V указания и руководящие принципы по категориям источников Категории источников в Части II приложения C
 Скачать 0.57 Mb.
|
|
2.1 Общие вопросы управления отходами (Раздел III.C (ii)) Общество может управлять отходами различными способами в зависимости от физических и химических свойств отходов и от той экономической, социальной и экологической ситуации, в которой эти отходы производятся. Некоторые из этих факторов описываются ниже. Конкретные решения всегда должны приниматься с учетом местных обстоятельств, таких как наличие предприятий по обработке отходов, рынков альтернативных материалов, а также инфраструктуры, необходимой для безопасного сбора, управления и транспортировки отходов (CSI 2005). Раздел III C (ii) настоящих руководящих принципов представляет иерархию принятия решений по управлению отходами. 2.2 Другие возможности обработки отходов Применение цементных печей для обработки отходов должно рассматриваться только как часть общего спектра возможностей по управлению отходами, которые приводятся на рисунке ниже в виде иерархической структуры. Сжигание отходов также является вариантом удаления отходов, и при рассмотрении вопроса о применении цементных печей в этих целях необходимо учитывать руководства по НИМ и НВПД для данной категории источников. 2.3 Базельские технические указания Технические указания, принятые в рамках Базельской конвенции, заслуживают особого внимания, поскольку представляют руководство по наилучшим имеющимся методам, применяемым к уничтожению или необратимому преобразованию стойких органических загрязнителей в отходах. 3. Процессы производства цемента В настоящем руководстве описание процесса производства цемента ограничивается различными технологиями вращающихся печей. Необходимо помнить, что в Китае большая часть цемента производится в вертикальных печах, потребляющих много энергии и имеющих плохие экологические показатели (H. Klee, World Business Council for Sustainable Development, personal communication 2004). Поэтому вертикальные печи не должны рассматриваться как один из вариантов наилучших имеющихся методов. 3.1 Общие принципы Химический процесс производства цемента начинается с разложения известняка (т. е. карбоната кальция, CaCO 3 ) при температуре около 900º С для получения окиси кальция, или жженой извести (CaO) с выделением углекислого газа (CO 2 ); этот процесс называют кальцинацией. Следующим этапом является процесс получения клинкера, в ходе которого CaO реагирует при высокой температуре (обычно 1400 - 1500º С) с кремнеземом, глиноземом и FeO, в результате чего 2 Данный справочный документ в настоящее время (2006) обновляется. Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов 9 образуются силикаты, алюминаты и ферриты кальция, которые и составляют портландцементный клинкер. В результате измельчения этого клинкера совместно с гипсом и другими добавками и получается цемент. На рисунке 1 приводится описание процессов и системные ограничения в производстве цемента. 3.2 Подготовка сырья Подготовка сырья чрезвычайно важна для процесса в печи, поскольку позволяет подготовить сырье нужного химического состава и требуемой степени измельчения. Для получения однородного химического состава сырья также важно точно отмерять компоненты в нужной пропорции. Эти подготовительные мероприятия важны для бесперебойной работы печи и получения высококачественного продукта. Подготовка твердого топлива (дробление, перемалывание и сушка) обычно проводится на производственной площадке. Сырье в надлежащих пропорциях перемалывается и смешивается для образования однородной массы с нужным химическим составом. Для сухих и полусухих процессов сырьевые компоненты перемалываются и высушиваются до состояния порошка, для чего используются, в основном, отходящие газы печи и/или воздух из охлаждающей установки. Для сырья с относительно высоким содержанием влаги может потребоваться вспомогательная печь для получения дополнительного тепла. Мокрое перемалывание используется только в мокрых или полумокрых процессах. Сырьевые компоненты перемалываются с добавлением воды до получения суспензии. Мокрый процесс обычно предпочтителен, когда содержание влаги в сырьевых компонентах превышает 20% от веса. (European Commission 2001) 3.3. Процессы во вращающейся печи Исходное сырье, известное под названиями сырьевой муки, исходной смеси, пульпы (в случае мокрого процесса) или печного сырья, нагревается в печи (обычно большой наклонной стальной вращающейся печи) в режиме противотока газов и твердых веществ, который обеспечивает более высокую эффективность теплообмена. Сырье подается в холодную верхнюю часть печи и в результате ее вращения и наклона постепенно перемещается к горячему нижнему концу. В этот конец подается для сжигания основное топливо (обычно угольный или нефтяной кокс). По мере продвижения сырья вдоль печи оно нагревается, высушивается и подвергается высокотемпературным превращениям, в результате которых и получается клинкер, состоящий из кусков переплавленного негорючего материала. Есть несколько методов введения топлива (как ископаемого, так и альтернативного) в печь. Подробно они описываются ниже в параграфе 4.1. Клинкер, выгружается из вращающейся печи, имея температуру около 1000º С, и падает на охлаждающее устройство, обычно представляющее собой движущуюся решетку, через которую продувается охлаждающий воздух. Различные технологические процессы пиропроцессного этапа производства цемента выполняют необходимые физические и химические преобразования. Они различаются конструкциями установок, методами работы и потреблением топлива. Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г 10 Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов Рис. 1. Описание процессов и системных ограничений в производстве цемента 3.3.1 Сухие процессы В сухих процессах исходное сырье измельчается и высушивается для получения сырьевой муки в виде «текучего» порошка. Эта сырьевая мука подается в печь предварительного нагрева, или предварительной кальцинации либо, реже, в длинную печь сухой кальцинации. Энергоэффективность печи выше, когда сырьевая мука подогревается перед поступлением в печь. 3.3.1.1. Сухой процесс с предварительным подогревом В этом процессе для повышения термического КПД применяются предварительные подогреватели сырьевой муки. Такой подогреватель представляет собой башню, в которой размещен ряд последовательных циклоноподобных сосудов. Мука подается в подогреватель сверху, а навстречу ей снизу подаются дымовые газы из цементной печи, которые и нагревают эту муку перед подачей ее в печь. От дымовых газов она отделяется в циклоне, из которого падает в следующую ступень. Поскольку мука подается в печь при более высокой температуре, чем при использовании обычных длинных печей сухой кальцинации, длина печи может быть уменьшена. В системах с предварительным подогревом часто требуется удалять такие нежелательные компоненты, как некоторые щелочные вещества. Для этого используются байпасные системы, размещаемые между башней подогревателя и входным концом печи. Если этого не сделать, щелочные компоненты могут накапливаться в печи, а удаление их осадка со стенок резервуара является трудной задачей и может потребовать остановки печи. Уменьшить эту проблему можно путем отвода части газа с большим содержанием щелочей. Если байпасный канал для них выведен в отдельную дымовую трубу, следует ожидать, что через нее будут выбрасываться в атмосферу те же загрязнители, что из цементной печи. 3.3.1.2 Сухой процесс с предварительным подогревом и прекальцинацией Этот процесс подобен сухому процессу с предварительным подогревом, но отличается добавлением вспомогательной системы для повышения температуры сырья до подачи его в печь (рис. 2). В нижней части башни предварительного подогрева установлена камера предварительной кальцинации. Основное преимущество использования этой предварительной кальцинации состоит в том, что она повышает производительность печи, поскольку в ней происходит только прокаливание клинкера. При этом уменьшение тепловой нагрузки на зону прокаливания ведет Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов 11 также к увеличению срока службы огнеупорной футеровки. Однако эта система может потребовать применения байпасной системы для удаления щелочей. И если газы из этой системы выпускаются через отдельную дымовую трубу, они могут нести и выбрасывать в атмосферу те же загрязнители, что и дымовые газы из печи. Рис 2. Вращающаяся печь с предварительным подогревателем пульпы и кальцинатором 3.3.2. Полусухой процесс В полусухом процессе сырьевая смесь брикетируется с 12…14% воды и подается в предварительный подогреватель с колосниковой решеткой, установленный перед печью, или в длинную печь с крестовинами, на которых брикеты подсушиваются и частично кальцинируются горячими дымовыми газами печи, а уже оттуда подаются во вращающуюся печь. 3.3.3. Полумокрый процесс В полумокром процессе сырьевые материалы (часто с высоким содержанием влаги) перемалываются в воде до образования пульпы, которая затем обезвоживается на фильтр-прессах. Осадок с этих прессов экструдируется с образованием брикетов, а те подаются либо в предварительный подогреватель с колосниковыми решетками, либо прямо в сушилку для получения сырьевой смеси. 3.3.4. Мокрый процесс В мокром процессе исходное сырье (часто с большим содержанием воды) размалывается в воде для получения пульпы, которую можно перекачивать насосами. Эта пульпа подается либо прямо в печь, либо в сушилку. Мокрый процесс – это самый старый процесс, применяемый в случае мокрого измельчения сырья. Он требует большего количества энергии, чем сухой процесс, поскольку энергия необходима для испарения воды из пульпы. Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г 12 Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов 3.4. Процессы перемалывания цемента Клинкер перемалывается с гипсом и другими добавками (обычно на шаровой мельнице) до получения конечного продукта – цемента. Далее цемент из цементной мельницы перемещается в крупноразмерные вертикальные бункеры в цехе отгрузки готовой продукции. Из бункеров хранения цемент извлекается при помощи разных устройств и подается в загрузочные блоки или непосредственно в транспортирующие машины. 3.5. Контроль выбросов Как правило, для улавливания частиц современные цементные печи оснащаются электростатическими осадителями или тканевыми фильтрами, либо и теми, и другими. В некоторых случаях перед подачей в эти устройства дымовые газы охлаждаются. Устройства контроля кислых газов на цементных печах обычно не используются, поскольку сырье для печей высоко щелочное и само в значительной степени поглощает кислые газы (Karstensen 2006b), хотя, если содержание серы в сырье велико, некоторые печи оснащаются мокрыми скрубберами. Методы сокращения NO x являются, в основном, сочетанием таких мер, как охлаждение пламени, конструкция печи, поэтапное сгорание или селективное некаталитическое восстановление путем впрыскивания аммиака. 4. Горение 4.1 Использование традиционного топлива Традиционно используемыми в цементных печах видами топлива являются ископаемые топлива, такие как уголь, лигнит, топочный мазут или природный газ. Эти виды топлива могут использоваться отдельно или в комбинации, в последнем случае необходимо обеспечить минимальное качество (с точки зрения теплотворной способности, содержания тяжелых металлов и серы). Некоторые ископаемые топлива (например, уголь) перемалываются в мельницах до использования в печи. Для бесперебойной работы печи, производства однородного клинкера и достижения полного сгорания необходимо учитывать некоторые важные критерии кондиционирования топлива. Окисление компонентов топлива происходит быстрее, если топливо хорошо перемешивается и его удельная поверхность больше. В случае жидкого топлива требуется тщательное смешивание с другими видами топлива, используемыми одновременно с жидким. Это требование не обязательно, если материал является однородным и единообразным. Цементный завод потребляет 3000 – 6500 MJ (не включая электричество и транспортировку) на тонну производимого клинкера, в зависимости от сырья и технологического процесса. Большинство цементных печей сегодня работают на угле и нефтяном коксе в качестве основного топлива и в меньшей степени используют природный газ и мазут. Кроме выделения энергии, некоторые виды топлива при прогорании оставляют золу, содержащую оксиды кремния и алюминия (а также иные микроэлементы). Эти компоненты соединяются с сырьевым материалом в печи, определяя структуру клинкера и входя составной частью в конечный продукт. Энергетические затраты обычно составляют 30-40% общих издержек производства. Ниже перечислены различные виды используемого в печах топлива в порядке их важности: • Угольная пыль и пыль нефтяного кокса • Тяжелое нефтяное топливо (мазут); • Природный газ Подавать топливо в печь можно через: • главную топку на выходном конце вращающейся печи, • питающий желоб промежуточной камеры на входном конце вращающейся печи (кусковое топливо), • вспомогательные топки в вертикальной трубе, Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов 13 • топки в прекальцинаторе, • питающий желоб прекальцинатора/предварительного подогревателя (кусковое топливо) • затвор в средней части длинной печи сухого или мокрого процесса (кусковое топливо) В зависимости от эксплуатационных условий – и однозначно в случае ненадлежащей эксплуатации установки – могут происходить значительные выбросы полихлорированных дибензо-п-диоксинов (ПХДД) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ). При надлежащей эксплуатации установки выбросы ПХДД/ПХДФ должны быть значительно ниже 0,1 нг TEQ/м3. 4.2 Сжигание отходов или опасных отходов При выборе отходов и материалов для сжигания должны учитываться такие дополнительные взаимосвязанные факторы, как: • влияние на выбросы CO 2 и потребление топлива; • влияние на стоимость топлива; • влияние на прочие выбросы, такие как NOx, SO 2 , твердые частицы, иные СОЗ, тяжелые металлы, СО, органические вещества; • влияние на добычу и карьерные работы; • стабильность работы печи (на которую влияют такие факторы, как теплота сгорания и содержание влаги); • влияние на качество продукции (например, ограничение содержания хлора в цементе до уровня < 0.1%). Требования к качеству продукции, в частности, ограничение содержания хлора в цементе до уровня ниже 0.1%, накладывают ограничения на параметры горения (растапливания), при этом также необходим мониторинг содержания хлора в поступающих материалах. 4.2.1. Примеры видов отходов и альтернативных видов топлива В ряде стран замена ископаемого топлива альтернативным стала широко распространенной практикой. В ряде стран отходы используются в качестве альтернативного топлива почти 30 лет и некоторые национальные правительства активно продвигают такой подход, при условии соблюдения жестких нормативов в отношении контроля загружаемых отходов, технологических процессов и выбросов. Однако в других странах законодательство и заинтересованные стороны рассматривают этот подход с тех же позиций, что и сжигание. В тех странах, где данная практика является устоявшейся, обращается особое внимание на то, какие материалы наиболее пригодны для использования в цементных печах (CSI 2005). Такие материалы включают: • изношенные шины; • мясо, костная мука, животный жир; • пластики; • импрегнированные опилки; • древесина, бумага, картон, упаковка; • осадок сточных вод (отходы бумажного производства, стоки); • сельскохозяйственные и органические отходы; • сланец, горючий сланец; • угольная пульпа; • остатки дистилляции; • тонкодисперсные фракции угля или кокса/анодов/химических коксов; Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г 14 Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов • отработанные масла, вода с содержанием масел;; • отработанные растворители. Важно контролировать параметры отходов (теплотворную способность, содержание влаги, содержание золы, содержание хлора, содержание тяжелых металлов). 4.2.2. Список отходов, не пригодных для сжигания в цементных печах Совместное сжигание должно применяться только, если выполняются не какие-либо отдельные, но все наличествующие условия и требования экологических, социально экономических, операционных критериев, а также критериев охраны здоровья и безопасности. Соответственно, не все виды отходов пригодны для совместного сжигания. Ниже приводится список отходов, не рекомендуемых для совместного сжигания в цементных печах: • Ядерные отходы; • Отходы электронной аппаратуры; • Взрывчатые вещества; • Неорганические кислоты; • Отходы, содержащие асбест; • Отходы, содержащие высокие концентрации цианида; • Инфицированные медицинские отходы; • Химическое или биологическое оружие; • Целостные аккумуляторы; • Несортированные бытовые отходы или иные отходы неизвестного состава. Отходы электронной аппаратуры состоят из компьютеров и компьютерных аксессуаров, электронной аппаратуры развлекательного назначения, электронных средств связи, электронных игрушек, а также электронных кухонных приборов или медицинской аппаратуры. В среднем, отходы электронной аппаратуры состоят, с одной стороны, из материалов, вредных для здоровья и окружающей среды, таких как Cl, Br, P, Cd, Ni, Hg, ПХБ и бромированные огнезащитные материалы, причем содержатся они в высоких концентрациях, зачастую превышающих предельные пороговые величины. С дугой стороны, отходы электронной аппаратуры имеют высокое содержание редких драгоценных металлов, которые настоятельно рекомендуется рекуперировать. Совместное сжигание пластиковых частей отходов электронной аппаратуры могло бы быть интересной возможностью, но это требует предварительного демонтажа и сортировки таких отходов (по материалам Holcim, 2006). Вышеозначенный список не является исчерпывающим. В общем, отходы с низкой теплотворной способностью и очень высоким содержанием тяжелых металлов не подходят для сжигания в цементной печи. Твердые бытовые отходы не должны подвергаться совместному сжиганию в цементных печах вследствие их непредсказуемого состава и параметров. Кроме того, отдельные компании, с учетом местных условий, могут расширить список исключений, добавив в него дополнительные позиции. Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г |