Сжигание топлива в обрабатывающей промышленности (стр. 32 )

Таблица 2.4 Доля в суммарных выбросах СОЗ и тяжелых металлов выбросов OSPARCOMHELCOM-UNECE (до 39 стран)

Источник	SNAP-код	Доля в суммарных выбросах (включая естественные выбросы)[%]
As	Cr	Cu	Pb	Cd	Hg	Ni	Zn	PCBs	PCDD/Fs	ПАУ
Цемент	040612	0,5	1,2	0	0,1	0,5	15	0,3	0,3	0	0,2	0

3 ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

3.1 Описание

«Стандартным» цементом считается портландцемент, который составляет около 50% всего потребления EU/EEA (European IPPC Bureau, 2000 г.). Сырьевыми материалами для клинкера портландцемента являются известняк, песок, сланец, глина и оксид железа. Прочими видами цемента являются композитный цемент и доменный цемент, который заменяет доменный шлак или другие материалы для части сырьевых материалов. В обоих случаях обработка, в большинстве своем, аналогична. Затем клинкер смешивается с гипсом для получения конечного цемента. Основными стадиями обработки являются:

·  Подача сырьевого материала, промежуточных продуктов и конечного продукта;

·  Размол топлива при использовании твердого топлива;

·  Подготовка загрузки печи;

·  Пирометаллургическая обработка в барабанной печи для формования клинкера;

·  Охлаждение клинкера;

·  Помол (измельчение и смешивание с гипсом).

В данной промышленности используются различные типы топлива. Печи для производства цемента очень энергоемки, и затраты на топливо оказывают огромное влияние на рентабельность производства. Традиционно использовались уголь, нефть и природный газ, но в течение последних 15 лет большинство заводов перешли на уголь. Однако в последние годы ряд предприятий перешел на системы, использующие уголь и отходы в качестве топлива (IPCC, 1995 г.).

3.2 Определения

Портландцемент Тип гидравлического цемента, обычно изготавливаемого посредством сжигания в обжиговой печи смеси известняка и глины

Обжиговая печь Печь для сжигания топлива и цементного клинкера

3.3  Технологии

Портландцемент можно производить посредством сухого или мокрого помола. При применении технологии мокрого помола клинкер сырого цемента сначала смешивается с водой, данная смесь обжигается в барабанной печи и в конечном итоге измельчается. При сухом помоле стадия смешивания с водой отсутствует. Сухой процесс требует меньшего расхода энергии, чем мокрый.

Сырьевые материалы сначала доставляются на производственный участок; некоторые, как правило, транспортируются из близлежащих карьеров или открытых разрезов. Затем материалы смешиваются, дробятся и размалываются для получения сырой смеси (сырьевой смеси) с частицами нужного размера и надлежащих химических свойств. Сырьевая смесь преобразуется в цементный клинкер посредством пирометаллургической обработки в барабанных печах, которые состоят из стальных цилиндрических оболочек с огнеупорной футеровкой, слегка наклоненных к горизонту и вращающихся при скорости 1-3 об/мин. Сырьевой материал подается в верхнем конце и постепенно движется к нижнему краю, где имеется горелка, обеспечивающая противоточный подогрев.

В большинстве цементных обжиговых печей в настоящее время применяется сухой процесс, при котором сырьевой материал подается в барабанную печь в сухом виде. Перед печью материал может подогреваться в вертикально направленном мультициклоном подогревателе, в котором восходящие горячие газы при выходе из печи соприкасаются с нисходящим потоком сырьевого материала. В некоторых сухих процессах имеет место также стадия предварительной кальцинации под подогревателем, как раз перед тем, как сырьевой материал подается в печь. Подогреватели и машины для предварительной кальцинации часто имеют щелочной перепускной канал (байпас) между загрузочной стороной барабанной печи и подогревателем для удаления нежелательных летучих соединений.

Применение мокрого процесса, при котором измельченная смесь смешивается с водой и подается в печь как шлам, в настоящее время менее распространен. Потребление энергии при влажном процессе на 40% превышает потребление энергии при сухом.

На последней стадии происходит охлаждение клинкера. При спускании в нижний край печи горячий клинкер резко охлаждается атмосферным воздухом в охладителе клинкера. Существует много различных конструкций охладителя; наиболее распространенным является движущаяся колосниковая решетка с нижними вентиляторами, прогоняющими холодный воздух через клинкер. Некоторая часть этого воздуха может использоваться для горения, а некоторая выпускается в атмосферу или применяется для сушки твердого топлива и сырьевого материала.

Затем охлажденный клинкер смешивается с гипсом и (для композитного цемента) прочими материалами, такими как топочный шлак, и размалывается до состояния однородной тонкомолотой пыли для получения конечного продукта, который затем хранится в силосе до бестарной транспортировки и упаковывания.

3.4 Выбросы

Источниками выделения пыли являются подача сырьевых материалов, транспортировка сырья, обжиг клинкера, измельчение и перевозка. Источниками самых значительных выбросов являются три операционных блока печи: система подачи, система сжигания топлива, а также система охлаждения и подачи клинкера. Наиболее желательный метод удаления накопленной пыли – это вдувание ее в зону сжигания печи и производство клинкеров из пыли. При очень высоком содержании щелочи в сырьевых материалах некоторая часть пыли отбрасывается и выщелачивается до возврата в печь. Во многих случаях максимально допустимое содержание щелочи в цементе на уровне 0,6% (рассчитанное как оксид натрия) ограничивает количество пыли, которую можно использовать повторно.

При производстве портландцемента выбросы в основном состоят из оксидов азота (NOx), диоксида серы (SO2), оксида углерода (СО) и диоксида углерода (СО2). В небольших количествах также выбрасываются: летучие органические соединения (НМЛОС, метан (СН4)), закись азота (N20) и аммиак (NH3) (см. также таблицу 8.1). Выбросы также могут включать остаточные материалы от топлива и сырья или продукты недожога, которые считаются вредными. Так как некоторые установки сжигают в печи отходы в качестве топлива, в частности, отработанные растворители, эти системы также могут выбрасывать небольшое количество вредных органических загрязняющих веществ (IPCC, 1995 г.).

Оксиды азота образуются путем окисления химически связанного азота в топливе при его сжигании и за счет термической фиксации азота в зоне горения. При увеличении температуры пламени количество NОx, образованного за счет нагрева, также увеличивается. Количество NОx, образованного из топлива, увеличивается с увеличением содержания азота в топливе. В процессе производства цемента NОx образуется в зоне горения обжиговой печи и в зоне горения предварительного обжига. Тип топлива влияет на количество и тип образованного NOx. Наблюдается заметное увеличение количества оксидов азота (в основном, окись азота), которые образуются при температуре более 14000С. Образование оксида азота также является результатом избытка воздуха (IPCC, 1995 г.; EPA, 1995 г.).

Диоксид серы образуется из соединений серы, содержащихся в сырье, и серы, содержащейся в топливе. В данной главе рассматриваются исключительно выбросы серы при сжигании топлива. Серосодержание как сырья, так и топлива, разнится в зависимости от предприятия и географического положения. Сера обычно присутствует в форме металлического сульфида и сульфатов. Количество присутствующей серы сильно варьирует в зависимости от природы используемого ископаемого. В процессе обжига выделяется диоксид серы.

Соединения серы являются обычными составляющими большинства видов топлива, и ее содержание может достигать 5 вес.-%. Сульфиды и органические соединения серы в сырье обычно окисляются до диоксида серы и проходят через зону горения обжиговой печи с технологическими газами. В практических целях, выбросы серы из обжиговых печей принимаются как выбросы диоксида серы, хотя, как правило, в этом случае образуется и триоксид серы. При образовании диоксида серы при температуре ниже температуры кальцинирования карбоната кальция его выбросы из обжиговой печи и системы предварительного нагрева будут значительными. Некоторое поглощение может происходить в осадителе или в мельнице для сырья. В большинстве случаев лишь небольшое количество диоксида серы, образованного в обжиговой печи, выбрасывается в атмосферу, так как в основном он включается в цементный клинкер в качестве химического соединения (IPPC, 1995 г.; EPA, 1995 г.).

Выбросы CO2 от производства портландцемента образуются на двух стадиях процесса. Как в большинстве высокотемпературных, энергоемких промышленных процессов, при сжигании топлива для создания технологической энергии выбрасываются значительные количества CO2. Значительные количества СО2 также образуются при обжиге известняка и других известковых материалов. Процесс обжига термически разлагает CaCO3 на CaO и CO2. Количество выбрасываемого СО2 в процессе обжига составляет около 500 кг на тонну произведенного портландцемента. Суммарные выбросы СО2 от пиропроцессов зависят от потребления энергии и составляют от 0,85 до 1,35 тонны CO2 на тонну клинкера. Диоксид углерода составляет, по меньшей мере, 20% газов сухого сжигания и образуется из углерода, содержащегося в топливе, и в процессе обжига карбоната кальция (IPCC, 1995 г.; EPA, 1995 г.).

Сжигание топлива на заводах по производству портландцемента дает небольшие выбросы разнообразных загрязняющих веществ. Если имеет место незавершение реакции горения, могут выбрасываться СО и летучие органические соединения (ЛОС). Недожог может также приводить к выбросам опасных органических веществ, загрязняющих воздух, хотя эти вещества выбрасываются, как правило, в значительно меньших количествах, чем СО или ЛОС (IPCC, 1995 г.).

Оксид углерода образуется при недожоге углеродосодержащего топлива, и даже при хорошем контроле сжигания в газах, образующихся при этом, будут содержаться небольшие количества оксида углерода. При операциях в почти стехиометрических условиях в обжиговой печи наблюдается локализированное образование оксида углерода (HMIP, 1992 г.).