Nr 3 - 4 (165 - 166) Marzec - Kwiecień 2009 r.

PRZYSZŁOŚĆ PRZEMYSŁU KOKSOWNICZEGO
INTELIGENTNA KOKSOWNIA

Koksownia to zakład przemysłowy kojarzący się przede wszystkim z kłębami pary, zapyleniem, przykrym zapachem … Zmiana społecznego odbioru branży koksowniczej w Polsce wymaga znacznych nakładów środków na niezbędne inwestycje, a także-co szczególnie ważne - zwiększenia transferu dostosowanych do krajowych warunków nowoczesnych rozwiązań technicznych i technologicznych z obszaru nauki do praktyki przemysłowej.
W tym kontekście projekt „Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki” jest odpowiedzią na sygnalizowane przez producentów koksu potrzeby w zakresie unowocześniania technologii i metod zarządzania przy jego produkcji.
„Inteligentna koksownia…” jest jednym z kluczowych projektów badawczych realizowanych w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, lata 2007 – 2013. Realizatorem Projektu jest Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu, od ponad pięćdziesięciu lat będący zapleczem badawczym polskiego przemysłu koksowniczego. Projekt finansowany jest przy zaangażowaniu środków publicznych krajowych (budżetu państwa) – 15% i wspólnotowych (Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego) – 85%.
Celem Projektu jest opracowanie narzędzi, procedur i produktów służących podniesieniu konkurencyjności produkcji koksu oraz ograniczeniu negatywnego oddziaływania koksowni na środowisko. Efektem projektu będzie zestaw innowacyjnych rozwiązań techniczno-technologicznych, opracowanych na podstawie nowo tworzonej wiedzy o poziomie europejskim.
Zapotrzebowanie na rezultaty Projektu jest pochodną trzech zasadniczych czynników: perspektyw rozwoju popytu na koks metalurgiczny, związanych z ogólnoświatowymi tendencjami w hutnictwie żelaza i stali; perspektyw zmian w podaży węgli koksowych w Polsce; aktualnych i przewidywanych kierunków zmian w prawie krajowym i unijnym dotyczącym ochrony środowiska.
Koks wielkopiecowy jest podstawowym surowcem dla procesu wielkopiecowego. Polska jest znaczącym eksporterem koksu i pomimo aktualnych kłopotów gospodarki światowej istotne jest utrzymanie tej pozycji w perspektywie najbliższych dziesięcioleci. Polscy producenci koksu wykorzystują krajowe węgle koksowe. Ze względu na wyczerpywanie się zasobów najlepszych węgli koksowych w eksploatowanych aktualnie kopalniach, konieczne jest podejmowanie działań technologicznych dla wytwarzania wysokiej jakości koksu w oparciu o gorsze jakościowo węgle.
Produkcja koksu w warunkach otwartego rynku światowego wymusza na producentach stałe obniżanie kosztów produkcji oraz poziomu emisji zanieczyszczeń do środowiska. Podwyższanie efektywności ekonomicznej zakładów koksowniczych następować powinno poprzez obniżanie kosztów produkcji oraz głębsze przetworzenie produktów ubocznych koksowni. W dobie społeczeństwa informatycznego producenci koksu zobligowani będą do spełnienia wymagań dotyczących ochrony środowiska i transparentności instalacji pod kątem oddziaływania na środowisko. Atutem rodzimego koksownictwa jest niski wiek baterii koksowniczych oraz zaawansowana realizacja wieloletnich programów inwestycyjnych. Mankamentem natomiast jest brak rozwiniętych systemów zarządzania technologicznego opartego na monitoringu i prognozowaniu jakości koksu oraz kompleksowego monitoringu oddziaływania koksowni na środowisko. Konieczne jest zatem dostosowanie poziomu technologicznego polskiego koksownictwa do poziomu światowego.
Projekt „Inteligentna koksownia” zakłada prowadzenie prac w skali laboratoryjnej, półtechnicznej, technicznej (przemysłowej) i studialno- procesowej. Prace studialno- procesowe, laboratoryjne oraz częściowo półtechniczne realizowane będą w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla. W części badań w skali półtechnicznej przewiduje się współpracę z krajowymi i zagranicznymi jednostkami badawczymi, natomiast testy techniczne prowadzone będą na terenie wytypowanych koksowni. Cały cykl prac w ramach Projektu zawiera się w pięciu obszarach badawczych. Obszar badawczy „Mechanizmy fizykochemiczne procesów konwersji węgla” dotyczy przygotowania prognostycznego modelu właściwości koksu, obejmującego w szczególności modele: formowania porowatej struktury koksu, prognozowania parametrów jakościowych koksu i prognozowania ciśnienia rozprężania, oraz opracowania modelu komory koksowniczej do symulacji zjawisk wymiany ciepła i masy w procesie koksowania. W obszarze „Efektywne procesy i operacje jednostkowe” naukowcy zajmują się opracowywaniem nowych technik wzbogacania węgla oraz badaniami nad procesami przygotowania mieszanki węglowej do procesu koksowania, a także opracowaniem i testowaniem w warunkach rzeczywistych numerycznego modelu optymalizacyjnego gospodarki wodno – ściekowej w koksowni. Z kolei system koksowania węgla metodą wsadu ubijanego, system automatycznej regulacji ciśnienia w komorze koksowniczej, monitorowanie stanu technicznego baterii koksowniczej oraz badania konwersji oraz głębokiego oczyszczania gazu koksowniczego to tematy zawarte w trzecim obszarze badawczym „Optymalne systemy technologiczne”. Obszar czwarty, nt. „Bezpieczeństwo środowiskowe” obejmuje działania proekologiczne, ukierunkowane na opracowanie modelu systemu monitoringu ekologicznego baterii koksowniczej działającego „on-line” oraz opracowanie modelu rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń do powietrza w otoczeniu koksowni. Ostatni obszar badawczy „Zintegrowane sterowanie i kontrola” obejmuje trzy, zamykające merytoryczną stronę projektu, zagadnienia. Jest to opracowanie zintegrowanego system rozeznania i oceny przydatności technologicznej węgla, opartego na prognostycznym modelowaniu jakości otrzymywanego koksu oraz zintegrowanego systemu nadrzędnego sterowania pracą baterii koksowniczej, a także prognozowanie jakości koksu w skali „makro” jako funkcji przejścia przez instalację koksowniczą.
Istotnymi zagadnieniami w Projekcie są prace badawcze poświęcone ekologii. Odnosi się to do gospodarki wodno-ściekowej oraz emisji zanieczyszczeń do powietrza. Podkreślić należy, że tę część badań, podobnie jak cały projekt, zaplanowano w ścisłym powiązaniu z tematami poświęconymi technice i technologii koksowania. Pozwala to na śledzenie wpływu koksowni na środowisko, w zależności od zastosowanych rozwiązań technicznych i szeroko rozumianej technologii produkcji koksu.
Opracowanie i zastosowanie modelu numerycznego optymalizującego gospodarkę wodno – ściekową w koksowni pozwoli na usprawnienie wykorzystania strumieni oczyszczonych koksowniczych wód odpadowych oraz innych strumieni wód technologicznych dostępnych w koksowni do uzupełniania obiegu mokrego chłodzenia koksu. Model utworzony zostanie na podstawie rzeczywistych pomiarów ilości i jakości wszystkich strumieni ścieków generowanych podczas produkcji koksu i energii w wybranym zakładzie koksowniczym, a następnie będzie zweryfikowany w warunkach rzeczywistych pracy koksowni.
Innym z proekologicznych kierunków realizowanych prac naukowo-badawczych jest stworzenie modelu systemu monitoringu ekologicznego baterii koksowniczej, działającego „on-line” i odpowiadającego wymogom przepisów UE, a także modelu rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń gazowo-pyłowych z terenu koksowni do otoczenia. O wadze problemu decydują sukcesywnie zaostrzające się wymagania UE, szczególnie w zakresie emisji substancji kancerogennych.
Bateria koksownicza jest głównym, trudnym do pełnej kontroli źródłem emisji zanieczyszczeń w koksowni. Wprowadzone Decyzją Rady UE z dnia 2 grudnia 2006r. zasady organizowania krajowych rejestrów uwalniania i transferu zanieczyszczeń (PRTR) narzucają zakładom przemysłowym ujawnianie na platformie informatycznej danych o wielkości emisji zanieczyszczeń do powietrza, wody i gleby. Fakt ten wymusza opracowanie spójnego dla wszystkich koksowni modelu pomiarów i raportowania emisji. Jednym z elementów takiego modelu musi być system monitoringu emisji do powietrza działający w układzie „online”, obejmujący emisję zorganizowaną i niezorganizowaną. Opracowywany w ramach projektu model monitoringu będzie brał pod uwagę wymagania ochrony środowiska, aktualny stan rozwoju technik monitorowania emisji, wiek i stan techniczny monitorowanych baterii oraz możliwości technologiczne, techniczne i finansowe poszczególnych koksowni.
Model rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń do powietrza w otoczeniu koksowni opracowany zostanie w oparciu o pomiary wielkości emisji zanieczyszczeń pyłowych i gazowych (przede wszystkim SO2, NOx, CO2, lotne związki organiczne) ze źródeł zorganizowanych (m.in. kominy, wieże gaszenia koksu, stacje odpylania) i niezorganizowanych (drzwi piecowe, strop baterii koksowniczych, obsadzanie komór i wypychanie koksu). Pomiary będą dokonywane zgodnie z opracowanymi wcześniej procedurami monitoringu w regularnych odstępach czasowych, przez co najmniej rok, co pozwoli na uwzględnienie wpływu warunków pogodowych. Uzyskane wartości wielkości emisji zostaną powiązane z zebranymi danymi technologicznymi koksowni (zmiany w wielkości produkcji, cykl pracy komór koksowniczych, modyfikacje mieszanek węglowych). Wiedza o poziomach i zmianach emisji z poszczególnych źródeł na terenie koksowni pozwoli na odpowiednie ukierunkowanie inwestycji ekologicznych, w czym pomocny będzie moduł ekonomiczny modelu, uwzględniający zależności pomiędzy poziomem inwestycji (planowane koszty) a wymiernym efektem ekologicznym (wielkość emisji).
Realizowane w ramach przedstawionych obszarów prace stanowią szereg wyodrębnionych, merytoryczne i finansowo, zadań badawczych. Projekt „Inteligentna koksownia” pomyślany został przez kadrę naukową ICHPW jako praca, której fragmenty zazębiają się, a efektem końcowym są wspomniane wcześniej produkty integrujące wiedzę zdobytą w poszczególnych obszarach badawczych. Biorąc pod uwagę powyższe oraz rozległość zakresu merytorycznego projektu stwierdzić należy, że warunkiem jego sukcesu jest zapewnienie skutecznego zarządzania. Kierowania Projektem podjął się dr inż. Aleksander Sobolewski, zastępca dyrektora ICHPW d.s. badań i rozwoju, naukowiec o znaczącym dorobku w dziedzinie koksownictwa. W podejmowaniu kluczowych decyzji związanych z projektem kierownik korzystać będzie z doświadczeń Rady Konsultacyjnej Projektu (pod przewodnictwem prof. dr. hab. inż. Aleksandra Karcza), którą tworzą eksperci o uznanym dorobku naukowo-badawczym oraz wdrożeniowym w zakresie koksownictwa. Do prowadzenia okresowych merytorycznych odbiorów realizowanych prac utworzony został Zespół Odbiorowy (pod przewodnictwem prezesa Andrzeja Warzechy), którego członkami stałymi są przedstawiciele przyszłych odbiorców efektów projektu - krajowych zakładów koksowniczych.
Wdrożenie w przyszłości produktów projektu „Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki” umożliwi efektywne funkcjonowanie koksownictwa w zmieniających się uwarunkowaniach pozyskiwania węgla, produkcji stali oraz rosnących wymaganiach ochrony środowiska w kraju i w Europie. Poprawa stanu środowiska naturalnego, będąca wynikiem zastosowania produktów Projektu, poprawi społeczną akceptację branży.