SPALANIE ODPADÓW W PIECACH CEMENTOWYCH

Stosuje się tu piece obrotowe – piece cementowe, wapiennicze, hutnicze i szklarskie. Za szczególnie przydatne do tych celów uznano obrotowe piece cementowe – procesy współspalania

Proces wypały klinkiery cementowego

Klinkier powstaje przez prażenie do spalenia mieszaniny skały wapiennej i gliny w temperaturze ok. 1400 °C. Po wysuszeniu i utracie związanej wody zaczynają zachodzić reakcje między wapieniem i składnikami gliny, rozkład wapnia i tworzenie się klinkieru w strefie spiekania, w której powstają najwyższe temperatury.

Po zmieleniu klinkieru z dodatkiem gipsu otrzymuje się cement portlandzki. Zależnie od sposobu przygotowania surowców rozróżnia się metodę mokrą i metodę suchą wytwarzania cementu.

Obecnie stosowane piece obrotowe do wypału klinkieru cementowego mają 100-200 m długości przy średnicy dochodzącej do 4m. Wydajność pieców osiąga wartość do 500t/d

Przemysł cementowy jest bardzo energochłonny nie dziwi, więc fakt poszukiwania alternatywnych form energii dla ograniczenia zużycia węgla ( paliwa podstawowego).

Powstał nowy przemysł, którego zdaniem jest odpowiednie przygotowanie, czyli przeprowadzenie obróbki wstępnej odpadów- suszenie, mieszanie lub rozdrabnianie, homogenizacja – tak, aby materiał nadawał się do prawidłowego procesu wypalania klinkieru.

Paliwa alternatywne dostępne na polskim rynku można podzielić na:

- stałe impregnowane

-stałe rozdrobnione

-płynne

-zużyte opony samochodowe ( stałe i rozdrobnione)

Stałe impregnowane paliwo to paliwo wytworzone z ciekłych odpadów palnych, zmieszanych z zagęszczaczami typu trociny, tytoń, pył celulozowy, papier (kaloryczność ok. 20 MJ/kg)

Paliwo stałe rozdrobnione wytwarzane jest z rozdrobnionych mieszanek odpadów stałych takich jak tkaniny, papier, odpady gumowe, tworzywa sztuczne (kaloryczność ok. 15MJ/kg)

Paliwo płynne wytwarzane jest przez homogenizację ciekłych odpadów palnych przepracowanych olejów frakcji opałowych, rozpuszczalników i farb – pozyskiwane jest z petrochemii z zakładów przetwarzających ropę naftową (kaloryczność około 25 MJ/kg)

Paliwo w postaci zużytych opon samochodowych, stałych i ropopochodnych) charakteryzuje się kalorycznością około 32 MJ/kg.

Jedyne ograniczenie – zbyt duża zawartość chloru

Proces unieszkodliwiania odpadów w piecach cementowych przebiega następująco:

• ­Do pieca cementowego obok paliwa konwencjonalnego podawane są odpady, jako paliwo pomocnicze. Paliwem podstawowym może być węgiel, koks, oleje opałowe. Jako paliwo pomocnicze stosuje się przede wszystkim odpady ciekłe do węgla i koksu można dodawać odpady stałe.

• Odpady ciekłe (paliwo pomocnicze) podawane do pieca dyszą umieszczoną w bezpośrednim sąsiedztwie dyszy paliwa podstawowego. Odpady stałe wprowadzane są do pieca razem z pyłem węglowym. Mogą być rozdrabniane razem z węglem w młynach węglowych.

• Gazy spalinowe zostają oczyszczone poprzez kontakt ze strumieniem silnie alkalicznych surowców. W reakcji chemicznej z tlenkiem wapnia zostaje związany chlorowodór i inne chlorowcopochodne.

• Pyły cementowe są oddzielane od spalin na elektrofiltrach lub filtrach workowych (redukcja NO_x) związki metali mogę kondensować na powierzchni pyłów do atmosfery; na powierzchni pyłów cementowych kondensują chlorki metali alkalicznych związki ołowiu- występują w odpadach bądź w surowcu i innych metali, których tlenki są lotne w temperaturze spalania

• Ilość paliwa z odpadów wprowadzonego do pieca cementowego wraz z paliwem konwencjonalnym jest ograniczona. Ustala się ją w zależności od zawartości w nim pierwiastków, których obecność ma istotny wpływ na przebieg procesu i jakość produktu. Najczęściej jest to chlor w związkach organicznych. Przyjmuje się, że jego ilość nie powinna przekraczać 0, 6% wagowych klinkieru. Paliwo odpadowe może stanowić do 30 % paliwa konwencjonalnego.

ZALETY STOSOWANIA:

• silnie alkaliczne środowisko wnętrza zapewniające związanie chlorowodorów powstających w procesie spalania tlenków siarki

• uzyskanie wysokiej temperatury spalania nawet do 1800 °C i długi czas przebywania spalin w palenisku ok. 10 s oraz silnie zasadowego charakteru wypalanych surowców

• uzyskanie wysokiego stopnia oczyszczania spalin

• całkowite wyeliminowanie pozostałości po spaleniu, które zostają wbudowane w klinkier cementowy

• znaczna bezwładność cieplna, wyklucza szybkie zmiany temperatury

• mało skomplikowane oczyszczanie gazów odlotowych

• zastąpienie części paliwa odpadami

• praktycznie niezauważalny wpływ powstających zanieczyszczeń

Jakie odpady mogą być stosowane:

• zużyte rozpuszczalniki organiczne w tym … chlorowcopochodne z przemysłu obróbki metali, produkcji farb i lakierów

• odpady przemysłu petrochemicznego, rafineryjnego

• pozostałości podestylacyjne i produkty uboczne z przemysłu chemicznego, farmaceutycznego, fermentacyjnego, odpady zużytych chemikaliów i przeterminowane produkty chemiczne i farmaceutyczne i podobne

• azbest

• zużyte oleje i smary maszynowe, także oleje hydrauliczne, chłodziwa itp.

• freony- piece cementowe są jedynymi z nielicznych instalacji do bezpiecznego unieszkodliwiania freonów; powstający w procesie spalania fluorowodór tworzy w reakcji z tlenkami wapnia fluorek wapniowy, związek trudno rozpuszczalny w wodzie, który przechodzi do masy cementowej i zostaje w niej trwale związany

• odpady stałe palne lub zawierające składniki palne- tworzywa sztuczne, gumę, kauczuk np. opony, odpady z wytwarzania aluminium (stanowiące mieszankę węgla i tlenków glinu)

Przemysł cementowy został zobligowany do monitorowania stężeń takich zanieczyszczeń powietrza jak NO_x, CO, HCl, HF, SO₂, pył całkowity (ciągły pomiar) oraz dioksyny, furany, metale ciężkie

( przynajmniej 2 razy na rok)

W celu oceny stopnia wbudowania metali ciężkich w strukturę klinkieru wykonuje się badania wymywalności szkodliwych substancji z cementu oraz betonów wykonywanych na bazie takiego cementu. Badanie wymywalności pokazuje wysoki stopień immobilności metali ciężkich (powyżej 95%).

TERMICZNE POZOSTAŁOŚCI PO SPALENIU (zawierające metale ciężkie)

• z uwagi na wysoką temperaturę żużla pierwszym etapem obróbki jest chłodzenie. Zwykle żużel wpada z paleniska do wanny chłodzącej

• w dalszej kolejności żużel jest transportowany do zasobni (przenośniki metalowe)

• Następnie z żużla wydzielane są metale żelazne, po czym następuje przesiewanie na układzie sit ( sortowanie według uziarnienia)

• frakcja najdrobniejsza jest zwykle usuwana wraz popiołami lotnymi z oczyszczania gazów spalinowych na składowisko

• frakcje grube mogą być wykorzystywane w budownictwie drogowym

Jedną z metod przeróbki żużla jest jego spiekanie