KOMISJA EUROPEJSKA

Zintegrowane Zapobieganie i Ograniczanie Zanieczyszcze (IPPC) Dokument Referencyjny dla najlepszych dostpnych technik w przemyle cementowo-wapienniczym

grudzie 2001

MINISTERSTWO RODOWISKA

Warszawa, stycze 2004

Tytu orginau:

Reference Document on Best Available Techniques in the Cement and Lime Manufacturing IndustriesDokument ten, zatwierdzony przez Komisj Europejsk w grudniu 2001r., jest rezultatem wymiany informacji zorganizowanej na mocy art. 16 (2) Dyrektywy Rady 96/61/EC z dnia 24 wrzenia 1996r. w sprawie zintegrowanego zapobiegania i ograniczania zanieczyszcze w ramach prac Technicznej Grupy Roboczej, dziaajcej przy Europejskim Biurze IPPC w Sewilli. Niniejszy Dokument referencyjny dla najlepszych dostpnych technik w przemyle cementowowapienniczym suy celom informacyjnym i nie jest przepisem prawa. Moe by pomocny przy okrelaniu wymogw najlepszych dostpnych technik (BAT) dla instalacji do produkcji cementu i wapna oraz przesank do podejmowania decyzji odnonie warunkw pozwolenia zintegrowanego dla tych instalacji. Tumaczenie wykonano w ramach IV Programu Indykatywnego Wsparcie Ministerstwa rodowiska w procesie integracji Polski z Uni Europejsk i w dostosowaniu prawa oraz administracji ochrony rodowiska do wymogw czonkostwa w Unii Europejskiej, finansowanego ze rodkw Ekologicznego Funduszu Partnerskiego Phare.Tumaczenie dokumentu zostao zweryfikowane merytorycznie przez ekspertw i tumaczy: doc. dr in. Jerzy Duda, dr in. Franciszek Sadeczek. Tumaczenie uzyskao aprobat Technicznej Grupy Roboczej ds. produkcji cementu i wapna dziaajcej przy Miniesterstwie rodowiska. W przypadku wtpliwoci interpretacyjnych naley posuy si dokumentem oryginalnym: Reference Document on Best Available Techniques in the Cement and Lime Manufacturing Industries dostpnym na stronie internetowej Europejskiego Biura IPPC w Sewilli (http://eippcb.jrc.es)

ii

Streszczenie

STRESZCZENIENiniejszy dokument referencyjny dotyczcy najlepszych dostpnych technik BAT (Best Available Techniques) w przemyle cementowym i wapienniczym odzwierciedla wymian informacji przeprowadzon zgodnie z art. 16 ust. 2 dyrektywy Rady 96/61/WE. Dokument ten powinien by rozpatrywany w wietle wstpu, ktry okrela jego cele i sposb wykorzystania. Niniejszy dokument referencyjny BAT skada si z dwch czci, jednej dla przemysu cementowego i drugiej dla przemysu wapienniczego; kada z czci skada si z 7 rozdziaw zgodnie z planem oglnym. Przemys cementowy Cement to podstawowy materia w konstrukcjach budowlanych oraz w inynierii ldowej. Produkcja w przemyle cementowym jest bezporednio zwizana z oglnym stanem budownictwa, a co za tym idzie, pozostaje w cisym zwizku z ogln sytuacj gospodarcz. Produkcja cementu w krajach Unii Europejskiej w 1995 r. utrzymywaa si na poziomie 172 milionw ton, co stanowio 12% produkcji wiatowej. Po wydobyciu, przemiale i homogenizacji surowcw pierwsz operacj w procesie produkcji cementu jest kalcynacja wglanu wapnia. Potem nastpuje spiekanie w wysokich temperaturach otrzymanego tlenku wapnia z krzemionk, tlenkiem glinu i tlenkiem elaza w celu otrzymania klinkieru. Nastpnie klinkier przemiela si z gipsem i innymi skadnikami w celu wytworzenia cementu. Zoa wapienne wystpujce naturalnie w przyrodzie, takie jak kamie wapienny, margiel lub kreda, stanowi rdo wglanu wapnia. Krzemionka, tlenek elaza i tlenek glinu znajduj si w rnych rudach i mineraach, takich jak piasek, upek, glina i ruda elaza. Czciowymi substytutami surowcw naturalnych mog by take popioy z elektrowni, uel wielkopiecowy i inne pozostaoci procesw przemysowych. Do wyprodukowania 1 tony klinkieru w UE zuywa si przecitnie 1,57 tony surowcw. Najwiksza strata w bilansie pochodzi z procesu emisji dwutlenku wgla do atmosfery podczas reakcji kalcynacji (CaCO3 CaO + CO2). Przemys cementowy jest bran energochonn. Koszty energii stanowi 30-40% kosztw produkcji (tj. kosztw z wyczeniem nakadw inwestycyjnych). Do wytworzenia ciepa potrzebnego w procesie produkcji cementu mona uywa rnych paliw. W roku 1995 najczciej uywanymi paliwami byy: koks ponaftowy (39%) i wgiel kamienny (36%), a take rnego rodzaju odpady (10%), paliwa olejowe (7%), wgiel brunatny (6%) i gaz (2%). W 1995 r. w Unii Europejskiej istniay 252 instalacje produkujce klinkier cementowy i cement gotowy, wyposaone cznie w 437 piecw, jednak nie wszystkie one dziaay. Istniao ponadto 68 przemiaowni (mynw) bez piecw. W ostatnich latach wydajno typowego pieca dosza do poziomu ok. 3000 ton klinkieru dziennie. Klinkier wypala si w piecu obrotowym, ktry moe stanowi cz instalacji do wypalania metod mokr lub such w dugim piecu, instalacji do wypalania metod pmokr lub psuch w piecu z podgrzewaczem rusztowym (Lepol), instalacji wypalania metod such z wymiennikiem lub z

Przemys cementowo-wapienniczy

I

Streszczenie

wymiennikiem/prekalcynatorem. Uwaa si, e najlepsz dostpn technik BAT(1) produkcji klinkieru cementowego jest piec metody suchej z wielostopniowym podgrzewaczem i prekalcynatorem. Bilans cieplny BAT dla tej metody wynosi 3000 MJ/ton klinkieru. Obecnie okoo 78% europejskiej produkcji cementu pochodzi z piecw dziaajcych metod such, 16% cementu wytwarza si w piecach pracujcych metod psuch i pmokr, a reszta produkowanego w Europie cementu, okoo 6%, pochodzi z piecw dziaajcych metod mokr. Generalnie przewiduje si, e dziaajce w Europie piece metody mokrej zostan w ramach modernizacji przeksztacone w instalacje pracujce metod such, podobnie jak piece metody psuchej i pmokrej. Wypalanie klinkieru ma najwiksze znaczenie dla kwestii ochrony rodowiska powizanych z produkcj cementu; tj. zuycia energii i emisji do atmosfery. Gwnymi substancjami emitowanymi do rodowiska s tlenki azotu (NOx), dwutlenek siarki (SO2) i pyy. O ile ograniczanie emisji pyw to zagadnienie szeroko podejmowane od ponad 50 lat, a ograniczenie emisji S02 jest spraw o charakterze specyficznym dla danego zakadu, to ograniczenie emisji NOx stanowi w przemyle cementowym zagadnienie stosunkowo nowe. Wiele cementowni podjo w zwizku z tym podstawowe dziaania technologiczne, takie jak: optymalizacja sterowania procesem, zastosowanie nowoczesnych, grawimetrycznych metod dozowania paliw staych, zoptymalizowane poczenia z chodnikami oraz zastosowanie systemw zarzdzania energi. Dziaania te podejmuje si zazwyczaj w celu poprawienia jakoci klinkieru i obnienia kosztw produkcji, ale przyczyniaj si one take do zmniejszenia zuycia energii i emisji do atmosfery. Najlepsze dostpne techniki BAT(1) ograniczania emisji NOx s poczeniem podstawowych dziaa technologicznych z podstawowymi dziaaniami, majcymi na celu obnianie emisji NOx, opalaniem etapowym i selektywn redukcj niekatalityczn (SNCR). Poziom emisji odpowiadajcy BAT(2), uzyskiwany przy zastosowaniu tych technik, wynosi 200-500 mg NOx/m3 (w przeliczeniu na NO2). Ten poziom emisji moe by rozpatrywany w kontekcie podawanego obecnie zakresu emisji 90% Wgiel aktywny metoda sucha do 95%1) 2) 3) 4)

Zgoszone emisje kg/ton 2 mg/m3 1 400 < 400 < 200 < 50 0,8 < 0,8 < 0,4 < 0,1

Koszty 3 inwestycji 0,2 0,3 11 6 - 10 15 4

eksploatacji 0,1 0,4 1,4 1,6 0,5 - 1 Brak danych

typowa rednia emisja dobowa, suchy gaz, 101,3 kPa, 273 K, 10% O2 kg/ton klinkieru, obliczone dla 2000 m3/ton klinkieru koszt inwestycji w 106 euro, koszt eksploatacji w euro/ton klinkieru ten koszt obejmuje take proces selektywnej redukcji niekatalitycznej (SNCR) i odnosi si do pieca wydajnoci 2000 ton klinkieru na dob i wstpnej emisji od 50 do 600 mg SO2/m3

Tabela 1.11: Przegld technik ograniczajcych emisj SO2 1.4.6.1 Dodatek absorbentu Dodatek absorbentw, takich jak wapno gaszone (Ca(OH)2), wapno palone (CaO) lub aktywny popi lotny o wysokiej zawartoci CaO do gazw odlotowych z pieca moe absorbowa cz SO2. Absorbent moe by wtryskiwany w postaci suchej lub mokrej. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] Stwierdzono, e dla piecw z wymiennikiem bezporedni wtrysk wapna gaszonego do gazw odlotowych jest mniej efektywny ni dodanie wapna gaszonego do nadawy piecowej. SO2 reaguje z wapnem do CaSO3 i CaSO4, ktre s podawane do procesu wraz z surowcem i przechodz do klinkieru. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997] Technika ta nadaje si do oczyszczania gazw odlotowych o nieznacznym steniu SO2 i moe by stosowana w temperaturach powyej 400 C. Najwyszy stopie redukcji mona osign w temperaturach powyej 600 C. Zaleca si uywanie absorbentu na bazie Ca(OH)2 o duej powierzchni waciwej i duej porowatoci. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] Reaktywno wapna gaszonego jest niska, dlatego naley uywa stosunku molowego Ca(OH)2/SO2 od 3 do 6. [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997] Gazy odlotowe o stosunkowo duym steniu SO2 wymagaj 6-7-krotnie wikszej iloci absorbentu ni stechiometryczna, co powoduje wysokie koszty eksploatacji. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] Wtrysk absorbentu umoliwia ograniczenie emisji SO2 o 60-80% w piecach z podgrzewaczem cyklonowym. Przy pocztkowym poziomie emisji nie wyszym ni 400 mg/m3 teoretycznie moliwe jest uzyskanie emisji rzdu 100 mg/m3. Takiej skutecznoci nie udao si jak dotd uzyska w adnym zakadzie. W wikszoci zakadw w Europie dopuszczalne wartoci emisji s takie jak biece, dlatego oczyszczanie gazw nie jest wymagane. Przy pocztkowej emisji do 1200 mg/m3 moliwe jest uzyskanie emisji 400 mg/m3 przez dodatek absorbentu. Jeeli pocztkowy poziom emisji przekracza 1200 mg/m3, dodawanie wapna gaszonego do surowca jest ekonomicznie nieopacalne. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] Przy zastosowaniu tej techniki powstaje ryzyko zwikszonej recyrkulacji siarki oraz niestabilnej pracy pieca wynikajcej z zawrotu wikszej iloci siarki do procesu. [Cembureau] Dodatek absorbentu mona zasadniczo stosowa we wszystkich typach piecw [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997], chocia najczciej jest uywany w piecach z podgrzewaczami w stanie zawieszenia. Dziaa przynajmniej jeden piec dugi metody mokrej, w ktrym wprowadza si suchy NaHCO3 do gazw odlotowych przed elektrofiltrem w celu zmniejszenia pikw emisji SO2.Przemys cementowo-wapienniczy 44

Rozdzia 4

[Marchal] Dodatek wapna do nadawy piecowej powoduje obnienie jakoci granul/noduli i powoduje zaburzenia przepywu materiau w piecach z rusztem Lepola. Dodatek absorbentu jest stosowany w kilku zakadach dla zapewnienia nieprzekraczania limitu emisji w sytuacjach wystpienia pikw. Oznacza to, e technika ta nie jest stosowana w sposb cigy, lecz tylko, gdy wymagaj tego szczeglne okolicznoci. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] Przy pocztkowym steniu SO2 nie przekraczajcym 3000 mg/Nm3, redukcji do 65% i cenie wapna gaszonego rzdu 85 euro za ton, koszt inwestycji dla pieca z wymiennikiem 3000 ton klinkieru na dob wynosi okoo 0,2-0,3 miliona euro, za koszt eksploatacji ksztatuje si w granicach 0,1-0,4 euro na ton klinkieru [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997]. 1.4.6.2 Puczka sucha Do obnienia wysokiej emisji SO2 (powyej 1500 mg/Nm3) wymagane jest zastosowanie oddzielnej puczki. Jeden z typw puczki suchej stosuje kolumnowy reaktor Venturiego wytwarzajcy zoe fluidalne mieszaniny wapna gaszonego i mczki surowcowej. Intensywny kontakt midzy gazami odlotowymi i absorbentem, dugi czas przebywania i niska temperatura (bliska punktowi rosy) pozwala na efektywn absorpcj SO2. Gazy opuszczajce zwk Venturiego zawieraj absorbent, ktry jest wychwytywany w elektrofiltrze. Cz wychwyconego absorbentu powraca do puczki, reszta za podawana jest na wlot pieca, ulegajc przemianom w klinkierze. [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997] Moliwe jest osignicie redukcji SO2 do 90%, co odpowiada 300 mg SO2/m3 w oczyszczonym gazie, przy pocztkowym steniu SO2 rwnym 3000 mg/m3. Sucha puczka redukuje take emisje HCl i HF. Suche puczki mona instalowa we wszystkich typach piecw. Przy pocztkowym steniu SO2 nie przekraczajcym 3000 mg/Nm3 i cenie wapna gaszonego 85 euro za ton, koszt inwestycji dla pieca z podgrzewaczem 3000 ton klinkieru na dob wynosi okoo 11 milionw euro, za koszt eksploatacji wynosi okoo 1,6 euro na ton klinkieru. Dodatkowa zawarto siarki w klinkierze pozwala ograniczy ilo gipsu wymaganego przez myn cementu. Uwzgldniajc oszczdno wynikajc z zastpienia czci gipsu pyami, koszt eksploatacji zmniejsza si do okoo 1,4 euro na ton klinkieru. [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997] W Europie (a by moe na caym wiecie) tylko jedna cementownia eksploatuje such puczk HCB-Untervaz w Szwajcarii. Piec z czterostopniowym podgrzewaczem cyklonowym oraz chodnikiem planetarnym ma maksymaln wydajno 2000 ton klinkieru na dob. Poziom emisji bez redukcji wynosiby okoo 2500 mg SO2 /Nm3 (suchy gaz, 10% O2) przy postoju myna surowca i okoo 2000 mg SO2/Nm3 podczas pracy myna. Przy redukcji redni poziom emisji w 1998 roku wynis 385 mg SO2/Nm3. [Cembureau] 1.4.6.3 Puczka mokra Puczka mokra jest najbardziej powszechn technik odsiarczania stosowan w elektrowniach opalanych wglem. SOx pochaniane s przez ciecz/szlam w postaci sprayu w wiey natryskowej lub w wyniku bbelkowania gazw w warstwie cieczy/szlamu. Jako absorbent mona stosowa wglan, kwany wglan lub tlenek wapnia. Obecnie w europejskich cementowniach dziaa pi instalacji puczek mokrych wszystkie z wieami natryskowymi. Szlam wtryskiwany jest w przeciwprdzie do gazw odlotowych, a nastpnie apany w dolnym zbiorniku recyrkulacyjnym, gdzie powstae siarczyny utleniane s w powietrzu do siarczanw, tworzc dwuwodzian siarczanu wapnia. Dwuwodzian jest oddzielany i wykorzystywany jako gips przy przemiale klinkieru, zaPrzemys cementowo-wapienniczy 45

Rozdzia 4

woda jest zawracana do puczki. [Cembureau] [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997] [Cementa AB, 1994] [Coulburn] Redukcja SO2 w puczce wodnej moe przekracza 90%. W Cementa AB pracuje piec z wymiennikiem o wydajnoci 5800 ton klinkieru na dob o pocztkowej zawartoci SO2 rzdu 12001800 mg/m3, w Castle Cement dziaa piec z wymiennikiem o wydajnoci 2500 ton klinkieru na dob o pocztkowej zawartoci SO2 800-1400 mg/m3 jako rednia dobowa i przy pikach przekraczajcych 2000 mg/m3. W obu zakadach przy pracy puczek stenie SO2 spada poniej 200 mg/m3.[Cembureau] [Cementa AB] [Junker] Puczka mokra take znacznie obnia emisje HCl, resztkowe pyy, metale i NH3 [Cementa AB, 1994]. Puczka mokra moe by instalowana we wszystkich typach piecw. Koszt instalacji puczki mokrej w Castle Cement (cznie z modyfikacjami pieca) wynis 7 milionw euro, koszty eksploatacji okoo 0,9 euro na ton klinkieru. [Cembureau] W przypadku Cementa AB koszt instalacji wynis okoo 10 milionw euro, za koszty eksploatacji okoo 0,5 euro na ton klinkieru [Cementa AB]. Przy pocztkowym steniu 3000 mg SO2/Nm3 i wydajnoci pieca 3000 ton klinkieru na dob koszt inwestycji szacuje si na 6-10 milionw euro, przy kosztach eksploatacji od 0,5 do 1 euro na ton klinkieru [Cembureau]. 1.4.6.4 Wgiel aktywny Zanieczyszczenia takie jak SO2, zwizki organiczne, metale, NH3, zwizki NH4, HCl, HF i pozostaoci pyw (z filtrw elektrostatycznych lub filtrw tkaninowych) mog by usuwane ze spalin przez adsorpcj wglem aktywnym. Przy obecnoci (lub przy dodawaniu) NH3 filtr take pochania NOx. Filtr z wglem aktywnym jest skonstruowany z moduw wypenionych zoem wgla, oddzielonych cianami dziaowymi. Budowa moduowa pozwala na dostosowanie filtra do rnych iloci przepywu gazw i wydajnoci piecw. Zuyty wgiel jest okresowo usuwany do oddzielnego silosu i zastpowany nowym, wieym adsorbentem. Przez wykorzystanie zuytego adsorbentu jako paliwa do opalania pieca wychwycone substancje s zawracane do procesu i w duym stopniu ulegaj zwizaniu z klinkierem cementowym. [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997], [Cementa AB, 1994], [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] Jedyny filtr z wglem aktywnym w Europie jest zainstalowany w cementowni szwajcarskiej Siggenthal. Piec w Siggenthal wyposaony w czterostopniowy podgrzewacz cyklonowy ma wydajno 2000 ton klinkieru na dob. Pomiary wykazay du efektywno filtra dla SO2, metali i PCDD/F. W trakcie 100-dniowych testw stenie SO2 na wejciu do filtra wahao si od 50 do 600 mg/m3, podczas gdy za filtrem wartoci te byy zawsze znacznie poniej 50 mg/m3. Stenie pyw spado z 30 mg/m3 do znacznie poniej 10 mg/m3. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] Filtry z wglem aktywnym mog by instalowane we wszystkich typach piecw. Instalacja w Siggenthal obejmuje take ukad SNCR, a 30% cakowitych nakadw inwestycyjnych, rzdu 15 milionw euro, zostao sfinansowane z budetu miasta Zurych. Inwestycja w ten ukad redukcji zanieczyszcze miaa na celu umoliwienie zakadowi stosowania osadw ciekowych jako paliwa alternatywnego. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] [Cementa AB, 1994] 1.4.7 Techniki ograniczajce emisj pyw

Istniej trzy gwne rda emisji pyw w przemyle cementowym. S to piece, chodniki klinkieru oraz myny cementu. W przeszoci uywano rnych typw urzdze odpylajcych dla tych rde emisji, ale obecnie stosuje si wycznie elektrofiltry lub filtry tkaninowe. JednakePrzemys cementowo-wapienniczy 46

Rozdzia 4

emisja niezorganizowana z transporterw i skadowisk oraz z urzdze do kruszenia i przemiau surowcw i paliw moe rwnie by znaczca. Tabela 1.12 zawiera przegld dostpnych danych dotyczcych emisji pyw. Tabela ma charakter zbiorczy i naley j odczytywa w poczeniu z odpowiednimi odnonikami poniej. Elektrofiltry i filtry tkaninowe maj swoje zalety i wady. Oba typy, w normalnych warunkach eksploatacji, posiadaj wysok sprawno odpylania. Przy nietypowych warunkach, takich jak wysokie stenie CO, rozruch i zatrzymywanie pieca lub przejcie z ukadu poredniego (praca myna surowca) na bezporedni (postj myna surowca) sprawno elektrofiltrw moe si znaczco obniy, podczas gdy nie ma to wpywu na efektywno filtrw tkaninowych. A zatem filtry tkaninowe maj wysz ogln sprawno, pod warunkiem waciwej eksploatacji i okresowej wymiany workw. Wad filtrw tkaninowych jest to, e zuyte worki filtrowe stanowi odpad przemysowy i musz by usuwane zgodnie z obowizujcymi normami krajowymi. [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997] Technika Elektrofiltry Publikowane emisje kg/ton 2 mg/m3 1 wszystkie piece, 5 50 0,01 0,1 chodniki 5 50 0,01 0,1 klinkieru, 5 50 0,01 0,1 myny cementu wszystkie piece, 5 50 0,01 0,1 chodniki 5 50 0,01 0,1 klinkieru, 5 50 0,01 0,1 myny cementu wszystkie zakady Zastosowanie Koszty 3 inwestycji 2,1 4,6 0,8 1,2 0,8 1,2 2,1 4,3 1,0 1,4 0,3 0,5 -

eksploatacji 0,1 0,2 0,09 0,18 0,09 0,18 0,15 0,35 0,1 0,15 0,03 0,04 -

Filtry tkaninowe

Ograniczanie emisji niezorganizowanej

1) typowa rednia emisja dobowa, suchy gaz, 101,3 kPa, 273 K, 10% O2 2) kg/ton klinkieru, obliczone dla 2000 m3/ton klinkieru 3) koszt inwestycji w 106 euro, koszty eksploatacji w euro/ton klinkieru przy redukcji emisji do 10-50 mg/m3, obliczone dla wydajnoci 3000 ton klinkieru na dob i pocztkowej emisji do 500 g/m3 pyw

Tabela 1.12: Przegld technik ograniczajcych emisj pyw 1.4.7.1 Elektrofiltry Elektrofiltry (EF) wytwarzaj pole elektrostatyczne na drodze czstek pyw niesionych w strumieniu gazw. Czstki ulegaj ujemnemu naadowaniu i migruj w kierunku dodatnio naadowanych elektrod zbiorczych. Elektrody zbiorcze s okresowo obstukiwane lub wibrowane i zrzucaj odebrany materia do lejw zsypowych. Istotna dla EF jest optymalizacja czstotliwoci obstukiwania elektrod zbiorczych, aby zminimalizowa zawrt odebranych czstek i tym samym obniy potencjalny efekt widocznoci dymu.EF cechuj si zdolnoci dziaania w warunkach podwyszonej temperatury (do 400 C) i wilgotnoci. Czynnikami wpywajcymi na efektywno elektrofiltrw s: prdko przepywu gazw, natenie pola elektrostatycznego, koncentracja pyw, stenie SO2, wilgotno gazw oraz powierzchnia i ksztat elektrod. W szczeglnoci sprawno moe by obniona przez narastanie pyw tworzcych warstw izolacyjn na elektrodach zbiorczych i obniajcych natenie polaPrzemys cementowo-wapienniczy 47

Rozdzia 4

elektrostatycznego. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] Taka sytuacja moe powsta w przypadku duej zawartoci chloru i siarki we wsadzie do pieca, tworzcych alkaliczne chlorki i siarczany metali. Alkaliczne chlorki metali maj posta bardzo drobnego pyu (0,1-1 m) o wysokiej opornoci waciwej (pomidzy 1012-1013 ), tworzcego izolujc warstw na pytach i prowadzcego do problemw odbioru pyu. Zostao to zaobserwowane i zbadane szczegowo w przemyle elaza i stali. Problem duej opornoci waciwej pyw mona rozwiza przez wtrysk wody do zbiornikw odparowujcych. [Karlsruhe II, 1996] Innym sposobem rozwizania tego problemu jest uycie filtrw tkaninowych. Formowanie si drobnoziarnistego, alkalicznego pyu chlorkw metali w spiekalniach (huty elaza i stali) jest przyczyn nieuzyskiwania, mimo uycia dobrze zaprojektowanych i waciwie eksploatowanych elektrofiltrw, poziomu emisji pyw poniej 100-150 mg/m3. Z tym samym problemem spadku efektywnoci i niesprawnoci elektrofiltrw z powodu alkalicznych chlorkw metali spotkano si w jednej z cementowni austriackich, w przypadku stosowania wstpnie przetworzonych odpadw z tworzyw sztucznych (1,3% Cl) jako paliwa alternatywnego. Odpowiednio zwymiarowane elektrofiltry, w poczeniu z dobrym kondycjonowaniem gazw i zoptymalizowanym reimem oczyszczania, mog obniy emisj pyw do 5-15 mg/m3 (rednia miesiczna, suchy gaz, 273 K, 10% O2). [Austrian report, 1997 raport austriacki, 1997] Istniejce elektrofiltry mona z reguy zmodernizowa bez koniecznoci ich usunicia, co pozwala ograniczy koszty. Mona to przeprowadzi przez uycie nowoczesnych elektrod lub wprowadzenie automatycznej kontroli napicia w starszych urzdzeniach. Dodatkowo mona poprawi przepyw gazw przez elektrofiltr lub uzupeni o dodatkowe sekcje. W jednej z cementowni elektrofiltry zainstalowane w 1979 roku, osigajce poziom redukcji do 50 mg/m3, po modernizacji uzyskuj obecnie poniej 30 mg/m3. [Cementa AB] Oprcz pyw, elektrofiltry usuwaj take substancje adsorbowane na powierzchni czstek pyw, jak dioksyny i metale, jeli wystpuj. Dla cakowitej efektywnej pracy elektrofiltrw wane jest unikanie pikw CO. Patrz punkt 1.4.4.1 Optymalizacja procesu technologicznego. Dostpna literatura nie podaje adnych ogranicze dla stosowania elektrofiltrw w rnych procesach w produkcji cementu. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] Zaprzestano jednak instalowania filtrw elektrostatycznych do odpylania mynw cementu z uwagi na stosunkowo du emisj przy rozruchu i zatrzymaniu myna. Koszt inwestycji nowego elektrofiltra dla pieca o wydajnoci 3000 ton na dob przy pocztkowej emisji poniej 500 g/m3 i zapyleniu oczyszczonych gazw rzdu 10-50 mg/m3 wynosi okoo 1,5-3,8 miliona euro oraz dodatkowo, jeli jest to wymagane, 0,6-0,8 miliona euro na wie schadzajc i wentylator wycigowy. Koszty eksploatacji dla tego samego EF wynosz okoo 0,1-0,2 euro na ton klinkieru. Dla chodnika klinkieru linii o wydajnoci 3000 ton na dob, przy pocztkowej emisji poniej 20 g/m3 i zapyleniu oczyszczonego gazu rzdu 10-50 mg/m3, oraz myna cementu o wydajnoci 160 ton cementu na godzin, przy pocztkowej emisji poniej 300 g/m3 i zapyleniu oczyszczonego gazu w zakresie 10-50 mg/m3, koszt inwestycji nowych elektrofiltrw wynosi okoo 0,8-1,2 miliona euro, za koszt eksploatacji 0,09-0,18 euro na ton klinkieru. [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997]

Przemys cementowo-wapienniczy

48

Rozdzia 4

1.4.7.2 Filtry tkaninowe Podstawowa zasada filtracji tkaninowej polega na wykorzystaniu membrany tkaninowej, ktra przepuszcza gaz, a zatrzymuje py. Pocztkowo pyy osadzaj si na powierzchni wkien i wewntrz tkaniny, ale w miar narastania warstwy pyu dominujcym medium filtracyjnym staje si sam py. Gazy do oczyszczenia mog przepywa od rodka worka filtracyjnego na zewntrz lub w kierunku przeciwnym. W miar narastania warstwy pyowej ronie opr przepywu gazw. Dlatego konieczne jest okresowe oczyszczanie medium filtrujcego dla kontroli spadku cinienia gazw na filtrze. Najpowszechniej stosowanymi metodami oczyszczania filtrw s rewersyjny przepyw gazw, mechaniczne wstrzsanie, wibracja i pulsacje spronym powietrzem. Filtr tkaninowy powinien posiada wiele sekcji, ktre mona indywidualnie wycza w przypadku uszkodzenia worka, zapewniajc przy tym prawidow prac odpylacza nawet w przypadku, gdy ktra sekcja jest zatrzymana. Kada sekcja powinna by zaopatrzona w ukad sygnalizacji uszkodzenia workw wskazujcy na konieczno ich wymiany. Stosowanie nowoczesnych filtrw tkaninowych pozwala ograniczy emisj pyw poniej 5 mg/m3 (suchy gaz, 273 K, 10% O2). [Austrian report, 1997 raport austriacki, 1997] Oprcz pyw, filtry tkaninowe usuwaj take substancje adsorbowane na powierzchni czstek pyw, jak dioksyny i metale, jeli wystpuj. Dostpna literatura nie podaje adnych ogranicze dla stosowania filtrw tkaninowych w rnych procesach w produkcji cementu. [Dutch report, 1997 raport holenderski, 1997] Wystpowanie wysokich temperatur wymaga uycia specjalnych tkanin, innych ni normalnie stosowane. Jednake dostpny jest szeroki asortyment takich specjalnych materiaw. Koszty inwestycyjne wymagane dla zainstalowania nowego filtra tkaninowego do pieca o wydajnoci 3000 ton na dob, pocztkowej emisji poniej 500 g/m3 i zakadanym zapyleniu oczyszczonych gazw rzdu 10-50 mg/m3, wynosi okoo 1,5-3,5 miliona euro oraz dodatkowo, jeli jest to wymagane, 0,6-0,8 miliona euro na wie schadzajc i wentylator wycigowy. Wiee schadzajce wymagane s jedynie dla uzyskania niszej temperatury gazw dla urzdze wyposaonych np. w worki z poliaktylonitrylu. Koszty eksploatacji dla takiego tkaninowego filtra piecowego wynosz okoo 0,15-0,35 euro na ton klinkieru. Koszt inwestycji filtra tkaninowego pulsacyjnego z wymiennikiem ciepa powietrze-powietrze i wentylatorem wycigowym dla chodnika rusztowego linii o wydajnoci 3000 ton na dob, przy pocztkowej emisji poniej 20 g/m3 i zapyleniu oczyszczonego powietrza rzdu 10-50 mg/m3, wynosi okoo 1,0-1,4 miliona euro, koszt eksploatacji okoo 0,10-0,15 euro na ton klinkieru. Dla myna kulowego cementu o wydajnoci 160 ton cementu na godzin, przy pocztkowej emisji poniej 300 g/m3 i zapyleniu oczyszczonego gazu rzdu 10-50 mg/m3, koszt inwestycji nowego filtra tkaninowego pulsacyjnego wynosi okoo 0,3-0,5 miliona euro wczajc wentylator, za koszty eksploatacji to 0,03-0,04 euro na ton klinkieru. [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997] 1.4.7.3 Ograniczanie emisji niezorganizowanej Gwnymi rdami emisji niezorganizowanej s otwarte skadowiska i transportery surowcw, paliw i klinkieru oraz ruch samochodowy na terenie zakadu. Dla zminimalizowania moliwych rde emisji niezorganizowanej zalecany jest prosty i liniowy rozkad terenu zakadu. Take waciwa i cakowita konserwacja instalacji porednio minimalizuje niezorganizowane zapylenie przez ograniczenie punktw wypywu i strat powietrza. Stosowanie zautomatyzowanych urzdze i systemw sterowania take pomaga w redukowaniu emisji niezorganizowanej, jak rwnie w zapewnieniu cigej bezawaryjnej pracy. [Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997] Niektre techniki ograniczania emisji niezorganizowanej pyw to:Przemys cementowo-wapienniczy 49

Rozdzia 4

Ochrona otwartych pryzm przed wiatrem. Dla zewntrznie skadowanych pryzm materiaw pylistych, jeli takie istniej, mona ograniczy pylenie niezorganizowane przez zastosowanie waciwie zaprojektowanych barier chronicych przed wiatrem. Zraszanie wod i chemiczne rodki ograniczajce pylenie. Jeeli rdo zapylenia jest odpowiednio zlokalizowane, mona zainstalowa system zraszania wod. Zawilgocenie czstek pyw sprzyja ich aglomeracji i wspomaga osadzanie. Dostpny jest szeroki asortyment rodkw chemicznych dla polepszenia efektywnoci zraszania wodnego. Utwardzanie i zraszanie drg, utrzymywanie porzdku. Trasy dojazdowe dla ciarwek powinny by w miar moliwoci utwardzone i utrzymywane w czystoci. Pylenie z drg mona ograniczy przez zraszanie ich wod, szczeglnie w okresie suchej pogody. Praktyka utrzymywania porzdku jest sposobem utrzymywania zapylenia wtrnego na minimalnym poziomie. Ruchome i stacjonarne odkurzanie. W trakcie prac konserwacyjnych oraz w przypadku awarii systemw transportujcych moe mie miejsce wysyp materiaw. Aby zapobiec pyleniu niezorganizowanemu podczas usuwania tych materiaw, mona wykorzysta systemy odkurzania. W nowych budynkach mona atwo zainstalowa stacjonarne ukady odkurzania, natomiast istniejce zabudowania lepiej jest wyposay w urzdzenia mobilne i elastyczne poczenia. Wentylacja i wychwytywanie w odpylaczach tkaninowych. Tam, gdzie to moliwe, wszystkie transporty materiaw sypkich naley przeprowadza w ukadach zamknitych z podcinieniem. Zasysane dla tego celu powietrze przed wypuszczeniem do atmosfery jest odpylane w filtrach tkaninowych. Zamknite skadowiska z automatycznym systemem transportu. Silosy klinkieru i zamknite, w peni zautomatyzowane skadowiska surowca s najbardziej efektywnym rozwizaniem problemu emisji niezorganizowanej pyw ze skadowisk o duej objtoci. Te typy skadowisk zaopatrzone s w jeden lub wicej odpylaczy tkaninowych zapobiegajcych emisji niezorganizowanej pyw przy operacjach zaadunku i rozadunku.[Cembureau report, 1997 raport Cembureau, 1997] Techniki ograniczajce inne formy emisji

1.4.8

1.4.8.1 Tlenki wgla (CO, CO2) Wszelkie zabiegi ograniczajce zuycie paliwa zmniejszaj take emisj CO2. Dobr, w miar moliwoci, surowcw o niskiej zawartoci zwizkw organicznych oraz paliw o niskim udziale wgla do wartoci kalorycznej ogranicza emisj CO2. Dobr, w miar moliwoci, surowca o niskiej zawartoci zwizkw organicznych take ogranicza emisj CO. 1.4.8.2 Lotne zwizki organiczne (VOC) oraz PCDD/PCDF W normalnych warunkach eksploatacji emisja lotnych zwizkw organicznych (VOC) oraz PCDD/PCDF jest generalnie niska. Materia o wysokiej zawartoci lotnych zwizkw organicznych nie powinien by, jeeli to moliwe, podawany t sam drog co reszta surowca. Paliwa o duej zawartoci chlorowcw nie powinny by uywane do opalania wtrnego. Aby ograniczy moliwo wtrnego formowania si PCDD/F naley moliwie szybko schadza gazy odlotowe w

Przemys cementowo-wapienniczy

50

Rozdzia 4

zakresie 450-200 C. Przy podwyszonym poziomie VOC i PCDD/F, mona rozway uycie filtrw z wglem aktywnym. 1.4.8.3 Metale Naley unika podawania do pieca surowcw o duej zawartoci lotnych metali. Nagromadzenie metali, zwaszcza talu, w wewntrznych i zewntrznych obiegach pieca obrotowego prowadzi do wzrostu emisji w miar wyduania czasu pracy pieca. Efekt ten mona zredukowa przez czciowe lub cakowite przerwanie tych obiegw. Jednak z racji bliskiej zalenoci midzy cyklem zewntrznym i wewntrznym, wystarczy przerwa tylko cykl zewntrzny. Mona to uzyska przez usunicie pyw zebranych w odpylaczu, zamiast ich zwrotu do mki surowcowej. Jeeli skad chemiczny pyw jest odpowiedni, ten zebrany py z pieca cementowego moe by dodawany bezporednio w stadium mielenia cementu. [Karlsruhe II, 1996] Poniewa emitowane metale (z wyjtkiem czci rtci) s w duym stopniu zwizane z czstkami pyw, ograniczanie emisji metali mona uzyska tymi samymi metodami jakimi obnia si emisj pyw. Jedn z metod ograniczania emisji rtci jest obnianie temperatury gazw odlotowych. Pierwiastki nielotne pozostaj w procesie i opuszczaj piec jako cze skadowa klinkieru cementowego. W przypadku wystpowania duego stenia lotnych metali (zwaszcza rtci), mona zastosowa opcj absorpcji wglem aktywnym. 1.4.9 Odpady Wychwycone pyy powinny by zawrcone do procesu produkcyjnego, tam gdzie jest to moliwe. Ten zawrt moe mie miejsce bezporednio do pieca lub nadawy piecowej (czynnikiem ograniczajcym jest tutaj zawarto alkalicznych metali) bd przez mieszanie z gotowym produktem kocowym (cementem). Dla materiaw, ktre nie mog by zawrcone mona znale alternatywne zastosowanie. 1.4.10 Haas Najlepsze dostpne techniki ograniczania emisji haasu nie bd opisywane w niniejszym dokumencie. 1.4.11 Odr Nieprzyjemnych zapachw spowodowanych emisj wglowodorw mona unikn przez dopalanie gazw, wykorzystanie filtrw z wglem aktywnym lub dozowanie surowca odpowiedzialnego za odr do strefy spiekania pieca. Jeeli odr jest rezultatem emisji zwizkw siarki, rozwizaniem mone by zmiana paliwa i/lub surowca; patrz take punkt 1.4.6.

Przemys cementowo-wapienniczy

51

Rozdzia 5

1.5 Najlepsze dostpne techniki BAT dla przemysu cementowegoW celu lepszego zrozumienia treci tego rozdziau czytelnik powinien zapozna si ze wstpem do niniejszego dokumentu, a w szczeglnoci z jego pit czci: jak rozumie i stosowa niniejszy dokument. Techniki oraz odpowiadajce im poziomy emisji i/lub zuycia, jak rwnie zakresy poziomw, jakie przedstawiono w niniejszym rozdziale, zostay ocenione w toku procesu iteracyjnego obejmujcego nastpujce etapy: okrelenie kluczowych zagadnie dotyczcych ochrony rodowiska w obrbie danego sektora; w produkcji cementu s to zuycie energii i emisje do atmosfery. Emisje do atmosfery z zakadw cementowych zawieraj tlenki azotu (nox), dwutlenek siarki (SO2), i pyy; zbadanie technik najistotniejszych z punktu widzenia tych kluczowych zagadnie; okrelenie poziomw emisji optymalnych dla rodowiska na podstawie danych dostpnych w unii europejskiej i na wiecie; zbadanie warunkw, w ktrych te poziomy emisji zostay uzyskane, takich jak koszty, oddziaywanie na rodowisko, gwne cele i motywacja dla wprowadzania tych technik; wybr najlepszych dostpnych technik BAT oraz odpowiadajcych im poziomw emisji i/lub zuycia dla tego sektora w ogle, zgodnie z art. 2 ust. 11 oraz zacznikiem IV do dyrektywy.

Europejskie Biuro IPPC i odpowiednia Techniczna Grupa Robocza (TWG) peniy gwn rol przy fachowej ocenie kadego z tych etapw, jak rwnie miay wpyw na sposb przedstawienia ich wynikw w niniejszym opracowaniu. Na podstawie tej oceny w niniejszym rozdziale przedstawiono konkretne techniki oraz w miar moliwoci poziomy emisji i zuycia zwizane ze stosowaniem najlepszych dostpnych technik BAT, ktre s uwaane za odpowiednie dla danego sektora i w wielu przypadkach odzwierciedlaj aktualn charakterystyk eksploatacyjn niektrych instalacji w obrbie sektora. Tam gdzie prezentowane s poziomy emisji lub zuycia odpowiadajce najlepszym dostpnym technikom BAT oznacza to, e poziomy te odzwierciedlaj skutki oddziaywania na rodowisko, jakie mona przewidzie w wyniku zastosowania w tym sektorze opisanych technik, majc na uwadze bilans kosztw i korzyci stanowicych nieodczny element definicji BAT. Jednake nie s to graniczne wielkoci emisji czy zuycia i nie powinny by tak rozumiane. W niektrych przypadkach uzyskanie lepszych poziomw emisji lub zuycia moe by technicznie moliwe, jednak ze wzgldu na zwizane z tym koszty lub skutki oddziaywania na rodowisko nie s one uwaane za waciwe jako BAT dla caego sektora. Poziomy takie mog jednak by uznane za uzasadnione w bliej okrelonych przypadkach, w ktrych wystpuj szczeglne okolicznoci przemawiajce za wdroeniem danych technik. Poziomy emisji i zuycia odpowiadajce BAT musz by rozpatrywane z uwzgldnieniem szczeglnych warunkw odniesienia (np.: okresw uredniania). Naley odrni opisane powyej pojcie poziomw odpowiadajcych BAT od okrelenia osigalny poziom stosowanego gdzie indziej w tym dokumencie. W przypadku, w ktrym poziom jest opisany jako osigalny przy zastosowaniu danej techniki lub kombinacji technik, oznacza to, e mona go uzyska stosujc te techniki po pewnym czasie w dobrze utrzymywanej i obsugiwanej instalacji lub procesie. Dostpne dane dotyczce kosztw wraz z opisem technik omwionych w poprzednim rozdziale zostay przedstawione cznie. Wskazuj one przyblion wielko przewidywanych kosztw.Przemys cementowo-wapienniczy 52

Rozdzia 5

Jednak rzeczywisty koszt zastosowania danej techniki bdzie w duym stopniu zalea od konkretnej sytuacji z uwzgldnieniem, na przykad, wysokoci podatkw, opat oraz specyfikacji technicznej dla danej instalacji. Dokadna ocena tych specyficznych dla danego miejsca czynnikw nie jest w tym dokumencie moliwa. W przypadku braku danych dotyczcych kosztw, wnioski odnoszce si do ekonomicznej uytecznoci technik zostay sformuowane na podstawie obserwacji istniejcych instalacji. Najlepsze dostpne techniki BAT przedstawione oglnie w niniejszym rozdziale maj stanowi punkt odniesienia, uatwiajcy ocen aktualnych wynikw osignitych w ramach istniejcej instalacji lub propozycj dla nowej instalacji. Moe to si okaza pomocne przy okrelaniu waciwych warunkw w oparciu o najlepsze dostpne techniki BAT dla danej instalacji. Przewiduje si, e nowe instalacje mog by projektowane tak, aby osiga lub nawet przekracza oglne przedstawione tu poziomy odpowiadajce BAT. Uwaa si rwnie, e istniejce instalacje mogyby zbliy si do oglnych poziomw odpowiadajcych BAT bd osiga lepsze wyniki. Dokumenty referencyjne BREF wprawdzie nie ustalaj prawnie wicych norm, lecz maj za zadanie dostarcza informacje stanowice wskazwki dla przemysu, Pastw Czonkowskich i spoeczestwa na temat osigalnych poziomw emisji i zuycia przy stosowaniu konkretnych technik. Odpowiednie wartoci dopuszczalne dla kadego konkretnego przypadku bd musiay zosta okrelone z uwzgldnieniem celw dyrektywy dotyczcej zintegrowanego zapobiegania i ograniczania zanieczyszcze (IPPC) oraz lokalnych uwarunkowa. Poziomy emisji przedstawione poniej wyraone s jako rednia dzienna przy warunkach odniesienia 273 K, 101,3 kPa, 10% tlenu i dla suchego gazu. Wybr procesu Wybr procesu ma znaczcy wpyw na zuycie energii i poziom emisji z procesu wytwarzania klinkieru cementowego. Dla nowych zakadw i instalacji podlegajcych znaczniejszej modernizacji za najlepsz dostpn technik BAT produkcji klinkieru cementowego uwaa si piec pracujcy metod such wyposaony w wielostopniowy podgrzewacz cyklonowy i prekalcynator. Odpowiadajca BAT warto bilansu cieplnego wynosi 3000 MJ na ton klinkieru.

Podstawowe dziaania technologiczne Najlepsze dostpne techniki w produkcji cementu obejmuj nastpujce podstawowe dziaania technologiczne: Rwnomiern i stabiln prac pieca, dziaajcego w pobliu ustalonych parametrw procesu, ktra jest korzystna zarwno dla poziomu emisji jak i zuycia energii. Mona to osign stosujc: - Optymalizacj kontroli procesu, wczajc komputerowy system automatycznego sterowania, - Nowoczesny, grawimetryczny system dozowania paliwa staego. Minimalizacj zuycia energii cieplnej poprzez: - Polepszenie podgrzewania i prekalcynacji na ile to moliwe, biorc pod uwag istniejcy ukad instalacji piecowej, - Stosowanie nowoczesnych chodnikw klinkieru umoliwiajcych maksymalny odzysk ciepa,53

Przemys cementowo-wapienniczy

Rozdzia 5

Odzysk ciepa z gazw odlotowych.

Minimalizacj zuycia energii elektrycznej poprzez: - Systemy zarzdzania energi, - Stosowanie wysokoefektywnych energetycznie urzdze przemiaowych i innych zasilanych elektrycznie. Staranny dobr i kontrol substancji podawanych do pieca mogcych zredukowa emisje. - W miar moliwoci naley wybiera surowce i paliwa z nisk zawartoci siarki, azotu i chloru, metali i lotnych zwizkw organicznych.

Tlenki azotu Najlepsze dostpne techniki ograniczania emisji NOx s poczeniem opisanych powyej podstawowych dziaa technologicznych oraz: Podstawowych dziaa ograniczajcych emisj NOx - chodzenie pomienia - palnik niskoemisyjny Opalania etapowego Selektywnej redukcji niekatalitycznej (SNCR)

Przy ograniczaniu emisji NOx nie stosuje si jeszcze rwnoczenie etapowego opalania w poczeniu z technik SNCR. Uwaa si, e poziom emisji odpowiadajcy BAT mieci si w granicach 200-500 mg NOx/m3 wyraony jako NO2 na podstawie redniej dziennej. (Patrz komentarz poniej dotyczcy konsensusu osignitego w ramach Technicznej Grupy Roboczej (TWG)). Stopie atwoci osigania poziomw emisji w tym zakresie dla poszczeglnych instalacji moe si znacznie rni co zostao omwione poniej dlatego te nie zakada si, e wszystkie piece mog lub powinny uzyska ten poziom emisji w okrelonym przedziale czasowym. Zastosowanie SNCR wprowadza aktywny mechanizm kontroli, w wyniku ktrego mona oczekiwa mniejszych waha poziomw emisji w czasie, podczas gdy w piecach bez SNCR poziom ten mona osign jedynie jako uredniony w duszych okresach czasu. Niektre nowoczesne, dobrze zoptymalizowane piece z podgrzewaczem cyklonowym i podgrzewaczem cyklonowym/prekalcynatorem osigaj poziom emisji NOx poniej 500 mg/m3 tylko w wyniku zastosowania podstawowych dziaa technologicznych lub w ich poczeniu z opalaniem etapowym. Jako surowcw i konstrukcja systemu piecowego mog by przyczyn nie uzyskania takiego poziomu emisji. Przy zastosowaniu SNCR osigalny poziom emisji NOx moe w najlepszych przypadkach wynosi poniej 200 mg/m3, jeeli pocztkowa emisja nie przekracza 1000-1300 mg/m3 (redukcja 80-85%), chocia wikszo instalacji eksploatowanych w chwili obecnej osiga poziom emisji 500-800 mg/m3 (redukcja 10-50%). Przy projektowaniu instalacji SNCR naley uwzgldni moliwy wzrost emisji NH3. Mona powiedzie, e na poziomie caego sektora wikszo piecw pracujcych w krajach Unii Europejskiej jest w stanie uzyska emisje poniej 1200 mg/m3 w wyniku zastosowania podstawowych dziaa technologicznych. Wprowadzenie instalacji SNCR o umiarkowanej efektywnoci redukcji okoo 60% moe ograniczy emisj NOx do poziomu poniej 500 mg/m3.Przemys cementowo-wapienniczy 54

Rozdzia 5

Aby zainstalowa SNCR musi by osigalny odpowiedni przedzia temperaturowy. Waciwy przedzia mona uzyska stosunkowo atwo w piecach z podgrzewaczem cyklonowym i z podgrzewaczem cyklonowym/prekalcynatorem oraz, prawdopodobnie, w niektrych piecach z rusztem Lepola. W chwili obecnej nie dziaa adna przemysowa instalacja SNCR w piecu z rusztem Lepola, ale dane z instalacji pilotaowych s obiecujce. W przypadku piecw dugich metody suchej lub mokrej uzyskanie odpowiedniego zakresu temperatur i czasu przebywania moe by bardzo trudne lub wrcz niemoliwe. W chwili obecnej okoo 78% produkcji cementu w Europie pochodzi z metody suchej i przytaczajca wikszo tych urzdze to piece z podgrzewaczem cyklonowym i z podgrzewaczem cyklonowym/prekalcynatorem. W ramach Technicznej Grupy Roboczej (TWG) udao si uzyska konsensus odnonie najlepszych dostpnych technik ograniczania emisji NOx. Pomimo istniejcego poparcia dla wnioskowanych powyej najlepszych dostpnych technik BAT istnia take przeciwstawny pogld, i poziom emisji odpowiadajcy BAT wynosi 500-800 mg NOx/m3 (jako NO2). Mimo, e 15 piecw pracujcych z instalacj SNCR o stosunkowo niskiej sprawnoci uzyskuje poziomy emisji poniej 800 mg NOx/m3, pogld ten opiera si na ograniczonych dowiadczeniach instalacji SNCR o wyszej efektywnoci i w konsekwencji powoduje niepewno odnonie wzrostu emisji amoniaku, ktra moe wystpi przy zwikszonym wtrysku wody amoniakalnej. Wystpuj obawy, e uwalnianie amoniaku moe prowadzi do widocznej i uporczywej emisji pyw w formie siarczanw i chlorkw amonu. Dodatkowo, niewykorzystany amoniak moe z kolei ulega przeksztaceniu w NOx w atmosferze i uniemoliwi zawrt odzyskanego pyu do cementu. Chocia niektre nowoczesne cementownie s w stanie uzyska w dugich okresach poziomy emisji poniej 500 mg/m3, pogld przemysu na poziomie sektora jest taki, e zakady powinny czy podstawowe dziaania technologiczne z technik opalania etapowego lub SNCR dla osignicia poziomu emisji poniej 800 mg/m3, przy czym techniki te mog by zastosowane tylko w niektrych typach piecw. Pojawi si take pogld, e najlepsz dostpn technik BAT stanowi rwnie technika selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) przy odpowiadajcej jej poziomie emisji 100-200 mg NOx/m3 (jako NO2). Pogld ten opiera si na zaoeniu, e SCR jest uwaana za dostpn i ekonomicznie opacaln technik. Wniosek ten nasun si w oparciu o wyniki studiw wykonalnoci oraz pomylnych rezultatw uzyskanych w instalacjach pilotaowych. W Europie jest co najmniej trzech dostawcw oferujcych przemysowe instalacje SCR dla sektora cementowego, pozwalajce uzyska poziom emisji rzdu 100-200 mg/m3. Naley jednak uwzgldni fakt, e rozruch pierwszej penowymiarowej instalacji SCR w przemyle cementowym nastpi dopiero pod koniec 1999 roku. Tlenki siarki Najlepsze dostpne techniki ograniczania emisji SOx stanowi poczenie opisanych wyej podstawowych dziaa technologicznych oraz: Dla pocztkowej emisji nie wyszej ni ok. 1200 mg SO2/m3: dodatku absorbentu Dla pocztkowej emisji powyej 1200 mg SO2/m3: puczki mokrej puczki suchej

Poziom emisji odpowiadajcy BAT mieci si w zakresie 200-400 mg/m3 wyraony jako rednia dobowa emisji SO2.Przemys cementowo-wapienniczy 55

Rozdzia 5

Emisja SO2 z zakadw cementowych zaley przede wszystkim od zawartoci lotnej siarki w surowcach. Piece pracujce w oparciu o surowce o niskiej zawartoci lub braku lotnej siarki osigaj wyniki emisji znacznie poniej tego poziomu, bez stosowania technik obniania emisji. Przy pocztkowej emisji nie wyszej ni 1200 mg SO2/m3 mona uzyska poziom okoo 400 mg/m3 przy zastosowaniu dodatku absorbentw. Dodatek absorbentw mona w zasadzie stosowa we wszystkich typach piecw, chocia gwnie ma zastosowanie dla piecw z wymiennikami cyklonowymi. Techniki puczki mokrej lub suchej udowodniy swoj efektywno w kilku cementowniach pracujcych na surowcach o duej zawartoci lotnej siarki. Koszt tych rozwiza jest stosunkowo wysoki, wic jest to decyzja lokalna czy korzyci dla rodowiska uzasadniaj ponoszenie takich wydatkw. Puczka mokra pozwala na uzyskanie poziomu emisji poniej 200 mg SO2/m3, niezalenie od pocztkowego stenia. Ograniczenie emisji SO2 w przypadku puczki suchej siga 90%, co odpowiada steniu 300 mg SO2/m3 przy pocztkowym steniu 3000 mg SO2/m3. Puczk mokr mona instalowa we wszystkich typach piecw, natomiast puczk such we wszystkich piecach metody suchej. Py Najlepsze dostpne techniki ograniczania emisji pyu s poczeniem opisanych wyej podstawowych dziaa technologicznych oraz: Minimalizacji lub zapobiegania emisji niezorganizowanej jak opisano w punkcie 1.4.7.3 Skutecznego zwrotu czstek staych ze rde punktowych poprzez zastosowanie: Elektrofiltrw wyposaonych w szybkie urzdzenia kontrolno-pomiarowe pozwalajce na ograniczenie iloci pikw CO, Filtrw tkaninowych o budowie moduowej wyposaonych w sygnalizacj uszkodzenia workw.

Poziom emisji odpowiadajcy BAT mieci si w zakresie 20-30 mg/m3 wyraony jako rednia dobowa. Ten poziom mona uzyska przez zastosowanie elektrofiltrw i/lub filtrw tkaninowych w rnych typach instalacji w przemyle cementowym. Odpady Odzysk wychwyconych czstek staych do procesu, tam gdzie jest to moliwe, stanowi najlepsz dostpn technik BAT. Jeeli zebrane pyy nie nadaj si do zwrotu, odzysk tych pyw w innych produktach komercyjnych, tam gdzie to moliwe, uwaany jest za najlepsz dostpn technik BAT.

Przemys cementowo-wapienniczy

56

Rozdzia 6

1.6 Nowo powstajce techniki w produkcji cementu1.6.1 Technologia zoa fluidalnego

Od 1986 roku japoskie Ministerstwo Handlu Zagranicznego i Przemysu subsydiuje projekt nowej technologii spiekania klinkieru w systemie piecowym z wykorzystaniem zoa fluidalnego. Przez sze lat, pomidzy 1989 a 1995 r., w Sumitomo Osaka Cement Co. Ltd. w zakadach Toshigi w Japonii eksploatowano pilotaow instalacj o wydajnoci 20 ton klinkieru na dob. Pod koniec 1995 roku zbudowano du instalacj pilotaow o wydajnoci 200 ton na dob. Rysunek 1.8 przedstawia schemat technologiczny pieca fluidalnego o wydajnoci 20 ton na dob. Ukad skada si z wymiennika w stanie zawieszenia (SP), pieca granulatora ze zoem przelewowym (SBK), pieca spiekalniczego ze zoem fluidalnym (FBK), fluidalnego zoa szybkiego chodzenia (FBQ) oraz chodnika ze zoem upakowanym (PBC).

Przemys cementowo-wapienniczy

57

Rozdzia 6

Rysunek 1.8: Agregat fluidalny do produkcji cementu [Japan Cement Association, 1996 Japoskie Stowarzyszenie Cementu, 1996]Przemys cementowo-wapienniczy 58

Rozdzia 6

Podgrzewacz w stanie zawieszenia jest konwencjonalnym czterostopniowym podgrzewaczem cyklonowym, ktry podgrzewa i kalcynuje mk surowcow. Piec granulator przeksztaca mk w granule o rednicy okoo 1,5-2,5 mm w temperaturze 1300 C. W piecu spiekalniczym nastpuje ostateczne spiekanie granul w temperaturze 1400 C. Fluidalny chodnik schadza gwatownie klinkier z 1400 do 1000 C. Kocowy proces chodzenia klinkieru do temperatury okoo 100 C odbywa si w chodniku ze zoem upakowanym. Klinkier cementowy uzyskiwany w piecu ze zoem fluidalnym ma jako porwnywaln lub wysz od klinkieru produkowanego w zakadach komercyjnych. Emisja NOx wynosi 115190 mg/m3 w przypadku opalania olejem cikim oraz 440-515 mg/m3 w przypadku opalania pyem wglowym (w przeliczeniu na 10% O2). Zgodnie ze studium wykonalnoci instalacji o wydajnoci 3000 ton klinkieru na dob zapotrzebowanie ciepa moe by nisze o okoo 1012% w porwnaniu z piecem obrotowym z wymiennikiem cyklonowym i chodnikiem rusztowym, co pozwala oczekiwa, e emisja CO2 bdzie nisza o 10-12%. Zaoenia docelowe dla technologii spiekania klinkieru w systemie piecowym z wykorzystaniem zoa fluidalnego (zgodnie ze studium wykonalnoci dla instalacji o wydajnoci 3000 ton klinkieru na dob oraz w oparciu o wyniki prb pilotowych dla zakadu o wydajnoci 20 ton na dob) s nastpujce: 1. Ograniczenie zapotrzebowania ciepa o 10-12%, 2. Ograniczenie emisji CO2 o 10-12%, 3. Poziom emisji NOx nie wyszy ni 380 mg/m3 (w przeliczeniu na 10% O2), 4. Utrzymanie biecego poziomu emisji SOx, 5. Obnienie kosztw instalacji o 30%, 6. Zmniejszenie powierzchni instalacji o 30%. 1.6.2 Opalanie etapowe poczone z selektywn redukcj niekatalityczn (SNCR)

Teoretycznie efekty dziaania instalacji czcej opalanie etapowe z selektywn redukcj niekatalityczn (SNCR) mog by porwnywalne z systemem selektywnej redukcji katalitycznej (SCR), co oznacza poziom emisji NOx rzdu 100-200 mg/m3. Ta kombinacja jest uznawana przez dostawcw za obiecujc, ale nie jest jeszcze potwierdzona.

Przemys cementowo-wapienniczy

59

Rozdzia 7

1.7 Wnioski i zaleceniaWszyscy eksperci nominowani do Technicznej Grupy Roboczej (TWG) przez Pastwa Czonkowskie Unii Europejskiej, Norwegi, Europejskie Biuro rodowiska i przemys europejski (Cembureau Europejskie Stowarzyszenie Producentw Cementu), wzili udzia w tej wymianie informacji. Istnieje wiele dostpnych oglnych informacji dotyczcych produkcji cementu. Nie byo adnych problemw ze zgromadzeniem oglnych poziomw emisji i zuycia oraz stosowanych technologii produkcji i technik obniania emisji. Znacznie trudniejsze lub wrcz niemoliwe byo uzyskanie dokadniejszych informacji bd danych z zakadw uzyskujcych najlepsze i/lub najgorsze wskaniki. Dostpne s pewne dane dotyczce kosztw, ale oglnie nie jest wiadome, co one dokadnie obejmuj oraz jak zostay skalkulowane. Std te koszty podawane w tym dokumencie okrelaj bardziej rzd wielkoci ni dokadne liczby. Technologia SCR jest bliska wdroenia w przemyle cementowym. Pierwsza instalacja w penej skali bdzie uruchomiona pod koniec 1999 roku w Niemczech, a jedna jest rozwaana w Austrii. Pod koniec 2000 roku, zgodnie z biecym harmonogramem, bd znane wyniki rozruchu i dugookresowych prb przemysowych z instalacji niemieckiej. Zaleca si aktualizacj niniejszego dokumentu referencyjnego BAT okoo 2005 roku, w szczeglnoci danych dotyczcych technik ograniczania emisji NOx (rozwj technik SCR i wysokosprawnych SNCR). Inne zagadnienia, ktre nie zostay wyczerpujco potraktowane w niniejszym dokumencie, a powinny by rozwaane/omawiane w zrewidowanej wersji to: - wicej danych dotyczcych dodatkw chemicznych dziaajcych jako upynniacze szlamu, - dane liczbowe dotyczce dopuszczalnej czstotliwoci i czasu trwania pikw CO, oraz - wartoci emisji zwizanych z BAT dla VOC, metali, HCl, HF, CO oraz PCDD/F.

Przemys cementowo-wapienniczy

60

Rozdzia 1

2 Przemys wapienniczy 2.1 Oglne informacje o przemyle wapienniczymWapno jest uywane w szerokiej grupie produktw, z ktrych kady dostosowany jest do szczeglnych wymogw rynkowych. Na przykad wapno i jego pochodne wykorzystywane s jako topnik przy uszlachetnianiu stali, jako spoiwa w budownictwie i konstrukcjach oraz przy uzdatnianiu wody do osadzania zanieczyszcze. Wapno uywane jest take na du skal do neutralizacji kwanych skadnikw ciekw przemysowych i gazw odlotowych. Istniej dowody wskazujce na to, e stosowanie wapna palonego i hydratyzowanego do celw budowlanych byo szeroko rozpowszechnione ju w roku 1000 p.n.e. wrd wielu cywilizacji, m.in. Grekw, Egipcjan, Rzymian, Majw, Inkw, Chiczykw i Hindusw. Rzymianie znali chemiczne waciwoci wapna i uywali go np. do wybielania lnu i w medycynie jako wod wapienn. Wapno palone jest tlenkiem wapnia (CaO) uzyskanym przez dekarbonizacj kamienia wapiennego (CaCO3). Wapno gaszone jest wytwarzane przez reakcj, bd gaszenie, wapna palonego z wod i skada si gwnie z wodorotlenku wapnia (Ca(OH2)). Wapno gaszone obejmuje hydratyzowane wapno (suchy proszek wodorotlenku wapniowego), mleczko wapienne i ciasto wapienne (zdyspergowane czstki wodorotlenku wapniowego w wodzie). Termin wapno obejmuje zarwno wapno palone jak i gaszone i jest synonimem dla wyrobw wapienniczych. Jednake czasami terminu wapno uywa si do opisu wyrobw wapiennych, co jest czsto powodem nieporozumie. wiatowa produkcja wapna od 1960 r., gdy wynosia prawie 60 milionw ton, stale rosa osigajc rekordowy poziom okoo 140 milionw ton w roku 1989. Produkcja wapna spada w poowie lat 70-tych i na pocztku 80-tych z powodu panujcej w owym czasie powszechnej recesji gospodarczej. Ostatnia recesja doprowadzia do spadku produkcji do 120 milionw ton w roku 1995. Zmiany te ilustruje rysunek 2.1. Przedstawione liczby nie daj jednak penego obrazu, poniewa znaczn cz cakowitej produkcji wapna wytwarza si w miejscu jego uycia (tj. produkcja wapna na potrzeby wasne, midzy innymi w przemysach elaza i stali, celulozowopapierniczym i cukrowniczym) i nie wystpuje ona na rynku. Europejskie Stowarzyszenie Wapna, EuLA, ocenia cakowit wiatow produkcj wapna, cznie z produkcj na potrzeby wasne, na 300 milionw ton.

Przemys cementowo-wapienniczy

61

Rozdzia 1

Rysunek 2.1: Produkcja wapna sprzedanego na wiecie i w Unii Europejskiej w latach 1960 i 1984-1995 [EC Mineral Yearbook, 1995 i 1997] Przy rocznej produkcji rzdu 20 milionw ton, kraje UE wytwarzaj okoo 15% wiatowej produkcji sprzedanej. W wikszoci krajw UE przemys wapienniczy opiera si na maych i rednich przedsibiorstwach. W ostatnich latach pojawia si jednak rosnca tendencja do koncentracji, dziki ktrej kilka midzynarodowych firm uzyskao znaczce udziay w rynku. Pomimo to w UE nadal dziaa ponad stu producentw wapna. Niemcy, Wochy i Francja s najwikszymi producentami wapna w UE wytwarzajcymi cznie dwie trzecie cakowitej unijnej produkcji. Produkcj wapna w poszczeglnych krajach UE przedstawiono na rysunku 2.2.

Rysunek 2.2: Sprzeda wapna w krajach UE w 1995 roku [EC Mineral Yearbook, 1997], [EuLA]Przemys cementowo-wapienniczy 62

Rozdzia 1

Produkcja wapna w krajach UE spada pod koniec lat 80-tych i ponownie wzrosa na pocztku 1994 roku. Byo to konsekwencj zmian we wzorcach zastosowa. Jeden z gwnych uytkownikw wapna przemys elaza i stali ograniczy jednostkowe zuycie wapna ze 100 do 40 kg na ton stali. Jednake w poowie lat 90-tych wzrost zapotrzebowania wapna dla celw ochrony rodowiska zaowocowa ponownym wzrostem sprzeday. Cakowite zuycie wapna w krajach UE przestao rosn, poniewa sektory o zwikszajcym si zapotrzebowaniu wapna, na przykad uzdatnianie wody i odsiarczanie spalin, tylko czciowo kompensuj spadek popytu w tradycyjnych gaziach stali i metalurgii. W rednim okresie rynek wapna w UE powinien utrzymywa si na staym poziomie, lecz w przyszoci moe na niego wpyn import z Europy Wschodniej. Zuycie wapna sprzedanego w krajach UE przez poszczeglne sektory przedstawiono w tabeli 2.1. Szczegowe dane dotyczce produkcji wapna na potrzeby wasne nie s dostpne, jednak oszacowane cakowite zuycie wapna w Europie w 1996 r. przez najwikszych uytkownikw wynioso: Hutnictwo i elaza i stali Przemys celulozowo-papierniczy Przemys cukrowniczy 6-10 milionw ton rocznie 4 miliony ton rocznie 2 miliony ton rocznie

Wapno jest produktem niedrogim, ale zajmujcym duo miejsca, dlatego zazwyczaj transportuje si je na wzgldnie krtkie odlegoci. Eksport wapna z UE osiga tylko kilka procent cakowitej produkcji. Gwnym eksporterem jest Belgia, ktra wysya prawie 50% swojej produkcji. Produkcja stali i przerbka metali nieelaznych Budownictwo i inynieria ldowa Rolnictwo Chemia i petrochemia Zastosowania w ochronie rodowiska Cukrownictwo Stabilizacja gruntu w budownictwie Przemys papierniczy i kartonowy 1995 40% ca. 20% 12% 10% 8% 5% 3% 2%

Tabela 2.1: Zuycie wapna wedug sektorw w krajach UE w 1995 roku (bez produkcji na wasne potrzeby) [EC Mineral Yearbook, 1997] W UE istnieje 240 zakadw produkujcych wapno (poza produkcj na potrzeby wasne), ktrych rozkad w poszczeglnych Pastwach Czonkowskich przedstawiono w tabeli 2.2.

Przemys cementowo-wapienniczy

63

Rozdzia 1

Kraj

Zakady wapiennicze

Austria Belgia 7 Dania 6 Finlandia 2 Francja 4 Niemcy 19 Grecja 67 Irlandia 44 Wochy 4 Luksemburg 32 Holandia 0 Portugalia 0 Hiszpania 12 Szwecja 26 Zjednoczone Krlestwo WB i 6 IP 9Razem

238

Tabela 2.2: Liczba zakadw komercyjnych produkujcych wapno w Pastwach Czonkowskich UE w 1995 roku [EuLA], [Bournis, Symeonidis], [Gomes], [Glle], [Junker], [Jrgensen]. W UE pracuje w przyblieniu okoo 450 piecw (nie liczc piecw na potrzeby wasne), z ktrych wikszo to rne piece szybowe i piece szybowe wspprdowo-regeneracyjne (patrz tabela 2.3). Typowa wydajno pieca mieci si w przedziale 50 do 500 ton dziennie. Tylko okoo 10% piecw ma mniejsz wydajno ni 50 lub wiksz ni 500 ton dziennie.

Przemys cementowo-wapienniczy

64

Rozdzia 1

Kraj Austria Belgia Dania Finlandia Francja Niemcy Grecja Irlandia Wochy Luksemburg Holandia Portugalia Hiszpania Szwecja Zjednoczone Krlestwo Razem

Obrotowe Szybowe krgowe 0 8 2 5 4 7 1 1 0 0 0 0 4 5 8 45 2 5 0 0 21 31 2 0 5 0 0 0 1 0 0 67

Szybowe regeneracyjne 6 14 0 0 20 12 1 1 25 0 0 2 21 3 7 114

Inne szybowe 3 0 0 0 18 74 39 3 30 0 0 1 16 2 10 196

Inne piece 1 2 0 0 1 12 1 0 0 0 0 9 0 0 1 27

Suma 12 29 2 5 64 136 44 5 60 0 0 12 42 10 26 449

Tabela 2.3: Liczba pracujcych piecw wapienniczych, bez piecw na wewntrzne potrzeby, w Pastwach Czonkowskich UE w 1995 roku [EuLA], [Aspelund], [Bournis, Symeonidis], [Gomes], [Junker], [Slavin]. Dla rnych zastosowa uywa si rnych rodzajw wapna. Rozrnia si wapna wapniowe, wapna dolomitowe i wapna hydrauliczne. Wapno wapniowe to najwiksza kategoria; dostarcza si je w kawakach, zmielone lub hydratyzowane. Wapna dolomitowe to produkty bardziej specjalistyczne, ktre s dostarczane w mniejszych ilociach w formie kawakw, zmielone, hydratyzowane i jako wapno przepalone. Wapna hydrauliczne s czciowo uwodnione i zawieraj zwizki cementowe; uywa si ich wycznie w budownictwie. Szacunkowy rozkad procentowy rnych rodzajw wapna palonego w odniesieniu do cakowitej produkcji w 1995 roku zosta przedstawiony w tabeli 2.4. Wapno drobno mielone Wapno w kawakach Wapno hydratyzowane Przepalone wapno dolomitowe Wapno hydrauliczne 1995 50% 30% 16% 2,5% 1,5%

Tabela 2.4: Szacowany udzia procentowy rnych rodzajw wapna w UE w 1995 roku [EuLA]. Kady rodzaj wapna ma swoj okrelon reaktywno i wybr wapna zaley od wymogw konkretnego zastosowania i specyfiki procesu. Rozrnia si wapno mocno, rednio i sabo palone. Wapna sabo palone maj najwysz reaktywno. Waciwoci wapna zale take od wsadu kamienia wapiennego, rodzaju pieca i paliwa. Na przykad piece szybowe opalane koksemPrzemys cementowo-wapienniczy 65

Rozdzia 1

zazwyczaj wytwarzaj wapno palone o redniej do niskiej reaktywnoci, podczas gdy piece wsprdowo-regeneracyjne opalane gazem zwykle wypalaj wapno o wysokiej reaktywnoci. Przemys wapienniczy jest wysoce energochonny: koszty energii osigaj 50% cakowitych kosztw produkcji. Piece s opalane paliwem staym, ciekym lub gazowym. W ostatnich latach znacznie wzroso zuycie gazu ziemnego. Tabela 2.5 przedstawia rozkad typw paliw uywanych w UE w 1995 roku. 1995 Gaz ziemny 48% Wgiel1) 36% Olej 15% Inne 1% 1) w tym wgiel kamienny, brunatny, koks i koks ponaftowy Tabela 2.5: Udzia rodzajw paliw w europejskim przemyle wapienniczym w 1995 roku [EuLA] Gwne emisje powstajce podczas produkcji wapna to emisje z pieca do atmosfery. Wynikaj one ze szczeglnego skadu chemicznego surowcw i stosowanych paliw. Niemniej jednak, znaczne emisje pyu mog pojawi si z kadego punktu procesu, zwaszcza z hydratora. Potencjalnie znaczce emisje z zakadw wapienniczych zawieraj tlenki wgla (CO, CO2), tlenki azotu (NOx), dwutlenek siarki (SO2) i py.

Przemys cementowo-wapienniczy

66

Rozdzia 2

2.2 Stosowane procesy i technologie w produkcji wapnaNa proces produkcji wapna skada si wypalanie wglanu wapnia i/lub magnezu w temperaturach pomidzy 900oC a 1500C, ktre s wystarczajco wysokie do uwolnienia dwutlenku wgla i uzyskania tlenku wapnia (CaCO3 CaO + CO2). W niektrych procesach wymagana jest znacznie wysza temperatura, na przykad dla przepalonego wapna dolomitowego. Tlenek wapnia powstajcy w piecu jest generalnie kruszony, mielony i/lub przesiewany przed transportem do silosu zapasu. Z silosu wypalone wapno jest albo dostarczone do kocowego odbiorcy do wykorzystania jako wapno palone lub przekazywane do zakadu hydratacji, gdzie poddaje si je reakcji z wod w celu uzyskania wapna hydratyzowanego lub gaszonego. Proces produkcji wapna zawiera nastpujce podstawowe etapy, ktre zilustrowano na rysunek 2.3: pozyskiwanie wapienia skadowanie i przygotowanie wapienia skadowanie i przygotowanie paliwa kalcynacja wapienia wypalanie wapna hydratyzacja i gaszenie wapna palonego skadowanie, transport i wysyka Punkty 2.2.1-2.2.8 opieraj si w znacznym stopniu na informacjach uzyskanych z [TO, 1997]. 2.2.1 Pozyskiwanie wapienia

Surowcem do produkcji wapna jest wapie lub, w mniejszym stopniu, dolomit lub wapie dolomitowy. Dolomit i wapie dolomitowy to mieszanki wglanu wapnia i do 44% wglanu magnezu. Chocia zoa wapienia s stosunkowo obfite w wielu krajach, tylko niewielka cz nadaje si do komercyjnego wydobycia. Wysokiej czystoci wapie lub dolomit jest wydobywany w kamienioomie, kruszony i w niektrych przypadkach, przemywany. Nastpnie przesiewa si go i transportuje do pieca. Wapie zwykle wydobywa si w kamienioomach odkrywkowych, zazwyczaj ssiadujcych z zakadem wapienniczym, jednak w niektrych przypadkach pozyskuje si go z dna morskiego lub podziemnych kopalni. Typowy proces wydobywania obejmuje: Usunicie nadkadu (tj. gleby, gliny lub kamieni przykrywajcych zoe) Urabianie skay Zaadunek i transport urobku do instalacji kruszenia i przesiewania 2.2.2 Przygotowanie i skadowanie wapienia

Wapie kruszy si do wymaganych rozmiarw, zwykle od 5 do 200 mm, zalenie od typu stosowanego pieca. Do kruszarek wstpnych trafiaj odamki wapienia nawet o rednicy 1 m. S tam redukowane do wymiarw 100-250 mm. Kamie rozdrobniony w kruszarce wstpnej transportuje si przenonikami na sita wibracyjne, gdzie wiksze kawaki oddziela si i zawraca, podczas gdy mniejsze stanowi zaadunek pieca lub do kruszarek drugiego stopnia umieszczonych w dalszej czci linii technologicznej. W kruszarkach drugiego stopnia uzyskuje si kawaki wielkoci 10 do 50 mm, ktre po przesianiu transportuje si przenonikami tamowymi i/lub kubekowymi do silosw lub przedziaw skadowych przed podaniem do suszarni lub pieca.Przemys cementowo-wapienniczy 67

Rozdzia 2

Rysunek 2.3: Schemat procesu produkcji wapna [EuLA] W zalenoci od rodzaju skay (twardo, uwarstwienie, rozmiar itd.), stosuje si rne rodzaje wstpnych kruszarek, takich jak kruszarki szczkowe, kruszarki stokowe lub udarowe. Poniewa wsad do pieca nie musi by bardzo drobny, kruszarki szczkowe i udarowe, a take motkowe, stosuje si take jako kruszarki drugiego stopnia. Czasem instalacje kruszenia s samojezdne i wtedy umieszcza si je w kamienioomie.

Przemys cementowo-wapienniczy

68

Rozdzia 2

Rozkad ziarnowy musi by zgodny z wymaganiami pieca. Oglnie rzecz biorc, potrzebne jest dokadne odsianie kamienia dla uzyskania rozkadu wymiarw w stosunku 2 do 1 lub, co najwyej, 3 do 1. Czasem stosowane jest przemywanie dla usunicia naturalnych zanieczyszcze, takich jak krzemionka, glina i bardzo drobne czstki wapienia. Przemywanie wspomaga proces wypalania przez pozostawienie wolnych przestrzeni midzy kawakami wapienia dla cyrkulacji powietrza spalania, zatem redukuje ilo powietrza nadmiarowego i zmniejsza zuycie energii elektrycznej. Opracowano specjalne metody ukadania wapienia dla jego lepszego oczyszczania. Odsiane kawaki wapienia skaduje si w bunkrach i na odkrytych pryzmach. Drobne ziarna zwykle przechowuje si w zamknitych bunkrach. Tylko w niektrych instalacjach (na przykad, gdy tlenek wapnia wystpuje w formie osadu lub placka filtracyjnego), konieczne jest suszenie wsadu. Suszenie zwykle odbywa si z wykorzystaniem ciepa nadmiarowego z gazw piecowych. 2.2.3 Paliwa, skadowanie i przygotowanie

Przy wypalaniu wapna paliwo dostarcza energii niezbdnej do kalcynacji wapna. Oddziauje te na proces, za produkty spalania reaguj z wapnem palonym. W piecach wapienniczych stosuje si wiele rnych rodzajw paliwa. W UE najbardziej powszechny jest gaz ziemny, jednak wgiel, koks i oleje s te szeroko stosowane. Tabela 2.6 przedstawia rodzaje paliw stosowanych do wypalania wapna. Wikszo piecw moe pracowa z wicej ni jednym rodzajem paliwa, jednak w pewnych piecach nie mona stosowa niektrych paliw. Paliwa wyranie wpywaj na zuycie ciepa, wydajno i jako produktu. Niektre paliwa wymagaj specjalnej wykadziny ogniotrwaej pieca. Rodzaj paliwa Stae Szeroko stosowane Wgiel kamienny Koks Olej ciki (mazut) Gaz ziemny Czasem stosowane Antracyt Wgiel brunatny Koks ponaftowy Olej redni Butan / propan Gaz generatorowy Rzadko stosowane Torf upek naftowy Olej lekki Gaz miejski

Cieke Gazowe Niekonwencjonalne

Drewno/trociny Biomasa, odpadowe Stare opony, papier, paliwa cieke i stae plastik, itd.

Tabela 2.6: Paliwa stosowane przy wypalaniu wapna [EuLA]

Przemys cementowo-wapienniczy

69

Rozdzia 2

Wybr paliwa (paliw) w procesie wypalania wapna jest wany z nastpujcych powodw: a) koszt paliwa na ton wapna moe stanowi 40 do 50% kosztw produkcji b) niewaciwe paliwo moe przyczyni si do znacznego zwikszenia kosztw eksploatacji, oraz c) paliwo moe wpywa na jako wapna, zwaszcza na poziom resztkowego CO2, reaktywno i zawartoci siarki. Poza tym, wybr paliwa moe mie wpyw na poziomy emisji dwutlenku wgla, tlenku wgla, dymu, pyu, dwutlenku siarki i tlenkw azotu, czyli wszystkich substancji majcych wpyw na rodowisko. Paliwo powinno by przygotowane zgodnie z wymogami ukadu wtrysku, ktry moe by bezporedni lub poredni. W przypadku paliw staych dotyczy to dostawy czstek odpowiednich rozmiarw dla zainstalowanego systemu podawania. W przypadku paliw ciekych i gazowych naley utrzymywa odpowiednie cinienie i (jeli wymagane) temperatur. 2.2.4 Kalcynacja wapienia

Typowy proces wypalania wapna wymaga: 1. dostarczania odpowiedniej iloci ciepa w temperaturze powyej 800C dla podgrzania wapienia i spowodowania jego dekarbonizacji, oraz 2. utrzymywania wapna palonego przez odpowiedni czas w wystarczajco wysokiej temperaturze (zwykle w zakresie 1200oC do 1300C) dla uzyskania odpowiedniej reaktywnoci. Na przestrzeni wiekw na caym wiecie stosowano wiele rozmaitych technologii i typw piecw. Chocia sprzeda piecw w ostatnich latach zostaa zdominowana przez stosunkowo niewielk liczb konstrukcji, dostpne s liczne wersje, ktre s szczeglnie odpowiednie dla specyficznych zastosowa. Przy wyborze technologii wypalania naley bra te pod uwag waciwoci kamienia, takie jak wytrzymao przed i po wypaleniu, tworzenie pyu i jako produktu. Wielu producentw wapna eksploatuje dwa lub wicej typw piecw, stosujc wsad o rnych rozmiarach kamienia i produkujc rne gatunki wapna. Gwne cechy niektrych typw piecw wapienniczych zostay zebrane w tabeli 2.7.

Przemys cementowo-wapienniczy

70

Rozdzia 2

Typ pieca Szybowy Wsad mieszany Dwuskony Wielokomorowy Piercieniowy Wspprdowo-regeneracyjny (standard) Wspprdowo-regeneracyjny (drobny wsad) Inne szybowe centralny palnik zewntrzne komory palnik wizkowy wewntrzny uk Obrotowy Dugi Wymiennik ciepa Inne piece Wdrowny ruszt Top shaped Zoe fluidalne Prekalcynator Obrotowe paleniskoa b

Paliwaa

Zakres wydajnoci Zakres rozmiarw (tona na dob) kamienia wsadu (mm) 60 200 10 160 40 225 80 600 100 600 100 300 40 80 40 120 50 800 15 - 250 160 1500 150 - 1500 80 130 30 100 30 150 300 1500 100 - 300 20 200 20 100 20 150 10 250 25 200 10 30 40 150 80 350 20 175 25 - 120 Py 60 0 60b 15 45 5 40 02 02 10 - 40

S G, C, S G, C, S G, C, S G, C, S G, S G, S G, C G, C, S G, C, S G, C, S G, C, S G, C, S G, C, S G, C G, C G, C, S

C=cieky, G=gazowy, S=stay wymiennik cyklonowy 0-2 mm, szybowy podgrzewacz 10-60 mm, rusztowy podgrzewacz 10-50 mm. Tabela 2.7: Charakterystyka niektrych typw piecw wapienniczych [EuLA], [UK Report, 1996 raport Zjednoczonego Krlestwa WB i IP, 1996] Po kryzysie naftowym w 1972 roku zaczto naciska na producentw wapna w kwestii wymiany istniejcych piecw, zwaszcza z powodu: a) zmiennych i okresowo wysokich cen paliw b) ostrej konkurencji (wynikajcej z wolnej mocy przerobowej), ktra wymusia obnienie rynkowych cen wapna c) preferencji dla wapna palonego o ustalonej jakoci i o wysokiej reaktywnoci, z nisk zawartoci CaCO3 i siarki, oraz d) zaostrzajcych si standardw ochrony rodowiska zarwno dla stanowisk pracy jak i emisji do atmosfery. Wymian ciepa w procesie wypalania wapna mona podzieli na trzy etapy: a) Strefa podgrzewania wstpnego. Wapie jest podgrzewany od temperatury otoczenia do ponad 800C przez bezporedni kontakt z gazami opuszczajcymi stref kalcynacji (czyli z produktami spalania, nadmiarem powietrza i CO2 z kalcynacji) b) Strefa kalcynacji. Paliwo spala si w powietrzu wstpnie podgrzanym w strefie chodzenia i (w zalenoci od typu) w dodatkowym powietrzu spalania podawanym razem z paliwem. Powstaje temperatura powyej 900C, w ktrej wapie ulega dysocjacji na wapno palone i dwutlenek wgla.

Przemys cementowo-wapienniczy

71

Rozdzia 2

c) Strefa chodzenia. Wapno palone wychodzce ze strefy kalcynacji w temperaturze 900C jest chodzone przez bezporedni kontakt z powietrzem chodzcym, czci lub caym powietrzem wspomagajcym spalania, ktre w ten sposb si wstpnie podgrzewa. Strefy procesu zilustrowano na rysunek 2.4 dla pieca z szybem pionowym

1. Gazy odlotowe 2. Pojemnik wsadu i paliwa 3. Gardziel 4. Strefa podgrzewania 5. Strefa kalcynacji 6. Strefa chodzenia 7. Wymurwka

Rysunek 2.4: Piec szybowy pionowy [VDI Draft Guidelines 2583, 1984]. Wikszo piecw obecnie stosowanych opiera si na konstrukcji typu szybowego lub obrotowego. Istnieje niewiele konstrukcji opartych na innych zasadach. Projekty wszystkich typw oparte s na koncepcji trzech stref. Piece szybowe zwykle posiadaj stref podgrzewania, za niektre inne piece wapiennicze, mianowicie obrotowe i ze zoem fluidalnym, pracuj obecnie w poczeniu z oddzielnym podgrzewaczem wstpnym. Stosowane s dwa gwne typy podgrzewaczy: pionowy szyb i wdrowny ruszt. Wikszo ukadw piecowych cechuje przeciwprdowy przepyw materiau i gazw, ktry ma zwizek z iloci emitowanych zanieczyszcze. 2.2.4.1 Piece szybowe Rysunek 2.4 przedstawia schemat technologiczny pieca szybowego. Gwnym problemem dla tradycyjnych piecw szybowych jest uzyskanie jednolitego rozkadu ciepa i przesuwu wsadu wzdu szybu. Paliwo wprowadzane przy cianie zazwyczaj nie przenika w gb materiau dalej ni na 1 m. Ogranicza to szeroko (lub rednic) pieca do 2 m. Jednolite rozkady ciepa mona osign w wikszych szybach poprzez:Przemys cementowo-wapienniczy 72

Rozdzia 2

stosowanie techniki mieszanego wsadu, stosowanie centralnych palnikw lub lanc, wtrysk paliwa przez dysze, ktre penetruj na gboko 1 m do pieca, wtrysk paliwa pod sklepieniami, lub wdmuchiwanie powietrza lub recyrkulacyjnego gazu piecowego ponad paliwem.

Oglnie piece szybowe maj stosunkowo niskie zuycie ciepa z powodu efektywnej wymiany ciepa pomidzy gazami i upakowanym zoem. Jednak zatrzymuj wikszo siarki paliwowej, tak wic, aby uzyska produkt o niskiej zawartoci siarki, wymagane jest paliwo o maym jej udziale. W starszych typach piecw czsto wytwarza si wapno palone o niskiej do sabej reaktywnoci i stosunkowo wysokiej zawartoci CaCO3. Nowoczesne piece s tak skonstruowane, aby mona byo produkowa wysoko reaktywne wapno o niskim poziomie CaCO3. Przed szczegowym opisem rozwiza dla piecw szybowych pionowych, naley omwi trzy wane cechy wsplne dla wszystkich konstrukcji, mianowicie: zaadunek, wyadunek oraz spalanie. Zaadunek surowca Jednopunktowy zaadunek kawakowego surowca, zwaszcza do piecw szybowych, moe sprawia problemy z prowadzeniem pieca. Wiksze kawaki czsto staczaj si ze stokowej sterty w kierunku cian, podczas gdy mniejsze frakcje skupiaj si wzdu osi pieca. W rezultacie nastpuje stopniowanie oporw przepywu gazw piecowych od znacznego oporu wok osi pieca do coraz niszego oporu w kierunku cian. Powoduje to znacznie mniejszy przepyw gazw przez rodkow cz pieca i dlatego cz wsadu pozostanie niedopalona. Opracowano wiele rozwiza, aby zagodzi ten efekt i zminimalizowa asymetri metody zaadunku. W ukadzie ze staym talerzem i stokiem, usytuowanie stoka i talerza zgarniajcego w stosunku do rynny zsypowej i do siebie nawzajem moe by regulowane, dajc bardziej lub mniej jednolity profil w przekroju pieca. Nieuchronna jest koncentracja drobniejszych kawakw po bokach rynny zsypowej, jednak ma to niewielki wpyw na prac pieca. Obrotowy lej rozadowczy z ukadem dzwonowym jest bardziej skomplikowany i zapewnia zarwno bardziej jednolity profil, jak i lepszy rozkad drobnych kawakw w formie piercienia w przekroju pieca. Dla piecw z mieszanym wsadem wane jest, aby paliwo byo jednolicie rozprowadzone w przekroju pieca. Dlatego stosuje si obrotowy lej rozadowczy i ukad dzwonowy, w ktrym dzwon moe by wyposaony w podcigi i zazwyczaj skada si z czterech wiartek, z ktrych jedna odchyla cz wsadu w stron rodka pieca, druga dalej od rodka, za trzecia i czwarta wiartka odchylaj wsad stopniowo coraz dalej od osi pieca. Po kadym zaadunku lej i fartuch obracaj si o cz obrotu, dziki czemu uzyskuje si rwnomierny rozkad materiau. Wyadunek wapna W wikszoci przypadkw system wyadunku okrela prdko przesuwu wsadu przez piec. System wyadunku powinien zapewnia jednolity ruch wsadu. Proste ukady, stosujce pojedynczy punkt ucigu i stokowy talerz dziaaj poprawnie, dopki adunek przesuwa si swobodnie. Jeeli jednak w czci pieca pojawia si problem klejenia si materiau lub zrastajcych si kawakw wapna zawieszajcych si midzy pyt a cian strefy chodzenia, wapno atwiej uciga si z czci pieca o swobodnym przepywie, co prowadzi do dalszego przegrzewania w obszarze, gdzie jest problem z transportem.

Przemys cementowo-wapienniczy

73

Rozdzia 2

Lepszy system stosuje cztery punkty odbioru bez centralnego talerza. Jeeli materia ma tendencj w jakiej czci pieca do klejenia si, wybieracz(e) z tej czci moe/mog pracowa z wiksz prdkoci ni pozostae, aby pomc przywrci swobodny wypyw. Podobnie, jeeli jeden z wybieraczy zablokuje si, mona podj odpowiednie dziaania. Wielopunktowy rozadunek wspomaga take diagnozowanie problemw wystpujcych w piecu. Poprzez uruchamianie kadego punktu po kolei, mona analizowa oddzielnie wapno z rnych czci by sprawdzi, czy jest ono w poszczeglnych punktach niedopalone lub przepalone. W uyciu znajduj si take bardziej zautomatyzowane mechanizmy wyadunku wapna: a) wiartki z napdem hydraulicznym, b) mimorodowy obrotowy talerz, oraz c) obrotowy spiralny stoek ze stopniami i pochyleniem zaprojektowanym tak, by uciga wapno rwnomiernie na przekroju szybu. Ta konstrukcja jest stosowana w niektrych piecach z mieszanym wsadem. Spalanie We wszystkich procesach spalania okrelony jest optymalny stosunek iloci powietrza do paliwa, zapewniajcy najwiksz efektywno spalania. Stosunek niszy od optimum powoduje niezupene spalanie i zwiksza poziom tlenku wgla, podczas gdy stosunek wyszy powoduje rozcieczanie produktw spalania i wychadzanie przez dodatkow ilo powietrza. Spalanie w zou upakowanym w pionowych piecach wapienniczych jest szczeglnie problematyczne, poniewa mieszanie zgazyfikowanego paliwa z powietrzem jest w takich warunkach trudniejsze. Z punktu widzenia efektywnoci spalania paliwo i powietrze powinny by, w idealnym ukadzie, rwnomiernie rozoone w caym przekroju szybu. Jednake, niezalenie od ukadu opalania, stosunek powietrze-paliwo ulega wahaniom. Istnieje wiele metod obniania temperatury w strefie kalcynacji. Stosowanie oglnego niedoboru powietrza jest skuteczne, jednak zwiksza zuycie paliwa i moe spowodowa emisj ciemnego dymu. W niektrych piecach wprowadza si recyrkulacj gazw piecowych w celu obnienia temperatury, zwaszcza w okolicy cian. W piecach szybowych krgowych i wspprdoworegeneracyjnych cz lub wszystkie gazy spalinowe przepywaj przez doln cz pieca w przeciwprdzie do wapna. Skutkuje to stosunkowo nisk temperatur w kocowym odcinku strefy kalcynacji. Piec szybowy z mieszanym wsadem Nowoczesne piece z mieszanym wsadem stosuj kawaki wapienia o maksymalnej wielkoci od 50 do 150 mm i o stosunku wymiarw okoo 2:1. Najszerzej stosowanym paliwem jest koks odporny na kruszenie o niskiej reaktywnoci i niskiej zawartoci popiou. Rozmiar koksu jest tylko nieznacznie mniejszy od kawakw kamienia, zatem koks porusza si raczej razem z wapieniem, ni przesypuje si szczelinami. Kamie i koks s adowane do pieca w taki sposb, aby zminimalizowa ich segregacj. Jako wapna palonego jest raczej umiarkowana, przy reaktywnoci znacznie niszej ni uzyskiwanej w piecach obrotowych przy tym samym poziomie CaCO3. Zatrzymanie siarki z paliwa jest znaczne.

Piec szybowy dwuskonyPrzemys cementowo-wapienniczy 74

Rozdzia 2

Piec szybowy dwuskony przedstawiony jest na rysunku 2.5. Jest on zasadniczo prostoktny w przekroju poprzecznym, jednak wewntrz zawiera dwa skone odcinki w strefie kalcynacji. Naprzeciw kadego skonego odcinka odsunite sklepienia tworz przestrzenie, w ktrych poprzez komory spalania spalane jest paliwo w podgrzanym powietrzu.

a) Grne palniki; b) Dolne palniki

Rysunek 2.5: Piec szybowy dwuskony. W oparciu o rysunek w [Ullmanns, 1990] Powietrze chodzce wlatuje od spodu pieca, gdzie jest podgrzewane, odcigane i wprowadzone ponownie do pieca poprzez komory spalania. Krta droga przejcia dla gazw i wsadu, powizana z dwustronnym opalaniem, zapewnia efektywny rozkad ciepa. Mona stosowa rne paliwa stae, cieke i gazowe, lecz naley je starannie dobiera dla uniknicia nadmiernego zarastania, spowodowanego obecnoci popiou paliwowego i siarczanu wapnia. Ten piec wytwarza reaktywny produkt o niskiej zawartoci wglanw. Piec szybowy wielokomorowy Ten typ pieca jest bardziej rozwinit konstrukcj pieca dwuskonego. Skada si on z 4 lub 6 naprzemiennie pochylonych odcinkw w strefie kalcynacji z pooonymi naprzeciwko kadego z nich sklepieniami. Sklepienia te speniaj tak sam funkcj jak w piecu dwuskonym. Powietrze chodzce jest podgrzewane w strefie chodzenia. Nastpnie jest odcigane, odpylane i ponownie wprowadzone do pieca poprzez komory spalania.

Przemys cementowo-wapienniczy

75

Rozdzia 2

Szczegln cech tego pieca jest to, e temperatura w dolnych komorach spalania moe by zmienna dla regulowania reaktywnoci wapna w szerokim zakresie. Piec ten moe by opalany paliwem staym, ciekym i gazowym (lub mieszanin). Piec szybowy piercieniowy Gwn cech pieca szybowego piercieniowego, rysunek 2.6 a, jest centralny cylinder ograniczajcy szeroko piercienia, ktry razem ze sklepieniami do dystrybucji gazw spalinowych zapewnia dobry rozkad ciepa. Centralna kolumna umoliwia take odciganie czci gazw spalinowych z dolnych palnikw w d szybu, by ponownie wprowadzi je do dolnej komory.

a) Piec szybowypiercieniowy

b) Piec wspprdowo-regeneracyjny

a) Grne palniki; b) Dolne palniki; a) Paliwo; b) Powietrze spalania; c) Pow. chodzce; c) Powietrze spalania grne; d) Lance; e) Kana poprzeczny; f) Szyb 1; g) Szyb 2 d) Powietrze spalania dolne; e) Gazy odlotowe

Rysunek 2.6: a) Piec szybowy piercieniowy; b) piec wspprdowo-regeneracyjny. W oparciu o rysunki w: [Ullmanns, 1990]. Ta recyrkulacja obnia temperatur na dolnych palnikach i zapewnia przebieg ostatniej fazy kalcynacji przy niskiej temperaturze. Pomaga to zapewni produkt o niskim poziomie CaCO3 iPrzemys cementowo-wapienniczy 76

Rozdzia 2

wysokiej reaktywnoci. Piec szybowy piercieniowy moe by opalany gazem, rop lub paliwem staym. Gazy odlotowe maj wysokie stenie CO2. Piec wspprdowo-regeneracyjny Piec wspprdowo-regeneracyjny (lub piec Maerza) jest przedstawiony na rysunku 2.6 b. Jego cech charakterystyczn jest to, e skada si z dwch poczonych ze sob cylindrycznych szybw. Niektre wczesne typy posiaday trzy szyby, inne miay szyby prostoktne, jednak zasady dziaania s te same. Partie wapienia zaadowywane s na przemian do kadego szybu i przesuwaj si w d przez podgrzewajc/regeneracyjn stref wymiany ciepa, obok lanc paliwowych i do strefy kalcynacji. Ze strefy kalcynacji przesuwaj si do strefy chodzenia. Praca pieca skada si z dwch rwnej dugoci okresw, ktre trwaj od 8 do 15 minut przy penej wydajnoci. W pierwszym okresie paliwo jest wtryskiwane przez lance w szybie 1 spalajc si w powietrzu spalania wdmuchiwanym w d szybu. Wytwarzane ciepo jest czciowo pochaniane przez kalcynacj wapienia w szybie 1. Od spodu kadego szybu wdmuchiwane jest powietrze dla chodzenia wapna. Powietrze chodzce z szybu 1 o temperaturze ok. 1050C przechodzi razem z gazami spalinowymi i dwutlenkiem wgla z procesu kalcynacji przez poprzeczny kana czcy do szybu 2. W szybie 2 gazy z szybu 1 mieszaj si z powietrzem chodzcym wdmuchiwanym od spodu szybu 2 i przechodz w gr. W ten sposb ogrzewaj one kamie w strefie podgrzewania w szybie 2. Gdyby tego typu dziaanie trwao duej, temperatura gazw odlotowych wzrosaby znacznie powyej 500C. Jednak po upywie okoo 8 do 15 minut dopyw paliwa i powietrza do szybu 1 jest zatrzymany i nastpuje odwrcenie cyklu. Po zaadunku wapienia do szybu 1, paliwo i powietrze s wprowadzane do szybu 2, za gazy odlotowe wylatuj z grnej czci szybu 1. Opisana powyej metoda dziaania opiera si na dwch gwnych zasadach: a) Zaadowana kamieniem strefa podgrzewania w kadym szybie dziaa jako regeneracyjny wymiennik ciepa, oprcz podgrzewania kamienia do temperatury kalcynacji. Nadmiar ciepa z gazw jest przekazywany do kamienia w szybie 2 w pierwszym etapie procesu. Nastpnie ciepo jest przekazywane z kamienia do powietrza spalania w drugim etapie. W efekcie, powietrze spalania jest wstpnie podgrzane do ok. 800C. b) Kalcynacja wapna palonego zostaje zakoczona na wysokoci kanau poprzecznego przy umiarkowanej temperaturze ok. 1100C. Preferuje to produkcj bardzo wysoko reaktywnego wapna palonego, ktre moe, jeli takie s wymagania, by wytwarzane z nisk zawartoci CaCO3. Poniewa piec jest zaprojektowany do pracy przy wysokim poziomie nadmiaru powietrza (powietrze chodzce nie jest potrzebne do spalania), poziom CO2 w gazach wylotowych jest niski okoo 20% objtociowo (gaz suchy). Piec moe by opalany gazem, rop lub paliwem staym (w przypadku paliw staych naley je starannie dobiera). Zmodyfikowana konstrukcja (piec dla drobnego wapna) moe przyjmowa kawaki wsadu wielkoci od 10 do 30 mm, jeeli wapie jest odpowiedniej jakoci. Inne piece szybowe

Przemys cementowo-wapienniczy

77

Rozdzia 2

Grupa ta zwiera kilka konstrukcji nie opisanych powyej. W tych rozwizaniach paliwo wprowadza si poprzez ciany pieca, spalanie nastpuje w strefie kalcynacji, a produkty spalania przesuwaj si ku grze w przeciwprdzie do wapna i kamienia wapiennego. W niektrych typach piecw paliwo jest czciowo spalane w zewntrznych generatorach gazu. W innych wprowadzane jest przez takie urzdzenia jak centralny palnik, boczny palnik lub wtryskiwane poniej wewntrznych sklepie. 2.2.4.2 Piece obrotowe Dugi piec obrotowy Tradycyjny/dugi piec obrotowy skada si z obrotowego walczaka (dugoci do 140 m) pochylonego pod ktem od 1 do 4 stopni do poziomu. Wapie dozowany jest do grnego koca, za paliwo razem z powietrzem do dolnego. Wapno palone przechodzi z pieca do chodnika wapna, gdzie jest wykorzystane do podgrzewania powietrza spalania. Stosuje si rne konstrukcje chodnikw, wczajc planetarne, zamontowane wok paszcza pieca, ruszty wdrowne i rne typy chodnikw szybowych przeciwprdowch. Wiele piecw ma wewntrzne elementy do odzysku ciepa z gazw piecowych i do wstpnego podgrzania wapienia. Posiadaj one: a) strefy acuchowe (w piecach zasilanych osadem wglanu wapnia) b) metalowe rozdzielacze i ogniotrwae rozety, ktre efektywnie dziel piec na mniejsze rury, c) podnoniki powodujce ruch kaskadowy kamienia poprzez gaz, i d) wewntrzne ogniotrwae zapory, ktre wyduaj czas przebywania wsadu. Budowa palnika jest wana dla efektywnej i niezawodnej pracy pieca. Pomie powinien mie okrelon dugo. Jeli jest zbyt krtki, powoduje podwyszenie temperatury i uszkodzenia wymurwki, jeli zbyt dugi, nie przekazuje dostatecznej iloci ciepa promieniowania w strefie kalcynacji, przez co ronie temperatura na wylocie pieca, a sprawno cieplna spada. Pomie nie powinien styka si z wymurwk. Piec obrotowy moe przyjmowa szeroki zakres rozmiarw kamienia, od 60 mm a do pyu. Ciekaw cech toczcego si w piecu zoa jest to, e wiksze kamienie przesuwaj si w kierunku na zewntrz zoa, podczas gdy mniejsze ziarna koncentruj si w jego centrum. W wyniku tego, wiksze kawaki s wystawione na dziaanie wyszej temperatury ni mniejsze, dziki czemu unika si nadmiernej kalcynacji drobnych frakcji. I rzeczywicie, czsto konieczne jest wprowadzenie mieszalnikw lub stopni w wymurwce w celu mieszania zoa tak, aby mniejsze frakcje zostay cakowicie skalcynowane. Z powodu atwoci, z jak regulowane s piece obrotowe, mog one wytwarza wapno o szerokim zakresie reaktywnoci i niszej zawartoci CaCO3, ni piece szybowe. Jednak zmienno reaktywnoci wydaje si by wysza ni w piecach szybowych. Stosunkowo sabe kamienie, takie jak zoa upkowe lub amliwy wapie, ktre nie nadaj si jako wsad do piecw szybowych, mog si sprawdzi jako odpowiednie dla piecw obrotowych. Piece obrotowe mog by opalane wieloma rodzajami paliw. Poniewa wymiana ciepa w strefie kalcynacji odbywa si gwnie przez promieniowanie, a emisyjno w podczerwieni wzrasta w ukadzie gaz ropa - paliwo stae, dobr paliwa moe mie znaczy wpyw za zuycie ciepa. Wartoci sigajce 9200 MJ/ton wapna palonego byy notowane w zwykych piecach opalanych gazem, podczas gdy podobne piece opalane wglem mog osiga zuycie ciepa 7500 MJ/ton wapna palonego. Zastosowanie wewntrznych elementw moe zredukowa zuycie ciepa do 6700 MJ/ton wapna palonego. Straty promieniowania i konwekcji z pieca obrotowego s stosunkowo due w porwnaniu z innymi typami piecw wapienniczych.Przemys cementowo-wapienniczy 78

Rozdzia 2

Cech piecw obrotowych jest tworzenie piercieni. S to nagromadzenia materiau na wymurwce w czci pieca majcej wystarczajc temperatur do tworzenia fazy pciekej. Takie piercienie mog formowa si z popiou w piecach opalanych wglem i z pozostaoci siarczanu wapnia. Alkalia (tlenki sodu i potasu), glina i wapno mog przyczyni si do tworzenia narostw, co moe by kopotliwe. W przypadku opalania wglem, drobny przemia paliwa moe znacznie zredukowa tempo narastania. Inn cech piecw obrotowych jest to, e siarka z paliwa oraz w mniejszym stopniu z wapienia, moe by wydalana z pieca z gazami piecowymi poprzez poczenie regulacji temperatury i zawartoci CO w strefie kalcynacji. Zatem mona produkowa wapno o niskiej zawartoci siarki z uyciem zasiarczonych paliw, jednak bez limitu dopuszczalnej zawartoci SO2 w gazach odlotowych. Piec obrotowy z podgrzewaczem Nowoczesne piece obrotowe s wyposaone w podgrzewacze (patrz rysunek 2.7.) i s generalnie znacznie krtsze ni zwyke piece obrotowe (np. od 40 do 90 m). Obnia si zuycie ciepa z powodu mniejszych strat promieniowania i konwekcji, jak rwnie zwikszenia odzysku ciepa z gazw odlotowych. Zatem, przy opalaniu wglem, zapotrzebowanie ciepa netto odnotowano na poziomie 5200 MJ/ton wapna palonego.

) P l ik b) P

i

l i

)P d

d) Pi

) Ch d ik

Rysunek 2.7: Piec obrotowy z podgrzewaczem [Ullmanns, 1990] Opracowano wiele typw podgrzewaczy, obejmujcych pionowe szyby i wdrowne ruszty. Podgrzewacz powinien by dobrany pod wzgldem granulacji i wasnoci kamienia wsadowego. Wikszo przyjmuje dolny wymiar 10 mm; niektre przyjmuj kawaki mniejszej wielkoci od 6 mm, cz za nie toleruje sabego lub amliwego kamienia. Poniewa eliminacja siarki jest trudniejsza w piecach z podgrzewaczami istnieje wiele sposobw, ktrymi mona to osign: a) stosujc oczyszczanie SO2 przez wyprowadzenie czci gazw piecowych obok podgrzewacza (kosztem zwikszenia zuycia ciepa),Przemys cementowo-wapienniczy 79

Rozdzia 2

b) prowadzc piec w warunkach redukcyjnych i dostarczajc dodatkowe powietrze na wlot pieca (dziaa tylko przy niektrych rozwizaniach podgrzewaczy), oraz c) dodajc odpowiednio drobny wapie do wsadu po to, aby zaabsorbowa SO2, a nastpnie albo zosta wyapany w odpylaczu gazw piecowych albo odsiany od wapna wychodzcego z chodnika. 2.2.4.3 Inne piece Opracowano wiele rnych konstrukcji piecw wapienniczych opartych na technologii stosowanej w nowoczesnych piecach cementowych. Jednym z czynnikw uatwiajcych rozwj nowych typw piecw jest to, e znaczne iloci wglanu wapna wystpuj w bardzo rozdrobnionej formie. Na przykad w przemyle cukrowniczym i papierniczym wytwarza si mieszank wglanu wapnia i zwizkw organicznych, ktre mog by skalcynowane i powtrnie uyte. Take wiele kamienioomw wapienia produkuje nadmiar drobnego kamienia, ktry zasadniczo mgby si nadawa do kalcynacji (cho jest on czsto zanieczyszczony glin). Piec z rusztem wdrownym Dla kamienia wapiennego o rozmiarach 15 do 45 mm opcj stanowi piec z wdrownym rusztem, inaczej CID (opracowany w Niemczech). Skada si on z prostoktnej szybowej strefy podgrzewania, z ktrej wapie przechodzi do strefy kalcynacji. W strefie kalcynacji wapie powoli spada kaskad przez pi drgajcych talerzy, naprzeciw ktrych znajduje si rzd palnikw. Wapno przechodzi do prostoktnej strefy chodzenia. Piec CID moe spala paliwa gazowe, cieke lub sproszkowane i wg dostpnych danych wytwarza rednio palone wapno z resztkow zawartoci CaCO3 poniej 2,3%. Cztery dotychczas zbudowane piece tego typu maj wydajnoci od 80 do 130 ton dziennie wapna palonego. Piec