Mengoptimalkan Efisiensi Energi dalam Produksi Besi dan Baja

Efisiensi Energi dan Produksi Besi dan Baja

Dalam beberapa tahun terakhir, kebutuhan akan penggunaan energi yang lebih rasional dan efisien telah muncul sebagai isu strategis dan mendesak. Kebutuhan ini terutama dirasakan dalam produksi besi dan baja, tidak hanya karena biaya energi yang semakin meningkat, tetapi juga sebagai akibat persaingan, yang menekankan beberapa fitur proses dan produk akhirnyanya (mis. biaya dan kualitas). Juga, penggunaan rasional sumber daya energi dapat dianggap sebagai isu yang memiliki dua aspek, aspek pertama terkait dengan kesadaran yang telah dicapai tentang ketersediaan energi yang terbatas, yang dianggap sebagai sumber, dan yang kedua direpresentasikan oleh apresiasi matang atas biaya yang ditanggung untuk memperoleh energi.

Secara global, konsumsi energi yang semakin meningkat beriringan dengan khawatir yang semakin tinggi tentang konservasinya. Selain mahal dan rentan terhadap fluktuasi harga tiba-tiba, mayoritas besar sumber energi adalah non terbarukan. Oleh karena itu, konservasi energi dianggap vital tidak hanya untuk menghindari pemborosan sumber daya yang berharga, tetapi juga untuk memperlambat kehabiman yang cepat sumber daya batu bara, minyak, dan gas alam. Namun, dengan gerakan lingkungan yang semakin kuat dalam 30 tahun terakhir, dampak penggunaan energi yang tidak berkelanjutan tidak lagi terbatas pada ekonomi saja. Sebagian besar emisi gas rumah kaca (GHG) adalah akibat pembakaran bahan bakar fosil, konservasi energi saat ini secara intrinsik terkait dengan isi iklim. Karena menghentikan penggunaan bahan bakar fosil bukan opsi tanpa kelayakan sumber alternatif, satu-satunya cara untuk mengurangi penggunaan energi dan mengelola emisi adalah dengan memaksimalkan efisiensinya.

Karena industri besi dan baja menyajikan salah satu sektor yang paling intensif energi dalam ekonomi suatu negara, maka sangat menarik dalam konteks diskusi lingkungan lokal dan global.

Profil efisiensi energi telah meningkat akhir-akhir ini, karena khawatir yang meningkat tentang dampak lingkungan lokal dan global penggunaan energi. Tantangan keamanan energi juga telah membawa efisiensi energi ke depan, karena mereka secara langsung berkontribusi pada pengurangan penggunaan energi.

Efisiensi energi dalam produksi besi dan baja sangat penting, untuk memastikan pengurangan biaya produksi, daya saing produk baja, dan untuk meminimalkan dampak lingkungan, seperti emisi GHG. Sebagian besar input energi di pabrik baja terintegrasi berasal dari bahan bakar dan listrik. Energi dari bahan bakar terutama berasal dari bahan bakar padat (utama batu bara) dan hanya input kecil yang berasal dari bahan bakar cair dan gas. Bahan bakar dalam produksi besi dan baja digunakan untuk menyediakan energi panas. Ini juga digunakan sebagai agen reduksi untuk mengurangi bijih besi menjadi besi. Energi listrik digunakan untuk memenuhi kebutuhan proses, menjalankan motor dan penerangan fasilitas.

Orang yang pertama kali memberikan bentuk pada ide efisiensi energi adalah ahli fisika dan aktivis lingkungan Amerika Serikat Amory Lovins. Guncang oleh krisis minyak tahun 1973, Lovins mempostulasikan dan memopularkan konsep 'negawatts', sistem untuk memenuhi kebutuhan energi bukan dengan mengeksploitasi kuantitas energi yang lebih besar, tetapi dengan meningkatkan efisiensi kuantitas yang ada. Dengan kata lain, untuk menggunakan ekspresi Amerika, 'mendapatkan kembalian paling banyak dari uang'. Sejak saat itu, semua orang di seluruh dunia bekerja untuk menyempurnakan teknologi yang ada atau menciptakan solusi sepenuhnya baru yang memaksimalkan nilai yang diperoleh dari setiap unit energi. Upaya-upaya ini telah didukung oleh dukungan dari orang-orang di otoritas, yang telah menciptakan lingkungan yang memungkinkan untuk motivasi menggunakan energi secara efisien.

Produksi besi dan baja intensif energi. Ini adalah konsumen energi terbesar di antara semua sektor industri. Ini juga pemenghasil emisi CO2 terbesar. Ini merupakan bagian signifikan dari biaya produksi baja. Biaya energi sebagai persentase dari total biaya berada dalam kisaran 20 persen hingga 40 persen tergantung pada rute produksi, jenis bijih besi dan batu bara yang digunakan, campuran produk baja, teknologi kontrol operasi, dan efisiensi material.

Sumber energi primer yang digunakan dalam produksi besi dan baja mencakup batu bara kok, batu bara non kok, minyak bakar cair, dan listrik. Di mana gas alam tersedia, digunakan dalam produksi besi. Dari berbagai jenis sumber energi primer, batu bara kok menegang porsi besar energi yang digunakan (65 persen hingga 80 persen). Sementara batu bara kok, batu bara non kok dan minyak bakar cair terutama digunakan di pabrik baja terintegrasi, listrik jauh lebih merupakan input utama untuk pembuatan baja di pabrik mini yang menggunakan tungku busa listrik atau tungku induksi.

Intensitas energi diukur dalam hal fisik sebagai konsumsi energi spesifik per unit output (SEC).

Konsumsi energi spesifik (SEC) didefinisikan sebagai berikut. SEC diukur dalam GJ/ton produk.

SEC = Energi yang digunakan / produk yang dihasilkan = (Energi diimpor – Energi diekspor) / produk yang dihasilkan

Proses industri sering menggunakan energi dalam berbagai bentuk, seperti bahan bakar, uap, dan listrik, dan SEC dari jenis proses itu dihitung sebagai berikut.

SEC = E (bahan bakar) + E (uap) + E (listrik) / produk yang dihasilkan

Di mana E (bahan bakar) adalah konsumsi bahan bakar, E (uap) adalah konsumsi uap dan E (listrik) adalah konsumsi listrik dari proses.

Dalam kebanyakan kasus SEC dibandingkan dengan best practice untuk menentukan persentase pengurangan energi per unit output yang dapat dicapai dengan mengadopsi best practices. SEC untuk produksi besi dan baja telah berkurang secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Saat ini SEC di pabrik hemat energi di dunia yang menggunakan rute blast furnace – basic oxygen furnace, bervariasi dari 17 GJ/ton baja kasar hingga 23 GJ/ton baja kasar. Di pabrik yang tidak begitu efisien, bervariasi dalam kisaran 25 GJ/ton baja kasar hingga 34 GJ/ton baja kasar.

Variasi SEC ini dipengaruhi oleh / tergantung pada kualitas bijih besi dan batu bara, grade baja, dan efisiensi material. Rute tungku open hearth lebih intensif energi dan kurang produktif.

Saat ini, hanya kapasitas yang sangat kecil yang masih digunakan karena penggantian teknologi ini oleh teknologi BOF. Rute produksi baja yang menggunakan tungku busa listrik tidak memerlukan koks atau pabrik sinter tetapi besi bekas daur ulang. Intensitas energi rute ini bervariasi dari 9,1 hingga 12,5 GJ per ton baja kasar di mana inputnya hanya besi bekas.

Cara lain untuk menghasilkan baja kasar adalah dengan secara langsung mengurangi bijih besi untuk menghasilkan besi reduksi langsung (DRI). Intensitas energi rata-rata biasanya antara 28,3 dan 30,9 GJ per ton baja kasar. Teknologi ini sebagian besar menggunakan gas alam atau batu bara non kok. Saat ini ada minat yang besar di dunia untuk menghasilkan DRI dengan menggunakan gas shale di daerah di mana tersedia secara melimpah.

SEC typis dan emisi CO2 spesifik dari berbagai unit di pabrik besi dan baja di Eropa ditunjukkan dalam Tabel 1.

Aliran Energi dan Pemanfaatan Gas Proses di Pabrik Baja Terintegrasi

Interdependensi energi di pabrik baja terintegrasi cukup kompleks. Gambar 1 mengilustrasikan contoh typis dari aliran input dan output berbagai jenis energi dan agen reduksi bersama dengan aliran energi internal dari pabrik besi dan baja terintegrasi Jepang.

Gambar 1 Contoh aliran energi typis di pabrik baja terintegrasi Jepang

Input dominan biasanya adalah batu bara, minyak bakar, dan, jika dibeli dari suplai eksternal, koks. Input ini terutama digunakan untuk produksi koks di pabrik koks dan sebagai agen reduksi di blast furnace. Biasa menggunakan agen reduksi alternatif di blast furnace, seperti batu bara, ter batu bara, atau minyak yang diuntikan ke blast furnace di tingkat tuyere. Minyak bekas, lemak, berbagai gas (mis. gas koks) dan hidrokarbon lain, seperti sampah plastik, juga dapat diuntikan.

Kualitas (nilai kalori dan kebersihan) dan volume berbagai gas bervariasi secara signifikan dan faktor-faktor ini berdampak pada di mana bahan bakar dapat digunakan secara berguna. Untuk mengoptimalkan efisiensi energi, perlu agar setiap gas bahan berkonsumsi di pabrik yang paling tepat. Manajemen energi memainkan peran penting dalam hal ini. Tugas utama manajemen energi adalah distribusi dan penggunaan yang efisien dari gas proses dan bahan bakar yang dibeli. Tata letak pabrik yang baik dapat memfasilitasi tugas ini lebih lanjut.

Gas koks (COG), gas blast furnace (BF gas) dan gas basic oxygen furnace (BOF gas) merupakan dasar sistem energi di pabrik baja terintegrasi. Sebagian besar kebutuhan energi terpenuhi oleh gas-gas ini; bagian yang tersisa harus diseimbangkan dengan energi yang dibeli, biasanya listrik dan bahan bakar lain seperti minyak bakar.

Potensi untuk peningkatan efisiensi energi sebagian besar didasarkan pada perubahan berkelanjutan di sektor besi dan baja. Mereka timbul dari perbaikan faktor input, dari konversi dan perbaikan teknologi serta dari daur ulang dan pemulihan panas buangan. Potensi dalam pemulihan panas buangan, misalnya, sangat besar. Saat ini, lebih dari 50 persen energi hilang di banyak pabrik baja. Kehilangan terjadi sebagai gas buangan dan produk sampingan yang tidak dapat digunakan untuk generasi listrik atau produksi uap panas rendah.

Meskipun sebagian besar upaya untuk peningkatan efisiensi energi hemat biaya dan memberikan manfaat neto dalam periode waktu tertentu, hanya beberapa upaya yang telah atau saat ini sedang diterapkan di banyak pabrik besi dan baja. Hambatan untuk peningkatan efisiensi energi terutama ketersediaan modal di pabrik besi dan baja ini.

Peningkatan SEC

Peningkatan SEC diperoleh melalui hal berikut.

• Dengan meningkatkan efisiensi energi proses
• Dengan memilih bahan input yang tepat dari proses
• Dengan mengurangi atau menyegel kehilangan energi dari proses
• Dengan memulihkan panas buangan dari proses.
• Dengan meningkatkan pemantauan konsumsi energi melalui sistem manajemen energi.

Area perbaikan diidentifikasi melalui audit energi yang tepat. Audit dapat dilakukan secara internal atau melalui agen eksternal yang berkualifikasi. Area perbaikan harus dikategorikan ke dalam tiga kategori.

• Jangka pendek – Ini adalah item perbaikan yang dapat diterapkan dengan praktis tanpa investasi atau investasi sangat sedikit. Ini biasanya perbaikan proses, pemantauan yang ditingkatkan, daur ulang limbah, dan perbaikan input proses, dll.
• Jangka menengah – Perbaikan ini memerlukan penambahan/ penggantian peralatan/ instrumen tertentu yang memiliki periode payback yang sangat cepat.
• Jangka panjang – Perbaikan ini memerlukan investasi yang besar dan mungkin melibatkan pengosongan peralatan/proses lama.

Untuk menerapkan salah satu perbaikan di atas, dukungan manajemen adalah komponen esensial. Tanpa dukungan manajemen, program peningkatan efisiensi energi dapat berhasil.