běţně spojeny s velkou plochou uhelných skládek. Vítr můţe způsobit emise uhelného prachu. Pozornost je třeba věnovat náleţité úpravě (sedimentaci) odtékající vody - přeprava uhlí: musí se počítat s přepravou uhlí dopravníky, moţnými přepravními uzly mimo budovy a přepravu po silnicích - příprava uhlí: přípravou uhlí se rozumí promíchávání ve vrstvách, míšení v zásobnících a drcení, coţ můţe vést k emisím prachu - Během mísícího procesu se mohou přidávat také látky k recyklaci, jako dehet, coţ patrně povede k emisí těkavých sloučenin - zaváţení uhelné věţe: můţe docházet k emisím uhelného prachu - obsazování zaváţecích vozů: mohou se tvořit emise uhelného prachu Procesy v koksovacích komorách baterie Operace v komorách koksové baterie zahrnují : - zaváţení uhlí - ohřívání /zapálení komor - koksování - vytlačování koksu - hašení koksu Tyto operace jsou dominantními místy úniku emisí z koksoven. Proto se tyto operace popisují podrobněji společně s informacemi o emisních zdrojích. Obr.6.3 ukazuje schéma baterie s identifikací hlavních emisních zdrojů. Obr. 6.3: Schéma koksové baterie se znázorněním hlavních emisních zdrojů /UK-HMIP, 1996/ 1 zaváţení pecí; 2 stoupačky; 3 dveře koksovací pece a vyrovnávač dveří; 4 vytlačování koksu; 5 hasící vůz; 6 koksová rampa, přeprava koksu, třídění koksu 7 hašení koksu 8 komín vyhřívacího systému Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 113

142 Kapitola 6 - koksovny Zaváţení uhlí Pro zaváţení koksovacích komor práškovým uhlím (70-85 % pod 3 mm) zaváţecími otvory existuje několik technik. Nejběţnější technikou je gravitační zaváţení zaváţecími vozy (obr.6.4). To můţe být nepřetrţité, postupné nebo etapové pomocí regulované rychlosti vodorovného šroubového podavače nebo točen. Další systémy jsou moţné rovněţ. Bez ohledu na systém se přísun uhlí musí provádět za regulace. Pro všechny tyto systémy se uvádějí obecná opatření. Účelem těchto opatření je dosáhnout "bezdýmého" zaváţení (zaváţení s omezenými emisemi). Zaváţení potrubím nebo pěchovaného zaváţení se pouţívá vzácně. Pojetí a geometrie zaváţecích otvorů a systémů jsou velmi důleţitým prvkem při sniţování emisí ze zaváţení. V rámci procesu je třeba rozlišovat : - emise během vlastního procesu zaváţení - odvádění a čištění plynů ze zaváţení - emise ze štítových dveří během zarovnávání uhlí rovnací tyčí - fugitivní emise z utroušených materiálů na patře komory V závislosti na uspořádání závodu lze pouţít jednu, nebo kombinace více technik Obr. 6.4: Technologické schéma zaváţení koksovací komory uhlím pomocí zaváţecích vozů s identifikací emisních bodů (znázorněno šipkami) Ohřev/ zapalování komor Jednotlivé koksovací komory jsou odděleny vyhřívanými stěnami. Ty obsahují určitý počet topných kanálků s tryskami pro dodávané palivo a s jednou nebo více boxy pro přívod vzduchu v závislosti na výšce stěny koksovací pece. Průměrná teplota vezděné trysky charakteristické pro provoz vyhřívání spalinami se obvykle pohybuje mezi 1150 a 1350 C. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 114

143 Kapitola 6 - koksovny Obvykle se jako paliva pouţívá vyčištěného koksárenského plynu, ale můţe se rovněţ pouţít i dalších plynů jako (obohaceného) vysokopecního plynu. Aby se zlepšila energetická účinnost, jsou vpravo pod pecemi umístěny regenerátory pro výměnu tepla z kouřových plynů se spalovacím vzduchem nebo vysokopecním plynem. Obr.6.5 ukazuje schematický diagram systému ohřívání koksovací pece s identifikací emisních bodů. Nejsou-li ohřívací stěny dokonale plynotěsné z důvodů trhlin, (coţ je velmi častý případ), proniká koksový plyn do spalin a bude s nimi odcházet komínem. Obr. 6.5: Schéma ohřívacího systému a označení emisních bodů (označeno šipkami) u koksovacích pecí. Znázorněný nákres platí pro jednostupňové spalování, kdeţto většina dnešních moderních závodů má vícestupňové spalování; pouţívaný koksárenský plyn se předem běţně odsiřuje Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 115

144 Kapitola 6 - koksovny Koksování Proces karbonizace začíná bezprostředně po zaváţce uhlím. Odchází plyn a vlhkost, která je okolo 8-11 % vsazeného uhlí. Tento surový koksárenský plyn se vyfukuje stoupačkami do hlavního sběrného vedení. Vysoká výhřevnost tohoto plynu znamená, ţe se můţe po vyčištění (viz úprava KP) pouţít jako palivo (např. pro ohřev baterie). Uhlí se zahřívá vlivem vyhřívacího / spalovacího systému popsaného výše a zůstává v koksovací peci dokud střed uhelné vsázky nedosáhne teploty C. Koksovací proces je ukončen v závislosti na šířce pece a podmínkách vyhřívání po hodinách. Obr. 6.6 ukazuje hlavní zdroje emisí během koksování. Mohou to být úniky dveřmi, emise z plnících otvorů a stoupaček a také v případě prasklin ve stěnách i emise koksárenského plynu přes ohřívací plyny. Obr. 6.6: Schéma koksovací komory s identifikací moţných emisních bodů během koksování (znázorněno šipkami). Z 1000 kg uhlí se získá mezi kg koksu a cca 325 m³ koksárenského plynu, coţ odpovídá cca 187 kg (koksárenského plynu). Je třeba uvést, ţe výtěţek koksu, produkce koksárenského plynu a sloţení závisí do značné míry na sloţení uhlí a době koksování. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 116

145 Kapitola 6 - koksovny Vytlačování a hašení koksu Zcela karbonizovaný koks se vytlačuje ven z koksovací komory pomocí pístu výtlačného stroje do kontejneru (obr.6.7). Styk se vzdušným kyslíkem způsobuje, ţe se koks začne ihned ţhavit. Kontejnerem můţe být koksový hasící vůz, který převeze horký koks do hasící věţe. Zde se koks hasí přímo velkými objemy vody. Vodní frakce, která se neodpaří, se můţe zachycovat a pouţít pro příští dávku, tudíţ se předchází emisím do odpadní vody. Obr. 6.7: Vytlačování karbonizovaného koksu z koksovací komory do hasícího vozu s identifikací emisních bodů (šipky). V alternativním systému, známém jako suché hašení, převáţí hasící vůz horký koks do vertikální hasící komory. Inertní hasící plyn cirkuluje komorou, která je izolována od atmosféry, tedy se předchází spalování ochlazovaného koksu. Plyn se chladí ve výměníku tepla, aby se rekuperovala tepelná energie Manipulace s koksem a třídění Po hašení se koks skladuje na zásobních skládkách, ze kterých se přepravuje dopravníky (s uzlovými překladišti) po silnici, ţeleznicí, nebo kombinací obou. Nakonec se koks drtí a třídí. Menší frakce ( < 20 mm) se pouţívají obvykle v aglomeračním procesu, větší frakce (20-70 mm) se vkládají do vysoké pece. Během manipulace s koksem a třídění koksu dochází k emisím prachu Záchyt a úprava koksárenského plynu s rekuperací vedlejších produktů Surový koksárenský plyn má poměrně vysokou výhřevnost následkem přítomnosti vodíku, metanu, oxidu uhelnatého a uhlovodíků. Mimo to surový koksárenský plyn obsahuje cenné produkty, jako je dehet, lehký olej (obsahující hlavně BTX, tj. benzen, toluen a xyleny), síru a čpavek. Sloţení koksárenského plynu závisí na době koksování a sloţení uhlí. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 117

146 Kapitola 6 - koksovny Údaje uvedené v následující tabulce 6.1 se vztahují k vodě a bez-popelnatému uhlí. Obsah sirovodíku v daném případě je dost vysoký. Pro jiné závody je typické rozmezí 3,5 aţ 4,5 g H 2 S/Nm³. Dehet a naftalen v surovém plynu mohou zanášet potrubí a zařízení a měly by se odstranit jako první. Na kaţdou tunu vyrobeného koksu se můţe získat cca kg dehtu. Z dehtu lze získat několik produktů, jako je asfalt, antracénový olej, prací olej, naftalenový olej, karbolový olej (fenol) a lehký olej. Tab. 6.1 Sloţení surového koksárenského plynu (InfoMil, 1997) Výtěţek surového plynu m³/hod/ t uhlí Hustota plynu kg/nm³ 0,53 0,62 Vodík % obj Methan % obj Uhlovodíky (CxHy) % obj. 3,0 8,5 CO % obj. 4,0 6,5 Sirovodík % obj. 3 4 BTX (benzen, toluen, xyleny) g/ Nm³ PAH (polycyklické aromatické uhlovodíky) mg/ Nm³ není k dispozici Čpavek g/ Nm³ 6 8 Oxid uhličitý % obj. 2-3 Tab. 6.1 ukazuje sloţení surového koksárenského plynu. Koksárenský plyn se musí, předtím neţ se pouţije jako palivo, upravovat z několika důvodů : Sloučeniny síry a čpavek způsobují korozi potrubí a vybavení a sloučeniny síry jsou příčinou emisí SO 2, pokud se koksárenský plyn pouţije jako palivo. Na kaţdou tunu vyrobeného koksu připadá cca 3 kg NH 3 a 2,5 kg sirovodíku. V některých případech se lehký olej a zejména BTX (benzen, toluen, xyleny) získávají ze surového koksárenského plynu jako cenný vedlejší produkt. Můţe se získat aţ 15 kg lehkého oleje na tunu vyrobeného koksu. Tento olej obsahuje benzen, toluen, xyleny, nearomáty, aromatické homology, fenol, báze pyridinu a další organické sloučeniny jako jsou polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH). Obr. 6.8: Typické technologické schéma úpravy koksárenského plynu s vyuţitím vedlejších produktů (UK Coke, 1995). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 118

147 Kapitola 6 - koksovny Chlazení plynu Horký surový pecní plyn vstupuje do stoupaček při teplotě okolo 800 o C. V předloze se přímo chladí rozstřikem čpavkové vody na teplotu nasycené páry okolo 80 o C. Potřebné mnoţství čpavkové vody dosahuje 2-4 m 3 /t karbonizovaného uhlí. Kapalná fáze, tj. kondensát, se zavádí do děličky vody a dehtu, zatímco plynná fáze se vede do primárních chladičů. Kdysi se tyto primární chladiče provozovaly jako otevřené systémy. Nyní je častější nepřímé chlazení s uzavřenými chladícími systémy. Kdyţ je k dispozici dostatečné mnoţství chladící vody a má správnou teplotu, můţe se plyn ochladit na méně neţ 20 o C, je-li teplota okolního prostředí mírná. Za těchto podmínek bude kondenzovat většina výše vroucích sloučenin a voda z frakce páry plynu. Kapičky a částice se sráţejí v následných elektrostatických odlučovačích dehtu, předtím neţ se plyn odsává sacími ventilátory do vypíracího zařízení. Občas jsou elektrostatické odlučovače dehtu umístěny v sérii za ventilátory. Sraţenina z elektroodlučovačů dehtu se rovněţ vede do separátoru vody a dehtu. Sací ventilátory způsobují kompresi plynu a dokonce jsou-li ventilátory takové, ţe je komprese pouze slabá, nelze růst doprovodné teploty přejít s ohledem na podmínky následného pochodu. Proto je vyuţití tak zvaných koncových chladičů zcela zásadní. Koncové chladiče mohou být nepřímé nebo přímé, u nichţ se chladící vody pouţívá k absorbci nečistot z koksárenského plynu. Následně se na konci chladícího cyklu, během vratného chladícího proudu, při vyuţití přirozeného tahu nebo ventilátorových chladičů, nevyhnutelně tvoří emise. Proto se obvykle dává přednost koncovému chlazení v uzavřených systémech i kdyţ jsou v některých závodech ještě v provozu cykly otevřené Získávání dehtu z koksárenského plynu Většina vody a výševroucích uhlovodíků kondenzuje během chlazení koksárenského plynu. Kondenzát z potrubí a elektrostatického odlučovače dehtu se vede to separátoru vody a dehtu, kde se získá dehet. Vodní fáze se odděluje jako tak zvaná uhelná voda a vede se ještě před další úpravou do odlučovače čpavku. Někdy se instalují k odstraňování dehtu z kondenzátu škrabky (hrabla). Hroudy dehtu se obvykle vkládají zpět do uhelné vsázky Odsiřování koksárenského plynu Koksárenský plyn obsahuje sirovodík a různé organosírové sloučeniny (CS 2, sirouhlík, COS oxisulfid, merkaptany atd.). Všechny odsiřovací techniky, které se v současné době pouţívají, odstraňují s vysokou účinností zejména sirovodík H 2 S. Méně efektivní jsou při odstraňování organosírových sloučenin. Komerčně dostupné procesy odsiřování koksárenského plynu se mohou rozdělit do dvou kategorií: 1. pochody, které vyuţívají oxidaci za mokra za vzniku elementární síry (S o ) 2. pochody, který absorbují a rozkládají sirovodík H 2 S při následné konverzi na H 2 SO 4 nebo elementární síru. Všechny procesy oxidace za mokra vyuţívají redox katalyzátor, aby usnadnily oxidaci H 2 S za mokra na elementární síru nebo síran. Všechny tyto procesy lze charakterizovat jako velmi účinné při odstraňování H 2 S (aţ na 2 mg/nm 3 ), ale mají tu nevýhodu, ţe produkují vysoce kontaminovanou odpadní vodu a /nebo ovzduší, které vyţaduje jako nutnou součást procesu úpravárenské zařízení (UN-ECE, 1990). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 119

148 Kapitola 6 - koksovny Procesy absorpce a rozkladu lze charakterizovat obecně niţším odstraňováním sirovodíku ( 0,5-1 g/nm 3 po vyčištění), ale od té doby, co se do regeneračního systému nevnáší vzduch a nepouţívají se ţádné toxické katalyzátory, sníţily se emise do ovzduší a do vody z chemikálií pouţívaných v tomto procesu nebo se zcela eliminovaly. Procesy lze provozovat s cílem vyrábět kyselinu sírovou (závody kyseliny sírové), nebo elementární síru o velmi vysoké čistotě (Clausův způsob). Kombinací společných procesů je vypírací okruh s NH 3 / H 2 S při nízkém tlaku a vypírání K 2 CO 3 (proces s uhličitanem ve vakuu ) při vysokém tlaku, spojený s vypírkou BTX (benzenu, toluenu, xylenů) buď za nízkého nebo za zvýšeného tlaku. Vypírka, kdy se pouţije potaš při obou tlakových stavech spojená s vymýváním BTX je také běţná Získávání čpavku z koksárenského plynu Čpavek, který se tvoří během koksování se objevuje jednak v koksárenském plynu a jednak v kondenzátu (slabý roztok) z plynu. Obvykle se ve slabém roztoku nalézá % amoniaku). Pro odstranění čpavku z koksového plynu se komerčně vyuţívají 3 techniky: - vypírací okruh NH 3 /H 2 S: při tomto procesu se čpavek vypírá z koksárenského plynu ve čpavkovém skrubru, který pouţívá jako vypírací kapalinu vodu nebo zředěnou promývací tekutinu. Výtoku ze skrubru čpavku se pouţívá jako vypírací kapaliny do pračky sirovodíku. Výtok ze sirovodíkového skrubru obsahuje sirovodík a čpavek a vede se do odlučovače čpavku a na destilaci. Tento proces je znám také jako Carl Still, Diamex nebo proces Amoniumsulfid Kreislaufwasher (ASK). - přímý způsob rekuperace jako síran amonný (NH 4 ) 2 SO 4. Lze pouţít dva postupy : absorbér typu Otto a proces Wilputte s nízkodiferenční regulovanou krystalizací. V obou systémech se koksárenský plyn skrápí zředěným roztokem kyseliny sírové a vzniká síran amonný. - přímý způsob rekuperace, kdy se získá bezvodý čpavek. Získávání čpavku z plynu jako bezvodé sloučeniny vyvinula společnost US Steel Corporation pod názvem USS PHOSAM. Při tomto pochodu se čpavek vypírá z koksárenského plynu protiproudně slabým amoniakálním roztokem fosforečnanu (kyseliny fosforečné). Účinnost odstranění amoniaku je %. (UN-ECE, 1990) Rekuperace lehkého oleje z koksárenského plynu. Plyn odcházející z absorbérů čpavku obsahuje lehký olej, jasně ţlutohnědé barvy o specifické hmotnosti 0,88. Je to směs produktů koksárenského plynu s body varu většinou mezi o C, obsahující dobře nad 100 sloţek. Většina z nich je přítomna v tak nízké koncentraci, ţe jejich získávání se praktikuje zřídka. Lehký olej se obvykle uvádí ve spojitosti s BTX. Hlavními vyuţitelnými sloţkami jsou benzen (60-80 %), toluen (6-17%), xylen (1-7 %) a rozpouštědlo těţký benzin (petrolej) (0, 5-3%). K rekuperaci lehkého oleje se vyuţívá třech hlavních způsobů: (UN-ECE, 1990). - ochlazení a stlačení na teplotu pod 70 o C a tlak 10 barů - absorpce pevnými absorbenty, ve kterých se lehký olej z plynu pohltí při jeho průchodu vrstvou aktivního uhlí a z něho se získá lehký olej buď přímým nebo nepřímým ohřevem parou Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 120

149 Kapitola 6 - koksovny - absorpce rozpouštědly, která spočívá ve vypírání koksárenského plynu petrolejovým olejem (těţkým), frakcí uhelného dehtu nebo jiným absorbentem, následované frakční destilací obohaceného absorbentu a získání lehkého oleje Průtoky vody koksovnou Během procesu koksování a čištění koksárenského plynu vzniká několik vodních proudů. Některé z nich se vztahují k vlastním pochodům koksování a jiné k úpravě koksárenského plynu. Obr. 6.9 ukazuje příklad moţného vodního hospodářství v koksovně. Existuje však mnoho dalších alternativních technologických schémat. Obr. 6.9 : Schematické znázornění vodního hospodářství na koksovně (InfoMil, 1997) surový koksárenský plyn Vodní pára, která je přítomna v hlavních sběračích, pochází z několika zdrojů: z vlhkosti uhlí, z vody chemických vazeb, (která se tvoří během procesu koksování) a z páry nebo čpavkové tekutiny pouţívané v předloze při odsávání plynů v době obsazování. Surový koksárenský plyn se vede primárním chladičem a elektrostatickým odlučovačem a během tohoto pochodu zkondenzuje většina vodní páry a dehtu. Kondenzovaná voda a dehet se ze sběracího potrubí, chladičů a elektrostatického odlučovače vedou do separátoru dehtu a vody. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 121

150 Kapitola 6 - koksovny Voda ze separátoru dehtu obsahuje vysokou koncentraci čpavku a vede se do zásobní nádrţe čpavkového roztoku. Zásobní nádrţ čpavkové kapaliny zásobuje vodou nástřikové zařízení předlohy.víka stoupaček jsou zatěsněna. Nadbytečná voda v zásobní nádrţi čpavkové kapaliny se vede do sběračů čpavku a na destilaci. Je třeba podotknout, ţe obvykle veškerý objemový průtok vody vyjma vody uzavřených chladících systémů a systémů mokrého odsiřování se nakonec odvádí z destilace čpavku a vede se do úpravny odpadní vody. V destilátorech čpavku jsou přítomny vysoké koncentrace čpavku. Existuje několik důvodů pro sníţení koncentrace čpavku před vypuštěním vody na úpravnu odpadní vody nebo do ţivotního prostředí : - amoniak se můţe rekuperovat jako hodnotný energetický zdroj ( pro závody výroby kyseliny sírové) nebo jako hodnotný vedlejší produkt (jako síran amonný nebo bezvodý čpavek) - volný čpavek je vysoce toxický pro vodní ekosystémy (včetně biologických čističek odpadních vod). - čpavek má velmi vysokou potřebu kyslíku ( k oxidaci na dusičnany potřebuje 4,5x váhu kyslíku ), vzniká zde tedy riziko pro odčerpání kyslíku z úpraven odpadní vody nebo z vody v recipientu. To vedlo k instalaci sběračů čpavku prakticky ve všech koksovnách. Ve sběrači se sirovodík a čpavek z kapaliny vypudí pomocí páry a přídavkem alkálií. Páry se následně vedou do surového plynu nebo do vypíracího okruhu (čpavku / sirovodíku) tak, aby se zlepšila účinnost vypírání sirovodíku, nebo do závodu kyseliny sírové, kde se čpavek a sirovodík společně spalují. Někdy se čpavek odstraňuje z těchto par v sytičích za tvorby síranu amonného. Nejběţněji uţívanými alkáliemi je louh sodný (NaOH). Kdysi se často pouţívalo hašené vápno (Ca(OH) 2 ). Některé moţné vodní průtoky nebyly na obr. 6.9 znázorněny : 1. Odpadní voda z rekuperace BTX se vede na separátor dehtu. 2. Fenol (koncentrace >3g/l) se můţe získat z uhelné vody extrakcí s rozpouštědlem, předtím neţ se uhelná voda vede do zásobníku čpavkové vody 3. Odpadní voda z mokrého oxidačního odsiřování se obvykle po úpravě vypouští zvlášť. 4. Chemická voda ze závodu na kyselinu sírovou (pokud se zvolí) se obvykle vede na destilaci. 5. Chemická voda z Clausova pochodu (zvoleného) obvykle nekondenzuje, ale vypouští se komínem do atmosféry (EC Coke, 1996). Alternativou je injektovat tuto vodu do surového plynu před jeho zpracováním. 6. Chladící voda: Voda z nepřímého chlazení plynu recirkuluje a nebude mít vliv na mnoţství odpadní vody. V případě přímého chlazení plynu musí být chladící voda pojata jako vypírací roztok a je nakonec se odvede na destilaci. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 122

151 Kapitola 6 - koksovny 6.2 Současná spotřeba / úrovně emisí Obr. 6.10: Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech E N E R G I E - KP (m³ /r) VP (m³/r) - zemní plyn (m³ /r) - elektřina (kwh/r) VODA VŠEOBECNÉ INFORMACE - roční spotřeba (m³/r) - vlastní studně /odběr (%) - kapacita závodu (t/r) - de-mi voda (m³/r) - stáří závodu (r) POMOCNÉ LÁTKY - provozní doba (h/r) - druh a mnoţství (t/r) - nejblišţí vzdálenost k osídlení (m) - olej - ţáruvzdorné materiály K O K S O V N A SUROVINY Určité procesní kroky PRODUKTY Druh a mnoţství (t/rok) (oddělené schema) - Druh a mnoţství (t/rok) - uhlí - koks - petrolejový koks - koksový mour ODPADNÍ TEPLO - vedl. produkty - zdroje a mnoţství(mj/rok) - surový dehet - síra - surové BTX VÝSTUPNÍ PLYN - zdroje a mnoţsví (koncentrace a t/r) - prach, org.c, VOC, H 2 S, SO 2, NH 3, HCN, CO, Hg, PAH, BTX, včetně fugitivních emisí - (oddělené schema) PEVNÉ ODPADY/vedlejší produkty koksárenský plyn, spaliny z ohřevu - druh a mnoţství(t/rok) koksovacích pecí, spalování čpavku, pokud - prach se nerecykluje, procesy zaváţení a - odpadní vyzdívky vytlačování, fugitivní emise: pecní dveře, (stěny) rovnání dveří,ventily, zaváţecí otvory, emise z úpravy koksárenského plynu ODPADNÍ VODA - zdroje a mnoţství (m 3 /r) (bez chladící vody) separátní schema - kondenzáty, vypírací voda, voda z přímého chlazení hasící voda atd. - druh úpravny a konečné znečištění (t/r) a koncentrace (mg/l) pro CHSK, BSK 5, celkový dusík, NH 4, fenoly, kyanidy S 2-, BTX, PAH, toxicita (pro ryby)- separátně - přímé vypouštění (ano/ne) - chladící voda (m 3 /r) - teplota ( o C)- průměrná vysvětlivky k obr. 6.10: * KP = koksárenský plyn; ZP = zemní plyn; VP = vysokopecní plyn Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 123

152 Kapitola 6 - koksovny Na obr jsou v přehledu uspořádány vstupy a výstupy hmotných toků v závodě pro úpravu koksu. Tento přehled lze pouţít při shromaţďování údajů z jednotlivých koksoven. Následně se mohou vypočítat měrné vstupní faktory a rovněţ měrné emisní faktory. Faktory tohoto druhu se uvádějí v tab Údaje se vztahují k 11 koksovnám 4 členských států EU. Tab. 6.2 : Údaje ze vstupů s výstupů z 11 koksoven ve 4 různých členských státech EU vstup výstup suroviny jednotky produkty jednotky uhlí (suché) kg/t koksu koks (suchý) kg/t 1000,0 koksár.plyn*³ MJ/t pára*³ MJ/t tekuté oceli 3-90/500* 4 Energie VP plyn KP MJ/t koksu Plynné emise Elektřina MJ/t koksu * 1 Prach g/t tekuté oceli*³ 17-75* 1 SOx g/t tekuté oceli * 5 NOx g/t tekuté oceli * 1 NH 3 g/t tekuté oceli 0,8-3,4 H 2 SO 4 g/t tekuté oceli 0,7* 6 Pára MJ/t koksu * 2 HCN g/t tekuté oceli 0,02-0,4 H 2 S g/t tekuté oceli 4-20* 1 CO g/t tekuté oceli * 1 Stlačený vzduch Nm³/t koksu 7-15 CO 2 kg/t tekuté oceli CH 4 g/t tekuté oceli 27* 7 Provozní voda (ne chladící) VOC* 8 g/t tekuté oceli 4-8 m³/t koksu 0,8-10 Benzen g/t tekuté oceli 0,3-15* 9 PAH* 10 mg/t tekuté oceli * 11 Zbytky/vedlejší produkty Benzen kg/t koksu 8-15 H 2 SO 4 * 6 kg/t koksu 4-9 Dehet kg/t koksu (NH 4 ) 2 SO 4 jako kg/t koksu 1,7-3,4 sírany * 12 síra* 13 kg/t koksu 1,5-2,3 Odpadní voda m³/t koksu 0,3-0,4 Podrobné údaje z ostatních závodů nejsou k dispozici; údaje jsou z roku Údaje o emisích představují emise po sníţení. Nejsou zahrnuty emise z manipulace s uhlím a koksem z důvodů chybějících informací, ale tyto emise jsou méně významné. Emisní faktory jsou vztaţeny na l t tekuté oceli, aby se usnadnilo doplňování dalších emisních faktorů z různých výrobních jednotek. legenda: VOC = těkavé organické látky; PAH = polycyklické aromatické uhlovodíky * 1 : vysoká hodnota pro staré závody (starší neţ 20 let) * 2 : staré závody (nad 20 let) mohou spotřebovat 1200 MJ páry /t oceli Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 124

153 Kapitola 6 - koksovny * 3 : průměrná hodnota konversního faktoru všech evropských VP a KKO: 358 kg koksu /t surového ţeleza; 940 kg surového ţeleza/t tekuté oceli * 4 : vysoké hodnoty pro suché chlazení koksu (s rekuperací tepla ve formě páry); hodnota 90 MJ/t tekuté oceli u dvou závodů, které jsou v provozu let; hodnota 500 MJ/t tekuté oceli je ze závodu, který je v provozu okolo 7 let (viz PI. 7) * 5 : vysoká hodnota pro neodsířený koksárenský plyn; specifické emise SO 2 jsou g /t tekuté oceli při odsiřování (vyšší hodnota pro toto rozmezí znamená, ţe odsíření není dostatečné) * 6 : pro absorpce SO 2 do H 2 SO 4 jako finálního vedlejšího produktu * 7 : údaje jsou k dispozici pouze z l závodu * 8 : VOC bez metanu * 9 : nízká hodnota u jedné moderní továrny (asi 5 let staré) * 10 : PAH jako suma následujících l6 PAH: ( (FLU+PYR+TRI+CPP+BaA+CHR+BNT+BcP+BbF+BkF+BaP+DbahaA+BghiP+INP+ANT+COR)) * 11 : údaje pouze ze dvou továren * 12 : pro případ absorpce SO 2 do čpavkové vody * 13 : pro případ absorpce SO 2 a rekuperace jako elementární síry Informace o zjišťování údajů, jakými jsou například metody vzorkování, analytické metody, časové intervaly, metody výpočtu a referenční podmínky nejsou dostupné. Tab. 6.3 doplňuje informace uvedené v tab. 6.2 o emisní faktory do ovzduší ( po sníţení) pro hlavní jednotlivé operace v koksovnách. Faktory jsou vztaţeny na l t tekuté oceli. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 125

154 Kapitola 6 - koksovny Tab. 6.3: Emisní faktory týkající se emisí do ovzduší z koksoven, vztahující se k 1 t tekuté oceli Pochod PM g/t CH 4 g/t ali CxHy gc/t benzen mg/t BaP mg/t PAH* 2 mg/t Zaváţení A 1-1, , B ,5-5* * 5 C 0,1-3,5 0,02-0, ,007-1,5 0, , , D 0,3 3 0,01 0,3 Karbo nizace - dveře Karbo nizace- Víka Karbo nizace- Stoupač ky * 5 A B * * * 7 0,1-5* 7 C 0,1-2 1,5-25 0, ,5-15 0,5-10 0,05-0,5 0,006-0,3 D 0,3 30 0,3 CO g/t SO 2 G/t H 2 S g/t NH 3 g/t NOx g/t 0,03-0,5 0,01-0,15 A B * * * 5 C 0,06-0,3 1,5-8,5 0, ,5-3 0,05-0,3 0,003-0,03-0,1 0,01-0,05 D 0,03 0,05 A B 3-600* 9 0,1-11* 9 C 0,07 0,1-1 0,03-0, ,1-1 0,001-0,003-0,03 0,003 0,003 0,1 D 2 5 Vytlačování A * 10 B 2* * 12 0, * 13 17* 14 C 70 0, D 0,3 0,001 Hašení A ,5 B * 15 0,003-3* 5 0,2-33 C aţ D 5 Proséván 2* 16 í -třídění Rekuper. vedl. Produktů * 17 0,02-0,03 0,5-1,5 Spodní vytápění * * 20 aţ1250* Legenda: PM : particular matter = tuhé částice ali CxHy: alifatické uhlovodíky; BaP= benzo(a)pyren;pah=polycyklické aromatické uhlovodíky A : staré závody * 3 : údaje z Hein a kol. 1996, mají původ ve starých závodech, které byly nahrazeny moderním závodem Kaiserstuhl, D-Dortmund (viz * 4) B : Eisenhut, 1990 C : EC coke, 1993 D : Kaiserstuhl 96* 4 *1: faktory konverze (váţený průměr všech evropských vysokých pecí a kyslíkových konvertorů): 358 kg koksu/t surového Fe a 940 kg surového ţeleza/t tekuté oceli *2: PAH jako suma 16 PAH (byly vyjmenovány u předešlé tabulky) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 126

155 Kapitola 6 - koksovny *3: údaje z Hein a spol., 1996 pocházející ze starých závodů, které byly nahrazeny moderním závodem Kaiserstuhl, D-Dortmund (viz * 4 ) *4: údaje z Hein a spol.,1996 *5: vyšší hodnoty platí pro staré závody za špatných podmínek, niţší jsou pro nové závody při dobrých podmínkách *6: pevné těsnění pěchovacího noţe *7: pruţné těsnění dveří (např. membrány) *8: vysoké hodnoty, víka jsou nepečlivě a/nebo nevhodně utěsněna *9: vysoké hodnoty u těsnění kov na kov, nízké při vodních uzávěrech *10: údaje pro neupravené emise *11: podle německého TA Luft (TA Luft, 1986) musí být dosaţeno 5g/t koksu resp.1,7 g PM/t tekuté oceli *12: u vozu na koksové straně *13: u zakrytého vozu (resp. odsávaného) *14: nízká hodnota je dosaţena pytlovými (rukávovými) filtry, k vysoké hodnotě dochází bez odprašovacího zařízení *15: v případě neúplného koksování *16: údaje z US PM-10, 1994 *17: vysoká hodnota je u továren bez vyváţeného (odlehčeného) plynového potrubí *18: údaje z 10 koksoven z roku 1997 *19: v případě pouţití odsířeného koksárenského plynu (v mnoha případech ve směsi s vysokopecním plynem) *20: v případě pouţití odsířeného koksárenského plynu, ale netěsných stěnách komor, coţ vede k vyšším emisím *21: v případě vyuţívání neodsířeného koksárenského plynu (v mnoha případech ve směsi s vysokopecním plynem Informace o emisích do ovzduší Je třeba poznamenat, ţe koksovny mají relativně vysoký počet emisních zdrojů (viz popis 6.1). Většina z nich značně kolísá podle doby koksování (např. poloplynulý únik emisí ze dveří, vík zaváţecích otvorů, stoupaček a přerušovaný tok emisí, které se váţou na úkony vytlačování a hašení. Kromě toho je tyto emise obtíţné kvantifikovat. Při porovnání emisních faktorů mezi závody je třeba vzít rovněţ v úvahu specifické parametry dotyčných závodů. Například specifické emise ze dveří vykazují extrémně široké rozpětí, které závisí na typu dveří, velikosti pecí a kvalitě údrţby. Údrţba můţe být rozhodujícím faktorem. Tak se mohou spolehlivě nalézt příklady dobrých výsledků u tradičních (břitových dveří), u velmi udrţovaných malých pecí a špatné výsledky u moderních dveří s pruţným těsněním a špatně udrţovaných velkých pecí. S tím by se mělo počítat, kdyţ se posuzují informace o jednotlivých zdrojích emisí do ovzduší uvedených v tabulkách 6.2 a 6.3. Široké rozmezí hodnot emisních faktorů lze vysvětlit především programem údrţby, jejím pečlivým prováděním, (coţ umoţňuje hladké a stabilní podmínky provozu) a pouţitím technik odlučování Informace o emisích do vody V této části jsou uvedeny podrobnější informace o emisích do vody a o potřebě energie Kontinuální emise do vody Mnoţství Během procesu zpracování koksárenského plynu se provádí velké mnoţství odlišných postupů a jejich variant. Mnoţství vzniklé odpadní vody z úpraven plynů závisí na potřebě vody, např. páry, Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 127

156 Kapitola 6 - koksovny přídavku čerstvé vody do vypíracích tekutin, zřeďovací vody atd. Zhruba se mnoţství odpadní vody pohybuje ve výši 1,5-3x větší neţ vzniká z vlastního koksovacího procesu. Podstatný podíl vody, který se získá z koksovacího procesu je vlhkost z uhlí, uvolněná v koksovací peci. Průměrný obsah vlhkosti v uhlí je 8-11 %, tj. 0,08-0,11 m 3 /t uhlí. Při udávaném výtěţku koksu 780 kg z l t uhlí připadá na výtok vody okolo 0,1-0,13 m 3 /t koksu. Termický rozklad uhlí vytváří další vodu. V závislosti na druhu uhlí je 3-5 % váhy nazýváno tzv. chemickou vodou, která se uvolňuje v objemu 0,03-0,05 m 3 /t uhlí, coţ odpovídá 0,04-0,06 m 3 /t koksu. Uţívá-li se injektáţe páry při aspiraci plynů (při odsávání plynů v době obsazování), pak přídavné mnoţství vody vzniklé kondenzací této páry se objeví v primárních chladičích. Kondenzát je potom také součástí vody z koksovny. Voda uniká z koksovny stoupačkami a následně kondenzuje společně s dehtem ze surového koksárenského plynu. Směs vody a dehtu se vede na separátor vody a dehtu, kde se oddělí tak zvaná "uhelná voda" (EC Coke, 1996). Tato voda se odvádí do zásobní nádrţe čpavkové vody a eventuelně ke strhávání čpavku a destilaci za účelem jeho odstranění Odpadní voda z koksovny Po odstranění amoniaku destilací (viz výtok z destilace, na obr.6.9), obsahuje vypouštěná voda různé organické (jako fenol) a anorganické sloučeniny (jako zbytek čpavku a kyanidy). Tyto sloučeniny mají negativní dopad na vodní recipient, pokud se tam vypouštějí přímo. Proto se výtok z destilace obvykle před vypuštěním zpracovává v úpravně odpadní vody. Údaje o sloţení odpadní vody před úpravou vykazují od závodu k závodu značnou odlišnost a to jak co do koncentrací, tak mnoţství na tunu vyrobeného koksu. Hlavním důvod pro širokou paletu rozpětí údajů lze nalézt v systémech úpravy plynu u různých pochodů koksování (zaváţení shora nebo pěchování) a v typech uhlí jednotlivých koksoven. Tab ukazuje vstupní charakteristiky pro nejdůleţitější projektové parametry u biologické úpravny vody. Uvedené údaje představují rozmezí středních hodnot a standardních odchylek pro odpadní vodu po strhávání amoniaku, ale před eventuelním zředěním a úpravou. Tab. 6.4: Charakteristiky odpadní vody ze čtyř koksoven v Belgii, Německu, Francii a Nizozemí (Lohr, 1996) Parametr koncentrace (mg/l) emisní faktor střední hodnota standardní odchylka (g/t koksu) Chem. spotřeba kyslíku CHSK Čpavek (NH 3 / NH + 4 ) Chemická spotřeba kyslíku jako suma parametrů představuje velké rozpětí chemických organických sloučenin jako je fenol ( mg/l), organické sloučeniny dusíku (stanovení dusíku Kjeldahlovou metodou: udává mg N 2 /l) a polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) (aţ do 30 mg/l, InfoMil, 1997). Kromě toho je amoniový iont přítomen i v dalších anorganických sloučeninách s obsahem dusíku jako jsou thiokyanidy ( mg/l, InfoMil, 1997) Odpadní voda z mokrých procesů odsiřování Odpadní vody z mokrých procesů oxidačního odsiřování se obvykle upravují odděleně, s ohledem na škodlivost účinků přítomných sloučenin na biologickou úpravnu odpadních vod. Tab. 6.5 ukazuje sloţení odpadní vody u dvou oxidačních mokrých odsiřovacích pochodů. Aplikace jedné z dalších mokrých odsiřovacích technik můţe vést k emisím sloučenin arsenu do vody (metoda Thylox ) nebo 1,4,- naftochinon - 2 sulfonové kyseliny (Takahax), kyseliny pikrové a thiokyanidů (metoda Fumaks/rhodacs ). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 128

157 Kapitola 6 - koksovny Tab. 6.5: Sloţení odpadní vody dvou mokrých oxidačních odsiřovacích procesů (EC Coke, 1996) sloţka odsiřování Stretford odsiřování Perox (g /l) ( g / l) NH 3 volný 0,1 7,5-24 NH 3 vázaný? Na 2 CO 3 5, CO 2? SCN Cl -? 1,5 H 2 S? 0,04-0,2 2- S 2 O SO , vanadičnany (VO 3 -) 1,2 - vinany (V 4 O 9 ) antrachinodisulfonany 1,9 - hydrochinon - 0,3-0,6 ph? 8, Chladící voda Běţně se většina chladící vody pouţívá pro nepřímé chlazení při úpravě koksárenského plynu. Tato chladící voda obvykle v okruhu recirkuluje. Spotřeba čerstvé vody jako náhrada za odpar a úkapové ztráty bývá 6-10 m 3 /h (tj. 0,06 m 3 /t koksu). Přímé chlazení koksárenského plynu se provádí běţně čpavkovou vodou v uzavřeném okruhu. Proud v okruhu je okolo 6 m 3 /t koksu Diskontinuální emise do vody Mokré hašení koksu K emisím do vody můţe v některých případech docházet přerušovaně při mokrém hašení koksu. Provádí-li se však mokré chlazení správně, pak se nadměrné mnoţství vody zachycuje a vyuţívá se pro příští vsázku. Této smáčecí vody je moţné vyuţít také i při jiných pochodech. To eliminuje emise do vody Potřeba energie Tab. 6.6 obsahuje informace o potřebě energie v koksovně, aniţ by se počítalo s úpravou koksárenského plynu. Údaje z tab. 6.2 tyto hodnoty potvrzují. Tabulka také uvádí číselné hodnoty pro výstup energie, tedy ukazuje na značné energetické ztráty (cca 3 GJ/t koksu). Koksárenský plyn Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 129

158 Kapitola 6 - koksovny produkovaný koksovnami tedy znamená, ţe tyto závody hrají významnou úlohu v dodávce energie a řízení integrovaných hutních podniků (viz obr. 3.3 a obr. 3.4) Tab. 6.6: Bilance energie v koksovně (bez úpravny koksárenského plynu) (UN-ECE, 1990); předpokládaný výtěţek koksu je 780 kg koksu/t uhlí Vstupní energie Výstupní energie Energetický zdroj GJ/t koksu Energetický zdroj GJ/t koksu Uhlí 40,19 Koks 27,05 Zapalování 3,01 Koksárenský plyn 8,08 koksovacích pecí Chemické reakce 0,32 Ztráta energie 3,33 Přídavné produkty 2,56 (S, dehet, atd.) Třídění koksového odpadu 1,92 Koksový prach 0,26 Celkem 43,52 Celkem 43, Znečištění půdy V úpravnách koksárenského plynu se z plynu získává dehet a organické sloučeniny. Rozlití nebo prosakování těchto sloučenin můţe způsobit v místních půdních podmínkách nebezpečí znečištění půdy. Mimo to rozlévání nebo průsaky uhelné vody mohou vyvolat rovněţ riziko znečištění půdy. V tomto dokumentu je znečištění půdy zařazeno jako lokální aspekt. Proto se uvádí pouze krátký popis moţných opatření: - minimalizace počtu přírub a pomocného příslušenství - roury a příruby musí být v maximální míře kontrolovatelné (např. umístěné nad zemí nebo v oplášťovaném potrubí: ale s ohledem na věk a projekt továrny se můţe stát, ţe potrubí a příruby kontrolovatelné nebudou - sklady a přeprava sloučenin, které by mohly znečistit půdu, by se měly uspořádat takovým způsobem, aby se zamezilo průsakům do půdy. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 130

159 Kapitola 6 - koksovny 6.3 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT Tato část obsahuje jak techniky pro ochranu ţivotního prostředí začleněné do výrobního procesu (preventivní opatření), tak techniky koncového čištění a energetických úspor v koksovnách. Uvádí se popis kaţdé z technik, společně s dosaţenými hladinami hlavních emisí, jejich pouţitelnost, monitorování emisí, přenosy dopadů z jednoho prostředí do druhého, referenční závody, údaje o provozu, ekonomika, motivace pro realizaci a to tam, kde jsou údaje k dispozici a jsou relevantní. Opatření integrovaná do procesu: ( PI ) Je známo, ţe se v koksovnách pouţívají následující integrované-(preventivní) techniky PI. 1 Hladký a bezporuchový provoz koksovny PI. 2 Údrţba koksovacích pecí PI. 3 Zdokonalení izolace dveří a rámů PI. 4 Čištění pecních dveří a těsnění rámů PI. 5 Udrţování volného průchodu plynu v koksovací peci PI. 6 Omezování emisí během zapalování koksovacích pecí PI. 7 Suché hašení koksu PI. 8 Větší komory koksovacích pecí PI. 9 Nerekuperační koksování Techniky koncového čištění : (end of pipe - EP) Je známo, ţe se v koksovnách pouţívají následující techniky koncového čištění: EP. 1 Minimalizace emisí při zaváţení pecí EP. 2 Těsnění stoupaček a zaváţecích otvorů EP. 3 Minimalizace průsaků stěnami mezi koksovací a vyhřívací komorou EP. 4 Odprašování při vytlačování koksu EP. 5 Omezení emisí mokrým hašením EP. 6 Denitrifikace odpadního plynu ze zapalování koksovacích pecí EP. 7 Odsiřování koksárenského plynu EP. 8 Odstraňování dehtu (a PAH) z uhelné vody EP. 9 Strhávání čpavku EP.10 Plynotěsný provoz plynočistírny EP. 11 Úpravna odpadní vody Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 131

160 Kapitola 6 - koksovny PI. 1 Hladký a bezporuchový provoz koksovny Popis: Hladký a bezporuchový provoz koksovací pece je jedním z nejdůleţitějších opatření začleněných do procesu spolu s reţimem údrţby (viz PI. 2) a pochody čištění (viz PI. 4). Tam, kde nastávají poruchy v provozu koksovny, dochází k prudkému kolísání teplot a zvýšené moţnosti blokace koksu během vytlačování. To má nepříznivý účinek na vyzdívku a na vlastní koksovací pec a můţe vést ke zvýšeným průsakům a zvýšené moţnosti abnormálních podmínek provozu. Předpokladem pro hladký a bezporuchový provoz je dobrá spolehlivost pecních strojů a zařízení, coţ vede také k vyšší produktivitě. Dalším předpokladem je optimální předúprava uhlí optimální provoz koksovny vyţaduje co nejhomogennější vsázku uhlí. Moderní úpravna uhlí se skládá ze dvou směsných zásobníků, drtírny a třídírny, přepravního zařízení, odprašovacího zařízení a moţných přídavných postupů jako je sušení uhlí nebo přidávání aditiv do uhlí. Jen pomocí tohoto postupu se dosáhne dobrého provozu koksoven, jak se popisuje v této kapitole. Regulací teploty při zahřívání povrchu (měřící zařízení v tyči pístu) je moţné stanovit rozprostření teploty v komoře, coţ umoţňuje dedukovat závěry o účinnosti vyhřívacího systému. Na základě těchto výsledků se můţe přistoupit k realizaci zlepšení nebo k optimalizaci. Pouţitelnost: Můţe se pouţít na nové nebo u stávajících závodů Dosaţená úroveň hlavních emisí: Značná část emisí z koksoven je způsobena úniky prasklinami mezi ohřívací komorou a koksovací pecí a jako následek deformovaných dveří, dveřních rámů, vzpěr atd. Těmto emisím lze zabránit do značné míry hladším a bezporuchovým provozem koksovny. Kromě toto opatření můţe značně zvýšit ţivotnost koksovny. Referenční závody: Všichni provozovatelé na světě se proškolují k tomu, aby provozovali své koksovny, jak nejlépe moţno. Ale ekonomické důvody mohou navodit vyšší úroveň produkce a zvýšení moţnosti pro méně stabilní chod provozu. Přenos vlivů prostředím: ţádné významné účinky napříč prostředím nejsou známy Údaje o provozu: nejsou k dispozici Ekonomika: není k dispozici Odkaz na literaturu: InfoMil, 1997 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 132

161 Kapitola 6 - koksovny PI. 2 Údržba koksovacích pecí Popis: Údrţba koksovacích pecí je jedním z nejdůleţitějších procesně-integrovaných opatření a je rozhodujícím faktorem pro hladký a bezporuchový provoz (viz PI. 1). Údrţba by se měla provádět kampaňovitě, leč nepřetrţitě. Źádné stálé nebo minimální období údrţby by se určovat nemělo. Údrţba by měla sledovat systematický program a měly by ji provádět pracovníci, kteří jsou pro tuto činnost zvlášť vyškoleni (např.realizovat ji v průběhu dvou směn). Jako příklad se dále uvádí následující program údrţby v Sidmar, B-Gent. Kaţdá pec prochází kaţdých 3-3,5 roku celkovou opravou. Za tímto účelem je dotyčná pec prázdná po dobu l týdne, kdy se provedou následující kroky : - odgrafitování všech inkrustací uvnitř komory (stěny, strop) - oxytermické svařování prasklin, otvorů a poškození povrchu ţáruvzdorné vyzdívky - oprava podlahy koksovací komory vybetonováním - injektáţ do jemných prasklin proti polétavého prachu - generální oprava utěsnění povrchu dveřního ostění pece, jeho vysoustruţení a upravení rámu pecních dveří - úplná generální oprava dveří; úplné rozmontování všech individuálních částí, vyčištění a nové smontování, vyrovnání pruţného těsnění. Poškozené cihly ve vyzdívce dveří se vymění, v mnoha případech se provádí zcela nové vyzdění dveří. Kromě toho se v těchto tříletých generálních opravách pravidelně kontroluje a seřizuje celý podpěrný systém dveří tj.pruţiny, kleštiny atd. Pouţitelnost : Můţe se pouţít jak pro nové, tak stávající závody. Dosaţené hodnoty hlavních emisí: Správnou údrţbou lze zabránit prasklinám v ţáruvzdorné vyzdívce a minimalizaci úniků a následně emisí koksárenského plynu. Lze dosáhnout, aby se předešlo viditelnému černému dýmu na výstupu spalných plynů z komína při vytápění koksovací pece. Mimoto údrţba, seřízení a generální oprava dveří a rámů předcházejí únikům. Referenční závody: Koksovna Sidmar, B-Gent; koksovna 2 Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden Přenosy prostředím: ţádné významné přenosy dopadů nejsou známy Provozní údaje: Popsaný program údrţby se pouţívá např. v Sidmar, B-Gent od roku 1986 a to velice úspěšně. Ekonomika: Náklady na kvalifikované zaměstnance, kteří provádějí program údrţby jsou značné, (asi 5 ECU (1997)/t koksu, v případě Sidmaru B-Gent), leč jako součást opatření hladného a bezproblémového provozu lépe vyškolených provozovatelů, coţ přispívá k vyšší produktivitě a tedy ke kompenzaci nákladů. Motivace pro zavedení: Záměr provozovat koksovnu jak nejlépe moţno při optimalizaci produktivity a minimalizaci emisí. Odkaz na literaturu: není k dispozici Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 133

162 Kapitola 6 - koksovny PI. 3 Zdokonalení pecních dveří a rámového těsnění Popis: Těsnost pecních dveří proti úniku plynů je zcela zásadní a lze ji dosáhnout za pouţití následujících opatření : 1. pouţitím pruţného těsnění dveří pomocí přítlačných pruţin 2. pečlivým čištěním dveří a jejich rámů po kaţdé manipulaci (viz PI. 4) Stávající baterie mohou být vybaveny novými těsnícími na pruţinám zavěšenými dveřmi, pokud nejsou dveřní rámy a pancéřové desky příliš deformovány. Z tohoto pohledu pevnost rozpěr sniţujících napětí hraje významnou úlohu, protoţe pancéřové desky (nesoucí vyzdívku) drţí na místě především pomocí pruţin, které jsou připevněny k rozpěrám. Je nutné uvést, ţe je třeba rozlišovat situaci u malé a velké pece. V pecích menších neţ 5m výšky mohou k prevenci dveřních emisí ve spojení s dobrou údrţbou postačovat břitové dveře. Pouţitelnost: Aplikovatelné na nové i některé případy stávajících závodů. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Hodnoty specifických emisí u dveří s pruţným těsněním jsou mnohem niţší neţ u obvyklých dveří. Za předpokladu, ţe se udrţují čisté, umoţňuje nová generace aby se viditelné emise pohybovaly pod 5 % u všech pecních dveří v baterii, jak na koksové, tak uhelné straně. Lze však najít příklady dobrých výsledků s obvyklými břitovými dveřmi u dobře udrţovaných malých pecí a špatné výsledky u velkých pecí s dveřmi s pruţným těsněním, ale špatnou údrţbou. Nicméně pruţné těsnění nabízí mnohem lepší moţnosti pro těsnost zejména u velkých pecí. Tabulka 6.3 ukazuje moţné zdokonalení za současného sníţení emisí. Referenční závody: Mnoho nových a rekonstruovaných závodů pouţívá pruţného těsnění dveří s přítlačnými pruţinami. Koksovna 1, Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden Koksovna Huttenwerke Krupp Mannesmann GmbH, D-Huckingen Přenosy prostředím: ţádné nenastávají Ekonomika: není k dispozici Údaje o provozu: nejsou k dispozici Odkazy na literaturu: /Vos, 1995/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 134

163 Kapitola 6 - koksovny PI. 4 Čištění pecních dveří a dveřních rámů Popis: Mnoho starších evropských koksoven má ještě původní, pruţinami nezajištěné břitové dveře. V těchto závodech mohou být úniky emisí dveřmi váţným problémem. S dobrou údrţbou (viz PI.1 a PI.2) ale mohou být jakékoliv viditelné emise ze stávajících dveří pod 10 % (Vos, 1995). Úspěch plánu údrţby závisí do velké míry na stabilním procesu koksování, stálém personálu pro údrţbu, plynulém monitorování a vytvořených zpětných vazbách. Pro vnitrozávodní údrţbu se velmi doporučuje existence vlastní dílny. Obvykle pouţívaným způsobem čištění dveří koksovacích pecí je vysokotlaký vodní ostřik, který byl otestován jako velmi úspěšná metoda. Vysokotlaký ostřik při čištění dveří koksovací pece se však nemůţe provádět při kaţdém cyklu. Nicméně pokrokové čištiče dveří vyuţívající při kaţdém cyklu oškrabovače mají dobré výsledky rovněţ. Pouţitelnost: Pouţitelné jak pro stávající, tak pro nové závody. Dosaţené úrovně hlavních emisí: Vysokotlaký systém čištění ostřikem vody umoţňuje skutečně eliminovat viditelné emise - lze dosáhnout 95 % sníţení doby ( po kterou jsou emise viditelné)- (podle metody EPA). Referenční závody: Koksovna 2, Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden Koksovna č.1, Redcar, British Steel Teeside Works, UK Přenos vlivů prostředím: Čištění vysokotlakým ostřikem vody produkuje kontaminovanou odpadní vodu, která se můţe upravovat společně s odpadní vodou z koksárenské baterie. Ekonomika: není k dispozici Údaje o provozu: nejsou k dispozici Odkaz na literaturu: /Vos, 1995: Murphy, 1991/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 135

164 Kapitola 6 - koksovny PI. 5 Udržování volného průtoku plynu v koksové peci Popis: Koksovací komora se během procesu koksování obvykle udrţuje v mírném přetlaku. Podtlak by umoţňoval vzduchu pronikat do koksovací komory a koks by se mohl částečně spalovat, coţ by vedlo k destrukci pece. Tlak u dna pece by se měl vyrovnat tlaku atmosférickému. Pokud jde o předpisy pro pěchování, je v hlavním sběrači udrţován přetlak (v mm vodního sloupce) na dvojnásobku hodnoty výšky koksovací pece v metrech. U moderní pece o výšce 7m by byl odpovídající přetlak 14 mm vodního sloupce. U starších koksovacích pecí o výšce 4m by měl být přetlak 8 mm vodního sloupce. Tyto tlakové rozdíly jsou nutné k odstranění plynů a dehtu z koksovací komory. K poklesu tlaku dochází pomocí škrtícího ventilu na výstupu z hlavního sběrače, kde je tlak 80 mm vodního sloupce. Ve vrcholu (klenbě) koksovací komory se udrţuje volný prostor, aby se umoţnilo plynům a těkajícímu dehtu proudit ve směru stoupaček, které jsou obvykle umístěny buď na straně výtlačného stroje u pece nebo na obou stranách a to v závislosti na projektu. Proudu plynu můţe překáţet zavezené uhlí, pokud dosahuje aţ ke stropu pece a zanesení pecní klenby grafitem. Kdykoliv se proud plynu brzdí, dochází k únikům dveřmi a zaváţecími otvory, protoţe se sníţí přetlak za překáţkou. Této situaci se dá zabránit odpovídajícím vyrovnáním hladiny obsazeného uhlí, periodickým odgrafitováním pecní klenby a periodickým čištěním předlohy. Inkrustace grafitu v klenbě pece se mohou minimalizovat rozvodem odpovídajícího tepla pecními stěnami. (a spálením grafitu při 10 min. otevřeném sypném otvoru a stoupaček ještě před vytlačováním koksu. Stoupačky jsou v tomto případě odpojeny od hlavního sběrače*. (* pozn: v předposlední verzi návrhu bylo ještě znění v závorkách) Pouţitelnost: Pouţitelné na nových i stávajících koksovacích pecích. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Správné rozdělení tlaku v komoře koksovací pece významně sniţuje difusi emisí a úniky. Mimoto se sníţí riziko zablokování koksovací vsázky při vytlačování. Referenční závody: Všechny závody s vlastním programem údrţby (viz PI. 2) a záměrem minimalizovat úniky dveřmi tuto techniku jiţ pouţívají. Přenosy prostředím: ţádné nenastávají Údaje o provozu: nejsou k dispozici Ekonomika: není k dispozici Odkazy na literaturu: /InfoMil, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 136

165 Kapitola 6 - koksovny PI. 6 Omezování emisí z ohřevu koksovacích pecí Popis: Teplo pro koksovací proces poskytuje spalování plynného paliva ve vyhřívacích komorách. Teplo se přenáší do komor koksovacích pecí přes ţáruvzdornou stěnu. V komorách pecí vzniká během krátké koksovací doby vyšší teplota. Nejdůleţitějšími znečišťujícími látkami z ohřevu koksovací pece jsou NOx, SO 2 a hmotné částice. Emise SO 2 jsou značně závislé na obsahu síry v palivu. Emise SO 2 se mohou sníţit při minimalizaci obsahu síry v palivu.obvykle se k vytápění koksovacích pecí pouţívá obohacený vysokopecní nebo koksárenský plyn. Obsah síry v koksárenském plynu závisí na provedeném odsíření v úpravně koksárenského plynu. Obsah sirovodíku v koksárenském plynu můţe kolísat v rozmezí asi od 50 mg/ Nm 3 do 1000 mg/nm 3 v závislosti na metodě odsíření a její účinnosti. Jestliţe se neprovádí ţádné odsiřování (coţ je ještě doposud případ některých závodů v Evropě), můţe obsah sirovodíku dosáhnout aţ 8000 mg H 2 S/Nm 3. Obohacený vysokopecní plyn má nízký obsah síry. Jedním z hlavních parametrů procesu odsiřování koksárenského plynu je teplota plynu. Emise SO 2 a hmotných částic se mohou značně zvýšit, prosakuje-li surový koksárenský plyn z pecních komor prasklinami ve vyhřívacích stěnách a pak se spaluje společně s topným palivem (viz také EP. 3). V případě NOx je situace poněkud komplikovanější. Vznikající NOx obsahuje většinou jen "tepelné" NOx, které se vytvoří reakcí mezi molekulárním dusíkem (N 2 ) a kyslíkem v plameni. Tvorba tepelného NOx je značně závislá na špičkových teplotách a koncentraci molekulárního kyslíku v plameni. Nepřímo se emise NOx týkají i paliva (obohacený vysokopecní plyn nebo koksárenský plyn), druhu pouţívaného uhlí a také specifické váhy zaváţeného uhlí, doby koksování a rozměrů komory koksovací pece. Neúčinnějším způsobem omezení tvorby NOx je sníţení teploty plamene ve vyhřívací komoře. Proto je účelem, aby hořel studený plamen. Existují tři metody, které jsou z tohoto hlediska účinné : - recirkulace odpadního plynu. Odpadní plyn z koksovací pece se předem smíchá s palivem a spalovacím vzduchem. Niţší koncentrace O 2 a vyšší koncentrace CO 2 sniţují teplotu plamene. Ale vliv předehřevu při recirkulaci odpadního plynu můţe anulovat účinek sniţování teploty. (Řešení můţe poskytnout ochlazení odpadního plynu před recirkulací). - postupné spalování za přídavku vzduchu. Přídavkem spalovacího vzduchu v několika etapách se vytvoří podmínky pro pomalejší spalování a omezení tvorby NOx - niţší teplota koksování. Niţší teplota koksování má vliv na ekonomiku a energetickou náročnost koksovacích pecí. Niţší teplota koksování vyţaduje niţší teplotu vyhřívacích komor, coţ má za následek menší mnoţství NOx. Kromě toho, teplota vyhřívací komory (a tudíţ tvorba NOx) se můţe sníţit, zatímco se běţná koksovací teplota udrţuje sniţováním teplotního gradientu přes ţáruvzdornou vyzdívku stěny ze strany vyhřívací komory na stranu komory koksovací pece To lze provést, pouţije-li se slabší vyzdívka a ţáruvzdorný materiál s lepší tepelnou vodivostí. Aţ donedávna mohla teplota vyhřívací komory o 1320 o C vést k teplotě komory koksovací pece o 1180 o C. V současné době se teploty komory koksovací pece 1200 o C dosahuje při stejné teplotě vyhřívací komory právě díky slabší vyzdívce. Pouţitelnost: Proces integrace denitrifikačních opatření je pouţitelný pro nové závody. Sníţení teploty u stávajícího závodu bude mít za následek delší koksovací dobu (a niţší kvalitu koksu) a provoz pod nominální kapacitou. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 137

166 Kapitola 6 - koksovny Dosaţené hodnoty hlavních emisí: pro stávající závody bez zabudovaného opatření pro denitrifikaci, tak jako je spalování za postupného přídavku vzduchu, lze dosáhnout hodnot emisí NOx v rozmezí 1300 g/t koksu aţ 1900 g/t koksu ( koncentraci mg NOx/Nm 3 při 5% O 2 ). Tab.6.2 uvádí emisní faktory mezi g/t koksu. Závody, které zavedly opatření pro denitrifikaci jako součást výrobního procesu, emitují g NOx / t koksu (tj. koncentrace mg/nm 3 při 5 % kyslíku). Referenční závody: Většina moderních závodů je vybavena spalovacími systémy o nízkých emisích NOx. Příkladně : Koksovna Huttenwerke Krupp Mannesmann GmbH, D-Huckingen; Koksovna Prosper, D-Bottrop; Koksová baterie č. 5 Ruhrkohle Hassel, D-Gelschenkirchen; Přenos vlivů prostředím: Jakmile se zvýší chladící kapacita chladiče surového plynu, pro zlepšení účinnosti odsiřování, poroste energetická spotřeba a zvyšují se moţné tepelné emise. Při sniţování emisí NOx z vytápění koksovací pece se nezaznamenaly ţádné přenosy z prostředí do prostředí. Ekonomika: není k dispozici Provozní údaje: nejsou k dispozici Odkazy na literaturu: / Eisenhut, 1998 ; Stalherm, 1995/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 138

167 Kapitola 6 - koksovny PI. 7 Suché hašení koksu Popis : Proces suchého hašení, zaloţený na švýcarském patentu ze začátku 60. let byl původně vyvinut v průmyslovém měřítku v Sovětském Svazu (tak zvaný Giprokoksový proces). Zamýšlelo se aplikovat ho v koksovnách umístěných v oblastech, které trpí po dlouhou dobu drsným chladem, jako např: na Sibiři, Finsku, a Polsku, kde je mokré hašení koksu velmi obtíţné, nebo dokonce zcela nemoţné. Kromě toho potřebují závody v těchto oblastech značné mnoţství energie pro ohřev (páru a/nebo elektřinu) potrubního vedení a pro rozmrazovací zařízení (Bussmann, 1985). Později, z důvodu specifické struktury japonského trhu dodávek energie tam byl proces Giprokoks pouţit a podstoupil od roku 1973 další postupný systematický vývoj. Obr ukazuje schéma projektu současného závodu suchého hašení koksu, který obsahuje šachtovou chladící jednotku, kotel na odpadní teplo a systém recyklace plynu. Obr. 6.11: Schéma závodu se suchým hašením koksu /Schönmuth, 1994/ Uhelný koks původně vycházel z baterie přímo, nebo přes kontejner zdviţí do chladící jednotky, kde se koks sypal přes síto do šachty. Jak se sloupec koksu sesedává konstantní rychlostí, emituje jeho značné teplo do protiproudně vháněného inertního plynu. Ochlazený koks (o teplotě 180 aţ 200 o C se posouvá ke dnu šachty pomocí ţlabů a odvádí vhodným zařízením pryč. Plyn o teplotě o C odevzdává pomocí ventilátoru své absorbované teplo v sériově zapojeném kotli odpadního tepla, který se vyuţívá na výrobu páry (okolo 0,5 t páry o teplotě 480 o C a tlaku 60 barů/t koksu) a potom se vrací do chladící šachty. Odlučovače hrubého a jemného prachu zajišťují, ţe se kotel a ventilátor ochrání před strţeným koksovým prachem. Protoţe po odplynění koksu se inertní plyn obohacuje oxidem uhelnatým (CO) a dalšími sloučeninami, musí se čas od času odlučovat. Odsátý plyn se upravuje v odprašovacím zařízení převáţně v pytlovém lapači při zbytkovém obsahu prachu pod 5 mg /Nm 3. Následně se vhání do vyhřívacího plynu koksové baterie (Schönmuth, 1994; Bussmann, 1985). Objem výstupního plynu je relativně nízký asi 50Nm 3 /t koksu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 139

168 Kapitola 6 - koksovny Pouţitelnost: Po technické stránce se můţe suchého hašení koksu principiálně pouţít u nových i stávajících závodů. Následkem poměrně omezeného vyuţívání suchého hašení koksu, potřebuje mít koksovna také stanici mokrého hašení. Dosaţené hodnoty hlavních emisí: Výhody suchého hašení koksu ve srovnání s hašením mokrým spočívají v rekuperaci energie a lepším působení na ţivotní prostředí (niţší emise prachu, CO a H 2 S). Tímto procesem suchého hašení lze získat okolo 0,5 t páry (o teplotě 480 o C a tlaku 60 barů) /t koksu, coţ odpovídá 1,5 GJ /t koksu a můţe se navíc zamezit kouři. Prozatím se musí řešit váţný problém koroze kotle (Ritamaki, 1996). S ohledem na emise prachu, se musí uvaţovat nejen o úseku vlastního hašení, ale také o následných krocích, zejména manipulaci a prosévání koksu. V Německu např. se v koksovně Kaiserstuhl zavedl pro emise z manipulace a prosévání dodatečný stupeň chlazení (sniţující teplotu koksu pod 80 o C). Suchý koks se musí vlhčit, coţ znamená obsah 1% vlhkosti. Celkově není významného rozdílu v emisích prachu mezi suchým hašením koksu s výše popsaným opatřením a minimalizací emisí z mokrého hašení (viz EP. 5). Pokud se týká emisí CO, existuje také nevýznamný rozdíl, protoţe se plyn cirkulující plynovým okruhem odlučuje. Niţší emise sirovodíku (H 2 S) ze suchého hašení koksu nejsou vysoké ve srovnání se všemi emisemi síry z integrovaných hutních podniků. Ačkoliv se předpokládalo něco zcela jiného (Ritamaki, 1996; Wenecki, 1996), není podle německých provozovatelů suchého hašení po vytřídění koksu ţádný významný rozdíl v kvalitě. Referenční závody: Podle Ritamaki, 1996 existuje okolo 60 koksoven v 18 různých zemích světa, které provozují suché hašení koksu. Většina z nich je vzhledem k chladným klimatickým podmínkám umístěna v CIS zemích (Commonwealth of Independent States) (25 závodů se 109 jednotkami) a v Japonsku (20závodů asi s 33 jednotkami) z důvodu vysokých cen energie. Asi 80 % se (podle počtu závodů) provozuje v Japonsku (Arimitsu, 1995). Několik jednotek existuje v EU 15: dvě u Thyssen Stahl, D-Duisburg (Bussmann, 1985), světově největší jednotka o 250 t / h v Kokerei Kaiserstuhl, D - Dortmund (Schönmuth, 1994) a 3 jednotky jsou v Raahe Steel, FIN-Raahe (Ritamaki, 1996). Přenos dopadů prostředím: Nevýhodou suchého hašení koksu jsou emise hmotných částic v místech, kde dochází k manipulaci takto hašeného koksu (Eisenhut, 1988; Schönmuth,1994). Těmto emisím se lze vyhnout sprchováním a/nebo transportem v uzavřených přepravnících. Vysoká hladina emisí hmotných částic můţe vznikat zejména tehdy, pokud je nutný transport na dlouhé vzdálenosti (př. do závodů bez koksoven). Spotřeba elektrické energie pro chod ventilátorů a různých odprašovacích zařízení atd. není zanedbatelná. Údaje o provozu: Pozitivní provozní výsledky oznámila koksovna Thyssen, D-Duisburg (Bussmann, 1985), Raahe Steel, FIN-Raahe (Ritamaki, 1996) a koksovna Przyjazn, Polsko (Wenecki, 1996). Podíly vyuţívání však značně kolísají. Největší podíl uvádí v Raahe steel (99,9%) (Ritamaki, 1996) z toho důvodu, ţe existují 3 hasící jednotky, z nichţ jedna je celou dobu jako záloţní. Průměrný podíl vyuţívání stávajících závodů se udává v rozmezí 80 aţ 90 %, nejniţší je mezi % (Ritamaki, 1996). Proto má kaţdý koksovací závod se suchým hašením koksu také stanici mokrého hašení. Ekonomika: Ekonomický aspekt je kritickým bodem suchého hašení. Investice a provozní náklady jsou velmi vysoké. Kapitálové investice na suché hašení pro kapacitu koksovny 2 Mt/rok jsou okolo 110 mil. ECU (1996), coţ je asi 10-15x vyšší neţ náklady na stanici mokrého hašení )včetně hasící věţe, sedimentačních nádrţí, čerpadel atd.). Navíc se musí stejně postavit stanice mokrého hašení kvůli omezenému podílu vyuţití suchého hašení.uvádí se také, ţe investiční náklady mohu být i 15-20x vyšší. To odpovídá ECU (1996)/t koksu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 140

169 Kapitola 6 - koksovny Provozní náklady (bez kapitálových nákladů) jsou 7-8 ECU (1996)/t koksu. Cena vyrobené páry (480 o C, 60 barů) je také 7-8 ECU (1996)/t koksu, počítáno na základě cen za zemní plyn v Německu. Tedy v EU se nemůţe suché hašení koksu provozovat hospodárně. To je ovšem důvod, proč se tato technika pouţívá pouze v několika případech. Ekonomická efektivita závisí přímo na výši cen za energii. V Japonsku je energie značně draţší. Proto se tam suché hašení koksu pokládá za energetickou výrobní jednotku a široce se vyuţívá. Odkaz na literaturu: /Arimitsu, 1995 ;Bussmann,1985; Eisenhut, 1988; Ritamaki, 1996 ; Schönmuth, 1994 ; Wenecki, 1996/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 141

170 Kapitola 6 - koksovny PI. 8 Větší komory koksovacích pecí Popis: Vývoj širších a vyšších komor koksovacích pecí je zaloţen na dvou hlavních principech a to: sníţení počtu vytlačovaných pecí za den, sníţení délky těsnících ploch. Hlavní charakteristikou výšky nebo šířky komory koksovacích pecí je velikost objemu pece proti obvyklé peci: u uvedené kapacity se zkracuje délka těsnění dveří a sniţuje se frekvence vytlačování. Speciální pozornost se však musí věnovat izolaci, protoţe je těţší u takových pecí udrţet plynotěsnost, zejména na vrcholu a u dna (viz PI. 3). Pouţitelnost: Lze pouţít pouze v projektu nového závodu. V některých případech můţe být volena větší komora koksovací pece při kompletní přestavbě závodu na starých základech. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Pokud se provádí údrţba náleţitě a pouţije se pruţná izolace pruţinových dveří, pak za srovnatelných provozních podmínek lze očekávat, ţe celkové (fugitivní) emise ze dveří a rámového těsnění/ t koksu budou přímo úměrné niţší délce těsnění oproti obvyklým koksovacím pecím. Vysoké pecní dveře vyţadují mnohem intenzivnější údrţbu. Lze očekávat sníţení celkových emisí při vytlačování, coţ je dáno menším počtem vytlačovacích pochodů /tunu koksu a emise budou přímo úměrné tomuto počtu. Referenční závody: Koksová baterie, D-Huckingen ; Koksová baterie 3 Prosper, Bottrop ; Koksovna Kaiserstuhl, D-Dortmund Přenos vlivů prostředím: můţe docházet k viditelným emisím ze dveří Údaje o provozu: V tab. 6.7 se uvádějí charakteristiky několika koksovacích pecí. Tab.6.7 : Charakteristiky několika typů koksovacích pecí (Eisenhut, 1998) Aspekt jednotka Malé Střední Velké Huckingen Prosper Kaiserstuhl rozměry výška délka šířka m m m 4,5 11,7 0,45 6,0 14,2 0,45 7,85 17,2 0,55 7,1 15,9 0,59 7,63 18,0 0,61 uţitečný objem m 3 22,1 36,4 70,0 62,3 78,9 produktivita t koksu /pec 12,7 21,3 43,0 39,8 48,7 počet pecí celkový počet pecních otvorů délka těsnění čel km 10,5 6,9 6,0 6,2 5,5 vytlačování počet/den pecí celkový počet otevření dveří počet/den délka těsnění čel km/d 14,0 9,5 5,6 6,0 5,3 pro čištění Ţádné specifické problémy pokud jde o šířku a výšku komor v těchto závodech nejsou známy. V kaţdém případě se klade vyšší poţadavek na sílu stěny. Ekonomika: není k dispozici Odkaz na literaturu: / Eisehnut, 1998; Stalherm, 1990/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 142

171 Kapitola 6 - koksovny PI. 9 Koksování bez rekuperace Popis: U procesu koksování bez rekuperace je v zásadě všechen dehet i s plyny vystupujícími z koksovacího procesu spálen uvnitř pece a ve spodním kouřovém kanálku. Proces koksování bez rekuperace vyţaduje odlišný projekt pece proti tradičně pouţívanému. Závod na úpravu koksárenského plynu a úpravna odpadní vody nejsou zapotřebí. Primární vzduch pro částečné spalování se zavádí do komory koksovací pece nad vsázkou přes průchody, které jsou umístěny ve dveřích. Toto částečné spalování dodává teplo pro koksování do horní části pece (koruny pece). Mnoţství primárního vzduchu se reguluje, aby se udrţela potřebná teplota v koruně pece. Částečně spálené plyny vystupují z pecní komory kanálky ve stěně pece a vstupují do spodního kouřového kanálku. Sem se přivádí sekundární vzduch, aby se dokončilo spálení. Teplo ze sekundárního spalování se převede do pecní komory přenosem tepla vedením přes vyzdívku podlahy. Odpadní plyny se vedou do hlavního sběrače a dále do kotle na odpadní teplo, předtím neţ se vypouštějí do ovzduší. Celý systém se provozuje podtlakově. Pec je mnohem širší a niţší neţ v obvykle projektovaných koksovacích pecích (při rekuperaci vedlejších produktů), ale se srovnatelnou váhou pecní vsázky. V tab. 6.8 jsou uvedeny typické charakteristiky projektu pecí pro koksování bez rekuperace. Tab. 6.8: Charakteristiky projektu nerekuperované koksovací pece (Knoerzer, 1991). charakteristika délka pece šířka pece středová vzdálenost váha vsázky doba koksování (jmenovitá) hodnota 15,6 m 4,2 m 5,2 m t hod Obvyklou metodou zaváţení koksovací pece je propadávání uhlí z mísících vozů do koksovací komory sypnými otvory. Při nerekuperovaném koksovacím procesu se zaváţení provádí přes tlačnou stěnu dveří (pěchování) pěchovacím/vsazovacím strojem. Závod byl uveden do provozu v Inland Steel Company s Indiana Harbour Works, v květnu 1998 a slouţí pro zaváţení jedné z největších vysokých pecí na světě. Vsázka se omezuje jen na určité druhy uhlí (Eisenhut, 1992, Nashan, 1997). Díky horizontálnímu projektu se můţe pouţít v pecích uhlí, které se rozpíná. Pouţitelnost : Aplikovatelné pouze jako koncept celého nového závodu. Dosaţené úrovně hlavních emisí : V tab. 6.9 se uvádějí hodnoty emisí z koksovacího závodu bez rekuperace vedlejších produktů. Hodnoty se vztahují k emisím bez pouţití systému odlučování. Ve Vansant, Virginie se část kouřových plynů vypírá v termické čističce, ale zbytek pecí se provozuje bez zařízení na čištění plynu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 143

172 Kapitola 6 - koksovny Tab. 6.9 : Emise z koksování bez rekuperace a sniţování emisí (Knoerzer, 1991): počítáno z g/t uhlí za předpokladu ţe : l t uhlí dá 0,78 t koksu (viz ). sloţka jednotka hodnota jednotka hodnota PM (hmotné částice) /Nm 3 n.d. g/t koksu 1960 SO 2 " n.d. " 7000 NOx " n.d. " 380 CO " n.d. " 77 n.d. = není k dispozici Protoţe se koksovací pec provozuje při atmosférickém podtlaku, jsou emise ze dveří během koksovací operace zanedbatelné. Emise ze zaváţení a vytlačování jsou uvedeny v tab Je třeba poznamenat, ţe dvě stávající baterie nejsou pro operace plnění a vytlačování vybaveny odprašovacím zařízením. Tab : Emise ze zaváţení a vytlačování koksovací pece bez rekuperace (Knoerzer, 1991): vypočítáno z g/t uhlí za předpokladu, ţe 1 t uhlí dá 0,78 t koksu (viz ). sloţka jednotka * zaváţení vytlačování PM (hmotné částice) g/t koksu 7, ** org.látky rozpustné " nestanoveno 0,65 v benzenu benzo(a)pyren " 1, nestanoveno * dle emisních faktorů EPA-USA Referenční závody: Koksovací pece bez rekuperace jsou v provozu od roku V současné době jsou v provozu: Baterie 3B a 3C, Jewell Coal a Coke Company, Vansant, Virginie, USA. Kromě toho byl tento typ koksovacího závodu ve výstavbě v Inland Steel Company s Indiana Harbor Works, USA. Tento závod se uváděl do provozu v květnu V celé Evropě neexistuje, ani se neplánuje ţádný koksovací závod bez rekuperace vedlejších produktů. Přenos vlivů prostředím: Tento koncept závodu působí značně méně přesunů dopadů z prostředí do prostředí neţ konvenční koksování. Ale emise SO 2 a tuhých částic ve spalinách z komínů koksovací pece jsou vyšší neţ u obvyklého systému koksování. Kdekoliv tam, kde se pouţívá ke sniţování emisí SO 2 a tuhých emisí vypíracích systémů, vzniká proud kontaminované odpadní vody. Závod, který je v současné době ve výstavbě, bude vybaven zařízením na odsiřování spalin. Nevýhodou koksování bez rekuperace je velký zabraný prostor, díky horizontálnímu uspořádání pecí. Částečné spalování má za následek menší výtěţek vysokopecního koksu. Zdá se, ţe u integrovaného hutního podniku je velmi těţké dosáhnout ekonomicky výhodné energetické vazby mezi nerekuperační koksovnou a stávající energetickou sítí. Údaje o provozu: Baterie 3B Jewell Coal and Coke Company byla zprovozněna v roce Baterie 3C byla uvedena do provozu v roce Ţádné specifické problémy nejsou známy. Ekonomika : Náklady na závod nerekuperačního koksování, postaveného na "zelené louce" o kapacitě 1,2 mil.t /rok je 185 mil. USD (1996) bez manipulace s uhlím a nákladů na výrobu energie. To odpovídá asi 147 mil. ECU (1996). Provozní náklady pro tutéţ koksovnu jsou podle projektu ve výši asi 16,6 USD (1996)/t koksu, coţ odpovídá 13,2 ECU (1996) /t koksu. Odkaz na literaturu: /Knoerzer, 1991; Shoup, 1991 ; Eisenhut, 1992 ; Nashan, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 144

173 Kapitola 6 - koksovny Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 145

174 Kapitola 6 - koksovny Techniky koncového čištění EP. 1 Minimalizace emisí při obsazování pecí Popis: Obsazování pecí se provádí většinou sypným způsobem na bázi gravitace pomocí obsazovacích vozů. Při obsazování zaváţecími vozy se pouţívají tři základní techniky: 1) bezkouřové zaváţení: tento systém vyuţívá plynotěsných spojů mezi koksovací pecí a zaváţecím vozem. Komory se rychle plní obvykle 4 nebo 5 sypnými otvory. Odsávání se provádí za pouţití injektáţe páry nebo vody do předlohy stoupaček. 2) Zaváţení po úsecích nebo postupné. Při těchto způsobech zaváţení se plnící otvory obsazují jeden po druhém. Tento způsob vyţaduje poměrně dlouhou dobu. Odsávání se provádí na obou stranách pece a to buď za pouţití dvou stoupaček (pokud jsou), nebo s pouţitím jedné stoupačky a další trubky přepojitelné na sousední, vedlejší pec. Spojení mezi obsazovacím vozem a pecí není plynotěsné, ale díky odsávání skutečně nedochází k ţádným emisím, pokud existuje pouze l otvor ústící do atmosféry. 3) zaváţení s "teleskopickými objímkami" také známé jako japonské zaváţení ; tento typ zaváţení se provádí při současném zaváţení (obvykle) čtyřmi sypnými otvory. Spojení mezi obsazovacím vozem a koksovací pecí není plynotěsné, ale uzavírá se teleskopickými objímkami, ze kterých se plyny odsávají a vedou do hlavního kolektoru a sice spojkou mezi sběračem a obsazovacím vozem. Odtahované plyny se spalují a následně vedou přes stacionární odprašovací zařízení, kde se zachytí pevné částice.v některých případech se odsáté plyny zpracují přímo na zaváţecím voze. Zaváţení pece lze také provést přepravou uhlí potrubím. Byly vyvinuty dva způsoby potrubního zaváţení. 1) centrální potrubní systém s propojením na všechny pece 2) potrubí spojené se zaváţecím vozem, jímţ se uhlí plní Předehřev uhlí umoţňuje jeho zaváţení potrubím. Pouţitelnost: můţe se pouţít jako u nových, tak i stávajících závodů Dosaţená úroveň hlavních emisí: emise při obsazování mohou být u všech těchto systémů velmi nízké. Hlavním určujícím faktorem je přetlak v pecní komoře a zaváţení pomocí teleskopických objímek. Některé ze systémů jsou náchylnější k provozním problémům neţ jiné. Emise ze zaváţení je těţké kvantifikovat, ale obvykle se dosahuje méně neţ 30 sec zjevných emisí na obsazení. Za optimálních podmínek lze dosáhnout doby méně neţ 10 vteřin zjevných emisí. Emise hmotných částic udávané u zaváţení s objímkami (punčoškami) při odprašovací jednotce na zaváţecím voze jsou niţší neţ 5 g/t koksu. (koncentrace< 50 mg/nm 3 ). V tomto případě se odsávaný plyn před vypuštěním do atmosféry spálí. Referenční závody: sniţování emisí při obsazování se pouţívá v mnoha závodech na celém světě. Lze uvést následující příklady: "Bezkouřové zaváţení": koksovací pec 2 Hoogovens, IJmuiden, NL-IJmuiden "Pořadové zaváţení/ etapové zaváţení" : - mnoho závodů v USA - koksovací pece Mannesmann Hüttenwerke Krupp, D-Huckingen - koksovací pec Prosper, D-Bottrop. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 146

175 Kapitola 6 - koksovny "Japonské" obsazování: - koksovací pec 1, Kawasaki Steel Corporation, Chiba Works, Japan; - koksovací pec Nippon Steel Corporation, Kimitsu Works, Japan; - koksovací pec Sumitomo Metal Industries, Wakayama Works, Japan; - koksovací pec 1, Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden; - koksovací pec, ZK Saar and Gneisenau, Germany Údaje o provozu: nejsou k dispozici Ekonomika: není k dispozici Odkazy na literaturu: /Eisenhut, 1988/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 147

176 Kapitola 6 - koksovny EP. 2 Těsnění stoupaček a sypných otvorů Popis: Během doby koksování se mohou minimalizovat emise difundující z otvorů koksovací pece účinným zatěsněním těchto otvorů po operaci zaváţení a vytlačování. Taková opatření mohou být úspěšná jen tehdy, pokud je doprovází pečlivá údrţba s čištěním /Eisenhut, 1988/. Vodní uzávěry stoupaček jsou standardním vybavením většiny nových koksoven (obr. 6.12). Dodatečně se mnoho starých koksoven rovněţ vybavuje vodními uzávěry stoupaček. Vodní uzávěr můţe být velmi účinný za předpokladu, ţe přívody vody i průchod potrubím jsou volné, bez překáţek (ucpání, zanesení, inkrustací). Aţ do nynější doby byl nejlepší způsob, jak udrţet sypné otvory utěsněné, pečlivě je zatmelit jílovitou suspenzí. Pouţitelnost: lze pouţít jak na nových, tak na stávajících závodech. U nových závodů se můţe projekt stoupačky a zaváţecí otvory optimalizovat, aby se omezily fugitivní emise. Dosaţené úrovně hlavních emisí: vodou těsněné stoupačky značně sníţí emise hmotných částic, CO a uhlovodíků (viz tab.6.3). Vyjádřeno jako frekvence úniků (% z celkového počtu obsazovaných otvorů) je při zatmelení vík moţné dosáhnout pouze 1 % viditelných emisí ze zaváţecích otvorů (viz také tab. 6.3). Referenční závody: Mnohé závody na světě disponují vodními uzávěry stoupaček. Kromě toho většina všech závodů zatmeluje zaváţecí otvory buď automaticky, nebo ručně. Přenos vlivů prostředím: Ve vodních uzávěrech stoupaček se vlivem vypírání odcházejících plynů tvoří proud odpadní vody. Tato odpadní voda se ale můţe v některých případech recyklovat do zásobníků čpavkové vody nebo vést na destilaci či jímání amoniaku. Čerpadla na recirkulaci vody odebírají potřebnou energii. Tmelení zaváţecích otvorů nemá za následek ţádné výrazné přenosy dopadů z jednoho prostředí do druhého. Ekonomika: není k dispozici Údaje o provozu: nejsou k dispozici Odkaz na literaturu: / Eisenhut, 1988/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 148

177 Kapitola 6 - koksovny Obr : Stoupačky komory koksovací pece Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 149

178 Kapitola 6 - koksovny EP. 3 Minimalizace úniků mezi koksovací komorou a topnou komorou Popis: Při provádění systematické nepřetrţité údrţby koksovací pece v souladu s PI. 2 se lze vyhnout průsakům stěnami. Pokud takový průnik nastává z důvodů trhlin ve stěně, proniká koksový plyn do spalin z otopu koksových pecí. Pak dochází k dodatečným emisím SO 2, tuhých částic a uhlovodíků. Výskyt trhlin se snadno pozná, kdyţ vychází z komína otopného systému koksovací pece černý kouř. Ale není snadné identifikovat, která komora koksovací pece je prasklá. Moţností, jak lokalizovat inkriminovaná místa je vyhřívat prázdnou pec z obou stran. Plameny prostupují stěnou do pecní komory a indikují tato místa. Trhliny, štěrbiny a ostatní poškození povrchu ţáruvzdorné vyzdívky se mohou účinně opravit, oxythermickým svařováním, silikonovými sváry, suchým, nebo mokrým otryskáváním ţáruvzdorným cementem. V některých extrémních případech je nutná renovace. Pouţitelnost: této techniky se můţe pouţít pouze ve stávajících závodech Dosaţená úroveň hlavních emisí: emise se mohou sníţit aţ k nule, pokud se otryskávání provede vhodným způsobem a zjistí se praskliny. Kvalita a stav ţáruvzdorné vyzdívky koksovací pece jsou z tohoto pohledu rovněţ velmi důleţité. Referenční závody: mnoho závodů v EU Přenosy prostředím: není k dispozici Údaje o provozu: nejsou k dispozici Ekonomika: není k dispozici Odkaz na literaturu: InfoMil, 1997 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 150

179 Kapitola 6 - koksovny EP. 4 Odprašování při vytlačování koksu Popis: Ke sníţení emisí tuhých částí při vytlačování koksu na koksové straně bylo vyvinuto několik systémů a sice: 1) sběrné hangáry na koksové straně, včetně jímání a odprášení. Tuhé částice se odvádějí pomocí krytů na koksové straně a odprašují se průchodem přes tkaninové filtry. 2) systém odsávání sacími ventilátory. Proces pracuje na principu mokré pračky a vyuţívá tepelného prostupu plynu obtíţeného prachem, zatímco se koks udrţuje v suchu a tedy se zabrání tvorbě H 2 S 3) přepravní vůz : Koks se vytlačí z koksovací pece přímo do přepravního vozu. Koks se nedostává do kontaktu s O 2 a tvoří se jen malé mnoţství hmotných částic. Obvykle se pouţívá ve spojení se suchým hašením koksu (viz PI. 7). 4) přepravní stroj koksu se zabudovaným odsávaným krytem a mobilní odprašovací jednotkou. Hmotné částice se odvádějí pomocí zabudovaných odsávaných krytů na přepravním koksovém stroji. 5) přepravní stroj koksu se zapuštěným odsávaným krytem, stacionárním kanálem a stacionárním čištěním plynu především pomocí tkaninového filtru (obr.6.13) tak zvaný MS-systém (systém ministra Steina). Obr. 6.13: Příklad odprašovacího systému prachu z vytlačování koksu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 151

180 Kapitola 6 - koksovny Pouţitelnost: Odprašování na straně vytlačování koksu lze pouţít jak u nových, tak u stávajících závodů. U stávajících závodů se musí řešení přizpůsobit typu zařízení. Někdy je třeba brát ohled i na prostor okolo stávajícího zařízení. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Emise tuhých látek bez jejich čištění dosahují okolo 500 g/t koksu. Pátá ze zmíněných technik tzv. MS-systém má nejlepší výkon při dosaţené účinnosti nad 99 % ve spojení s dobrými pracovními podmínkami (na rozdíl od sběrných hangárů na koksové straně). Emisní faktory mohou činit (na komíně) pod 5 g tuhých částic /t koksu (viz tab. 6.3). Ve stávajících závodech lze tuhé částice také odstranit aţ nad 99 %, jak se ukázalo v koksovně Ruhrkohle Hassel, Germany. Koncentrace tuhých znečišťujících látek v odsávaném vzduchu činila po vyčištění pod 30 mg/nm 3. Systém spočívá na odtahu přes stacionární potrubí. Kapacita objemu odsátého vzduchu je často řádově Nm 3 /hod v závodech, které uţívají MSsystém, ale je závislá na velikosti komory. K omezování tuhých částic se pouţívá tkaninového filtru. Uvedené zachycování prachu a účinnost jeho odstraňování DH-systémem (draft hood systém= systém odtahu ) je 95-96%. Referenční závody: MS-systém : - koksová pec- Clairton Works, Pittsburgh, PA, USA - koksová baterie Sidmar, B Gent - koksová baterie č.5 Ruhrkohle Hassel, Germany - koksová pec Mannesmann Hüttenwerke krupp, D-Huckingen - koksová pec Prosper, D-Bottrop - koksová pec č.1, Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden - koksová pec č.2, Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden DH-Systém : ACZ de Carbonisation, Sluiskil, Netherlands Přenos vlivů prostředím: Provoz odprašovacího zařízení vyţaduje k pohonu svých ventilátorů energii. Shromáţděné pevné částice se mohou recyklovat do procesu. Ekonomika: není k dispozici Údaje o provozu: nejsou k dispozici Odkaz na literaturu: /Eisenhut, 1988 ; InfoMil., 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 152

181 Kapitola 6 - koksovny EP. 5 Snižování emisí mokrým hašením Popis: Kdyţ se koks hasí v hasící věţi, strhávají se během spontánního odpařování hasící vody na ţhoucím koksu částečky páry a prachu a emitují v podobě oblaku do ovzduší. Mnoţství uvolněných tuhých částic závisí na podmínkách daného provozu, vlastnostech koksu a také na způsobu přidávání vody. Prováděly se pokusy s konstrukcí a zaváděla se další opatření ke sníţení hmotných částeček a vodní páry např. sprchováním oblaku vodou. Optimální řešení zahrnovalo vyuţití lamelových překáţek na komíně a výhodnější projekt hasící věţe (obr. 6.14). Kromě toho zaplavení nebo hašení shora se můţe pouţít jako modifikace hašení koksu vodou. Potom se voda injektuje částečně potrubním systémem u dna hasícího vozu (zaplavení koksu) a částečně se koks sprchuje odshora (ačkoliv ve většině systémů mokrého hašení se voda pouze sprchuje na koks shora). Tak se emise tuhých částic sníţí. Nicméně samotná hasící věţ je stejná jako u svrchního hašení se stejným zařízením na zachycování prachu (obr. 6.14). Nevýhodou hašení zaplavením jsou emise kousků koksu a z hasícího vozu následkem výbušného charakteru páry pod hmotou koksu v hasícím voze. Nosná konstrukce je provedena ze speciálního druhu dřeva. Současné zařízení pro zachycení prachu se skládá z jednotlivých rámů, ve kterých jsou ukotveny plastické lamely v podobě šikmých ţaluzií Pouţitelnost: lze pouţít jak na nové, tak stávající závody. Stávající hasící věţe mohou být dovybaveny přepáţkami pro sniţování emisí. Předpokladem je, aby minimální výška věţe byla alespoň 30m, aby se zajistily uspokojivé odtahové podmínky. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Emise hmotných části během mokrého hašení bez zachycení jsou asi g/t koksu. S výše popsaným odlučovacím systémem je lze sníţit přinejmenším na 50 g/t koksu (při emisním faktoru před sníţením emisí ve výši 250 g/t koksu a obsahu pevných látek v hasící vodě niţším neţ 50 mg/l). Tento emisní faktor garantují pouze evropští dodavatelé čistících zařízení (Nathaus, 1997). V praxi se běţně dosahuje méně neţ 25 g tuhých emisí/t koksu. Je třeba poznamenat, ţe representativní měření jsou obtíţná. Zmiňovaný emisní faktor byl stanoven metodou VDI 2303 (Předpis ke vzorkování a měření emisí prachu při mokrém hašení). Referenční závody: Příkladem pro současně budované nebo dovybavované stávající hasící věţe přepáţkami pro omezení emisí jsou : - Sidmar, B Gent - Hüttenwerke, Kruppmannesmann GmbH, D-Duisburg - koksovny Kaiserstuhl, D-Dortmund - koksovny Hassel, D-Gelsenkirchen - Preussag Stahl AG, D-Saltzgitter Všechny tyto závody dosahují hodnoty emisních faktorů pod 25 g prachu/t koksu Přenos vlivu prostředím: Je třeba přídavné energie pro vodní sprchy, ale toto mnoţství není významné. Provozní zkušenosti: Zatím existuje po světě mnoho hasících věţí, které jsou vybaveny lamelami ke sniţování emisí. Provozní zkušenosti jsou dle uvedeného dobré. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 153

182 Kapitola 6 - koksovny Obr.6.14 Schéma hasící věţe s lamelovými překáţkami ke sniţování emisí. Ekonomika: Náklady na dodatečné vybavení stávajících hasících věţí lamelami pro omezování emisí jsou řádově od do ECU (1997). Investiční náklady na celou hasící věţ s tímto systémem jdou aţ k 11 mil. ECU (1997) ( věţ v koksovně Kaiserstuhl, D-Dortmund, která je největší na světě při rozměrech 15x15x50 m měla takové náklady). Motivace pro realizaci: Běţné legislativní poţadavky a nátlak místních úřadů iniciují dovybavení stávajících hasících věţí. Odkaz na literaturu: /Nathaus, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 154

183 Kapitola 6 - koksovny EP. 6 Denitrifikace odpadního plynu z otopu koksových pecí Popis: Emise NOx z otopu koksových pecí se sniţují především preventivním opatřením začleněným do vlastního procesu, ale techniky koncového čistění plynu odcházejícího z provozu (end of pipe techniques) lze pouţít také. Při procesu selektivní katalytické redukce SCR se NOx v odpadním plynu redukuje za přítomnosti katalyzátoru čpavkem na dusík (N 2 ) a vodu. Oxid vanadičný (V 2 O 5 ), wolframový (WO 3 ) a titaničitý (TiO 2 ) slouţí jako katalyzátory. Dalšími moţnými katalyzátory jsou Fe 2 O 3 a Pt. Optimální provozní teploty se pohybují v rozmezí od 300 do 400 o C. Tak vysoké teploty sniţují rekuperaci energie v regenerátoru ( o C je optimum) koksovacích pecí, nebo bude nutný dodatečný ohřev odpadního plynu. Zvláštní pozornost by se měla věnovat deaktivaci katalyzátoru, akumulaci explosivního dusičnanu amonného, úniku čpavku a tvorbě korozivního SO 3. Pouţitelnost: SCR lze pouţít pouze na nové závody, ale pokud to uspořádání umoţňuje i na rekonstrukci stávajících. Dosaţené úrovně hlavních emisí: účinnost denitrifikace činí aţ 90%. O vhodnosti pouţití v koksovnách není mnoho zkušeností. Referenční závody: Denitrifikace spalin z otopu koksových pecí se pouţívá jen zřídka. Je znám pouze jeden případ koksové baterie a to č. 2, 3 a 6 u Kawasaki Steel Chiba Works, Japan. Přenos vlivů prostředím: Poroste spotřeba energie a čpavku. Část katalyzátoru se musí po úplném vyčerpání ukládat na skládku. Údaje o provozu: V roce 1976 byla uvedena do provozu operace selektivní katalytické redukce NOx u Kawasaki Steel Chiba Works při úpravě odpadního plynu z otopu koksovací pece. SCR má kapacitu Nm 3 /hod. Provozní teplota je 240 o C a redukčním mediem je čpavek. Účinnost denitrifikace se pohybuje okolo 90 %. Tvorba síranu amonného (NH 4 ) 2 SO 4 a kumulace prachu znamená, ţe se katalyzátor musí jednou denně regenerovat ohřevem odpadními plyny nad 260 o C. V roce 1992 byla SCR metoda postavena mimo provoz, protoţe byly odstaveny baterie 2-4. Ekonomika: investice: 47 mil ECU (1996) v roce 1976 Provozní náklady: nejsou k dispozici Dodatečné náklady: InfoMil 1997 uvádí pro SCR obecně následující náklady: - investice : 50 ECU (1996) /(Nm 3 /h) 30 %. Pro koksovny s průtokem spalin u baterie Nm 3 /hod a při výrobě 1 mil. tun koksu/rok to bude dělat : - investice : 15 mil. ECU (1996) 5 mil. - provoz : 0,17-0,51 ECU (1996) /t koksu Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 155

184 Kapitola 6 - koksovny EP. 7 Odsiřování koksárenského plynu Popis: Pro svůj obsah sirovodíku (aţ 8 g /Nm 3 ) se znečištěný koksárenský plyn nehodí v mnohých průmyslových aplikacích k pouţití. Kdyţ se ale odsíří, stává se pouţití v celé řadě moţností reálné. Mnohé závody dnes se ziskem prodávají odsířený koksárenský plyn. Odsíření je i z hlediska komerčních důvodů ve shodě s potřebou chránit ţivotní prostředí od účinků "kyselého deště", protoţe odsířený koksárenský plyn vykazuje v místě svého spalování niţší emise SO 2. V mnoha případech se síra odstraňuje ve dvou stupních : - nízkotlakým způsobem a - vysokotlakým způsobem Ačkoliv odsiřování koksárenského plynu není ještě v EU 15 obvyklou praxí, prosazuje se čím dál více. Koksárenský plyn obsahuje také různé organické sloučeniny síry (sirouhlík CS 2 např.), oxisulfid uhlíku COS, merkaptany atd. (v mnoţství asi 0,5 g/nm 3 ). Aţ dosud existuje jen malá znalost o eventuelním získávání organických sloučenin síry z koksárenského plynu. Jak se uvádí v bodě , existují dva hlavní způsoby odsiřování KP a sice : - mokré odsiřovací procesy a - absorpční procesy Absorpční procesy spojují odstraňování sirovodíku s odstraňováním a zpracováním čpavku. V tab jsou zařazeny rozličné postupy a jejich charakteristiky. Tab. 6.11: Procesy odsíření koksárenského plynu a jeho charakteristiky (UN ECE, 1990; EC Coke, 1996) Mokrý oxidační proces popis název H Stretford 2 S se vypírá z KP, roztokem Na 2 CO 3 a získá se elementární S o za pouţití (VO - 3 ), vanadičnanu jako meziproduktu. Regenerace vypírací kapaliny se provádí provzdušňováním (O 2 ) za pouţití kyseliny antrachinon-disulfonové Takahax Thylox Podobný procesu Stretford, aţ na to, ţe jako meziprodukt pro regeneraci se pouţívá 1,4 nafto-chinon 2-sulfonová kyselina Thioarseničnan sodný (Na 4 As 2 S 5 O 2 ) váţe sirovodík (H 2 S) a regeneruje se za pouţití kyslíku. Získá se elementární síra Absorpční / strhávací proces Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 156 název Carl-Still Diamex nebo ASK* Vakuová karbonace Sulfiban popis H 2 S se vypere z KP roztokem čpavku. Roztok NH 3 pochází z vypírání čpavku. H 2 S a NH 3 se strhávají z vodného roztoku parou a páry se vedou na Clausův způsob zpracování nebo do továrny na výrobu H 2 SO 4 H 2 S a téţ HCN a CO 2 se vypírají z KP roztokem Na 2 CO 3 nebo K 2 CO 3. Varianta s K 2 CO 3 umoţňuje vyšší koncentrace uhličitanu Vypírací kapalina se regeneruje na koloně při vysoké teplotě a nízkém tlaku 0,12-0,14barů). Kyselé plyny se z kapaliny strhávají a mohou se upravit Clasovým způsobem nebo v závodě na výrobu H 2 SO 4 KP se vypírá s MEA (monoetanolaminem). Nejdříve je třeba odstranit NH 3 před odstraněním H 2 S, aby se zamezilo znečištění vypírací kapaliny. H 2 S se strhává z roztoku MEA za pouţití páry a můţe se dále zpracovat Clausovým způsobem nebo na H 2 SO 4 Nerozpustné sloučeniny organické síry se z roztoku MEA odstraní jako pevný odpad

185 Kapitola 6 - koksovny Perox Fumaks- Rhodacs Plyn se vypere roztokem čpavku. Pro oxidaci síry se pouţije parabenzochinonu a regenerace vypírací kapaliny se provede pomocí kyslíku H 2 S se oxiduje kyselinou pikrovou ve fázi Fumaks a získá se elementární síra. Kyanidy se získají ve fázi Rhodax. DESULF Ve skutečnosti stejně jako proces ASK, ale NH 3 se odstraní z par NH 3 /H 2 S v zahušťovači za vzniku (NH 4 ) 2 SO 4 * ASK = Amonium sulfid Kreiislaufwascher ; KP = koksárenský plyn V Evropě se většinou pouţívají procesy absorpční, které vyuţívají k vypírání sirovodíku z koksárenského plynu čpavkové vody (Carl Still, Diamex nebo ASK procesy). Většina běţných aplikací mokrého oxidačního způsobu je proces Stretford. Tento způsob lze pouţít v širokém rozmezí odsiřovaných kapacit. Uváděné projektované kapacity pro odsiřování koksárenského plynu mají rozmezí od 400 do Nm 3 /hod. Obr. 6.15: Schéma závodu pro odsiřování plynu (postup ASK ) vybudovaný v roce 1997 Legenda k obrázku: 1 pračka H2S 4 přehánění (destilace) H2S 2 pračka NH3 5 přehánění (destilace) NH3 3 pračka NH3 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 157

186 Kapitola 6 - koksovny Pouţitelnost: Odsiřování koksárenského plynu jak mokrým oxidačním způsobem, tak absorpčními způsoby lze pouţít na nových i stávajících závodech. Volba závisí na specifikacích vyčištěného plynu, opatření k ochraně ţivotního prostředí, začlenění do závodu na čištění plynu atd. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Mokrý oxidační způsob má lepší účinnost odsíření neţ absorpční procesy. Mokrou metodou oxidace lze dosáhnout nad 99,9 % účinnosti při dosaţení zbytkové koncentrace H 2 S v koksárenském plynu niţší neţ 1mg / Nm 3. Absorpční procesy obvykle nepřesáhnou 95% účinnosti odsíření při zbytkové koncentraci H 2 S v koksárenském plynu velmi často mezi 500 aţ 1000 mg/nm 3. Ani jedna z dostupných technik neodstraní s vysokou účinností organické sloučeniny síry. Při nízkém tlaku čištění plynu se organické sloučeniny síry pouze sníţí z 0,5 g/nm 3 na 0,2-0,3 g/nm 3 /Eisenhut, 1988/. Referenční závody: V tab.6.12 je uveden přehled referenčních závodů (není vyčerpávající). Přenos prostředím: Jakýkoliv mokrý způsob odsíření koksárenského plynu odstraní většinu HCN z KP za tvorby thiokyanidu sodného (NaCNS) podle rovnice : 2 HCN + Na 2 CO S ---» 2 NaCNS + H 2 O + CO 2 Thiokyanid sodný a malé mnoţství síranu a thiosíranu sodného vznikajících vedlejší reakcí se z procesu nezískávají a tvoří součást cirkulující kapaliny. Proto je nutné proud kapaliny odkalovat, aby nedocházeno k vysolování chemikálií. V případě procesu Stretford takový vypouštěný tok obsahuje sloučeniny vanadu, chinonu a hydrochinonu, thiokyanidy a téţ thiosírany. Vypouštění těchto sloţek je neţádoucí nejen s ohledem na ochranu ţivotního prostředí, ale i z ekonomického hlediska (znečištění vody a ztráta drahých chemikálií). Aby se sníţila spotřeba chemikálií, lze HCN (kyselinu kyanovodíkovou) odstranit před odsířením v předpírce, za pouţití roztoku polysulfidu sodného nebo amonného. Předběţné odstranění HCN nesníţí celkový objem tvořeného výtokového proudu. Tab Přehled referenčních závodů s procesem odsíření koksárenského plynu (InfoMil, 1997). Mokrá oxidace : Stretford : Takahax : Fumax : Dofasco, Hamilton, Kanada British Steel, Orgreave, Velká Británie British Steel, Redcar, Velká Británie Metarom, Rumunsko Erdemir, Turecko Sollac, Francie Kobe Steel, Kakogawa Works, Japonsko Posco, Korea Nippon Steel, Yawata Works, Japonsko Nippon Steel, Nagoya Works, Japonsko Nippon Steel, Hirohata Works, Japonsko Nippon Steel, Oita Works, Japonsko Nippon Steel, Muroran Works, Japonsko Nippon Kokan, Fukuyama Works, Japonsko Nippon Kokan, Keihin Works, Japonsko Nippon Steel, Kimitsu Works, Japonsko Sumitomo Metal Industries, Wakayama Works, Japan Sumitomo Metal Industries, Kashima Works, Japan Kawasaki Steel, Chiba Works, Japonsko Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 158

187 Kapitola 6 - koksovny Thylox : není k dispozici Absorpční procesy : Carl Still Prosper, Bottrop, Německo nebo Diamex Thyssen Stahl, Duisburg, Německo nebo ASK : Zentral Kokerei Saar, Dillingen, Německo Kawasaki Steel, Mizushima Works, Japonsko Koksovna 2, Hoogovens IJmuiden, Holandsko Koksovna Sidmar, B-Gent Vakuová karbonace : ACZ de carbonization, Sluiskil, Holandsko Sulfiban : Koksovna 1, Hoogovens IJmuiden, Holandsko Nippon Kokan, Keihin Works, Japonsko Ekonomika: Přehled nákladů na dva hlavní způsoby odsíření koksárenského plynu v Evropě (ASK a Stretford) je uveden v tab /Rothery, 1987/ uvádí, ţe vzrůst účinnosti odsíření z 95 % na 99,9 % u procesu Stretford stojí o 10 % víc. U procesu Stretford jsou nejdůleţitějšími poloţkami provozních nákladů kapitálové výlohy a chemikálie (tab.6.11). Uvádí se, ţe koksárenský plyn s vysokou koncentrací HCN (nad 2 g/nm 3 ) spotřebuje poměrně velké mnoţství chemikálií. V tomto případě by mohlo být uţitečné postavit před vlastní jednotkou Stretford jednotku pro vypírku HCN. Odkaz na literaturu: / Rothery, 1987; InfoMil, 1997/ Tab. 6.13: Vzorový provoz a investiční náklady na odsiřování při objemu Nm 3 /h koksárenského plynu, který obsahuje 8 g H 2 S/Nm 3 (Rothery, 1987 : InfoMil, 1997) Náklady a účinnost jednotka Stretford ASK Vakuová proces proces karbonace účinnost odstranění sirovodíku (H 2 S) % 95-99, nad 90 investiční náklady : mil. ECU(1996) 4,43-5,99 n.d. 19,3 * provozní náklady : ECU(1996) /1000 Nm 3 koksárenského plynu chemikálie : 1,06-1,92 - elektřina : 0,46-0,60 - pára a voda : 0,12 - údrţba : 0,25-0,30 - platy : 0,36 - kapitálové výdaje : 2,25-3,04-1,90 (započítané náklady) hrubé náklady : 4,49-5,61 n.d. 2,38 dobropis síry 0,33-0,57 " 0,48 Celkové čisté náklady : 3,92-5,28 " 1,90 * včetně závodu na kyselinu sírovou a kalkulováno pro případ Nm 3 /h a 6 g H 2 S /Nm 3 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 159

188 Kapitola 6 - koksovny EP. 8 Odstranění dehtu a PAH ( polycyklické aromatické uhlovodíky) z uhelné vody Popis: Výtok z destilace čpavku běţně neobsahuje dehet, ale pokud ano, má tento dehet nepříznivý dopad na provozování biologické čistírny odpadních vod. Zejména přítomnost polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH) v dehtu můţe způsobit problémy, protoţe PAH mají nejspíš mají toxické účinky na mikroorganismy v aktivovaném kalu a jsou poměrně těţko odbouratelné. Proto je záhodno odstranit dehet z uhelné vody ještě před její biologickou úpravou. Dehet se můţe odstraňovat přídavkem koagulačních činidel a následnou separací pomocí metody jako je : - gravitační sedimentace s následnou filtrací - odstřeďování uhelné vody s následnou filtrací - flotace s následnou filtrací Prostřednictvím tohoto typu úpravy se odstraní hlavní podíl dehtu z odpadní vody ve formě vysoce koncentrovaného filtračního koláče, nebo kalu, který se musí dále zpracovávat např. recyklací do koksových pecí. Další metoda k odstranění dehtu z odpadní vody pouţívá rotační vakuový bubnový filtr obalený dřevěnou moučkou. Tento systém se postaví za účelem sníţení koncentrací PAH v uhelné vodě před její biologickou úpravou. Pouţitelnost: Odstranění dehtu před úpravou odpadní vody lze pouţít jak u nových, tak u stávajících závodů. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Koncentrace ve výpusti z filtru dřevěné moučky je μg/l (EPA-PAH) při účinnosti odloučení 99%. Po biologické úpravě se emise výrazně sníţí. To by odpovídalo emisím EPA-PAH ve výpusti z biologické úpravy 150 μg/l. Dřevěná moučka nasycená PAH se recykluje do koksovací pece. Referenční závody: Sedimentace a filtrace: ACS de Carbonisation,, Sluiskil, Holandsko Filtr z dřevěné moučky : Koksovací pec, Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden Přenos vlivů prostředím: Všechny tyto odlučující techniky umoţňují vznik odpadů. Odpady obsahující dehet ale se mohou recyklovat do koksovacích pecí. Údaje o provozu: nejsou k dispozici Ekonomika: není k dispozici Odkaz na literaturu: /InfoMil 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 160

189 Kapitola 6 - koksovny EP. 9 Odlučovač amoniaku (jímání amoniaku) Popis: Nízká koncentrace amoniaku v jímači a na výtoku z destilace zlepšuje proces v biologické čistírně odpadních vod. Účinnost odstranění značně závisí na přídavku alkálií a páry a na projektu destilační kolony (počet pater). Vyšší dávka NaOH a růst počtu pater můţe koncentraci čpavku na výtoku dost výrazně sníţit. Kdyţ probíhá úprava výtoku ze závodu, nitrifikace a následná denitrifikace výtoku, pak odlučování čpavku z výtokové tekutiny je méně rozhodující. V tomto případě lze nalézt optimum pokud jde o ekonomické záleţitosti i ochranu ţivotního prostředí mezi jímáním čpavku a jeho odstraňováním v biologické úpravně odpadní vody. Pouţitelnost: Je pouţitelné jak na nové, tak stávající závody. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Vypouštěná koncentrace čpavku můţe kolísat od 20 do 150 mg/l v závislosti na dávkování páry a alkálií a projektu jímače. Lze dosáhnout hodnot mezi 20 a 40 mg/l, ale nelze je vyţadovat s ohledem na ustavení příslušné rovnováhy mezi poměrem BSK5/P/N v odpadní vodě. Referenční závody: Většina všech koksoven na celém světě pouţívá jímač čpavku. Přenos vlivů prostředím: Jímače potřebují energii ve formě páry (0,1-0,2 t páry/m 3 odpadní vody) a potřebují alkálie (NaOH : 6-22 l /m 3 ). Dříve se místo NaOH pouţívalo vápno. Vyšší dávky páry a alkálií vedou k niţší koncentraci čpavku ve výtoku. Mimoto se tvoří pára nasycená čpavkem a sirovodíkem a ta se musí upravovat např. v závodě na výrobu H 2 SO 4, Clausově závodě, či v jednotce krystalizace síranu amonného. Údaje o provozu: nejsou k dispozici Ekonomika: Jímače čpavku k úpravě 150 m 3 vypouštěné vody/hod : Investice : 0,75-0,9 mil. ECU (1996) v roce 1993 Provozní náklady : 0,18 ECU (1996) v roce 1993 Odkaz na literaturu: InfoMil, Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 161

190 Kapitola 6 - koksovny EP. 10 Plynotěsný pochod v zařízení na úpravu plynu Popis: V zařízení na úpravu plynu se surový koksárenský plyn čistí v několika stupních a následně se pouţije jako palivo. Díky poměrné těkavosti sloţek surového koksárenského plynu se mohou vyskytnout emise u přírub, tlakových ventilů, čerpadel atd. Nehledě na negativní účinky na ţivotní prostředí, mají opatření pro bezpečnost zaměstnanců s ohledem na karcinogenní charakter některých sloučenin koksárenského plynu (např. PAH a benzenu) velmi významnou úlohu. Nejzávaţnější z tohoto pohledu je provoz pro BTX (benzen, toluen, xyleny), který tvoří část úpravárenského závodu na zpracování koksárenského plynu. V tomto provozu, kde se vyskytují hlavně benzen, toluen a xyleny se tyto sloţky odstraňují pomocí vypírací kapaliny. Nasycená vypírací kapalina se následně regeneruje a získá se BTX, které lze prodat. Plynotěsný provoz v zařízení na úpravu plynu je hlavně otázkou bezpečnosti. Veškerá opatření umoţňující skutečně plynotěsný provoz jsou následující : minimalizace počtu přírub, jejich nahrazení svařenými trubkami, všude tam, kde je to moţné pouţívání plynotěsných čerpadel (např. magnetická nebo propojovaná čerpadla) zamezení emisí z tlakových ventilů u zásobních nádrţí. Toho lze většinou obvykle dosáhnout propojením ventilových výstupů do hlavního kolektoru koksárenského plynu, (záchyt plynů a následné spálení, nebo zatěsnění plynu (oplášťováním) nebo vypírání plynu lze pouţít také). Pouţitelnost: Lze pouţít jak na nové, tak stávající závody. V nových závodech bude plynotěsnost součástí projektů a tedy mnohem snadněji realizovatelná neţ u stávajících závodů. Referenční závody: Voest Alpine Stahl AG, A-Linz Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden Sidmar B-Gent Tyto závody se provozují skutečně s plynotěsným zařízením pro úpravu koksárenského plynu. Přenosy vlivů prostředím: nenastávají ţádné přenosy z oblasti jednoho prostředí do jiného Údaje o provozu: nejsou k dispozici Ekonomika: není k dispozici, je součástí projektu závodu Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 162

191 Kapitola 6 - koksovny EP. 11 Závod na úpravu odpadní vody Odpadní voda z koksovny obsahuje směs uhlovodíků, kyanidových sloučenin a sloučenin dusíku o poměrně vysoké koncentraci. Pro úpravu této odpadní vody je k dispozici několik metod. Ve všech případech se odpadní voda před další úpravou vede přes jímač čpavku (viz ). Odpadní voda se můţe upravit biologickou cestou i chemicky. Kdyţ se pouţije biologická úprava, často se odstraní fyzikálně-chemickou cestou dehet (viz EP.9) a odpadní voda se často naředí, aby se zabránilo toxickým účinkům na mikroorganismy, zejména inhibici nitrifikačních bakterií. Nejobvyklejší pouţitou biologickou technikou pro úpravu odpadní vody z koksovny je aerobní biologický systém s aktivovaným kalem. V některých případech se musí věnovat zvláštní pozornost nitrifikaci a denitrifikaci. V určitých případech se k úpravě odpadní vody pouţívá biologického systému zaloţeného na fluidním loţi. Ve Velké Británii existuje jeden závod, ve kterém se odpadní voda upravuje v rákosových loţích. a. Aerobní systém s aktivovaným kalem : Popis: V aerobním systému s aktivovaným kalem se biologicky odbouratelné kontaminanty rozloţí hlavně na CO 2, H 2 O a minerály a neodbouratelné, nepolární sloţky (jako je většina PAH a těţkých kovů) se z vodní fáze odstraňují částečnou adsorpcí na aktivovaném kalu. V praxi se biologicky odbourá většina z potenciálně nebezpečných kontaminantů, jako jsou fenoly, kyanidy a aromatické uhlovodíky a těţké kovy se pak částečně odstraní adsorpcí na aktivovaném kalu. Systémy aktivovaného kalu s nízkým podílem odbouratelné hmoty a mikroorganismů( (F/M) se preferují i z hlediska ochrany ţivotního prostředí. Nízká hodnota podílu F/M umoţňuje také biodegradaci těţko biologicky odbouratelných organických sloučenin. Podíl F/M (food - microorganism) je poměr organické látky k aktivovanému kalu (jako směs kapaliny a suspendovaných látek tzv. MLSS = mixed liquor suspended solids) a to je vyjádřeno v kg CHSK /kg suspenze za den (CHSK = chemická spotřeba kyslíku). K provzdušnění se můţe pouţít kyslík namísto vzduchu. To zvyšuje regulaci procesu a sniţuje strhávání těkavých sloţek do odpadní vody např. v ACZC v NL Sluiskil a v Sidmar, B-Gent dochází k provzdušňování kyslíkem. Dosaţené úrovně hlavních emisí: V tabulce 6.14 se udávají rozmezí, kterých se dosáhlo u aerobních systémů aktivovaného kalu v evropských koksovnách. Tab. 6.14: Koncentrace na výtoku a měrné emise evropských koksoven pouţívajících aerobní aktivovaný kal na úpravu odpadní vody (jak s vysokým, tak nízkým poměrem F/M /EC Coke, 1996/ sloţka koncentrace hodnota měrné emise (mg/l) kg/t koksu CHSK ,2-1 N-Kjeldahl ,01-0,1 NH ,1 CNS - 0, ,05 fenol 0, ,005 PAH 0,003-0,2 0-0,001 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 163

192 Kapitola 6 - koksovny b. Nitrifikace koncept Popis: Některé úpravny odpadních vod jsou projektovány i pro odstraňování amoniových iontů (NH 4 + ) s vysokou účinností pomocí nitrifikace. V tomto případě můţe být tradiční projekt systému aerobního aktivovaného kalu pojat jako počáteční fáze. Systém by měl mít velmi nízký podíl F/M a vysokou recirkulační rychlost, aby se zamezilo vyplavování pomalu rostoucích bakterií nitrifikace. Nitrifikační bakterie přeměňují čpavek na dusičnany. Kromě toho se za takových podmínek mohou těţko biologicky rozrušitelné organické sloučeniny s vysokou účinností mineralizovat (např. za pouţití Kjehldalovy metody). Dosaţená úroveň hlavních emisí: Obecně, systémy s nízkou měrnou zátěţí mají lepší výkonnost a umoţňují rozrušení amoniových iontů pomocí nitrifikace. Nízké měrné zatíţení také zvyšuje rozklad organických sloučenin s nízkou rychlostí degradace. Jestliţe se pouţije "nitrifikace", bude koncentrace dusičnanu ve výtoku poměrně vysoká, (cca 200 mg/l). Referenční závody: Tentýţ výtok z úpravárenských závodů se uvádí pod písmenem "c" (koncepce kombinace nitrifikace a denitrifikace). c. Koncepce nitrifikace a denitrifikace Popis: V některých případech místní orgány stále poţadují na výtoku nízkou koncentraci všech dusíkatých sloučenin (včetně dusičnanů). To vyţaduje dodatečnou antioxidační úpravu odpadní vody. Je moţné několikero způsobů uspořádání závodu, ale dobré výsledky se získají v úpravnách odpadní vody s koncepcí tzv. předběţné denitrifikace a nitrifikace (pre DN/N). V systému DN/N se rovněţ pouţívá aerobního systému aktivovaného kalu jako počátečního bodu. Ale neţ se odpadní voda provzdušní, přidává se na nitráty bohatá voda ze stupně nitrifikace. Za redukčních podmínek vyuţívají bakterie namísto molekulárního kyslíku (O 2 ) dusičnan jako konečný akceptor elektronu (dusičnan přijímá elektrony, redukuje se na dusík, uhlík v organické látce se oxiduje na CO 2 ). Dusík emituje jako molekulární (N 2 ). Celkovou reakci lze napsat : 5 C org. + 2 H 2 O + 4 NO » 2 N OH CO 2 Dosaţená úroveň hlavních emisí: Systémy nitrifikačně-denitrifikační mají velmi nízký podíl F/M ( 0,05-0,2 kg CHSK / kg suspenze /den) a dosahují velmi dobrých výsledků při čistění odpadní vody z koksoven. Zejména emise dusíku z tohoto systému jsou nízké ve srovnání se systémy s vysokým podílem F/M nebo s nitrifikací samotnou. V tab se uvádějí vstupní a výstupní koncentrace z těchto 4 závodů. Referenční závody: Závody na úpravu odpadní vody z koksoven se systémem DN/N byly postaveny ve Velké Británii (British Steel Corporation, Scunthorpe a Orgreave), Belgii (Sidmar, B-Gent), Francii (Lorfonte Serémange), Německu (Ruhrkohle AG Kaiserstuhl, D-Dortmund) a v Holandsku (ACZC Sluiskil) - viz obr Obr znázorňuje koncentrace na vstupu a výstupu a některé aspekty systémů úpravy odpadní vody za pouţití systému DN/N /InfoMil, 1997; Lohr, 1996 ; Lohr, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 164

193 Kapitola 6 - koksovny Obr Blokové schéma 4 různých výpustí u úpravárenských závodů pro odpadní vodu z koksoven se systémem nitrifikačně-denitrifikačním (Lohr, 1996). 1 = nádrţ denitrifikace a odstraňování CHSK 2 = nádrţ nitrifikace a odstraňování CHSK Koksovna A : Kaiserstuhl, D-Dortmund Koksovna B : Sidmar, B-Gent Koksovna C : ACZC, Holandsko Koksovna D : Cokerie de Serémange, Francie Přenos vlivů prostředím: Spotřeba energie v závodě ACZC je 0,008 GJ/t koksu Ekonomika: Investice: 0,6 mil. ECU (1996) v roce 1994 k rozšíření systému nitrifikace na systém DN/N. Celkové investiční náklady jsou 4,6 mil. ECU (1996). Provozní náklady: ECU (1996) za rok (0,57 ECU (1996)/t koksu) včetně úplat za odpadní vodu. Odkaz na literaturu: /EC Coke, 1996 ; InfoMil, 1997 ; Lohr, 1996, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 165

194 Kapitola 6 - koksovny Tab 6.15 : Vstupní a výstupní koncentrace a některé aspekty systémů úpravy odpadní vody se systémem předúpravy DN/N /InfoMil, 1997; Lohr, 1996; Lohr, 1997/ Aspekt/sloţka jednotka Sidmar Serémange Kaiserstuhl ACZC Výroba koksu Mt/r 1,180 0,630 2,0 0,605 Objem uhelné vody m 3 /h Zředění m 3 /h *** 40 Celkový průtok m 3 /h Měrný výtok m 3 /t koksu 0,59 0,31 0,38 0,86 podíl F/M kg ChSK/kg suspenze/den 0,15 n.d. 0,15 0,17 nátok : vstupní hodnoty: ph - n.d. n.d. 9,5 9,3 suspendované látky mg/l n.d. 10 n.d CHSK (x s) mg/l BSK 5 mg/l 2100 n.d n.d. fenol mg/l SCN - mg/l ,5 ** N-Kjeldahl mg/l n.d. n.d. n.d. n.d. čpavek (x s) mg/l dusitany mg/l n.d. n.d. - n.d. dusičnany mg/l n.d. n.d. - n.d. olej a dehet mg/l 40 n.d. n.d. n.d. PAH (6Borneff) ug/l 200 n.d. 106 n.d. výtok- výstupní hodnoty: ph - n.d. n.d. 7,8 7,04 suspendované látky mg/l n.d. n.d ,6 CHSK (x s) mg/l BSK 5 (x s) mg/l 19 2,8 19? ,4 1,9 fenol mg/l 0,06 2 0,16 0,1 SCN - mg/l 3 4 n.d. 0,9 N-Kjeldahl mg/l n.d. n.d. n.d. 7,0 čpavek (x s) mg/l 0,7 0, ,3 0,2 0,05 0,6 dusitany mg/l 3 0 0,21 1,0 dusičnany mg/l 65 0 * 15,0 48,1 olej a dehet mg/l 5 n.d. n.d. n.d. PAH (6Borneff) ug/l 50 n.d. 11,7 2,7 n.d. = není k dispozici x s = aritmetický průměr standardní odchylka * Lorfonte uvádí tuto hodnotu, ačkoliv je to teoreticky nemoţné; ale vysoký obsah zbytkových amonných iontů a zanedbatelná koncentrace dusičnanů indikují inhibici nitrifikace ** ACZC udává, ţe tato hodnota je velmi nízká následkem pouţité techniky vzorkování *** obsahuje dešťovou vodu přidávanou nárazově Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 166

195 Kapitola 6 - koksovny 6.4 Závěry Aby uţivatel pochopil tuto kapitolu a její obsah, musí svou pozornost obrátit k předmluvě tohoto dokumentu a zejména k její 5. části: Jak porozumět tomuto dokumentu a jak jej pouţít. Techniky a s nimi spojené výše emisí a / nebo spotřeb, nebo rozmezí jejich číselných hodnot, které se uvádějí v této kapitole se posuzovaly na základě opakovaného postupu, který zahrnoval následující etapy: identifikaci klíčových problémů sektoru ve vztahu k ţivotnímu prostředí; u koksoven to je prevence fugitivních kouřových plynů, úprava koksárenského plynu a odpadní vody, zvláště, pokud jde o čpavek; odzkoušení nejvhodnějších technik, které se zabývají těmito klíčovými problémy; identifikaci úrovní provozních výkonů pro ţivotní prostředí nejpříznivějších, na základě údajů, které jsou k dispozici v EU a z celého světa; prověření okolností, za kterých se úrovní těchto výkonů dosahovalo; patří sem náklady, přenos dopadů z jednoho prostředí do druhého, hlavní důvody motivace pro zavádění těchto technik volbu nejlepších technik, které jsou k dispozici (BAT) pro tento sektor v obecném slova smyslu a s nimi spojené výše emisí a/nebo spotřeb, vše v souladu s článkem 2, odstavcem 11 Směrnice (96/61/EC)a její přílohy č. 4 ; U kaţdého z těchto kroků a ve způsobu zde předkládaných informací hrál klíčovou úlohu odborný posudek Evropské kanceláře pro IPPC a příslušné Technické pracovní skupiny. Na základě tohoto hodnocení jsou v této kapitole uvedeny techniky a pokud je to moţné i úrovně emisí a spotřeb s nimi spojených, které lze povaţovat za moţné BAT pro sektor jako celek a v mnoha případech jsou odrazem současného výkonu některých zařízení v rámci sektoru. Tam, kde se uvádějí úrovně emisí a spotřeb, které se váţí k nejlepším dostupným technikám, je třeba to chápat jako názor, ţe tyto číselné hodnoty představují úroveň výkonu provozu a jeho působení na ţivotní prostředí, která by se mohla v tomto odvětví očekávat jako následek aplikace popsaných technik v tomto sektoru, při zohlednění vyváţenosti nákladů a výhod v souladu s definicí BAT. Ale nejedná se ani o hodnoty emisních limitů, ani limitní hodnoty spotřeb a neměly by se jako takové chápat.v některých případech můţe být technicky moţné dosáhnout lepších úrovní emisí a spotřeb, ale v důsledku započtených nákladů nebo moţného přenosu dopadů z jednoho prostředí do druhého se nepovaţují za přiměřené jako BAT pro sektor jako celek. Takové úrovně se však mohou povaţovat za oprávněné ve specifičtějších případech, tam, kde jsou k tomu zvláštní motivační pohnutky. Na výši emisí a spotřeb, spojených s pouţitím BAT se musí pohlíţet v souvislosti se specifickými referenčními podmínkami ( např. při zprůměrování číselných hodnot za určité období). Pojem úrovně spojené s BAT, popsaný výše se musí odlišit od termínu dosaţitelná úroveň, ať uţ se vyskytuje v tomto dokumentu kdekoliv. Tam, kde se úroveň číselných hodnot při pouţití té, které techniky, nebo kombinace technik popisuje jako dosaţitelná, je třeba to chápat jako mínění, ţe lze očekávat, ţe se dané úrovně dosáhne za určitou přiměřenou dobu, při dobré údrţbě a provozu zařízení nebo u pochodu, který tyto techniky pouţívá. Tam, kde byly k dispozici údaje týkající se nákladů, byly uvedeny v předchozí kapitole společně s popisem předloţených technik. Jsou to jen hrubé odhady velikosti započtených nákladů. Současné náklady na aplikaci technik budou ale značně záviset na specifických okolnostech, v nichţ se promítají daně, poplatky a technické parametry dotyčného zařízení. Takové místně specifické faktory nelze v tomto dokumentu vyčerpávajícím způsobem hodnotit. Pokud nejsou k dispozici údaje o nákladech, vyvozují se závěry o ekonomické realizovatelnosti techniky z průzkumu stávajících zařízení. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 167

196 Kapitola 6 - koksovny Je záměrem, aby se obecné BAT, popsané v této kapitole mohly pouţít k posouzení současného provozu stávajících zařízení nebo posouzení návrhu na zařízení nové a tedy se napomohlo stanovení nejlepší vhodné techniky, která je k dispozici na základě podmínek pro toto zařízení. Předpokládá se, ţe nová zařízení by se mohla projektovat tak, aby se provozovala na stejné úrovni hodnot daných obecnými BAT, nebo dokonce lepších. Existuje názor, ţe u mnohých stávajících zařízení by se mohlo skutečně očekávat, ţe za určitý čas dospějí k úrovním obecných BAT nebo dosáhnou ještě lepších. Zatímco dokumenty BREF neposkytují právně závazné normy, znamenají předávání informací, aby poradily průmyslu, členským státům a veřejnosti, jakých úrovní emisí a spotřeb lze dosáhnout, pouţijíli se specifické techniky. Příslušné limitní hodnoty u jakéhokoliv specifického případu je potřeba stanovit tak, aby byly zohledněny cíle směrnice IPPC i místní okolnosti. Za BAT se pro koksovny povaţují následující techniky, nebo kombinace technik. Pořadí priorit a výběr technik se bude lišit v závislosti na místních podmínkách. Jakákoliv jiná technika nebo kombinace technik, která dosáhne stejných nebo lepších výsledků nebo účinnosti, se můţe rovněţ povaţovat za moţnou; takové techniky mohou být ve stadiu vývoje nebo se právě objevit, nebo jsou jiţ k dispozici, ale nejsou uvedeny, ani popsány v tomto dokumentu. 1. Obecně : - Rozsáhlá údrţba dle systematického programu, prováděná pracovníky školenými zejména pro údrţbu koksovacích komor, pecních dveří a těsnění rámů, stoupaček, zaváţecích otvorů a dalšího vybavení; - Čištění dveří, těsnění rámů, zaváţecích otvorů, vík a stoupaček po kaţdé manipulaci - Udrţování volného průtoku plynu v koksovacích pecích. 2. Zaváţení : - Zaváţení zaváţecími vozy Z celkového hlediska se preferují typy " bezkouřového" zaváţení nebo postupného zaváţení se zdvojenými stoupačkami, protoţe všechny plyny a pevné částice se upravují jako součást úpravy koksárenského plynu. Jestliţe se ale plyny odsávají a upravují mimo koksovací pec, pak preferovanou metodou je zaváţení se stacionární úpravnou odlučovaných plynů (se základnou na zemi) Úprava můţe také spočívat v účinném odvádění a následném spálení a tkaninové filtraci. 3. Koksování : Kombinace následujících opatření : - Hladká, bezporuchová koksovací operace, předcházející silnému kolísání teploty: - Pouţití pruţinou opatřených dveří s pruţným těsněním nebo břitovými dveřmi (v případě pecí o výšce 5 m nebo méně a při dobré údrţbě) lze dosáhnout: - méně neţ 5 % viditelných emisí (frekvence jakýchkoliv úniků se poměří k celkovému počtu dveří) ze všech dveří v novém závodě a - méně neţ 10 % viditelných emisí ze všech dveří ve stávajícím závodě - Vodotěsné stoupačky dosahujících méně neţ 2 % viditelných emisí (frekvence jakýchkoliv úniků se porovnává s celkovým počtem stoupaček) ze všech potrubí - Zatmelení zaváţecích otvorů jílovitou suspenzí nebo jiným vhodným těsnícím materiálem při dosaţení méně neţ 2 % viditelných emisí (frekvence jakýchkoliv úniků se vztahuje na celkový počet otvorů) ze všech otvorů - Vyrovnávání dveří při dosaţení méně neţ 5 % viditelných emisí Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 168

197 Kapitola 6 - koksovny 4. Vytápění : - Vyuţívání odsířeného koksárenského plynu - Prevence průsaků mezi pecními komorami a ohřívacími komorami při pravidelném koksovacím procesu - Oprava průsaků mezi koksovací komorou a ohřívací komorou - Integrace technik pro sníţení NOx do konstrukcí nových baterií, jako je etapa spalování (v nových moderních závodech lze dosáhnout emise řádově g/t koksu) resp mg/nm³ - z důvodu velmi vysokých nákladů se nepouţívá denitrifikace spalných plynů (např. selektivní kalatytickou redukcí) mimo ty případy, kde se neplní místní normy kvality ovzduší 5. Vytlačování : - Odsávání se zabudovanými kryty na stroji pro transport koksu a na zemi zabudovaná jednotka pro úpravu odsátého plynu pomocí tkaninových filtrů při dosaţení méně neţ 1 g pevných částic /t koksu. 6. Hašení : - emise sniţované mokrým hašením s méně neţ 50 g tuhých částic /t koksu (stanoveno podle metody VDI). Při procesu s vodou se zamezuje pouţívání vody s vysokým obsahem organických látek (jako surové koksárenské odpadní vody, odpadní vody s vysokým obsahem uhlovodíků atd.) jako vody hasící. - suché hašení koksu s vyuţitím značného tepla a redukce prachu ze zaváţení, manipulace a třídících operací se děje pomocí tkaninové filtrace. S ohledem na současné ceny za energii v EU, porovnání provozních nákladů a přínosů pro ţivotní prostředí zavedla se značně omezující opatření k pouţívání suchého hašení koksu. Kromě toho musí být k dispozici vyuţití rekuperované energie. 7. Odsiřování koksárenského plynu - odsiřování absorpčními systémy (obsah H 2 S v plynu do sítě je menší neţ mg/nm³) nebo - odsiřování oxidační (< 500 mg H 2 S/Nm³, za předpokladu, ţe přenosy dopadů toxických sloučenin z jednoho prostředí do druhého se do značné míry potlačují 8. Vzduchotěsné operace v závodě na úpravu plynu: Veškerá opatření, která umoţňují skutečně vzduchotěsnou operaci v závodě na úpravu plynu jsou: - minimalizace počtu přírub a svárů na potrubí, kdekoliv to je moţné - vyuţití plynotěsných čerpadel (např. magnetických) - zamezení emisím z tlakových ventilů u zásobních nádrţí pomocí propojení výstupů ventilů do hlavního kolektoru koksárenského plynu (nebo pomocí zachycování plynů a jejich následného spalování). 9. Předúprava odpadní vody : - účinné jímání amoniaku, vyuţití alkálií Účinnost jímání by se měla týkat následné úpravy odpadní vody. Na výstupu z jímání čpavku lze dosáhnout koncentrace čpavku 20 mg/l. - odstranění dehtu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 169

198 Kapitola 6 - koksovny 10. Úprava odpadní vody Při biologické úpravě odpadní vody se zabudovaným systémem nitrifikace /denitrifikace dosahuje : - odstranění CHSK 90 % - sulfidy 0,1 mg/l - PAH ( 6 Borneff) 0,05 mg/l - CN - 0,1 mg/l - fenoly 0,5 mg/l - + suma NH 4, NO - - 3, NO 2 30 mg N/l - suspendované látky 40 mg/l se tyto koncentrace jsou postaveny na měrném průtoku odpadní vody 0,4 m³/t koksu. Principielně jsou techniky vyjmenované pod body 1-10 pouţitelné na nové a rovněţ i stávající zařízení se zřetelem k předmluvě, vyjma technik na sníţení NOx, které platí pouze pro nové závody Techniky právě objevené (vyvíjené) a budoucí vývoj Náhrada části koksu ve vysoké peci olejem a moderněji práškovým uhlím hraje hlavní úlohu ve sníţení nákladů na palivo. Injektáţ práškového uhlí je nyní na úrovni přibliţně 180 kg/t surového ţeleza se zbytkovou spotřebou koksu 300 kg/t surového ţeleza. Teoretické maximum injektáţe uhlí do vysoké pece je asi 270 kg/t surového ţeleza, se zbytkovou spotřebou koksu 220 kg/t surového ţeleza. To je způsobeno nosnou kapacitou koksu a termochemickými podmínkami ve vysoké peci. Vyšší podíly injektáţe uhlí (aţ do 400 kg/t surového ţeleza) jsou snad moţné. Nehledě na dosaţené úspory paliva, má injektáţ uhlí pozitivní dopad na ţivotní prostředí, proto, ţe se spotřebuje méně koksu a zamezí se emisím z koksoven. Při podílu injektovaného uhlí 180 kg/t surového ţeleza, kterého se jiţ dosáhlo na mnoha místech, se spotřebovává asi o 30 % méně koksu. Očekává se, ţe podíl injektovaného uhlí bude v následujících letech stoupat. Mimo to bylo vyvinuto několik nových technik pro výrobu ţeleza a jedna technika je jiţ v komerčním vyuţití (Corex). Tyto nové techniky produkce ţeleza uţívají jako paliva uhlí namísto koksu. Očekává se, ţe v průběhu příštích 25 aţ 50 let převezmou tyto techniky úlohu vysokých pecí. To by mohlo způsobit, ţe by se koksovny metalurgického koksu staly zbytečné. Nové techniky výroby ţeleza jsou popsány v kapitole 10 Alternativní techniky výroby ţeleza. Nicméně, vývoj ve sniţování emisí ze stávajících koksoven stále pokračuje. Nové koncepce závodů s niţšími emisemi a/ nebo o vyšší energetické účinnosti se jiţ provozují (viz PI. 9 "nerekuperační koksování ) nebo je ve vývoji ( koksovací pec Jumbo). Přesto, ţe se koksovací pec Jumbo ještě nepouţívá v komerčním měřítku, je zde uveden její popis. JUMBO pece (systém jediné komory- SCS) Popis: Koksovací reaktory SCS (single chamber system) jsou koksovací pece s velkým objemem a šířkou mezi mm. Proces zahrnuje vyuţití předehřátého uhlí. Reaktory jsou moduly oddělených regulovaných procesů s pevnými tlakově stabilními vyhřívanými stěnami, které absorbují vysoký tlak při koksování. Očekává se, ţe koksovací pece SCS budou schopny převzít místo současných více-komorových baterií se stěnami omezené pruţnosti. Systém má následující uváděné výhody : Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 170

199 Kapitola 6 - koksovny - umoţňuje vyuţití širší palety koksovaného uhlí (s ohledem na hodnoty prchavých látek) - obsluţný program pece se můţe snadněji sledovat, při moţnosti lepší regulace zahřívání - v závislosti na šířce komory sníţený počet otvorů a tedy sníţený počet emisních zdrojů - v závislosti na šíři komory omezený počet otvírek pece, (např výtlaků koksu/den, coţ závisí na šíři komory, která je mezi mm ve srovnání se 115 výtlaky u závodu Kaiserstuhl). - zvýšení tepelné účinnosti z 38 % na 70 % - provozuje se většina dveří bez úniku emisí se třemi různými úrovněmi těsnění Výsledky: Studie o ekonomické optimalizaci celého systému dospěla k výsledku, ţe koksovny s jednotlivými reaktory, mají stejné výrobní výkony, protoţe moderní koksovna Kaiserstuhl vyţaduje asi stejné investice, za předpokladu, ţe se sníţí šířka komory z 850 mm na 450 mm. Odkaz na literaturu: /Nashan, 1997 ; EC Coke, 1993/ Vysoký výkon mokrého odsiřování koksárenského plynu Popis: Kdyţ se odsiřuje surový koksárenský plyn, mají mokré oxidační procesy obecně lepší výkon neţ absorpčně-jímací procesy. Nevýhodou mokrého oxidačního procesu je ale pouţívání (a emise) vysoce toxických chemikálií. Bylo by moţné zvýšit účinnost odlučování u absorpčních procesů pomocí vypírání s kaustifikačním roztokem (NaOH), který se pod tlakem rozstřikuje jako mlhovina do proudu surového plynu. Hlavní očekávané přínosy: Očekává se, ţe bude moţno dosáhnout obsahu síry v nosném plynu ve výši 0,1 mg/nm 3. Stav: není znám Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 171

200 Kapitola 7 vysoké pece 7. VYSOKÉ PECE 7.1. Pouţívané postupy První skutečná vysoká pec, která pouţívala koks zahájila svůj provoz v roce 1735 /Ulmann s, 1994/. Vysoká pec zůstává zdaleka nejdůleţitějším procesem výroby surového ţeleza. A tato technika bude pravděpodobně v popředí nejméně příštích 20 let /Lungwen, 1995/. Obr. 7.1 Celkový pohled na dvě vysoké pece. Vysoká pec je uzavřený systém, do kterého se zaváţejí materiály obsahující Fe (kusová ţelezná ruda, aglomerát a/nebo pelety), aditiva (struskotvorné přísady jako je vápenec) a redukční činidla (koks) a to plynule vrcholem pecní šachty pomocí zaváţecího systému, který zabraňuje úniku vysokopecního plynu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 172

201 Kapitola 7 vysoké pece Obr. 7.2 ukazuje zjednodušené schéma vysoké pece, které obsahuje vlastní vysokou pec, licí halu, ohřívače větru a dvoustupňovou úpravu vysokopecního plynu. Horký dmýchaný proud vzduchu obohacený kyslíkem a pomocná redukční činidla (práškové uhlí, olej, zemní plyn a v několika případech i plasty) se injektují v úrovni výfučny a poskytují protiproud redukčních plynů. Dmýchaný vzduch reaguje s redukčními činidly především za vzniku CO, který naopak redukuje oxidy Fe na kovové ţelezo. Tekuté ţelezo se shromaţďuje v nístěji současně se struskou a obojí se pravidelně odlévá. Tekuté ţelezo se přepravuje v torpédových pánvích do ocelárny a struska se zpracovává na přísady, do granulí nebo pelet pro stavbu silnic a výrobu cementu. Vysokopecní plyn se shromaţďuje ve vrcholu pece, upravuje se a rozesílá do provozů, kde se ho pouţívá jako paliva pro vytápění nebo k výrobě elektřiny. Obr. 7.2: Zjednodušené schéma vysoké pece /UBA Rentz, 1996/ K dispozici jsou rozličná redukční činidla: uhlík (uhlovodíky) v podobě koksu, uhlí, oleje, zemního plynu nebo v současné době v některých případech také plasty, jsou obvykle dostupná v dostatečném mnoţství při přijatelných nákladech. Volba mezi několika redukčními činidly však není určena pouze náklady. Nehledě na působení jako redukční činidlo, slouţí koks také jako nosná výplň objemu vysoké pece. Bez této nosné kapacity by vysokopecní operace nebyly moţné. Ţelezná ruda dnes zpracovávaná obsahuje velké mnoţství hematitu (Fe 2 O 3 ) a někdy malé mnoţství magnetitu (Fe 3 O 4 ). Ve vysoké peci se tyto sloţky postupně redukují a přecházejí přes niţší oxidy (FeO) aţ k částečně redukované nauhličené podobě pevného ţeleza. Nakonec se vsázka ţeleza taví, Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 173

202 Kapitola 7 vysoké pece reakce spějí do závěrečného stupně a horká tavenina kovu a struska se shromaţďují u dna. Redukující uhlík přechází na CO a CO 2. Tavidla a přísady se přidávají proto, aby se sníţil bod tavení hlušiny, zlepšil přechod síry do strusky, zajistila se poţadovaná jakost tekutého surového ţeleza a umoţnilo se další zpracování strusky. Jak se vsázka vysoké pece pohybuje směrem dolů (klesá), stoupá její teplota, tudíţ se usnadňují redukční reakce oxidů a tvorba strusky. Nastává řada změn ve sloţení vsázky: - oxid ţelezitý ve vsázce se postupně redukuje za vzniku ţelezné houby aţ ke konečnému roztavenému surovému ţelezu - kyslík ze ţelezné rudy reaguje s koksem za vzniku CO, nebo s CO za vzniku CO 2, který se hromadí ve vrcholu pece - sloţky hlušiny se spojují s tavidly a tvoří strusku. Tato struska je souborem směsi silikátů o niţší hustotě neţ je roztavené ţelezo - koks slouţí především jako redukční činidlo, ale také jako palivo a opouští pec v podobě CO, CO 2, nebo uhlíku obsaţeném v surovém ţeleze - jakýkoliv přítomný vodík reaguje také jako redukční činidlo a reakcí s kyslíkem dává vodu. Hlavní pochody jsou následující : - zaváţení surovin - tvorba proudu horkého větru - vysokopecní proces - přímá injektáţ redukčních činidel - odlévání - zpracování strusky Zaváţení Směs surovin s obsahem ţeleza (drť ţelezné rudy, aglomerát a nebo pelety) a přísady (tavidla), se společně nazývají vsázka. Vsázka a doprovodný koks se zaváţejí vrchem pece buď skipy, nebo mechanickými dopravními pásy. Vsázka se vkládá do pece utěsněným zaváţecím systémem, který izoluje pecní plyny od okolní atmosféry. Tento systém je nezbytný protoţe vysokopecní tlak je vyšší neţ atmosférický (0,25 aţ 2,5 barů. Zatímco mnoho nových velkých vysokých pecí má ve vrcholu tlak více neţ 2,5 baru, existují moderní pece, které pracují při tlacích mnohem niţších. Ty mohou dosáhnout aţ 0,25 barů v závislosti na stáří pece a ostatních omezujících faktorech, jakými je například dostupný tlak větru a konstrukce provozního zařízení na úpravu plynu. Zatěsněný zaváţecí systém můţe být zvonovým vsazováním, nebo bezzvonovou sazebnou. Nějaké hmotné částice a emise vysokopecního plynu se mohou objevovat jiţ během vsazování. Odvádění plynu z vrcholu pece a jeho převedení do systému úpravy vysokopecního plynu lze v tomto stadiu procesu pouţít k regulaci emisí Ohřívače větru Horký vítr pro vysokopecní operace poskytují ohřívače větru (někdy nazývané vysokopecní kaupery ). Ohřívače jsou pomocným zařízením, které je schopno ohřát dmýchaný proud vzduchu. Rostoucí teplota dmýchaného větru vede ke sníţení potřeby uhlíku. Horký vzduch je zapotřebí k Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 174

203 Kapitola 7 vysoké pece přenosu tepla do pevné vsázky, aby se zvýšila reakční teplota. Horký vítr také pomáhá při zajištění potřeby kyslíku pro zplynění koksu a při transportu plynu, který při styku se vsázkou redukuje oxidy ţeleza. Ohřívače se provozují cyklicky.vyhřejí se hořícími plyny (běţně obohaceným vysokopecním plynem) aţ je v klenbové báni správná teplota (asi C): spalování plynu se potom přeruší a přes větrovody se v opačném směru protlačí studený okolní vzduch. Studený vzduch se ohřeje o horké cihly a tak se vytvoří proud horkého vzduchu ( C), který se zavádí do vysoké pece. Proces pokračuje, aţ ohřívače nemohou dále dosáhnout charakteristické teploty dmýchaného proudu plynu a původní ohřívací cyklus začíná znova. Trvání kaţdého cyklu závisí na individuálních místních podmínkách, jakými můţe být např. zdroj energie, charakteristika systému a zavedená opatření. Principiálně lze ohřívače větru jako takové klasifikovat buď jako interní, nebo externí podle toho, zda mají spalovací komorou zabudovanou uvnitř nebo ne (obr.7.3). Toto rozlišení je důleţité pro emise CO ( ) Pro jednu vysokou pec jsou potřeba 3-4 ohřívače větru. K emisím do ovzduší dochází během fáze vytápění ohřívačů. Obr. 7.3: Příčný řez ohřívači větru (kaupery) s vnitřní a vnější ohřívací komorou /EC Sinter BF, 1995/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 175

204 Kapitola 7 vysoké pece Vysoké pece Všeobecný popis Suroviny vstupují do vysoké pece shora, zatímco produkty (tavenina ţeleza a struska) se odpichují u dna pece (nístěj). Pevná vsázka se pohybuje shora dolů a přitom se setkává se vznikajícím proudem horkého redukčního plynu. Na vrcholu pece, v kychtě, se vysokopecní plyn o zbytkové výhřevnosti shromaţďuje a odvádí se k další úpravě. Vysokou pec lze rozdělit na 6 teplotních zón : - Kychta: V kychtě vysoké pece dochází k zaváţení vsázky a odvádění vysokopecního plynu - Šachta: V šachtě předává horký vysokopecní plyn své teplo pevné vsázce. Teplota vsázky vzrůstá proti teplotě okolí na cca 950 C a oxidy ţeleza se v této zóně částečně redukují. - Rozpor vysoké pece: Rozpor připojuje šachtu k sedlu vysoké pece. V této části roste teplota dále z 950 C asi na 1250 C. Nastává další redukce oxidů ţeleza a začíná reakce s koksem. - Sedlo: Reakce koksu pokračují v zóně sedla. Tvoří se tavenina ţeleza a strusky. - Výfučny: V této zóně se do pece zavádí proud horkého vzduchu pomocí řady výfučen (mezi 16-42). Výfučny jsou umístěny okolo horního obvodu nístěje a jsou propojeny velkou rourou (okruţní větrovod) obtočenou okolo pece ve výšce sedla. Teplota tady můţe přestoupit 2000 C a oxidy se zcela zredukují. - Nístěj: Nístěj shromaţďuje tekuté surové ţelezo a strusku. Okolo nístěje jsou umístěny jeden aţ čtyři odpichové otvory, při čemţ je jeden nebo dva v kteroukoliv dobu v provozu. Šachta, rozpor, sedlo a pás výfučen mají typické chlazení vodou, nístěj se chladí vodou, olejem nebo vzduchem. Pec je vyzděna ţáruvzdorným materiálem (nístěj mívá tloušťku přinejmenším aţ 1,5 m) Produkce surového ţeleza se u vysokých pecí pohybuje asi od 0,5 Mt/rok u malých aţ do téměř 4 Mt/rok u velkých vysokých pecí Plyn z kychty vysoké pece (VP plyn = vysokopecní plyn) VP plyn obsahuje okolo % CO, 1-5 % vodíku, inertní sloţky (50-55 % N 2 a % CO 2 ), něco síry a kyanidových sloučenin a velké mnoţství prachu ze vsázky. Mnoţství kyanidů můţe být zvlášť vysoké během dmýchání do vysoké pece; to však nastává jen čas od času a proto se do systému vkládají přísady, aby minimalizovaly tvorbu kyanidů. Výhřevnost vysokopecního plynu je asi 2,7 aţ 4,0 MJ/Nm 3. Produkce vysokopecního plynu dosahuje přibliţně Nm 3 /t surového ţeleza. Po vyčištění se vysokopecního plynu často pouţívá jako paliva po obohacení koksárenským plynem nebo zemním plynem, které mají vyšší výhřevnost. Vysokopecní plyn lze také pouţít bez vylepšení např. do ohřívačů větru, pokud se pouţijí moderní hořáky a/nebo pro ohřev spalovacího vzduchu /UBA Comments, 1997/. Vysokopecní plyn lze rovněţ pouţít bez obohacení nebo moderních hořáků či pro předehřev za předpokladu, ţe se zachovávají bezpečnostní opatření. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 176

205 Kapitola 7 vysoké pece Zinek a olovo Vysokopecní technologie vyuţívá vysoce jakostní rudu. Jakékoliv doprovodné prvky se rozdělí mezi fázi horké taveniny kovu a strusku. Mezi ty, co přecházejí do horké taveniny kovu patří fosfor, síra, mangan a křemík.. Titan, hliník, vápník, hořčík a podstatná část křemíku a síry přecházejí do strusky jako oxidy nebo metaloidy. Také je moţné, ţe různé prvky těkají a ukládají se na různých částech vysoké pece. To je zejména případ zinku a olova, které se vnášejí do vysoké pece prostřednictvím rud a vedlejších produktů recyklovaných v aglomeračních závodech. Celkové mnoţství Zn ve vsázce běţně kolísá od 100 do 250 g/t vyrobeného surového ţeleza. Z ryze praktické zkušenosti většina moderních závodů omezuje zinek na g/t surového ţeleza. Recyklované materiály s vysokým obsahem Zn nebo Pb se obvykle vyřazují, nebo se přijímají pouze v omezeném mnoţství. Odstraňování Zn a Pb z pece se provádí takovým způsobem, ţe se teplota ve středu pece udrţuje nad 400 C. Zinek se potom pravděpodobně odstraní s kychtovým plynem jako jemné částečky ZnO, které se téměř úplně zachytí při úpravě vysokopecního plynu /Pazdej, 1995/ Přímá injektáţ redukčních činidel Většina vysokopecních zařízení injektuje redukční činidla do pece v úrovni výfučny. To částečně nahrazuje koks ve vsázce. Tento postup umoţňuje provozovateli optimalizovat vyuţití redukčních činidel. Dalšími výhodami jsou rostoucí výkony a sníţení poţadavků na koksovny, a tím následně i pokles měrných emisí z koksoven na tunu vyrobené oceli. Mnohé závody injektují práškové uhlí, olej nebo zemní plyn. Dvě společnosti začaly injektovat odpady plastů, vyuţívajíce pro redukční procesy jejich vysokého obsahu uhlovodíků /UBA Comments, 1997/ Odlévání Vysoká pec se periodicky odpichuje, aby se z nístěje vypustila tavenina surového ţeleza a struska. Za tímto účelem se otevře jeden z odpichových otvorů v postranní stěně nístěje pomocí průrazného vrtáku, nebo odpichové tyče. V některých případech se pro otevření odpichového otvoru pouţívá kyslíkové trysky. Vysoká pec má obvykle 1-4 odpichové otvory. Počet odpichových otvorů je dán kapacitou /velikostí vysoké pece. V moderních vysokých pecích se tavenina ţeleza i struska odpichují současně (charakteristické je, ţe struska začíná odcházet aţ po vypuštění horké taveniny). Struska a surové ţelezo se následně oddělují v odlučovači strusky v licí hale, z něhoţ kaţdý proud pokračuje svou vlastní cestou. Tavenina surového ţeleza odpíchnutá z vysoké pece proudí podél vyzdívky nebo nízko cementem vyloţenými ţlaby, obezděnými tepelně odolnou směsí karbidu hliníku nebo křemíku a odlévá se do pánví ( přímo, nebo prostřednictvím sklopných ţlabů). Tyto pánve mohou být otevřené, nebo uzavřeného typu, nebo se jedná o torpédové vozy. V tomto roztaveném stavu má kov teplotu přibliţně C. Struska odpíchnutá z pece proudí ve ţlabech do závodu granulace, nebo do struskových pánví, či do otevřené jámy. Na konci cyklu odlévání se odpichový otvor uzavře mechanicky injektováním jílovité směsi odolné ke specifickému teplu odpichového otvoru za pouţití tzv. ucpávačky. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 177

206 Kapitola 7 vysoké pece Zpracování strusky Mnoţství vyrobené strusky je určeno pouţitou ţeleznou rudou a mnoţstvím tavidel, které se vyţadují, aby se dosáhlo potřebné jakosti surového ţeleza. Strusku lze pouţít k mnohým účelům včetně materiálu pro stavbu silnic, přísad do cementu, jako tepelnou izolaci (minerální vlna) a náhradu cementu. V nynější době je cílem vyuţít veškerou vysokopecní strusku, čehoţ bylo v mnohých případech jiţ dosaţeno. V současnosti existují tři procesy, které se při úpravě vysokopecní strusky pouţívají: - granulace strusky - zakládání strusky do jam - peletizace strusky : Všechny procesy chlazení strusky mohou být doprovázeny vznikem sirovodíku, který zapáchá Zpracování strusky granulací Granulace je v současnosti nejběţnějším procesem v EU 15, který se ke zpracování strusky pouţívá. Metoda zahrnuje odlévání roztavené strusky pomocí vysokotlakých vodních trysek na začátku granulace, umístěné v těsném sousedství vysoké pece. Po granulaci se kaše strusky s vodou běţně přepravuje do odvodňovacího systému, který obsahuje horizontální filtrační (odsávací) nádrţ (zvláště proces OCP) a vertikální filtrační nálevku, nebo rotační buben pro odvodnění (zejména proces INBA). V několika případech se kaše strusky s vodou přepravuje před odvodněním do zvláštní nádrţe. Zde se zachycují vodní páry a kondenzují, nebo odcházejí komínem. Po odvodnění je zbytková vlhkost struskového písku obvykle okolo 10 %. Filtrační loţe se periodicky opětně promývá vodou a prohání vzduchem, aby se odstranily jemné částice. Obr. 7.4 a obr. 7.5 ukazují dvě nejobvyklejší granulační techniky : proces OCP a proces INBA. Obr. 7.4: Granulace strusky z vysoké pece při procesu OCP /Poth, 1985/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 178

207 Kapitola 7 vysoké pece Obr. 7.5 : Granulace strusky z vysoké pece při procesu INBA /Radoux, 1982/ 1. struskový ţlab 2. rozstřikovací nádoba 3. studený ţlab 4. sběrná nádrţ 5. rozdělovač (rozmetač) 6. filtrační buben 7. dopravník 8. záchyt alkalické vody 9. chladící jednotka chybí legenda 13. studená voda 14. čerpadlo horké vody 15. kalové čerpadlo 16. vířivá voda 17. přídavná voda 18. vyčištěná voda 19. stlačený vzduch sklad granulované strusky Proces struskové jámy Proces struskové jámy zahrnuje odlévání tenkých vrstev roztavené strusky přímo do struskových jam sousedících s pecemi. Alternativně po uloţení strusky do pánví se roztavená struska pomalu chladí a krystalizuje na volném vzduchu. Jámy se střídavě plní a odtěţují a kusová struska se rozlamuje a drtí pro vyuţití jako hrubého kameniva. V praxi se můţe doba chlazení zkrátit ostřikováním horké strusky regulovaným mnoţstvím vody, ačkoliv to zvyšuje moţnost nepříjemného zápachu. Pokud se provádí náleţitým způsobem, pak se veškerá spotřebovaná chladící voda zcela odpaří. Procesem struskové jámy se tvoří kusová struska, která je ţádoucí surovinou pro stavbu silnic. Čas chlazení má velký vliv na kvalitu vzniklé kusové strusky. Chlazení vodou také zlepšuje mikrostrukturu při dosaţení lepších mechanických vlastností. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 179

208 Kapitola 7 vysoké pece Proces peletizace strusky Peletizační proces se vyuţívá pouze v několika závodech EU 15 a v některých závodech v Kanadě. Roztavená struska se rozprostře na desku, která slouţí jako deflektor. Vrstva strusky se rozřeţe regulovanými vodními tryskami, které iniciují bobtnání a chlazení strusky. Struska se potom odstředivě vyhazuje do vzduchu na rotačním bubnu, aby se dokončilo unikání plynu a chlazení. Částice strusky sledují různé trajektorie podle své velikost od granulovaného písku do rozpětí pelet. Kdyţ se pouţije správného postupu, procesní voda se úplně spotřebuje odpařením a působí jen jako vlhkost produktu. Specifická spotřeba vody je menší neţ je třeba při mokré granulaci. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 180

209 Kapitola 7 vysoké pece 7.2 Současné emise a úroveň spotřeb Přehled toku materiálů a údaje o vstupech a výstupech Obr.7.6 poskytuje přehled hmotných toků od vstupu do vysoké pece po výstup. Tento přehled lze pouţít při shromaţďování údajů o jednotlivých vysokých pecích V Y S O K Á P E C - přehled toku materiálu Energie - plyn (KP, VP, zemní) (m ³/r) - elektřina (kwh/r) - kyslík (t/r) Všeobecné informace Voda - kapacita závodu (t/r) - roční spotřeba (m³/r) - stáří závodu (r) - vlastní studně/odběr (%) - provozní doba (h/r) - demineralizovaná voda (m³/r) Pomocné prostředky - druh a mnoţství (t/r) - dolomit - vápenec - olivín - ţáruvzdorný materiál Vysoká pec s určitými etapami procesu Suroviny Produkty - druh a mnoţství (t/r) - druh a mnoţství (t/r) - rudy ţeleza - surové ţelezo - koks - vysokopecní plyn - tříděný aglomerát - elektřina (kwh/r) - pelety Odpadní teplo - uhlí - zdroje a mnoţství (MJ/r) - těţký topný olej Výstupní plyn / kouřové plyny - plasty - zdroje a mnoţství (koncentrace a t/r) - prach, org.c, VOC, SO 2, NOx, H 2 S, CO, TK, PAH (lze pouţít oddělené schéma) Pevné odpady/vedlejší produkty zaváţení, spalné plyny z ohřívačů větru, z úpravy vysokopecního plynu, uhlovodíky z obloţení licího kanálu a jílovité ucpávky odpichového otvoru, hmotné částice z odpichu a zápach ze strusky - druh a mnoţství (t/r) - VP prach - prach z haly VP - kal z čištění VP plynu - kal z pánve - VP strusky - odpad z vyzdívek Odpadní voda - zdroje a mnoţství (mimo chladící vody) (m³/r) - přímé vypouštění (ano/ne) - chladící voda (m³/r) - teplota ( C) - (průměr - max.) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 181

210 Kapitola 7 vysoké pece Obr. 7.7 ukazuje příklad obecného schématu výroby vysoké pece souběţně s toky materiálu od vstupu k výstupu Obr. 7.7: Obecné schéma vysokopecní výroby s indikací jednotlivých operací a materiálových toků od vstupu k výstupu Následně lze vyhodnotit specifické vstupní faktory a rovněţ i specifické údaje o emisích. Tyto parametry jsou uvedeny v tab. 7.1 ze 4 vysokých pecí čtyř různých členských států Evropské Unie, které poskytují názorný obraz moderních závodů. Emisní faktory jsou vztaţeny na 1 t tekuté oceli s ohledem na snadnější doplňování emisí z různých výrobních jednotek. Společnosti, které provozují tyto závody, jejichţ ukazatele jsou uvedeny v tab. 7.1 patří k evropským špičkám v ochraně ţivotního prostředí a produktivitě : Od ostatních závodů nebyly získány podrobnější údaje. Údaje jsou z roku 1996 : údaje o emisích představují emise po jejich sníţení. Informace o zjišťování údajů, jakými jsou např. metody vzorkování, časové intervaly, metody výpočtu a referenční podmínky nejsou k dispozici. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 182

211 Kapitola 7 vysoké pece Tab. 7.1: Údaje o vstupech a výstupech ze čtyř stávajících vysokých pecí ve čtyřech různých členských státech EU Vstup Výstup Suroviny Produkty Aglomerát* 1 kg/t sur.ţeleza Surové ţelezo kg/t 1000,0 Ţelezná ruda* 1 kg/t sur.ţeleza Pelety* 1 kg/t sur.ţeleza Energie Koks* 1 kg/t sur.ţeleza VP plyn MJ/t sur. ţeleza Uhlí* 2 kg/t sur.ţeleza elektřina* 6 MJ/t sur. ţeleza cca 750 Těţký olej* 3 kg/t sur.ţeleza 0 60 Vápno kg/t sur.ţeleza 0 10 Plynné emise* 7 Recykl.materiály kg/t sur.ţeleza 2 8 prach g/t tekuté oceli* Plasty* 4 kg/t sur.ţeleza 0 30 Mn g/t tekuté oceli < 0,01-0,13 Ni g/t tekuté oceli < 0,01-0,02 Pb g/t tekuté oceli < 0,01-0,12 Energie Sox g/t tekuté oceli VP plyn MJ/t sur.ţeleza Nox g/t tekuté oceli KP MJ/t sur.ţeleza H 2 S g/t tekuté oceli 0,2-20 Zemní plyn MJ/t sur.ţeleza CO g/t tekuté oceli Elektřina MJ/t sur.ţeleza CO 2 kg/t tekuté oceli PCDD/F µg I-TEQ/t TO <0,001-0,004 Kyslík* 5 m 3 /t sur.ţeleza Odpady/ vedlejší produkty Pára MJ/t sur.ţeleza Strusky kg/t tekuté oceli prach z VP plynu kg/t tekuté oceli 6-16 Stlačený vzduch m 3 /t sur.ţeleza 9-11 kal z VP plynu kg/t tekuté oceli 3-5 Prach z odpraš. licí kg/t tekuté oceli 0,5-1,5 haly Voda m 3 /t sur.ţeleza 0,8-50 Stavební suť kg/t tekuté oceli Odpadní voda m 3 /t tekuté oceli 0,1-3,3* 9 legenda : TO= tekutá ocel (surová ocel) ; VP plyn = vysokopecní plyn; KP = koksárenský plyn *1 závisí na individuálních podmínkách v místě *2 v případě injektáţe práškového uhlí, které se provádí stále častěji, ale ne kdekoliv (pokud se praktikuje pak : kg uhlí/t surového ţeleza) *3 v případě injektáţe oleje do ostatních injektovaných podílů můţe být aţ 140 kg/t surového ţeleza *4 pokud se jedná o injektáţ plastů, pak se praktikuje od roku 1998 pouze na dvou místech v EU 15 *5 přídavný kyslík není zapotřebí vţdy, zejména při nízkých podílech injektáţe můţe být 0, coţ není případem 4 uvedených vysokých pecí *6 v případě turbiny na kychtový plyn *7 veškeré emise z vysoké pece bez spalování vysokopecního plynu v dalších závodech jako jsou konvertorové ocelárny nebo koksovny *8 pouţívané faktory konverze (váţený průměr všech evropských vysokých pecí) : 940 kg surového ţeleza/t tekuté oceli *9 můţe být vyšší v případě vysokého obsahu solí v surovinách Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 183

212 Kapitola 7 vysoké pece Tab. 7.2 doplňuje informace uvedené v tab. 7.1 o více podrobností týkajících se faktorů emisí do ovzduší (po jejich sníţení) u jednotlivých hlavních pochodů spojených s vysokou pecí. Tab. 7.2: Emisní faktory pro emise do ovzduší z vysokých pecí Proces/ zdroj emisí Prach g / t TO H 2 S g / t TO SO 2 g / t TO NOx g / t TO CO g / t TO zóna zaváţení n/r x s příprava uhlí n/r pro injektáţ x s licí hala VP n/r x s granulace n/r strusky x s ohřívače větru n/r x s 25/5-38* n.r n.r. n.r. n.d. 15/2-54 n.r. n.r. n.r. n.r /2-79* 4 5/0,3-4* 5 12/2-250* 6 4/1-27* 7 n.r n.d. 14/1-300* 8 13/1-142* 8 n.r. n.r n.r. 45/15-375* 9 41/10-550* 10 29/ * 11, legenda:to=tekutá ocel (surová ocel) ; VP= vysoká pec; x s = střední hodnota a standardní odchylka (počítaná pouze tehdy, je-li k dispozici dostatečné mnoţství údajů; n = počet údajů ; r = rozmezí údajů (min.-max.); n.r.=není relevantní ; n.d. = není k dispozici * 1 údaje z EC Study, 1996 * 2 uţívané faktory konverze (váţený průměr všech evropských konvertorů: 940 kg surového ţeleza /t tekuté oceli * 3 nemyslitelně nízké emisní faktory (< 1 g/t tekuté oceli) nemohou se brát v úvahu. Rovněţ údaje z mokrých skrubrů, které mají mnohem vyšší emisní faktory (2-20 x vyšší) * 4 údaje ze závodů s kontinuálním měřením * 5 bez pouţití extrémní hodnoty 64 g H 2 S/t tekuté oceli * 6 včetně dvou vysokých hodnot, 180 a 250 g SO 2 /t tekuté oceli, všechny další hodnoty jsou niţší neţ 100 g SO 2 /t tekuté oceli * 7 bez započítání jedné extrémní hodnoty 2450 g NOx/t tekuté oceli * 8 nízké hodnoty (okolo 1 g / t tekuté oceli) jsou u závodů granulace strusky s kondenzací dýmových výparů * 9 8 hodnot je značně vyšších neţ 200 g SO 2 /t tekuté oceli následkem obsahu SO 2 v pouţitém koksárenském plynu * 10 3 hodnoty jsou mnohem vyšší neţ 300 g NOx/t tekuté oceli kvůli podmínkám spalování * 11 vysoké hodnoty v případě ohřívačů větru s vnitřními spalovacími komorami * 12 není jisté, zda jsou započítány emise ze zaváţení vsázky nebo ne Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 184

213 Kapitola 7 vysoké pece Informace o jednotlivých emisních hmotných tocích a potřebě energie Při vysokopecním pochodu lze zjistit následující emise vypouštěných plynů, znečištění odpadní vody a pevné odpady/vedlejší produkty : Emise odpadních plynů : - spaliny z ohřívačů větru - emise ze zaváţení vsázky - vysokopecní plyn ( jako nepřímá emise) - emise z odlévací haly - emise ze zpracování strusky Emise pevných odpadů / vedlejších produktů - tuhé částice z odlévání - prach a kal z úpravy vysokopecního plynu - vysokopecní struska Emise do odpadní vody - přepadová voda z praní vysokopecního plynu - odpadní voda z granulace strusky - odkalování z okruhů chladící vody Emise odpadního plynu Emise odpadního plynu z ohřívačů větru Ohřívače větru se běţně zapalují vysokopecním plynem často v kombinaci s koksárenským plynem a/nebo zemním plynem. Koksárenský plyn obsahuje sloučeniny síry, které emitují jako SO 2 v ohřívači větru, kdyţ se plyn pouţije pro vyhřívání. UBA Comments, 1997 uvádí, ţe několik ohřívačů větru s moderními hořáky a předehřevem spalovacího vzduchu se provozuje s vysokopecním plynem bez obohacení. Průtok spalin z ohřívačů větru dosahuje přibliţně Nm 3 /h na l vysokou pec. Emise SO 2 se tvoří v rozmezí od 20 do 250 g/t vyrobeného surového ţeleza (tab. 7.1) a 160 aţ 400 mg/nm 3, kdyţ se ohřívače větru vyhřívají obohaceným vysokopecním plynem. V případě směsi vysokopecního a neodsířeného koksárenského plynu můţe být emisní faktor aţ 400 g SO 2 /t surového ţeleza (tab. 7.2). Ohřívače větru jsou při vysokopecním procesu hlavně zdrojem emisí NOx. Emise NOx se tvoří jako následek vysokých teplot v ohřívačích. Emise jsou v rozmezí od 10 do 580 g NOx/t vyrobeného surového ţeleza (tab. 7.2). Emisní koncentrace se mohou pohybovat od 70 do 400 mg NOx/Nm 3. Emise hmotných částic z ohřívačů větru činí méně neţ 10 mg/nm 3 a odpovídají asi 3-6 g /t vyrobeného surového ţeleza (tab.7.2) V případě vnitřních spalovací komor jsou výrazné emise CO (viz obr. 7.3). Z důvodů prasklin ve vyzdívce, kterým je velmi těţké se vyhnout, proudí zmíněný vysokopecní plyn bez spálení do odpadního plynu a můţe emitovat o koncentracích aţ 2500 mg CO/Nm 3, coţ je ekvivalentní aţ 2700 g CO/t surového ţeleza (tab. 7.2). V případě externích spalovacích komor s regulovaným spalováním, je koncentrace okolo 50 mg CO/Nm 3. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 185

214 Kapitola 7 vysoké pece Emise ze zaváţení a přepravy Protoţe tlak v peci je vyšší neţ tlak atmosférický, pouţívá se zatěsněného zaváţecího systému zaloţeného na zvonovém nebo bez zvonovém typu sazebny. Všechny sloţky přítomné ve vysokopecním plynu mohou odtud emitovat, ale hlavní sloţky jsou CO a tuhé hmotné částice. Kdyţ se pouţije moderních systémů, je moţné provádět zaváţení a přepravu většinou bez emisí /UBA Comments, 1997/ Vysokopecní plyn (jako nepřímá emise) Surový vysokopecní plyn obsahuje hmotné částice (včetně těţkých kovů a uhlíku), CO, CO 2, sloučeniny síry, amoniak, kyanidové sloučeniny, uhlovodíky a polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH). Vysokopecní plyn se zachycuje a pouţívá jako energetický zdroj. Plyn se čistí, aby splňoval specifické parametry jakosti a opětně se vyuţívá pro různé pochody ohřevu, jako je příprava vyhřátého vzduchu v ohřívačích větru (viz 7.1.2), nebo při vyhřívání koksovací pece (viz ). Dochází tedy k nepřímým emisím ze spalovaného vysokopecního plynu. Úprava vysokopecního plynu obvykle spočívá v předúpravě, při níţ dochází k odloučení hrubých hmotných částic a následně k mokrému vypírání pro odstranění jemných hmotných částic(a tedy i těţkých kovů), SO 2 a kyanidových sloučenin. V některých závodech se pouţívá elektrostatického odlučování. Obsah hmotných částic ve vysokopecním plynu se velmi různí od jednoho závodu k druhému a také velmi závisí na provozních podmínkách, kolísá od 7 aţ do 40 kg/t vyrobeného surového ţeleza. Po vyčištění obsahuje vysokopecní plyn méně neţ 10 mg hmotných částic/nm 3, které emitují v místě spalování. V tab.7.3 se uvádějí specifické faktory několika sloţek surového neupraveného vysokopecního plynu. Tab. 7.3: Sloţení surového vysokopecního plynu (před úpravou) /InfoMil, 1997/ Sloţka surového koncentrace jednotka specifický jednotka vysokopecního plynu faktor výroba VP plynu 1,0-7, Nm 3 /h Nm 3 /t sur. Fe hmotné částice mg/nm g/t sur. Fe uhlovodíky (CxHy) mg/nm g/t sur. Fe kyanidové sloučeniny 0,26-1,0* mg/nm 3 0,5-1,3 g/t sur. Fe (jako CN - ) čpavek (NH 3) mg/nm g/t sur. Fe PAH** benzo(a)pyren fluoranthen 0,08-0,28 0,15-0,56 mg/nm 3 mg/nm 3 0,15-0,36 0,30-0,72 g/t sur. Fe g/t sur. Fe oxid uhelnatý (CO) % obj kg/t sur. Fe oxid uhličitý (CO 2 ) % obj kg/t sur. Fe vodík (H 2 ) 1-5 % obj. 1-7,5 kg/t sur. Fe * emise během dmýchání mohou být značně vyšší ** jsou také přítomny mnohé jiné neţ uvedené polycyklické aromatické uhlovodíky Během dvoustupňové úpravy vysokopecního plynu se odstraní s vysokou účinností prach a rovněţ sloučeniny, které se na něj váţou, jako většina těţkých kovů a PAH. Tab. 7.4 ukazuje sloţení Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 186

215 Kapitola 7 vysoké pece vysokopecního plynu po úpravě. Plyn ještě obsahuje něco těţkých kovů, ale ve srovnání se závody aglomerací (viz 4.2.1) je zátěţ mnohem niţší. Tab.7.4 Sloţení vysokopecního plynu po úpravě /InfoMil,1997/ sloţka upraveného koncentrace jednotka specifický faktor jednotka vysokopecního plynu výroba VP plynu 1,0-7, Nm 3 /h Nm 3 /t sur. Fe hmotné částice 1-10 mg/nm g/t sur. Fe uhlovodíky (CxHy) n.d. mg/nm 3 n.d. g/t sur. Fe kyanidové sloučeniny n.d. mg/nm 3 n.d. g/t sur. Fe (jako CN - ) čpavek (NH 3) n.d. mg/nm 3 n.d. g/t sur. Fe Těţké kovy** Mn Pb Zn 0,10-0,29 0,01-0,05 0,03-0,17 mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 0,22-0,37 0,02-0,07 0,07-0,22 g/t sur. Fe g/t sur. Fe g/t sur. Fe oxid uhelnatý (CO) % obj kg/t sur. Fe oxid uhličitý (CO 2 ) % obj kg/t sur. Fe vodík (H 2 ) 1-5 % obj. 1-7,5 kg/t sur. Fe legenda : n.d.= údaje nejsou k dispozici Druhým stupněm úpravy vysokopecního plynu je vypírání ve skrubru, coţ je běţně pouţívaná technologie v EU. Ze skrubru vychází kontaminovaná odpadní voda, která obsahuje suspendované částice (např. uhlík a těţké kovy), kyanidové sloučeniny, dusíkaté sloučeniny atd.. Odloučené pevné látky tvoří problémy s odpady z důvodu přítomnosti těţkých kovů, zejména Zn. Zatímco hrubé částice prachu se běţně recyklují na aglomeračním pásu, kaly z vypírání ve skrubru se obvykle odvodní a uloţí se na zabezpečenou skládku Emise z odlévací haly Během odlévání surového ţeleza vznikají emise tuhých částic. V průměru se neodloučené emise vyskytují v rozmezí od 400 do 1000 g/t vyrobeného surového ţeleza. K těmto emisím dochází hlavně při styku mezi taveninou kovu a struskou a okolním kyslíkem. Aby se zachytil prach vytvořený během odlévání, pouţívá se u mnoha vysokých pecí v EU systému odprašování licích hal (odsávání prachu u odpichových otvorů, odlučovačů strusky a ze zaváţení surového ţeleza do torpédové pánve) o průtocích mezi m 3 /h. Emise prachu závisejí na pouţité odlučovací technice ( v některých případech není ještě ţádná) a účinnosti zachycování prachu. V mnohých případech se vyuţívají pytlové (rukávové) filtry, které dosahují méně neţ 10 mg prachu /Nm 3. Podle tab. 7.2 mohou emisní faktory prachu kolísat od 2 do 85 g/t surového ţeleza při průměru 32 g/t surového ţeleza. Mimoto emituje určité mnoţství SO 2 z tekuté strusky a během odlévání ţeleza (2-270 g/t surového ţeleza viz tab.7.2) Emise ze zpracování strusky Reakcí vody s roztavenou struskou, zejména se sirnými sloučeninami (zvláště CaS a MnS) se tvoří jak pára, tak difundují emise H 2 S a SO 2. Tyto emise způsobují zápach a problémy koroze. Jejich důleţitost kolísá podle toho, jaká technika se pro zpracování strusky pouţije. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 187

216 Kapitola 7 vysoké pece Emise mohou výrazně kolísat od jednoho závodu k druhému, od jednoho cyklu zpracování strusky k druhému a v rámci samotného cyklu úpravy strusky. Proto je rozsah dostupných emisních faktorů velký. Tab. 7.2 obsahuje číselné údaje, které při granulaci strusky kolísají od g H 2 S/t surového ţeleza a g SO 2 /t surového ţeleza pokud není struska vystavena vodě, ale chladnému vzduchu, nastávají dlouhotrvající malé emise hlavně SO 2. Z hlediska potlačování znečištění to lze povaţovat za výhodu. Voda vyuţívaná ke granulaci a v procesu peletizace se můţe do značné míry zachycovat a opětně pouţívat. Tyto systémy se mohou provozovat tak, aby produkovaly velmi malé mnoţství odpadní vody. Pára, která vzniká během procesu obsahuje tuhé hmotné částice, SO 2 a H 2 S, které běţně emitují do atmosféry. Prováděly se testy pro opětné vyuţívání značného tepla ze strusky, ale komerčně dostupný není v současné době ţádný systém. Existuje moţnost rekuperovat energii ve výši přibliţně 0,35 GJ/t surového ţeleza. Výroba kusové strusky z jam vede obvykle k větším emisím SO 2 a H 2 S, které můţe být těţší regulovat. Úprava vodou můţe emise H 2 S ovlivnit Pevné odpady /vedlejší produkty Hmotné částice z odlévání Z licí haly (viz ) se můţe odsávat mezi 0,5 a 1,5 kg prachu/t surového ţeleza (tab. 7.1) prach se můţe odloučit např.v pytlových filtrech a můţe se snadno recyklovat na aglomerační pás. Recyklace prachu tímto způsobem se běţně praktikuje Prach a kal z úpravy vysokopecního plynu Díky běţnému dvoustupňovému zpracování (oddělení hrubých částic prachu v cyklonech s následným oddělením jemného prachu v mokrých pračkách) je mnoţství suchého prachu 6-17 kg/t surového ţeleza a kalu od 3 do 5 kg/t surového ţeleza (tab. 7.1). Tab. 7.5 ukazuje typické sloţení suchého hrubého prachu. Ten obsahuje hlavně uhlík a ţelezo z otěru koksu resp. aglomerátu. Tento hrubý prach se běţně recykluje na aglomeračním pásu. To je ale mnohem těţší u kalů, pro jejich x vyšší obsah zinku a x vyšší obsah olova. Tab.7.5: Typické sloţení suchého hrubého prachu z úpravy vysokopecního plynu (% hm.) /IISI, 1987 ; Mertins, 1986; údaje z evropských vysokých pecí, 1997/ C Fe Pb 0,02-0,07 Zn 0,1-0,5 Mn 0,1-0,5 Al 2 O 3 0,2-3,7 Ti 0,02-0,2 S 0,2-1,3 SiO P 2 O 5 0,04-0,26 CaO 2-8 MgO 0,3-2 Na 2 O 0,03-0,64 K 2 O 0,24-0,96 Sloučeniny Zn a Pb většinou cyklonem procházejí a oddělují se hlavně v pračce. Přitom většina částeček spojená se sloučeninami Zn a Pb nebo těmito těţkými kovy samotnými má zrnitost menší neţ 25 µm a koncentruje se do frakce kalu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 188

217 Kapitola 7 vysoké pece Tab.7.6: Typické sloţení kalu z úpravy vysokopecního plynu (% hm.) / IISI,1987; Mertins, 1986 ; údaje z evropských vysokých pecí, 1997/ C Fe 7-35 Pb 0,8-2,0 Zn 1-10 Mn 0,12-0,14 Al 2 O 3 0,8-4,6 S 2,4 2,5 SiO P 2 O 5 0,1-0,44 CaO 3,5-18 MgO 3,5-17 Na 2 O 0,15-0,24 K 2 O 0,08-0,36 Ve většině případů se tyto kaly ukládají na skládku. Obr. 7.8 ukazuje nakládání s prachem a kalem z úpravy vysokopecního plynu bez jejich rozlišení. Hodnota 33 % skládkování je následkem ukládání kalu. Po 1 % se prodá, skladuje, nebo vyuţívá externě a 64 % se recykluje. Obr. 7.8 : Nakládání s odpadem a kalem z úpravy vysokopecního plynu v EU /EC Study, 1996/ Struska z vysoké pece Specifické mnoţství strusky závisí hlavně na pouţitých surovinách, ale pohybuje se v rozmezí kg/t vyrobeného surového ţeleza. Její sloţení pro niţší a vyšší basicitu neţ 1,0 uvádí tab Tab. 7.7 Chemické sloţení vysokopecní strusky o niţší a vyšší basicitě neţ 1,0 (% hm.) /Geiseler, 1992/ Klasifikace podle poměru : CaO / SiO 2 a obsahu MgO Vysokopecní struska 1,0 střední Vysokopecní struska < 1,0 vysoký Fe celkové 0,2 0,6 0,4 Mn celkový 0,2-0,7 0,3 TiO 2 0,5-2,7 0,7 Al 2 O 3 9,1 12,0 9,2 S celková (hlavně CaS) 1,1 2,0 1,6 SiO 2 33,2-37,0 38,4 CaO 38,1 41,7 35,6 MgO 7,0 11,4 12,2 Na 2 O 0,3 0,6 0,5 K 2 O 0,6 0,8 0,8 CaO/SiO 2 1,1 1,2 0,9 (Cao+MgO/ SiO 2 1,3 1,5 1,2 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 189

218 Kapitola 7 vysoké pece Struska se běţně znovu vyuţívá k rozličným účelům (obr. 7.9). Obr. 7.9: Konečné vyuţití vysokopecní strusky v EU /EC Study, 1996/ Pro stavbu silnic se pouţívá asi 8 %, v cementářském průmyslu 26 %, další rozličné pouţití je v 64%. Na skládku se dávají 2 %, ukládá se bez specifikovaného účelu 0,4 % Emise v odpadní vodě (znečišťující látky v odpadní vodě) Přepad vody z úpravy vysokopecního plynu Voda z vypírání vysokopecního plynu ve skrubrech se běţně upravuje, chladí a znovu se vrací do skrubru (obr.7.10). Úprava se obvykle provádí v cirkulačních usazovacích nádrţích. Obr Schematický diagram vodního hospodářství u vysoké pece Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 190

219 Kapitola 7 vysoké pece Přepad okruhu je běţně 0,1-3,5 m 3 /t surového ţeleza podle jakosti surovin či dostupnosti vody, coţ ovlivňuje opatření přijatá pro optimalizaci recirkulace vody. Zejména vysoký obsah solí v surovinách můţe vyţadovat výrazně vyšší objemy promývací vody Odpadní voda z granulace strusky Výtok vody z granulace strusky závisí především na dostupnosti vody a činí 0, m 3 /t vyrobeného surového ţeleza. Informace o chemickém sloţení dal k dispozici jeden německý závod (tab. 7.8). Tab. 7.8: Příklad Stahlwerke Bremen GmbH, D-Bremen o sloţení odpadní vody z granulace strusky v letech 1996/1997 /Weigel, 1998/ Parametr jednotka počet měření průměrná střední Emisní jednotka koncentrace koncentrace faktor * průtok m³/den ,96 m³/t Pb µg/l 19 3,45 2,0 3,92 mg/t sur. Fe Cr µg/l 19 3,32 2,0 3,92 mg/t sur. Fe Cu µg/l 19 5,99 4,20 8,232 mg/t sur. Fe Zn µg/l 19 37,63 20,00 39,2 mg/t sur. Fe Ni µg/l 19 4,91 3,00 5,88 mg/t sur. Fe TOC mg/l 19 4,40 4,10 8,036 g/t sur. Fe COD mg/l 19 20,62 20,30 39,788 g/t sur. Fe legenda : *zaloţeno na střední hodnotě ; TOC : celkový organický uhlík; COD = CHSK=chemická spotřeba kyslíku Odkalování okruhu chladící vody. Odkalování okruhu chladící vody je znázorněno na obr Informace o názorném mnoţství a chemickém sloţení nejsou k dispozici Odběr energie a potřeba redukčních činidel Vysokopecní pochod je energeticky nejnáročnější provozní jednotkou v celém procesu výroby ţeleza a oceli (viz obr. 3.4). V tab. 7.9 se uvádějí číselné hodnoty pro vstupy a výstupy energie u vysoké pece při pouţití injektáţe uhlí a rekuperace vysokotlakého kychtového plynu, při výrobě elektřiny. Tab. 7.9: Příklad energetických vstupů a výstupů u vysoké pece s vysokotlakým kychtovým plynem za pouţití injektáţe uhlí a rekuperace kychtového plynu /InfoMil, 1997/ Zdroj energie Vstup - Koks - Práškové uhlí - Horký vítr z ohřívačů - Elektřina - Celkem (zhruba) Výstup - Elektřina - Vysokopecní plyn Měrná energie (GJ/t surového ţeleza) 12,4 1,63 4,52 0,12 18,67 0,35 5,15 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 191

220 Kapitola 7 vysoké pece Mnohé závody s dostatečným tlakem kychtového plynu (> 1,5 baru) a dostatečným tlakovým spádem jsou vhodné pro instalaci expansních turbin pro rekuperaci energie z tlaku kychtového plynu. Díky zdokonaleným pochodům, specifická spotřeba uhlí v Evropě v posledních 30 letech výrazně poklesla. Směřování k přímé injektáţi redukčních činidel bude pravděpodobně znamenat další pokles specifické spotřeby koksu. Přímá injektáţ redukčních činidel do vysoké pece nahradí pouţívání koksu, tedy se uspoří energie vloţená do jeho výroby. Mnohé evropské vysoké pece také vyuţívají namísto injektáţe uhlí spíše injektáţe oleje. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 192

221 Kapitola 7 vysoké pece 7.3 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT Opatření integrovaná do procesu (PI) PI. 1 Přímá injektáţ redukčních činidel PI. 2 Rekuperace energie z vysokopecního plynu PI. 3 Rekuperace energie z tlaku kychtového plynu PI. 4 Energetické úspory u ohřívačů větru PI. 5 Pouţití bezdehtové vyzdívky ţlabů Techniky koncového čištění (end of pipe - EP) EP. 1 Úprava vysokopecního plynu EP. 2 Odprášení odpichových otvorů a licích ţlabů EP. 3 Potlačení kouřových plynů během odlévání EP. 4 Hydrocyklonace vysokopecního kalu EP. 5 Úprava a opětné vyuţití vypírací vody EP. 6 Kondenzace kouřových plynů z granulace strusky Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 193

222 Kapitola 7 vysoké pece PI. 1 Přímá injektáž redukčních činidel Popis: Přímá injektáţ redukčních činidel znamená, ţe část koksu se nahradí jiným zdrojem uhlovodíků a ten se injektuje do pece v úrovni výfučen. Tyto uhlovodíky mohou být ve formě těţkého topného oleje, olejových zbytků, zrnitého nebo práškového uhlí, zemního plynu nebo odpadních plastů. V současné době se přímo injektuje práškové uhlí a olej. Tato technika sniţuje potřebu koksu, celkové znečištění a sniţuje potřebu energie. Je třeba zdůraznit, ţe ve vysoké peci je stále nezbytné určité mnoţství koksu, aby se umoţnila vlastní vysokopecní operace. Koks poskytuje potřebnou nosnou kapacitu k udrţení vsázky vysoké pece a zajišťuje plynu dostatečnou prostupnost. Teoretické maximum pro injektáţ uhlí v úrovni výfučen je 270 kg/t surového ţeleza. Tato mez se stanovila podle nosné kapacity koksu a termochemických podmínek v peci. Injektáţ uhlovodíků výfučnami vyţaduje přídavnou injektáţ kyslíku (úměrnou zvýšenému podílu injektovaných uhlovodíků výfučnou ), aby se dosáhlo poţadovaných teplot uvnitř samotné pece. S vysokými podíly injektáţe výfučnami se získaly jen malé zkušenosti (a tedy i se zvýšenými hladinami kyslíku) a zde se mezi jinými záleţitostmi také stává důleţitějším problémem bezpečnost. Druh uhlí a dopad injektáţe uhlí na jakost surového ţeleza také ovlivňuje výši maximálního zaváděného podílu /Campbell, 1992 : InfoMil, 1997/. Tab.7.10: Porovnání zbytkové spotřeby koksu a celkové spotřeby uhlí při různých úrovních přímé injektáţe práškového uhlí druh podíl injektáţe (kg/t surového Fe) zbytkový podíl koksu (kg/t surového Fe) celková spotřeba uhlí (kg/t surového Fe) Ţádný Typický Nejlepší praxe * předpokládá se, ţe z 1,25 kg uhlí se vyrobí l kg koksu. Hlavní dosaţené úspory energie: Čisté energetické úspory při injektáţi uhlí byly vypočteny na 3,76 GJ/t injektovaného uhlí. Při podílu injektáţe 180 kg/t surového ţeleza, činí energetické úspory 0,68 GJ/t surového ţeleza nebo 3,6 % hrubé energetické spotřeby vysoké pece (viz tab.7.9). Tato úspora energie se dosahuje nepřímo jako důsledek sníţené spotřeby koksu. Vyšší vstupní podíl umoţní vyšší úspory energie. Přenos vlivů prostředím: Přímá injektáţ redukčních činidel sniţuje potřebu výroby koksu. Tedy se zamezí emisím z koksoven. Na kaţdé kg injektovaného uhlí se obejdeme přibliţně bez 0,85-0,95 kg vyrobeného koksu. Pouţitelnost: Přímá injektáţ redukčních činidel se dá pouţít jak na nové, tak stávající vysoké pece. Je nutno poznamenat, ţe toto opatření jako integrovaná součást výroby se velmi těsně dotýká samotné vysokopecní operace a výsledné stability a jakosti surového ţeleza a strusky. Referenční závody: Injektáţ uhlí nebo oleje do vysokých pecí je technikou nyní široce pouţívanou v Evropě i na celém světě (např. injektáţ uhlí do vysokých pecí v Hoogovens IJmuiden, NL- IJmuiden ; Sidmar, B-Gent; Thyssen AG, D-Duisburg a injektáţ oleje v British Steel, UK, Teeside; Voest Alpine, A-Linz,). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 194

223 Kapitola 7 vysoké pece Provozní údaje: V Hoogovens IJmuiden se injektuje práškové uhlí v komerčním měřítku. Standardní injektovaný podíl do vysoké pece č. 6 byl 170 kg uhlí /t taveniny kovu v roce 1993, ale testy vysoké pece se ukázaly jako úspěšné i při injektáţi 210 kg uhlí/t surového ţeleza s podílem koksu 270 kg/t surového ţeleza. Takové poměry se ale nezdají být moţné dlouhodobě. Měření indikovala, ţe méně neţ 1 % injektovaného uhlí uniká klenbou vysoké pece /Steeghs, 1994/. Při vysokých podílech injektovaného uhlí má pec tendenci k malé práci stěn a růstu odporu ve vysoké peci. To znamená, ţe pečlivá regulace rozdělení vsázek s nízkými podíly koksu a jemná vyrovnání mezi stěnou a středovým průtokem plynu jsou nezbytné /Steeghs, 1994/. Ekonomika: Existují ekonomické podněty pro vyuţívání vysokých podílů injektovaného uhlí, aby se dosáhlo větších úspor nákladů, zejména v závodech, které by jinak musely vloţit finanční prostředky, aby rekonstruovaly koksovací pece nebo musí nakupovat koks. Kromě toho injektáţ uhlí můţe umoţnit vyuţít druhy uhlí o niţší kvalitě ve srovnání s koksovatelnými druhy uhlí. To můţe sniţovat náklady také. Ve zprávě se uvádějí náklady v hodnotě 10 ECU (1996)/ GJ pro rok 1988 /InfoMil, 1997/. Campbell, (1992) uvádí, ţe náklady se uspoří následkem niţší spotřeby koksu. Kapitálové náklady na montáţ injektáţe uhlíku British Steel, UK- Port Talbot u vysoké pece č. 4 byly v roce 1997 asi 24 mil. ECU (včetně části určitého redukčního činidla z jiného místa) Odkaz na literaturu: /Campbell, 1992; Steeghs, 1994 ; InfoMil, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 195

224 Kapitola 7 vysoké pece PI. 2 Rekuperace energie z vysokopecního plynu Popis: Vzorová vysoká pec vyprodukuje přibliţně 1200 aţ 2000 Nm 3 vysokopecního plynu na tunu surového ţeleza.vysokopecní plyn obsahuje 20-28% oxidu uhelnatého (CO) a 1-5 % vodíku (viz tab. 7.3 a tab. 7.4). Tento CO se ve vysoké peci tvoří během oxidace uhlíku. Velká část oxidu uhelnatého se dále ve vysoké peci oxiduje na CO 2. Oxid uhelnatý a vodík představují potencionální zdroj energie a u všech vysokých pecí na světě se provádějí opatření k jeho rekuperaci. Proto se plyn z vysokopecní sazebny čistí a skladuje se v plynojemech pro další vyuţití jako palivo. S ohledem na nízký energetický obsah na Nm 3, se vysokopecní plyn často obohacuje koksárenským nebo zemním plynem a to ještě předtím, neţ se pouţije jako palivo. Hlavní dosaţená úspora energie: Energetický obsah vysokopecního plynu se pohybuje běţně v rozmezí od 2,7 do 4,0 MJ/Nm 3 v závislosti na jeho koncentraci CO. Je pouhými 10 % energetického obsahu zemního plynu. Ale díky velkému mnoţství vznikajícího vysokopecního plynu, je energetický potenciál dost vysoký. Pro vysokou pec vychází celkem asi 5 GJ/t surového ţeleza, coţ odpovídá 30% celkové hrubé energetické spotřeby vysoké pece. Pouţitelnost: Lze pouţít u nových i stávajících závodů. Přenosy dopadů prostředím: Čištění vysokopecního plynu je nevyhnutelné a následkem toho dochází k tvorbě odpadní vody a pevných odpadů. Referenční závody: Tento proces se aplikuje u mnoha nových i stávajících závodů na světě. Provozní údaje: Ţádné specifické provozní údaje se nevyţádaly. Ekonomika: Dochází k výrazné úspoře nákladů na základě úspor energie Odkazy na literaturu: nejsou k dispozici Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 196

225 Kapitola 7 vysoké pece PI. 3 Využití energie z tlaku kychtového plynu Popis: Vysoký tlak plynu v sazebně vysoké pece poskytuje ideální moţnost pro vyuţití energie z velkého objemu stlačeného kychtového plynu, která je v něm obsaţena. Energie se rekuperuje prostřednictvím expansní turbiny, která se instaluje za zařízením na čištění kychtového plynu. Hlavní dosaţené úspory energie: Mnoţství energie, které se můţe z přetlaku kychtového plynu rekuperovat závisí na jeho objemu, tlakovém gradientu a přípustné teplotě. Rekuperace energie tímto způsobem je realizovatelná, kdyţ má zařízení pro čištění vysokopecního plynu a distribuční síť nízkou tlakovou ztrátu. Tlak kychtového plynu v moderní vysoké peci je přibliţně 0,25-2,5 barů (l bar=75,007 cm Hg/ 0 ºC). Tlak vysokopecního plynu v hlavním sběrači je asi 0,05-0,1 bar. Část tlaku kychtového plynu se jiţ spotřebuje v zařízení na čištění plynu. Pro moderní vysokou pec s tlakem kychtového plynu 2 2,5 baru se uvádí vyrobená elektřina aţ do výše 15 MW. Úspory energie se pro 15 MW turbinu odhadují na 0,4 GJ/t surového ţeleza. Úspory obnášejí aţ 2 % z hrubé spotřeby energie vysoké pece. Pouţití rekuperace tlaku kychtového plynu vysoké pece je běţné ve vysokotlakých pecích. Pouţitelnost: Rekuperace tlaku kychtového plynu se můţe pouţít v nových a v některých případech i ve stávajících závodech, ačkoliv s většími těţkostmi a dodatečnými náklady. V nových závodech se turbina na kychtový plyn a zařízení na čištění vysokopecního plynu mohou přizpůsobit jeden druhému tak, aby se dosáhlo vysoké účinnosti jak vypírání, tak vyuţití energie. Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Lze konstatovat, ţe pouţití turbin vyţaduje průběţné čištění vysokopecního plynu. Technické problémy způsobuje především vysoký obsah alkálií (koroze). Referenční závody: Rekuperace tlaku kychtového plynu se pouţívá na celém světě u moderních vysokých pecí s vysokým tlakem a objemem kychtového plynu. Provozní údaje: Provoz pracuje obvykle automaticky bez problémů. Mohou se vyuţívat axiální turbiny. Mají vyšší účinnost neţ radiální turbiny. Kritický bod nastane, kdyţ se musí turbina odstavit a tlakový spád se přenáší na zařízení pro čištění plynu. Vţdy jsou přijata speciální bezpečnostní opatření, aby se zabránilo škodám na zařízení k čištění plynu a /nebo hlavním sběrači. Ekonomika: Hlavním motivací pro montáţ turbíny pro rekuperaci tlaku kychtového plynu je ekonomická výhodnost. Přínos turbiny se zvyšuje s rostoucím objemem a tlakovým gradientem kychtového plynu a s rostoucími náklady na energii. V moderních vysokých pecích můţe činit doba návratnosti finančních prostředků méně neţ 3 roky, ale v závislosti na místních okolnostech a tlaku kychtového plynu to můţe být více neţ 10 let. Odkazy na literaturu: /Arimitsu, 1995 ; Fisher, 1988 ; Joksch, 1995; InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 197

226 Kapitola 7 vysoké pece PI. 4 Úspory energie v ohřívačích větru Popis: Ohřívače větru se vyhřívají vysokopecním plynem, (často obohaceným). Pro optimalizaci energetické efektivity ohřívačů větru je k dispozici několik technik : 1. Provoz ohřívačů větru ovládaný počítačem: zamezuje zbytečným přebytkům v dodávce energie nad skutečnou potřebu a minimalizuje mnoţství přidávaného obohaceného plynu (v případě, ţe se obohaceného plynu pouţívá) 2. Předehřev topného media ve spojení s isolací vedení studeného větru a spalin odpadního plynu: Značné teplo spalného plynu lze pouţít k předehřevu topného media, coţ závisí na účinnosti ohřívačů protoţe ta souvisí i s teplotou odpadního plynu; např. při teplotě odpadního plynu niţší neţ 250º C nemusí být moţnost rekuperace tepla technicko-ekonomicky atraktivní volbou. Výměník tepla obsahuje nejspíš z ekonomických důvodů okruh vyhřívaný olejem. V některých případech lze pouţít dodané teplo, např. teplo z chladiče aglomerátu, je-li v přijatelné vzdálenosti. Předehřáté topné medium sniţuje spotřebu energie. V závodech, které pouţívají obohacený vysokopecní plyn by předehřáté palivo mohlo znamenat, ţe obohacení nebude nadále nutné. 3. Zlepšení spalování pomocí vhodnějších hořáků 4. Rychlé měření O 2 a následná úprava podmínek spalování. Hlavní dosaţené úspory energie: Joksch (1995) uvádí následující energetické úspory : 1. Provoz ohřívače větru řízený pomocí počítače povede k zlepšení účinnosti ohřívače větru o více neţ 5 %, coţ se rovná přibliţně energetické úspoře 0,l GJ /t surového ţeleza. 2. Předehřívání topného media můţe vést k úsporám energie přibliţně 0,3 GJ/t surového ţeleza. 3./4. Dalších 0,04 GJ/t surového ţeleza se ušetří zlepšením spalování a úpravou podmínek spalování. Celkové moţné úspory energie při kombinaci technik jsou řádově 0,5 GJ/t vyrobeného surového ţeleza. Pouţitelnost: Lze pouţít jak na nové, tak stávající závody. Přenos vlivů prostředím: ţádné přenosy vlivů z prostředí do prostředí se neuvádějí /Joksch, 1995/. Mohlo by se spíš očekávat, ţe předehřev topného media a uváděný vzrůst teploty spalného plynu povede k větším emisím NOx z ohřívačů větru. Aplikace moderních hořáků můţe emise NOx sníţit. Referenční závody: Thyssen Stahl AG, D-Duisburg ; Vysoká pec č. 7, Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden; Sidmar, B-Gent ; Aceralia, E-Gijon ; Provozní údaje: nejsou k dispozici Ekonomika: Tato opatření by mohla být z ekonomického pohledu atraktivní, protoţe se sníţí spotřeba energie a tedy se ušetří finanční prostředky. Výhodnost závisí na mnoţství uspořené energie a na investičních a provozních nákladech daných opatření. Typické náklady na zařízení pro rekuperaci tepla jsou 6 mil. ECU(1997) na soustavu ohřívačů tj. na vysokou pec. Zavedení regulace pomocí počítače by mohlo v případě tří ohřívačů k vysoké peci vyţadovat stavbu čtvrtého ohřívače (pokud vůbec moţno), aby se maximalizovaly přínosy. Odkaz na literaturu: /Joksch, 1995/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 198

227 Kapitola 7 vysoké pece PI. 5 Použití bezdehtové vyzdívky licího žlabu Popis: Systém licího ţlabu v hale odlévání vysoké pece je tvořen ţáruvzdornou vnější vrstvou (např. betonem). Licí ţlaby jsou obezděny tepelně odolným materiálem, jehoţ podstatou je oxid hlinitý zakotvený v uhlíkové matrici. Černouhelná dehtová smola slouţí obvykle jako pojivo. Obloţení chrání vnější vrstvu proti teplu tekutého ţeleza a zejména tekuté strusky. Obloţení podléhá opotřebení a kaţdých pár týdnů se obnovuje. Kvalita uhlíkové matrice je významným faktorem v trvanlivosti vyzdívky licího ţlabu. Slabá matrice neudrţí oxid hlinitý a je příčinou, ţe se vyzdívka opotřebuje rychleji. Potřebná pevnost směsi se dosáhne pouze po ohřevu hořáky trvajícím několik hodin. Během ohřívání vznikají zejména emise uhlovodíků PAH z důvodu rozkladu dehtu. Menší mnoţství emisí nastává během odlévání strusky a surového ţeleza. Byl vyvinut nový typ obloţení licího ţlabu, který neobsahuje dehet a s úspěchem se pouţívá. S novou vyzdívkou ţlabu jsou emise těkavých organických látek (VOC) a polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH) mnohem niţší. Nový materiál je stejně odolný vůči strusce a trvanlivost můţe být rovněţ lepší neţ u tradičních vyzdívek licích ţlabů. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Tab ukazuje číselné hodnoty při sníţení emisí jako následek pouţití bezdehtových vyzdívek licích ţlabů. Vykázané hodnoty jsou odhady zaloţené na teoretickém modelu. Tab. 7.11: Emise z vyzdívky licích ţlabů /InfoMil, 1997/ Sloţka Tradiční obloţení licího ţlabu bezdehtové obloţení licího ţlabu sníţení emisí % VOC* PAH** 3,5 0,03 99 Legenda : * VOC=těkavé organické látky; ** PAH= polycyklické aromatické uhlovodíky Pouţitelnost: Principielně lze bezdehtovou vyzdívku licího ţlabu pouţít jak u nových, tak stávajících vysokých pecí. Přenos vlivů prostředím: Aplikace tohoto opatření má pozitivní vliv na zdraví zaměstnanců, protoţe jsou méně vystaveni škodlivým sloţkám. Ţádný přenos vlivů prostředím není znám. Referenční závod: Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden Provozní údaje: V Hoogovens IJmuiden se v současné době bezdehtové vyzdívky licích ţlabů vyuţívají bez problémů a dokonce mají delší trvanlivost. Ekonomika: údaje nejsou dostupné Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997 / Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 199

228 Kapitola 7 vysoké pece Techniky koncového čištění (EP) EP. 1 Úprava vysokopecního plynu. Popis: Vysokopecní plyn se musí čistit, aby splnil poţadavky na plyn zaváděný do sítě. Kdyţ vysokopecní plyn (nebo kychtový plyn) opouští vysokou pec obsahuje hmotné částice, kyanidy (HCN), amoniak (NH3) a sloučeniny síry (viz tab. 7.3 a tab. 7.4). Vysokopecní plyn se obvykle upravuje ve dvou stupních. V prvním stupni se odstraní hrubé hmotné částice pomocí suchého cyklonu, deflektoru atd. Takto zachycené hmotné částice mají vysoký obsah ţeleza a mohou se recyklovat do aglomeračního závodu (viz tab. 7.5). Ve druhém stupni se pomocí mokrých skrubrů odstraňují hmotné částice (včetně ZnO) a uhlíku (C), kyanidů a čpavku. Skrubry jsou speciálně projektované, překáţkového typu Venturi nebo s prstencovým uspořádáním otvorů. V některých případech se pouţívají mokré elektrostatické odlučovače. V moderních závodech se zvláštní pozornost věnuje tlakové ztrátě systému čištění plynu, protoţe vysoký tlakový spád má negativní dopad na energetickou efektivitu turbiny pro rekuperaci vysokotlakého kychtového plynu (viz PI.3). Proto je záměrem postavit systémy čištění plynu s nízkou tlakovou ztrátou a vysokou plynočistící účinností. Hlavní dosaţená úroveň emisí: Systémy čištění vysokopecního plynu jsou obvykle vysoce účinné, dosahují koncentrace hmotných částic v čistém plynu pod 10 mg/ Nm 3. Bylo dosaţeno rovněţ hodnot velmi nízkých aţ 1 mg/nm 3. Hmotné částice nezachycené v systému čištění plynu emitují nebo se spalují v místě spalování vysokopecního plynu. Tlaková ztráta závisí u systému čištění plynu na typu zařízení. Udává se, ţe ve dvou moderních systémech jsou tlakové ztráty mezi 0,07 a 0,14 baru. Tlakové ztráty u starších systémů se pohybují v rozmezí od 0,15 do 0,5 baru. Pouţitelnost: Vysoké pece na celém světě pouţívají systémy čištění vysokopecního plynu. V nových závodech se můţe vyuţít moderního systému s nízkou tlakovou ztrátou a nízkou spotřebou vody a energie. Mnohé staré vysoké pece jsou vybaveny skrubry starého typu. Tyto skrubry jsou schopny dosáhnout poţadavků na plyn zaváděný do sítě, ale mají velkou spotřebu vody a energie a relativně vysokou tlakovou ztrátu. Někdy je moţná náhrada skrubrů modernějším typem, ale mělo by se zvaţovat spojení s pouţitím turbiny pro vysokotlaký kychtový plyn. Přenos vlivů prostředím: je třeba uvést, ţe skrubry umoţňují tvorbu kontaminované odpadní vody. Hrubá spotřeba vody v systémech vysokých pecí je 0,1-3,5 m³ /t surového ţeleza (viz a tab.7.1). Suroviny s vyšším obsahem solí mohou potřebovat vyšší objemový průtok, aby došlo k vyčištění vysokopecního plynu. Vytvořený průtok vody obsahuje suspendované pevné látky (př. uhlík a těţké kovy (Zn, Pb)), kyanidové sloučeniny a čpavek. Odpadní voda se běţně upravuje vysráţením těţkých kovů a vzniká pevný odpad (kal). Tento vysokopecní kal obsahuje relativně vysoké koncentrace Zn a Pb (viz tab.7.6). To poškozuje recyklaci kalu do výrobního procesu. Zejména Zn je "jedem" pro vysokou pec. Některé závody proto pouţívají hydrocyklony, aby rozdělily proud kalu do dvou toků; jeden o nízkém obsahu Zn, který lze recykovat do aglomeračního závodu a druhý s vysokým obsahem Zn, který se můţe ukládat nebo zneškodnit (viz EP.4) Referenční závod: Úprava vysokopecního plynu se široce pouţívá u vysokých pecí na celém světě. Provozní údaje: nejsou k dispozici Ekonomika: není k dispozici Odkaz na literaturu: / Pazdej, 1995 ; InfoMil, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 200

229 Kapitola 7 vysoké pece EP. 2 Odprašování odpichových otvorů a licích žlabů Popis: Surové ţelezo a struska se odlévají z vysoké pece a procházejí licími ţlaby do pánve resp. do jednotky na zpracování strusky. Během odpichu a odlévání se tekutý kov dostává při průtoku ţlaby do styku s atmosférickým kyslíkem. Vzhledem k vysokým teplotám ( C), reaguje s kyslíkem a tvoří se oxidy ţeleza (např. Fe 2 O 3 ) tzv. hnědý kouř. Struska nereaguje s okolním vzdušným kyslíkem, protoţe většina jejích sloţek jiţ zoxidovala. Alkalické oxidy (např. Na 2 O a K 2 O) se však mohou ze strusky odpařovat za tvorby emisí hmotných částic. Obecně lze pro omezení emisí prachu z odlévání pouţít dva druhy opatření: 1. Překrytí licích ţlabů pohyblivými kryty 2. Odehnání kyslíku od odpichovaného horkého kovu pomocí dusíku. Tímto způsobem se zamezí tvorbě oxidů ţeleza (viz EP.3). Dosaţená úroveň hlavních emisí: Během odpichu dochází k tvorbě přibliţně g hmotných částic na tunu surového ţeleza, pokud se nepouţije ţádné odlučovací zařízení. Odsávání vzduchu nad licími ţlaby vede v podstatě k vyšší tvorbě hmotných částic následkem zvýšeného přístupu kyslíku. V případě překrytí licích ţlabů kryty a jímáním a zpracováním hmotných částic je nejvýznamnějším parametrem účinnost odloučení. Zvláštní pozornost by se měla věnovat zakrytí licích ţlabů. Kryty ţlabů by měly být těsně spojeny, aby se dosáhlo bezúnikového stavu. U odpichového otvoru je účinné odvádění vznikajících hmotných částic obtíţné vzhledem k prostoru potřebnému pro postup při proráţení odpichového otvoru a jeho ucpávání a vzhledem k přítomnosti okruţního větrovodu vysoké pece, který obsluhuje výfučny a okruhy vysoké pece ve výšce sedla. Obvykle je k účinné evakuaci hmotných částic, které se tvoří v sousedství odpichového otvor zapotřebí velmi značného proudu. Hlavní body k odsávání v hale odlévání jsou : - odpichový otvor - separátor strusky - nakloněný licí ţlab (při zaváţení torpédových pánví) Specifický průtok odsávaného plynu (odpadního plynu) je Nm 3 /t surového ţeleza. Při účinném jímání prachu a odlučovacím systému (např. pytlový filtr) lze dosáhnout měrné emise (emisního faktoru) méně neţ 10 g prachu /t surového ţeleza /InfoMil, 1997/. Za pouţití tkaninových filtrů se můţe dosáhnout účinnosti odloučení prachu aţ 99 %. Pouţitelnost: Zakrytí licích ţlabů a následné jímání a čištění lze pouţít u nových i stávajících závodů. Přenos vlivů prostředím: Aplikace jímání a úprava plynů potřebuje přídavnou energii pro výkonné sací ventilátory. Podle /InfoMil, 1997/ jde o propočtenou spotřebu energie cca 0,007 GJ/t surového ţeleza při roční výrobě surového ţeleza 3 mil.t ve vysoké peci - 7 při 864O provozních hodinách Zachycený prach má vysoký obsah ţeleza a můţe se recyklovat do aglomeračního závodu Referenční závod: jímání a úprava plynů : Vysoké pece-7, Hoogovens IJmuiden, NL IJmuiden ; vysoká pec A, Voest Alpine, A-Linz; Vysoká pec Schwelgern, Thyssen AG, D-Duisburg Provozní údaje: Popsaná technika se v praxi provozuje bez významných problémů. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 201

230 Kapitola 7 vysoké pece Ekonomika: U investic Hoogovens na systém tkaninového filtru, který upravuje Nm 3 /hod se uvádí výše 1-2,3 mil.ecu (1996). To zahrnuje pouze zařízení tkaninového filtru. Výdaje za zakrytování licího ţlabu a odsávání nejsou v této číselné hodnotě zahrnuty. Na provozní náklady lze počítat od 0,5 do 2,8 ECU (1996) /t surového ţeleza a odvozují se z roční výroby 3 mil.t surového ţeleza u VP-7 při 8640 provozních hodinách /InfoMil, 1997/. Náklady na instalování odprašovacího systému v jedné licí hale u British Steel, UK-Scunthorpe byly asi 4,0 mil. ECU (1997). Náklady na instalaci odprašovacího systému v licí hale u vysoké pece A, Voest-Alpine, A-Linz byly přibliţně 14,5 mil.ecu (1996). Provozní náklady (bez energie) jsou okolo 0,42 mil ECU/rok. Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 202

231 Kapitola 7 vysoké pece EP. 3 Potlačování prachu během odlévání Popis: V EP. 2 se popisují konvenční odprašovací systémy pro emise z licí haly. Tyto systémy jsou poměrně sloţité a nákladné. Nové přístupy předcházejí reakcím taveniny ţeleza s atmosférickým kyslíkem za tvorby hnědého kouře (potlačení kouřových plynů). Proto je uzavřena celá transportní trasa horké kovové taveniny od odpichového otvoru přes různé větvení a uzly přenosu na torpédovou pánev a to pomocí pečlivě projektovaných a postavených clon: prostor mezi taveninou kovu a kryty se udrţuje co nejmenší a plní se dusíkem (inertní plyn). V integrovaných hutních podnicích se můţe k tomuto účelu pouţít dusík získaný při výrobě kyslíku ze vzduchu. Tato nová metoda vylučuje předchozí nezbytná zařízení a provoz sloţitých a drahých odsávacích a filtračních systémů a vede tak ke značným úsporám nákladů. Náklady na recyklaci odfiltrovaného prachu se uspoří také. U odpichového otvoru je systém odsávání nezbytný. Obr ukazuje mnoţství prachu vytvořeného během zaváţení horké kovové taveniny bez potlačení vzniku prachu a s ním.tato čísla jsou asi 100x niţší, kdyţ se pouţije inertizace dusíkem. Dosaţené úrovně hlavních emisí: Během konvenčního odlévání se tvoří 0,4-1,5 kg prachu/t surového ţeleza (tab. 7.1). Toto mnoţství se potlačením prašnosti sníţí asi na 0,012 kg prachu/t surového ţeleza /de Haas, 1997/. Obr ukazuje vliv potlačení prachu během zaváţení taveniny do torpédové pánve. Obr. 7.11: Tvorba prachu při přelévání taveniny horkého kovu (do torpédových pánví) za pouţití inertizace dusíkem, či bez něho v závislosti na průtoku surového ţeleza /de Haas, 1997/ Pouţitelnost: Lze pouţít jak u nových, tak stávajících závodů. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 203

232 Kapitola 7 vysoké pece Obr. 7.12: Zaváţení horké kovové taveniny do torpédové pánve při potlačení prachu inertním plynem /Haas, 1997/ Přenos vlivů prostředím: Pokud se systém porovná s konvenčními systémy odprašování, (popsanými v EP. 2), neexistují ţádné relevantní přenosy vlivů z prostředí do prostředí. Referenční závody: Ve Stahlwerke Bremen, D-Bremen je tato technika potlačení prašnosti v provozu od roku Provozní údaje: Zkušenosti s potlačením prachu ve Stahlwerke Bremen poukazují na konstantní provozní podmínky bez relevantních problémů. Ekonomika: Na obr je graficky je znázorněno porovnání nákladů. Nová technika potlačení prachu je výrazně levnější. Zařízení ve Stahlwerke Bremen s výrobou 3 Mt surového ţeleza/rok potřebovala investici 6,8 mil. ECU (1996) včetně potlačení prachu a odprášení odpichového otvoru s následnou aplikací pytlového filtru. Náklady na energii jsou okolo EURO/rok a na údrţbu asi EURO/r, coţ je také mnohem méně ve srovnání s konvenčními systémy. Náklady na dusík však mohou kolísat v závislosti na místních podmínkách. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 204

233 Kapitola 7 vysoké pece Obr. 7.13: Zařízení ve Stahlwerke Bremen s výrobou 3 mil.t surového ţeleza/rok a potřebné investice 6,8 mil.ecu (1996) včetně potlačení prachu a odprašování odpichového otvoru s následným pytlovým lapačem /de Haas, 1997/ Odkaz na literaturu: /Grützmacher, 1991; de Haas, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 205

234 Kapitola 7 vysoké pece EP. 4 Hydrocyklonace vysokopecního kalu Popis: Kychtový plyn vysoké pece obsahuje velké mnoţství hmotných částic (7-40 kg/t surového ţeleza-viz tab 7.3). Velká část těchto hmotných částic se odstraňuje v prvním suchém stupni systému plynočistírny vysokopecního plynu. Tato část obsahuje hlavně relativně hrubý materiál s vysokým obsahem ţeleza a uhlíku a recykluje se do aglomeračního závodu. Zůstatek (1-10 kg/t surového Fe) se vypírá z vysokopecního plynu v mokrých skrubrech. Po vysráţení se vytvoří 3-5 kg kalu /t surového ţeleza. Tento kal má relativně vysoký obsah Zn. To je překáţkou k jeho opětnému vyuţití v aglomeračních závodech. Pomocí hydrocyklonace kalu se můţe z celkového mnoţství vydělit kal bohatý na zinek a kal na zinek chudý. Zn je přítomen hlavně ve formě oxidu zinečnatého ZnO, který se objevuje jako velmi malé částečky (viz ). Hydrocyklonace tyto malé částečky koncentruje na přepadu, zatímco frakce na zinek chudá se odvádí z cyklonů spodním proudem. Je třeba poznamenat, ţe účinnost hydrocyklonace je závislá na charakteristice kalu. Kal ze spodního proudu se opětně vyuţívá v aglomeračním závodě. Je nutno si uvědomit, ţe na toto opětné vyuţití by se mělo pohlíţet se zřetelem k celkovému vstupu Zn do vysoké pece. Kal bohatý na Zn z přepadu se skladuje v očekávání budoucích moţností jeho zpracování, nebo se ukládá na skládku. Dodatečné problémy mohou nastat z radioaktivity sloţek, které zůstávají především v jemné frakci. Dosaţená úroveň hlavních emisí: V tab jsou uvedeny obsahy Zn a Pb v kalech. Tab. 7.12: Příklad obsahu zinku z vypírání kalu vysoké pece /Pazdej, 1995; InfoMil, 1997/ Specifické Obsah Zn Váha sušiny Úprava mnoţství kalu (kg/t sur.fe) (%) (%) Neupravený kal 1,0-9,7 0,1-2,5 100 Hydrocyklonace Přepad z hydrocyklonu 0,2-2, Skladováno na rezervní deponii nebo se ukládá na Spodní výtok z hydrocyklonu skládku 0,8-7,8 0,2-0, Recykluje se do aglomeračních závodů Pouţitelnost: Hydrocyklonaci lze pouţít v nových i stávajících závodech jako koncovou čistící technologii, kdykoliv se pouţije mokrého odprašování a tam, kde rozdělení zrnitosti umoţňuje reálnou separaci. Přenos vlivů prostředím: Pro provozu cyklonů je potřeba zanedbatelné mnoţství energie Referenční závod: Hoogovens IJmuiden, NL IJmuiden ; Thyssen AG, D- Duisburg Provozní údaje : Systém se provozuje bez problémů. Ekonomika: UBA Rentz, 1996 uvádí, ţe investiční náklad na třístupňové zařízení o kapacitě t/rok je 2 mil. ECU (1994) a provozní náklad je 25 ECU/t. Odkaz na literaturu: / Pazdej, 1995 ; UBA Rentz, 1996/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 206

235 Kapitola 7 vysoké pece EP. 5 Úprava a recyklace vypírací vody Popis: Vysokopecní plyn se běţně čistí ve specielně projektovaných skrubrech s přepáţkami, nebo ve Venturiho pračkách či skrubrech s prstencovitě uspořádanými mezerami (viz také EP.1). Tvoří se proud kontaminované vody, která obsahuje suspendované částice (1-10 kg/t surového Fe; včetně (těţkých) kovů), kyanidy a fenoly. Mohou se přijmout opatření k minimalizaci znečištění vypouštěného do vody a k minimalizaci spotřeby vody. K vypírání znečišťujících látek z vysokopecního plynu je třeba asi 0,3-4,0 litry vody/nm 3. Toto číslo odpovídá hrubé spotřebě vody 0,4-8 m 3 /t surového ţeleza. Velkou část této vody lze upravit a recyklovat. Úprava se běţně provádí v usazovacích nádrţích s cirkulací (dorech). Sedimentační schopnosti kalu se velmi často zlepšují dávkováním flokulačních činidel (aniontové polyelektrolyty, směsné polymery nebo aktivované kyseliny křemičité) nebo na kal se pojícími rostlinami. Pozornost se musí věnovat hodnotě ph a tvrdosti vody. Provozní údaje ze 7 německých závodů na zpracování kalů lze vidět v tab Tab.7.13: Provozní údaje ze 7 německých závodů zpracovávajících kal z mokré úpravy vysokopecního plynu /Theobald, 1988/ Závod č. objemový průtok VP plynu tis. Nm³ průtok vody obsah suspendovaných pevných látek Flokulační činidlo m ³/h před úpravou po dávka /h úpravě druh Aktivovaná 375 kys. Křemičitá směsný polymer Aktivovaná kys. Křemičitá Obsah vody spotřeba elektřiny v kalu % kwh/1000 mg/l m³ , , Dtto Aniontový 0, ,5 Polyelektroly t Dtto 0, , Směsný Polymer V závislosti na provozních podmínkách u vysoké pece, můţe být zapotřebí odstranit kyanidy zejména během odkalování. To se nicméně provádí hlavně přídavkem formaldehydu do vodního okruhu (obr. 7.14). Dostupné zkušenosti uvádějí, ţe : - optimální ph je mezi reakce neprobíhá při ph pod 7 - glykonitril se rozkládá při ph nad 10 na kyanid a formaldehyd Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 207

236 Kapitola 7 vysoké pece Obr. 7.14: Příklad postupu při úpravě kyanidů z okruhu vypírací vody u vysokých pecí /Theobald, 1997/ Kal z vysráţení jemných částic má relativně vysoký obsah Zn (viz tab. 7.6) a můţe se upravit pomocí hydrocyklonu (viz také EP.4). V Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden se chystají zavést nový koncept úpravy odpadní vody, který by měl být v provozu od roku Skládá se z kombinované úpravy odpadní vody z koksovny, vysokých pecí a z jemných praček v závodě výroby pelet se systémem aktivovaného kalu s předběţnou denitrifikací a nitrifikací, aby se dosáhlo minimalizace CHSK a emisí sloučenin dusíku. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Vysoká účinnost recyklace vypírací vody můţe dosáhnout na přepadu pouhých 0,1 m³/t surového Fe. Tato voda se odstraňuje ze systému s vysokopecním kalem a můţe podstoupit další úpravu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 208

237 Kapitola 7 vysoké pece Pouţitelnost: Úpravy a recyklace vypírací vody se můţe pouţít jak v nových, tak stávajících závodech. Moderní závody mají výraznou výhodu, protoţe se zařízení můţe vyprojektovat s efektivním vodním okruhem. Obsah solí ve vypírací vodě ovlivňuje podíl recyklace. Je však moţné vybudovat efektivní vodní okruh i u starších závodů Tab. 7.14: Příklad odpadní vody vypouštěné z okruhu vypírání vodou po úpravě vysokopecního plynu /InfoMil, 1997/ Parametr jednotka prům. hodnota jednotka emisní faktor průtok m 3 /d 3387 m 3 /t sur. Fe 0,23 CHSK mg/l 51 g/t sur. Fe 11,7 CN -* mg/l 0,7 g/t sur. Fe 0,06 N-Kjeldahl met. mg/l 133 g/t sur. Fe 30 Sirníky (H 2 S) mg/l 2,2 g/t sur. Fe 0,5 Suspend. látky mg/l 16,1 g/t sur. Fe 3,7 Zn µg/l 1051 mg/t sur. Fe 242 Cu µg/l 12,7 mg/t sur. Fe 3,0 Cr µg/l 33,4 mg/t sur. Fe 7,6 Cd µg/l 0 mg/t sur. Fe 0 Ni µg/l 39 mg/t sur. Fe 8,9 Pb µg/l 89 mg/t sur. Fe 18,3 Hg µg/l < 0,1 mg/t sur. Fe 0.02 As µg/l 5,7 mg/t sur. Fe 1,3 PAH-EPA met. µg/l 3,1 mg/t sur. Fe 0,71 Pozn. * volné kyanidy; hodnoty jsou převzaté z /Weigel, 1998/ Přenos vlivů prostředím: Pokud má docházet k recirkulaci velkých mnoţství vody, musí se pouţít efektivního systému úpravy vody. Jinak budou nastávat provozní problémy se skrubry (zanášení, atd.) a účinnost vypírání bude klesat. Úpravou vody a recyklací se tvoří kal (bohatý na Zn). Malý přepad okruhu je nutný, aby se zamezilo hromadění minerálních solí. Pro recyklaci vypírací vody je třeba značného mnoţství energie (viz tab. 7.13). Kromě toho se musí počítat s dávkováním flokulačních činidel. Referenční závod: Krupp Hoesch Stahl, D-Dortmund; Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden. Ekonomika: Celkové investice pro úpravu odpadní vody vysoké pece v Hoogovens IJmuiden se uvádějí ve výši přibliţně 18 mil. ECU (1996). Úprava odpadní vody zahrnuje odloučení suspendovaných částic (ve dvou stupních) a úpravu ph. Provozní náklady se neudávají. Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997; Theobald, 1997 ; Theobald 1988/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 209

238 Kapitola 7 vysoké pece EP. 6 Kondenzace výparů ze zpracování strusky Popis: Jak byla učiněna zmínka v kap , dochází při zpracování strusky k emisím sirovodíku a oxidu siřičitého. To můţe vést k problémům se zápachem. Aby se tento problém vyřešil, provozují některé granulační závody kondenzaci výparů (obr.7.15) Kondenzát a voda z odvodněné strusky po ochlazení cirkulují. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Při kondenzaci kouřových výparů jsou emise sirovodíku niţší neţ 10 g H 2 S/t vyrobeného surového ţeleza. Podle tab. 7.2 lze dosáhnout emise aţ 1 g H 2 S /t surového ţeleza. Pouţitelnost: Lze pouţít jak u nových, tak stávajících závodů. Přenos vlivů prostředím: Chlazení cirkulované vody potřebuje značné mnoţství energie. Výroba energie samotná je velmi často spojena s emisemi síry. Během kondenzace kouřových výparů je absolutní mnoţství zůstatkové síry relativně malé a můţe se připojit k mnoţství emitovanému během výroby energie. Obr. 7.15: Granulace vysokopecní strusky s kondenzací kouřových výparů /Poth, 1985/ Referenční závody: Několik závodů granulace strusky v Německu je vybaveno systémem kondenzace kouřových výparů, např. u Thyssen AG, D-Duisburg Ekonomika: není k dispozici Odkaz na literaturu: není k dispozici Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 210

239 Kapitola 7 vysoké pece 7.4 Závěry Pro pochopení této kapitoly a jejího obsahu se pozornost čtenáře obrací zpět k předmluvě tohoto dokumentu a zejména 5. části předmluvy : "Jak pochopit a pouţít tento dokument". Techniky a s nimi spojené úrovně emisí a/nebo spotřeb, nebo rozmezí hodnot, předloţených v této kapitole se posuzovalo pomocí opakujícího se procesu při zařazení následujících kroků : - identifikace klíčových problémů odvětví při jeho působení na ţivotní prostředí: pro vysoké pece je to regulace vysokopecního plynu, jeho úprava a vyuţití, kouřové výpary z odlévání a úpravy strusky - zkoumání technik, které jsou nejrelevantnější pro řešení těchto klíčových výstupů - identifikace úrovní nejlepšího provozování závodu ve vztahu k ţivotnímu prostředí na základě údajů dostupných z EU a celého světa - prověření podmínek, za kterých se tyto úrovně výkonů dosahovaly; t.j. např.jaké byly náklady, přenosy vlivů z prostředí do prostředí, hlavní motivace pro prosazování realizace těchto technik - volba nejlepších dostupných technik (BAT) a doprovodné úrovně emisí a/nebo spotřeb pro tento sektor v obecném smyslu vše podle článku 2, odstavce 11 a Přílohy IV Směrnice (96/61/EC) Expertní posouzení Evropskou kanceláří pro IPPC a odpovídající technickou pracovní skupinou hrálo klíčovou úlohu při kaţdém z těchto kroků a ve způsobu, jakým se zde informace předkládají. Na základě takového posouzení se v této kapitole představují techniky a pokud moţno s nimi spojené emise a spotřeby, které se povaţují za vhodné pro sektor jako celek a v mnoha případech odráţejí současné výkony některých zařízení v rámci sektoru. Kde se uvádějí úrovně emisí a spotřeb ve spojitosti s nejlepšími dostupnými technikami, je třeba to chápat jako mínění, ţe tyto úrovně představují působení provozů na ţivotní prostředí, které by se mohly předjímat jako následek pouţití popsaných technik v tomto odvětví, při zohlednění vyváţenosti nákladů a výhod tkvících v definici " BAT ". Ale nejsou to ani hodnoty emisních limitů ani spotřeb a neměly se takto chápat! V některých případech můţe být snad technicky moţné dosáhnout lepších úrovní emisí nebo spotřeb, ale následkem započtených nákladů nebo přenosu vlivů z jednoho prostředí do druhého je nelze povaţovat za přiměřené BAT pro tento sektor jako celek. Takové úrovně se ale mohou povaţovat za oprávněné ve specifičtějších případech, kdy je k tomu zvláštní motivační důvod. Pojem " úrovně spojené s BAT" jiţ popsaný, se musí odlišit od termínu " dosaţitelná úroveň" uţívaný v tomto dokumentu kdekoliv. Tam, kde se úroveň popisuje jako "dosaţitelná" při pouţití dotyčné techniky nebo kombinace technik, by se to mělo chápat jako mínění, ţe snad lze očekávat, ţe ji lze bude dosáhnout za reálné časové období při dobře udrţovaném a dobře provozovaném zařízení nebo pochodu za pouţití těchto technik. Tam, kde byly k dispozici údaje týkající se nákladů, byly uvedeny společně s popisem techniky uvedené v předchozí kapitole. Ty poskytují hrubý nástin o velikosti započtených nákladů. Ale skutečné náklady na aplikaci techniky budou velmi záviset na specifické situaci zohledňující např. poplatky, pokuty a technické charakteristiky dotyčných zařízení. Není moţné v tomto dokumentu hodnotit takové místně-specifické faktory vyčerpávajícím způsobem. Tam, kde se údaje, týkající se nákladů neuvádějí, jsou závěry o ekonomické realizovatelnosti technik vyvozeny z průzkumů stávajících zařízeních. Je záměrem, aby se obecné BAT z této kapitoly mohly pouţít k posouzení současného provozování stávajících zařízení nebo pro posouzení návrhu na zařízení nové a tudíţ napomáhat při určování vhodných podmínek na základě BAT pro určité zařízení. Předpokládá se, ţe nová zařízení by se mohla projektovat tak, aby se provozovala při stejných, nebo dokonce lepších úrovních, neţ obecné BAT předloţené tady. Uvaţuje se také, ţe mnohá ze stávajících zařízení, jak lze oprávněně očekávat by se mohla přiblíţit k úrovním obecných BAT nebo dospět k lepším. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 211

240 Kapitola 7 vysoké pece Zatímco referenční dokumenty BREF nejsou právně závaznou normou, jsou pojaty tak, aby poskytly informace pro orientaci/vodítko průmyslu, členským státům a veřejnosti o hladinách emisí a spotřeb, které je moţno dosáhnout, pouţijí-li se specifikované techniky. Přiměřené hodnoty limitů pro jakýkoliv specifický případ bude třeba stanovit s přihlédnutím k cílům Směrnice IPPC a místním podmínkám.. Za BAT pro vysoké pece se povaţují následující techniky nebo jejich kombinace: Pořadí priorit a výběru technik se bude lišit podle místních okolností. Jakákoliv další technika nebo kombinace technik, která by dosáhla stejných nebo lepších výsledků nebo účinnosti se můţe vzít rovněţ v úvahu; takové techniky mohou být předmětem vývoje nebo právě objevené nebo jsou jiţ k dispozici, ale nejsou uvedeny ani popsány v tomto dokumentu. 1. Rekuperace vysokopecního plynu; 2. Přímá injektáţ redukčních činidel, např. injektáţ práškového uhlí v mnoţství 180 kg na 1t surového ţeleza se jiţ odzkoušela, mohou být moţné i vyšší podíly injektáţe 3. Rekuperace energie tlaku kychtového plynu, kde jsou k tomu nezbytné předpoklady. 4. Ohřívače větru : mohlo by se dosáhnout: - koncentrace prachu 10 mg/nm³ a NOx 350 mg/nm³ ( při obsahu kyslíku 3%) - úspor energie tam, kde to projekt umoţňuje 5. Pouţití bezdehtové vyzdívky licích ţlabů 6. Úprava vysokopecního plynu účinným odprášením Hrubé hmotné částice se přednostně odstraní pomocí suchých odlučovacích technik (např. cyklony) a měly by se recyklovat. Následně se odstraní jemné hmotné částice pomocí : - skrubru nebo - mokrého elektrostatického odlučovače, nebo - jakékoliv další techniky dosahující stejné účinnosti odloučení Je moţná zbytková koncentrace hmotných částic pod 10 mg/nm³. 7. Odprašování licí haly (odpichových otvorů, licích ţlabů, odstruskovačů, místa zaváţení torpédové pánve). Emise by se měly minimalizovat zakrytím licích ţlabů a odsáváním uváděných emisních zdrojů a čištěním pomocí tkaninové filtrace nebo elektrostatickým odlučováním. Lze dosáhnout koncentrace emisí prachu v rozmezí 1-15 mg/nm³, pokud jde o fugitivní emise, mohlo by se dosáhnout rozmezí 5-15 g prachu/t surového ţeleza; proto je účinnost zachycení kouře a výparů důleţitá. Potlačení kouřových výparů pomocí dusíku (za zvláštních okolností, tj. tam, kde to projekt licí haly umoţňuje a je k dispozici dusík) 8. Úprava odpadní vody z vypírání vysokopecního plynu : a. opětné vyuţití vypírací vody v maximální moţné míře b. koagulace /sedimentace suspendovaných částic (lze dosáhnout výše zbytkových suspendovaných částice ve výši 20 mg/l jako ročního průměru, jednotlivé denní hodnoty mohou být aţ 50 mg/l) c. hydrocyklonace kalu s následným opětným vyuţitím hrubé frakce, pokud rozdělení velikosti zrn umoţňuje racionální separaci 9. Minimalizace emisí z úpravy strusky a ukládání strusky na skládku Úprava strusky především pomocí granulace tam, kde to podmínky trhu umoţňují. Kondenzace kouřových výparů, pokud je třeba sníţit zápach. Kdekoliv se produkuje jámová struska, tam by se mělo minimalizovat zesílené chlazení vodou nebo se mu vyhnout, kde je to moţné a kde to prostorová omezení umoţňují. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 212

241 Kapitola 7 vysoké pece 10. Minimalizace pevných odpadů /vedlejších produktů U pevných odpadů se za BAT povaţují následující techniky v sestupném pořadí priorit : a. Minimalizace vzniku pevných odpadů b. Účinné vyuţití (recyklace nebo opětné vyuţití) pevných odpadů/vedlejších produktů; zejména recyklace hrubého prachu z úpravy vysokopecního plynu a prachu z odprašování licí haly, úplné vyuţití strusky (např. v průmyslu výroby cementu, nebo silničním stavitelství) c. Regulovaná likvidace nevyhnutelných odpadů / vedlejších produktů (jemná frakce kalu z úpravy vysokopecního plynu, část stavebních sutin ) V zásadě lze techniky vyjmenované v bodech 1-10 pouţít na nová i stávající zařízení, pokud jsou splněny zmiňované nezbytné předpoklady a zohlední se předmluva. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 213

242 Kapitola 7 vysoké pece 7.5 Techniky právě objevené (vyvíjené) a budoucí vývoj Ačkoliv je vysokopecní proces hlavním pochodem výroby ţeleza, vyvíjí se několik dalších způsobů a jedna technika se jiţ provozuje komerčně (Corex). Tyto, tak zvané techniky "redukčního tavení " vyuţívají pravidelně uhlí na místo koksu jako hlavního paliva. Některé z nových technik také nahrazují pelety a aglomerát práškovitou ţeleznou rudou. Jestliţe tyto techniky prokáţí, ţe jsou spolehlivými vysoce kvalitními a levnými jednotkami primární výroby ţeleza, změní se dramaticky pohled na primární výrobu ţeleza. Tyto alternativní technologie se dále popisují podrobněji. Nicméně vysoká pec je pro výrobu surového ţeleza stále dominantní jednotkou s několika sty jednotkami v provozu po celém světě. Vysoká pec má dlouhou historii a moderní vysoké pece jsou vysoce efektivní a energeticky dobře fungující reaktory. Injektáţ uhlíku v úrovni výfučen je novým impulsem zavedeným do provozní vysokopecní praxe a boj proti technikám redukčního tavení není ještě ztracen. Jako příklad budoucích moţností pro vysokopecní provoz lze uvést vývoj oxy-uhelných technik. Oxy- techniky s uhlím Popis: Injektáţ uhlí má tendenci sniţovat průběţné teploty a pokud se nepřijmou protiopatření, klesá při vyšších podílech injektáţe uhlí účinnost spalování a zpracování. Aby se umoţnilo udrţování náleţitých průběţných podmínek na podporu efektivního vyuţití uhlí a nahrazení koksu, je nutné pracovat buď při progresivně vyšších teplotách dmýchaného větru nebo s vyšší hladinou obohacení větru kyslíkem, kdyţ injektované podíly uhlí rostou. Konvenční teplo větru v regeneračních ohřívácích je omezeno konstrukčními podmínkami na teploty okolo 1200 C, které by samy umoţnily injektáţ uhlí aţ do 150 kg/t surového ţeleza. Pro zvýšení podílu injektovaného uhlí se mohou pouţít dvě metody : 1. Vyšší teploty větru za pouţití plasmového přehřívání větru, elektricky podporovaného. To je ekonomicky proveditelné pouze v místech, kde je dostupná levná elektřina. Ve Francii se uskutečnily zkoušky, protoţe je zde elektřina levná díky nukleární výrobě. 2. Přidávání kyslíku do větru (dmýchaného vzduchu). Kyslík separovaný ze vzduchu v kyslíkárnách se můţe pouţít k obohacení větru před ohřívači nebo se můţe injektovat na úrovni výfučen s uhlím (oxy-uhelná injektáţ). Obohacení kyslíkem před ohřívači by mohlo vést k funkčním i bezpečnostním problémům a tedy se preferuje injektáţ kyslíku přes výfučny. Hlavní přínosy: Teoreticky můţe injektáţ uhlí dosahovat aţ 400 kg/t surového ţeleza, pokud se uţije více obohacený vítr. V tomto případě se můţe vítr obohatit přinejmenším 30 procenty kyslíku (51 % ve větru). Spotřeba koksu se můţe výrazně omezit ve srovnání se současnou úrovní spotřeby. Stav: Provedlo se odzkoušení procesu v pilotním závodu a zkoušky v komerčních vysokých pecích. Princip se jiţ ověřil. Experimenty se zaměřují na nejvyšší moţné vstupy při stabilním vysokopecním provozu a dostatečném zplynění uhlí. Odkaz na literaturu: /Campbell, 1992; Ponghis, 1993/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 214

243 Kapitola 7 vysoké pece Sníţení emisí CO z ohřívačů větru s vnitřní spalovací komorou Popis: V kapitole jsou popsány dva základní projekty ohřívačů (s vnitřní nebo vnější spalovací komorou). V případě vnitřní spalovací komory vznikají vysoké emise CO (viz ) jako následek úniků trhlinami v ţáruvzdorné vyzdívce. Takové úniky pravděpodobně nevyhnutelně povedou k emisím nespáleného plynu. Existuje však moţnost tyto úniky zmenšit při novém vyzdívání tím, ţe se vloţí pláty oceli o vhodné jakosti do stěn ţáruvzdorného obloţení. Dosaţené úrovně hlavních emisí: Dopady trhlin (vysoké emise CO) se mohou výrazně sníţit. Měření před a po vloţení ocelových plátů do ţáruvzdorné vyzdívky ještě nejsou k dispozici. Stav: Toto opatření se jiţ zavedlo u jedné integrované ocelárny v EU 15. Rekuperace tepla strusky Popis: Tekutá struska z vysoké pece obsahuje velké mnoţství značného tepla. Její teplota činí přibliţně 1450 C a v moderních vysokých pecích se jí produkuje okolo kg/t surové oceli. Ţádný z komerčně aplikovaných systémů ve světě neuţívá tento zdroj potenciální energie. Je to způsobeno hlavně technickými potíţemi při vývoji bezpečného, spolehlivého a energeticky efektivního systému, který kromě jiného, neovlivňuje jakost strusky. Úspory energie: Úspory se odhadují na cca 0,35 GJ/t surového ţeleza. Stav: Byly provedeny zkoušky, ale rekuperace tepla ze strusky se pravděpodobně v nejbliţší budoucnosti v komerčním měřítku praktikovat nebude. Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 215

244 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli 8 VÝROBA OCELI V KYSLÍKOVÝCH KONVERTORECH A ODLÉVÁNÍ Náhrada vzduchu kyslíkem při výrobě oceli byla původně navrţena Henry Bessemerem. Od roku 1950 se v ocelárnách kyslík vyuţíval bez ohledu na specifickou metodu výroby. Nezbytným předpokladem pro efektivní vyuţití nákladů u procesu kyslíkového konvertoru (BOF) v průmyslovém měřítku byla dostupnost potřebného mnoţství technicky čistého kyslíku, stejně jako technologie vodou chlazené trysky, která je nutná při dmýchání kyslíku do konvertoru. První zásaditá pec s dmýcháním kyslíku o výrobní velikosti (také nazývaná kyslíkový konvertor) byla postavena v Linci v roce Obr. 8.1 Kyslíkový konvertor v okamţiku zaváţení taveninou kovu. Následně proces kyslíkového konvertoru společně s elektrickou obloukovou pecí (EOP) nahradily méně energeticky efektivní stávající procesy výroby oceli jako je Thomasův proces, a SM pochod, (Besemer, Siemens-Martin). V EU byly poslední S-M pece vyřazeny z provozu na konci roku Tím pádem jsou dnes v EU k výrobě oceli pouze pochody v kyslíkovém konvertoru a elektrické obloukové peci. Procesy v kyslíkovém konvertoru pokrývají 2/3 výroby oceli a zbývající 1/3 pak obstarávají elektrické obloukové pece (týká se Evropské 15 v roce viz také obr.1.2). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 216 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

245 odsíření horké taveniny odstranění strusky zaváţka a odpich dmýchání kyslíku sekundární metalurgie kontinuální odlévání nebo do ingotů Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli 8.1 Pouţívané postupy a techniky Cílem kyslíkové výroby oceli je spálení (tj. oxidace) neţádoucích nečistot obsaţených v kovové vsázce. Hlavními prvky, které tudíţ přecházejí na oxidy jsou uhlík, křemík, mangan, fosfor a síra. Účelem tohoto oxidačního procesu tedy je : - sníţit obsah uhlíku na předepsanou úroveň ( z přibliţně 4% na méně neţ 1 %, ale často níţe) - upravit obsah potřebných cizích prvků - odstranit neţádoucí nečistoty v maximálně moţné míře Výroba oceli kyslíkovým pochodem je diskontinuální proces, který zahrnuje následující kroky : přepravu a skladování taveniny horkého kovu předúpravu taveniny horkého kovu (odsiřování) oxidaci v kyslíkovém konvertoru (oduhličení a oxidaci nečistot) úpravu sekundární metalurgií odlévání (kontinuální a/nebo do ingotů) Jednotlivé kroky a s nimi spojené emise jsou shrnuty na obr. 8.2 Obr. 8.2: Úseky indikující jednotlivé zdroje emisí u pochodu v kyslíkovém konvertoru spaliny zachycený spaliny plyn do sítě prach sací ventilátory a zachycování prachu spaliny sekundární odvětrávání a odprašování odprašování konvertorového plynu a jeho rekuperace nebo spalování na svíčce prach kal konvertorový tuhé tuhé plyn (CO + tuhé částice tuhé částice struska částice částice tuhé částicee+..) struska struska Horký kov váţení taveniny a přesun na pánev ocel odsiřovací procesní šrot kyslík činidlo činidla přísady přísady (ţelezná ruda) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 217 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

246 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Přeprava a skladování taveniny horkého kovu Tavenina kovu se dodává do ocelárny z vysoké pece pomocí přepravních vozů nebo torpédových pánví. Pánve jsou vyzděny korundem (Al 2 O 3 ), mulitem, bauxitem, nebo cihlami z dolomitu s přídavnou isolující mezivrstvou mezi ocelí a ţáruvzdorným materiálem. Torpédová pánev tvaru míchačky horké taveniny pohybující se po kolejích se stala převládajícím systémem. Směsná nádoba je na jedné straně podepřena a můţe se při vylévání svého obsahu otáčet. Torpédové pánve se obvykle projektují o kapacitě mezi 100 a 300 tunami, u největších jednotek dosahují aţ 400 tun. Projekt torpédové pánve minimalizuje tepelné ztráty. Skutečnost, ţe torpédová pánev zastává funkci míchačky horkého kovu, eliminuje potřebu zvláštního systému pro skladování horké taveniny. Ţivotnost torpédových pánví při normálním pouţívání se pohybuje mezi aţ tunami. Odsiřování v torpédové pánvi zkracuje cyklus jejího moţného vyuţívání mezi obnovami vyzdívky a vyţaduje speciální dohled při volbě ţáruvzdorných materiálů. I kdyţ dochází k přelévání do otevřené pánve, přechovává se horký kov v některých případech v míchačích. Jsou to otočné horizontální ocelové nádoby vyzděné ţáruvzdornou vyzdívkou. Slouţí k tomu, aby kompenzovaly výkyvy mezi výrobou vysoké pece a ocelárny, vyrovnávaly chemické sloţení u jednotlivých vysokopecních taveb a zajistily homogenní teploty. Kapacita moderních míchačů horkého kovu dosahuje aţ tun Předúprava taveniny kovu Klasická předúprava taveniny horkého kovu zahrnuje následující pochody : odsíření odfosforování odstraňování křemíku V Evropě se pouţívá při přípravě taveniny kovu pro kyslíkové konvertory obvykle pouze odsiřování. Odstraňování fosforu a křemíku ze vsázky zahrnuje nákladově a technicky dokonalý technologický proces, který se objeví v dohledné budoucnosti, aniţ by byl zárukou současných poţadavků. Zlepšená vysokopecní metalurgie a sníţené mnoţství zaváděné síry pomocí redukčních činidel má za následek niţší obsah síry v tavenině horkého kovu. Dnes specifikované koncentrace síry (mezi 0,001 a 0,020 %) pro vsázku do konvertoru se běţně upravují v zařízení na odsíření taveniny kovu, které je umístěno vně vysoké pece. Mimopecní odsíření také s sebou přináší přínos z hlediska ochrany ţivotního prostředí. Naproti vysokopecnímu pochodu tyto operace znamenají obvykle sníţenou spotřebu koksu a aglomerátu, menší výtěţek taveniny kovu a ocelárenské strusky, lepší kvalitu metalurgické strusky, delší dobu ţivotnosti ţáruvzdorné vyzdívky a niţší spotřebu kyslíku. Známá odsiřovací činidla obsahují látky nasycené karbidem vápenatým, louhem sodným, bezvodou sodou, vápnem a hořčíkem. Odsiřování sodou je zvláště nekomplikovaný proces následkem nízké tavící teploty, kdy se dosahuje snadné mísitelnosti produktu s horkou taveninou kovu. K nevýhodám patří nízká specifičnost a potřeba nalézt způsob, jak zneškodnit vznikající sodné strusky. Obsah síry v těchto struskách kolísá mezi 1 aţ 15 % a Na 2 O v nich obsaţený mezi 5 a 40 % v závislosti na pouţitém postupu. Recyklace sodné strusky se v závodě nepraktikuje s ohledem na její vysokou alkalitu. Nákladově efektivní alternativní recyklační metoda nebyla dodnes navrţena. Kdyţ se uloţí na skládku, rozkládá se siřičitan sodný za přítomnosti vody za vzniku roztoku hydroxidu sodného a sirovodíku. Vyuţití Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 218 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

247 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli bezvodé sody se omezilo. V omezeném rozsahu se můţe upotřebit malé mnoţství bezvodé sody během stahování strusky. Nejrozšířenější metoda odsiřování taveniny, které se dnes pouţívá v Evropě, je zaloţena na karbidu vápenatém, který dřívější sodný proces nahrazuje, s ohledem na likvidaci odpadu a důvodům zohledňujícím kvalitu ovzduší. Pouţití směsi karbidu vápenatého CaC 2, hořčíku a vápna umoţňuje, aby se tavenina kovu odsířila na výsledné hodnoty, pod 0,001 % bez ohledu na původní obsah síry. Nevýhody spočívají v dosti nízké efektivitě odsiřovacího činidla a potřebě intenzivního promíchávání odsiřovacího činidla s horkou taveninou. Jediným specifickým přínosem je, ţe procesem vzniká drobivá (rozpadavá) struska, která se můţe snadno odstraňovat. Pouţití hořčíku kromě karbidu vápenatého je asi tak běţné, jako pouţití karbidu vápníku samotného. Další odsiřovací činidla obsahují práškové vápno, vápno v kombinaci se zemním plynem a hořčíkem. Proces odsiřování se uskutečňuje větším počtem různých metod a systémů. V běţnějších variantách se odsiřování odbývá : - v licích ţlabech vysoké pece - v proudu odlévání - v přepravní pánvi, nebo - v účelově projektovaných hutních nádobách Známé odsiřovací zařízení obsahuje ponornou trysku, výpustnou pánev, rotující a oscilující nádoby a třepací zařízení pro pouţití v pánvi. Nejobvykleji se pouţívá karbidu vápenatého v kombinaci s ponornou tryskou a mícháním. Hořčík se přidává do nosného plynu v práškové formě pomocí ponorné trysky. Proces odsiřování se uskutečňuje ve zvláštních úpravárenských jednotkách. Dále je popsán praktický příklad. Odsiřovací činidlo se dmýchá trubicí do horké taveniny pomocí dusíku. Síra se váţe na strusku, která flotuje na povrchu horké taveniny kovu. Následně se struska odstraní v oddělené jednotce a tekuté ţelezo se převede z pánve do navaţovací prohlubně. Je-li to nutné, přidávají se v těchto jamách činidla. V některých případech se zde provádí sekundární odstraňování strusky pomocí hrabla. Po naváţení se surové ţelezo převede do konvertoru Oxidace v kyslíkovém konvertoru S ohledem na plnění výše uvedených cílů se neţádoucí nečistoty oxidují při následném odstranění s odcházejícím plynem nebo se struskou. Obr. 8.3 vyjmenovává hlavní oxidační procesy, ke kterým v kyslíkovém konvertoru dochází. Neţádoucí nečistoty se odstraňují v odcházejícím plynu, nebo tekuté strusce. Energie potřebná ke zvýšení teploty a k tavení vstupních surovin se dodává exothermickou reakcí při oxidaci tak, ţe na jedné straně není třeba ţádného přídavného tepla na vstupu a na straně druhé se musí přidávat šrot nebo ruda, aby se vyrovnávalo teplo. Do některých konvertorů a při pochodech spojených s dmýcháním se injektují dmýšními trubkami jako chladící médium plynné uhlovodíky (např. zemní plyn- viz obr.8.5). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 219 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

248 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr. 8.3 Chemické reakce, které nastávají během oxidačního procesu. eliminace uhlíku : [C] + [O] CO (výstupní plyn) [CO] + [O] CO 2 (výstupní plyn) oxidace doprovodných prvků z příměsí přechází do strusky odstranění křemíku : [Si] + 2[O] +2(CaO) ( 2 CaO. SiO 2 ) reakce manganu : [Mn] + [O] (MnO) odfosforování : 2 [P] + 5 [O] + 3 [CaO] ( 3 CaO.P 2 O 5 ) odsíření : [S] + [CaO] (CaS ) + [O] redukce (odkysličení) odstranění zbytkového kyslíku : [Si] + 2[O] ( SiO 2 ) pomocí ferrosilicia hliník : 2 [Al] + 3 [O] (Al 2 O 3 ) pozn : [ ] = rozpouští se v ţeleze ( ) = přechází do strusky Proces v kyslíkovém konvertoru je semikontinuální. Úplný cyklus tvoří následující fáze : - zaváţení šrotu a roztaveného surového ţeleza - dmýchání kyslíku - vzorkování a zaznamenávání teploty - odpich V moderních ocelárnách se vyrobí cca 300 t oceli v průběhu minutového cyklu. Pro uzpůsobení jakosti oceli a tvorbu strusky se během pochodu přidávají rozličné přísady. Během zaváţení a odpichu je konvertorová pec nakloněna. Během dmýchání kyslíku má konvertor svislou polohu. Existuje několik druhů reaktorů, které se pouţívají při tomto kyslíko-konvertorovém procesu. Nejběţněji pouţívaným typem je konvertor LD (Linz-Donawitz), který se pouţívá pro surové ţelezo s nízkým obsahem fosforu. V případě vysokého obsahu fosforu se vyuţívá procesu modifikovaného (LD/AC proces, tj. procesu Linz-Donawitz / Arbed-CRM). Konvertor má hruškovitý tvar se ţáruvzdornou vyzdívkou, kde je naspodu zavedena vodou chlazená tryska pro kyslík. Touto tryskou se do tekutého surového ţeleza dmýchá čistý kyslík ( 99 %) z kyslíkárny. (Obr. 8.4) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 220 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

249 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr. 8.4: Konvertor s horním dmýcháním /Ullmann s, 1994/ Legenda k obrázku : a = tryska pro dmýchání kyslíku; b = horní část konvertoru; c = podpůrný prstenec; d = dno konvertoru; e = odpichový otvor; f = ţáruvzdorná vyzdívka; g = prostor s plynem; h = vrstva strusky; i = roztavený kov Další typy reaktorů pro výrobu oceli jsou OBM (proces Oxygen - Bottom- Maxhütte ), nebo Q-BOP a LWS (proces Loire-Wendel-Sprunch ). Tyto pochody se liší od LD konvertoru v tom, ţe namísto vrchního dmýchání kyslíku pomocí zataţitelné trubky se kyslík a tavidla dmýchají pomocí ponorných trysek u dna pece (obr. 8.5) /EC BOF, 1995/. V těchto konvertorech se kyslík injektuje ode dna tryskami chlazenými pomocí uhlovodíků, dmýchaných do taveniny. Následně byly vyvinuty kombinované techniky dmýchání. Tam, kde je to nutné, můţe být proces v určité fázi intenzifikován promícháváním odspoda s argonem nebo dusíkem přes porézní cihly ve vyzdívce dna.. Alternativně se dmýšní trubice ve dně vyuţívají v průběhu fáze dmýchání k injektáţi čistého kyslíku nebo jiných plynů. Dochází k intenzivnější cirkulaci roztavené oceli a zlepšuje se reakce mezi kyslíkem a roztaveným kovem. Nejčastějšími typy jsou procesy LBE (Lance-Bubbling-Equilibrium = tryska pro rovnoměrné probublávání) a proces TMB (Thyssen-Blowing Metallurgy = metalurgie dmýchání Thyssen- obr. 8.6). Zvláštní versí je pochod KMS (Klökner-Maxhütte-Steel Making = Kloknerův proces výroby oceli), kdy se kyslík injektuje zdola společně s vápnem a uhlím. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 221 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

250 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr. 8.5 : Řez konvertorem OBM /Ullmann s, 1994/ Obr. 8.6 Kombinovaná technika dmýchání s horní nebo postranní dmýšní trubkou /Ulmann s, 1994/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 222 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

251 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Tab. 8.1 Přehled druhů, počtů a kapacit kyslíkových konvertorů provozovaných v EU, které jsou uspořádány podle typů procesů. Zřetelně dominuje LD proces. Proces počet jmenovitá kapacita (1000 t / r) LD LD se spodním dmýcháním LBE OBM K-OBM EOF LWS celkem Mnoţství spotřebovaného kyslíku závisí na sloţení kovové taveniny (tj. obsahu C, Si, P). Vývoj procesu tvorby oceli se posuzuje odebíráním vzorků roztaveného kovu. V moderních závodech se vzorkování provádí, aniţ by se přerušilo dmýchání kyslíku pouţíváním pomocné trubky. Stejného výsledku se dosáhne normováním postupu výroby a/nebo pouţitím odpovídajícího modelování dynamiky a monitorování. Tyto pracovní postupy udrţují jakost, produktivitu a sniţují emise kouřových plynů během naklánění konvertoru. Jakmile jakost oceli vyhovuje poţadavkům, zastaví se dmýchání kyslíku a surová ocel se odpichem vypustí z konvertoru na pánev. Roztavená ocel se pak po sekundární metalurgii přepraví k odlévacímu stroji. Oxidační reakce jsou exotermní, tedy narůstá teplota roztaveného ţeleza. Pro ochlazení se přidává šrot, ţelezná ruda nebo jiné ochlazovací příměsi a teplota se udrţuje přibliţně v rozmezí 1600 aţ 1650 o C. Obvykle tvoří šrot % vsázky konvertoru, ale někdy můţe dosáhnout aţ 40 %. Mnoţství vsazovaného šrotu závisí na způsobu předúpravy surového ţeleza a na teplotě potřebné pro odpich tekuté oceli /UBA, Comments, 1997/. Výkyvy trţních cen šrotu a poţadované specifikace oceli mají také svůj vliv. Plyny, které se vytvoří během dmýchání kyslíku (konvertorový plyn) obsahují velká mnoţství oxidu uhelnatého. V mnohých ocelárnách se přijala opatření k rekuperaci konvertorového plynu a jeho vyuţití jako zdroje energie. Pouţívají se systémy jak otevřeného tak potlačeného spalování. Systémy otevřeného spalování zavádějí do potrubí spalin konvertoru vzduch a tak dochází ke spalování oxidu uhelnatého. Následně vyvinuté teplo se dále rekuperuje v kotlích odpadního tepla. Při potlačeném spalování je během dmýchání kyslíku spuštěn přes ústí konvertoru kryt. Tak nemůţe do potrubí spalného plynu vstoupit vzdušný kyslík a zabrání se spalování oxidu uhelnatého. Kouřový plyn, bohatý na CO se můţe jímat, čistit a skladovat pro následné vyuţití jako palivo. Hlavní výhodou potlačeného spalování je menší průtokový objem kouřového plynu, protoţe nenastává ţádné spalování a ţádný přídavný vzdušný dusík se nezavádí. To se projeví ve vyšší produktivitě, protoţe se můţe zvýšit rychlost dmýchání kyslíku. Mimoto produkuje kyslíková výroba oceli i značná mnoţství tuhých částic během zaváţení šrotu a horké kovové taveniny, dmýchání a během odpichu strusky a tekuté oceli. Všechny slévárny oceli v EU přijaly opatření ke sníţení emisí tuhých částic. Během procesu výroby oceli se tvoří struska. Záměrem regulace strusky je efektivní sníţení mnoţství neţádoucích substancí, které jsou obsaţeny v horké tavenině a produkce strusky o vysoké jakosti, která bude vyhovující pro následné zpracování a pouţití. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 223 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

252 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obvykle se struska ochladí a drtí, načeţ se kovové ţelezo získává za pouţití magnetických separátorů. Technické vlastnosti strusky jsou důvodem, proč je struska vhodná k mnoha druhům vyuţití v pozemním a vodním stavitelství /Geiseler, 1991;Geiseler, 1992/. Se zřetelem ke své struktuře má struska LD vysokou odolnost proti abrazi a proto se často pouţívá v průmyslu silničního stavebnictví /Köller, 1995/, ale existují i další typy pouţití, nebo se zneškodňuje na skládkách Sekundární metalurgie Po procesu oxidace v konvertoru běţně následuje úprava, která zahrnuje řadu rozličných metalurgických operací. Tato úprava, uváděná jako sekundární metalurgie se vyvinula jako odezva na stále rostoucí poţadavky na jakost a vedla k podstatnému růstu produktivity přesunem vsázky při metalurgickém rafinačním procesu mimo konvertor. Hlavní úkoly sekundární metalurgie jsou následující: - míchání a homogenizace - úprava chemického sloţení v mezích analytické tolerance - včasná úprava teploty pro následný proces odlévání - odkysličení - odstranění neţádoucích plynů jako jsou vodík a dusík - zlepšení čistoty oxidace oddělením nekovových příměsí Přehled operací u sekundární metalurgie se uvádí na obr Tyto pochody se konají na pánvi, nebo v pánvové peci ve vakuu, nebo v účelově konstruovaných pecích. Nejdůleţitějším krokem při sekundární metalurgii je úprava ve vakuu. Ta slouţí hlavně k odstranění plynů, vodíku, kyslíku, dusíku nebo zbytkových koncentrací uhlíku z oceli při vakuu aţ 50 Pa. Účelem této operace je oduhličení a oproštění oceli od plynů rozpuštěných za tepla během cyklu dmýchání. Tak se můţe poklesem tlaku aţ na 10 mbarů sníţit hmotnostní obsah kyslíku a dusíku aţ na 0,0002 % resp. 0,005 %. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 224 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

253 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr. 8.7: Přehled pochodů sekundární metalurgie Dnes operace úpravy ve vakuu zahrnují přesné oduhličení a odkysličení nelegovaných ocelí, oduhličení chromem legovaných jakostních tříd, odstranění síry a vměstků, stejně jako rozličné legování, homogenizaci, řízení teploty a preventivní opatření před reoxidací. Vakuová metalurgie poskytuje oceli o lepší čistotě, niţším obsahu plynu a uţší toleranci legování. Pouţívají se následující metody vakuové úpravy : - odplynění stojící pánve nebo nádrţe a - recirkulační odplynění Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 225 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

254 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Z toho je dnes nejobvyklejším procesem recirkulační odplynění, ačkoliv se odplynění stojící pánve navrací zpět k širokému pouţití. Při odplynění na pánvi je pánev, obsahující oxidovaný kov umístěna do vakuovaného kontejneru. Vstup přídavné energie zajišťuje vyšší reakční rychlosti a sniţuje konečnou koncentraci neţádoucích sloţek v lázni. Tato intenzifikace můţe být doprovázena injektáţí argonu pomocí jedné nebo více porézních zátek ve dně pánve, při homogenizaci taveniny pomocí trysky nebo procesem indukčního míchání. V závislosti na jednotlivých poţadavcích je moţné přidávat šrot o vysoké čistotě (chladící šrot) pro vyrovnání teploty tavenin nebo zavést legující činidlo, aby se získalo přesné nastavení sloţení oceli. Legující činidla se přidávají do taveniny v pevné formě nebo uzavřené v dutém drátě, který se odvíjí z navíječky, nebo jinak injektáţí prášku dmýšními trubkami. Před ukončením cyklu míchání lze stanovit hladinu kyslíku pomocí speciální zkoušky a nastavit přidáváním odkysličovacích činidel. Při procesu míchání vzniká směs prachu s plynem, pánev se odsává pohyblivou digestoří kouře. Při recirkulačním odplynění se roztavený kov vakuově upravuje nepřetrţitě nebo v jednotlivých dávkách. V závislosti na stanoveném postupu, se vytváří rozdíl mezi vakuovým vztlakovým odplyněním (DH) a vakuovým recirkulačním odplyněním (RH). Vakuová úprava má klíčový význam v provozu vodního hospodářství závodu, protoţe vakuum se tvoří parou a je zaloţeno na operacích s vodou. Menší systémy pouţívají k tomuto účelu čerpadel vodního okruhu, zatímco větší zařízení se opírají o vícestupňová paroproudová vakuová čerpadla nebo o kombinaci obou. Plyn z komory vakuové úpravy se odsává do vody při podtlaku vytvořeném na principu vodoproudových čerpadel. Objemové průtoky vody nutné k procesu odčerpávání jsou značné a mohou dosahovat přibliţně 5 m 3 / t tekuté oceli Odlévání Kdyţ se dosáhne konečné jakosti oceli, převede se ocel v odlévací pánvi k odlévacímu stroji. Před několika lety bylo standardní metodou vylít roztavenou ocel do stabilních forem (kokila nebo odlévání do ingotů) v diskontinuálním procesu. Dnes se volí metoda plynulého (kontinuální) odlévání, při kterém se ocel odlévá do nepřetrţitého pásu Plynulé (kontinuální) odlévání Obr. 8.8 ukazuje schéma závodu plynulého odlévání Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 226 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

255 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr. 8.8: Schéma závodu plynulého odlévání s ohřívací pecí a válcovnou s teplou vsázkou Plynulé odlévání nabízí několik významných přínosů: - úspory energie, niţší emise a menší potřebu vody následkem eliminace válcování bram a sochorových tratí - zlepšené pracovní podmínky - vysoké podíly výtěţnosti větší neţ 95 % - vysokou produktivitu Přestoţe plynulé odlévání bylo poprvé zavedeno v průmyslovém měřítku v pozdních 60. letech, jeho podíl v celkové výrobě oceli EU stoupl na cca 95,4 %. V celém světě se nyní z celkové vyrobené oceli 75 % odlévá plynulým procesem. Nehledě na tradiční proces odlévání do ingotů, nahradily stroje pro plynulé odlévání pochody odlévání předvalků, bram a operace s polotovary v konvenčních závodech teplého válcování. Dnes můţe být většina všech jakostí oceli pro válcované výrobky provedena cestou plynulého odlévání, protoţe nutné předúpravy podmínek, jako je odkysličení a odplynění se uskutečňují moderní sekundární metalurgií. Existují rozličné typy strojů na kontinuální odlévání, označované jako vertikální typ, ohýbací a rovnací typy, obloukový typ a stroje typu oválného prohnutí a to v závislosti na jejich uspořádání. Tekutá ocel se odlije z konvertoru do pánve, kterou se ocel přepraví za sekundární metalurgií do tzv. mezipánve stroje pro kontinuální odlévání. To je střední pánev s regulovatelnou výpustí. Před tím, neţ se pánve plní tekutou ocelí, předehřejí se, aby se zamezilo nerovnoměrnosti teplot v mezipánvi. Jakmile má tekutá ocel poţadovanou teplotu, vylije se do mezipánve. Odtud prochází do krátké vodou chlazené měděné formy, ve které není ţádný vzduch a která se kývá nahoru a dolů, aby se zamezilo uváznutí (přilnutí) oceli. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 227 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

256 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Forma poskytuje poţadovaný profil kovu. Kdyţ kov opouští licí formu, vytváří se "slupka" ztuhlé oceli a velké mnoţství unášecích válců vede odlitou ocel mírným obloukem ve směru horizontální polohy. Zde se nekonečný ocelový pás rozřezává na kusy řezacím hořákem. Tímto způsobem se odlévají jak bramy, tak předvalky a sochory. V případě nesamonosných úseků se do ruda rozţhavený pás se zónou svého ztuhlého povrchu pohybuje prostřednictvím několika párů hnacích válců, které slouţí jako jeho opora proti ferostatickému tlaku. Protoţe je jádro stále tekuté, ostřikuje se pás pečlivě vodou a ochlazuje se aţ zcela ztuhne (sekundární chlazení). Tento proces zabraňuje prasklinám v oblasti povrchu pásu, který je ještě dosti tenký, ale také chrání válce před přehřátím. Podpůrnými, transportními a hnacími prvky jsou obvykle válce vybavené vnitřním i vnějším chlazením. V zóně sekundárního chlazení lze vnitřní chlazení válce postrádat, jakmile se zajistí dostatečné sníţení teploty skrápěním vodou. Většina loţisek je spojena se systémem automatického mazání. Kdyţ je pás zcela ztuhlý, můţe se řezat na velikosti podle tříd řezacími hořáky, které se pohybují s pásem, nebo pomocí strojních nůţek. Proces rychlého chlazení poskytuje ocel o stejnoměrné mikrostruktuře tuhnutí s příznivými technologickými vlastnostmi. Mikrostruktura tuhnutí pásu můţe být ovlivněna souproudým chlazením vzduchem nebo vodou. Profil pásu je určen geometrií formy. Současné typy forem mají tvar obdélníku, čtverce, kruhu nebo polygonálních tvarovek. Pro výrobu ocelových profilů lze pouţít forem, které se podobají přibliţnému průřezu tvaru předpokládaného produktu. Typické rozměry pásu při plynulém odlévání se pohybují mezi 80 x 80 mm a okolo 310 x 310 mm, kruhový 600 mm u sochorů a 450 x 650 mm u soustav předvalků, zatímco při odlévání bram se formují velikosti aţ do 350 mm tloušťky a aţ do mm šířky, Odlévací stroje na sochory mohou vést několik ( současně aţ 8) pásů zároveň, zatímco počet pásů u odlévání bram se omezuje na dva Odlévání ingotů Při odlévání ingotů se tekutá ocel odlévá do odlévacích forem. V závislosti na poţadované jakosti povrchu se mohou během odlévání do ingotové formy přidávat odplyňovací činidla (jako NaF). Po vychladnutí se ingoty vyklopí z odlévací formy a přepraví se do válcoven. Následně se ingoty po ohřevu válcují na bramy, předvalky nebo sochory. Na mnoha místech se odlévání ingotů nahradilo plynulým odléváním. Očekává se, ţe odlévání ingotů bude během času téměř zcela nahrazeno plynulým odléváním, vyjma těch případů, kdy některé výrobky vyţadují pro dosaţení potřebné jakosti odlití do ingotů, jako tomu je při výrobě těţkých vah pro kování. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 228 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

257 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli 8.2 Současné emise a úroveň spotřeby Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Obr.8.9 ukazuje přehled toku materiálu při výrobě oceli v kyslíkových konvertorech od vstupu k výstupu. Lze jej pouţít při sběru údajů u jednotlivých kyslíkových oceláren. Energie - plyn (KP, VP, zemní) (m 3 /r) - elektřina (kwh/r) - ethen (etylen) (m 3 /r) - pára a jiné (t/rok) Všeobecné informace Voda - kapacita závodu (t/r) - roční spotřeba (m 3 /r) - stáří závodu (r) - vlastní studny/dodávky (%) - provozní doba (h/r) - demi voda (m 3 /r) Pomocná zařízení - druh a mnoţství (t/r) - odsiřovací činidla - legovací přísady - tavidla - kyslík, dusík, argon - mazací olej Výroba oceli v KKO při určitých etapách výrobního postupu Suroviny Produkty - druh a mnoţství (t/r) - druh a mnoţství (t/r) - surové ţelezo - bramy - koks - předvalky - šrot - sochory - ţelezná ruda - ingoty - celková kovová vsázka - konvertorový plyn - struska Odpadní teplo - zdroje a mnoţství (MJ/r) Výstupní plyny /spaliny - zdroje a mnoţství (koncentrace a t/r) prach, org.c, VOC, SO 2, NOx, CO, TK PCDD/F, PAH (případně oddělené vlastní schéma ) - předúprava surového Fe, primární ventilace, sekundární ventilace Pevný odpad/vedlejší produkty - druh a mnoţství (t/r) - úprava prachu z horké taveniny - hrubý prach KKO plynu - jemný prach z KKO plynu - sekund.prach KKO plynu - kal z KKO plynu - struska KKO - hutní struska - šrot - okuje z konti-odlévání - kal z kontilití - vyzdívka Odpadní voda - zdroje a mnoţství (m 3 /r) (mimo chladící vodu) - přímá výpusť (ano/ne) - chladící voda (m 3 /r) - teplota ( o C)- průměr - max. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 229 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

258 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obecné schéma výroby oceli v kyslíkových konvertorech představuje obr Pro jednotlivé úseky toku materiálu lze sestavit zvláštní technologické schéma. Obr. 8.10: Obecné technologické schéma výroby oceli v kyslíkových konvertorech, které indikuje jednotlivé postupy a tok materiálu od vstupu k výstupu Následně lze propočítat měrné faktory na vstupu, stejně jako specifické emisní faktory. Číselné hodnoty těchto údajů se uvádějí v tabulce 8.2 ze čtyř závodů výroby konvertorové oceli ve čtyřech různých členských zemích EU, které poskytují representativní obrázek moderních závodů. Společnosti, které provozují tyto závody (čtyři vybrané pro sestavení tabulky) patří k evropským špičkám v ochraně ţivotního prostředí a v produktivitě. Z ostatních závodů nejsou podrobnější údaje k dispozici. Údaje jsou z roku 1996 a výše emisí představují úroveň emisí po jejich sníţení. Informace o analytických metodách stanovení, vzorkovacích metodách, časových intervalech, výpočetních metodách a referenčních podmínkách nejsou k dispozici. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 230 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

259 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Tab.8.2: Údaje o vstupech a výstupech u čtyř stávajících závodů na výrobu oceli v kyslíkových konvertorech ze 4 různých zemích Evropské Unie VSTUP VÝSTUP Suroviny kg/t tekuté oceli Produkty*³ kg/t tekuté oceli surové ţelezo* Bramy Šrot Bloky ţelezná ruda 7 20 Sochory ostatní materiál 7 10 Ingoty s obsahem ţeleza Koks 0,02 0,48 Vápno Energie MJ/t tekuté oceli Dolomit 1,5 4 konvertorový plyn * legury *² 3 9 pára * m³/t tekuté oceli Plynné emise g/t tekuté oceli Kyslík prach Cr * 6 0,01 0,36 Cu* 6 0,01 0,04 Energie MJ/t tekuté oceli Pb* 6 0,13 0,9 zemní plyn Mn* 6 < 0,01 1,2 Elektřina NOx 5 20 Pára CO CO 2 * 7 kg/t tekuté oceli 11,2 140 PAH * 8 mg/t tekutéoceli 0,08 0,16 PCDD/F μg I-TEQ/t to** < 0,001 0,06 Nm³/t tekuté oceli stlačený vzduch 4 18 odpadní zbytky/ kg/t tekuté oceli vedlejší produkty m³/t tekuté oceli odsířená struska 2,2 19,2 Voda 0,4 5 konvertorová struska struska ze sekundární 2 16 metalurgie výhoz 4 5 prach 1,5 7 struska z kontinuálního 4 5 odlévání válcovenské okuje 1,2 6 suť 0,8 5 m³/t tekuté oceli odpadní voda? Vysvětlivky k tabulce: TO = tekutá ocel (surová ocel); I-TEQ ekvivalent toxicity *1 lze provést rozlišení mezi vysokým obsahem fosforu (1,5-2,2 % P) a nízkým obsahem fosforu (0,08 aţ 0,25 % P) v horké tavenině *2 významné legovací přísady jsou: Fe-Ti; Fe-W; Fe-Ni; Fe-V; Fe-Si; Fe-Mo *3 souhrn produktů (bramy, předvalky, sochory, ingoty) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 231 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

260 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli *4 nula v případě, ţe se konvertorový plyn nerekuperuje *5 vysoká hodnota v případě nepotlačeného spalování a vyuţití tepla spalných plynů ve formě páry; nulová hodnota v případě kvantitativní rekuperace konvertorového plynu bez jakékoliv rekuperace tepla (ţádná výroba páry) *6 vyšší hodnota v případě nedostatečného sekundárního odprašování *7 vysoká hodnota v případě částečného aţ úplného spálení konvertorového plynu *8 PAH jako Borneff 6 ; údaje byly dostupné pouze ze dvou závodů Tab. 8.3 doplňuje tab. 8.2 uvedením faktorů emisí prachu do ovzduší (po jejich redukci) pro jednotlivé hlavní operace a zdroje u kyslíkových oceláren. Proces/emisní zdroj Prach (g/t tekuté oceli) počet údajů/rozmezí x s Konvertorový plyn úplné spálení *2 13 / potlačené spalování 17 / bez rekuperace spalného plynu*3 Potlačené spalování s 13 / 1, rekuperací spalných plynů Jiné zdroje emisí odsiřování horké taveniny*4 26 / 1-7 neţ je konvertor manipulace s taveninou 1-17 (přelévání na pánev)*5 zaváţení konvertoru, odpich, 1-30 odstruskování a sekundární emise během dmýchání *5 sekundární metalurgie*6 0,1-10 plynulé odlévání*5 0,5 4 suma jiných emisí neţ z kyslíkového konvertoru *7 legenda: TO = tekutá ocel x s = střední hodnota a standardní odchylka (počítá se je-li k dispozici dost údajů) *1 údaje z (EC Study, 1996) mimo další indikace *2 tři konvertory s 200 g prachu / t tekuté oceli (TO), zbytky s méně neţ 50 g prachu / t TO *3 tři konvertory se 190 g prachu /t TO, jeden se 140 g /t TO, zbytek s méně neţ 100 g prachu / t TO *4 dva závody vyuţívající mokrých skrubrů nebo suchých elektrostatických odlučovačů převyšují dané rozmezí (15-20 g prachu / t TO): jednotlivé údaje nejsou k dispozici *5 jednotlivé údaje nejsou k dispozici *6 sekundární metalurgie zahrnuje operaci na pánvích, pánvové pece, konvertor a další zařízení včetně zaváţecího a odpichového: pět závodů s kyslíkovými konvertory uvádí, ţe dosáhly u prachu emisního faktoru mezi 15 a 20 g / t tekuté oceli *7 údaje z EC Study, 1996, ale opravené podle údajů z Eurofer BOF, 1997 Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 232 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

261 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Informace o jednotlivých emisních hmotných tocích a potřebě energie V kyslíkových ocelárnách lze zjistit údaje o emisích výstupních plynů, pevných odpadech /vedlejších produktech a odpadní vodě tak, jak se uvádí dále: Emise výstupních plynů Primární výstupní plyny z : předúpravy surového ţeleza dmýchání kyslíku a z konvertorového plynu pánví, pánvových pecí, konvertorů a dalších zařízení uţívaných v sekundární metalurgii Sekundární plyny (fugitivní) z (e) : přelévání pánví a odstruskování horké kovové taveniny zaváţení konvertoru (vsazování do konvertoru) odpichu tekuté oceli a strusky z kyslíkového konvertoru a pánví sekundární metalurgie a odpichových operací manipulace s aditivy plynulého odlévání Pevné odpady / vedlejší produkty odsířená struska konvertorová struska struska ze sekundární metalurgie výhozy prach ze suché úpravy konvertorového plynu (pokud se pouţije) nebo z úpravy jiných výstupních plynů (např. výstupní plyn z odsiřování, odplyny ze sekundárního odprášení, odplyny ze sekundární metalurgie) kal z mokré úpravy konvertorového plynu (pokud se pouţije) struska z plynulého odlévání okuje z plynulého odlévání stavební sutiny Znečištění odpadní vody z mokrého úpravy konvertorového plynu plynulého odlévání Emise výstupních plynů Primární výstupní plyny Emise z přeúpravy surového železa V kaţdém, ze tří stupňů předúpravy surového ţeleza dochází k emisím hmotných částic. Odsávaný vzduch, vzniklý při odsiřovacím procesu, následné separaci strusky a zaváţení dosahuje aţ mg/nm 3 nebo 1000 g hmotných částic /t oceli (Koeller, 1995; EC BOF 1995). Emise se mohou sníţit prostřednictvím dobře umístěných sacích ventilátorů a následnou úpravou přes tkaninové filtry nebo jiné přiměřeně účinné filtry jako jsou elektrostatické odlučovače. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 233 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

262 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Emise během dmýchání kyslíku a konvertorový plyn Během dmýchání kyslíku vychází z konvertoru konvertorový plyn. Tento plyn obsahuje oxid uhelnatý (CO) a velké mnoţství tuhých částic (obsahujících hlavně oxidy kovů, včetně těţkých kovů), relativně malá mnoţství oxidů síry (SO 2 ) a oxidy dusíku (NOx). Kromě toho emituje velmi malé mnoţství PCDD/F (polychlorovaných dibenzo-dioxinů /furanů) a PAH (polycyklických aromatických uhlovodíků (viz tab. 8.2). Obecně se mohou pro rekuperaci energie z konvertorového plynu pouţít dva systémy : a) částečné / úplné spalování b) potlačené spalování Zvolený typ rekuperace ovlivňuje emise. Při plném (či otevřeném) systému spalování se plyn z konvertorové pece spálí v kouřovodu. Otvor mezi konvertorovou pecí a primárním odvětráváním, (nebo pro konvertorový plyn) umoţňuje přístup okolního vzduchu a tedy částečné nebo úplné spálení konvertorového plynu. V tomto případě obsahuje procesní plyn asi kg hmotných částic a asi 7 kg CO na tunu tekuté oceli. Energie se rekuperuje vyuţitím značného tepla v kotli na odpadní teplo. Všimněte si, ţe systémy otevřeného spalování mají velký průtokový objem ( Nm 3 /t tekuté oceli ve srovnání se systémy potlačeného spalování ( Nm 3 /t tekuté oceli). To je způsobeno zaváděním vzduchu do potrubí konvertorového plynu. Pouţije-li se potlačeného spalování, je přes ústí konvertoru přetaţen posuvný, vodou chlazený kryt. Tímto způsobem se v kouřovodu potlačí spalování oxidu uhelnatého a ten lze rekuperovat. Vzhledem k nedostatku dusíku z okolního vzduchu (uvádí se, ţe se zamezuje přístupu vzduchu) to znamená moţnost dmýchání kyslíku vyšší rychlostí a tedy zkrácení procesní doby. Konvertorový plyn se klasifikuje jako chudý plyn s ohledem na jeho (výhřevnost) kalorickou hodnotu a Wobbův index, ale patří do skupiny bohatých plynů, pokud se uvaţují jeho schopnosti spalování (a zejména jeho teplota spalování). Sloţení konvertorového plynu kolísá podle pouţitého procesu, rekuperační metody a zejména podle objemu kyslíku (tab.8.4) Tab. 8.4 Sloţení a charakteristiky konvertorového plynu parametr jednotka průměrná hodnota 1) variační rozsah sloţení : CO % obj. 72, H 2 % obj. 3,3 CO 2 % obj. 16, N 2 + Ar % obj. 8, charakteristika: hustota kg/nm 3 1, spalné teplo kj/nm výhřevnost kj/nm teoret.teplota plamene o C 2079 ²) specifická potřeba vzduchu (mokrého) Nm 3 /Nm 3 1,81 1,34-1,9 měrné mnoţství vypouštěného plynu Nm 3 /Nm 3 2,43 1) Propočty spalování plynu se vztahují k podmínkám plynojemu při teplotě 15 o C, přetlaku 60 mbarů, barometrickém tlaku 1013 Pa a vlhkosti 100% 2) při max. vlhkosti a 0 C Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 234 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

263 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr ukazuje obsah CO ( coţ je klíčový parametr pro vyuţití konvertorového plynu) jako funkci doby oxidace v případě potlačeného spalování. Konvertorový plyn vzniklý během začátku a konce dmýchání (po několik minut při kaţdém) se nezachycuje, protoţe má nízkou koncentraci CO, ale po odprášení se spaluje na svíčce. Hmotné částice se obvykle z konvertorového plynu odstraňují pomocí Venturiho skrubrů, nebo suchých elektrostatických odlučovačů. Kdyţ se pouţije potlačeného spalování, mohou Venturiho pračky dosáhnout koncentrace tuhých částic 5-10 mg/nm 3 (ale také jsou moţné koncentrace aţ 50 mg/nm 3 ) v plynu dodávaného do oběhu. To odpovídá l g/t tekuté oceli. Obsah Fe z rekuperace hmotných částic je %. Hmotné částice plynu v oběhu (síti) emitují v místě jeho spalování. Kdyţ se pouţije dokonalého spalování, jsou emise hmotných částic do ovzduší po úpravě v rozmezí od 25 do 100 mg/nm 3 Jako následek mnohem vyššího průtokového objemu spalných plynů z otevřených systémů spalování, pak koncentrace tuhých emisí dosahují aţ 180 g/t tekuté oceli. Obr. 8.5 sumarizuje emise do ovzduší z kyslíkového konvertoru. Obr : Jímání plynu z kyslíkového konvertoru v případě potlačeného spalování Všimněte si, ţe existuje odstupňování mezi potlačeným a úplným spálením; některé závody pouţívají úplné spalování, některé aplikují částečně potlačené spalování a některé závody zcela potlačené spalování konvertorového plynu. V některých případech se konvertorový plyn nespaluje, ale pouze plápolá na svíčce. V poslední době se objevuje tendence směrem k potlačenému spalování a následné rekuperaci konvertorového plynu. Tato rekuperace má za následek, ţe je nutno mít, nebo postavit velký zásobní plynojem a mít místní vyuţití pro rekuperovaný plyn. Protoţe takové podmínky stále chybějí, existují v EU ještě stále konvertorové ocelárny bez rekuperace konvertorového plynu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 235 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

264 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Významným aspektem s ohledem na emise tuhých částic je otvor pro dmýchací trubku. Protoţe je třeba, aby přívodní trubka pro kyslík byla posuvná, mohou tuhé látky z vedení kouřových plynů unikat tímto otvorem do prostoru výrobní haly. Zakrytí a dmýchání páry nebo inertního plynu mohou těmto emisím zabránit. Tab. 8.5 Emise do ovzduší z kyslíkových konvertorů s potlačeným spalováním /InfoMil, 1997/ Sloţka specifická emisní hodnota jednotka Průtok primární ventilace (konvertorového plynu) - úplné spalování Nm 3 /t TO - potlačené spalování dtto Průtok sekundární ventilace: dtto Tuhé částice z dmýchání O 2 - bez redukce znečištění kg/t TO - po primárním odprášení (konvertor.plynu) 0,5-200 g/t TO Tuhé částice ze zaváţení a odpichu - bez redukce znečištění g / t TO - po sekundárním odprášení 2-60 dtto - nezachyceny odsávaným krytem dtto Neţelezné kovy : g / t TO Al 0,60-0,68 As 0,00-0,02 Cd 0,07-0,20 Cr 0,00-0,04 Cu 0,04 Fe 2,8-83,0 Hg 0,00-0,02 Mg 1,45-2,40 Mn 2, Pb 1,5-2,9 Zn 8,2 oxidy síry (SO 2 ) 0,4-5,5 g/t TO oxidy dusíku (NOx) 5,0-20 dtto oxid uhelnatý (CO) 7,0-16 kg/t TO fluor jako HF* 0,008-0,01 g/t TO PAH (Borneff 6) 0,08-0,16 mg/t TO PCDD/F 0,001-0,06 μg I-TEQ/t TO legenda : TO = tekutá ocel : I-TEQ = ekvivalent toxicity * kdykoliv se přidává fluorit (CaF 2 ) jako tavidlo při odsiřování surového ţeleza, mohou být emise fluoru ještě mnohem větší Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 236 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

265 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Emise z pánví, pánvových pecí, kyslíkového konvertoru a jiného zařízení používaného v sekundární metalurgii. Úniky prachu z různých procesů jsou v rozmezí od g/t tekuté oceli (EUROFER BOF, 1997). Emise do ovzduší po jejich sníţení dosahují hodnot v rozmezí 0,1-10 g/t tekuté oceli (viz tab.8.3). Pokud se týká výroby oceli legované olovem, dochází k emisím během přidávání olova do pánve, která obsahuje tekutou ocel. Vznikající výstupní plyn se odsává a běţně upravuje v pytlových filtrech (lapačích), zejména proto, aby se u tohoto odpadního plynu dosáhlo nízké koncentrace zbytkového prachu (<5 mg/nm 3 ). Pánev sama ale není plynotěsná a tak zde existují také fugitivní emise, které se nezachycují, ale mohou mít značný význam. Informace o objemových průtocích a emisích olova nejsou k dispozici Sekundární odpadní plyn Sekundárním odpadním plynem se míní emise při následujících pochodech: - přelévání pánví a odstruskování taveniny horkého kovu - zaváţení kyslíkového konvertoru (taveninou kovu a šrotem) - odpichování tekuté oceli a strusky z kyslíkových konvertorů a pánví - sekundární metalurgii a procesech odpichování - manipulaci s aditivy - plynulém odlévání Emise do ovzduší ze všech těchto pochodů či emisních zdrojů jsou shrnuty v tab Emise ze zaváţení a odpichu kyslíkového konvertoru jsou významné a podrobněji se popisují. Hmotné částice z konvertoru emitují jak během zaváţení šrotu a taveniny kovu, tak během odpichu. Během pochodu zaváţení, nebo odpichování je konvertor nakloněn. Často se instaluje tak zvaný sekundární ventilační systém, aby se sníţily emise tuhých částic, ke kterým dochází. Sekundární ventilační systém obsahuje obvykle nad konvertorem v náklopném postavení sací ventilátor a kryt, který obklopuje zbývající 3/4 konvertoru. Následná úprava odsávaných plynů se obvykle provádí pomocí tkaninového filtru nebo elektrostatického odlučovače. Během zaváţení a odpichu se všechny tuhé emise sekundární ventilací nezachytí. Malé mnoţství tuhých částic tudíţ emituje přes klenbu provozní haly ( g/t tekuté (surové) oceli). Skutečné emise jsou závislé hlavně na účinnosti odsávání a postupném zaváţení šrotu a tekutého surového ţeleza. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 237 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

266 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Pevné odpady a vedlejší produkty V tabulce 8.6 jsou uvedeny v přehledu rozličné pevné odpady /vedlejší produkty, které vznikají u kyslíkové výroby oceli a udává se jejich měrné mnoţství na t tekuté oceli Tab. 8.6: Druh a specifické mnoţství pevných odpadů/vedlejších produktů, k nimţ dochází při kyslíkové výrobě oceli /EUROFER BOF, 1997; Rentz, 1996/ pevné odpady/vedlejší produkty měrné emise (kg/t tekuté oceli) odsířená struska 2 25 konvertorová struska výhozy 4 10 hrubý prach a kaly z úpravy konvertorového plynu 3 12 jemný prach a kaly z úpravy konvertorového plynu 9 15 prach ze sekundárního odprášení 0,2 3 struska ze sekundární metalurgie 2 16 struska z plynulého odlévání 4 5 okuje z plynulého odlévání 1,2 6 stavební suť 0,8-6 Číselné hodnoty v tabulce 8.6 potvrzují táţ, uvedená v tabulce 8.2, která pocházejí ze 4 integrovaných hutních podniků v EU. Pokud byly k dispozici informace o sloţení a dalším osudu jednotlivých pevných odpadů a zbytků, uvádějí se zde Odsířená struska Odsířená struska je heterogenní a je roztavená pouze částečně. Sloţení strusky značně závisí na pouţitém odsiřovacím činidle. Typické sloţení takové strusky obsahuje tab. 8.7 (údaje jsou v % hm.) Tab. 8.7: Chemické sloţení strusky z odsíření surového ţeleza v % hm. /Geiseler, 1991/ CaO : 27,0 celkové Fe : 20,0 Cr 2 O 3 : 0,1 SiO 2 : 18,0 kovové Fe : 15,0 volný CaO : 5 Al 2 O 3 : 8,0 MnO : 0,5 síra : 4 MgO : 10,0 P 2 O 5 : 0,2 CaO/SiO 2 : 1,5 Relativně vysoký obsah síry a neuspokojivé mechanické vlastnosti nedovolují optimální moţnosti vyuţití odsířených strusek. Částečně se vyuţívají pro zakládání skládky nebo pro ochranné protihlukové bariéry, ale také se ukládají na skládku (obr. 8.12). Na obrázku 8.12 je znázorněno nakládání se struskou z odsíření surového ţeleza, které se provádí v EU (EC Study, 1996). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 238 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

267 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr. 8.12: Nakládání se struskou z odsíření surového ţeleza v EU /EC Study, 1996/ Z ukázky vyplývá, ţe 41 % se ukládá na skládku, 37 % se recykluje v místě závodu, 21 % jde na prodej a 1 % má externí vyuţití Konvertorová struska Struska z kyslíkových konvertorů ocelárny představuje největší mnoţství odpadů. Chemické sloţení této strusky závisí na pouţitých procesech. Tab. 8.8 Sloţení konvertorové strusky (% hm.) (Geiseler, 1991) proces LD/AC LD AOD CaO 50,0 50,0 53,0 SiO 2 9,0 15,0 28,0 Al 2 O ,0 MgO 3 3 5,0 celkové Fe 12,0 16,0 2 kovové Fe MnO 2,0 4 1 P 2 O 5 15,0 2 0,5 Cr 2 O volný CaO síra CaO/SiO 2 4 2,5 1,8 legenda : LD/AC = Linz-Donawitz/Arbed-CRM proces; LD = Linz- Donawitzův proces; AOD = argonkyslíkové oduhličení (argon-oxygen decarbonization) Konvertorová struska se můţe vyuţít jako vratný odpad do procesu výroby ţeleza, pro výrobu umělých hnojiv nebo pro stavbu silnic. Vápenato-fosfátové strusky (z LD/AC nebo OBM procesů) se pouţívá výhradně pro výrobu umělých hnojiv. Konvertorové strusky se běţně pouţívají ve Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 239 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

268 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli stavebnictví a ke stavbě vodních děl, stavbě silnic a cementářském průmyslu. Je třeba počítat s relativně vysokým obsahem volného CaO. Nicméně v EU se značné procentuelní mnoţství konvertorových strusek ještě ukládá na skládku (viz obr. 8.13). Obr. 8.13: Nakládání s konvertorovou struskou v EU /EC Study, 1996/ 26 % 28 % skládky recyklace na místě 20 % prodej 26 % externí uţivatelé Výhozy Výhozy se běţně recyklují na aglomeračním pásu Hrubý prach z úpravy konvertorového plynu Hrubý prach se odloučí z konvertorového plynu v případě suché úpravy konvertorového plynu nebo jako kal při mokrém zpracování (např. ve Venturiho pračkách). Sloţení hrubého prachu je porovnáno s jemným prachem v tab Sloţení hrubého a jemného kalu je v podobném vztahu. Tab. 8.9 : Sloţení hrubého a jemného prachu v % hm. /Harp, 1990; IISI, 1997 ; údaje z jednoho integrovaného hutního podniku v EU/. parametr hrubý prach jemný prach celkové Fe kovové ţelezo CaO Zn 0,01-0,4 1,4-3,2 Pb 0,01-0,04 0,2-1,0 síra 0,02-0,06 0,07-0,12 uhlík 1,4 0,7 Hrubý prach po úpravě se obvykle vrací do procesu výroby konvertorové oceli nebo se recykluje v aglomeračních závodech. V EU se ukládá na skládky pouze menší mnoţství.(obr. 8.14) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 240 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

269 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr. 8.14: Nakládání s prachem ze suché úpravy konvertorového plynu /EC Study, 1996/ Jemný prach a kal z úpravy konvertorového plynu Tab. 8.9 ukazuje, ţe jemný prach ve srovnání s hrubým prachem obsahuje značně vyšší obsah olova a zinku. Hlavním zdrojem těchto těţkých kovů je obvykle šrot, který se zaváţí do konvertoru. V některých případech je moţné regulovat vstup olova a zejména zinku se šrotem. To sniţuje obsah Zn pod 1%, coţ je cílem opatření. Kvůli obsahu zinku se nemohou velmi často jemné prachy nebo kaly recyklovat, ale pouze se ukládají na skládku (obr. 8.15) Obr. 8.15: Nakládání s kalem z mokrého čištění konvertorového plynu v EU /EC Study, 1996/ Tento obrázek se vztahuje k jemnému kalu, protoţe Venturiho pračky nebo mokré elektrostatické odlučovače se pouţívají jako druhý stupeň úpravy, tudíţ se tvoří kaly Struska a okuje z plynulého odlévání Tyto vedlejší produkty se běţně recyklují na aglomeračním pásu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 241 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

270 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Stavební suť Nejsou k dispozici odpovídající informace, o nakládání s těmito pevnými odpady nebo vedlejšími produkty. V některých ocelárnách se suť částečně recykluje do kyslíkového konvertoru nebo se vyuţívá při výrobě nového ţáruvzdorného materiálu. V jiných případech se ukládá na skládku Znečištění odpadní vody Relevantní zdroje odpadní vody jsou následující : - voda ze skrubrů z mokré úpravy konvertorového plynu - voda z přímého chlazení při plynulém odlévání Kromě toho chladící voda pochází hlavně z chlazení konvertoru a kontinuálního odlévání nebo odlévání do ingotů Odpadní voda z úpravy konvertorového plynu Konvertorový plyn se upravuje suchou nebo mokrou cestou. V případě mokrého čištění vzniká odpadní voda, která se po úpravě běţně recykluje. Úprava se velmi často provádí ve dvou krocích: odloučení hrubých částic (o velikosti zrna nad 200 m) s následnou sedimentací v kruhových usazovacích nádrţích. Ke zlepšení sedimentace se přidávají flokulační činidla. Kal se odvodňuje rotačními vakuovými filtry, v komorových kalolisech nebo odstředivkami. Representativní údaje o průtoku a kvalitě upravené odpadní vody vypouštěné z okruhu nejsou k dispozici Odpadní voda z tvorby vakua Specifický průtok odpadní vody z tvorby vakua je okolo 5 m 3 /t tekuté oceli (viz 8.1.4). Informace o sloţení a úpravě nebo recyklaci nejsou k dispozici Odpadní voda z plynulého odlévání K emisím do vody ze strojů kontinuálního odlévání dochází ze systémů přímého chlazení. Ty se pouţívají pro přímé chlazení bram, předvalků, sochorů a strojů. Vypouštěná voda je kontaminována oxidy kovů a uhlovodíky (olejem). Tato voda se velmi často upravuje společně s odpadní vodou z válcoven. Nejsou k dispozici ţádné representativní údaje, které se týkají průtokových poměrů a kvality. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 242 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

271 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Energetická náročnost Kyslíkový konvertor V kyslíkovém konvertoru se spotřebovává palivo na ohřev a vysoušení konvertorů po obnově vyzdívky a po opravách. Toto mnoţství spotřebované tepelné energie je asi 0,051 GJ/t tekuté oceli. Spotřeba elektřiny se odhaduje na 23 kwh/t tekuté oceli nebo 0,08 GJ/t tekuté oceli. To zahrnuje výrobu kyslíku a konvertorové operace. Procesní plyn z konvertoru obsahuje velká mnoţství oxidu uhelnatého (CO) a má vysokou teplotu. Kdyţ se energie z konvertoru rekuperuje (rekuperuje se odpadní teplo a /nebo se rekuperuje konvertorový plyn), stává se kyslíkový konvertor účinným producentem energie. V moderním závodě můţe být rekuperovaná energie aţ 0,7 GJ/t tekuté oceli Plynulé (kontinuální) odlévání Spotřeba paliva pro předehřev pánve obsahující tekutou ocel se odhaduje na 0,02 GJ/t tekuté oceli. Spotřeba elektřiny pro odlévací stroje se odhaduje na 0,04 GJ/t tekuté oceli /InfoMil, 1997/. 8.3 Techniky, o nichţ se uvaţuje při stanovení BAT Opatření integrovaná do procesu (PI) PI. 1 Rekuperace energie z konvertorového plynu PI. 2 Sníţení obsahu zinku ve šrotu PI. 3 Kontinuální vzorkování a analysa oceli Techniky koncového čištění (end of pipe - EP) EP.1 Primární odprášení EP.2 Sníţení tuhých částic z předběţné úpravy surového ţeleza EP.3 Sekundární odprášení EP.4 Briketování prachu za tepla a recyklace EP.5 Úprava odpadní vody z mokrého odprašování EP.6 Úprava odpadní vody z plynulého odlévání Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 243 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

272 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli PI. 1 Rekuperace energie z konvertorového plynu Popis: Cílem toto opatření je zefektivnit vyuţití jak značného tepla, tak chemické energie konvertorového plynu. Dříve se většina chemické energie vyplýtvala plápolavým spalováním na svíčce. Konvertorový plyn, který vzniká během dmýchání kyslíku opouští konvertor jeho ústím a následně se zachycuje primární ventilací. Tento plyn má teplotu přibliţně okolo 1200 o C a objemový průtok asi Nm 3 /t oceli (tj. přibliţně Nm 3 /hod ). Plyn obsahuje asi % oxidu uhelnatého (CO), kdyţ opouští konvertor a výhřevnost asi 8,8 MJ/Nm 3. Obecně lze pouţít pro rekuperaci energie z konvertorového plynu dva systémy: 1. Spalování konvertorového plynu v potrubí vedení konvertorového plynu a následnou rekuperaci značného tepla v kotli na odpadní teplo ; Tento konvertorový plyn se můţe spalovat za přístupu okolního vzduchu do potrubního vedení primárního ventilačního systému. Tedy značné teplo a celkový průtok plynu v primárním ventilačním systému vzrůstá a v kotli na odpadní teplo se můţe vyrobit více páry. Mnoţství vzduchu přimíšeného do konvertorového plynu určuje mnoţství vyrobené páry. V úplném ocelárenském cyklu (asi o minutách) zaujímá dmýchání kyslíku do konvertoru asi 15 min. Výroba páry, která se dotýká přímo dmýchání kyslíku, je tudíţ diskontinuálním procesem. 2. Potlačené spalování konvertorového plynu a jeho skladování v plynojemu pro následné pouţití. Spalování konvertorového plynu v systému primární ventilace se můţe potlačit zamezením přístupu okolního vzduchu do systému. To se obvykle provádí spuštěním zataţitelného štítu přes ústí konvertoru. Tímto způsobem se CO zachytí a konvertorový plyn lze pouţít jako energetického zdroje na jiných místech. Plyn se čistí, aby splnil poţadavky na plyn zaváděný do sítě a můţe se skladovat v plynojemu. Můţe se rovněţ nainstalovat kotel na odpadní teplo, aby se rekuperovalo značné teplo, které je obsaţeno v nespáleném konvertorovém plynu. Je nutno poznamenat, ţe během začátku a konce dmýchání se konvertorový plyn nezachycuje, protoţe má nízký obsah CO. Během těchto intervalů, které trvají několik minut plápolá na svíčce (viz obr. 8.11). Dnes je tendence směřující k potlačenému spalování a následné rekuperaci konvertorového plynu. Existují dva hlavní důvody : - Potlačené spalování sniţuje mnoţství spalin a tedy sniţuje náklady na ventilátory a odstraňování prachu. Sníţený průtokový objem odpadního plynu, který je charakteristický pro potlačené spalování, má za následek vyšší hmotnostní koncentraci surového plynu a proto se musí pouţít pro stejné vyčištění prachu z plynu mnohem účinnějšího systému odprašování (viz také EP.1) - Ze systému úplného spalování se získají velké objemy páry. Protoţe se pára vyrábí diskontinuelně, nemůţe být vţdy plně vyuţita. Vyuţití rekuperovaného konvertorového plynu je mnohem pruţnější. Pouţití konvertorového plynu ve spojení s vysokopecním a koksárenským plynem jako třetím produktem pece v plynné fázi přináší podstatné výhody, pokud to umoţňuje nahradit významná mnoţství nakupované energie, jako je zemní plyn. V některých závodech se konvertorový plyn pouţívá přednostně pro zkvalitnění vysokopecního plynu /Joksch, 1995/. Koksárenský plyn a zemní plyn se mísí ve směšovací stanici pouze aţ na druhém a třetím místě priority (stupňovitá regulace), /Joksch, 1995/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 244 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

273 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Tab předkládá přínosy a nedostatky potlačeného spalování, projektovaného pro poměr vzduch/palivo méně neţ 0,1. Tab : Výhody a nevýhody potlačeného spalování se zvláštním opatřením při vyuţití konvertorového plynu /EUROFER BOF, 1997/ Výhody Sníţený podíl průtokového objemu plynu Větší rozloţení sloţek v nosném plynu, aby se dosáhlo rovnoměrnějších rychlostí odsávání Niţší spotřeba energie ventilátoru odpadního plynu Sníţená potřeba vody pro chlazení odpadního plynu Projekt systémů rekuperace prachu pro menší průtokové objemy odpadního plynu Moţnost vyuţití výstupního plynu Omezené vypouštění plynu za podmínek bouřlivého tavení se zřetelem k uspořádání odlišného projektu izolace krytů Nevýhody Komplexní vybavení technologie s ohledem na zabezpečení technických norem Potřeba přídavných komponent Dodatečná opatření pro zabezpečení inţenýrských sítí Sloţení konvertorového plynu v případě potlačeného spalování ukazuje tab Pouţije-li se úplného spalování, je obsah CO mnohem niţší a obsah CO 2 je odpovídajícím způsobem vyšší. Hlavní dosaţené energetické úspory: V tab jsou uvedeny příklady výroby páry v kotlích na odpadní teplo u kyslíkových oceláren Thyssen Stahl AG, v Německu, /Joksch, 1995/. Tab. 8.11: Výroba páry při výrobě oceli v kyslíkových ocelárnách Thyssen Stahl AG /Joksch, 1995/ parametr jednotka Ruhrort Beeckerwerth Bruckhausen kapacita t TO/tavbu 4x140 3 x x 380 podíl vstupu vzduchu * - 2,0 0,4 0,15 průtok spalin Nm 3 /t TO výroba páry kg páry / t TO legenda : TO = tekutá ocel * faktor (stechiometrický poměr) přístupu vzduchu vykazuje, kolik vzduchu se přivádí do spalinového potrubí - faktor 0 : ţádný vzduch se nezavádí : - faktor 2: mnoţství zaváděného vzduchu je dvojnásobné proti původnímu mnoţství konvertorového plynu Uvádí se, ţe rekuperace energie ze systému úplného spalování s kotlem na odpadní teplo je 80 % celkového odcházejícího tepla. Pouţije-li se potlačeného spalování, rekuperuje se v kotli na odpadní teplo pouze 10 aţ 30 % (0,l-0,3 GJ/t tekuté oceli) celkového výkonu energie /Joksch, 1995/. Rekuperuje-li se konvertorový plyn, pak se získá nějakých % jako energie chemická (CO), obsaţená v konvertorovém plynu podle toho, jaký je faktor přístupu vzduchu. Pokud plyn plápolá na svíčce, energie se ztrácí. Celkový zisk energie, pouţije-li se potlačeného spalování, rekuperace konvertorového plynu a kotle odpadního tepla pro vyuţití značného tepla, můţe dosáhnout aţ 90 % /Arimitsu, 1995; Joksch, 1995/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 245 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

274 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Kdyţ se rekuperuje konvertorový plyn, dosahují úspory energie 0,6-1,0 GJ/t tekuté oceli oproti jeho plápolavému hoření. U izolovaného systému, který byl vyvinut akciovou společností Nippon-Steel se docílí energetická úspora od 0,98 aţ 1,08 GJ/t tekuté oceli a ve srovnání s plápolavým hořením se zvyšuje i produkce tavené oceli o 0,4 %. Pouţitelnost: Rekuperace odpadního tepla i rekuperace konvertorového plynu lze pouţít jak v nových, tak ve stávajících závodech. Přenos vlivů prostředím: Rekuperace konvertorového plynu vyţaduje náleţité čištění surového plynu proto, aby byly splněny poţadavky na plyn pro rozvodnou síť. Pokud se pouţije úplného spálení, emitují spaliny do atmosféry. Poţadavky na emise do atmosféry jsou obvykle méně přísné neţ poţadavky na plyn do rozvodné sítě. Celkové emise do ovzduší se sníţí, kdyţ se pouţije potlačeného spalování. Kromě toho systémy úplného spalování s mnohem většími průtokovými objemy spalin předpokládají draţší a relativně méně účinné odloučení hmotných částic. Získaná energie můţe sama o sobě znamenat úspory neobnovitelných energetických zdrojů. Rekuperace konvertorového plynu je ve své podstatě nebezpečná a vyţaduje přísnější zásady bezpečnosti (exploze, úniky CO). Referenční závody: Rekuperace energie prostřednictvím systémů úplného spalování nebo potlačeného spalování se pouţívá v širokém měřítku v ocelárnách s kyslíkovými konvertory na celém světě. Existuje tendence směřující k systémům potlačeného spalování, hlavně z důvodu logistických výhod ve srovnání se systémy úplného spalování. Provozní údaje: nejsou k dispozici Ekonomika: Odhadované investice na systémy potlačeného spalování se pohybovaly mezi 5-25 ECU (1996) / GJ. Doba návratnosti můţe být asi jeden rok v závislosti na místních podmínkách. Odkazy na literaturu: /Arimitsu, 1995 ; Joksch, 1995; InfoMil, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 246 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

275 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli PI. 2 Snížení obsahu Zn ve šrotu Popis: Vysoký obsah zinku ve vysoké peci má nepříznivý vliv na její správný chod. Tudíţ, recyklace materiálu s vysokým obsahem Zn se omezuje. Prach a kaly zachycované u odprašovacího zařízení konvertorového plynu mohou obsahovat relativně vysoké koncentrace těţkých kovů, zejména Zn (viz tab. 8.9). Tento zinek pochází hlavně ze šrotu, který se vsazuje do kyslíkového konvertoru. Uvolňování Zn můţe značně kolísat od jedné tavby ke druhé, podle druhu externího vsazovaného šrotu a podmínek dmýchání. Stejný problém, ale v menším rozsahu je s olovem (Pb) a kadmiem (Cd). S ohledem na plnění specifikací, které umoţňují recyklaci prachů, lze vyuţít prach s nízkým obsahem Zn. To vylučuje šrot pozinkovaných výrobků. Dosaţená úroveň hlavních emisí: V některých závodech se praktikuje velmi přísná politika při vyuţívání šrotu s nízkým obsahem Zn. Kal z odprašování konvertorového plynu má obsah Zn přibliţně v rozmezí 0,1-0,3 %, coţ umoţňuje jeho 100% recyklaci v aglomeračním závodě. Pouţitelnost: Aplikace je moţná jak v nových, tak stávajících závodech. Toto opatření však značně závisí na dostupnosti šrotu s nízkými obsahy Zn, Pb a Cd a ekonomických aspektech vyuţití tohoto druhu šrotu. Tedy se nedá aplikovat na všechny případy. Přenosy vlivů prostředím: Na toto řešení by se mělo pohlíţet z hlediska lokálních moţností. Celkový účinek je pravděpodobně nulový, protoţe v celém světě se vyrábí velké mnoţství pozinkované oceli, coţ povede ke vzniku kalů s relativně vysokým obsahem Zn, jakmile přejde tato ocel do stadia šrotu pro ocelárenský proces. Ve většině kyslíkových oceláren Zn emituje z konvertoru hlavně v několika prvních minutách dmýchání kyslíku. Referenční závody: Hoogovens IJmuiden, NL- IJmuiden a British Steel, UK-Scunthorpe, Sidmar, B- Gent.. Provozní údaje: Provozy jsou bezproblémové. Ekonomika: Šrot s nízkým obsahem Zn je draţší a zvyšuje nákladové ceny za tunu vyrobené tekuté oceli. Očekává se, ţe šrot s nízkým obsahem Zn bude čím dál tím těţší získat. Na druhou stranu vyuţití šrotu s nízkým obsahem zinku umoţňuje recyklaci kalů a prachu z čištění konvertorového plynu. Odkaz na literaturu: /Deckers, 1995; Pazdej, 1995; InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 247 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

276 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli PI. 3 Kontinuální vzorkování a analýza oceli Popis: Výroba oceli v kyslíkových ocelárnách je dávkovací proces. Kaţdá vsázka kovové taveniny se musí upravovat tak dlouho, dokud není dosaţena poţadovaná jakost oceli. Aby se mohl proces monitorovat, odebírají se pro analýzu vzorky z lázně roztavené oceli. Výsledky analýzy se pouţijí při stanovení doby pro přídavné dmýchání kyslíku potřebné k tomu, aby se dosáhlo poţadované jakosti oceli. Poslední systémy modelování dynamiky a monitoringu dosahují takové přesnosti, ţe se vzorkování během dmýchání stává nevyhnutelným. Kontrolní vzorek se potom odebírá během periody odlévání. Tyto techniky sniţují emise následkem vzorkování k nule. Donedávna bylo třeba pro odebírání vzorku přerušit dmýchání kyslíku a naklonit konvertor. To byl proces, který spotřeboval mnoho času a zvyšoval emise z konvertoru. V moderním závodě se vzorky odebírají nepřetrţitě během dmýchání kyslíku pomocí automatického vzorkovače. To umoţňuje, aby proces rafinace pokračoval, zatímco se vzorek analyzuje. Tato praxe zkracuje doby výrobního cyklu a zvyšuje tak produktivitu. Emise jsou niţší ve srovnání se starým způsobem metody vzorkování, coţ je způsobeno stálou pozicí kyslíkového konvertoru. Hlavní přínosy: Sniţuje se doba na jednu tavbu, tedy vzrůstá produktivita. Sniţují se emise do ovzduší, protoţe kyslíkový konvertor není nutné naklánět. Pouţitelnost: Lze pouţít na všechny nové závody. Stávající závody potřebují rekonstrukci s instalací vzorkovacího systému. Přenos vlivů prostředím: Nejsou známy ţádné účinky přenášené z prostředí do prostředí Referenční závody: Moderní závody pouţívají automatického vzorkování; modelování dynamiky se praktikuje v Sidmar, B-Gent. Provozní údaje: nejsou k dispozici Ekonomika: Náklady se pravděpodobně sníţí jako následek vyšší produktivity. Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 248 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

277 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli EP. 1 Primární odprášení Popis: Během dmýchání kyslíku dochází k tvorbě konvertorového plynu. Tento plyn je zatíţen velkým mnoţstvím tuhých částic. Kdyţ se konvertorový plyn rekuperuje pro pouţití jako palivo (viz PI.l), musí splňovat určité poţadavky. Pokud se konvertorový plyn spaluje ve spalinovém kouřovodu, spalné plyny emitují a musí splňovat místní emisní normy. V současné době většina závodů rekuperuje konvertorový plyn jako palivo. Systémy úplného spalování přisávají vzduch z okolního prostředí do systému primární ventilace za účelem spálení konvertorového plynu. To vede k velkému objemovému průtoku spalin ( Nm 3 / t tekuté oceli); systémy potlačeného spalování však produkují pouze Nm 3 konvertorového plynu/t tekuté oceli (viz tab. 8.5). To má za následek značné rozdíly v rozměrech zařízení pro primární odprašování. Sníţené objemové průtoky odpadních plynů charakteristické pro metodu potlačeného (nedokonalého) spalování působí vyšší hmotnostní koncentraci surového plynu tak, ţe efektivita systému rekuperace prachu se musí zvýšit, aby se dosáhlo stejného vyčištění prachem zatíţeného plynu. Z hlediska rekuperace prachu tudíţ princip potlačeného spalování umoţňuje pouţít odprašovací systémy projektované pro poměry niţších objemových průtoků, které musí nicméně dosáhnout vyšší účinnosti odloučení prachu. Primární odprašování se obvykle provádí za pouţití praček Venturi (přibliţně v 90 % závodů), nebo pomocí suchých elektrostatických odlučovačů. Před venturkami, nebo elektrostatickými odlučovači se obvykle odstraní hrubé částice pomocí cyklonů atd. Speciální pozornost by se měla věnovat emisím tuhých částic z otvoru pro vhánění kyslíku. Emise z tohoto otvoru mohou být aţ 50 g/t tekuté oceli. Emise lze potlačit pomocí pohyblivého mlýnského kamene, který zakryje otvor během dmýchání kyslíku a / nebo injektáţí inertního plynu (N 2 / CO 2 ), nebo páry do dmýšního otvoru, aby se rozptýlily hmotné částice. Další návrhy izolace dmýšního otvoru se také účinně kombinují s čistícím zařízením u trysky. Hlavní dosaţená úroveň emisí: Suché odprašování a potlačené spalování : Aplikací elektrostatického odlučovače se můţe koncentrace zbytkového prachu v konvertorovém plynu sníţit aţ na 10 mg/nm 3 (coţ je přibliţně 0,5-1,0 g/t tekuté oceli), v kaţdém případě pod 50 mg/nm 3. Před úpravou plynu v elektrostatickém odlučovači se hrubé částice odstraní vychýlením ze směru proudění a plyn prochází přes odparný chladič. Suché odprašování a úplné (otevřené spalování) : nebyly získány ţádné provozní údaje Vypírání ve skrubru a potlačené spalování: Aplikací mokrého systému se především v mokrých odlučovačích odstraní hrubé částice, nato se jemné částice odstraní ve Venturiho skrubrech. Koncentrace tuhých částic v konvertorovém plynu po vyprání se pohybuje obvykle mezi mg/nm 3, ale můţe být i niţší neţ 10 mg/nm 3. Vypírání a otevřené spalování : Kdyţ se konvertorový plyn spaluje v kouřovodu a čistí pomocí Venturiho praček, je obsah zbytkového prachu mezi mg/nm 3. Pouţitelnost: Lze pouţít jak na nové, tak stávající závody. Rostoucí počet závodů aplikuje suché elektrostatické odlučovače. Např. ve Voest-Alpine Stahl A-Linz se rekonstruovala ocelárna z mokrých systémů čištění na suchý odprašovací systém. Přenos vlivů prostředím: Odloučený prach a kaly mohou obsahovat vysoké koncentrace Zn, coţ znehodnocuje jejich opětné vyuţití. Pouţívání šrotu bez Zn umoţňuje recyklaci konvertorového kalu nebo prachu v aglomeračním závodě (viz. PI.2). Závody pouţívající suché elektrostatické odlučovače mohou pevný odpad briketovat za horka a brikety recyklovat přímo v ocelárenském pochodu. (viz EP. 4) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 249 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

278 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Kromě toho, mokré odprašování nutně vede ke vzniku kontaminované odpadní vody (viz ). Mimo to potřebuje provoz odprašovacího zařízení energii. U systému potlačeného spalování to činí asi 0,001 0,005 GJ/t oceli pro Venturiho skrubr a pro suchý elektrostatický odlučovač pod 0,001 GJ/t oceli. U systému otevřeného spalování by to odpovídalo rozmezí od 0,04-0,15 GJ/t surového ţeleza pro Venturiho pračku a pod 0,005 GJ/t oceli pro suchý elektrostatický odlučovač. Referenční závody: Suché elektrostatické odlučovače a potlačené spalování : Thyssen Stahl AG, D-Duisburg; LD Melt Shop 3, Voest Alpine Stahl AG A-Linz; Suché elektrostatické odlučovače a otevřené spalování: není k dispozici Vypírání ve skrubrech a potlačené spalování: Kyslíková ocelárna 2; Hoogovens IJmuiden, NL- Ijmuiden; Vypírání ve skrubrech a otevřené spalování: Kyslíková ocelárna 1; Hoogovens IJmuiden, NL- IJmuiden Ekonomika: Investiční náklady : mil. ECU (1996) při kapacitě ocelárny l Mt/rok Provozní náklady : 2-4 ECU (1996)/ t tekuté oceli Motivace pro zavedení: S ohledem na rekuperaci konvertorového plynu je nutné ho vysoce efektivně vyčistit. Pokud se nepouţije rekuperace konvertorového plynu, musí se plyn upravit tak, aby splňoval stávající hodnoty emisních limitů. Odkazy na literaturu: /Joksch, 1995; Koller, 1995; EC BOF, 1995; InfoMil, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 250 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

279 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli EP. 2 Snížení hmotných částic z předběžné úpravy surového železa Popis: Během 3-stupňové předúpravy surového ţeleza (odsíření, odstranění strusky a přesun a váţení horké taveniny) dochází k emisím hmotných částic. Měrné emise (emisní faktor) pro prach (před sníţením) kolísá od 110 do 830 g/t tekuté oceli /Eurofer BOF, 1997/. Tyto emise se jímají (obr. 8.16) a obvykle se upravují pomocí tkaninových filtrů. Odsiřovací jednotky jsou většinou uzavřeného typu. Klíčová opatření pro rekuperaci prachu zahrnují vyuţití pánvových vík, regulovaný přísun odsiřovacích činidel, začleněnou odstruskovací operaci, vyuţití jednotky se systémem odsávání a montáţ pohyblivých dveří v souladu s postupem pochodu (obr. 8.16). Obr : Zachycení prachu v jednotce odsiřování horké kovové taveniny /Eurofer BOF, 1997/ Jímané plyny obsahují aţ mg prachu/nm 3. V některých případech se pouţívají suché elektrostatické odlučovače. Důleţitým znakem je účinnost odlučování ze systému ventilace. Umístění sacích ventilátorů se musí optimalizovat, aby se dosáhlo dobré účinnosti odloučení. Průtokový objem plynu se pohybuje v rozmezí Nm 3 / hod. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Kdyţ se hmotné částice účinně odloučí a následně vedou přes tkaninový filtr nebo elektrostatický filtr, můţe se dosáhnout méně neţ 10 mg emisí / Nm 3 (cca l g/t tekuté oceli) (viz také tab. 8.3). Pouţitelnost: Lze vyuţít jak v nových, tak stávajících závodech. Přenos vlivů prostředím: Sací ventilátory potřebují energii. Mimo to se tvoří tuhé odpady, které se mohou recyklovat do procesu aglomerace (vysoký obsah Fe). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 251 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

280 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Sloţení prachu z odsiřovací jednotky surového ţeleza velmi závisí na pouţitém odsiřovacím činidle. Referenční závody: Sniţování tuhých částic během předběţné úpravy surového ţeleza se praktikuje v mnohých závodech celého světa. Provozní údaje: jak tkaninové filtry, tak elektrostatické odlučovače lze provozovat bez problémů. Ekonomika: Investiční náklady : cca 10 mil. ECU (1996) Motivace pro zavedení: Hlavní hnací silou jsou hodnoty emisních limitů nebo jiné právní poţadavky. Odkaz na literaturu: /InfoMil, 1997; EC BOF, 1995/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 252 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

281 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli EP. 3 Odprašování sekundárních odpadních plynů Popis: Aţ do počátku 70. let se kyslíkové ocelárny stavěly bez vybavení k jímání druhotně vznikajícího prachu. Následkem toho se většina zařízení u primárních zdrojů rekonstruuje proto, aby se dovybavila zařízením na jímání sekundárního prachu. Účinnost takových systémů je značně závislá na místních podmínkách, které hrají zvláště významnou úlohu, kdyţ dochází k výběru a projektování rekuperačního systému (uzávěry, digestoře, atd.). Stanovení poměrů objemových průtoků odpadních plynů často závisí na místních podmínkách a na prostoru, který je k dispozici pro montáţ potrubních systémů, o moţné velikosti potrubního průřezu. Pro nová i stávající zařízení je fakticky nemoţné stanovit předem účinnost jejich rekuperace o nějakém určitém stupni. Jakýkoliv pokus o hodnocení se dále komplikuje výjimečnou obtíţností při měření výsledků. Dosaţitelnou účinnost rekuperace znázorňuje obr a pochází z provozu a modelových zkoušek, propočtů a empirických pozorování a mohou kolísat podle dotyčného emisního zdroje a specifického technologického procesu. Právě optimální projekt a vysoké objemové průtoky odpadního plynu nebudou po technické stránce garantovat úplné jímání odpadního plynu, tak, aby se v procesu kyslíkové výroby oceli mohlo dlouhodobě dosahovat 100 % podílu rekuperace. Změnou, nebo při atypických provozních podmínkách a vlivem přírodních faktorů, jakými je např. neobvyklé vzdušné proudění v budově závodu, můţe dojít k vypouštění neodloučených proudů prachu, které budou unikat jako nevyhnutelné sekundární emise přes monitory v klenbě střechy. Obr Dosaţitelný stupeň zachycení prachu ze sekundárního odtahu plynu v kyslíkových ocelárnách (Eurofer BOF, 1997) Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 253 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

282 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli 1) maximálních stupňů odloučení prachu lze dosáhnout pouze za příznivých technických podmínek s moderním vybavením, které bylo vyprojektováno se základním provozem 2) 100% stupeň záchytu znamená technicky dosaţitelné Sekundární výstupní plyny se tvoří při následujících operacích : - přelévání horké taveniny z pánve na pánev a odstruskování - zaváţení kyslíkového konvertoru - odpichu tekuté oceli a strusky z kyslíkových konvertorů a pánví - sekundární metalurgii a odpichových pochodech - manipulaci s aditivy - plynulém odlévání Odhady mnoţství sekundárních emisí kolísají v širokém rozmezí mezi 100 a 2000 g/t tekuté oceli. Zaváţení a odpich kyslíkového konvertoru většinou přispívají k těmto emisím prachu v rozmezí od g/t tekuté oceli /Eurofer BOF, 1997/. Jedno vysvětlení pro tento značně široký rozsah můţe spočívat ve skutečnosti, ţe sekundární emise je těţké vymezit s nějakým stupněm určitosti a ţe pouţitá rekuperační opatření nejsou často dostatečně známa. To má za následek překrývání údajů o vypouštěných substancích a skutečných emisích, které následuje po zavedení vhodné rekuperace odpadního plynu a etapách čištění. Zaváţení a odpich Během zaváţení horké taveniny kovu a šrotu a odpichu kyslíkového konvertoru dochází k neodloučeným emisím hmotných částic( viz obrázek výše). Skutečnost, ţe kyslíkový konvertor se vykloní, znamená, ţe se tyto emise nemohou účinně jímat primárním ventilačním systémem. Proto se ve většině případů instaluje sekundární odvětrávání, kterým se odvádějí emise vzniklé během zaváţení a odpichu. Sekundární odvětrávání obvykle obsahuje stahovací kryt právě nad ústím konvertoru v nakloněné pozici a plášť okolo zbývajících 3/4 konvertoru (obr. 8.18). Stahovací kryt přiléhá co nejtěsněji ke konvertoru.v některých stávajících závodech konstrukce neumoţňuje, aby stahovací kryt kyslíkový konvertor uzavřel. V takovém případě se můţe odsávací zařízení umístit v blízkosti střechy, coţ znamená niţší účinnost, závisí však na velikosti odsávacího zařízení a na jímaném objemu. Průtok spalných plynů ze sekundárního odprašování dosahuje Nm 3 /hod /InfoMil, 1997/ a čištění se obvykle provádí pomocí tkaninového filtru, ačkoliv se elektrostatické odlučovače se rovněţ vyuţívají. Některé případy projektovaných systémů sekundárního odprášení jsou shrnuty do tab Tyto příklady vykazují průtoky mezi 650 tis. a Nm 3 /hod. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 254 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

283 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr. 8.18: Jímání sekundárních emisí během zaváţení horké taveniny do konvertoru /EUROFER BOF, 1997/; stejného systému se pouţívá při zaváţení šrotu Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 255 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

284 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Tab. 8.12: Údaje z pouţitého systému odprašování sekundárních emisí ze zaváţení a odpichu kyslíkového konvertoru /EUROFER BOF, 1997/ Závod Kapacita nádoby (t) Číslo konvertoru Doba vsázky horké taveniny (s) Teplota odpadního plynu ( o C) OX OX OX OX OX OX OX OX ) OX ) provoz dvou konvertorů Objem odpadního plynu (m 3 /h ) Přelévání taveniny horkého kovu mezi pánvemi Přelévání taveniny horkého kovu z torpédové pánve do zaváţecí pánve se provádí v uzavřeném prostoru (obr. 8.19). Obr. 8.19: Jímání prachu při přelévání pánví (z torpédové pánve na pánev zaváţecí) /Eurofer BOF, 1997) Na místě zabudované regulační zařízení umoţňuje přímé monitorování procesu přelévání. Pánev s horkým kovem se pohybuje pod úrovní patra výrobní haly na transportním voze. Tento vůz je opatřen čelním těsnícím krytem, který izoluje klenbu při odlévání horkého kovu, čímţ vytváří uzavřený prostor. Tam, kde nelze provést úplné uzavření, je moţné namontovat nad pánev odtah kouře (obr. 8.20). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 256 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

285 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Nová technika k regulaci emisí prachu při přelévání horké kovové taveniny z torpédové pánve (nebo mísiče horké taveniny) na zaváţecí pánev musí vytvořit inertní atmosféru přídavkem pevného oxidu uhličitého na přejímanou pánev, aby se omezila tvorba oxidů v prachu. Odpařováním suchého ledu se plynule uvolňuje plynný oxid uhličitý. Protoţe tento plyn je těţší neţ vzduch, tvoří bezkyslíkatou vrstvu na povrchu lázně, předcházející oxidaci ţeleza. Jak se oxid uhličitý ohřívá, stoupá vlivem účinku tepla a zahaluje přelévání tekutého ţeleza /UNEP,1997; Klein, 1993/. Obr ukazuje přelévání z pánve na pánev s potlačením kouřových plynů a prachu, nebo bez něho. Optimální postup pro vytvoření inertní atmosféry ve stanici přelévání taveniny ţeleza je následující : - vpravit během asi 30 sec. do prázdné pánve injektáţí maximální dávku oxidu uhličitého - udrţet inertní podmínky po dobu přepravy kovu při pouţití minimálního průtoku CO 2 Ačkoliv oxid uhličitý není toxický plyn, je potenciálním problémem obohacení atmosféry na pracovišti, protoţe můţe dojít k zadušení. Stanovila se maximální povolená koncentrace tohoto plynu v pracovním prostředí, aby se omezilo vystavování personálu účinkům a instaluje se vhodný ventilační a monitorovací systém, aby zajistilo, ţe nenastane ţádné překročení expozice / UNEP, 1997/. Při specifické spotřebě oxidu uhličitého ve výši 2,4 kg/t, se dosáhly následující výsledky: - 87 % sníţení emisí prachu - zdaleka podlimitní hodnoty CO a CO 2 v pracovním prostředí /UNEP, 1997/. Obr. 8.20: Jímání prachu ze stanice přelévání horkého kovu mezi pánvemi /EUROFER BOF, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 257 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

286 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr : Přelévání horké taveniny z torpédové pánve do zaváţecí pánve při potlačení prachu a kouřových plynů pomocí inertního plynu (CO2) nebo bez potlačení znečištění /UNEP, 1997) Odstruskování horké kovové taveniny Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 258 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

287 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Při procesu odstruskování se pánev, která nese horkou taveninu kovu, sklopí do polohy vhodné pro odstruskování, zatímco se přidrţuje jeřábem, nebo naklápěcí podpěrou. Průřez odsávacího zařízení je opatřen vhodnými vnitřními částmi, aby se dosáhlo vyšších vstupních rychlostí. Odsávací zařízení se můţe přemísťovat, takţe můţe obslouţit několik míst v odstruskovací stanici. Odstruskovací jednotky jsou běţně odděleny příčkami, které umoţňují dostatečné průchodné trasy pro tento pochod. Otvory jsou uzavřeny těsnícími kryty namontovanými na voze. Obr ukazuje systém odlučování prachu u odstruskovací stanice s odsiřováním /Eurofer BOF, 1997/. Obr. 8.22: Jímání prachu ve stanici odstruskování /EUROFER BOF, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 259 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

288 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Dosaţená úroveň hlavních emisí: Emise jsou ovlivňovány hlavně účinností, se kterou se odsávají hmotné částice, uvolněné během vsazování a odpichu. Emise hmotných částic ze sekundárního systému odprašování mohou být niţší neţ 10 mg/nm 3, kdyţ se odsávané plyny upravují pomocí tkaninového filtru. Podle tabulky 8.3 lze dosáhnout emisí prachu pod 5 g/t tekuté oceli u kaţdé z uvedených jednotlivých emisí do ovzduší. Výkon elektrostatického odlučovače bude pravděpodobně poněkud menší, ale mělo by se přihlíţet k účinnosti zachycení tuhých částic u sekundárního odsávacího zařízení. V některých závodech (Japonsko) je celá střešní klenba uzavřena a odsává se při dosaţení celkové účinnosti 100%. Pouţitelnost: Sekundární odprašování lze pouţít u nových i stávajících závodů. U stávajících závodů můţe projekt závodu omezovat moţnosti náleţitého odsávání. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 260 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

289 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Obr. 8.23: Specifický příkon energie při procesech odprašování v integrovaných hutních podnicích /Phillip, 1987/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 261 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

290 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Přenos vlivů prostředím: Během sekundárního odprašování se tvoří pevný odpad (aţ 1 kg/t tekuté oceli). Opětné vyuţití tohoto na ţelezo bohatého pevného odpadu závisí do značné míry na obsahu zinku. Některé závody mohou být schopny znovu tento odpad vyuţít, jiné jej zneškodňují. Provoz odsávání a čistícího zařízení pro odlučování hmotných částic potřebuje energii. Sekundární ventilace potřebuje kapacitu odsávání cca aţ Nm 3 /hod. To by odpovídalo spotřebě energie v rozmezí 0,72 aţ 7,2 MJ/1000 upravených Nm 3, pokud se pouţije tkaninový filtr. Spotřeba energie závisí hlavně na tlakové ztrátě a kapacitě zapojeného ventilátoru. Specifická spotřeba energie pro sekundární odprašování je relativně vysoká ve srovnání s ostatními odprašovacími pochody (obr. 8.23). Referenční závody: Mnoho závodů celého světa pouţívá sekundární odprašování. Provozní údaje: Jak tkaninový filtr, tak elektrostatický odlučovač se mohou provozovat bez problémů. Většina potíţí sekundárního odprašování spočívá v účinnosti odlučování a recyklaci vzniklého pevného odpadu. Ekonomika: Investiční náklady : 12 aţ 20 mil. ECU (1996) Provozní náklady : 0,8 aţ 4 ECU (1996)/ t tekuté oceli Motivace pro zavedení: Hlavní motivací jsou hodnoty emisních limitů, resp. další právní poţadavky. Odkaz na literaturu: /InfoMil,1997; Eurofer BOF, 1997; EC BOF, 1995/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 262 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

291 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli EP. 4 Briketování prachu za horka a recyklace s rekuperací pelet o vysokém obsahu Zn pro externí použití. Popis: Kdykoliv se pouţije pro čištění konvertorového plynu, který vystupuje při dmýchání kyslíku, suchý elektrostatický odlučovač, vzniká pevný odpad. Tento odpad má vysoký obsah ţeleza (40-65%) a můţe se vyuţít jako hodnotná surovina, pokud se slisuje do podoby briket. S ohledem na různost vlastností (viz tab. 8.9) se hrubý a jemný prach briketují ve stejných závodech, ale v oddělených vsázkách. Brikety z hrubého prachu obsahují okolo 70 % kovového ţeleza a lze je pouţít jako náhradu šrotu v kyslíkových konvertorech. Brikety z jemného prachu mají okolo 7 % kovového ţeleza a pouţívají se jako doplněk pro ochlazení rudy /Auth, 1988/. Horká briketace se provádí v závodech horké briketáţe (obr. 8.24). Nejdříve se prach ohřeje aţ na 750 o C v pohyblivém reaktorovém loţi působením horkého vzduchu a autogenními exotermickými reakcemi. Druhým krokem je tvorba briket v cylindrickém lisu. Obr : Zařízení pro briketování prachu ze závodů kyslíkových konvertorů /Eurofer BOF, 1997/ Koncentrace Zn se však při recyklaci prachu postupně zvyšuje. Kdyţ brikety prachu dosáhnou průměrného obsahu Zn nejméně 17 % hm., přepravují se k externím zpracovatelům, kteří rekuperují Zn. Protoţe Zn v prachu uvnitř tohoto uzavřeného systému je velmi nehomogenně rozloţen, nacházejí prachy s obsahem Zn značně nad 17 % hm.. své uplatnění právě v tomto uvedeném způsobu pouţití. To vede ke značnému mnoţství Zn, který se nevyhnutelně přenáší do koloběhu opakovaně se redukuje, přechází v páru, oxiduje se a briketuje v kaţdém následném cyklu. Tento klikatý profil následného obohacování a eliminace prachu vede ke značně kolísající vsázce briket do kyslíkového konvertoru. To následně ovlivňuje nejen hutní pochody (tvorbu strusky, Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 263 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

292 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli vytváření inkrustací prachu v potrubí odpadního plynu), ale také má značný dopad na tepelnou bilanci (horký kov/ šrot). Je nutná pravidelná analytická kontrola, aby se zajistilo, ţe jakost oceli a vytvořené strusky se neznehodnotila nějakým nepřiměřeným zvýšením obsahu Zn. Pro optimalizaci procesu byla vyvinuta kontinuální technika ke stanovení mnoţství Zn v prachu v daném časovém úseku. Tato nová technologie se uvádí jako LIBS (laser-induced breakdown spectroscopy = laserová spektroskopie indukovaných poruch) Zařízení měří nepřetrţitě obsah Zn v prachu na dopravníku. Známý obsah Zn v prachu znamená, ţe se můţe vytřídit, případně odstranit, peletizovat a přepravit ke zpracovateli. Obr udává schematický přehled optimalizovaného prachového cyklu u závodu kyslíkové výroby oceli. Obr. 8.25: Schematický přehled opatření k optimalizaci recyklace prachu z kyslíkového konvertoru /Heiss, 1997/ Důvodem pro peletizaci jemného prachu je to, ţe se při pouţití tmelících činidel nemůţe briketovat. Kromě toho pelety obvykle lépe splňují poţadavky odběratelů, jak s ohledem na analytiku, tak skladovací stabilitu, bezprašnost, snadnou přepravu a manipulaci. Navíc se prach z pelet můţe optimalizovat při dalším zpracování přidáním redukčních činidel, dalších aditiv atd. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 264 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

293 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Dosaţené úrovně hlavních emisí: Zabrání se ukládání pevných odpadů na skládku a ušetří se hodnotné suroviny. Mnoţství zpracovaného prachu dosahuje cca 10 aţ 20 kg/t vyrobené tekuté oceli. Veškerý výtěţek ţeleza vzroste asi o 1 %. Lze dosáhnout 100% recyklace prachu. Pouţitelnost: Tuto metodu lze pouţít pouze tehdy, kdyţ se pro čištění konvertorového plynu pouţije suchého elektrostatického odlučovače prachu. V budoucnosti se můţe rovněţ uskutečnit zpracování kalů z Venturiho praček, ale to by vyţadovalo přídavnou energii na odpaření vody. Přenos vlivů prostředím: Závody horkého briketování vyţadují energii, ale šetří suroviny. Referenční závody: LD 3 ocelárna, Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz (v tomto závodě se praktikuje rekuperace zinku ve formě pelet pro externí zpracovatele). Ocelárna Kwangyang Works, POSCO Iron and Steel Company, Korea Ocelárna Baoshan Iron and Steel Company, Čína Dněprovský metalurgický závod, Ukrajina LD 1, LD 2 ocelárny, Thyssen Krupp Stahl AG, D-Duisburg BHP, Newcastle, Austrálie Provozní údaje: nejsou k dispozici Ekonomika: není k dispozici Motivace pro zavedení: likvidaci prachu. Hlavní motivační silou jsou omezené moţnosti a vysoké náklady na Odkaz na literaturu: /Auth, 1988; UN-ECE, 1996; Rentz, 1996; Heiss, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 265 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

294 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli EP. 5 Úprava odpadní vody z mokrého odprašování Popis: Ve většině kyslíkových oceláren se pouţívají ke sniţování emisí do ovzduší z primárního proudu plynu (konvertorový plyn) pračky (viz PI.1). Tedy znečištění se potenciálně převede z ovzduší do vody a vzniklá odpadní voda se obvykle recykluje a před vypuštěním upravuje. Voda ze skrubrů obsahuje hlavně suspendované látky; zinek a olovo jsou hlavními přítomnými těţkými kovy. Velká část suspendovaných látek se můţe z okruhu vypírací vody odstranit prostřednictvím hydrocyklonů a/nebo vysráţením. Po úpravě ph se většina vody můţe recyklovat (viz také ). Výtok lze ještě před vypuštěním upravit pomocí sráţení a/nebo filtrací. Dosaţená úroveň hlavních emisí: V tab se uvádějí příklady specifických emisí do vody ze systému mokrého odlučování prachu v kyslíkových ocelárnách. Tab. 8.13: Příklady měrných emisí do vody ze zařízení mokrého odprašování v kyslíkových ocelárnách /InfoMil, 1997/ Parametr systémy potlačeného spalování systémy otevřeného spalování Hoogovens kyslíková ocelárna závod č.2 Stelco LEW, Kanada LTV Steel Cleveland Works, USA Hoogovens kyslíková ocelárna závod č. 1 * výtok na výpusti m 3 /t TO 0,52 1,1 0,002 0,65 Suspendované částice g/t TO 20 5,5 0,0083 9,4 Zinek mg/t TO , Olovo mg/t TO ,057 < 74 * Emise v Hoogovens se vztahují k hodnotám z roku Nejúčinnějším opatřením k minimalizaci objemu vypouštěné odpadní vody je : 1. Rostoucí podíl recirkulace vypírací vody Vysokého podílu recirkulace lze dosáhnout pomocí dvoustupňové sedimentace v průtoku vypírací vody s injektáţí CO 2 před druhým stupněm sedimentace, aby se zvýšilo vysráţení uhličitanů. Je třeba uvést, ţe injektáţ CO 2 lze provádět pouze v systémech provozujících potlačené spalování 2. Úprava výtoku : Ačkoliv lze dosáhnout vysoké účinnosti recirkulace, je nutné se vyhnout hromadění některých minerálů /solí. Výtok obsahuje suspendované pevné látky (včetně Zn, Pb a dalších) jako nejdůleţitější znečišťující látky. Výtok se upravuje sedimentací a filtrací. Pouţitelnost: Vysoká účinnost recirkulace a další úprava se můţe zavést jak u nových, tak stávajících závodů. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 266 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

295 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Přenos vlivů prostředím: Během vypírání vodou a /nebo sedimentace nerozpustných látek v okruhu vypírací vody vzniká kal. Tento kal se můţe ze 100 % recyklovat v pochodu výroby ţeleza a oceli. To je však moţné jen tehdy, kdyţ se přísně omezí vstup Zn ze šrotu. V mnoha dalších ocelárnách světa se ocelárenský kal vyuţít nemůţe a ukládá se nebo se zneškodňuje (viz také PI.2 a EP.4). Refereční závody: Vysoký stupeň recirkulace a úpravu výtoku mají Sidmar, B-Gent: Thyssen AG, D-Duisburg : LTV Steel Cleveland Works, USA. Provozní údaje a ekonomika: nejsou k dispozici Odkaz na literaturu: /Theobald, 1997; InfoMil, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 267 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

296 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli EP. 6 Úprava odpadní vody z kontinuálního odlévání Popis: U strojů plynulého odlévání se uţívá vody k přímému chlazení bram, předvalků a sochorů. Vytváří se tak proud kontaminované vody. V mnohých případech se tato voda upravuje společně s proudy odpadní vody z válcoven. Po úpravě se voda recirkuluje. Odlévací forma a vlastní součásti válců se obvykle chladí vodou v uzavřeném okruhu a není třeba se jimi zde zabývat. Hlavními znečišťujícími látkami jsou suspendované částice (nerozpuštěné látky) a olej. Hlavním opatřením pro sníţení znečištění ve vypouštěné vodě je vysoký podíl recirkulace společně se sedimentací a/nebo filtrací na výtoku. K odstranění oleje lze pouţít stěrové nádrţe. Dosaţené hodnoty hlavních emisí: V tab se uvádějí specifické emise do vody z plynulého odlévání. Tab. 8.14: Přehled měrných emisí do vody ze systémů přímého chlazení u plynulého odlévání /InfoMil, 1997/ parametr Hoogovens Hoogovens Stelco Inland Steel stroj pro stroj pro Lake Erie Indiana Harbour kontilití kontilití Works Ontar. Works, IN, USA OSF 1 OSF 2* Kanada Vypouštěný objem m 3 /t 0,08 0,04 1,4 0,076 odlité oceli podíl recirkulace % suspendované látky g/t 0,8-10,7 0, ,4 odlité oceli zinek mg/t - 2,0-8,0 odlité oceli olovo dtto - 5,7-8,7 olej dtto Pouţitelnost: Vysoký podíl recirkulace a úprava výtoku se můţe pouţít jak u nových, tak u stávajících závodů. Přenos prostředím: Etapy sedimentace jsou zdrojem kalu s obsahem ţeleza, který se můţe recyklovat do aglomeračního závodu. Referenční závody: Inland Steel, Indiana Harbour Works, Indiana, USA Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden. Sidmar, B-Gent Provozní údaje a ekonomika: není k dispozici Odkaz na literaturu: / InfoMil, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 268 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

297 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli 8.4 Závěry Pro pochopení této kapitoly a jejího obsahu se pozornost čtenáře obrací zpět k předmluvě tohoto dokumentu a zejména 5. části předmluvy: "Jak chápat a pouţít tento dokument". Techniky a s nimi spojené úrovně emisí a/ nebo spotřeb, nebo rozmezí hodnot, uvedené v této kapitole se posuzovaly pomocí opakujícího se postupu, který se skládá z následujících kroků: - identifikace klíčových problémů odvětví ve vztahu k ţivotnímu prostředí: u kyslíkové výroby oceli a odlévání jsou to kouřové plyny a jejich záchyt a úprava, rekuperace konvertorového plynu a úprava a zinek v zachyceném prachu; - zkoumání technik, které jsou nejrelevantnější pro řešení těchto klíčových problémů - identifikace úrovní nejlepšího působení provozu na ţivotní prostředí na základě údajů, které jsou k dispozici z EU a celého světa - prověření podmínek, za kterých se těchto úrovní při provozování dosahuje; t.j. např. náklady, přenosy dopadů z jednoho prostředí do druhého, hlavní motivace pro prosazování realizace těchto technik - výběr nejlepších technik, které je pro toto odvětví k dispozici (BAT) a s nimi spojené úrovně emisí a/nebo spotřeb v obecném smyslu vše podle Přílohy IV, článek 2, odstavec 11 Směrnice 96/61/EC Posouzení expertů Evropské kanceláře pro IPPC a odpovídající Technické pracovní skupiny hrálo klíčovou úlohu při kaţdém z těchto kroků a ve způsobu, jakým se zde informace předkládají. Na základě tohoto posouzení se v této kapitole představují techniky, které se povaţují za vhodné pro odvětví jako celek a pokud moţno i úrovně emisí a spotřeb, které jsou spojeny s pouţitím těchto BAT, které v mnoha případech odráţejí současné výkony některých zařízení v rámci sektoru. Tam, kde se udávají úrovně emisí (a spotřeb) ve spojitosti s nejlepšími dostupnými technikami, je třeba to chápat jako mínění, ţe tyto hladiny představují výkony provozů pro ţivotní prostředí přijatelné, které by se mohly očekávat jako následek aplikace popsaných technik, při čemţ je třeba stále sledovat vyváţenost nákladů a výhod v souladu s definicí BAT. Nejsou to však v pravém smyslu slova ani hodnoty emisních limitů ani limitních spotřeb a nemělo by se na ně tak pohlíţet. V některých případech snad můţe být technicky moţné dosáhnout lepších úrovní emisí nebo spotřeb, ale následkem započtených nákladů nebo aspektu přenosu dopadů z jednoho prostředí do druhého se nepovaţují za vhodné jako BAT pro odvětví jako celek. Nicméně existují důvody zvláštní motivace, kde se v mnohem specifičtějších případech mohou výše takových úrovní povaţovat za oprávněné. Na úrovně emisí a spotřeb, které jsou spojovány s BAT, jak se uvádí výše, by se mělo pohlíţet na podkladě určitých specifických referenčních podmínek ( např. zprůměrováním číselných hodnot za určité období). Pojem úrovně spojené s BAT, uvedený výše se musí rozlišovat od termínu dosaţitelná úroveň, který se pouţívá na kterémkoliv místě v tomto dokumentu. Tam, kde se úroveň popisuje jako dosaţitelná za pouţití určité techniky nebo kombinace technik, je třeba to chápat jako mínění, ţe lze očekávat, ţe se tato úroveň dosáhne za určité podstatné časové období, při dobře udrţovaném a provozovaném zařízení nebo procesu, při kterém se těchto technik pouţije. Tam, kde byly k dispozici údaje týkající se nákladů, byly uvedeny zároveň s popisem techniky předloţené v předchozí kapitole. Ty však uvádějí jen hrubé náznaky o velikosti započtených nákladů. Skutečné náklady na aplikaci techniky však budou výrazně záviset na specifické situaci zohledňující např. daně, poplatky a technické charakteristiky dotyčného zařízení. Není moţné, aby se takové místně-specifické faktory v tomto dokumentu posoudily vyčerpávajícím způsobem. Tam, kde chybějí údaje o nákladech, odvozovaly se závěry z ekonomické realizovatelnosti sledované u zařízení stávajících.. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 269 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

298 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Je záměrem, aby se takové obecné nejlepší dostupné techniky z této kapitoly mohly pouţít k posouzení výkonu stávajícího zařízení, nebo pro posouzení návrhu na zařízení nové a tak napomoci při stanovení podmínek pro povolení na podkladě BAT pro dané zařízení. Předpokládá se, ţe nová zařízení by se mohla projektovat tak, aby se provozovala na stejných nebo dokonce lepších úrovních neţ jsou úrovně BAT, které se uvádějí tady. Záměrem je rovněţ očekávat, ţe se mnohá stávající zařízení skutečně přiblíţí za nějakou dobu úrovním obecných BAT nebo ještě lepším. Zatímco BREF dokumenty nejsou právně závaznou normou, je jejich záměrem poskytovat informace a poradenství průmyslu, členským státům a veřejnosti o výši emisí a spotřeb, kterou lze dosáhnout, pouţijí-li se dotyčné specifické techniky. Limitní hodnoty, přiměřené jakémukoliv případu se musí stanovit s přihlédnutím k cílům Směrnice IPPC a místním okolnostem. Pro předúpravu taveniny, výrobu oceli v kyslíkových konvertorech a plynulé odlévání jsou povaţovány za BAT následující techniky, nebo jejich kombinace : Pořadí priorit a volba technik se bude lišit podle místních podmínek. O jakékoliv jiné technice, nebo kombinaci technik, které dosáhnou stejných nebo lepších výsledků či účinnosti se můţe také uvaţovat: takové techniky mohou být ve stádiu vývoje, nebo se právě objevují, či jsou jiţ dostupné, ale nejsou uvedené/popsané v tomto dokumentu. l. Sníţení hmotných částic z přeúpravy surového ţeleza (včetně přenosu horké taveniny, odsíření a odstruskování) pomocí : - účinného jímání - následného čištění pomocí tkaninových filtrů nebo elektrostatických odlučovačů Lze dosáhnout koncentrace emisí 5-15 mg/nm 3 (resp. emisního faktoru okolo 5 g/t tekuté oceli) při pouţití pytlových filtrů (lapačů) a s elektrostatickými odlučovači mg/nm 3 (a emisního faktoru okolo 15 g/t tekuté oceli). 2. Rekuperace konvertorového plynu a primární odprašování při aplikaci: - potlačeného spalování a - suchých elektrostatických odlučovačů (za nových i stávajících situací) nebo - vypírání (ve stávajících závodech) Jímaný konvertorový plyn se čistí a skladuje pro následné pouţití jako palivo. V některých případech to nemusí být ekonomické nebo s ohledem na příslušné energetické hospodářství proveditelné rekuperovat konvertorový plyn. V těchto případech lze konvertorový plyn spalovat a vyrábět páru. Typ spalování (úplné nebo potlačené spalování) závisí na místním energetickém hospodářství.. Zachycený prach a/ nebo kaly by se měly recyklovat v co největší míře. Nutno dát pozor na obvykle vysoký obsah Zn v prachu/kalu. Zvláštní pozornost je třeba věnovat emisím tuhých částic z otvoru pro dmýšní trysku. Tento otvor by se měl během dmýchání kyslíku zakrýt a pokud je to zapotřebí injektovat dovnitř inertní plyn pro rozptýlení hmotných částic. 3. Sekundární odprašování pouţívané pro : - účinné odsávání během vsazování a odpichu s následným čištěním pomocí tkaninových filtrů nebo elektrostatických odlučovačů nebo jakékoliv jiné techniky se stejnou účinností odlučování. Účinnost jímání můţe dosáhnout okolo 90 %. Obsah zbytkového prachu můţe být v případě pytlových filtrů 5-15 mg/nm 3, v případě elektrostatických odlučovačů mg/nm 3. Je třeba upozornit na obvykle vysoký obsah Zn v prachu. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 270 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

299 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli - účinné odsávání během manipulace s taveninou horkého kovu: (přelévání pánví, odstruskování kovové taveniny a sekundární metalurgie s následným čištěním pomocí tkaninové filtrace nebo jakoukoliv jinou technikou se stejnou účinností odloučení. U těchto operací lze dosáhnout emisní faktory pod 5 g/t tekuté oceli. Potlačení kouřových plynů pomocí inertního plynu během přelévání taveniny z torpédové pánve (nebo míchače horké taveniny) na vsazovací pánev, aby se minimalizovala tvorba prachu a kouře.. 4. Minimalizace / potlačení emisí do vody z primárního mokrého odprášení konvertorového plynu aplikací následujících opatření : - suchého čištění konvertorového plynu lze pouţít tehdy, pokud to dovolí prostor - co největší míra recyklace vypírací vody (např. injektáţí CO 2 v případě systémů potlačeného spalování - koagulace a sedimentace suspendovaných látek: lze dosáhnout hodnoty 20 mg/l suspendovaných látek 5. Omezení emisí do vody z přímého chlazení strojů pro kontinuálního odlévání pomocí:: - maximální moţné recyklace vypírací vody - koagulace a sedimentace suspendovaných částic - odloučení oleje za pouţití stěrových nádrţí nebo jakéhokoliv jiného stejně účinného zařízení 6. Minimalizace pevných odpadů /vedlejších produktů : Následující techniky se povaţují za BAT v sestupném pořadí priority : - minimalizace tvorby odpadů - efektivní vyuţívání (recyklace, nebo opětné vyuţití) pevných odpadů /vedlejších produktů; zejména recyklace konvertorové strusky a hrubého a jemného prachu z úpravy konvertorového plynu - kontrolované zneškodňování nevyhnutelných odpadů V zásadě jsou poloţky technik 1-6 pouţitelné jak na nové, tak na stávající zařízení, (pokud neexistují jiné moţnosti a jsou splněny nezbytné předpoklady) při zohlednění předmluvy. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 271 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

300 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli 8.5 Techniky právě objevené (vyvíjené) a budoucí vývoj Jako právě vyvíjené lze specifikovat následující techniky : - odlévání téměř čistých tvarovek a horizontální odlévání - zpracování kalů a prachu bohatých na zinek - nová činidla v procesu odsiřování - aplikace napěňovacích technik při předběţné úpravě surového ţeleza a rafinace oceli - náhrada vzduchu nad taveninou inertními plyny (CO 2, N 2 ) Odlévání téměř čistých tvarovek a horizontální odlévání : Popis: Oblast kontinuálního odlévání se ještě stále vyvíjí. Odlévání téměř čistých tvarovek a horizontální odlévání jsou procesy atraktivní pro komerční vyuţití. Tyto procesy jsou schopny spojení s následným pochodem válcování za tepla přímo a proto mají některé výhody ve srovnání s konvenčním plynulým odléváním ocelových bram a sochorů. Stav: Jiţ se aplikovaly v komerčním měřítku v několika závodech ve světě. Z toho důvodu by tyto techniky mohly být pojaty jako dostupné techniky v budoucích odkazech. Hlavní přínosy: Tyto moderní typy kontinuálního odlévání znamenají niţší investiční náklady, jednodušší výrobní proces, niţší spotřebu energie a úspory práce. Kromě toho horizontální odlévání nepotřebuje vysoké haly, které jsou v současnosti při procesu konvenčně prováděného kontinuálního odlévání nezbytné. Odkaz na literaturu: /UBA Comments, 1997/. Zpracování kalů a prachů bohatých na zinek Popis: Kaly a prachy bohaté na zinek vznikají během čištění konvertorového a vysokopecního plynu. Nicméně obsah zinku není dost vysoký, aby umoţnil ekonomicky proveditelné vyuţití. Pouze některé z těchto kalů a prachu se mohou recyklovat, takţe většina všech závodů na výrobu ţeleza a oceli má velká úloţiště na zinek bohatých kalů a odpadů. V EP. 4 jsou popsány procesy briketace za tepla a výroba pelet s vysokým obsahem Zn pro externí vyuţití. Technicky je moţné extrahovat neţelezné kovy z těchto kalů a prachu, načeţ hodnotné, ţelezo obsahující "vyčištěné" látky se mohou recyklovat v procesech výroby ţeleza. Odseparované neţelezné kovy se mohou dále zpracovávat v kovohutích. Důvodem toho, ţe ţádná metoda nebyla do dneška pouţita komerčně, jsou vysoké náklady na zpracování kalů a prachu. Následující metody se mohou pouţívat (na různém stupni vývoje) : - proces rotující nístějové pece (Inmetco) - proces fluidního loţe (Thyssen) - reaktor s cirkulující fluidní vrstvou - proces vysokoturbulentní míchačky - plasmový proces (Siromelt, Plasmelt) - mnohoúčelová kyslíková kupolová pec Stav: UBA 1997 uvádí, ţe existují externí pochody zpracování kalu a prachu bohatých na zinek v komerčním měřítku. Odkaz na literaturu: /Köller, 1995; UN-ECE, 1996; Rentz, 1996; Eurofer BOF, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 272 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

301 Kapitola 8 - kyslíkové konvertory a odlévání oceli Nová činidla pro proces odsiřování Popis: Pouţití nových reagencií v pochodu odsiřování by mohlo vést k poklesu emisí tuhých látek a odlišnému (mnohem uţitečnějšímu) sloţení vzniklých prachů. Stav: ve vývoji. Odkaz na literaturu : /EC BOF, 1995/. Aplikace technik napěňování v předběžné úpravě surového železa a rafinace oceli Popis: Pěnové techniky se v předběţné úpravě surového ţeleza preferují, protoţe pěna absorbuje tuhé částice vznikající při tepelném zpracování taveniny. Stav: Několik pěnových technik je jiţ k dispozici Odkaz na literaturu: /EC BOF, 1995/. Záměna vzduchu nad taveninou inertními plyny (CO 2, N 2 ) Popis: Sníţení koncentrace kyslíku nad taveninou během předúpravy surového ţeleza sniţuje tvorbu oxidů a tedy hmotných částic. Kyslík se můţe rozptýlit pomocí inertního plynu, jakým je oxid uhličitý a dusík. Stav: V průmyslovém měřítku se provedly testy vyuţívající oxid uhličitý jako inertního plynu během odpichu surového ţeleza z torpédového vozu do ocelové pánve (Lucembursko) a během vsazování surového ţeleza do kyslíkového konvertoru (Francie). V Německu se prováděly testy za pouţití dusíku jako inertního plynu. Přenos vlivů prostředím: Pouţití dusíku můţe vést k emisím NOx. Odkaz na literaturu: /EC BOF, 1995/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 273 Překlad zpracovalo Hutnictví železa, a.s., Praha, prosinec 2001

302 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli 9 ELEKTRICKÁ VÝROBA OCELI A ODLÉVÁNÍ 9.1 Pouţívané postupy a techniky Přímé tavení materiálů s obsahem ţeleza, jako je např. šrot se provádí obvykle v elektrických obloukových pecích (EOP), které hrají důleţitou a stále rostoucí úlohu v konceptech moderních oceláren (viz obr. 1.2). Dnes dosahuje procentuální mnoţství oceli z elektrické obloukové pece 35,5 % celkové výroby oceli v EU /Stat. Stahl, 1997/. V Itálii a Španělsku je výroba oceli v elektrických obloukových pecích výrazně vyšší neţ výroba oceli postupem přes vysokou pec a kyslíkový konvertor (aniţ by se uvaţovaly členské státy, které mají výlučně výrobu zaloţenou na elektrických obloukových pecích). Hlavní vsázkou do elektrické obloukové pece je ţelezný šrot, který můţe tvořit šrot z vlastních z oceláren (např. odřezky), odstřiţky ze zpracování ocelových výrobků (např. součástí vozidel) a městský nebo spotřebitelský šrot (např. výrobky po uplynutí doby ţivotnosti). Přímo redukovaného ţeleza (DRI) se také vyuţívá zvyšující se měrou jako vsázky z důvodů jak jeho nízkého zbytkového obsahu, tak kolísavým cenám šrotu. Stejně jako u kyslíkových konvertorů se struska tvoří z vápna, které váţe neţádoucí sloţky z oceli. Obr. 9.1 ukazuje závod EOP. V tomto případě je stavba, která obsahuje dvouplášťovou elektrickou obloukovou pec úplně uzavřena, aby se minimalizovaly emise prachu, plynů a hluku. Obr. 9.1: Závod elektrické obloukové pece Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 274

303 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Na obr. 9.2 lze sledovat elektrickou obloukovou pec s 3 elektrodami a šachtou pro zaváţení šrotu. Obr. 9.2: Elektrická oblouková pec se 3 elektrodami a šachtou (v popředí) pro vsazování šrotu. Přehled postupů spojených s výrobou elektrooceli je uveden na obr Pokud jde o konečné produkty, musí se rozlišovat mezi výrobou běţné, tzv. uhlíkové oceli, stejně jako nízkolegované oceli a oceli vysokolegované tzv. korozivzdorné oceli. V EU se vyrábí okolo 85 % uhlíkové anebo nízkolegované oceli /EC Study, 1996/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 275

304 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Obr. 9.3: Přehled postupů spojených s výrobou oceli v elektrické obloukové peci /D-Rentz, 1997/ Při výrobě uhlíkové a nízkolegovaných ocelí se provádějí následující hlavní doprovodné operace: - manipulace se surovinou a skladování - zaváţení šrotu do pece včetně předehřevu nebo bez něho - tavení šrotu v EOP - odpichování oceli a strusky - úprava na pecní pánvi na poţadovanou jakost - manipulace se struskou - plynulé (kontinuální) odlévání U vysokolegovaných a speciálních ocelí je souslednost operací sloţitější a přizpůsobuje se konečným produktům. Kromě těchto zmiňovaných postupů se provádějí u uhlíkových ocelí rozličné úpravy na pánvi (sekundární metalurgie) jako : - odsiřování - odplyňování, k eliminaci rozpuštěných plynů, jako je dusík a vodík - oduhličování (AOD=Argon-Oxygen-Decarburisation nebo VOD=Vakuum-Oxygen Decarburisation) Manipulace a skladování surovin Hlavní úloţiště šrotu jsou obvykle venku na velkém nezakrytém a nevydláţděném šrotišti, coţ můţe vést ke znečištění půdy, ale existují také určité závody, které mají šrotiště zakrytá a vydláţděná (upravenou úloţnou plochu). V závislosti na podmínkách počasí mohou emitovat těkavé anorganické a organické sloučeniny. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 276

305 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Dnes se stala důleţitým problémem kontrola radioaktivity vstupního šrotu, ale tento relevantní problém se v tomto dokumentu neřeší. Určité třídění šrotu se provádí proto, aby se sníţilo riziko zavlečení nebezpečných znečišťujících látek. Vnitropodnikový výrobní šrot se můţe řezat na vhodně manipulovatelné velikosti za pouţití kyslíkových hořáků. Šrot se můţe vkládat do sázecích košů na šrotišti nebo se můţe přepravit do prozatímních vyhrazených oddělení uvnitř pecní haly. V některých případech se šrot předehřívá v šachtě, nebo na dopravníku (viz předehřev šrotu). Ostatní suroviny, včetně tavidel v kusech a prášku, práškového vápna a uhlí, legovacích přísad, antioxidačních činidel a ţáruvzdorných materiálů se běţně skladují pod střechou. Po dodávce je manipulace minimální a kde je to zapotřebí, můţe se pouţít zařízení na odsávání prachu. Práškovité materiály se mohou skladovat v izolovaných zásobnících (vápno je třeba udrţovat v suchu) a přepravovat pneumaticky, nebo uchovávat a překládat v nepropustných pytlích Předehřev šrotu V minulých letech stále více nových, stejně jako stávajících EOP doplňovalo své vybavení systémem pro předehřev šrotu pomocí výstupních plynů se zřetelem k rekuperaci energie. Dnes jsou odzkoušeny dva systémy, které byly úspěšně zavedeny do praxe a sice tzv. šachtová technologie a Consteel Proces /Haissig, 1997/. Šachtová technologie se vyvíjela po etapách /Voss-Spilker, 1996/. S jedinou šachtovou pecí se můţe běţně předehřát jen asi polovina vsazovaného šrotu, zatímco s kolébkovou chapadlovou šachtovou pecí (čímţ se rozumí šachta s klecí na šrot), se můţe předehřát 100 % šrotu. První koš se ohřeje teplem během předchozí rafinace a druhý během roztavení prvního. Další modifikací je dvojitá šachtová pec, která se skládá ze dvou identických šachtových pecí (dvouplášťové uspořádání), umístěných jedna vedle druhé a obsluhují se jedinou soupravou elektrodových ramen. Šrot se částečně předehřeje odcházejícím plynem a částečně postranními hořáky. Aţ do nynější doby (říjen 1998) se celosvětově provozovalo více neţ 20 šachtových pecí, z toho 8 v Evropě. Předehřev šrotu můţe způsobit vyšší emise aromatických organohalogenových sloučenin, jako jsou polychlorované dibenzo-p-dioxiny a -furany (PCDD/F), chlorbenzeny, polychlorované bifenyly (PCB) a rovněţ polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) a další produkty nedokonalého spalování ze šrotu, který je kontaminován barvami, plasty, mazivy, nebo jinými organickými sloučeninami. Tato tvorba se dá omezit následným spalováním uvnitř pece s přídavnými kyslíkovými hořáky. Byly vyvinuty pro dospalování CO (a uhlovodíků). Chemické teplo z tohoto spalování lze pouţít rovněţ pro předehřev šrotu /Knapp, 1996/. Takové dospalování se ale liší od dospalování za EOP, za účelem sníţení emisí organických látek jako jsou PCDD/F atd. Takové dospalování vyţaduje značné mnoţství energie. 9.l.3 Vsazování Śrot se obvykle vsazuje do košů společně s vápnem nebo dolomitickým vápnem, kterého se pouţívá jako struskotvorné přísady pro tvorbu strusky. V některých závodech se také přidává kusové uhlí, coţ má za následek relevantní emise benzenu (a také toluenu a xylenů). Pecní elektrody se při vsazování zdvíhají nahoru a klenba pece se přitom odklopí. Na počátku je běţné s prvním košem šrotu zaváţet okolo % šrotu; klenba se potom uzavře a elektrody se sníţí dolů ke šrotu. Uvnitř, mm nad šrotem se zaţehne oblouk. Potom, co se roztaví první vsázka, se přidá zbytek šrotu ze druhého nebo třetího koše. Patentovaný dostupný systém je znám jako šachtová pec, která umoţňuje předehřev části šrotu při jeho vsazování vertikální šachtou, tvořící celek s pecní klenbou (viz předehřev šrotu) /Voss-Spilker, 1996/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 277

306 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Vyvinuly se další nové systémy vsazování. Při ConSteel Procesu se šrot plynule vsazuje do obloukové pece horizontálním dopravníkem /Vallomy, 1992/. Tento systém se ale obecně nepovaţuje za odzkoušenou techniku Tavení v obloukové peci a rafinace Během počáteční doby tavení je pouţitá energie nízká, aby se předešlo škodám na pecních stěnách a klenbě působením záření z elektrod, zatímco se umoţní elektrodám, aby se ponořily šrotu. Jakmile se oblouky skryjí v okolním šrotu, můţe výkon vzrůstat aţ do úplného roztavení. Stále častěji se pouţívají kyslíkové trysky a nebo kyslíkové hořáky, aby napomáhaly v časném stádiu tavení. Paliva tvoří zemní plyn a olej. Kromě toho se můţe do tekuté oceli vhánět speciálními tryskami ve dně a ve stěnách elektrické obloukové pece kyslík. V průběhu posledních 30 let nalezl kyslík v ocelárnách s elektrickými obloukovými pecemi zvýšené uplatnění nejen z důvodů metalurgických, ale také z důvodů rostoucích poţadavků na produktivitu. Růst vyuţívání kyslíku se můţe přičítat dnešní dostupnosti kapalného kyslíku a kyslíkáren postavených v místě působení závodů /Knapp, 1996/. Kyslíku se pro metalurgické potřeby pouţívá pro oduhličení taveniny a odstranění dalších neţádoucích prvků, jakými jsou fosfor, mangan, křemík a síra. Kromě toho reaguje s uhlovodíky za vzniku exotermních reakcí. Injektáţ kyslíku má za následek značný nárůst tvorby plynu a spalin na výstupu z pece. Tvoří se plyny oxidu uhelnatého a uhličitého a velmi jemné částice oxidu ţeleza a další součásti kouřových spalin. V případě dospalování je obsah CO niţší neţ 0,5 % obj. Pro vyrovnání teploty a k promíchávání lázně lze pouţít argon nebo další inertní plyny injektované do taveniny. Touto technikou se také zlepšuje rovnováha mezi kovem a struskou Odpich oceli a strusky V závodech bez odděleného zařízení sekundární metalurgie se prvky k legování a další přísady vkládají často do pánve s ocelí během odpichu nebo před ním. Tyto přísady mohou během odpichu znatelně zvyšovat vznik kouřových plynů. Strusku je potřeba během ohřívání a oxidace ke konci ohřevu před odpichem odstranit. Pec se naklání, vzad ve směru struskových dveří a struska vytéká nebo se vyhrabává do jámy nebo na zem pod pec za vzniku prachu a kouře. Dnes se ocel běţně odpichuje odpichovacím systémem u dna s minimem strusky přenesené na pánev Sekundární metalurgie Sekundární metalurgie, která se provádí na pánvích, se týká procesů a úpravy roztavené oceli po odpichu pece u primární výroby oceli aţ po odlévání. To se běţně provádí ve stanicích úpravy na pánvi. Tyto stanice se ve velkém mnoţství závodů výroby oceli běţně nacházejí poblíţ systému tvorby vakua nebo jednotky vyhřívání obloukem. Další menší stanice mají vybavení pro injektáţ inertního plynu nebo prášku. Tyto procesy jsou schematicky znázorněny na obr Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 278

307 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Obr. 9.4: Sekundární metalurgie/úprava na pánvi /UK EAF, 1994/ Legenda: VOD: Vakuum-Oxygen-Decarburisation= oduhličení kyslíkem ve vakuu; VAD:Vacuum-Arc-Degassing=odplynění obloukem ve vakuu; AOD: Argon-Oxygen-Decarburisation = oduhličení argonem a kyslíkem; CAS:Compositional Adjustment by Sealed Argon Bubbling= úprava sloţení probubláváním argonem v izolaci; OB:Oxygen Blowing= dmýchání kyslíku V případě výroby oceli legované olovem, obsahuje výstupní plyn olovo a proto se musí podrobit speciální úpravě (viz informace pod sekundární metalurgií v kyslíkových ocelárnách a ) Manipulace se struskou Vedle odpichu strusky se tvoří další prach a kouřové odpary během jejího shrabování a protoţe bývá ještě horká, pouţívá se hrabel, či bagrů. Mimo prostor pecní haly můţe pak docházet k chlazení strusky ostřikováním vodou, ještě předtím, neţ se drtí a prosévá, aby se umoţnilo rekuperovat kov. V případě strusky s volným vápnem, mohou být s kouřem emitovány alkálie. Struska se láme (nebo v některých případech řeţe kyslíkovými hořáky) a při rekuperaci kovu se mohou tvořit emise prachu Plynulé odlévání Tekutá ocel se obvykle odlévá kontinuálně. Odlévání do ingotů se také ještě vyuţívá u určitých jakostí a pro dané typy aplikací. Plynulé odlévání je proces, který umoţňuje odlévání jedné, nebo sledu pánví tekuté oceli na plynulý pás pro sochory, bloky, bramy, nosníky nebo páskovinu (viz také ). Ocel se odpichuje z pánve na mezipánev, ze které odchází regulovanou rychlostí do vodou chlazených měděných forem o vhodných rozměrech. Aby se předešlo tuhnoucí povrchové vrstvě v uváznutí, forma osciluje ve směru odlévání větší rychlostí, neţ je rychlost odlévání a do formy se přidává mazadlo v práškové formě nebo rostlinný olej. Pás se plynule táhne a dále se ochlazuje za pouţití přímo tryskající vody. V místě, kde je tuhnutí dokončeno se pás uřízne na poţadované délky pomocí automatických kyslíkových hořáků. V případě řezání kyslíkem nebo pomocí hydraulických nůţek z korozivzdorné oceli se pouţije otryskávání práškovým ţelezem. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 279

308 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli 9.2 Současná spotřeba a úroveň emisí Přehled hmotných toků a údaje o vstupech a výstupech Obr.9.5 poskytuje přehled vstupů a výstupů u elektrických obloukových pecí. Tento přehled lze pouţít při shromaţďování údajů o EOP. ELEKTRICKÁ OBLOUKOVÁ PEC - přehled hmotných toků ENERGIE - kyslík (t/r) - uhlí (t/r) - plyn (m 3 /r) - elektřina (kwh/r - kapalný palivový olej (t/r) VODA VŠEOBECNÉ INFORMACE - roční spotřeba (m 3 /r) - kapacita závodu (t/r) - vlastní studně/dodávky (%) - stáří závodu (r) - demineralizovaná voda (m 3 /r) - počet zaměstnanců - provozní doba (h/r) POMOCNÉ LÁTKY - roční obrat (ECU/r) - druh a mnoţství (t/r) - legující kovy - grafitové elektrody - vyzdívka - inertní plyn ELEKTRICKÁ OBLOUKOVÁ PEC a sekundární metalurgie SUROVINY PRODUKTY druh a mnoţství (t/r) - druh a mnoţství (t/r) - šrot - tavenina oceli - vápno REKUPERACE TEPLA - uhlí - výroba páry (t/r) - ţelezná houba VÝSTUPNÍ PLYN / KOUŘOVÉ PLYNY - zdroje a mnoţství (koncentrace a t/r) - prachu, organ.c, VOC, HF, HCl, CO, TK, PCDD/F, PCB, HCB, PAH, benzenu (lze pouţít vlastní oddělené schéma) PEVNÉ ODPADY /VEDLEJŠÍ PRODUKTY - druh a mnoţství (t/r) - struska (sloţení na zvláštním schematu) - prach - ţáruvzdorné materiály ODPADNÍ VODA - mnoţství (ne voda chladící) (m 3 /r) - sloţení (oddělené schéma) - přímá výpusť (ano/ne) - chladící voda (m 3 /r) - teplota o C...průměrně...max. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 280

309 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Následně lze vypočítat specifické vstupní faktory, stejně jako specifické emisní faktory. Tyto faktory jsou sestaveny v tab Údaje byly získány z různých zdrojů, které jsou uvedeny v legendě. Tab. 9.1: Údaje o vstupech a výstupech při výrobě uhlíkové oceli v elektrické obloukové peci získané z různých odkazů, které jsou uvedeny v legendě. Vstupy Výstupy SUROVINY PRODUKTY Šrot kg/t tekutá ocel (TO) kg 1000,00 vápno kg/t EMISE 3 uhlí kg/t prach g/t grafitové elektrody kg/t 1,5-4,5 Hg mg/t vyzdívka kg/t 1,9-25,1 (prům.8,1) Pb mg/t tekutá tavenina 1 kg/t Cr mg/t DRI 2 kg/t Ni mg/t surové ţelezo 2 kg/t Zn mg/t Cd mg/t Cu mg/t ENERGIE HF mg/t celková energie MJ/t HCl mg/t elektřina MJ/t SO 2 g/t kyslík m 3 /t NOx g/t CO g/t Voda uzavřený chladící okruh TOC g C/t legenda : TO= tekutá ocel Vysvětlivky k tabulce 9.1: benzen mg/t ,15 chlorbenzeny mg/t PAH 17 mg/t 3, PCB 19 mg/t 1, PCDD/F µg I-TEQ/t 0, Pevné odpady/ vedlejší produkty struska z pece Kg/t struska z pánve Kg/t prach Kg/t ţáruvzdorné cihly Kg/t 2-8 Hluk DB (A) Tavenina kovu se vyuţívá pouze ve velmi speciálních případech (asi 275 kg/t TO), potom je mnoţství šrotu niţší DRI ( přímo redukované ţelezo) a surové ţelezo se pouţívají pouze ve speciálních případech V případě, ţe jsou k dispozici pouze koncentrace, se emisní faktory vypočítají pro 8000 Nm 3 /t TO /TWG, 1998/; Je třeba počítat s tím, ţe v praxi můţe tento měrný průtok značně kolísat v rozmezí od 6000 do Nm 3 /t TO. Podle /EC Study, 1996/ je průměrná hodnota a standardní odchylka pro emise prachu (primární i sekundární) z 38 závodů g/t TO, závody s dobře projektovanými pytlovými filtry mohou dosáhnout emisních faktorů pro prach 20 g prachu/t TO /Theobald, 1995; UBA-BSW, 1996/ Emise těţkých kovů přímo souvisejí především se zbytkovým obsahem hmotných částic ve výstupním plynu (vyjma těţkých kovů v plynné fázi, jako je Hg). Emise Hg mohou velmi kolísat od vsázky ke vsázce, údaje z /Theobald, 1995; UBA-BSW, 1996/ pro 4 německé závody (průměr je 370mg Hg/t TO); údaje z jednoho dánského závodu /DK EAF, 1997/ (prům. 150 mg Hg/t TO); údaje z /Lindblad, 1998/ (16 měření v letech s průměrnou hodnotou 6 mg Hg/t TO Údaje ze 4 německých závodů /Theobald, 1995; UBA-BSW, 1996/, průměr je 450 mg Pb/t TO; údaje z jednoho dánského závodu /DK EAF, 1997/;( průměr je 700 mg Pb/t TO Údaje ze 4 německých závodů, (Theobald, 1995 ; UBA-BSW, 1996)- průměr je 400 mg Cr/t TO Údaje ze 4 německých závodů /Theobald,1995;UBA-BSW, 1996/, průměr je 140 mg Ni /t TO: údaje z jednoho dánského závodu /DK EAF, 1997/, průměr je 280 mg Ni/t TO Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 281

310 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Údaje ze 4 německých závodů /Theobald, 1995; UBA-BSW, 1996/ (průměr je mg Zn/t TO); údaje z jednoho dánského závodu /DK EAF, 1997/ (průměr je 5550 mg Zn/t TO) Údaje z /Theobald, 1995/: 1-72 mg Cd/t TO (průměr: 16 mg Cd /t TO; údaje z /UBA-BSW, 1996/: 8 měření při 4-37 mg Cd/t TO (průměr: 25 mg Cd/t TO), jedna extrémní hodnota (180 mg Cd/t TO) nebyla vzata v úvahu; údaje z jednoho dánského závodu /DK EAF, 1997/: průměr : 40 mg Cd/t TO Průměr ze 4 závodů je 80 mg Cu/t TO /Theobald, 1995/ Údaje z 1 německého závodu ( 9 měření), /UBA-BSW, 1996/ Údaje z 1 německého závodu (9 měření) /UBA-BSW, 1996/; údaje ze Švédska /Lindblad, 1998/ z několika EOP (17 měření z období let : g NO 2 /t TO) TOC=celkový organický uhlík; údaje z /Werner, 1997; Theobald, 1995/ 9 měření (průměr:1920 mg benzenu/t TO); benzen lze odvodit ze vstupu uhlí (odplynění) Údaje z /Lindblad, 1992/: 20 měření z 9 závodů (průměr: 22 mg/t TO pro všechny chlorbenzeny vyjma monochlorbenzenu Suma EPA 16 Údaje z /Werner, 1997/: 9 měření o 3,5-71 mg PAH/t (průměr: 35 mg PAH/t TO); Údaje z /Lindblad,1992/:13 měření ze 7 závodů (hodnoty: 8/23/84/120/180/240/920: mg PAH/t TO PCB jako celkové PCB, vypočítané z PCB ( )x 5 podle/un-ece, 1997/ Údaje z /UBA-BSW, 1996/: 9 měření s 1,5-16 mg PCB/t TO: (průměr : 7,8 mg PCB/t TO): Údaje z / Werner, 1997/: 9 měření s 2-45 mg PCB/ t TO, (průměr 17 mg PCB/t TO) Údaje z 8 švédských závodů: 0,2-9 µg I-TEQ/t, průměr: 4 µg I-TEQ/t TO /Lindblad, 1992/; Údaje ze 4 německých závodů : 0,07-1,8 µg I-TEQ/t TO /Theobald, 1995/; Údaje z /LUA NRW, 1997/: 0,3-5,7 µg I-TEQ/t TO; Údaje z 1 dánského závodu EOP s průměrem 1,7 µg I-TEQ/t TO /EC EAF, 1997/ Informace o jednotlivých emisních hmotných tocích a také o emisích hluku a potřebě energie V ocelárnách s výrobou oceli v EOP lze zjistit dále uvedené emise odpadních plynů, pevné odpady /vedlejší produkty a odpadní vodu Emise výstupních plynů Primární výstupní plyny Výstupní plyn jímaný přímo z EOP Výstupní plyn přímo jímaný z pochodů sekundární metalurgie Sekundární plyny z manipulace se šrotem a vsazování, odpichu oceli, sekundární metalurgie s odpichovými pochody a z kontinuálního odlévání Výpary z úpravy strusky Pevné odpady/vedlejší produkty Strusky z výroby uhlíkové oceli / nízkolegované a vysokolegované oceli Prach z úpravy výstupního plynu Ţáruvzdorné cihly Znečištění odpadní vody : Voda z odvodňování šrotiště Vypírání výstupního plynu (výjimečné) Plynulé odlévání Kontaminace půdy Emise hluku Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 282

311 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Emise výstupního plynu Primární výstupní plyny Výstupní plyn jímaný přímo z elektrické obloukové pece (EOP) Primární plyny z výroby představují asi 95 % celkových emisí z elektrické obloukové pece /EC EAF, 1994/. Většina stávajících závodů odvádí primární emise 4. otvorem (v případě tří elektrod) nebo 2. otvorem (v případě elektrody jedné) (obr. 9.6). Tedy se můţe jímat % celkových emisí během celého cyklu od odpichu k odpichu /EC EAF,1994/. Existuje ještě velmi málo závodů, které nemají 4.otvor, ale jen dog house (kapotáţ s jedním průduchem) /EC Study,1996/. Více neţ 50% EOP v EU má kromě 4.otvoru, systém pro odsávání vzduchu v budově, zejména odsávacími digestořemi (viz obr. 9.6). Obr. 9.6: Systém jímání prachu u elektrické obloukové pece / D- Rentz, 1997/ Tímto způsobem se můţe zachytit také většina sekundárních emisí ze vsazování a odpichu, stejně jako úniků z EOP během tavení. Pokud se provádí sekundární metalurgie v téţe budově, mohou se zachycovat také tyto emise. Velmi často se úprava primárních a sekundárních emisí provádí v tomtéţ zařízení, většinou rukávovými filtry. Tab. 9.2 podává přehled o kvalitativní účinnosti zachycení emisí z hlavních pochodů výroby oceli v EOP. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 283

312 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Tab. 9.2: Systémy pro jímání emisí ze závodů elektrických obloukových pecí /EC EAF, 1994/ Zdroje emisí manipulace se šrotem a odpich 1 tavení v EOP sekundární vsazování plynulé metalurgie 2 odlévání 1 Sběrný systém 4. otvor ne ano ano, pokud je ne ne kryt digestoře ano, částečně ano ano, pokud je ano, částečně ano, částečně 3 dog-house (plášť) ne ano ano, pokud je jen při uzavření ne 3 odsávání celé budovy ano ano ano ano ano 1 je-li umístěno ve stejné budově : 2 provádí-li se sekundární metalurgie v oddělených pánvích obvykle nejsou pláště (dog-houses) uzavřené během vsazování, protoţe překáţejí přístupu k EOP. Obr ukazuje procentuelní mnoţství zachycených emisí u 4 stávajících systémů odsávání v EU, které indikují, ţe třetina závodů má pouze 4. otvor pro jímání primárních emisí. Obr. 9.7: Procentuelní mnoţství systémů jímání prachu u stávajících 67 EOP v EU /EC Study, 1996/ Legenda: 4. otvor v klenbě EOP pro odsávání výstupního plynu; v případě jedné elektrody (obvykle jsou tři) tento přídavný otvor se nazývá 2. otvorem; Dog house je zcela od okolí izolovaná elektrická oblouková pec Primární výstupní plyn obsahuje kg prachu /t tekuté uhlíkové nebo nízkolegované oceli a 6-15 kg prachu/t v případě vysokolegované oceli (EC EAF, 1994). Sloţení prachu lze vidět z analysy prachu, odloučeného z výstupního plynu v lapačích pytlových filtrů nebo v elektrostatických odlučovačích (ESO) (viz tab. 9.6). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 284

313 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Těţké kovy, zejména Hg, které jsou přítomny v plynné fázi, se neváţou na hmotné částice. Tedy je nelze odstranit filtrací nebo odloučením na elektrostatických odlučovačích. Většina těţkých kovů se však naadsorbuje hlavně na hmotné částice a odstraní se z výstupního plynu při odloučení prachu. Rozmezí měrných emisí prachu (emisní faktory prachu) po sníţení lze vidět z tab.9.1. Rozmezí (1-780 g/t tekuté oceli) je extrémně široké, coţ znamená velké rozdíly při jímání a nízkou účinnost odlučování. Pokud jde o koncentrace emisí, pak u většiny závodů se pohybují okolo 10 mg prachu/nm 3 nebo méně, ale existují také závody s hodnotou okolo 50 mg/nm 3 /EC Study, 1996/. Tyto emisní faktory nebo emisní koncentrace běţně zahrnují sekundární emise prachu, protoţe primární a sekundární emise se velmi často upravují ve stejném zařízení. Těţké kovy Některé emise vykazují také široká rozmezí (viz tab. 9.1). Vyšší hodnoty mohou mít značný význam pro ţivotní prostředí. Zinek je kov s nejvyššími emisními faktory. Emise rtuti se mohou značně lišit od vsázky ke vsázce v závislosti na sloţení šrotu či jeho jakosti /Theobald, 1995; UBA-BSW, 1996/. Emise SO 2 závisejí hlavně na mnoţství vstupního uhlí a oleje, ale nemají velký význam. Emise NOx také nepotřebují speciální opatření. Těkavé organické sloučeniny (VOC) Emise VOC, zejména benzen mohou být značně vysoké a souvisejí s pouţitím uhlí, které se před tím, neţ je zapáleno, odplyňuje, zejména pokud se přidává jako hnízdo do koše se šrotem. Lze očekávat, ţe emise benzenu budou korelovat s emisemi toluenu, xylenů a dalších uhlovodíků pocházejících z odplynění uhlí. V 90. letech bylo připraveno mnoho zpráv o organických znečišťujících látkách. Výsledky analys jsou k dispozici pouze u omezeného počtu sloučenin. Provedla se měření organochloridových sloučenin, jako jsou např. chlorbenzen, PCB a PCDD/F. Chlorbenzeny Chlorbenzeny byly stanoveny na švédských EOP (1-37 mg/t tekuté oceli- viz tab. 9.1). Od jednoho z německých závodů se ví, ţe v emitovaném výstupním plynu je přítomen hexachlorbenzen /UBA-BSW, 1996/. Polychlorované bifenyly PCB Měřené emise PCB značně kolísají (15-45 mg/t tekuté oceli-viz tab.9.1). Jsou významné pro ţivotní prostředí. Ještě se neví, zda se PCB mohou tvořit během procesu novými syntézami a /nebo uvnitř zařízení pro odcházející plyn (jako je tomu v případě aglomeračních závodů- viz /Blaha, 1995; Scholz, 1997/. PCB jsou přítomny ve vstupním šrotu, který by mohl být pro naměřené emise dominantním zdrojem /Schiemann, 1995/. Zejména PCB v malých kondenzátorech, v několika technických zařízeních jako jsou pračky, vysoušeče vlasů, kuchyňské digestoře, olejové hořáky, fluorescenční lampy atd. představují u šrotu drceného ve šrédrech hlavní vstupy PCB /Schiemann, 1995/. Tak zvaná lehká frakce (pouţije-li se jako vstup) můţe obsahovat aţ 140 ppm PCB (souhrn všech kongenerů PCB). Jeden průzkum ukázal, ţe emise PCB zůstaly před a po výstupu z pytlového filtru, v němţ se dosahuje jinak nízkých zbytkových koncentrací prachu (méně neţ 5 mg/nm 3 ) jako denní střední hodnota nezměněny /Werner, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 285

314 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a furany (PCCDD/F) Pokud jde o PCDD/F existuje mnoho měření, která vykazují emisní faktory mezi 0,07-9 µg I-TEQ/t tekuté oceli (viz tab.9.1). Obr.9.8 ukazuje příklad distribuce homologů PCDD/F v surovém a vyčištěném výstupním plynu z EOP. Obr. 9.8: Rozdělení homologů PCDD/F ve výstupním plynu z EOP opatřené dvojitým pláštěm s předehřevem šrotu před vstupem do odlučovacího zařízení a po vyčištění /Werner, 1997/ Homology PCDD/F se 4 nebo 5 atomy chloru převaţují. Nejsou k dispozici spolehlivé informace, které by říkaly, zda příčinou emisí PCDD/F jsou PCDD/F ze vstupního materiálu, nebo zda jsou to hlavně nové syntézy. S ohledem na absolutní emise PCDD/F, existuje přímý vztah mezi teplotou výstupního plynu (obr. 9.9) a obsahem prachu (obr. 9.10). Obr. 9.9 indikuje, ţe pokud je teplota čistého plynu pod 75 o C, zůstávají emise PCDD/F pod 1 ng I- TEQ/Nm 3. Fysikální výklad tohoto jevu spočívá ve sníţení těkavosti PCDD/F při klesající teplotě /Spencer, 1992/. Při nízkých teplotách mají PCDD/F zvýšenou tendenci se adsorbovat na prach filtru. Zjištění, ţe existuje těsné spojení mezi prachem a emisemi PCDD/F musí být vztaţeno k teplotě výstupního plynu. Obr. 9.9:Vztah mezi emisemi PCDD/F a teplotou výstupního plynu z elektrické obloukové pece (po průchodu pytlovým filtrem) /Werner, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 286

315 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Obsah prachu sám závisí hlavně na rozměrech a kvalitě pytlového filtru, ale také na relativní vlhkosti výstupního plynu, která můţe být vysoká, v případě sprchování výstupního plynu nebo umístěním v blízkosti moře (obr. 9.11). Obr.9.10:Vztah mezi obsahem zbytkového prachu a koncentracemi PCDD/F v plynu o teplotě pod 85 C na výstupu z EOP (po odloučení v pytlovém filtru) /EC EAF, 1997; Pedersen, 1996/ Obr. 9.11: Vztah mezi vodní parou a obsahem zbytkového prachu výstupního plynu z EOP ( po průchodu pytlovým filtrem) /EC EAF, 1997; Pedersen, 1996/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 287

316 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) Emisní faktory pro PAH jsou také relativně vysoké (3,5-71 mg/t tekuté oceli (vit tab.9.1), ale neexistuje mnoho zpráv o měření. PAH se vyskytují také jiţ ve vstupním šrotu /Schiemann, 1995/, ale mohou se nejspíš tvořit i během pochodu v EOP. Očekávání, ţe se PAH adsorbují na prach filtru ve vysoké míře (také závisí na teplotě výstupního plynu) se nemůţe podle průzkumů z Lucemburku potvrdit, protoţe tam emise PAH zůstaly nezměněny před a po průchodu pytlovým filtrem, i kdyţ se dosáhlo nízkého obsahu zbytkového prachu (pod 5 mg/nm 3 ) jako střední denní hodnota /Werner, 1997/ Výstupní plyn jímaný přímo z procesů sekundární metalurgie Informace o emisích ze sekundární metalurgie (hlavně emisí prachu) jsou velmi omezené. EC Study, 1996 uvádí emisní faktory prachu před jeho odloučením ze 7 rafinačních zařízení AOD/VOD mezi 6-15 kg prachu /t tekuté oceli a jediná nízká hodnota je 1,35 kg prachu/t tekuté oceli. Těchto 7 zařízení má odprašovací zařízení nezávislé na odprašování EOP: Emisní faktory nebo koncentrace po sníţení se neuvádějí Sekundární odpadní plyny z manipulace se šrotem a ze zaváţení, odpichu oceli, sekundární metalurgie s odpichovými pochody a z plynulého odlévání. Sekundárními emisemi se hlavně míní emise prachu vyjma úniky kouřových plynů z EOP, které mohou obsahovat veškeré znečišťující látky popsané u primárních emisí. Informace o sekundárních emisích jsou také omezené. Ze vsazování EOP emituje obvykle 0,3-1 kg prachu/t tekuté oceli a z odpichu pak 0,2-0,3 kg prachu/t tekuté oceli (emise před odloučením) /EC EAF, 1994/. Pro úniky kouře během pochodu v EOP jsou emisní faktory prachu uvedeny v EC Study, 1996 v rozmezí 0,5-2 kg prachu/t tekuté oceli. Emisní faktory jako suma tří zmiňovaných zdrojů (vsazování, odpich, úniky kouře) jsou v rozmezí 1,4-3 kg prachu/t tekuté oceli /EC Study, 1996/. Tím by se mohlo povaţovat za potvrzené, ţe primární emise jsou asi 10x vyšší neţ emise sekundární. Informace o mnoţství emisí prachu z manipulace se šrotem, stejně jako z plynulého odlévání nejsou k dispozici. Obvykle se sekundární plyny upravují společně s primárními. Ve značné míře se pouţívají pytlové filtry (okolo 90 % zařízení) /EC Study, 1996/), ale v několika případech se také aplikovaly elektrostatické odlučovače a mokré skrubry. S ohledem na znečišťující látky v mikromnoţství, jako jsou organochloridové sloučeniny, zejména PCDD/F, přispívá kontaminace sekundárními plyny (hlavně úniky z EOP) k celkovým emisím. Pokud se musí plnit hodnoty emisních limitů pod 0,5 ng I-TEQ/Nm 3, musí se vzít v úvahu sekundární emise /Werner, 1997;Gerlafingen, 1998/ Výpary ze zpracování strusky Zpracování strusek zahrnuje chlazení rozstřikováním vody, coţ má za následek výpary. Tyto výpary mohou být vysoce alkalické, pokud struska obsahuje volný CaO (viz tab.9.4). To je velmi častý případ. Usazování alkálií z výparů můţe způsobit problémy v bezprostředním okolí. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 288

317 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Pevné odpady/vedlejší produkty V tab. 9.3 jsou vyjmenovány pevné odpady /vedlejší produkty z ocelárny s EOP společně s jejich specifickým mnoţstvím Tab. 9.3: Druh a specifické mnoţství pevných odpadů/vedlejších produktů z výroby oceli v elektrické obloukové peci /Geiseler, 1991, D Rentz, 1997/ Pevné odpady/vedlejší produkty Rozmezí měrného mnoţství (kg/t tekuté oceli) Struska z výroby uhlíkové oceli/ nízkolegované oceli : - Struska z EOP - Struska z pánve Strusky z výroby vysokolegované oceli : - Struska z EOP - Struska z pánve cca Struska AOD Prach z výroby oceli uhlíkové /nízkolegované /vysokolegované Ţáruvzdorné cihly Strusky z výroby uhlíkové, nízkolegované a vysokolegované oceli Sloţení strusky z výroby uhlíkové a nízkolegované oceli lze vidět z tab.9.4. Kromě toho tabulka obsahuje sloţení strusky z výroby korozivzdorné oceli a ze sekundární metalurgie (AOD a VOD). Ostatní prvky ve stopách, jako je Pb, As, Sb, Hg, Cl, F a šestimocný Cr se mohou vyskytovat také. Tab. 9.4 : Chemické sloţení strusky z EOP z výroby uhlíkové, nízkolegované a vysokolegované oceli / Geisler, 1991; Plockinger, 1979; D- Rentz, 1997; Heinen, 1997/ Výroba uhlíkové / nízkolegované oceli Výroba vysokolegované Sekundární metalurgie oceli Struska Struska z AOD Struska z VOD z EOP 2 sloţka Struska z EOP Struska z pánve % hmot. Fe celk max. 2 CaO CaOvolný max. 10 max. 5 SiO Al 2 O MgO MnO n.d. Cr 2 O , TiO 2 0,3 n.d. n.d. n.d. n.d. P 2 O 5 0,01-0,6 n.d. n.d. n.d. n.d. Na 2 O 0,46 1 n.d. n.d. n.d. n.d. K 2 O 0,11 1 n.d. n.d. n.d. n.d. V 2 O 5 0,11-0,25 n.d. n.d. n.d. n.d. ZnO 0,02 1 n.d. n.d. n.d. n.d. CuO 0,03 1 n.d. n.d. n.d. n.d. NiO 0,01-0,4 n.d. n.d. n.d. n.d. S 0,02 1 n.d. n.d. n.d. n.d. C 0,33 1 n.d. n.d. n.d. n.d. legenda : n.d.:= není k dispozici... 1 údaje jsou k dispozici pouze z jednoho závodu; 2 údaje pouze z jednoho závodu Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 289

318 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli V EU se většina strusek z uhlíkové a nízkolegované ocelárenské výroby stále ještě ukládá na skládku (tab.9.5), zatímco pokud jde o procentuelní mnoţství vyuţití strusek z výroby ocelí vysokolegovaných, pak je mnohem vyšší. Ale stále se jedna třetina ukládá na skládku a jinak se uskladňuje. Tab. 9.5: Nakládání se struskami z EOP (vyuţití a zneškodnění) v EU: údaje z 57 závodů, které produkují 2,7 mil. t strusek/r (133 kg/t tekuté oceli) /EC Study, 1996/ Druh oceli celkové mnoţství strusky recyklace v místě vzniku externí vyuţití prodej dalším organizacím ukládání na skládku a skladování kt/r kt/r % kt/r % kt/r % kt/r % uhlíková ocel ,1 2,5 494,8 27,6 13,7 0, ,2 nízkolegované ,6 13,9 108,0 24, ,9 oceli vysokolegované ,4 17,7 68,0 14,8 160,0 34, ,9 oceli celkem ,5 4,7 624,4 23,1 281,7 10, ,4 Také většina strusek z úpravy na pánvi a sekundární metalurgie (také AOD a VOD struska) se ukládá většinou na skládku, pokud se jedná o EU, je to okolo 80 % /EC Study, 1996/. Podíl ukládání na skládku resp. vyuţití se v různých členských státech liší v závislosti na právních poţadavcích, dostupnosti skládek, poplatcích, situaci na trhu, nákladech a moţnostech opětného vyuţití upravených strusek Prach z úpravy výstupního plynu Jak jiţ bylo uvedeno, provádí se úprava výstupních plynů (většinou primárních společně se sekundárními) velmi často pomocí pytlových filtrů. Sloţení prachů z výroby uhlíkaté, nízkolegované a vysokolegované oceli lze vidět z tab V EU se ukládá na skládku okolo 2/3 prachu.v jednotlivých členských státech je procentuelní mnoţství prachů, které se znovuvyuţívají resp. ukládají se na skládku velmi rozdílné, v závislosti na právních poţadavcích, dostupnosti skládek, poplatcích a dalších nákladových aspektech. Obr. 9.12: Nakládání s prachem odloučeným z primárních i sekundárních odpadních plynů z elektrické obloukové pece; údaje ze 67 závodů /EC Study, 1996/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 290

319 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Tab. 9.6: Chemické sloţení prachů z EOP z výroby uhlíkové, nízkolegované a vysokolegované oceli /EUROFER EAF, 1997; Hoffmann, 1997; Strohmeier, 1996/ Sloţka Prach z výroby uhlíkové a nízkolegované oceli Prach z výroby vysokolegované a korozivzdorné oceli % hmot. % hmot. Fe celkové SiO 2 1, CaO Al 2 O 3 0,3-0,7 1-4 MgO P 2 O 5 0,2-0,6 0,01-0,1 MnO 2,5-5,5 3-6 Cr 2 O 3 0, Na 2 O 1,5-1,9 n.d. K 2 O 1,2-1,5 n.d. Zn Pb 0,8-6 0,5-2 Cd 0,02-0,1 0,01-0,08 Cu 0,15-0,4 0,01-0,3 Ni 0,02-0, V 0,02-0,05 0,1-0,3 Co 0,001-0,002 n.d. As 0,003-0,08 n.d. Hg 0,0001-0,001 n.d. Cl 1,5-4 n.d. F 0,02-0,9 0,01-0,05 S 0,5-1 0,1-0,3 C 0,5-2 0,5-1 alkalita 2,0-6,5 n.d. vlhkost 6-16 n.d. legenda : n.d. : údaje nejsou k dispozici Tab. 9.7 uvádí, ţe v Rakousku, Německu a Státech Beneluxu dosáhla recyklace prachu vysokých podílů, ačkoliv v Jiţní Evropě a ve Velké Británii jsou nízké. To znamená, ţe údaje EC Study (viz obr. 9.12) nejsou pro současnou situaci zcela representativní. Tab. 9.7: Procentuelní mnoţství prachu z filtrů u EOP (z výroby uhlíkové a nízkolegované oceli), zpracovávané postupem Waelz pro rekuperaci Zn, resp. ukládané v členských státech EU na skládky /Hoffmann, 1997/. Stát celkové mnoţství prachu (t/r) Mnoţství prachu zpracovávané v procesu Waelz (t/r) procentuální mnoţství (%) nakládání se zbytkovým mnoţstvím prachu Rakousko a na skládku Švýcarsko Benelux na skládku Dánsko Francie na skládku Německo na skládku, ukládání do dolů Itálie na skládku a recyklace v závodě v I- Enirisorse Skandinávie na skládku a skladování pro recyklaci v budoucnosti Španělsko a na skládku Portugalsko Velká Británie na skládku CELKEM Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 291

320 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Skládky prachu jsou vybaveny s rozdílným systémem izolace. V EC Study, 1996 se uvádí procentuální podíl rozličných systémů (obr.9.13) Obr. 9.13: Procentuální podíl rozličných pouţitých systémů izolace u skládek prachů z filtrů výroby EOP v EU /EC Study, 1996/. Prachy z filtrů ze 14 výrobních míst v EU produkujících vysokolegované oceli/korozivzdorné oceli se recyklují v mnohem vyšším rozsahu, aby se získal Ni a/nebo Cr a/nebo Mo. Okolo 1/3 se ještě ukládá /EC Study, 1996/, ale procento recyklace vytrvale roste /Kola, 1996/ Ţáruvzdorné cihly Ve většině případů se ţáruvzdorné cihly ukládají na skládku /EC Study, 1996/ Znečišťující látky v odpadní vodě Odvodňování šrotiště Hlavní surovinou EOP jsou různé druhy šrotu, které se často ukládají na volné, nevydláţděné (s neupraveným povrchem) prostranství. Odváděná drenáţní voda můţe být kontaminována, zejména v případě šrotu s obsahem oleje a emulzí, jako jsou třísky a špony. Informace o mnoţstvích a znečištění drenáţní vody nejsou k dispozici. Obvykle se přinejmenším upravuje v separátorech oleje ještě předtím, neţ se vypustí Odpadní voda z vypírání odpadního plynu V EU se v některých případech upravují odpadní plyny v mokrých skrubrech. Informace o aplikovaných technikách úpravy a vypouštěných mnoţstvích a jejich znečištění nejsou k dispozici Odpadní voda z plynulého odlévání Z kontinuálního odlévání odchází odpadní voda z přímého chlazení. Odpadní voda obsahuje válcovenské okuje (1-3 g/l) a olej/tuky. Tato voda se běţně upravuje s dalšími vodami z válcoven. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 292

321 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Kontaminace půdy V mnohých případech není šrotiště vydláţděno ani není zakryto. Ke kontaminace půdy můţe docházet ze skladování šrotu, který obsahuje minerální oleje a emulse nebo dalšími sloţky. Informace o rozsahu a dopadech takové kontaminace půdy nejsou k dispozici. Jestliţe prostranství pro úpravu strusky nemá upravenou plochu a surová struska obsahuje volný CaO, můţe alkalická voda pronikat do půdy Emise hluku V ocelárnách s elektrickými obloukovými pecemi jsou dominantní zdroje následující: - tavící hala včetně EOP - šrotiště - primární odprašování - odprašování krytu klenby - vybavení vodního hospodářství Konvenční EOP vykazuje průměrné hladiny hluku (tavení a úpravy) L WA = db (A), u pecí nad 10t a L WA = db (A) pro pece pod 10 t; speciální transformátor stanoví hladinu emisí hluku. V elektrických ocelárnách se mohou objevit hladiny zvuku aţ 127 db (A) (měření zahrnuje tavení a zpracování). Hlavním podílem emisí hluku přispívá hala tavení včetně EOP, šrotiště a primární odprašování. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 293

322 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli 9.3 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT Opatření integrovaná do procesu (PI) PI.1 Optimalizace procesu elektrické obloukové pece PI.2 Předehřev šrotu PI.3 Uzavřený okruh systému chlazení vodou Techniky koncového čištění (end of pipe - EP) EP.1 Moderní systém shromaţďování emisí EP.2 Efektivní dospalování ve spojení s předběţnou úpravou výstupního plynu EP.3 Injektáţ prášku lignitového koksu pro úpravu výstupního plynu EP.4 Recyklace elektropecní strusky EP.5 Recyklace elektropecních prachů Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 294

323 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli PI.1 Optimalizace pochodu elektrické obloukové pece Popis: Proces elektrické obloukové pece se neustále zdokonaluje za účelem jeho optimalizace a růstu produktivity, coţ souvisí s poklesem měrné energetické spotřeby. Obr.9.14 indikuje některá nejvýznamnější opatření / techniky, které jsou ve zkratce dále popsány: proces o velmi vysokém výkonu (UHP) vodou chlazené stěny a klenba kyslíkové hořáky a dmýchání kyslíku tryskami odpichový systém u dna provoz napěněné strusky pánvová nebo sekundární metalurgie automatizace Obr. 9.14: Schematický nákres pece s uvedením technik pro optimalizaci /D-Rentz, 1996/ Operace o ultra-vysokém výkonu Snaha sniţovat dobu od odpichu k odpichu vedla k instalaci mnohem výkonnějších pecních transformátorů. Rozhodujícími rysy pecí ultra-vysokých výkonů je instalace zřejmého speciální dodávané energie o střední účinnosti ( 0,7) a časované vyuţití transformátoru ( 0,7). Operace UHP můţe mít za následek vyšší produktivitu, sníţenou spotřebu speciálních elektrod a menší objem specifického odpadního plynu, ale také rostoucí opotřebení pecní vyzdívky /Heinen, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 295

324 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Vodou chlazené stěny a klenby V průběhu posledních dvou desetiletí se pecní stěny a klenby obkládají vodou chlazenými panely, které poskytovaly ochranu ţáruvzdornému materiálu při pouţívání vysokovýkonné pecní technologie a také znovuvyuţití odpadního tepla při aplikaci opatření k rekuperaci energie. Musí se ale prověřit na závodě podle jeho uspořádání, zda je rekuperace energie ekonomicky uskutečnitelná. V zásadě se rozlišují dva systémy chlazení. Tak zvané studené, nebo teplé chlazení sniţuje ztráty výkonu zvýšením teploty chladící vody protékající trubkovým vinutím. Chlazení odparem působí při odpařování chladící vody tak, ţe odebírá sálavé teplo způsobené vytvořeným procesem s elektrickým obloukem. K ochraně vodou chlazených postranních panelů před tepelným pnutím, zejména kdyţ není moţný pochod s napěněním strusky (viz níţe), pomáhá počítačem kontrolovaná regulace tavícího pochodu zabránit prasklinám v panelech způsobených mechanickým napětím a také se chrání ţáruvzdorný materiál /Knoop, 1997/. Kyslíkové hořáky a dmýchání kyslíku Kyslíkové hořáky podporují stejnoměrné tavení šrotu. Také částečně nahrazuje vliv regulace maximální potřeby dodávané elektřiny. Obvykle přídavné vstupy energie s hořáky spalujícími kyslík a dmýchání kyslíku má za následek pokles celkové potřebné vstupní energie. Systém spodního odpichu Spodní odpich se dnes široce praktikuje, protoţe umoţňuje minimalizovat mnoţství oxidické strusky (přenosem) na pánev během odpichu. Sníţením potřebného ţáruvzdorného materiálu při rychlejším odpichu a při omezených energetických ztrátách to také umoţňuje úsporu nákladů. Kromě toho to zjednodušuje jímání kouřových plynů. Zatímco některé starší pece jsou ještě vybaveny ţlaby, většina nových elektrických obloukových pecí je běţně vybavena systémy spodního odpichu. Provoz pěnové strusky Tvorba napěněné strusky uvnitř pece zlepšuje přenos tepla do zaváţek a chrání také ţáruvzdorný materiál uvnitř pece. Z důvodů zlepšení stability oblouku a menším účinkům záření, praxe s pěnovou struskou vede k omezení energetické spotřeby, spotřeby elektrod, sníţení hladiny hluku a růstu produktivity. Působí také kladně na některé metalurgické reakce (např. mezi struskou a taveninou). Hustota napěněné strusky je menší neţ běţné elektropecní strusky obsahující FeO. (1,15-1,5 t / m³ v porovnání s 2,3 t/m³). Z tohoto důvodu nabývá během ocelárenského pochodu objem vzniklé strusky a můţe vyţadovat větší nádobu. Po odpichu se struska opět částečně odplyní. Nebyly předloţeny ţádné informace o nepříznivých dopadech při provozování pochodu napěněné strusky na moţnosti jejího vyuţití. Je nutno poznamenat, ţe vyuţití metody napěněné strusky při vysoce jakostní ocelárenské výrobě je často nemoţné. Pánvová nebo sekundární metalurgie Některé výrobní kroky se nemusí provádět v samotné elektrické obloukové peci a mohou se vykonávat efektněji v jiných nádobách (jako odsíření, legování, tepelná a chemická homogenizace). Tyto úkoly se dnes převedly z EOP na pánve, pánvové pece nebo jiné nádoby /EPRI, 1992; Heinen, 1997/. Uvádí se, ţe přínosy těchto způsobů spočívají v energetických úsporách (čistý zisk kwh/t), sníţení doby mezi odpichy okolo 5-20 min., v růstu produktivity, lepší regulaci tepla odevzdávaného při dané teplotě oceli plynulému odlévání, v eventuelním poklesu spotřeby elektrod (aţ na 0,1-0,74 kg/t), úsporách legur a v poklesu emisí ze samotné EOP /EPRI, 1992/. Moţné ustoupení od pánvových pochodů nebo dalších nádob s ohledem na regulaci emisí do ovzduší je důvod spočívající ve zvýšeném počtu emisních zdrojů, coţ vyţaduje vyšší investice na vybavení pro regulaci emisí, jako jsou přídavná zařízení na odvádění kouřových spalin a odsávané kryty nádob. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 296

325 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Automatizace V závodech EOP se stává v současných letech počítačové řízení zcela nezbytným, protoţe vysoké výkonnosti vyţadují systémy efektivní regulace, aby ovládaly materiálové a informační toky, k nimţ dochází v oddělení surovin, EOP, u pánvových pecí a plynulého odlévání. Efektivní systém regulace umoţňuje růst produktivity a omezení spotřeby energie a také sniţuje emise prachu /Linninger, 1995/. Dosaţená úroveň hlavních emisí: Viz výše (popis) Pouţitelnost: Popsané techniky jsou pouţitelné jak pro nové, tak stávající závody, ale musí se ověřit na závodě podle jeho zaloţení. Přenos vlivů prostředím: Kyslíkové hořáky jsou zdrojem toku odpadního plynu, ale na druhou stranu sniţují celkovou energetickou potřebu. Chlazení stěn a klenby vodou vyţaduje přídavnou energii okolo kwh/t, ale to lze kompenzovat výhodami na poli údrţby a disponibility závodu. Vodou chlazené stěny a klenba mezi jiným poskytuje moţnost aplikovat moderní technologii jako jsou HP nebo UHP pece. (UHP=ultra high power: ultra vysoký výkon) Referenční závody: V EU je mnoho závodů vybaveno popsanými technikami a provozují se za optimálních podmínek. Tab. 9.8 shrnuje dotyčné údaje z 9 EOP v Německu, které se provozují za podmínek optimalizace /D- Rentz, 1997/. vysvětlivky : EBT(eccentric bottom tapping)= odpich výstředného dna: OBT (oval bottom tapping) = odpich oválného dna AC UHP (alternating current ultra high power)= ultra vysoký výkon pece na střídavý proud DC UHP (direct current...)= pec na stejnosměrný proud Tab. 9.8: Údaje z 9 závodů v Německu, které provozují optimalizovaný pochod EOP /D- Rentz, 1997/ I. EOP 1 EOP 2 EOP 3 EOP 4 EOP 5 v provozu od / typ pece AC UHP AC UHP DC UHP DC UHP DC UHP vyrobené jakosti oceli uhlíková ocel uhlíková ocel uhlíková ocel uhlíková ocel uhlíková ocel odpichovaná kaţdá hmotnost (t) Jmenovitý výkon kaţdý transformátoru proudu (kva/t) Suroviny šrot šrot šrot šrot šrot systém chlazení vodou vodou vodou vodou vodou stěn a stropu Systém odpichu EBT OBT EBT EBT EBT kapacita (t/r) à přídavné hořáky dmýchání kyslíkem stěnami hořáky u stěn a dveří plynové hořáky kyslíkové hořáky hořáky na kyslík a zemní plyn přídavná paliva - - uhlí uhlí uhlí odtah emisí přímý - 4. otvorem přímý - 4. otvorem 2. otvorem digestoř 2. otvorem digestoř u klenby 2.otvor, odpráš. pánv.pece opatření odtah, kryt kryt kryt kryt klenby překrytí celé pece systém čištění výstupního plynu energetické aspekty sekundární metalurgie dospalování suchý elstat. odlučovač prachu rekuperace tepla pece a odpadního plynu, výroba páry odsíření pánvové pece dospal. komora hašení tkan. filtr není k dispozici pánvová pec dospalovací komora s přídatnými hořákychlazení vzduchem, tkaninový filtr rekuperace tepla odpadního plynu pánvová pec vakuové odplynění dospalovací komora s přídatným hořákem hašení vodou, tkan.filtr rekuperace tepla odpadního plynu pánvová pec vakuové odplynění dospal. komora tkanin. filtr vodou chlazené potrubí pánvová pec Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 297

326 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli pokračování tab. 9.8: II. EOP 6 EOP 7 EOP 8 EOP 9 v provozu od 1978, typ pece AC UHP AC AC AC UHP Vyrobené jakosti oceli uhlíková ocel vysoce legovaná ocel vysoce legovaná ocel vysoce legovaná ocel Odpichovaná hmotnost (t) jmenovitý výkon transformátoru proudu (MVA) suroviny šrot, DRI šrot šrot šrot systém chlazení vodou vodou vodou vodou stěn a klenby systém odpichu EBT EBT EBT EBT kapacita (t/r) kaţdá přídavné hořáky dmýchání kyslíku a uhlíku, plynové hořáky hořáky při stěnách a dveřích dmýchání kyslíku (dveřní) dmýchání kyslíku (stěnami) přídavná paliva odtah emisí přímé odsávání 4.otvoru přímé odsávání 4.otvoru přímé odsávání 4.otvoru přímé odsávání 4. otvoru opatření kryt kryt kryt přístavek systém čistění výstupního plynu tkaninový filtr Energetické aspekty Sekundární metalurgie dospalovací komora hašení, tkanin. filtr suchý EOP (elektrostat. odlučovač) dospalování, tkaninové filtry pro primární i sekundární emise není k dospozici není k dispozici není k dispozici rekuperace tepla z pece a odpadních plynů pánvová pec pánvová pec vakuové odplynění pánvová pec vakuové odplynění pánvová pec Motivace pro realizaci: Vysoká konkurence na trhu a potřeba zvýšit produktivitu a sníţit náklady napomáhalo zavádění popsaných technik. Provozní údaje a ekonomika: Provozní údaje jsou zřejmé z tab.9.8. Ekonomické údaje nejsou k dispozici. Odkaz na literaturu: /Rentz, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 298

327 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli PI. 2 Předehřev šrotu Popis: Rekuperace odpadního tepla z výstupních plynů je velmi známý přístup. V 70. letech se okolo 20 závodů rekonstruovalo na předehřev šrotu v koši, předtím neţ byl vsazen do pece. Všechny tyto systémy se však odstavily z provozu vzhledem k technickým a emisním problémům. Nové pece jsou koncipovány se zabudovanými předehřívacími šachtami. Pec o samostatné šachtě můţe předehřát přinejmenším 50% šrotu (Smith, 1992), kdeţto nová pec se zabudovaným prostorem pro šrot a chapadlem (obr. 9.15) umoţňuje předehřev veškerého mnoţství šrotu (Voss-Spilker, 1996). Obr. 9.15: Schéma elektrické obloukové pece vybavené šachtou s chapadlem pro zachycování šrotu při předehřevu /Voss-Spilker, 1996/ U chapadlové šachtové EOP se dosahuje mezi odpichy okolo 35 min., coţ je o min. kratší ve srovnání s EOP bez efektivního předehřátí šrotu. To umoţňuje velmi krátké doby návratnosti, která je řádově 1 rok. Jiným dostupným procesem pro předehřev šrotu je Consteel proces /McManus, 1995/- obr. 9.16), ale tento systém se ještě obecně nepovaţuje za ověřenou techniku. Dosaţené úrovně hlavních emisí: U jedné šachtové pece se můţe ušetřit více neţ 70 kwh/t tekuté oceli. Při výpočtech na podkladě primární energie, jsou úspory asi 3x vyšší následkem nízkých dodávek elektřiny. Kromě toho předehřev šrotu výrazně sniţuje doby mezi odpichy, coţ způsobuje značný růst produktivity. Chapadlové šachtové pece umoţňují úspory energie více neţ 100 kwh/t tekuté oceli, coţ je asi 25 % celkové vstupní energie. V kombinaci s moderní úpravou výstupního plynu (viz. EP.2) můţe předehřev šrotu hrát významnou úlohu při optimalizaci elektrovýroby oceli v obloukových pecích, nejen ve spojení s produktivitou, ale také minimalizací emisí. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 299

328 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Z hlediska vlivu, redukuje předehřev šrotu emise surového prachu okolo 20% protoţe výstupní plyn prochází šrotem, který působí jako filtr. Tato redukce souvisí se vzrůstem obsahu Zn v prachu, coţ napomáhá jeho recyklaci. Obr. 9.16: Schematický nákres procesu Consteel /Vallomy, 1992/ Pouţitelnost: Lze aplikovat jak na nové, tak stávající závody. V případě stávajících závodů se musí prověřit místní okolnosti, jako je dostupnost prostoru nebo koncept dané pece na závodě podle zaloţení závodu. Přenos vlivů prostředím: Předehřev šrotu v šachtě můţe vést k růstu organických znečišťujících látek (v mikromnoţství) a zápachu polycyklických dibenzo-dioxinů a furanů, nicméně provádí se odpovídající tepelná úprava výstupních plynů.. Můţe být nutná dodatečná úprava výstupního plynu, která potřebuje přídavnou energii. Ale s ohledem na úspory energie získané předehřevem šrotu, můţe tato dodatečná energetická potřeba být racionální a přijatelná, zejména kdyţ se bere v úvahu, ţe elektrická energie se vyrábí z energie tepelné, která se získá asi z 35 % a pro dospalování se pouţije zemního plynu. Referenční závody: EOP se samostatnou šachtou: Co-Steel Sheerness, UK-Sheerness EOP s chapadlovou šachtou: Cockerill-Sambre, B-Charleroi: Gerlafingen Stahl, AG, Ch-Gerlanfingen( tato pec prošla rekonstrukcí a má nyní šachtu s chapadlem) : Dvouplášťová pec se zabudovaným předehřevem v šachtě : ARES, L-Schifflange: ASW, F- Montereau; Nervacero, Spain Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 300

329 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Motivace pro realizaci: Hnací silou je růst produktivity. V některých případech se zabudoval předehřev šrotu pomocí chapadlové šachtové pece ve spojení s pokročilou úpravou výstupního plynu. Provozní údaje a ekonomika: není k dispozici Odkaz na literaturu: /Voss-Spilker, 1996; Haissig, 1997; Smith, 1992; McManus, 1995/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 301

330 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli PI. 3 Uzavřený okruh systému chlazení vodou Popis: Obecně se voda v procesu výroby oceli v obloukových pecích pouţívá pouze ve spojení s nepřímým chlazením a pouţívá-li se technika mokrého vypírání při čištění výstupního plynu. Mokrá vypírka se vyuţívá pouze v několika případech, toto téma není dále předmětem průzkumu. Nejvýznamnějším vyuţitím dotyčné vody je zde voda pouţitá pro chlazení částí pece. Dále se můţe nějaká voda vyuţít při chlazení odpadního plynu nebo v úseku sekundární metalurgie. Voda potřebná pro chlazení částí dosahuje 5-12m³/ m².h -1 (D.Rentz, 1997). Moderní závody provozují u EOP a sekundární metalurgie uzavřené chladící systémy. Dosaţené úrovně hlavních emisí:: nevypouští se ţádná odpadní voda. Pouţitelnost: jak pro nové, tak stávající závody. Přenos vlivů prostředím: systém uzavřeného okruhu vyţaduje dodatečnou energii pro čerpání vody a opětné chlazení vody. Referenční závody: Preussag Stahl AG, D-Peine; BSW, D-Kehl a mnoho dalších závodů EU. Motivace pro realizaci: Právní poţadavky a omezená dostupnost chladící vody Provozní údaje a ekonomika: není k dispozici Odkazy na literaturu: /D-Rentz, 1997/ Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 302

331 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Techniky koncového čištění (end of pipe EP) EP.1 Pokročilé systémy jímání emisí Popis: Primární a sekundární emise do ovzduší jsou velmi značné (viz ). Techniky, které jsou k jejich odstranění k dispozici by byly surovými emisemi plně zásobeny. Tak je jímání emisí důleţité. Nejpreferovanějšími systémy je kombinace přímého odsávání 4. otvoru (v případě 3 elektrod) resp. 2. otvoru (v případě l elektrody) se systémem odsávaného krytu (nebo uzavřené pece), nebo odsávání celé budovy. Čtvrtým, resp. 2.otvorem (viz obr.9.6) by se mohly prakticky kvantitativně odstraňovat primární emise vzniklé během tavení a období rafinace. Typ technologie přímého odsávání je stavem techniky pro odstraňování primárních emisí v moderních ocelárnách s elektrickými obloukovými pecemi. Můţe se jí také pouţít u nádob sekundární metalurgie. U systému digestoří (viz obr.9.6), jedné nebo více, umístěných nad pecí se nepřímo odsávají kouřové plyny unikající z pece během vsazování, tavení, odstruskovávání a etapách odpichu (aţ 90 % primárních emisí a také emise sekundární) /EC EAF, 1994/. Systémy digestoří se běţně vyuţívají v rámci průmyslové výroby oceli v elektrických obloukových pecích. V kombinaci se systémy přímého odsávání se účinnost záchytu primárních emisí a také emisí sekundárních zvyšuje aţ na 98 %. Digestoře se také montují k odstraňování emisí vznikajících u nádob sekundární metalurgie, násypek a dopravních pásů. Kapotování pecí, nazývané rovněţ "dog-houses" (viz obr.9.6) obvykle zapouzdří pec, její výkyvnou klenbu, a ponechá také určitý pracovní prostor před pecními dveřmi. Specifické odpadní plyny se odvádějí blízko z vrcholu jedné ze stěn uzávěry a vyrovnávají tak vstupy vzduchu přes otvory v patře /EPRI, 1992/. Více stupňů v soustavě manipulace způsobující časové ztráty a moţná vyšší investice (např. potřeba dodatečného otevření dveří a uzavírací mechanismy a postupy, aby se naplnila a vyprázdnila pec) jsou nevýhodou tohoto typu odlučovací technologie. Podíly jímání v kapotáţi (doghouses) jsou podobné, nebo obvykle poněkud vyšší proti těm, kde jsou otvory doplněny kryty. Pozitivním účinkem opláštění pece je sníţení hladiny hluku, pokud jsou postaveny vhodným způsobem. Sníţení hluku v závodech EOP protihlukovou kapotáţí můţe sníţit průměrnou zvukovou hladinu mezi db (A) /Kuhner, 1996/. Kapotáţe pece lze také vyuţít v procesech sekundární metalurgie /EC EAF, 1994/, ale je zapotřebí upravit stěny haly, aby se eliminovaly resonance. Jiným způsobem jímání sekundárních emisí z pece, stejně jako předcházející a následná zařízení je úplné uzavření všech zařízení do jediné izolované budovy. Na to lze zhruba pohlíţet pouze jako na větší typ kapotáţe pece, která hlavně obsahuje více procesních kroků. Postavení takové stavby a dodatečně poţadovaného velkého odprašovacího zařízení, aby se dosáhlo úplného odprášení znamená pro provozovatele značné náklady. Z toho důvodu je třeba, aby se pro kaţdé speciální zařízení pečlivě zvaţovaly náklady a přínosy dříve, neţ se bude uvaţovat o moţnosti volby. Positivní vliv tohoto opatření je omezení hladiny hluku pronikajícího ven. Běţně je tlak v uzavřených stavbách niţší neţ atmosférický, aby se zabránilo unikání kouřových plynů při občasném otevření dveří. Dosaţené úrovně hlavních emisí: Spojení přímého odsávání kouřových plynů a systému sacích ventilátorů se pouţívá často. Touto kombinací se dosahuje okolo 98 % jímaných primárních emisí. Kromě toho se můţe také jímat značná část emisí ze vsazování a odpichu, i kdyţ to závisí na typu a počtu odsávaných krytů /EC EAF, 1994/. Kombinací zařízení přímého odsávání a uzavření pece se dosáhne rovněţ podílu jímání nad 97 aţ 100% celkových emisí prachu /Heinen, 1997/. Celková evakuace ovzduší z budovy dosahuje také prakticky 100% jímaných emisí. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 303

332 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli Pouţitelnost: Dá se pouţít jak na nové, tak i stávající závody. Přenos vlivů prostředím: Systémy jímání emisí potřebují energii, zejména pro ventilátory. Referenční závody: Mnoho závodů v Evropě má kombinaci přímého odsávání výstupních plynů a sacích ventilátorů. Následující německé závody jsou vybaveny pouze systémy kapotáţe (dog houses) nebo kombinací kapotáţe a přímého odsávání otvorů: Benteler AG, D-Lingen; Krupp Thyssen Nirosta, D-Bochum; Krupp Thyssen Nirosta, D-Krefeld; Mannesmannrohr GmbH, D-Bous /Saar ; Moselstahlwerk, D- Trier; Stahlwerke Thüringen GmbH, D-Unterwellenborn Odsávání celé stavby : ARES, L-Schifflange; ProfilARBED, L-Differdange a L-Belval Motivace pro realizaci: Hlavní hnací silou jsou právní poţadavky. Provozní údaje a ekonomika: nejsou k dispozici Odkazy na literaturu: /Heinen, 1997; EC EAF, 1994; D Rentz, 1997/. Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 304

333 Kapitola 9 elektrické pece a odlévání oceli EP. 2 Účinné dospalování ve spojení s pokročilými úpravami odpadního plynu Popis: Optimalizace procesu elektrické obloukové pece (viz PI.1), zejména zvýšené vyuţívání kyslíku a paliv zvýšilo mnoţství chemické energie v primárním výstupním plynu (obsah CO a vodíku) /Evenson, 1996/. Aby se tato energie vyuţila, začaly v ocelárnách s elektrickými obloukovými pecemi uprostřed 80.let pokusy s dospalováním a byl učiněn důleţitý pokrok. Dospalování v peci se vyvinulo tak, aby se vyuţilo maximum chemické energie z CO v peci a zlepšila se energetická bilance, ale CO a vodík se v peci nikdy zcela neoxidují; z tohoto důvodu je potřeba dospalování. Dospalování ve spalovací komoře má za účel především úplné spálení zbytku CO a vodíku ve výstupním plynu, aby se zabránilo nekontrolovatelným reakcím v zařízení na čištění plynu. Za druhé, toto dospalování, pokud se správně optimalizuje, sniţuje emise organických sloučenin. Teplo vznikající tímto spalováním se všeobecně nerekuperuje, nicméně je moţná rekuperace do studené vody. Dnes můţe optimalizace dospalovací komory sníţit organické znečišťující látky, které jsou v mikromnoţství jako jsou PCB nebo PCDD/F. Obr.9.17 ukazuje takový závod původně vybavený dospalovací komorou. Z důvodů relevantních nových syntéz PCDD/F je výměník tepla nahrazen sprchovací věţí pro rychlé ochlazení výstupního plynu. Obr. 9.17: Schematický diagram úpravy primární výstupního plynu z EOP s dvojitou kapotáţí /Werner, 1997/ Dospalování s dodatečným záměrem minimalizovat organické mikropolutanty potřebuje nutně dobu zdrţení, turbulenci a teplotu (3 T). Pokud nelze zařadit oddělenou spalovací komoru, nemůţe se v potrubním systému odcházejícího plynu dosáhnout patřičného dospálení (obr. 9.18). Překlad referenčního dokumentu HS / EIPPCB / I & S_BREF-FINAL strana 305