V указания и руководящие принципы по категориям источников Категории источников в Части II приложения C
 Скачать 0.57 Mb.
|
|
4.2.3. Факторы, значимые при подборе отходов для сжигания в цементных печах Подбор отходов для сжигания в цементных печах является сложным процессом, на который воздействуют различные факторы, такие как режим эксплуатации печи, характер отходов, общее экологическое воздействие, требуемое качество клинкера и вероятность образования и выбросов химических веществ, перечисленных в Приложении С к Стокгольмской конвенции, а также иных выбросов в окружающую среду. Оператор должен разработать процедуру оценки и приемки различных видов топлива. На основе такой процедуры производится оценка воздействия того или иного топлива на уровень эмиссий, а также оценка возможной потребности в новом оборудовании или технологиях для предотвращения отрицательного воздействия на окружающую среду. Переменные, подлежащие учету при подборе видов топлива и сырья для сжигания в цементных печах, рассмотрены ниже (CSI 2005): 4.2.3.1. Эксплуатация печи • Содержание хлора, серы и щелочи: эти материалы могут скапливаться в системе печи, в результате чего может произойти их накопление, засорение печи и нестабильность работы; в результате избытка хлора или щелочи в печи или отводных трубах может формироваться пыль, которую необходимо удалять, рециркулировать или утилизировать надлежащим образом; • Содержание влаги: высокое содержание влаги может снизить производительность и эффективность системы печи; • Теплотворная способность (топлива): теплотворная способность является ключевым параметром для расчета энергии, получаемой в результате технологического процесса; • Содержание золы: содержание золы влияет на химический состав цемента, из-за чего может потребоваться корректировка состава поступающих сырьевых материалов; • Значимыми являются и такие дополнительные факторы, как перерабатывающая мощность и объем отходящих газов; • Стабильность эксплуатации (например, пики СО), а также состояние (жидкое, твердое) предварительная подготовка (измельчение, перемалывание) и однородность отходов. 4.2.3.2. Качество клинкера и цемента • Содержание фосфатов: оно влияет на время схватывания цемента; • Содержание хлора, серы и щелочи: эти компоненты влияют на общее качество продукции; • Таллий и хром: эти компоненты значимы для формирования пыли в цементной печи, а также для качества цемента; они также могут вызывать аллергические реакции у чувствительных к этим веществам людей. 4.2.3.3. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу помимо химических веществ, перечисленных в Приложении С • Высокое содержание серы в сырье и применяемом топливе и отходах: может привести к выбросам SO 2 ; • Контроль выбросов: при устройстве дополнительной отводной системы для щелочных материалов необходимо установить на этой системе надлежащие средства контроля выбросов в атмосферу, аналогичные тем, что устанавливаются на основной дымовой трубе; • Хлориды в сырье или топливе: могут вступать в реакцию со щелочами, также присутствующими в поступающем материале, с формированием твердых частичек вещества, состоящего из щелочных хлоридов, трудно поддающихся контролю; в некоторых случаях хлориды вступают в реакцию с аммиаком, присутствующем в подаваемом в печь известняке, в результате чего образуются заметные прослойки мелкодисперсного материала, состоящего в основном из хлористого аммония; Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г 16 Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов • Металлы в топливе или сырье: сырье и топливо всегда содержат металлы в различных концентрациях. Поведение этих металлов в процессе горения зависит от их летучести. Нелетучие металлические соединения остаются в рамках технологического процесса и выходят из печи частью цементно-клинкерной композиции. Полу-летучие металлические соединения частично переходят в газовую фазу при температурах агломерации и конденсируются на сырье в более холодных частях печной системы. Это создает циклический эффект внутри системы печи (внутренние циклы), который наращивается до уровня достижения и сохранения равновесия между материалами на входе и выходе посредством цементного клинкера. Летучие металлические соединения конденсируются на частичках сырья при более низких температурах и могут формировать внутренние или внешние циклы, если не будут выпущены с отходящими газами печи. Таллий и ртуть, а также их соединения, особенно быстро испаряются; несколько менее летучими являются кадмий, свинец, селен и их соединения. (European Commission 2001). • Концентрация металлов в пыли цементной печи зависит от поступающих материалов и рециркуляции в системе печи. В частности, использование угля и топлива из отходов может повысить уровень содержания металлов в технологическом процессе. Устройства пылеулавливания могут задержать только тяжелые металлы, связанные с твердыми частицами. Уровень улавливания газообразной фракции летучих металлов, таких как ртуть, весьма низок. Поэтому поступление таких компонентов в систему печи должно быть ограничено. Это необходимо принимать во внимание, когда совместному сжиганию подвергаются отходы, содержащие летучие тяжелые металлы, такие как ртуть, свинец или кадмий. При сжигании древесины, обработанной веществами, содержащими медь, хром, мышьяк и т.д., также необходима особая осторожность в отношении эффективности системы очистки дымовых газов. • Выбор видов топлива может также оказать влияние на выбросы парниковых газов. Например, замена ископаемых видов топлива биомассой приводит к снижению чистых выбросов CO 2 • Характер отходов может также повлиять на выбросы NO x , в зависимости от состава отходов и содержания в них влаги. 4.2.4. Анализ потоков загружаемого материала Операторы цементных печей должны разработать критерии по приемке сырья, включая отходы, и должны внедрить процедуру постоянного контроля, включающую следующие позиции: • Наименование и адрес поставщика, происхождение отходов, объем отходов, содержание влаги и золы, теплотворная способность, концентрация хлоридов, фторидов серы и тяжелых металлов; • Каждому поставщику материалов должно выставляться требование предоставлять, как изначально, так и через периодические интервалы впоследствии, представительные пробы поставляемого топлива, на основе которых будет произведена оценка этого топлива до его поставки оператору цементных печей; • Поставщик также должен предоставлять информацию с подробным указанием химических и физических свойств поставляемого топлива, с отдельным указанием факторов воздействия данного топлива на безопасность, здоровье человека и окружающую среду в ходе транспортировки, перевалки и применения; • Физические и химические параметры предоставляемых образцов должны подвергаться тестированию и проверке на соответствие нормативам. Необходимо внедрить четкую систему управления и регулирования качеством, включая периодический забор проб и анализ материалов, реально поставляемых на цементный завод, а также обеспечить контроль того, что уровни значимых загрязнителей находятся в пределах установленных нормативов. 4.2.5. Предварительная обработка и хранение отходов, используемых в качестве альтернативного топлива Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов 17 Условия хранения вторичных топлив зависят от вида материала. В общем случае внимание нужно обращать на сведение к минимуму выбросов загрязнителей и на технические и гигиенические требования. Первоначальное хранение: В соответствии с гигиеническими нормами и правилами, материалы с большим содержанием биологических веществ и высокой влажностью (до 40%) следует хранить в специальных контейнерах. Костную муку следует хранить в полностью замкнутых системах. Поставляется она в контейнерах, содержимое которых выгружается в хранилища с помощью пневматических или механических устройств. Жидкие вторичные топлива (отработанные масла и растворители) следует хранить в специальных емкостях, сконструированных так, чтобы не допускать утечек и взрывов. Следует разработать и претворить в жизнь специальные меры безопасности (с учетом, например, вероятности взрыва). Промежуточное хранение на заводах по кондиционированию топлив имеет целью проверку качества альтернативных топлив после их подготовки. Для такого хранения обычно используются контейнеры. Первоначальным хранением и подготовкой различных видов отходов для использования их в качестве топлива обычно занимаются поставщики отходов или специальные организации по их подготовке еще до поступления отходов на цементный завод. Такое централизованное решение выгодно оператору цементных печей, поскольку его основной задачей является производство клинкера для изготовления цемента. Однако, в соответствии с надлежащей практикой, такое топливо должно подвергаться проверке качества принимающей стороной. Это значит, что на цементном заводе предварительно рассортированные и обработанные отходы должны только храниться и смешиваться в надлежащих пропорциях для подачи в цементную печь. Поскольку поставки отходов, пригодных для использования в качестве топлива, обычно непостоянны, так как рынки материалов из отходов быстро развиваются, склады и заводы по подготовке отходов желательно с самого начала проектировать как универсальные (Karstensen 2006b). В 2003 году Совет Европы предпринял меры по стандартизации твердых регенерированных топлив на основе неопасных отходов. Перемешивание отходов с целью достижения соответствия определенным требованиям, приводящее, тем не менее, в результате к сокрытию экологического воздействия вследствие разведения концентраций загрязняющих веществ, не может считаться приемлемой практикой. 4.2.6. Эффективность разложения опасных веществ в отходах Совместное сжигание опасных отходов может производиться только при соблюдении определенных требований в отношении контроля поступающих отходов, контроля за технологическим процессом и контроля за выбросами. Одним из значимых в этом контексте технологических параметров является содержание кислорода в отходящих газах. Разрушение органических отходов требует не только высоких температур и длительного времени удержания, но также наличия достаточного количества кислорода, обеспечения надлежащей подачи в печь предназначенных для уничтожения органических веществ, а также надлежащего перемешивания этих веществ с кислородом. При использовании цементных печей в данных целях критически важными являются надлежащая конструкция и эксплуатация печи. Во многих цементных печах отходы сжигаются на коммерческой основе (т. е. принимаются для сжигания со стороны) и используются для замещения других топлив при производстве портланд- клинкера. Жидкие отходы обычно впрыскиваются с горячего конца печи, а твердые отходы на некоторых заводах вводятся в зону кальцинации. В случае длинных печей это значит, что они должны вводиться в средней части печи, а в печи с предварительным подогревателем или прекальцинатором твердые отходы вводятся обычно на полку питателя в горячей зоне печи. В случае опасных отходов необходимо обеспечить полное разложение токсичных веществ, в частности соединений галогенов. Отходы, подаваемые в главную топку, разлагаются в зоне первичного горения при температурах свыше 1800º С, а отходы подаваемые во вспомогательную топку, предварительный подогреватель или прекальцинатор, горят при более низких температурах, хотя ожидаемые температуры в зоне горения прекальцинатора превышают 1 000º С. Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г 18 Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов Летучие компоненты материалов, вводимых через верхний конец печи либо как кусковое топливо, могут испаряться, или подвергаться пиролизу, и выделяться через дымовую трубу несгоревшими, поскольку печь работает в режиме противотока. Порционные отходы, вводимые в средней части печи или в том конце, куда подается сырье, не подвергаются воздействию таких высоких температур, как жидкие отходы, подаваемые с горячего конца печи. В некоторых случаях летучие органические вещества могут выделяться из порции отходов так быстро, что они будут охлаждаться до температур ниже точки воспламенения раньше, чем успеют смешаться с кислородом и воспламениться. При этом будут образовываться продукты неполного сгорания. Датчики СО, устанавливаемые для контроля технологического процесса, могут обнаруживать неполное сгорание, что позволяет принять корригирующие меры. Опасные отходы, используемые в цементной промышленности в качестве топлива, состоят в основном из органических материалов, но могут содержать и следовые примеси металлов в различном объеме. Чтобы выяснить, способна ли цементная печь эффективно сжигать опасные отходы, необходимо определить судьбу органических соединений в ней. Проверки содержания органических веществ в выбросах цементных печей при сжигании в них опасных материалов проводятся с 1970-х годов, когда впервые была рассмотрена возможность сжигания опасных отходов в этих печах. Установлено, что эффективность разрушения и удаления таких соединений, как хлористый метилен, четыреххлористый углерод, трихлорбензол, трихлорэтан и полихлорбифенилы (ПХБ) достигает 99,995% и больше (Karstensen 2006b). Возможность использования цементных печей для сжигания отходов, содержащих ПХБ, исследовалась во многих странах. Ряд испытаний показал, что адекватно сконструированные и эксплуатируемые цементные печи эффективно разрушают и удаляют эти соединения. Законодательство ряда стран требует, чтобы эффективность разрушения ПХБ составляла не менее 99,999% (например, Закон о контроле токсичных веществ США, Федеральные нормативы Канады по обработке и разрушению мобильных ПХБ) при сжигании этих веществ, что можно использовать в качестве стандарта наилучших имеющихся методов в этой области. 5. Продукты на входе и выходе технологического процесса 5.1. Общие продукты процесса Основными экологическими проблемами, связанными с производством цемента, являются выбросы в атмосферу, потребление энергии и загрязнение грунтовых вод из-за перевалки и хранения пылевидных отходов цементных печей. Сточные воды обычно состоят только из поверхностного стока и охлаждающей воды, так что они не дают существенного вклада в загрязнение грунтовых вод. Продуктами основного процесса производства цемента являются: • Основной продукт: Клинкер, который размалывается и далее перемешивается с прочими ингредиентами для получения цемента. • Дымовые газы печи: Объем дымовых газов от всех типов цементных печей составляет от 1 700 до 2 500 м 3 /Mg (кубических метров на метрическую тонну клинкера при стандартных условиях: 101,3 кПа и 273 К, основа сухого газа). Для систем с подогревателями пульпы и прекальцинаторами объем дымовых газов составляет около 2 000 м 3 /Mg клинкера (сухой газ, 101,3 кПа, 273 К); • Пыль цементных печей (собираемая пылеулавливающим оборудованием): В США около 64% цементной пыли возвращается в цементные печи, а остальная часть, составляющая примерно 40 кг на тонну клинкера, отправляется на захоронение (WISE 2002; EPA 2000). Компания Holcim, один из крупнейших в мире производителей цемента, в 2001 г. продала или захоронила 29 кг цементной пыли на тонну произведенного клинкера (Web-сайт компании Holcim). • Непосредственный возврат пыли цементной печи обратно в печь обычно приводит к постепенному увеличению содержания щелочей в получаемой пыли, что может вызвать повреждение футеровки печи, снижение сортности цемента и увеличение выброса пыли в Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов 19 атмосферу (EPA 1998b), а также увеличению объемов цементной пыли, подлежащих удалению, а также выбросов в воздух вследствие перегрузки и удаления такой пыли (EPA 1998b). В Европе цементная пыль обычно возвращается в печь или добавляется к товарному цементу (Lohse and Wulf-Schnabel 1996). Накапливания щелочи в системе печи можно избежать путем удаления собранной печной пыли или использования щелочного байпаса. В печах, оборудованных подогревателями пульпы и прекальцинаторами, щелочной байпас иногда размещают в башне подогревателя, что позволяет удалить щелочи из системы печи; • Газ из щелочного байпаса: В некоторых установках, оборудованных щелочным байпасом, газы из него выпускаются в отдельную дымовую трубу, а в некоторых в общую. По данным Агентства охраны окружающей среды США, загрязнители в газах из щелочного байпаса подобны тем, которые выпускаются в основную дымовую трубу цементной печи, так что для тех и других требуется аналогичное оборудование очистки газов и мониторинга (EPA 1999). Для удаления щелочей обычно требуется направлять в байпас больше 10% потока газов (Sutou, Harada and Ueno 2001). Однако сообщалось и о случаях, когда в байпас направлялось 30% потока (Holsiepe, Shenk and Keefe 2001). 5.2. Потребление энергии Цементное производство является энергоемким, при этом затраты на потребляемую энергию составляют 30-40% от эксплуатационных расходов (т.е., исключая капитальные затраты). Цементный завод потребляет 3000-6500 MJ топлива на тонну производимого клинкера. Такое высокое энергопотребление характерно для всех типов цементных печей. Теоретически энергопотребление на процесс горения (включая химические реакции) составляет около 1700-1800 MJ на тонну клинкера. Реальное потребление топливной энергии для различных типов печей находится в следующем диапазоне (MJ на тонну клинкера) 3 : • 3000-3800 для многокамерных печей с сухим процессом, циклонным нагревателем многоэтапного циклонного подогревателя и прекальцинатором; • 3100-4200 для вращающихся печей с сухим процессом, оснащенных циклонными подогревателями; • 3300-4500 для полусухих/полумокрых процессов (печь системы Леполь); • до 5000 для длинных печей с сухим процессом; • 5000-6000 для длинных печей с мокрым процессом; • 3100- до > 6500 для шахтных печей и для специального цемента. Электропотребление составляет 90-130 кВт.ч на тонну цемента (European Commission 2001). Для оптимизации потребления энергии на существующих заводах можно перейти на сухой процесс с короткими печами и многоступенчатым предварительным подогревом и прекальцинацией. Как правило, сделать это можно только в рамках крупной реконструкции с целью увеличения производственной мощности. Потребление электроэнергии можно минимизировать путем установки систем управления мощностью и применения энергоэкономного оборудования, например валков высокого давления для измельчения клинкера и приводов изменяемой скорости для вентиляторов. Энергоэффективность обычно снижается при добавлении большинства выходных очистных устройств, поскольку их функционирование также связано с электропотреблением. Положительно сказываются на расходе энергии некоторые из рассмотренных ниже способов уменьшения выбросов, в частности оптимизация управления процессом. 3 Раздел CEMBUREAU в Cement & Lime BREF Revision Energy Efficiency; 15 мая 2006 Руководящие принципы по НИМ и указания по НВПД декабрь 2006 г 20 Раздел V B. Цементные печи для сжигания опасных отходов По текущим оценкам считается, что цементная промышленность может снизить энергопотребление на 0,5-2% в год путем замены старого либо устаревшего оборудования. Серьезная экономия энергопотребления возможна при замене старых «мокрых» технологических процессов предприятиями, основанными на новой, «сухой» технологии (CSI 2005). |