Примеры использования отходов в качестве альтернативного

Примеры использования отходов
в качестве альтернативного
топлива для цементных печей
Опыт Чешской Республики
Прага, 2013
Содержание
1.
2.
3.
3.1.
4.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
5.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
6.
7.
ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................3
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ЦЕМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА,
ПОЗВОЛЯЮЩЕГО СЖИГАНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА ..............................3
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ К АЛЬТЕРНАТИВНОМУ
ТОПЛИВУ ................................................................................................................4
Диапазон альтернативных видов топлива, используемого на цементных
заводах...................................................................................................................5
ОТХОДЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА...............6
Сжигание в цементной печи предварительно обработанных коммунальных и
промышленных отходов (пример цементных заводов в Чешской Республике) 7
Возможности энергетического использования отработанных масел путем
экологической утилизации в цементной печи, пример чешского цементного
завода Чижковице ...............................................................................................10
Сырьевое и энергетическое использование изношенных шин .........................11
Сжигание в цементной печи шламов/илов со станций по очистке
коммунально-бытовых стоков............................................................................13
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ СОВМЕСТНОГО
СЖИГАНИЯ ОТХОДОВ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ ЦЕМЕНТНЫХ ПЕЧАХ .......................15
Принцип байпаса печных газов цементной печи...............................................15
Пример установки и эксплуатации байпаса – цементный завод Мокра...........16
Пример эксплуатации байпаса на цементном заводе Границе .........................21
Опыт установки байпаса на цементном заводе Радотин ...................................22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................25
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ ...............................26
1. Введение
Использование отходов в качестве альтернативного топлива для такого ресурсоёмкого
процесса, как производство цемента, может быть важным элементом в создании
устойчивой системы регулирования сырья и энергии.
Переработка отходов в цементной печи представляет собой использование
альтернативных видов топлива для получения энергии. Она отличается от термической
обработки отходов с целью их удаления. Совместная переработка отходов в цементных
печах обеспечивает получение энергии и в некоторых случаях и технологических
сырьевых добавок. Использование отходов в качестве альтернативного топлива для
цементных печей позволяет экологически и безопасно утилизировать многие виды
опасных и остальных отходов. В области регулирования опасных отходов совместная,
проводимая под контролем, переработка отходов может обеспечить практичный,
экономически эффективный и экологически предпочтительный (по сравнению
с размещением на полигоне или сжиганием) вариант. Немаловажным экономическим
плюсом сжигания отходов в качестве альтернативного топлива является тот факт,
что поставщики отходов платят за их переработку в цементной печи.
При управлении отходами, образование которых нельзя избежать или которые не могут
быть переработаны, использование существующей инфраструктуры цементных печей
для совместной переработки отходов позволяет сэкономить расходы на создание
специальных печей или полигонов.
При эксплуатации специальных печей для сжигания опасных отходов образуются
остатки золы опасных отходов. При совместном сжигании отходов в цементных печах,
остатки золы опасных отходов включаются в состав клинкера, поэтому не остается
конечных продуктов, требующих дальнейшего регулирования.
Крайне важно, чтобы совместная переработка опасных отходов в цементных печах
осуществлялась только в соответствии с наилучшими доступными техническими
методами (НДТМ) и в соответствии с требованиями мониторинга для входящего сырья,
топлива, технологических процессов, выбросов загрязняющих веществ. Применение
отходов в качестве альтернативного топлива заменяет использование традиционного
ископаемого топлива и позволяет сократить объём эксплуатации невосполнимых
природных ресурсов и "экологический след".
2. Краткая характеристика процесса цементного производства,
позволяющего сжигание альтернативного топлива
Обжиг клинкера является подходящим этапом производственного процесса, связанного
с производством цемента, с точки зрения использования отходов в качестве
альтернативного топлива.
Для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера обжиг сырьевой
смеси проводится при температуре обычно около 1450 °C – 1470 °C (нaд 1400 °C)
в течение 2 – 4 часов в длинных вращающихся печах с внутренними теплообменными
устройствами. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические
процессы, в результате которых образуется цементный клинкер.
Обжиг клинкера является наиболее важным этапом производственного процесса,
связанного с производством цемента, с точки зрения воздействия на окружающую
среду. Главными загрязнителями, выбрасываемыми в атмосферу, являются твёрдые
частицы (пыль), оксиды азота (NOx) и диоксид серы (SO2).
3
Другие выбросы включают оксиды углерода (CO, CO2), полихлорированные дибензо-pдиоксины и дибензофураны (ПХДД/ПХДФ), летучие органические соединения (ЛОС),
металлы и их соединения, хлорид водорода (HCl) и фторид водорода (HF).
Тип и количество выбросов в атмосферу зависит от переменных параметров, например,
используемого сырья и топлива, типа процесса. Кроме того, производство требует
значительных энергозатрат в связи с поддержанием в цементных печах необходимой
температуры.
В среднем, расходы на энергию, на топливо и электроэнергию составляют 40 % затрат
на изготовление цемента.
Основными видами классического технологического топлива, используемыми
в европейской цементной промышленности, являются нефтяной кокс и уголь. Высокая
температура и длительное время пребывание материала в печи создают значительный
потенциал разложения органических веществ. Это обусловливает широкое
разнообразие применяемого топлива, по возможности менее дорогого, особенно
различных топливосодержащих отходов.
Ископаемые виды топлива успешно заменяются различными типами отходов
в цементных печах в Австралии, Европе, Канаде, Японии и США с начала 1970-х
годов. Несмотря на эксплуатационные отличия на разных заводах, в целом
производство цемента позволяет потреблять значительный объем отходов в качестве
топливного сырья. Такое потребление обуславливает характеристика технологического
процесса, протекающего в цементной печи, способствующая полному разложению
сырья на составляющие его оксиды и преобразование части оксидов в клинкерные
минералы.
В настоящее время европейская цементная промышленность использует большое
количество топливных отходов различного происхождения, которые на некоторых
заводах заменяют до 80 % ископаемого топлива.
3. Характеристики и требования, применяемые к альтернативному
топливу
Наиболее очевидной выгодой является извлечение энергии из альтернативных видов
топлива, которые используются на цементных заводах и позволяют снизить спрос
на ископаемые виды топлива. Немаловажным фактором является и постоянно растущая
цена ископаемых топлив. Зависимость от ископаемого топлива снижается, а за счёт
сбережения ресурсов достигается значительная экономия. На чешских цементных
заводах достигается значительная экономия средств на закупку топлива, помимо этого
за использование альтернативного топлива зачастую платит поставщик. Только
у некоторых высококалорийных видов альтернативного топлива цементный завод
платит за транспортировку от поставщика.
Объем замещаемой потребности в ископаемом топливе зависит, среди прочих
факторов, от теплотворной способности альтернативного топлива и содержания
в нём влаги. В результате гетерогенной природы отходов, может потребоваться
комбинирование и смешивание различных опасных и неопасных отходов, чтобы
обеспечить однородное сырье, отвечающее спецификациям для использования
в цементной печи.
Не все отходы подходят для совместной переработки. Только отходы с известным
составом, энергетической и минеральной ценностью подходят для совместной
4
переработки в цементных печах. [2] В приведенной ниже таблице указана
приблизительная калорийность некоторых отходов, используемых в качестве
альтернативного топлива.
Таблица 1. Калорийность топливных отходов, используемых в странах ЕС. [1]
Типы топливных отходов
(опасные и неопасные)
Калорийность, кДж/кг
Дерево
Бумага, картон
Текстиль
Пластмасса
Горючие фракции сортировки бытовых отходов
Резина/шины
Промышленные шламы
Городские осадки сточных вод
Животные пищевые отходы и жиры
Животные пищевые отходы (животные остатки)
Отходы угля/углерода
Сельскохозяйственные отходы
Твёрдые отходы (пропитанные древесные опилки)
Растворители и относящиеся к ним отходы
Нефть и нефтяные отходы
Битумный сланец на основе топливной смеси
(85-90 % битумного сланца)
Иловые остатки (влажность более 10 %)
Иловые остатки (влажность от 0 до 10 %)
приблизительно 16
3 – 16
до 40
17 – 40
14 – 25
приблизительно 26
8 – 14
12 – 16
14 – 18, 27 – 32
14 – 21,5
20 – 30
12 – 16
14 – 28
20 – 36
25 – 36
9,5
3–8
8 – 13
Множество опасных отходов может быть использовано в качестве альтернативного
топлива, однако, в силу зависимости выбросов вредных веществ от оборудования
цементной печи, не существует однозначного ответа на вопрос какой тип отходов
может применяться на конкретном цементном заводе.
3.1. Диапазон альтернативных
на цементных заводах
видов
топлива,
используемого
Диапазон отходов, используемых в качестве альтернативного топлива в цементной
печи, значительно варьируется в зависимости от: процесса производства клинкера,
режима обжига, состава сырьевых материалов и топлива, способа подачи отходов
в производство, используемой технологии очистки отходящих газов, местных условий
управления отходами. При выборе возможных отходов в качестве потенциального
альтернативного топлива следует учитывать помимо технологических параметров
также требования существующей европейской и национальной системы технического
регулирования.
С технологической точки зрения, как правило, для отходов, принятых в качестве
топлива и/или сырьевых материалов для цементной печи, необходимо учитывать
калорийность и состав минеральной части.
5
Кроме того, должны учитываться объёмы и категории отходов, а также их физический
и химический состав, характеристики и загрязняющие примеси. Топливные отходы,
используемые цементной промышленностью, являются частью, специально
отобранной из отходов, которые обычно предварительно подготавливаются, например,
дробятся, перемешиваются, измельчаются, гомогенизируются и перерабатываются
таким образом в материал соответствующего качества. Подготовка отходов обычно
выполняется на специальных заводах по предварительной переработке отходов.[1]
В таблице ниже перечислены отдельные виды отходов, подходящие в качестве
альтернативного топлива.
Таблица 2. Различные типы отходов, используемые как топливо для вращающихся
печей в 27 странах ЕС в 2003-2004 гг. [1]
Номер группы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Типы топливных отходов (опасные и безопасные)
дерево, бумага, картон
текстиль
пластмассы
продукты перегонки
шины/резина
промышленные шламы
городские сточные воды
отходы животноводства
уголь/углеродсодержащие отходы
сельскохозяйственные отходы
твёрдые отходы (пропитанные древесные опилки)
растворители
нефть и отходы нефтепереработки
другие
4. Отходы, используемые в качестве альтернативного топлива
Опасные отходы, которые в принципе хорошо подходят для совместной переработки
в цементных печах это: шлам, осадки алкиловых кислот, нефтяные пятна и кислые
фракции дегтя, оставшиеся после нефтепереработки, отходы после естественной
очистки газа и пирогенной обработки угля; отработанные машинные масла;
отработанные гидравлические масла и тормозные жидкости; масляные отходы
в трюмах; осадки, твердые отходы и эмульсии в водных/масляных сепараторах;
моющие жидкости и маточный щелок; кубовые остатки и остатки после реакций,
происходивших при производстве, приготовлении, поставке и использовании основных
органических химикатов, пластмасс, синтетического каучука, искусственных волокон,
органических красителей, пигментов, органических пестицидов и фармацевтической
продукции;
отходы
типографских
красителей;
отходы
фотографической
промышленности; деготь и другие углеродосодержащие отходы анодного производства
(термальное производство алюминия);
отходы после обезжиривания металла
и ремонта оборудования; отходы после очистки текстильных материалов
и обезжиривания природных продуктов; отходы электронной промышленности. [2]
6
Исторически использование отходов в качестве альтернативного топлива берет начало
в 80 годах 20 века. Первым отходом – альтернативным топливом стали изношенные
шины. В середине 90 лет, наряду с шинами, более широкое применение в качестве
альтернативного топлива получили и другие отходы, такие как отработанные масла,
нефтесодержащие грунты, отходы резины, твердое альтернативное топливо на основе
бумаги, пластмасс и других горючих веществ. Были начаты эксперименты
по сжиганию донных осадков (шламов), образующихся при очистке сточных вод.
В условиях Чешской республики использованием альтернативного топлива при обжиге
клинкера заменяется ископаемое топливо – угольная пыль. Ранее широко
используемые классические виды топлива, такие как природный газ, мазут, нефтяное
топливо в настоящее время используются минимально по причине их высокой цены.
Цементная промышленность является энергоемкой и все цементные заводы в Чехии
используют альтернативные виды топлива для удержания рентабельности
производства. Расходы на энергию (вкл. электрическую) составляют около 40 %
себестоимости цемента. [1] На чешских цементных заводах традиционные сырьевые
материалы и топливо заменяются подходящими топливными отходами и биомассой
в технологическом процессе производства цемента. Биомасса, ввиду низкой
теплотворной способности, используется в цементной промышленности ограничено.
Производство цемента, как при использование входящих материалов, так и при
выпуске готовой продукции является примером экологически ответственного
производства 21 века.
4.1. Сжигание в цементной печи предварительно обработанных
коммунальных и промышленных отходов (пример цементных
заводов в Чешской Республике)
Смешанные коммунальные отходы находятся в форме, которая не позволяет их
непосредственную загрузку в цементную печь. Собранные бытовые отходы требуется
предварительно отсортировать и обработать перед их использованием в качестве
альтернативного топлива для цементной печи. Обработка отходов, проводимая с целью
снижения или исключения опасных свойств, может вести к изменению их физических,
химических или биологических свойств. При сортировке отходов проводится
выделение отходов пригодных для использования в качестве вторсырья и рециклинга.
Переработка вторсырья представляет собой повторное использование отхода в качестве
источника сырья. В некоторых странах ЕС действующий запрет размещения
на полигонах необработанных городских отходов привел к увеличению числа заводов
по механической и биологической переработке отходов. [1]
Обработанные отходы, соответствующие параметрам альтернативного топлива,
являются востребованным
товаром
на рынке альтернативного
топлива
в ЕС. Физическое состояние предварительно обработанных отходов является
определяющим при выборе способа манипуляции с ними и их дозировки. При
предварительной обработке отходов в принципе, необходимо обработать отходы так,
чтобы их форма позволяла проводить сжигание отходов с помощью горелки,
предназначенной для сжигания твердого классического топлива. В виду частых
изменений видов альтернативного топлива (разные поставщики), чешские цементные
заводы в настоящее время оборудованы универсальными горелками, позволяющими
дозировать альтернативное топливо на центральную горелку, таким образом, это
топливо всегда проходит самой горячей зоной в печи. Данный способ загрузки
способствует полному сжиганию дополнительного альтернативного топлива.
7
Условием ввода альтернативного топлива для сжигания на главной горелке является
подходящая структура топлива приблизительно соответствующая молотому углю
(размер частиц до 5 мм и более). Следующим условием является низкая влажность
и сыпучесть материала. На производстве по обработке отходов отобранные горючие
компоненты коммунальных отходов предварительно подсушиваются, мелются
и гранулируются, превращаясь, таким образом, в сертифицированное альтернативное
топливо. Данные требования к обработке коммунальных отходов оправданы тем, что
ввод альтернативного топлива в печь должен осуществляться только через главную
горелку. Недопустимо введение твердого альтернативного топлива в других точках
печи, так как, при таком вводе нельзя обеспечить ликвидацию опасных веществ при
более низком температурном режиме.
Рис. 1. Специально приготовленные бытовые отходы, используемые в качестве топлива
в цементных печах. [1]
На основании всех известных данных по сжиганию разного альтернативного топлива,
полученного путем предварительной обработки твердых коммунальных отходов,
полученные результаты свидетельствуют о том, что сжигание отсортированных
горючих компонентов отходов в цементных печах не представляет риск для
окружающей среды. Следующая таблица представляет собой сравнение выбросов
от производства цемента с использованием традиционных видов топлива и выбросов
при использовании топлива, содержащего 30% горючих фракций бытовых отходов.
Таблица 3. Сравнение выбросов загрязняющих веществ при традиционном обжиге
клинкера с выбросами при использовании альтернативного топлива, изготовленного
из бытовых отходов. [5]
Выбросы,
мг/м3
пыль
NOx
SO2
Cl
F
Pb
Традиционное
топливо
9-10
160
76,0
1,045
0,057
0,006
Смесь с 30 % альтернативного топлива
(обработ. бытовые отходы)
9-10
162
56,36
0,762
0,0519
0,006
8
Cd
Hg
Cr
Zn
0,005
0,011
< 0,001
< 0,001
0,001
0,005
< 0,001
< 0,001
Технология использования обработанных коммунальных отходов в качестве
альтернативного топлива выгодна как для цементных заводов, которым приносит
экономию классического топлива, так и для окружающей среды, поскольку
ограничивает количество отходов размещаемых на полигонах. Среднее потребление
горючих компонентов твердых коммунальных отходов на производство тонны цемента
указано в таблице 4.
Таблица 4. Потребление горючих компонентов бытовых отходов на тонну цемента.[5]
Средняя теплотворная способность горючих
компонентов бытовых отходов
Средняя теплотворная способность мазута
Среднее удельное потребление тепла на обжиг
клинкера
Среднее удельное потребление мазута на обжиг
клинкера
Реальная возможность замещения тепловой энергии
от сжигания мазута тепловой энергией от сжигания
альтернативного топлива
Экономия мазута
Расход горючих компонентов бытовых отходов
15,0 МДж/кг
39,5 МДж/кг
3500 МДж/т
88,496 кг/т
12,5 %
10,96 кг/т
29,167 кг/т
На фактическое потребление альтернативного топлива, потребляемого на обжиг
клинкера, влияют следующие факторы:
· при большом соотношении доли альтернативного топлива может увеличиться
потребление высокообогащенного известняка или другой добавки, дозируемой
в сырьевую смесь.
· соотношение альтернативного топлива может быть ограничено влиянием
некоторых составляющих данного топлива на работу печи, на процесс обжига или
на качество клинкера.
· соотношение
доли
альтернативного
топлива
может
ограничиваться
из-за увеличения выбросов некоторых вредных веществ, содержащихся в отходах.
· соотношение доли альтернативного топлива может быть ограничено потреблением
объема воздуха, затрачиваемого при транспортировке дополнительного топлива
к горелке и потреблением воздуха для поддержания горения.
Таблица 5. Сравнение потребления топлива на обжиг тонны клинкера. [5]
Нормальный режим
эксплуатации
Мазут, кг/т
Отходы, кг/т
88,496
0
Эксплуатация при совместном
сжигании альтернативного
топлива
Мазут, кг/т
Отходы, кг/т
77,532
29,167
9
Нужно отметить, что чешские цементные заводы в своих печах почти не использовали
альтернативное топливо, изготовленное из коммунальных отходов. Причина
заключалась в относительной доступности промышленных отходов (отходы
автомобилестроительной
промышленности)
с
постоянным
качественным
составом и высокой теплотворной способностью. Другим ограничивающим фактором
было неясное происхождение предлагаемых горючих компонентов из обработанных
коммунальных отходов, в частности переменный состав. Если поставщики
альтернативного топлива, изготовленного из коммунальных отходов, будут
гарантировать его качество путем сертификации продукта, то можно предполагать
использование данного вида топлива в количестве до 100 тыс. тонн в год. [5]
Цементный завод с производственной мощностью 500 тыс. тонн клинкера в год сможет
использовать до 15 тыс. тонн горючих компонентов коммунальных отходов. Общая
мощность производства клинкера в Чешской республике составляет около 3750 тыс.
тонн в год, при данной производительности могут быть использованы 113 тыс. тонн
альтернативного топлива, изготовленного из бытовых отходов. Количество горючих
компонентов в твердых бытовых отходах, собираемых в Чехии, составляет 37,5 %.
Средний населенный пункт с численностью 400 тыс. жителей производит около 90 тыс.
тонн твердых бытовых отходов, в которых содержится 33,75 тыс. тонн в год горючих
компонентов. Один житель, согласно исследованиям, производит 84,375 кг в год
горючих компонентов бытовых отходов. Для обжига клинкера, таким образом,
возможно использовать горючие компоненты, отобранные и обработанные из бытовых
отходов выбрасываемых 1340 тыс. жителей Чехии.
4.2. Возможности энергетического использования отработанных масел
путем экологической утилизации в цементной печи, пример
чешского цементного завода Чижковице
Отработанные масла были первым видом альтернативного топлива, которое
использовали цементные заводы в Чешской республике. Отработанные масла являются
неотъемлемой частью технического прогресса. Все механические компоненты машин
и механизмов нуждаются в периодической смазке, а использованные и отработанные
масла нуждаются в замене. Необходимость управления отходами отработанных масел
вела к поискам экологических и экономически приемлемых способов утилизации.
Часто отработанные масла, иногда содержащие примеси хлорированных углеводородов
и других веществ, утилизируются в небольших сжигательных установках. Рабочие
температуры в подобных установках в большинстве своем не превышают 800 °C. При
температуре 800 °C не происходит полное сгорание всех опасных веществ. Наряду
с практикой утилизации отработанных масел в котельных установках проводились
и оценки способов возможной регенерации отработанных масел. Беря во внимание
мировой опыт регенерации отработанных масел нужно учитывать:
·
·
·
предполагаемое восстановление отработанных масел в практике осуществляется
только для 1 % производимого отхода отработанных масел,
предполагаемая регенерация не может быть проведена без предварительной
выборочной сортировки отработанных масел, т.е. ей должен предшествовать
раздельный сбор отработанных масел,
помимо этого отработанные масла содержат еще остатки разных добавок
и веществ, образовавшихся в маслах в процессе их использования,
10
·
·
·
регенерация отработанных масел, как процесс, способствует возникновению
вторичных отходов (около 30 %) в форме масляных эмульсий, содержащих остатки
масел и твердых веществ, которые нуждаются в отдельной утилизации,
полученные при регенерации масла ограничены в своем ассортименте,
из-за качественных параметров,
установки по регенерации масел являются экономически капиталоемкими,
как с точки зрения приобретения, так и с эксплуатационной стороны.
Экологически приемлемым решением по утилизации отработанных масел
с использованием их энергетического потенциала является их сжигание в больших
установках. В крупных установках гарантированы требуемые условия процесса
сжигания: установки оборудованы мониторингом отходящих газов и процессов
горения. К крупным установкам относятся, прежде всего, цементные печи и некоторые
заводы по сжиганию отходов. Нужно различать характер процесса сжигания в этих
установках. Основная задача заводов по сжиганию отходов – утилизация отходов.
Производство тепла является побочным продуктом процесса, наряду с золой
и выбросами.
Во вращающейся цементной печи, использующей отходы в качестве топлива,
основным продуктом является клинкер. Полученное от сжигания тепло расходуется
на обжиг клинкера, при этом экономится традиционное топливо, не возникают другие
отходы, не образуется зола. При сжигании отработанных масел в цементной печи весь
процесс проходит согласно регламенту. Входящее альтернативное топливо
подвергается контролю, ведется мониторинг выбросов. Процесс утилизации
отработанных масел в цементных печах в качестве альтернативного топлива не требует
со
стороны
государства
дополнительных
инвестиций.
Ответственность
за экологический способ утилизации отхода в данном процессе несет производитель
цемента.
4.3. Сырьевое и энергетическое использование изношенных шин
Широкой общественности уже давно известна информация о том, что изношенные
шины, которые не могут быть дальше использованы, сжигаются в цементных печах
в качестве топлива. Большинство населения позитивно воспринимает такое решение
по сравнению с вариантом размещения использованных шин на полигонах
или их неорганизованном складировании. Узкий круг общественности задумывается
над вопросом возможного рецикла использованных шин для производства новых.
Специалисты по вулканизации придерживаются мнения, что вулканизированный
каучук не подходит для повторного использования.
В целях обеспечения безопасности движения автотранспорт должен быть оснащен
качественными шинами. К тому же производство новых шин из сырья экономически
дешевле, чем переработка изношенных шин на сырьевую массу сомнительного
качества. Наряду с этим в обществе растет информационное сознание факта,
что использование на цементных заводах изношенных шин в качестве альтернативного
топлива, ведет к экономии ископаемого топлива, которое может быть использовано
для обогрева бытовых помещений и т.п. Объективности ради надо отметить,
что последнее время получило распространение использование измельченной резины
из разобранных изношенных шин в качестве шумоизоляции дорожного покрытия.
11
Цементные заводы, при сжигании изношенных шин, используют их не только с точки
зрения получения тепловой энергии. Изношенные шины служат и в качестве сырьевой
добавки. Шины содержат целую шкалу веществ (оксидов и элементов), которые
используются при производстве клинкера. Зола, образующаяся при горении, входит
в минеральный состав клинкера, тем самым, увеличивая массу продукта. В этом
отличие использования изношенных шин на цементных заводах по сравнению
с установками сжигания отходов. При эксплуатации сжигательных установок
образуется зола и шлак, которым очень тяжело найти практическое применение.
Следующим отходом, требующим размещения являются, продукты очистки дымовых
газов.
Шины можно использовать в качестве альтернативного топлива без предварительной
подготовки. По введению в цементную печь, шины быстро нагреваются в зоне, где
сырьевая мука достигает температуры 800 °C и газовая смесь достигает температуры
около 1 100 °C. Шины начинают гореть, когда температура на поверхности достигает
350 °C. Поскольку парциальное давление кислорода в газовой смеси низкое,
то происходит пиролитическое разложение. Возникает большое количество
органических соединений в газообразном состоянии и оксид углерода, образуя
тем самым локальную восстановительную среду. В этой среде происходит
восстановление оксидов азота, одновременно снижается их концентрация в отходящих
газах. Органические соединения и оксид углерода выгорают в циклонах
теплообменника. Осуществляется теплопередача в процессе кальцинации, где высокие
затраты тепла и процесс горения проходит при температурах более низких,
чем на главной горелке. Тепло, приведенное в процесс кальцинации, приносит с собой
гораздо меньшее количество оксидов азота, чем тепло поступающее от главной
горелки.
Результатом использования шин является не только экономия традиционного топлива,
но и снижение удельного количества топлива на обжиг клинкера и снижение общего
количества выбросов. Металлическая проволока и другие неорганические компоненты
реагируют с сырьем и становятся составной частью клинкера. Шины, особенно шины
радиальной конструкции, содержат 18 – 20 % металлокорда. Железо, полученное
в данном случае из отходов, ведет к экономии железосодержащих добавок, которые
необходимо вводить при производстве клинкера. Также компоненты металлокорда
способствуют процессу минерализации, снижается температура формирования
эвтектической структуры, температуры при которой начинается плавка.
Таким образом экономиться энергия. Из одного килограмма шин сжиганием
выделяется 25 МДж энергии и остается около 5 – 7 % золы, которая при спекании
встраивается в твердые растворы клинкера. Содержание хлора в шинах, используемых
для легкового транспорта, оценивается в диапазоне 0,1 – 0,3 %. Шины для грузового
транспорта не содержат хлорбутиловый каучук и содержание хлора в них
минимальное. Фтор не содержится в шинах и в других компонентах.
Сера, содержащаяся в составе резины, используется в качестве баланса для работы
печи и другого оборудования. При эксплуатации печи необходимо определенное
количество серы в системе печи. Сера связывает щелочные элементы в сульфаты.
Избыток серы, однако, увеличивает образование отложений в системе
теплообменников и нежелателен. Содержание серы в шинах не превышает 4 %
и определяется степенью отверждения резины. При сжигании мазута, который
содержит более чем 2 % серы, системе печных газов не грозит недостаток серы.
Ситуация меняется при сжигании угля с содержанием серы в диапазоне 0,7 – 1,2 %.
12
В некоторых случаях, может возникнуть ситуация, которая требует добавление серы
в той или иной форме. Сжигание изношенных шин имеет позитивное влияние
на баланс серы в печи. Помимо серы, в резине могут содержаться различные
органические соединения на основе масел, регулирующие твердость или эластичность
резины. Поскольку условия в цементной печи способствуют полному разрушению
и сгоранию органических соединений, то их содержание не регламентируется.
Сырьевое и энергетическое использование изношенных шин на чешских цементных
заводах, на основании опыта использования этого альтернативного материала,
способствует экономии традиционного сырья и топлива. Технология утилизации
изношенных шин является безотходной. Утилизация шин в цементной печи ведет
к снижению удельного потребления энергии затрачиваемой на обжиг клинкера и ведет
к снижению выбросов оксидов азота.
На сегодняшний день чешские цементные заводы обеспечивают около 8 %
потребляемой тепловой энергии за счет сжигания шин, что представляет собой
утилизацию около 70 тыс. тонн изношенных шин.
4.4. Сжигание в цементной печи шламов/илов со станций по очистке
коммунально-бытовых стоков
В Чешской республике и за ее пределами уделяется большое внимание поиску более
приемлемых способов утилизации шламов/илов со станций по очистке бытовых стоков,
помимо распространенного размещения на полигонах. Отходы со станций очистки вод
зачастую содержат вредные вещества. Концентрации тяжелых металлов часто выходят
за допустимые пределы, что не позволяет использовать илы для сельскохозяйственных
целей, для непосредственного нанесения на поверхность почвы или в качестве
субстрата для производства компоста.
Энергетический потенциал стабилизированных сухих отходов очистки сточных
вод находится в диапазоне приблизительно 8 – 11 МДж/кг сухого осадка, что позволяет
использовать их в качестве примеси к угольному топливу. Шламы/илы можно
утилизировать сжиганием:
·
·
в котлах теплостанций, при этом тяжелые металлы могут быть в выбросах, а также
может увеличиться их содержание в шлаке и золе. К отходам будут предъявляются
более высокие требования по окончательному их размещению,
в цементных вращающихся печах с системой теплообменника. При этом способе
утилизации происходит полное удаление загрязняющих веществ, содержащихся
в отходах очистки сточных вод. Тяжелые металлы в условиях цементной печи
связываются более чем на 95 % в сплавах клинкерных минералов. Органические
компоненты отходов полностью разлагаются и сгорают. Данный способ
утилизации является безотходным.
Определенный опыт утилизации отходов илов/шламов сжиганием накоплен
в некоторых странах ЕС, таких как: Франция, Бельгия и Швейцария. Самый богатый
практический опыт сжигания илов/шламов наработан в Швейцарии, поскольку данный
способ утилизации давно применяется. Более чем десять лет назад на чешском
цементном заводе в Радотине (часть Праги) был проведен масштабный эксперимент
по сжиганию отходов илов/шламов. Фактически подготовка материала была проведена
на Центральной станции по очистки коммунальных сточных вод в городе Прага, район
Троя.
13
Использовалась пилотная установка, позаимствованная из Германии, на которой было
высушено 45,5 тонн обезвоженного осадка. Илы/шламы были гранулированы
и расфасованы в мешки по 500 кг . Шлам был высушен до остаточной влажности около
8 %. Сушильное оборудование было представлено компанией Sulzer-Escher-Wyss
GmbH. Дозирующее оборудование, используемое для эксплуатационных испытаний
на цементном заводе, состояло из лотка, вместимостью около тонны сухого шлама,
из наклонного винтового конвейера, из ленточных дозировочных весов, маленького
промежуточного буфера и эжектора. Эжектор был позже заменен на более мощный
винтовой питатель (насос Фулера). Непосредственно для сжигания использовалась
новая горелка UNITHERM Combi с дополнительным центральным каналом
для дозирования порошкообразного топлива на сжигание в цементной печи.
Эксперимент по сжиганию отходов илов включал: подготовительную работу,
тестирование способа загрузки материала в цементную вращающуюся печь, два дня
испытаний, пятидневное пробное сжигание, окончательную обширную оценку теста.
Во время проведения испытаний осуществлялась широкая программа измерений
и отбора проб. Пробы и образцы были проанализированы одновременно в нескольких
аккредитованных лабораториях в Чехии и Германии.
При сжигании шламов от очистки муниципальных сточных вод были отобраны
и проанализированы образцы на:
· содержание полихлорированных дифенилов (ПХД) в сжигаемых шламах,
· содержание
полихлорированных
дибензо-р-диоксинов
(ПХДД),
полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ) в выбросах,
· содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в выбросах,
· содержание металлов (Be, Cd, Co, Cu, Ni, Cr, Zn, Mn, Hg, Tl, Se, Te, Pb, As, Sn, Sb,
V) в сжигаемых шламах, в сырьевых материалах, в основном топливе, в выбросах,
в продукте – цементе в виде абсолютного содержания и выщелачивание следовых
элементов,
· содержание хлора в форме хлорида водорода (HCl) и фтора в форме фторида
водорода (HF) в выбросах,
· содержание органических веществ в виде общего содержания углерода в выбросах,
· содержание газообразных соединений оксидов (SO2, NOX, CO) и пыли в выбросах,
Прошли аналитический контроль все операционные силикатные материалы (сырье,
клинкер, цемент, пыль).
На основании опыта было доказано, что сжигание высушенных шламов от очистки
муниципальных сточных вод совместно с мазутом не оказывает отрицательного
влияния на процесс обжига цементного клинкера. При загрузке одной тонны сухих
шламов в час была достигнута экономия мазута 261 кг/ч, что соответствует экономии
мазута 6272 кг/день. На протяжении всего экспериментального сжигания выбросы
не превысили соответствующие границы. Качество получаемого клинкера и цемента
было неизменным.
Тесты выщелачиваемости подтвердили, что следовые количества металлоидов
не извлекаются, и металлы прочно связаны в сплавах клинкерных минералов. Пробное
сжигание – это хороший способ продемонстрировать характеристики печи
и ее способность к разрушению отходов необратимым и безопасным способом, однако
при этом чрезвычайную важность приобретают проектирование и условия испытания.
[2]
14
Наличие Tl и Hg в шламах было ограничено. В процессе сушки шламов на станции
по очистке вод, данные элементы были отделены с конденсатом и утилизировались
отдельно. На сжигаемый шлам и процессы в печи эти летучие вещества не повлияли.
Теплотворная способность высушенного шлама от очистки муниципальных сточных
вод достигла около 10 МДж/кг. В настоящее время требование к минимальному
уровню теплотворной способности альтернативных видов топлива составляет около
15 МДж/кг. Таким образом, при теплотворной способности около 10 МДж/кг, покупка
шлама в качестве альтернативного топлива не слишком экономически выгодна.
Тем не менее, при оценке пригодности данного способа утилизации должно быть
принято во внимание, что основное преимущество в данном случае не экономия
традиционного топлива, а утилизация потенциально опасных отходов непригодных
для использования в сельском хозяйстве. В этом случае, необходимо найти адекватный
энергетический компромисс для этого способа экологической утилизации шламов.
5. Технические решения, применяемые в процессе совместного
сжигания отходов во вращающихся цементных печах
5.1. Принцип байпаса печных газов цементной печи
Из загружаемого сырья и топлива в цементной печи образуются газообразные
вещества, содержащие соединения хлора, серы, щелочей. При температурах
действующих в зоне спекания и в пламени горелки газообразные соединения
в основном разлагаются и уходят из зоны спекания в виде пара.
Примеры температур плавления некоторых щелочных соединений: KOH – 361 °C,
NaOH – 319 °C, KCl – 768 °C, NaCl – 801 °C, K2CO3 – 894 °C, Na2CO3 – 850 °C, K2SO4 –
1 074 °C, Na2SO4 – 884 °C.
Непосредственно при выходе газовой смеси из вращающейся печи происходит
снижение температуры, и часть газообразных веществ переходит в твердое состояние
и осаждается на оборудовании. Осаждение щелочных веществ приводит к их
налипанию на оборудование на выходе газа из печи и на нижней части
теплообменника. Часть твердых соединений уносится потоком сырья, входящим в печь,
по направлению к пламени горелки. В зоне горелки твердые частицы веществ
переходят в газообразное состояние и целый цикл обогащения этих веществ
повторяется. Таким образом, в газовом потоке увеличивается концентрация
соединений, которые склонны залепливать оборудование (стенки теплообменника) на
выходе газа из печи.
Для снижения концентрации щелочных веществ и ограничения явления залепливания
непосредственно за цементной печью, из общего газового потока отводится часть
газообразной смеси совместно со взвешенной пылью. Отделенная часть газовой смеси
быстро охлаждается. Газообразные соединения переходят в твердое состояние
и осаждаются на пылевидных частицах сырьевой смеси. Твердые частицы пыли
выделяются из газовой смеси фильтрацией на отдельном фильтре. На фильтре
происходит улавливание пыли, содержащей концентрированные соли, и тем самым
происходит изъятие солей из циркуляции в газовой смеси. Хлор содержится
в кристаллах KCl.
15
Система удаления части газовой смеси из цементной печи получила название байпас.
Принципиальная схема байпаса части печных газов показана на Рис. 2. Чешские
термины переведены в условных обозначениях под изображением.
Рис. 2. Схема байпаса.[9]
Условные обозначения:
Rotační pec
Cyklonový výměník tepla
Elektrostatický odlučovač
Surovinový a uhelný mlýn
Roštový chladič
Drtič slínku
- Вращающаяся печь
- Циклоны теплообменника
- Электростатический электрофильтр
- Сырьевая и угольная мельницы
- Холодильник клинкера
- Дробилка клинкера
В справочном документе по наилучшим доступным технологиям в производстве
цемента упоминается установка щелочных байпасных систем. Щелочной байпас:
трубопровод между загрузочной стороной печи и башней подогревателя. Часть
отработанных печных газов выбрасывается через этот байпас и быстро охлаждается
воздухом или водой для предупреждения избыточного образования щелочи, хлоридов
и серы на необработанном сырье. Также упоминается как байпас отработанных газов
печи. [2]
5.2. Пример установки и эксплуатации байпаса – цементный завод
Мокра
Техническая характеристика вращающейся цементной печи завода Мокра, компания
HeidelbergCement:
· Сухой способ производства
· Мощность 1950 тонн клинкера в сутки
· Четырехступенчатый теплообменник без кальцинатора
· Колосниковый холодильник клинкера
· Основное топливо: уголь, мазут, природный газ
16
·
·
Дополнительное жидкое топливо: отходы производства растительных масел,
отработанные моторные масла, дегти
Дополнительное твердое топливо: отработанные шины, ориентированностружечная плита, твердое альтернативное топливо (предварительно обработанные
коммунальные отходы), мясокостная мука.
Рис. 3. Общий вид цементного завода Мокра [6]
В 2003 году на предприятии был установлен «Хлоридный байпас». Совместно
с установкой байпаса была проведена реконструкция системы пылеудаления
холодильника клинкера. Целью установки байпаса было:
· Увеличить количество сжигаемого альтернативного топлива, в основном твердого
альтернативного топлива (обработанных коммунальных отходов).
· Отстранить проблемы с осаждением отложений, достичь работы печи
с минимальным нарушением режима
· Значительно снизить выбросы пыли в системе охлаждения клинкера, улучшить
управление процессом охлаждением клинкера.
Многократная циркуляция щелочей, хлоридов и в некоторой степени сульфатов и их
постепенное накопление ведут к использованию системы байпасов на выходе газов из
цементной печи. Удаляемая часть газов не только снижает количество щелочей,
хлоридов и сульфатов, но и способствует снижению других веществ.[1]
На выходе из печи происходит удаление части горячих печных газов с температурой
1250 °C, которые вентилятором мощностью 7000 м3/час отводятся для самостоятельной
очистки.
На ниже указанных изображениях примеры конструкции байпаса, установленного
на цемзаводе Мокра.
17
Рис. 4. Общий вид «Хлоридный байпас» печных газов [6]
Рис. 5. Вентилятор в системе байпаса. [6]
Часть газового потока, удаленного на выходе цементной печи, перемещается
вентилятором в камеру смешивания, где происходит частичное охлаждение газовой
18
массы и выделение частиц пыли из газовой смеси. Пропускная способность камеры
смешивания 66 500 м3/час, температура в камере смешивания снижается до 220 °C.
Для охлаждения газового потока используется воздух, нагнетаемый вентилятором
производительностью 59 500 м3/час.
Охлажденный газовый поток перемещается системой трубопроводов. «Чистые
хлориды» – часть пыли, осажденной в системе байпаса, транспортируется
на цементную мельницу и добавляется соответственно в готовый продукт. Часть,
очищенного от хлоридов, газового потока подается в колосниковый холодильник
клинкера. Основная масса газового потока (отведенного байпасом) проходит системой
очистки выбросов и после очистки на отдельном фильтре выбрасывается в атмосферу
из основной печной (выхлопной) трубы.
Рис. 6. Камера смешивания в системе байпаса. [6]
Параметры по производственным данным 2008 года:
· температура в трубопроводе за камерой смешивания 162 °C
· разрежение в трубопроводе 0,26 кПа
· производительность вентилятора печных газов в камеру смешивания 5500 м3/час
· подача воздуха для охлаждения 50 000 м3/час
19
Эксплуатационные данные
Запуск системы байпаса происходит при суммарном содержании сульфатов и хлоридов
в печном газу на уровне 4 %. При суммарном содержании SO3 + Cl на уровне 6 %
происходит остановка печи.
Отвод газового потока на очистку «хлоридным байпасом» составляет 5 % от общего
газового потока.
В 2008 году байпас был в эксплуатации 7000 часов (85 %). 15 % времени было
затрачено на технологические простои – остановку печи и чистку. Несмотря
на использование системы байпаса каждые 3 – 4 недели проводятся вынужденные
остановки печи для очистки теплообменника от обрастаний.
Количество «чистых хлоридов» – пыли, задержанной системой байпаса, составляет:
· 100-500 кг/ч
· в среднем 350 кг/ч
· соответствует производительности вентиляции.
Продукция байпасной пыли в 2008 году составила 2450 тонн.
В процессе испытательной эксплуатации байпаса были определены и устранены ниже
указанные технические проблемы:
·
·
образование сильных отложений на поверхности перед устьем камеры смешивания
– для избежания отложений была установлена дополнительная продувка.
слишком большой диаметр трубопровода вел к снижению скорости в системе
транспортировки байпасной пыли, скорость была 14 м/сек, вместо 20 м/сек.
Скорость выровнялась по мере обрастания трубопровода.
Байпасная пыль – материал сложно регулируемый, обладающий высокой
изменчивостью химического состава и количества. Количество и качество байпасной
пыли определяется технологическими характеристиками системы байпаса, состоянием
цементной печи и загружаемым топливом.
Реализованный способ обращения с байпасной пылью соответствует рекомендациям
в соответствии с наилучшими доступными техническими методами. Байпасная пыль,
в отличие от цементной пыли, состоит из полностью кальцинированного материала,
подаваемого в печь, большая часть цементной пыли и байпасной пыли
рециркулируется непосредственно в цементную печь или мельницу цементного
клинкера.[1]
Добавление байпасной пыли в цемент производиться на основании химических
анализов и регламентируемых правил. Требования к продукту – цементу
устанавливаются согласно требованиям получателей. Содержание Сl – 0,008 % Сl.
Следует отметить, что в результате установки системы байпаса на цементном заводе
Мокра компании HeidelbergCement было достигнуто:
· снижение концентрации Сl и частично снижение SO3 в отходящих газах,
· снижение частоты образования отложений на поверхности выходного отверстия
газов из печи и соответственно снижение частоты остановок печи
для вынужденной очистки,
· увеличение количества используемого твердого альтернативного топлива,
20
· снижение выбросов пыли на участке охлаждения клинкера.
Эксплуатация системы байпаса привела к увеличению энергозатрат:
· на процент байпасированного газа 1 % = 0,025 ГДж/т клинкера, что составляет
при отводе 5 % объема газовой смеси системой байпаса увеличение потребление
тепла на 0,025 ГДж/т клинкера.
· потребление эл. энергии на тонну клинкера увеличилось на 1,5 kВч/т клинкера.
Вышеуказанное увеличение энергозатрат при эксплуатации системы байпаса
соответствует данным, указанным в справочных материалах о наилучших доступных
технических методах.
Байпасирование горячих сырьевых материалов и горячего газа ведет к повышению
потребления тепловой энергии на 6 – 12 МДж/т клинкера на процент байпасированного
газа. [1]
5.3. Пример эксплуатации байпаса на цементном заводе Границе
Цементный завод Границе, компании Цемент Границе а.о. принадлежит итальянскому
концерну Buzzi Unicem. Техническая характеристика цементной печи завода Границе:
· Сухой способ производства
· Мощность от 2500 до максимальных 3600 тонн клинкера в сутки
· Пятиступенчатый теплообменник, две параллельно работающие ветви циклонов
· Декарбонизатор, предварительный нагреватель/прекальцинатор печи
· Колосниковый холодильник клинкера, рукавный фильтр
· Альтернативное топливо загружается через главную горелку вращающейся печи
· Жидкое альтернативное топливо не используется
· Байпасом отводится до 5 % горячих газов из вращающей печи
Эксплуатационные данные
·
·
·
·
·
·
·
·
Байпасом отводится порядка 3600 м3/ч газовой смеси из вращающейся печи,
запыленность смеси достигает 400 г/м3
Газовая смесь охлаждается до 220 °C, на охлаждение смеси потребляется
до 19 тыс. м3/ч воздуха
Дальнейшее охлаждение на ~ 40 °C происходит в течение следующих 4 сек
Поток ~ 22500 м3/ч при скорости > 16 м/сек
Содержание пыли ~ 60 г/м3
Массовый поток пыли 1500 кг/ч
Эффективность пылеулавливания в циклоне составляет 94 – 95 %
Около 80 кг/ч «тонкодисперсной» пыли задерживается на фильтре.
С введением в эксплуатацию байпаса почти на 25 % уменьшилось количество
остановок
печи
по
причине
наличия
осаждений
в
теплообменнике.
В таблице 6 сравниваются эксплуатационные параметры цементной печи до и после
установки байпаса.
21
Таблица 6. Эксплуатация цементной печи и производство клинкера до и после
установки байпаса [8]
Производственные параметры
Производительность, т/день
Время работы печи, ч
Общее кол-во
альтернативного топлива, т
Количество легкого
альтернативного топлива, т
Содержание Cl- в легком
альтернативном топливе, %
Количество часов простоя
печи
% остановок печи
(по отношению к годовому
фонду рабочего времени)
2573
5229
2004
ввод байпаса
в эксплуатацию
2492
5705
2007
байпас
в эксплуатации
3099
6660
20679
29615
30125
7998
11450
13258
0,19
0,26
0,83
501
497
143
7,97
7,05
1,94
2003
без байпаса
В результате многолетней эксплуатации байпаса можно выделить ниже указанные
преимущества установки байпаса:
· Снижение содержания хлоридов в системе печи ведет к уменьшению коррозии,
снижению амортизации и повреждений оборудования. Использование байпаса
позволяет потреблять топливо с повышенным содержанием Сl-, использовать
больше видов альтернативного топлива.
· Стабильная работа печи с минимализацией нарушения режима цементной печи
обеспечивает высокую производительность, равномерное качество клинкера,
снижение эксплуатационных затрат.
· Ограничение количества вынужденных остановок печи ведет к снижению
тепловых нагрузок на оборудование при запуске/остановки печи. Немаловажно
ограничение опасных и трудоемких работ по очистке печи. Снижение рисков
повреждения оборудования при чистке.
5.4. Опыт установки байпаса на цементном заводе Радотин
Техническая характеристика цементных печей завода Радотин, компания
Ческоморавский цемент а.о.:
· Сухой способ производства
· Мощность до 226 000 т клинкера в год, при годовом фонде рабочего времени
323 дня; две печи – каждая производительностью 980 тонн клинкера в сутки
· Четырехступенчатый теплообменник
· Холодильники клинкера
· Основное топливо: уголь, мазут, природный газ
· Дополнительное альтернативное жидкое топливо: отработанные масла
22
·
Дополнительное альтернативное твердое топливо: твердое альтернативное топливо
(предварительно обработанные коммунальные отходы), мясокостная мука, жмых
маслосодержащих культур, отходы пластмасс, текстиля, резины [11]
Главные причины установки байпаса:
· Потребность обеспечить бесперебойный ход печи, учитывая проблемы
с осаждением отложений.
· Устранить содержание щелочей в сырьевой муке.
· Удалять щелочи, поступающие с топливом, при одновременном увеличении доли
используемого альтернативного топлива.
· Получить возможность использовать ископаемое и альтернативное топливо с более
высоким содержанием хлора.
· Сжигание более дешевого (альтернативного) топлива ведет к снижению затрат
на обжиг клинкера.
На цементном заводе Радотин
устанавливался поэтапно.
«щелочной»
байпас
для
цементных
печей
Байпас вращающейся печи № 1: 1 этап – 1.6.2007, 2 этап – 29.6.2007, 3 этап – 2.7.2007
Общие инвестиционные затраты на установку байпаса составили 1 миллион евро.
Байпас вращающейся печи № 2: 1 этап – 4.4.2008, 2 этап – 29.6.2007 (этот этап общий
для 2 обеих печей), 3 этап – 4.4.2008.
Этап 1 по установке байпаса включал в себя:
· присоединение патрубка отводящего часть газовой смеси к газоводу
непосредственно за цементной печью
· установку камеры смешивания отведенных газов с охлаждающим воздухом
· установку вентилятора нагнетающего воздух для охлаждения
· аппаратуру для транспортировки охлажденных газов к отдельному рукавному
фильтру и транспортировку отфильтрованных газов обратно в печь
· аппаратуру для транспортировки байпасной пыли, отделенной на фильтре.
Этап 2 по установке байпаса включал в себя:
· транспортировку байпасной пыли к накопительной емкости
· транспортировку байпасной пыли из накопителя и ее дозированное добавление
к известняку для производства цемента.
Этап 3 по установке байпаса включал в себя:
· дозировку сырьевой муки совместно с возвращающейся в печь частью отведенных
байпасом газов
· гомогенизацию ввода сырьевой муки.
Установка и эксплуатация системы байпаса печных газов это сложный процесс,
который требует взвешенного и подобранного механизма регулировки и управления.
Соединения хлора циркулируют в системе печных газов в форме щелочных хлоридов.
Использование альтернативного топлива, содержащего соединения Сl ведет
23
к увеличению хлоридов в газовой смеси. Щелочные хлориды, как видно из таблицы 7,
имеют более низкую температуру кипения по сравнению с сульфатами и в большей
степени способствуют образованию осаждений на оборудовании.
Таблица 7. Соединения, циркулирующие в цементной печи и способствующие
залепливанию системы теплообменника.[9]
Соединение
NaOH
KOH
KCl
CaCl2
NaCl
Na2CO3
K2SO4
CaSO4
Температура плавления, °C
322
360
770
782
800
850
1069
1450
Температура кипения, °C
1390
1320
1413
1600
1465
980
2294
-
Критерии для регулировки байпаса включают в себя комплекс изменений, которые
нужно учитывать. В первую очередь, это анализ горячей сырьевой муки. Отбор пробы
проводиться из сырьевого потока за 4 ступенью теплообменника. На настройку байпаса
оказывает влияние стехиометрическое соотношение между содержанием щелочей
и серы. Влияет на функцию байпаса летучесть отдельных соединений и время
удерживания материала в печи. Значительное влияние дополнительно оказывают
температура обжига и пламени.
Пример данных о летучести отдельных соединений, циркулирующих в цементной
печи:
Cl - 96- 99,9 %
K2O 30-70 %
SO3
15-60 %
Na2O 10- 40 %
Данные о летучести соединений устанавливаются экспериментальным путем,
на основании анализа горячей сырьевой муки. Летучесть щелочных соединений
увеличивается при увеличении температуры в зоне обжига и увеличении времени
нахождения материала в зоне обжига. Хлор, содержащийся в сырье и топливе
совместно с парами воды увеличивает летучесть щелочных соединений в газовой
смеси.
Технологические параметры байпаса установленного на цементном заводе Радотин.[9]
· Объем отводимой байпасом газовой смеси 13336 м3/ч (4,3 % газового потока)
· Объем охлаждающего воздуха
10578 м3/ч
· Количество осажденной байпасной пыли
186 кг/ч
· Температура за камерой смешивания
196 °C
На рис. 7 показан график снижения отдельных соединений в горячей сырьевой муке
под влиянием байпаса.
24
100
90
Cl 98 %
Снижение, %
80
70
60
SO 3 60 %
50
K 2 O 40 %
40
30
20
Na2 CO 3 10 %
10
0
0
20
40
60
80
100
Степень байпаса, %
Рис. 7. Эффективность байпаса [9]
За время эксплуатации байпаса были определены следующие негативные явления:
· увеличилось удельное потребление топлива на обжиг клинкера,
· увеличился объем потребления электрической энергии,
· снижается срок эксплуатации огнеупорной кладки вращающейся печи по причине
ее деструкции щелочами,
· при внесении байпасной пыли в цемент снижается качество выпускаемых цементов,
· возросли требования по содержанию и обслуживанию оборудования (например,
камеру смешивания требуется мануально чистить от осаждений 3 раза за смену).
В качестве дальнейших задач для решения при эксплуатации байпаса была выделена
проблематика снижения выбросов SO2 и тестирование обработки байпасного газа.
Другой важной задачей является поддержание и постепенное увеличение
потребляемого количества альтернативного топлива – замены ископаемому топливу.
6. Заключение
Цементная промышленность достигла улучшения энергетической эффективности
использования топлива в производственном процессе и должна способствовать
дальнейшему повышению эффективности, прибегая к альтернативным средствам.
Совместная переработка опасных и неопасных отходов при производстве цемента,
когда она осуществляется безопасным и экологически обоснованным образом,
признается как метод, имеющий перспективные экологические выгоды.
Использование опасных отходов при производстве цемента должно повышать отдачу
от процесса, например, показатели нагрева или показатели минерального состава,
при соблюдении действующих норм и разрешений. Поскольку эксплуатационные
характеристики цементных заводов могут варьироваться, то точный состав
приемлемых отходов будет зависеть от способности каждого завода обрабатывать
тот или иной поток отходов.
25
Использование цементных печей в качестве агрегатов по удалению отходов,
как в случае с утилизацией шламов от очистки коммунальных сточных вод, следует
рассматривать только при отсутствии других экономически эффективных
и экологически безопасных вариантов удаления на местном уровне.
Крайне важно, чтобы совместная переработка опасных отходов в цементных печах
осуществлялась только в соответствии с наилучшими доступными техническими
методами и соответствии с требованиями мониторинга, установленными для контроля
на входе, в процессе, и контроля выбросов.
Совместная переработка опасных отходов должна выполняться только в цементных
печах, которые в полной мере отвечают требованиям для получения комплексного
разрешения и соответствуют местным нормативам.
7. Список использованных источников информации
1. European Commission „Reference Dokument on Best Aviable Techniques for
Cement, Lime and Magnesium Oxide Manufacturing Industries (CLM) (2009).
Ссылка на оригинал: http://eippcb.jrc.es/reference/BREF/clm_bref_0510.pdf
2. UNEP/CHW.10/6/Add.3/Rev.1.(2011)Технические руководящие принципы
экологически обоснованной совместной переработки опасных отходов
в цементных печах. Ссылка на оригинал:
http://www.basel.int/Portals/4/Basel%20Convention/docs/pub/techguid/cement/06a3r
1e.pdf
2. Komplexní pohled na Solid Recovered Fuels normalizace, legislativa, emise
skleníkových plynů. Ing. Jan Gemrich, VÚ maltovin Praha, s.r.o. (2011)
3. Odpadový forum 2/2009. Současná paliva v cementářském průmyslu (2009)
4. Historie a budoucnost alternativních paliv a materiálů. Ing. Jan Gemrich,
VÚ maltovin Praha, s.r.o. (2009)
5. Zkušenosti s bypassem plynů pecní linky. Českomoravský cement a.s., nást. spol.,
závod Mokrá. Ing. Jiří Lerch (2008).
6. Společnost Holcim, Ing. Vlastimil Holas „Instalace bypassu – květen 2007“.
7. Plynový bypass po čtyřech letech provozu v Cement HRANICE a.s.. Radomil Kadlec,
Cement Hranice, a.s.(2011).
8. Zkušenosti s bypassy pecních linek v cementárně Radotín Miroslav Novák, inženýr
výpalu, Českomoravský cement, a.s., Cementárna Radotín (2011).
9. Integrované povolení pro zařízení „Čížkovická cementárna“ společnosti Lafarge
Cement, a.s., Čížkovice.
10. Integrované povolení pro zařízení na výrobu cementového slínku v rotačních pecích
o výrobní kapacitě větší než 500 t denně, Praha 5 – Radotín.
26