Die Verbesserung der Luftqualität in und um Stahlwerke ist einfacher, als man denkt

Computersimulationen der Strömungsmechanik haben enorme technologische Fortschritte ermöglicht, die in unseren alternden Stahlwerken bislang kaum genutzt werden.

Ein großer Teil der Stahlproduktionskapazitäten in Regionen wie Europa, den USA und Japan wurden Mitte der 1970er Jahre oder noch früher aufgebaut. Die Entstaubungsanlagen dieser Werke wurden überwiegend zum Zeitpunkt der Errichtung ausgelegt und nur wenige haben seither umfassende Modernisierungen erfahren. Damals war die Gesundheitsgefahr durch Feinstaub (PM2,5) und andere Mikropartikel schlicht nicht in dem Maße bekannt wie heute.

Die folgende Grafik stammt aus einer Forschungsarbeit zur Altersstruktur der weltweit in Betrieb befindlichen Hochöfen:

Unser wissenschaftliches Verständnis der Strömungsmechanik ist in den letzten Jahrzehnten vor allem durch leistungsfähige Computersimulationen sprunghaft gestiegen. Leider spiegelt sich dieser Fortschritt in heutigen Stahlwerken kaum wider.

Ein weit verbreitetes Missverständnis ist, dass die Verbesserung der Luftqualität in und um Stahlwerke einen Austausch der in Betrieb befindlichen großen Filteranlagen erfordern würde. Diese Filteranlagen bestehen meistens aus einem mehrere Stockwerke hohen Gewebefilterhaus (Baghouse).

Die gute Nachricht ist: Es gibt eine Reihe von „Low-Hanging Fruits“ – effektive und kostengünstige Lösungen für das Staubproblem.

Ein signifikanter Anteil des Staubs entsteht an wenigen, sehr spezifischen Stellen im Stahlerzeugungsprozess. Da die Produktionskapazitäten dieser Anlagenteile über die Jahre deutlich gestiegen sind, sind deren Entstaubungsanlagen vielfach unterdimensioniert. Bereits eine Verbesserung der lokalen Absaugung und eine Kapazitätserhöhung in den Problemzonen mit modularen Einheiten macht einen enormen Unterschied.

Heiße, staubhaltige Gase entstehen insbesondere bei:

• dem Abgießen von flüssigem Metall in und aus Tiegeln oder Pfannen,
• den chemischen Reaktionen beim Zusetzen von Zuschlägen wie Kalkstein,
• der Verbrennung von Koks und anderen Einsatzstoffen in Hochöfen sowie beim Sintern.

Verbrennungsbedingte Partikel können in erster Linie durch Überwachung und Verbesserung der Verbrennungseffizienz reduziert werden.

Die dampfartigen Expansionsgase aus schneller Verdampfung und chemischen Reaktionen müssen durch ausreichend dimensionierte Absaughauben erfasst werden und daran gehindert werden unkontrolliert in die Werkhalle zu entweichen.

Trockener Staub aus dem Handling von Schrott, Schlacke und Einsatzstoffen wie Eisenerz, Kohle und Kalkstein entweicht insbesondere bei:

• Haldenbildung und Entladung von Schiffen und Zügen,
• Übergaben auf Förderbändern,
• Beschicken des Hochofens,
• Brechen und Sieben zur Erreichung der geforderten Kornverteilung für die jeweiligen Prozesse.

Eine wirksame Stauberfassung direkt an der Entstehungsquelle in diesen Problemzonen ist entscheidend. Glücklicherweise hat die Entwicklung der Computational Fluid Dynamics (CFD) zu wesentlich effizienteren Ausführungen von Hauben- und Kanalgeometrien geführt. Das folgende Beispiel zeigt eine gekapselte Förderbandübergabe mit einer geschlossenen Kreislauflösung.

Ein weiteres hervorragendes Beispiel aus dem „Dust Control Handbook“ des CDC National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) zeigt, welchen Einfluss bereits kleine konstruktive Änderungen haben können.

Förderbänder, insbesondere deren Übergabestellen, gehören zu den klassischen Problemzonen, in denen diffuser Staub durch einfache Maßnahmen reduziert werden kann, z. B.:

• Material fällt aus zu großer Höhe,
• das Fördergut wird seitlich versetzt auf den Gurt aufgegeben,
• Material bleibt auf dem Band haften und wird nicht entfernt,
• Material springt aufgrund von Gurtdurchhang durch falsche Spannung,
• Überladen des Gurtes führt zu Materialverlust,
• der Gurt läuft nicht waagerecht.

Weitere wichtige und leicht umsetzbare Maßnahmen betreffen die Steuerung des Luftstroms an den Übergabestellen:

• Steuerung des Materialstroms durch einen segmentierten Schacht und eine verstellbare Umlenkplatte,
• Einbau einer gekrümmten Aufgabeschurre und einer Prallstütze zur Abmilderung des Aufpralls,
• Schaffung einer Beruhigungszone mit Schachtwänden und Primär- sowie Sekundärdichtungen, um die Luftgeschwindigkeit zu senken und Staubpartikel wieder auf das Fördergut absinken zu lassen,
• Anbringen von Auslassvorhängen am Ende der Beruhigungszone.

Computersimulationen haben auch Technologien wie den strömungsdynamischen Staubabscheider hervorgebracht, der kontinuierlich in modularen Einheiten direkt an der Staubquelle eingesetzt werden kann und so die Belastung der Hauptfilteranlage reduziert.

Je früher, desto besser

Die Wirkung der Staubentfernung multipliziert sich entlang jeder Station der Materiallogistik innerhalb des Werkes.

Ein besonders kritischer Endpunkt ist die Beschickung des Hochofens oder des Elektrolichtbogenofens. Hier ist Staubeindämmung schwierig, da beim Öffnen des Ofens zum Einfüllen der Einsatzstoffe ein starker Luftstrom nach außen entsteht, der heiße Gase und Staub unkontrolliert verteilt. Es ist daher wichtig, dass das Material bis zu diesem Punkt möglichst staubfrei ist.

Besondere Aufmerksamkeit sollte bereits bei der Entladung vom Schiff oder Zug gelten. Jeder Partikel, der hier abgeschieden wird, kann an den nachfolgenden empfindlichen Knotenpunkten nicht mehr entweichen.

Die neueste Entwicklung in der Staubkontrolle setzt modulare Einheiten direkt am Entladepunkt ein. Dort wird das Material, sofern es für die Methode geeignet ist, zunächst in einen Förderer überführt. Die Einheit bildet ein geschlossenes Kreislaufsystem, das durch ein „Push-Pull“-Prinzip Luft absaugt und gleichzeitig gereinigte Luft unter die gekapselte Förderbandübergabe zurückführt. Ziel ist es, eine kontrollierte Luftströmung zu erzeugen, die möglichst viele Feinstaubpartikel aus dem Schüttgut trennt und zur Rückgewinnung ermöglicht.

Vorteile der Staubminderung

Die Vorteile der Reduzierung von PM2,5- und PM10-Emissionen liegen einerseits klar auf der Hand:

• Verbesserter Arbeitsschutz: weniger Krankheitstage, längere Erwerbsfähigkeit, höhere Arbeitszufriedenheit
• besseres Verhältnis zur umliegenden Bevölkerung
• Einhaltung zunehmend strengerer Umweltauflagen

Andererseits gibt es weniger bekannte Vorteile:

• höhere Effizienz bei der Abwärmenutzung 
• geringere Instandhaltungskosten und weniger Produktionsunterbrechungen
• Einsparungen durch Rückgewinnung von Rohstoffen im abgeschiedenen Staub

Das Erfassen und Wiederverwenden des Staubs bedeutet zudem eine direkte Reduktion von Primärrohstoffen, die andernfalls abgebaut, transportiert und verarbeitet werden müssten – mit entsprechender Senkung der CO₂-Emissionen.

Besonders viel hochwertiger Staub entsteht in den Kokereien von konventionellen Stahlwerken sowie in den Schmelzöfen von Elektrolichtbogenofen-Werken.

Der Staub ist zudem stark abrasiv und beeinträchtigt jede Maschine im Werk. Schmieröle verwandeln sich in Schlamm, Metallteile verschleißen schneller.

Mit modularen Einheiten wie dem strömungsdynamischen Staubabscheider aus dem Hause Filtrabit verringert sich auch der Wartungsbedarf der Hauptentstaubungsanlage deutlich, da der Großteil des abrasiven Staubs bereits an der Entstehungsquelle entfernt wird.

Die Investitionen zur Lösung des Staubproblems sind bei weitem nicht so groß, wie man vermuten könnte. Verbesserungen an Hauben, Kanälen und Förderanlagen sind preiswert und in erster Linie eine Frage der Umsetzung. Modulare Einheiten wie der strömungsdynamische Staubabscheider werden als Leasingmodell angeboten und erfordern keine Baugenehmigung.

Um mehr über den strömungsdynamischen Staubabscheider zu erfahren, besuchen Sie bitte die Technologieseite unserer Website und unsere Produktbroschüre.

Über Filtrabit
Filtrabit ist ein finnischer Hersteller von industriellen Entstaubungsanlagen im Großmaßstab. Die Lösung von Filtrabit erfasst Mikropartikel aus staubhaltigen Industrieabgasströmen hochwirksam, trägt so zur Reduzierung von Luftschadstoffen aus industriellen Quellen bei und beschleunigt die Emissionsminderung durch die Wiederverwendung der zurückgewonnenen Rohstoffe.