Об утверждении справочника по наилучшим доступным техникам "Производство цемента и извести"

Новый

Постановление Правительства Республики Казахстан от 24 октября 2023 года № 941

      В соответствии с пунктом 6 статьи 113 Экологического кодекса Республики Казахстан Правительство Республики Казахстан ПОСТАНОВЛЯЕТ:

      Утвердить прилагаемый справочник по наилучшим доступным техникам "Производство цемента и извести".

      2. Настоящее постановление вводится в действие со дня его подписания.

      Премьер-Министр
Республики Казахстан
А. Смаилов

  Утвержден
постановлением Правительства
Республики Казахстан
от 24 октября 2023 года № 941

Справочник
по наилучшим доступным техникам
"Производство цемента и извести"

Оглавление

      Оглавление

      Список схем/рисунков

      Список таблиц

      Глоссарий

      Предисловие

      Область применения

      Принципы применения

      1. Общая информация

      1.1. Производство цемента и извести

      1.1.1. Структура и технологический уровень отраслей производства цемента и извести

      1.1.2. Объекты по видам технологического процесса

      1.1.3. Объекты по сроку эксплуатации

      1.1.4. Объекты по географической принадлежности

      1.1.5. Объекты по производственным мощностям

      1.1.6. Объекты по видам выпускаемой продукции

      1.1.7. Сырьевая база Казахстана

      1.1.8. Технико-экономические характеристики

      1.1.9. Использование энергоресурсов

      1.1.9.1. Тепловая энергия

      1.1.9.2. Электроэнергия

      1.2. Основные экологические проблемы

      1.2.1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух

      1.2.2. Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты

      1.2.3. Образование и управление отходами производства

      1.2.4. Шум и вибрация

      1.2.5. Запах

      1.2.6. Ведение комплексного подхода к защите окружающей среды. Общие принципы

      2. Методология определения наилучших доступных техник

      2.1. Детерминация, принципы подбора

      2.2. Критерии отнесения техник к наилучшей доступной технике

      3. Применяемые процессы: технологические, технические решения, используемые в настоящее время

      3.1. Производство цемента

      3.1.1. Способы производства цементного клинкера

      3.1.2. Добыча сырьевых материалов

      3.1.3. Хранение, подготовка и помол сырьевых материалов

      3.1.4. Усреднительные склады сырья и топлива

      3.1.5. Измельчение сырьевых материалов

      3.1.6. Усреднение и корректировка

      3.1.7. Подготовка и сжигание твердого топлива

      3.1.8. Обжиг клинкера

      3.1.9. Охлаждение клинкера

      3.1.10. Клинкерные склады

      3.1.11. Помол цемента с добавками

      3.2. Производство извести

      3.3. Данные о выбросах в атмосферу от цементных печей в Казахстане

      4. Общие наилучшие доступные техники для предотвращения и/или сокращения эмиссий и потребления ресурсов

      4.1. Техники для предотвращения выбросов в атмосферный воздух

      4.1.1. Введение

      4.1.2. Техники предотвращения и / или уменьшения выбросов пыли

      4.1.2.1. Выбросы пыли на цементных заводах

      4.1.2.2. Выбросы пыли от известковых заводов

      4.1.3. Методы предотвращения и/ или сокращения неорганизованных выбросов пыли

      4.1.4. Техники предотвращения и/или сокращения выбросов SOх

      4.1.4.1. Выбросы SOх на цементных заводах

      4.1.4.2. Выбросы SOх при производстве извести

      4.1.5. Техники предотвращения и/или сокращения выбросов NOх

      4.1.5.1. Соединения и образование NOx

      4.1.5.2. Методы снижения выбросов NOx

      4.1.5.2.1. Охлаждение пламени

      4.1.5.2.2. Горелки с низким выделением NOx

      4.1.5.2.3. Постадийное сжигание топлива

      4.1.5.2.4. Печи со сжиганием топлива в середине печи

      4.1.5.2.5. Использование минерализаторов при обжиге клинкера

      4.1.5.2.6. Селективное некаталитическое восстановление (SNCR) 4.1.5.2.7. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота (SCR)

      4.1.6. Оптимизация работы печи и параметров, влияющих на образование и выбросы NOx, SO2 и CO, в зависимости от процессов в печи (мокрый, длинные сухие печи, сухой с циклонными теплообменниками/ декарбонизатором)

      4.1.7. Техники предотвращения и/или уменьшения выбросов металлов

      4.1.8. Техники предотвращения и/или сокращения выбросов СО и несгоревших углеводородов в цементных печах - предотвращение выбросов CO

      4.1.8.1. Выбросы СО

      4.1.8.2. Выбросы ООУ (ЛОС)

      4.1.8.3. Проскок СО

      4.1.9. Методы предотвращения и / или сокращения выбросов CO и несгоревших углеводородов (ООУ) в печи для обжига извести

      4.1.9.1. Выбросы СО

      4.1.9.2. Выбросы ООУ

      4.1.9.3. Отключение электрофильтров

      4.1.10. Выбросы CO2 от печей для обжига клинкера и извести

      4.1.10.1. Клинкерные печи

      4.1.10.2. Печи для обжига извести

      4.2. Работы, связанные с пылью: техники хранения и складирования опасных и сыпучих материалов

      4.3. Потребление воды и методы сокращения сбросов в наземные и водные объекты/ потоки

      4.3.1. Водопотребление при производстве цемента

      4.3.2. Водопотребление при производстве извести

      4.4. Техники контроля загрязнения земли/почвы и управления отходами

      4.4.1. Методы управления отходами на объектах цементной промышленности

      4.4.2. Техники контроля загрязнения почвенного покрова

      4.5. Техники управления и снижения уровня шумового воздействия

      4.5.1. Снижение уровня шумового воздействия при производстве цемента

      4.5.2. Снижение уровня шумового воздействия при производстве извести

      4.6. Техники снижения уровня запаха

      4.7. Система экологического менеджмента

      4.7.1. Контроль качества сырья и топлива, параметры контроля для разных типов топлива

      4.7.2. Производственный экологический контроль

      4.7.2.1. Производственный контроль в области охраны атмосферного воздуха

      4.7.2.2. Производственный контроль в области охраны и использования водных ресурсов

      4.7.2.3. Производственный контроль в области обращения с отходами

      4.7.2.4. Непрерывный производственный контроль

      4.8. Снижение потребления энергии (энергетическая эффективность)

      4.8.1. Снижение потребления энергии (энергетическая эффективность) при производстве цемента

      4.8.1.1. Снижение потребления тепловой энергии

      4.8.1.2. Снижение потребления электрической энергии

      4.8.2. Снижение потребления энергии при производстве извести

      4.8.2.1. Снижение потребления тепловой энергии

      4.8.2.2. Снижение потребления электрической энергии

      4.9. Использование отходов

      4.9.1. Общие аспекты

      4.9.2. Использование отходов в качестве сырьевых материалов

      4.9.3. Использование отходов в качестве топлива

      4.9.3.1. Виды отходов, которые могут быть использованы в качестве топлива

      4.9.3.2. Твердые отходы, которые могут быть использованы в качестве топлива

      4.9.3.3. Жидкие отходы, которые могут быть использованы в качестве топлива

      4.9.3.4. Требования по качеству отходов и входной контроль

      4.9.3.5. Концентрация металлов в отходах

      4.9.3.6. Складирование и транспортировка отходов

      5. Техники, которые рассматриваются при выборе наилучших доступных техник

      5.1. Техники, которые рассматриваются при выборе НДТ, производстве цемента

      5.1.1. Потребление электроэнергии путем применения отдельно или совместно следующих технических решений:

      5.1.2. Снижение/минимизация расхода тепла путем применения объединенных технических решений

      5.1.3. Использование отходов в качестве альтернативного топлива и / или в качестве альтернативного сырья при производстве цемента

      5.1.4. Экологический менеджмент

      5.1.5. Мониторинг

      5.1.6. Шум

      5.1.7. Оптимизация управления производственным процессом

      5.1.8. Технические решения по операциям, связанным с пылевыделением (неорганизованные источники выбросов пыли)

      5.1.9. Электрофильтры

      5.1.10. Рукавные фильтры

      5.1.11. Гибридные фильтры

      5.1.12. Охлаждение зоны горения (пламени) для снижения выбросов NOx

      5.1.13. Горелки с низким образованием NOx

      5.1.14. Сжигание топлива в средней части печи для снижения выбросов NOx

      5.1.15. Добавление минерализаторов для улучшения спекаемости сырьевой смеси (минерализация клинкера для снижения выбросов NOx)

      5.1.16. Оптимизация процесса обжига для снижения выбросов NOx

      5.1.17. Постадийное сжигание топлива

      5.1.18. Селективное некаталитическое восстановление оксидов азота (SNCR)

      5.1.19. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота (SCR)

      5.1.20. Добавление сорбента

      5.1.21. Мокрый скруббер

      5.1.22. Снижение выбросов оксида углерода и проскоков СО

      5.1.23. Выбросы органических углеводородов

      5.1.24. Производственные потери / отходы

      5.2. Техники, которые рассматриваются при выборе НДТ, производстве извести

      5.2.1. Оптимизация процесса управления

      5.2.2. Снижение расхода электроэнергии на обжиг при производстве извести

      5.2.3. Снижение расхода тепла на обжиг при производстве извести

      5.2.4. Использование отходов в качестве альтернативного топлива при производстве извести

      5.2.5. Техники по операциям, связанным с пылевыделением

      5.2.6. Снижение выбросов пыли при хранении сыпучих материалов и штабелей

      5.2.7. Электрофильтры

      5.2.8. Рукавные фильтры

      5.2.9. Влажное пылеудаление

      5.2.10. Центробежные сепараторы/циклоны

      5.2.11. Оптимизация технологического процесса

      5.2.12. Ступенчатая подача воздуха

      5.2.13. Горелки с низким образованием NOx

      5.2.14. Селективное некаталитическое восстановление оксидов азота (SNCR)

      5.2.15. Снижение выбросов SO2

      5.2.16. Снижение выбросов СО и проскоки

      6. Заключение, содержащее выводы по наилучшим доступным техникам

      6.1. Общие заключения по НДТ

      6.1.1. Система экологического менеджмента

      6.1.2. Шум

      6.2. Заключения по НДТ для цементной промышленности

      6.2.1. Общие основные техники

      6.2.2. Мониторинг

      6.2.3. Потребление энергии и выбор техники

      6.2.3.1. Выбор техники

      6.2.3.2. Тепловая энергия

      6.2.4. Использование отходов

      6.2.4.1. Контроль качества отходов

      6.2.4.2. Загрузка отходов в обжиговую печь

      6.2.4.3. Меры безопасности при использовании опасных отходов

      6.2.5. Выбросы пыли

      6.2.5.1. Неорганизованные выбросы пыли

      6.2.5.2. Организованные выбросы при операциях с образованием пыли

      6.2.5.3. Выбросы пыли при обжиге

      6.2.5.4. Выбросы пыли в процессах охлаждения и помола

      6.2.6. Газообразные выбросы

      6.2.6.1. Выбросы NOx

      6.2.6.2. Выбросы SO2

      6.2.6.3. Выбросы СО и проскоки СО

      6.2.6.3.1. Снижение проскоков СО

      6.2.6.3.2. Выбросы органических углеводородов (ООУ/ЛОС)

      6.2.6.4. Выбросы полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов (ПХДД и ПХДФ)

      6.2.6.5. Выбросы металлов

      6.2.6.6. Снижение выбросов газообразных хлоридов и фторидов HCl и HF

      6.2.7. Технологические потери/отходы

      6.3. Заключения по НДТ для производства извести

      6.3.1. Основные технические решения

      6.3.2. Мониторинг

      6.3.3. Потребление энергии

      6.3.4. Расход известняка

      6.3.5. Выбор топлива

      6.3.5.1. Использование топливных отходов

      6.3.5.1.1. Контроль качества отходов

      6.3.5.1.2. Загрузка отходов в печь

      6.3.5.2. Техника безопасности при утилизации опасных отходов

      6.3.6. Выбросы пыли

      6.3.6.1. Неорганизованные выбросы пыли

      6.3.6.2. Организованные выбросы при операциях с образованием пыли, кроме процессов обжига в печи

      6.3.6.3. Выбросы пыли при процессах обжига в печи

      6.3.7. Газообразные соединения

      6.3.7.1. Основные технические решения для снижения выбросов газообразных соединений

      6.3.7.2. Выбросы NOx

      6.3.7.3. Выбросы SOx

      6.3.7.4. Выбросы СО, проскоки СО

      6.3.7.4.1. Выбросы СО

      6.3.7.4.2. Снижение проскоков СО

      6.3.7.5. Выбросы органических углеводородов

      6.3.8. Производственные потери/отходы

      7. Перспективные техники

      7.1. Перспективные техники производства цемента

      7.2. Перспективные техники в известковой промышленности

      7.2.1. Обжиг в кипящем слое

      7.2.2. Обжиг во взвешенном состоянии/ подогреватель во взвешенном состоянии

      7.2.3. Дожигание дымовых газов шахтных пересыпных печей

      8. Дополнительные комментарии и рекомендации

      Библиография

Список схем/рисунков

Рисунок 1.1

Экспорт – импорт цемента в Казахстан за 8 месяцев 2020 г.

Рисунок 1.2

Карта расположения цементных заводов Республики Казахстан

Рисунок 1.3

Структура измельченного гранулированного доменного шлака (а) и золы уноса каменного угля (б)

Рисунок 1.4

Схема производства цемента по энерго- и ресурсосберегающей технологии с использованием отходов угледобычи, тефритобазальта и свинцового шлака

Рисунок 1.5

Список стран по производству цемента

Рисунок 1.6

Структура мощностей на мировом цементном рынке в 2016 г., млн. т по данным аналитиков Ernst&Young

Рисунок 1.7

Потребление цемента в странах ЕАЭС

Рисунок 1.8

Экспорт цемента по странам ЕАЭС

Рисунок 1.9

Импорт цемента по странам ЕАЭС

Рисунок 1.10

Производство цементного клинкера и цемента в Республике Казахстан

Рисунок 1.11

График удельных показателей потребления тепла при обжиге клинкера

Рисунок 1.12

График удельных показателей потребления тепла

Рисунок 2.1

Этапы оценки экономической эффективности внедрения и эксплуатации техники

Рисунок 3.1

Технологическая схема мокрого способа

Рисунок 3.2

Печь сухого способа производства с циклонными теплообменниками и декарбонизатором

Рисунок 3.3

Затраты материала и выброс отходящих газов в окружающую среду при мокром и сухом способах производств на тонну клинкера

Рисунок 3.4

Материальный баланс печи сухого способа

Рисунок 3.5

Добыча известняка на карьере

Рисунок 3.6

Бурение скважин на карьере известняка ТОО "Жамбыл Цемент"

Рисунок 3.7

Ленточный транспортер длиной 2800 м для доставки известняка и глинистого сланца с карьера в ТОО "Жамбыл Цемент"

Рисунок 3.8

Погрузка известняка ковшевым погрузчиком и экскаватором

Рисунок 3.9

Схемы дробилок различного типа

Рисунок 3.10

Щековая дробилка СМД – 60А

Рисунок 3.11

Молотковая однороторная дробилка СМД- 98А

Рисунок 3.12

Первичное усреднение компонентов

Рисунок 3.13

Круглый усреднительный склад, установленный в АО "Шымкент цемент"

Рисунок 3.14

Тарельчато-валковая мельница

Рисунок 3.15

Мельница Loesche для тонкого помола сырья

Рисунок 3.16

Мощность привода и производительность сырьевых мельниц Loesche

Рисунок 3.17

Система измельчения фирмы Полизиус

Рисунок 3.18

Двухроторная ударно-отражательная дробилка-сушилка фирмы "Хацемаг"

Рисунок 3.19

Схема трубной мельницы с проходным сепаратором

Рисунок 3.20

Болтушки для размучивания мягких пород

Рисунок 3.21

Схема управления процессом помола шлама в шаровой мельнице

Рисунок 3.22

Общий вид вертикального шламбассейна

Рисунок 3.23

Порционный способ корректирования шлама

Рисунок 3.24

Общий вид горизонтального шламбассейна

Рисунок 3.25

Степень усреднения сырья на различных технологических переделах

Рисунок 3.26

Силос сырьевой муки

Рисунок 3.27

Принцип усреднения сырьевой муки в силосе

Рисунок 3.28

Принцип работы газовой горелки Pyro-Jet фирмы KHD

Рисунок 3.29

Горелка Руrо-Jet для сжигания смеси угля и мазута

Рисунок 3.30

Вращающаяся печь мокрого способа производства

Рисунок 3.31

Схема печи мокрого способа производства

Рисунок 3.32

Печь с циклонным теплообменником

Рисунок 3.33

Параметры газового и материального потока в печной системе с циклонными теплообменниками

Рисунок 3.34

Современная печь с декарбонизатором

Рисунок 3.35

Схема печного агрегата с циклонным теплообменником и декарбонизатором типа PYROCLON-R

Рисунок 3.36

Схема колосникового двухступенчатого переталкивающего холодильника типа "Волга"

Рисунок 3.37

Принципиальная схема холодильника PYROFLOOR

Рисунок 3.38

SF холодильник с поперечиной

Рисунок 3.39

Круглые, без центральной опоры клинкерные склады

Рисунок 3.40

Бетонные цилиндрические склады клинкера

Рисунок 3.41

Трубная мельница

Рисунок 3.42

Расход электроэнергии по отдельным агрегатам при замкнутой схеме помола цемента

Рисунок 3.43

Принцип работы пресс-валкового измельчителя

Рисунок 3.44

Автоцементовоз и вагон-хоппер для транспортировки цемента

Рисунок 3.45

Технологическая схема производства строительной извести

Рисунок 3.46

Завод по производству строительной извести

Рисунок 3.47

Технологическая схема производства крупнокусковой, мелкокусковой строительной извести и известняковой муки

Рисунок 3.48

Разделение шахтной печи на зоны (а) и изменение температурного режима (б)

Рисунок 3.49

Шахтные известеобжигательные печи

Рисунок 3.50

Подогреватель известняка фирмы "Полигон" (Германия)

Рисунок 3.51

Выбросы пыли на цементных заводах РК: предприятия мокрого (а) и сухого (б) способов производства

Рисунок 3.52

Выбросы оксидов азота NOx на цементных заводах РК: предприятия мокрого (а) и сухого (б) способов производства

Рисунок 3.53

Выбросы оксида серы SO2 на цементных заводах РК: предприятия мокрого (а) и сухого (б) способов производства

Рисунок 4.1

Влияние температуры на улетучивание / улавливание серы по [52]

Рисунок 4.2

Циркуляция сульфатов в печной системе по [52]

Рисунок 4.3

Снижение выбросов SO2 – преимущества и недостатки методов мокрого скруббера и добавление абсорбента по [52]

Рисунок 4.4

Образование NOx при высокой температуре (зона горения с температурой >1200 °C) с атмосферным N2, O и OH по [52]

Рисунок 4.5

Образование топливных NOx и термических NOx в печах сухого способа производства с циклонным теплообменником и декарбонизатором по [52]

Рисунок 4.6

Применение различных технических решений по снижению выбросов оксидов азота [53]

Рисунок 4.7

Принцип селективного некаталитического восстановления (SNCR) по [2]

Рисунок 4.8

Эффективность снижения при использовании мочевины и аммиака

Рисунок 4.9

Оптимизация расхода мочевины/аммиака при использовании SNCR

Рисунок 4.10

Методы SCR с низким (а) и высоким (б) содержанием пыли

Рисунок 4.11

Оптимизация работы печи и параметров, влияющих на образование и выбросы NOx, SO2 и CO

Рисунок 4.12

Основные потоки воды на цементно-известковом заводах

Рисунок 4.13

Схема выработки электрической энергии

Рисунок 4.14

Структура потребления энергии на цементном предприятии

Рисунок 4.15

График экономии энергии при использовании системы управления мощностью вентилятора

Рисунок 4.16

Рациональные схемы применения минеральных отходов при различных способах производства клинкера

Рисунок 4.17

Технологическая линия получения портландцементного клинкера со специальным реактором для сжигания различных отходов

Рисунок 4.18

Альтернативные материалы, применяемые на заводе комбинированного способа в Lägerdorf (Германия)

Рисунок 4.19

Рациональный способ подачи отходов при сухом и мокром способах производства

Рисунок 4.20

Эффективность применения минеральных и горючих техногенных материалов

Рисунок 4.21

Система с вихревой камерой PYROTOP, обеспечивающая полное сгорание отходов, применяемых в качестве топлива

Рисунок 4.22

Виды отходов, которые могут быть использованы в качестве альтернативного топлива по [2]

Рисунок 7.1

Печь кипящего слоя

Рисунок 7.2

Печь кипящего слоя

Рисунок 7.3

Пример технологической схемы обработки дымовых газов

Список таблиц

Таблица 1.1

Объемы производства цемента в Республике Казахстан за 2016 – 2020 гг.

Таблица 1.2

Экспорт цемента из Казахстана в 2020 году

Таблица 1.3

Отгрузка потребителям цемента и извести, производство клинкера в 2020 г. по регионам Республики Казахстан

Таблица 1.4

Отгрузка потребителям извести в 2016 - 2020 г.

Таблица 1.5

Объемы производства извести по областям Республики Казахстан в 2020 г.

Таблица 1.6

Объекты по видам технологического процесса, сроку эксплуатации, производственным мощностям

Таблица 1.7

Объекты по производству цемента по производственным мощностям

Таблица 1.8

Объекты по производству цемента по видам выпускаемой продукции

Таблица 1.9

Ассортимент выпускаемой продукции по объектам

Таблица 1.10

Химический состав природного сырья

Таблица 1.11

Предельные значения содержания вредных и нежелательных оксидов в сырьевой шихте и клинкере

Таблица 1.12

Среднее содержание металлов в различных типах глин и известняков

Таблица 1.13

Ориентировочное содержание различных металлов в отходах

Таблица 1.14

Природные сырьевые материалы и техногенные продукты, используемые на заводах Казахстана для получения клинкера и цемента

Таблица 1.15

Объемы образованных неопасных отходов за 2017 - 2019 гг. по Республике Казахстан (тыс. т)

Таблица 1.16

Состав доменного гранулированного шлака

Таблица 1.17

Усредненный химический состав доменных, электротермофосфорных и сталеплавильных шлаков

Таблица 1.18

Выход и использование отходов в России

Таблица 1.19

Химический состав альтернативного сырья и отходов промышленности, пригодных для получения клинкера и цемента

Таблица 1.20

Требования к карбонатным породам для производства извести

Таблица 1.21

Влияние состава и концентрации примесей на наименование извести

Таблица 1.22

Данные по удельному показателю теплопотребления при производстве клинкера

Таблица 1.23

Удельное потребление электроэнергии предприятиями Казахстана

Таблица 1.24

Текущие концентрации загрязняющих веществ на предприятиях отрасли

Таблица 3.1

Показатели мокрого и сухого способов производства цемента

Таблица 3.2

Технические характеристики вращающихся печей мокрого способа Республики Казахстан

Таблица 3.3

Технические характеристики шахтных печей ТОО "Sas-Tobe Technologies"

Таблица 4.1

Обзор технических решений для контроля выбросов пыли в цементном производстве

Таблица 4.2

Обзор технических решений для контроля выбросов пыли на известковых заводах

Таблица 4.3

Технические решения для снижения выбросов NOx, применяемые при производстве цемента

Таблица 4.4

Факторы, влияющие на выбросы СО2 из известеобжигательных печей различного типа

Таблица 4.5

Рекомендации по организации регулярного мониторинга и измерения параметров и выбросов

Таблица 4.6

Контролируемые показатели и методики выполнения измерений для промышленных выбросов и воздуха рабочей зоны

Таблица 4.7

Удельные расходы топлива и тепла на обжиг клинкера для печей различного размера и способов производства

Таблица 4.8

Методы снижения расхода тепла на обжиг клинкера при сухом способе производства

Таблица 4.9

Методы снижения расхода тепла на обжиг клинкера при мокром способе производства

Таблица 4.10

Стоимость частотного регулятора без учета проектных и монтажных работ для двигателей различной мощности

Таблица 4.11

Эффективность использования многовалковой дробилки для клинкера

Таблица 4.12

Удельный расход теплоты и условного топлива для получения извести

Таблица 4.13

Основные методы снижения потребления топливных ресурсов при производстве извести

Таблица 4.14

Удельный расход электроэнергии на производство 1 т извести печами разного типа (конструкции)

Таблица 4.15

Список отходов, классифицированных по их химическому составу, которые могут быть использованы в качестве сырьевых материалов в цементных печах

Таблица 4.16

Эффективность применения техногенных материалов

Таблица 4.17

Различные типы отходов, которые могут быть использованы как топливо для вращающихся печей

Таблица 4.18

Характеристики теплотворной способности и зольности видов топлива из опасных и не опасных отходов

Таблица 4.19

Примеры разрешительных критериев (максимальные значения) для веществ в отходах (альтернативные виды топлива) на цементных заводах Австрии по [72]

Таблица 4.20

Примеры критериев разрешений (средние значения и 80 -й процентиль) для веществ в отходах (альтернативные виды топлива) на цементных заводах Австрии по [71]

Таблица 5.1

Технологические показатели для НДТ

Таблица 5.2

Условия применимости основных техник

Таблица 5.3

Технологические показатели

Таблица 5.4

Условия применимости основных техник

Таблица 5.5

Удельный расход электроэнергии

Таблица 5.6

Технологические показатели

Таблица 5.7

Перечень отходов, которые могут использоваться в качестве топлива, применяемые в различных печах по

Таблица 6.1

Уровни энергопотребления для новых и реконструируемых заводов, использующих печи, работающие по сухому способу, с многоступенчатым теплообменником и декарбонизатором в соответствии с НДТ

Таблица 6.2

Технологические показатели выбросов пыли из с отходящими печными газами, соответствующие НДТ, при производстве цемента

Таблица 6.3

Технологические показатели выбросов NOх, соответствующие НДТ, с отходящими печными газами/ теплообменника/ декарбонизатора при производстве цемента

Таблица 6.4

Технологические показатели проскока NН3, соответствующие НДТ, из отходящих из печи/ теплообменника/ декарбонизатора газах при использовании селективного некаталитического восстановления (SNCR)

Таблица 6.5

Технологические показатели выбросов SOx, соответствующие НДТ, с отходящими печными газами/ теплообменника/ декарбонизатора при производстве цемента

Таблица 6.6

Технологические показатели выбросов металлов из печей в цементной промышленности при использовании НДТ

Таблица 6.7

Технологические показатели выбросов HCl и HF, соответствующие НДТ

Таблица 6.8

Уровни потребления тепловой энергии при производстве извести и доломитовой извести, соответствующие НДТ

Таблица 6.9

Технологические показатели выбросов пыли из отходящих газов при процессах обжига в печи, соответствующие НДТ

Таблица 6.10

Технологические показатели выбросов NOX отходящих газов при процессах обжига в печи при производстве извести, соответствующие НДТ

Таблица 6.11

Технологические показатели выбросов SOx отходящих газов при процессах обжига в печи при производстве извести, соответствующие НДТ

Таблица 6.12

Технологические показатели выбросов СО из отходящих газов при процессах обжига в печи при производстве извести, соответствующие НДТ

Таблица 6.13

Технологические показатели выбросов металлов из печей в известковой промышленности при использовании НДТ

Таблица 7.1

Состав дымовых газов по результатам мониторинга в течение нескольких часов

Глоссарий

      Настоящий глоссарий предназначен для облегчения понимания информации, содержащейся в настоящем справочнике по наилучшим доступным техникам "Производство цемента и извести" (далее – справочник по НДТ). Определения терминов в этом глоссарии не являются юридическими определениями (даже если некоторые из них могут совпадать с определениями, приведенными в нормативных правовых актах Республики Казахстан).

Термины и их определения

      В настоящем справочнике по НДТ используются следующие термины:

технологические показатели эмиссий, связанные с применением наилучших доступных техник

-

диапазон технологических показателей эмиссий (концентраций загрязняющих веществ), которые могут быть достигнуты при нормальных условиях эксплуатации объекта с применением одной или нескольких наилучших доступных техник, описанных в заключении по наилучшим доступным техникам, с учетом усреднения за определенный период времени и при определенных условиях;

справочник по наилучшим доступным техникам

-

документ, разработанный для определенных видов деятельности и включающий уровни эмиссий, объемы образования, накопления и захоронения основных производственных отходов, уровни потребления ресурсов и технологические показатели, связанные с применением наилучших доступных техник, а также заключения, содержащие выводы по наилучшим доступным техникам, и любые перспективные техники;

комплексный подход

-

подход, учитывающий более, чем одну природную среду. Преимущество данного подхода состоит в комплексной оценке воздействия предприятия на окружающую среду в целом. Это уменьшает возможность простого переноса воздействия с одной среды на другую без учета последствий для такой среды. Комплексный (межкомпонентный) подход требует серьезного взаимодействия и координации деятельности различных органов (ответственных за состояние воздуха, воды, утилизацию отходов и т.д.);

окружающая среда

-

совокупность окружающих человека условий, веществ и объектов материального мира, включающая в себя природную среду и антропогенную среду;

воздействие на окружающую среду

-

любое отрицательное или положительное изменение в окружающей среде, полностью или частично являющееся результатом экологических аспектов организации;

загрязнение окружающей среды

-

присутствие в атмосферном воздухе, поверхностных и подземных водах, почве или на земной поверхности загрязняющих веществ, тепла, шума, вибраций, электромагнитных полей, радиации в количествах (концентрации, уровни), превышающих установленные государством экологические нормативы качества окружающей среды;

основные производственные отходы

-

наиболее значимые для конкретного вида производства или технологического процесса отходы, с помощью которых возможно оценить значение основного негативного воздействия на окружающую среду;

анализ жизненного цикла

-

термин "анализ жизненного цикла" употребляется для обозначения анализа воздействия продукта или изделия на окружающую среду на протяжении его жизненного цикла. Анализ жизненного цикла предназначен для оценки суммарного воздействия продукта на окружающую среду в течение всего жизненного цикла этого продукта, то есть, включая сырье, производство, использование, возможную рециркуляцию или повторное использование, а также последующую утилизацию продукта;

технологические нормативы

-

экологические показатели, устанавливаемые в комплексном экологическом разрешении в виде:
1) предельного количества (массы) маркерных загрязняющих веществ на единицу объема эмиссий;
2) количества потребления электрической и (или) тепловой энергии, иных ресурсов в расчете на единицу времени или единицу производимой продукции (товара), выполняемой работы, оказываемой услуги;

экологическое разрешение

-

документ, удостоверяющий право индивидуальных предпринимателей и юридических лиц на осуществление негативного воздействия на окружающую среду и определяющий экологические условия осуществления деятельности;

эмиссия

-

поступление загрязняющих веществ, высвобождаемых от антропогенных объектов, в атмосферный воздух, воды, на землю или под ее поверхность.

Предисловие

Краткое описание содержания справочника по наилучшим доступным техникам: взаимосвязь с международными аналогами

      Справочник по НДТ разработан в целях реализации Экологического кодекса Республики Казахстан (далее – Экологический кодекс) в рамках реализации бюджетной программы Министерства экологии и природных ресурсов Республики Казахстан 044 "Содействие ускоренному переходу Казахстана к зеленой экономике путем продвижения технологий и лучших практик, развития бизнеса и инвестиций".

      При разработке справочника по НДТ учтены наилучший мировой опыт и аналогичный и сопоставимый справочный документ Европейского союза по наилучшим доступным техникам "Справочный документ по НДТ для производства цемента, извести и оксида магния" (Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Production of Cement, Lime and Magnesium Oxide), официально применяемый в государствах, являющихся членами Организации экономического сотрудничества и развития, с учетом необходимости обоснованной адаптации к климатическим, экономическим, экологическим условиям и сырьевой базе Республики Казахстан, обуславливающим техническую и экономическую доступность наилучших доступных техник в области применения.

      Технологические показатели, связанные с применением одной или нескольких в совокупности наилучших доступных техник для технологического процесса, определены технической рабочей группой по разработке справочника по НДТ.

      Текущее состояние эмиссий в атмосферу от промышленных предприятий отрасли составляет порядка 36 234 тонн в год. Готовность отрасли к переходу на принципы НДТ составляет порядка 50 % при несоответствии уровням эмиссий, установленным в сопоставимых справочных документах Европейского союза.

      При переходе на принципы НДТ прогнозное сокращение эмиссий в окружающую среду составит 35 %, или снижение порядка 12 682 тонн в год.

      Предполагаемый объем инвестиций 39,4 млрд. тенге. Внедрение НДТ предусматривает индивидуальный подход к выбору НДТ с учетом экономики конкретного предприятия и готовности предприятия к переходу на принципы НДТ, выбора страны производителя НДТ, мощностных показателей, габаритов НДТ и степени локализации НДТ.

      Модернизация производственных мощностей с применением современных и эффективных техник будет способстовать ресурсосбережению и оздоровлению окружающей среды до соотвествующих уровней, отвечающих эмиссиям стран Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР).

Информация о сборе данных

      Для разработки справочника информация о технологических показателях выбросов, сбросах, образовании отходов, технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах, применяемых при производстве цемента и извести в Республике Казахстан, была собрана в процессе проведения комплексного технологического аудита (далее – КТА), правила проведения которого включаются в правила разработки, применения, мониторинга и пересмотра справочников по наилучшим доступным техникам. Перечень объектов для КТА утвержден технической рабочей группой по разработке справочника по НДТ.

Взаимосвязь с другими справочниками по НДТ

      Справочник по НДТ является одним из серии разрабатываемых в соответствии с требованием Экологического кодекса справочников по НДТ:

      1) сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии;

      2) переработка нефти и газа;

      3) производство неорганических химических веществ;

      4) производство цемента и извести;

      5) энергетическая эффективность при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности;

      6) производство меди и драгоценного металла - золота;

      7) производство цинка и кадмия;

      8) производство свинца;

      9) производство чугуна и стали;

      10) производство изделий дальнейшего передела черных металлов;

      11) добыча нефти и газа;

      12) добыча и обогащение железных руд (включая прочие руды черных металлов);

      13) добыча и обогащение руд цветных металлов (включая драгоценные);

      14) утилизация и обезвреживание отходов;

      15) добыча и обогащение угля;

      16) мониторинг эмиссий загрязняющих веществ в атмосферный воздух и водные объекты;

      17) утилизация и удаление отходов путем сжигания;

      18) производство титана и магния;

      19) производство алюминия;

      20) производство ферросплавов;

      21) очистка сточных вод централизованных систем водоотведения населенных пунктов;

      22) производство продукции тонкого органического синтеза и полимеров.

      Справочник по НДТ "Производство цемента и извести" имеет связь с:

Наименование справочника по НДТ

Связанные процессы

Энергетическая эффективность при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности

Энергетическая эффективность

Мониторинг эмиссий загрязняющих веществ в атмосферный воздух и водные объекты

Мониторинг эмиссий

Утилизация и удаление отходов путем сжигания

Использование отходов

Область применения

      В соответствии с приложением 3 Экологического кодекса настоящий справочник по НДТ распространяется на производство цемента, извести.

      Область применения настоящего справочника по НДТ, а также технологические процессы, оборудование, технические способы и методы в качестве наилучших доступных техник для области применения настоящего справочника по НДТ определены технической рабочей группой по разработке справочника по НДТ.

      Область применения соответствует:

      производству цементного клинкера во вращающихся печах с производственной мощностью, превышающей 500 тонн в сутки, или в других печах с производительностью, превышающей 50 тонн в сутки;

      производству извести в печах с производственной мощностью, превышающей 50 тонн в сутки.

      Справочник по НДТ распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий или уровень загрязнения окружающей среды:

      хранение и подготовка сырья;

      хранение и подготовка топлива;

      использование отходов в качестве сырья и/или топлива – требования к качеству, контроль и подготовка;

      производственные процессы;

      методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов;

      хранение, упаковка и отгрузка продукции.

      Справочник не распространяется на:

      некоторые процессы производства, такие как добыча сырья в карьере;

      вопросы, касающиеся исключительно обеспечения промышленной безопасности или охраны труда.

      Вопросы охраны труда рассматриваются частично и только в тех случаях, когда оказывают влияние на виды деятельности, включенные в область применения настоящего справочника по НДТ.

      Аспекты управления отходами на производстве в настоящем справочнике по НДТ рассматриваются только в отношении отходов, образующихся в ходе основного технологического процесса. Система управления отходами вспомогательных технологических процессов рассматривается в соответствующих справочниках по НДТ, список которых приведен в предисловии. В настоящем справочнике по НДТ рассматриваются общие принципы управления отходами вспомогательных технологических процессов.

Принципы применения

Статус документа

      Справочник по НДТ предназначен для информирования операторов объекта/объектов, уполномоченных государственных органов, и общественности о наилучших доступных техниках и любых перспективных техниках, относящихся к области применения справочника по наилучшим доступным техникам, с целью стимулирования перехода операторов объекта/объектов на принципы "зеленой" экономики и наилучших доступных техник.

      При проведении производственного экологического контроля на объектах, получивших комплексное экологическое разрешение на основании внедрения наилучших доступных техник, используются условия и рекомендации, установленные в настоящем справочнике по НДТ.

Положения, обязательные к применению

      Положения раздела "6. Заключение, содержащее выводы по наилучшим доступным техникам" справочника по НДТ являются обязательными к применению при разработке заключений по наилучшим доступным техникам.

      Необходимость применения одного или совокупности нескольких положений заключения по наилучшим доступным техникам определяется операторами объектов самостоятельно, исходя из целей управления экологическими аспектами на предприятии при условии соблюдения технологических показателей. Количество и перечень наилучших доступных техник, приведенных в настоящем справочнике по НДТ, не являются обязательными к внедрению.

      На основании заключения по наилучшим доступным техникам операторами объектов разрабатывается программа повышения экологической эффективности, направленная на достижение уровня технологических показателей, утвержденных в заключениях по наилучшим доступным техникам.

Рекомендательные положения

      Рекомендательные положения имеют описательный характер и рекомендованы к анализу процесса установления технологических показателей, связанных с применением НДТ, и анализу при пересмотре справочника по НДТ:

      раздел 1: представлена общая информация о производстве цемента и извести, структуре отрасли, используемых промышленных процессах и технологиях по производству цемента и извести;

      раздел 2: описаны методология отнесения к НДТ, подходы идентификации НДТ;

      раздел 3: описаны основные этапы производственного процесса или производства конечного продукта, представлены данные и информация об экологических характеристиках установок по производству цемента и извести и в эксплуатации на момент написания с точки зрения текущих выбросов, потребления и характера сырья, потребления воды, использования энергии и образования отходов;

      раздел 4: описаны методы, применяемые при осуществлении технологических процессов для снижения их негативного воздействия на окружающую среду и не требующие реконструкции объекта, оказывающего негативное воздействие на окружающую среду, каталог методов и связанный с ними мониторинг, используемый для:

      предотвращения выбросов в атмосферу или, если это практически невозможно, сокращения выбросов;

      предотвращения или сокращения образования отходов;

      раздел 5: представлено описание существующих техник, которые предлагаются для рассмотрения в целях определения НДТ;

      раздел 7: представлена информация о новых техниках и перспективных техниках;

      раздел 8: приведены заключительные положения и рекомендации для будущей работы в рамках пересмотра справочника по НДТ.

1. Общая информация

1.1. Производство цемента и извести

1.1.1. Структура и технологический уровень отраслей производства цемента и извести

      В Республике Казахстан выпуск цемента осуществляется на 17 заводах полного цикла:

      11 заводов современного сухого способа (товарищество с ограниченной ответственностью "Жамбылская цементная производственная компания" Vicat (далее – ТОО "Жамбылская цементная производственная компания" Vicat), акционерное общество "Карцемент" Steppe Cement (далее – АО "Карцемент" Steppe Cement), акционерное общество "Шымкентцемент" (далее – АО "Шымкентцемент"), товарищество с ограниченной ответственностью "Каспий Цемент" Heidelberg Cement (далее – ТОО "Каспий Цемент"), товарищество с ограниченной ответственностью "Компания Гежуба Шиели Цемент" (далее – ТОО "Компания Гежуба Шиели Цемент"), товарищество с ограниченной ответственностью "Рудненский цементный завод" (далее – ТОО "Рудненский цементный завод"), товарищество с ограниченной ответственностью "Стандарт Цемент" (далее – ТОО "Стандарт Цемент"), товарищество с ограниченной ответственностью "Производственное объединение "Кокше-Цемент" (далее – ТОО "Производственное объединение "Кокше-Цемент"), товарищество с ограниченной ответственностью "Казахцемент" (ТОО "Казахцемент"), акционерное общество "ACIG" (Хантауский цементный завод) (далее – АО "ACIG"); товарищество с ограниченной ответственностью "Alacem" (Алацем) (далее – ТОО "Alacem") (Алматинская обл.);

      3 завода мокрого способа производства (товарищество с ограниченной ответственностью "ПК "Цементный завод Семей" (далее – ТОО "ПК "Цементный завод Семей"), товарищество с ограниченной ответственностью "Бухтарминская цементная компания" Heidelberg Cement (далее – ТОО "Бухтарминская цементная компания"), товарищество с ограниченной ответственностью "Sas-Tobe Technologies" (далее – ТОО "Sas- Tobe Technologies");

      3 небольших завода с шахтными печами (товарищество с ограниченной ответственностью "Almaty Cement Company" (далее – ТОО "Almaty Cement Company"), товарищество с ограниченной ответственностью "Жанатасский цементный завод" (далее – ТОО "Жанатасский цементный завод"), товарищество с ограниченной ответственностью "Жамбыл Недр" (завод по производству цемента г. Каратау) (далее – ТОО "Жамбыл Недр"). Заводы с шахтными печами не работают или работают нестабильно или сезонно, долгое время простаивают, качество продукции низкое, сбыт цемента нестабильный. Поэтому в настоящем справочнике по НДТ их работа не анализируется и не описывается. Вклад этих заводов в выбросы в атмосферу совсем несущественный или даже полностью отсутствует.

      Производителей цемента условно можно разделить на две группы:

      отечественные заводы;

      зарубежные холдинги, осуществляющие свою деятельность на территории Республики Казахстан.

      Ведущие зарубежные производители представлены на казахстанском рынке компаниями:

      HeidelbergCement (Германия) – ТОО "Бухтарминская цементная компания", АО "Шымкентцемент", ТОО "Каспий Цемент";

      Vicat (Франция) – ТОО "Жамбылская цементная производственная компания";

      Steppe Cement (Малайзия) – АО "Central Asia Cement", АО "Карцемент", ТОО "Alacem".

      Цемент является основным материалом, используемым для всех сфер строительства: промышленного, жилищного, дорожного, аэродромного, гидротехнического, сельскохозяйственного и др. При этом цемент остается относительно простым, универсальным и дешевым материалом, для изготовления которого требуется распространенное и довольно доступное сырье. Объем производства цемента в Казахстане имеет тенденцию стабильного роста [3] (таблица 1.1).

      Таблица 1.1. Объемы производства цемента в Республике Казахстан за 2016 – 2020 гг.

№ п/п

Объем производства цемента по годам, млн. тонн

1

1

2

3

4

5

1

2016

2017

2018

2019

2020

2

9,030

9,3977

9,9583

9,993

10,8

      К 2019 г. объемы потребления цемента увеличились почти в два раза по сравнению с 2011 г., составив более 11,5 млн. тонн [4]. Проектная мощность всех цементных заводов составила более 16 млн. тонн в год, однако уровень дозагрузки (по данным ассоциации "Союз Цемент") все еще не превышает 65 %.

      При потребности в цементе более 9,1 млн. тонн ежегодно в Казахстане уже сейчас производственные мощности достигают 16 млн. тонн/год, т.е. РК уже сейчас активно насыщает внутренний рынок и успешно экспортирует цемент в Узбекистан, Россию, Кыргызстан.

      Объем производства цемента в Казахстане в 2020 г. вырос на 5,3 % и составил 10 млн. 808,5 тыс. тонн. По данным Министерства промышленности и строительства внутреннее потребление цемента составляет 9,1 млн. тонн.

      В 2020 г. объем экспорта цементной продукции из Казахстана увеличился на 18,4 % по сравнению с 2019 г. до 1,99 млн. тонн. Стоимость экспорта выросла на 18,7 % и составила 100,4 млн. долларов США. Основными странами-импортерами цемента из Республики Казахстан стали Узбекистан, Кыргызстан и Россия (таблица 1.2).

      Таблица 1.2. Экспорт цемента из Казахстана в 2020 году [5]

№ п/п

Страна импортер

Объем цемента, млн. тонн

Рост в % в сравнении с 2019 г.

Стоимость импорта, млн. долл. США

Рост в % в сравнении с 2019 г.

1

2

3

4

5

6

1

Узбекистан

1,30

22,3

67,4

26,3

2

Кыргызстан

0,42

15,4

18,5

15,7

3

Россия

0,2741

7,6

14,5

- 1,8

      Объем импортируемого цемента в 2019 г. составил 401 тыс. тонн Основной импортер цемента в РК в 2020 г. – Иран. 3а восемь месяцев 2020 г. Исламская Республика поставила в Казахстан 115,2 тыс. тонн цемента. Это 99 % от всего объема импорта за этот период (115,8 тыс. тонн). Почти весь импортный цемент (112,5 тыс. тонн) ушел в Мангистау. Из Германии Казахстан получил 456 тонн цемента (получатель – Атырауская область), из Китая – 150 тонн (получатель – Алматинская область) (рисунок 1.1) [6].

     


      Рисунок 1.1. Экспорт – импорт цемента в Казахстан за 8 месяцев 2020 г

      В таблице 1.3 представлена отгрузка (производство) потребителям цемента, извести и клинкера по регионам Республики Казахстан в 2020 г.

      Таблица 1.3. Отгрузка потребителям цемента и извести, производство клинкера в 2020 г. по регионам Республики Казахстан

№ п/п

Область, город

Отгрузка (производство), тыс. тонн

Клинкер

Цемент

Известь

1

2

3

4

5

1

Акмолинская

658,2

741

-

2

Жамбылская

1121,9

1592

-

3

Карагандинская

1415,0

1637,6

355,717

4

Мангистауская

768,1

879,3

-

5

Туркестанская

57,0

86,8

21,864

6

Восточно-Казахстанская

1740,1

2030,1

39,811

7

г. Шымкент

2588,9

3189,4

-

8

Костанайская

-

35,0

-

9

Кызылординская

-

503,1

-

10

Актюбинкая

-

-

153,202

11

Алматинская

-

-

5,05

12

Западно-Казахстанская

-

-

26,38

13

Павлодарская

-

-

76,269

14

Республика Казахстан

8379,2

10694,3

678,293

      Производство извести в Республике Казахстан в последние годы неуклонно снижалось (таблица 1.4).

      Таблица 1.4. Отгрузка потребителям извести в 2016 - 2020 г.

№ п/п

Объем производства извести по годам, тыс. тонн

1

2

3

4

5

6

1

2016

2017

2018

2019

2020

2

1003,4

1 048,29

885,99

841,421

678,293

      В Казахстане производство извести сосредоточено в семи областях (таблица 1.5), где расположены предприятия металлургии и заводы по выпуску силикатных изделий.

      Таблица 1.5. Объемы производства извести по областям Республики Казахстан в 2020 г.

№ п/п

Область

Объем производства, тысяч тонн

Типы печей

1

2

3

4

1

Карагандинская

355,717

Шахтные, вращающиеся

2

Актюбинская

153,202

Шахтные, вращающиеся

3

Павлодарская

76,269


4

Восточно-Казахстанская

39,811

Шахтные, вращающиеся

5

Западно-Казахстанская

26,380

Шахтные, вращающиеся

6

Туркестанская

21,864

Шахтные

7

Алматинская

5,050

Шахтные

      Силикатные заводы ТОО "Силикат" г. Семей, АО "Западно-Казахстанская корпорация строительных материалов" г. Уральск и др. для производства силикатного кирпича и бетона имеют собственные цеха по обжигу извести. Для изготовления этих изделий вполне пригодны 2 и 3 сорт строительной извести. Металлургические предприятия требуют известь в основном 1 сорта, многие заводы не имеют возможности производить известь такого высокого качества с активностью 91 – 94 %. Поэтому часть высококачественной извести для металлургов импортируют из сопредельных государств – России, Узбекистана.

      Таким образом, в производстве цемента и извести сложилась парадоксальная ситуация, когда предприятия в среднем по году загружены на 65 %, при этом объем производства составляет 10,8 млн. тонн из 16,9 млн. тонн производственных мощностей. Таким образом, разница – это импорт, приходящий из РФ, КНР и стран ЕАЭС. Именно импорт мешает отечественным предприятиям дозагрузить свои мощности до 13 - 15 млн. тонн цемента и извести в год.

      В 2021 году после выполнения программы "Государственная программа индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2015 - 2019 годы" суммарная проектная мощность предприятий достигнет 16,5 млн. тонн цемента в год при ожидаемой внутренней потребности 14 млн. тонн в год [4].

      Казахстан обладает достаточными сырьевыми ресурсами для обеспечения национальных потребностей и экспортным потенциалом. Цемент казахстанских производителей в основном экспортируется в соседние страны: Узбекистан, Россию, Киргизию. В то же время цемент импортируется из соседних регионов России.

      Все 14 крупных предприятий по выпуску цемента Республики Казахстан по структуре являются предприятиями полного цикла, технологический уровень 11 предприятий является современным, поскольку они работают по энергосберегающему сухому способу производства клинкера.

1.1.2. Объекты по видам технологического процесса

      В настоящее время на предприятиях Казахстана используется два способа производства цемента: сухой и мокрый [7, 8].

      В мировой практике для получения цемента используют также полусухой (W ˂ 10 - 12 %) и полумокрый (W ˂ 15 – 18 %) способы производства с расходом тепла соответственно 3300 и 5400 кДж/кг клинкера [9], а также печи, работающие по сухому способу без циклонных теплообменников. Эти способы занимают промежуточное положение между сухим и мокрым.

      Основными факторами размещения предприятий цементной отрасли являются потребительский и сырьевой. Первый обуславливает размещение предприятий вблизи потенциальных потребителей, второй обусловлен наличием доступной сырьевой или топливной базы. Как правило, цементные заводы строятся рядом с карьерами сырья. При мокром способе сырьевые материалы измельчаются в присутствии воды, приготавливается и подвергается обжигу сырьевой шлам с влажностью 36 - 45 %. При сухом способе производится сухой помол сырья с одновременным подсушиванием, далее обжигу подвергается откорректированная и усредненная сырьевая мука с влажностью не более 1 - 2 %.

      Заводы мокрого способа были построены в 50 – 60 -ые гг. прошлого века, когда стоимость топливно-энергетических ресурсов в СССР была на порядок ниже. Мокрый способ является более энергоемким, малопроизводительным, потому более затратным. Поэтому в последние десятилетия строят только экономичные заводы сухого способа (таблица 1.6).

1.1.3. Объекты по сроку эксплуатации

      Три завода мокрого способа производства были построены в период 1952 – 1964 гг. и находятся в эксплуатации в течение 57 – 69 лет (см. таблицу 1.6). За это время они неоднократно подвергались реконструкции и модернизации.

      Таблица 1.6. Объекты по видам технологического процесса, сроку эксплуатации, по производственным мощностям

№ п/п

Заводы мокрого способа, построенные до 2010 года

Год введе-ния

Срок эксплуа-тации, лет

Проектная мощность, т/год

Заводы сухого способа, построенные в 2010 году и позднее

Год введения

Срок эксплуа-тации, лет

Проектная мощность, т/год

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1.ТОО "ПК "Цементный завод Семей"

1958

63

1 150 000

1.ТОО "Жамбылская цементная производственная компания" Vicat

2010

11

1 600 000

2

2.ТОО "Бухтарминская цементная компания" Heidelberg Cement

1964

57

1 400 000

2.ТОО "Стандарт Цемент"

2010

11

2 000 000

3

3.ТОО "Sas-Tobe Technologies"

1952

69

470 600

3. АО "Central Asia Cement" Steppe Cement

2014 (1953)

7

2 200 000

4

-

4. АО "Шымкентцемент"
Heidelberg Cement

2016
(1958)

7

1 300 000

5

-

5.ТОО "Каспий Цемент"
Heidelberg Cement

2013

8

800 000

6

-

5.ТОО "Компания Гежуба Шиели Цемент"

2018

3

1 000 000

7

-

7.ТОО "Рудненский цементный завод"

2019

2

500 000

8

-

8.ТОО "ПО "Кокше-Цемент"

2017

4

2 000 000

9

-

9.ТОО "Казахцемент"

2014

7

1 000 000

10

-

10. АО "ACIG" (Хантауский цементный завод);

2015

6

500 000

11

-

11. ТОО "Alacem" (Алацем) (Алматинская обл.).

2020

1

1 000 000

12

Мокрый способ

-

-

3 020 600

Сухой способ

-

-

13 900 000

13

Всего цемента, тонн 16 920 600 

      Одиннадцать заводов сухого способа являются новыми, были построены в период с 2010 по 2020 гг. [3], срок их эксплуатации на 2021 г. составляет от 1 до 11 лет.

      Девять заводов сухого способа были построены с нуля:

      ТОО "Жамбылская цементная производственная компания" Vicat;

      ТОО "Стандарт Цемент";

      ТОО "Каспий Цемент" Heidelberg Cement;

      ТОО "Компания Гежуба Шиели Цемент";

      ТОО "Рудненский цементный завод";

      ТОО "Производственное объединение "Кокше-Цемент";

      ТОО "Казахцемент";

      АО "ACIG" (Хантауский цементный завод);

      ТОО "Alacem".

      На цементных заводах Республики Казахстан установлены и работают 4 типа печей для обжига клинкера:

      1) длинные вращающиеся печи мокрого способа с внутрипечными теплообменниками – 10 ед.;

      2) печь сухого способа с двухветьевым четырехступенчатым циклонным теплообменником (печь № 5 АО "Карцемент") – 1 ед.;

      3) печь сухого способа с двухветьевым четырехступенчатым циклонным теплообменником и декарбонизатором (печь № 6 АО "Карцемент") – 1 ед.;

      4) печи сухого способа с пятиступенчатыми циклонными теплообменниками и декарбонизаторами – 7 ед.

      Два завода - АО "Шымкентцемент" (с 1958 г.) Heidelberg Cement и АО "Карцемент" (с 1953 г.) Steppe Cement вначале работали по мокрому способу.

      Важнейшей характеристикой цементного завода является печной парк. В ТОО "ПК "Цементный завод Семей" установлены 3 вращающиеся печи мокрого способа с печами Ø4х150 м и рекуператорными холодильниками, 1 печь Ø4,5х170 м с колосниковым холодильником.

      В ТОО "Бухтарминская цементная компания" Heidelberg Cement установлены 2 печи мокрого способа Ø5х185 м с колосниковыми холодильниками и 2 печи Ø4х100 м с рекуператорными холодильниками.

      В 2015 - 2020 гг. на ТОО "Бухтарминская цементная компания" на 2 -х печах Ø 4х100 м осуществлялся обжиг извести. В настоящее время производство извести на этом заводе остановлено и на этих печах снова обжигают клинкер.

      В ТОО "Sas-Tobe Technologies" эксплуатируются 2 печи мокрого способа производства: 1 вращающаяся печь Ø4х150 м и 1 печь Ø3,6х150 м. Для обжига извести на этом предприятии установлены 3 шахтные печи на природном газе.

      В 2020 г. одна вращающаяся печь этого завода Ø3,6х150 м была реконструирована и на ней периодически обжигали известь. В 2021 г. завод перешел под управление новых инвесторов, которые после капремонта перевели вращающуюся печь на обжиг клинкера.

      АО "Шымкентцемент" был построен в 1958 г. и первоначально состоял из 6 технологических линий с печами мокрого способа Ø4х150 м. В 2014 г. на месте 1 -ой и 2 -ой линии "мокрых" печей была построена линия сухого способа, включающая усреднительные склады сырья, сырьевую мельницу и печь с циклонными теплообменниками и декарбонизатором. На этом предприятии в эксплуатации от первоначального завода оставили следующие цеха и отделения:

      отделение двухстадийного дробления известняка;

      крытый склад клинкера;

      цех помола с 8 цементными мельницами и компрессорным отделением;

      цементные силосы с цехом затаривания и отгрузки цемента.

      На заводе АО "Карцемент" Steppe Cement первоначально в 1953 г. были построены 4 линии мокрого способа производства с вращающимися печами Ø3,6/3,3х150 м. В начале 1970 -х гг. произошло расширение завода (условно Ново-Карагандинский цементный завод). На этом заводе построили 2 новые технологические линии сухого способа с печами Ø7,0;6,4х95 м с четырехступенчатыми двухветъевыми циклонными теплообменниками (без декарбонизаторов). В 2014 г. эти 2 печи были реконструированы, а старый завод с четырьмя технологическими линиями мокрого способа, построенными еще в 1953 г., был полностью выведен из эксплуатации.

      Проектные производственные мощности предприятий отрасли составляют 16 920 600 тонн цемента в год. На предприятиях установлено 23 печи: 10 печей мокрого и 13 печей сухого способа производства. На трех предприятиях используют мокрый способ, остальные 11 работают с использованием сухого способа получения цемента. Все предприятия, ранее введенные в эксплуатацию, прошли модернизацию, планируются мероприятия по дальнейшему внедрению современных технических решений.

1.1.4. Объекты по географической принадлежности

      Территория Республики Казахстан огромная, ее площадь составляет 2 724 900 км[10]. Поэтому географическое расположение цементных заводов по территории (рисунок 1.2) существенно влияет на долю транспортных расходов в цене цемента, покупаемого строителями.

      Так по данным Российского справочника НДТ [9] доля затрат на перевозки в цене цемента в Российской Федерации в 2000 г. составила 10 %, а в 2014 г. значительно выросла и составила 20 - 30 %. Изменилась также и доля вида транспорта для доставки цемента потребителю. В 2009 г. по железной дороге было доставлено примерно 28 % цемента, а в 2014 г. около 31 %, т.е. небольшой рост. В 2014 г. в России в отношении автотранспорта картина значительно изменилась – объемы доставки цемента автотранспортом возросли с 41 – 42 % (2009 г.) до 72 – 73 % (2014 г.) – рост на 30 % [9]. Аналогичная ситуация и в Республике Казахстан.

      Лучше всего обеспечен цементом Южный Казахстан. Здесь находятся 6 цементных заводов общей производственной мощностью 6,370 млн. тонн.

      Несмотря на это, один из крупнейших потребителей г. Алматы находится в 700 км от ТОО "Стандарт Цемент" и АО "Шымкентцемент", и в 480 км от ТОО "Жамбылская цементная производственная компания".

      Областной центр город Талдыкорган находится в 950 км от ТОО "Стандарт Цемент" и АО "Шымкентцемент", и в 720 км от ТОО "Жамбылская цементная производственная компания". Это очень большие расстояния для транспортировки такого многотоннажного строительного материала как цемент. Собственный вагонный парк завода ТОО "Стандарт Цемент" насчитывает 300 хопперов-цементовозов [11].

      Производство цемента в ТОО "Жамбылская цементная производственная компания" в 2018 г. составило 1,54 млн. тонн, в 2019 г. – 1,55 млн. тонн. Завод имеет 400 хопперов-цементовозов. В 2018 г. за рубеж поставлено 412 тыс. тонн цемента, в 2019 г. – 450 тыс. тонн [12].

      Достаточно хорошо обеспечен цементом Восточный Казахстан, где работают три завода: ТОО "ПК "Цементный завод Семей", ТОО "Бухтарминская цементная компания" и ТОО "Казах Цемент". Ближайший к областному центру г. Усть-Каменогорску цементный завод ТОО "Бухтарминская цементная компания" расположен в пос. Октябрьский примерно в 90 км. Транспортировка цемента потребителям возможна железной дорогой, автотранспортом, водным транспортом по реке Иртыш в Павлодарскую область и по Бухтарминскому водохранилищу на восток и юг области.

      В Центральном Казахстане ближайший к столице республики г. Астана цементный завод АО "Central Asia Cement" находится примерно в 160 км, а ТОО "Жамбылская цементная производственная компания" примерно в 700 км, ТОО "Производственное объединение "Кокше-Цемент" находится примерно в 330 км от г. Астана (по железной дороге).

      Крупный промышленный центр г. Жезказган находится в 550 - 560 км от ближайшего завода АО "Central Asia Cement".

      В Западном и Северном Казахстане работают только три завода: ТОО "Каспий Цемент", ТОО "Рудненский цементный завод", ТОО ПО "Кокше-цемент". Обеспеченность цементом в этих регионах желает лучшего. Ближайшие к областным центрам и крупным городам Уральску, Актобе, Атырау, Павлодару, Петропавловску, Аркалыку цементные заводы находятся в 600 - 1200 км. Поэтому в этом регионе часть цемента импортируют из ближайших цементных заводов Российской Федерации. Правительство Казахстана предпринимает заградительные меры, чтобы местные строительные компании использовали отечественный цемент.

     


      1 – ТОО "Каспий Цемент"; 2 – ТОО "Компания Гежуба Шиели Цемент"; 3 – АО "Шымкентцемент";
      4 – ТОО "Стандарт Цемент"; 5 – ТОО "Sas-TobeTechnologies"; 6 – АО "ACIG" (Хантауский цементный завод);
      7 – ТОО "Жамбылская цементная произв. компания"; 8 – ТОО "Alacem"(Алацем); 9 – ТОО "Бухтарминская цементная компания"; 10 – ТОО "ПК "Цементный завод Семей"; 11 – АО "Central Asia Cement"; 12 – АО "Карцемент" Steppe Cement;
      13 – ТОО "Казахцемент"; 14 – ТОО "Рудненский цементный завод"; 15 – ТОО ПО "Кокше-цемент".

      Рисунок 1.2. Карта расположения цементных заводов Республики Казахстан

      В Северном Казахстане работают небольшой Рудненский завод мощностью 0,5 млн. тонн и ТОО "Производственное объединение "Кокше-Цемент". При проектной мощности 2 млн. тонн в год этот завод в 2018 г. выпустил всего 435 тыс. тонн цемента, в 2019 г. – 448 тыс. тонн, т.е. производственные мощности были загружены лишь на 21,75 - 22,4 % [13]. За 9 месяцев 2020 г. предприятие выпустило 570,1 тыс. тонн клинкера и 644,3 тыс. тонн цемента [14]. Завод выпускает общестроительные цементы типов ЦЕМ I 42,5Б; ЦЕМ I 32,5Н; ЦЕМ II/А - Ш 32,5Б, а также ПЦ400 -Д20 и ПЦ400 Д0 [13]. На этом заводе установлена самая мощная в Казахстане печь с пятиступенчатыми циклонными теплообменниками и декарбонизатором размерами Ø5,25х62 м производительностью 5500 т/сут [7].

1.1.5. Объекты по производственным мощностям

      Объекты по производственным мощностям (таблица 1.7) характеризуются следующим образом: 3 завода имеют производственную мощность менее 1 млн. тонн, 11 заводов – более 1 млн. тонн, в том числе 3 завода мощностью 2 млн. тонн и более. В силу различных причин за последние 10 лет ни на одном из трех указанных заводов (двухмиллионников) Казахстана объем производства цемента не достигал проектных 2 млн. тонн.

      Таблица 1.7. Объекты по производству цемента по производственным мощностям

№ п/п

Заводы мощностью менее
1 млн. тонн/год

Проектная мощность, т/год

Заводы мощностью
1 млн. тонн/год и более

Проектная мощность, т/год


1

2

3

4

5

1

1. ТОО "Sas-Tobe Technologies"

470 600

1.ТОО "ПК "Цементный завод Семей"

1 150 000

2

2.ТОО "Каспий Цемент" Heidelberg Cement

800 000

2.ТОО "Бухтарминская цементная компания" Heidelberg Cement

1 400 000

3

3.ТОО "Рудненский цементный завод"

500 000

3.ТОО "Жамбылская цементная производственная компания"Vicat

1 600 000

4

Итого:

1 770 600

4.АО "Central Asia Cement" Steppe Cement

2 200 000

5

-

5.АО "Шымкентцемент"
Heidelberg Cement

1 300 000

6

-

6.ТОО "Компания Гежуба Шиели Цемент"

1 000 000

7

-

7.ТОО "Стандарт Цемент"

2 000 000

8

-

8. ТОО ПО "Кокше-Цемент"

2 000 000

9

-

9. ТОО "Казах Цемент"

1 000 000

10

-

10.АО "ACIG" (Хантауский цементный завод);

500 000

11

-

11. ТОО "Alacem"

1 000 000

12

-

Итого:

15 650 000

13

Итого: 16 920 600 т

1.1.6. Объекты по видам выпускаемой продукции

      Производство цемента осуществляется на 14 крупных заводах, клинкера – на 1 заводе, извести - на 2 заводах (в настоящее время на 1 заводе) (таблица 1.8). Предприятия по выпуску цемента имеют общую мощность 16 920 600 тонн.

      Таблица 1.8. Объекты по производству цемента по видам выпускаемой продукции

№ п/п

Заводы по выпуску цемента

Мощ-ность, т/год

Заводы по выпуску клинкера

Мощ-ность, т/год

Заводы по выпуску
извести

Мощ-ность, т/год


1

2

3

4

5

6

7

1

ТОО "ПК "Цементный завод Семей"

1 150 000 

1.АО "Карцемент" Steppe Cement

1 800 000

ТОО "Sas-Tobe Technologies"

175 200

2

ТОО "Бухтарминская цементная компания" Heidelberg Cement

1 400 000

-

-

ТОО "Бухтарминская цементная компания"*

20000 - 25000

3

ТОО "Sas-Tobe Technologies"

470 600

-

-

-

-

4

ТОО "Жамбылская цементная производственная компания" Vicat

1 600 000

-

-

-

-

5

АО "Central Asia Cement" Steppe Cement

2 200 000

-

-

-

-

6

АО "Шымкентцемент"
Heidelberg Cement

1 300 000

-

-

-

-

7

ТОО "КаспийЦемент"
Heidelberg Cement

800 000

-

-

-

-

8

ТОО "Компания Гежуба Шиели Цемент"

1 000 000

-

-

-

-

9

ТОО "Рудненский цементный завод"

500 000

-

-

-

-

10

ТОО "Стандарт Цемент"

2 000 000

-

-

-

-

11

ПО ТОО "Кокше Цемент"

2 000 000

-

-

-

-

12

ТОО "Казах Цемент"

1 000 000

-

-

-

-

13

АО "ACIG" (Хантауский цементный завод)

500 000

-

-

-

-

14

ТОО "Alacem"

1 000 000

-


-

-

15

Итого:

16 920 600

-

1 800 000

-

-

      * ТОО "Бухтарминская цементная компания" производила известь в 2018 - 2019 годах по 20 - 25 тысяч тонн, в 2020 году выпуск извести прекратили.

      Один завод – АО "Карцемент" Steppe Cement выпускает клинкер – мощность 1 800 000 тонн. Из этого клинкера АО "Central Asia Cement" Steppe Cement размалывает цемент.

      Два завода – ТОО "Sas-Tobe Technologies" и ТОО "Бухтарминская цементная компания" наряду с цементом выпускают известь.

      В 2020 году ТОО "Бухтарминская цементная компания" известь не производила. Печь № 2 (100 м) снова переведена на обжиг цементного клинкера.

      Цементные заводы Казахстана производят общестроительные и специальные цементы: портландцементы, портландцементы с минеральными добавками, шлакопортландцементы, сульфатостойкие портландцементы, тампонажные, дорожные цементы и портландцементы для хризотилцементных изделий (таблица 1.9).

      На казахстанских цементных заводах в отношении общестроительных цементов действует: ГОСТ 31108 Цементы общестроительные. Технические условия [15].

      Кроме общестроительных выпускается несколько видов специальных цементов. Выпуск специальных сульфатостойких цементов осуществляется по ГОСТ 22266 [17], тампонажных цементов - по ГОСТ 1581 [18], дорожных цементов - по ГОСТ 33174 [19].

      Как видно из данных таблицы 1.9 в Республике Казахстан полностью отсутствует производство пуццолановых цементов класса ЦЕМ IV и композиционных ЦЕМ V цементов, портландцементов с минеральными добавками пуццоланы, с глиежом или обожженным сланцем, с микрокремнеземом. Цементы с добавками микрокремнезема могли бы выпускать цементные заводы ТОО "ПК "Цементный завод Семей" и ТОО "Бухтарминская цементная компания" Heidelberg Cement, так как в Восточном Казахстане имеются текущий выход и запасы микрокремнезема.

      Портландцемент с золой ЦЕМ II/А-К(Ш-И-З) 42,5Н выпускает только ТОО "Компания Гежуба Шиели Цемент", используя золошлаки Кызылординской ТЭЦ (см. таблицу 1.9). Хотя большие запасы золошлаков имеются во многих регионах Республики Казахстан.

      Таким образом, в Республике Казахстан имеются значительные возможности по выпуску многокомпонентных цементов, снижению доли клинкера в цементе и уменьшению объемов выбросов в атмосферу СО2 за счет этого. Однако цементные заводы не используют эти возможности ввода активных минеральных добавок и снижения доли клинкера в цементе.

      Поскольку Республика Казахстан по объемам добычи углеводородного сырья входит в число ведущих стран мира, то разработка технологии получения и выпуск высококачественных тампонажных материалов приобретают важное значение.

      Производство высококачественных тампонажных цементов, удовлетворяющих требованиям отечественных и зарубежных стандартов, налажено в ТОО "Стандарт Цемент", АО "Шымкентцемент", ТОО "Компания Гежуба Шиели цемент".

      Таблица 1.9. Ассортимент выпускаемой продукции по объектам

№ п/п

Заводы по выпуску цемента

Ассортимент выпускаемой продукции

1

2

3

1

ТОО "ПК "Цементный завод Семей"

ЦЕМ II/А-Ш 32,5Н; ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н; ЦЕМ I 42,5Н; ЦЕМ I 42,5Б; ЦЕМ II/А-И 32,5Н; ЦЕМ II/А-П 32,5Н;
ПЦ 500 Д0; ПЦ 400 Д0; ПЦ 400 Д20;
ЦЕМ I 32,5Н СС; ЦЕМ II 42,5Н СС;
ЦЕМ I 32,5Н ДП; ЦЕМ I 42,5Н ДП.

2

ТОО "Бухтарминская цементная компания" Heidelberg Cement

ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н;ЦЕМ I 42,5Н;
ПЦ 500 Д0;ПЦ 500 Д0 -Н;
ЦЕМ I 42,5Н СС.

3

ТОО "Sas-Tobe Technologies"

ПЦ 400 Д0; ПЦ 400 Д20; ШПЦ 400 Д30; ШПЦ 300 Д40; ЦЕМ II 42,5Н СС.

4

ТОО "Жамбылская цементная производст-венная компания" Vicat

ЦЕМ II/В-И 32,5Н; ЦЕМ I 42,5Н; ЦЕМ I52,5Н.

5

АО "Central Asia Cement" Steppe Cement

ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н; ЦЕМ I 42,5Н; ЦЕМ II/В-Ш 32,5Н; ПЦ 500 Д0 Н; ПЦ 400 Д0 -Н; ПЦ 400 Д20 -Н; ШПЦ 300 Д20 - 80.

6

АО "Шымкентцемент"
Heidelberg Cement

ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н; ЦЕМ I 42,5Н; ЦЕМ II/В-Ш 32,5Н;
ПЦ 500 Д0 Н; ПЦ 400 Д0 -Н; ШПЦ 300 Д20 - 80;
ЦЕМ I 42,5Н СС;
ПЦТ I-G-CC- 1.

7

ТОО "КаспийЦемент"
Heidelberg Cement

ЦЕМ II/В-И32,5Н; ЦЕМ I 42,5Н; ЦЕМ II/А-К(Ш-Ц) 42,5Н;
ЦЕМ I 42,5Н СС;

8

ТОО "Компания Гежуба Шиели Цемент"

ЦЕМ I 52,5Н;
ЦЕМ II/А-Ш 32,5Н; ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н; ЦЕМ II/В-К(Ш-И) 32,5Б; ЦЕМ II/А-К(Ш-И-З) 42,5Н;
ЦЕМ I 42,5Н СС;
ПЦТ I-G-CC- 1.

9

ТОО "Рудненский цементный завод"

ПЦ 500 Д0; ПЦ 400 Д0; ПЦ 400 Д20;
ЦЕМ I 42,5Н; ЦЕМ I 32,5Н;ЦЕМ II/А-Ш 32,5Н.

10

ТОО "Стандарт Цемент"

ЦЕМ I 32,5Н; ЦЕМ I 42,5Н; ЦЕМ I 52,5; ЦЕМ II/А-Ш 32,5Н; ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н; ЦЕМ II/В-Ш 32,5Н;
ЦЕМ I 32,5Н СС; ЦЕМ I 42,5Н СС;
ПЦТI-G-CC- 1.

      По условиям твердения строительная известь подразделяется на: известь воздушную и гидравлическую.

      Различают следующие виды воздушной извести:

      известь негашеную комовую;

      известь негашеную молотую;

      известь гидратную (пушонку);

      известковое тесто [3].

      Известь негашеная комовая представляет собой смесь кусков различной величины. По химическому составу она полностью состоит из СаО и MgО с преимущественным содержанием СаО.

      В зависимости от содержания оксида магния различают: кальциевую известь с содержанием MgO до 5 %; магнезиальную, в которой количество MgO составляет 5 - 20 %, и доломитовую с содержанием MgO 20 - 40 %.

      Примесь оксида магния изменяет свойства извести: магнезиальная известь (MgO 5 - 20 %) медленно гасится, выделяя меньше тепла, и как доломитовая известь (20 - 40 % MgO) проявляет гидравлические свойства при пониженном содержании глинистых и песчаных примесей. Последнее вызвано меньшей растворимостью гидроксида магния в сравнении с Са(ОН)2.

1.1.7. Сырьевая база Казахстана

      Недра Казахстана богаты сырьем для производства цемента и извести.

      Для производства портландцементного клинкера используются в основном карбонатные, глинистые породы и корректирующие компоненты (как правило, железосодержащие отходы других производств). Сырьевая смесь должна обеспечить получение заданного химико–минералогического состава клинкера [7].

      По данным Чимкентского отделения ОРГПРОЕКТЦЕМЕНТА [20] и заводским данным природные сырьевые материалы имеют в основном следующий химический состав (таблица 1.10).

      Таблица 1.10. Химический состав природного сырья

№ п/п

Материал

Химический состав, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

Na2O

K2O

С1 -

ППП

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

Известняки

3,76 - 6,75

0,47 - 2,0

0,36 - 1,47

49,8 - 55,15

0,2 - 1,48

0,1 - 1,1

0 -
0,28

0 -
0,18

0,01 - 0,031

39,65 - 41,16

2

Лессы

40,02 - 56,01

8,53 - 13,47

2,81 - 4,65

9,35 - 21,62

1,78 - 3,89

0,16 - 0,61

1,05 - 1,84

2,31 - 2,80

0,011

12,07 - 19,91

3

Мел

1,5

0,5

0,3

52,4

1,0

0,4

0,06

0,1

0,04

42,8

4

Песок

75,72 - 97,4

1,1 - 6,7

0.4 - 2,03

0,1 - 1,79

0.05 - 4,89

0,05 - 0,51

0,01 - 0,88

0,05 - 2,39

0,046

0,3 - 5,5

5

Руда железная

19,71 - 21,98

2,30 - 10,4

60,68 - 66,34

1,73 - 2,48

0,9 - 1,53

0,18 - 0,35

0,44

0,17

-

2,45 - 4,8

      Оптимальным для цементной промышленности является сырье, обладающее следующими свойствами:

      постоянством химического состава при таком содержании главных клинкерообразующих оксидов, которое бы позволяло готовить сырьевые смеси из минимального числа компонентов;

      высокой размалываемостью, реакционной способностью и обжигаемостью;

      температурные области реакций диссоциации основных компонентов сырьевых компонентов должны быть максимально приближены к друг другу с целью снижения влияния рекристаллизационных процессов на ход клинкерообразования;

      физические свойства сырья (природная влажность, структура и содержание кристаллических включений другого химического состава) должны обеспечивать получение качественного клинкера при минимальных энергозатратах [21].

      Оценка качества сырья производится в основном по двум признакам: химическому составу и физическим свойствам. Из физических свойств наиболее важны влажность сырья, гранулометрический состав мягких пород, их способность размучиваться в воде, прочность и размалываемость твердых пород, минералогический состав и структура, наличие посторонних включений гальки в глине, желваков кремния в известняке. Для глины важна пластичность - способность образовывать достаточно прочные гранулы для уменьшения пылевыноса из печи. Сырьевые материалы должны иметь достаточно однородный химический состав по простиранию и глубине месторождения.

      Оптимальным отношением SiO2/A12Oв алюмосиликатном компоненте для получения высококачественного клинкера является 3,5 - 3,8, но не выше 4. При этом обеспечивается оптимальное образование С3А, обеспечивающее прочность в ранние сроки твердения. Очень вредным является крупнокристаллический кварц в глинистом компоненте (более 80 мкм), который трудно вступает во взаимодействие с СаО при температуре 1250 – 1450 оС, что связано с жесткой упорядоченностью его структуры [22].

      Присутствие в сырье второстепенных оксидов МgO и SO(в виде гипса, сульфатов щелочных металлов или сульфидов) регламентируется, а ТiO2, Р2O5, R2O, Мn2О3, Сr2O3 – не регламентируется. Щелочи R2O вредны даже в малых количествах, другие примеси в оптимальных концентрациях играют положительную роль, облегчая спекание клинкера (МgO, Мn2О3) или повышая гидравлическую активность цемента (Р2О5, Сr2О3, ТiО2). Содержание МgО в клинкере регламентировано - до 5 %, других оксидов не регламентировано. Содержание щелочей в клинкере не должно превышать 0,75 - 1,0 %, Р2О 1 - 2 %, Мn2О 4 % , Сr2O 1,5 %.

      Предельные значения содержания вредных и нежелательных оксидов в сырьевой шихте и клинкере [7] приведены в таблице 1.11.

      Карбонатные породы вносят в сырьевую шихту оксид кальция, глинистые – оксиды SiO2, A12O3, Fe2O3. При недостатке оксида железа вводится третий компонент – корректирующая железистая добавка – пиритные огарки (побочный продукт производства серной кислоты), колошниковая пыль (унос из доменной печи), бедная железная руда, красный шлам (отход производства алюминия). В некоторых случаях для корректировки величины силикатного модуля вводят кремнеземистые добавки – кварцевый песок, который вносят в сырьевую шихту недостающее количество SiO2.

      Таблица 1.11. Предельные значения содержания вредных и нежелательных оксидов в сырьевой шихте и клинкере

№ п/п

Показатели

Рациональные предельные значения

Сырьевая шихта*

Клинкер

1

2

3

4

1

Коэффициент насыщения

0,80 - 0,92 / 1,03 - 1,07

0,88 - 0,95

2

Силикатный модуль

1,90 - 2,60/ 2,02 - 2,60

1,90 - 3,00

3

Глиноземный модуль

0,90 - 1,60 /0,90 - 1,50

0,90 - 2,00

4


Содержание оксидов, %

5

MgO, не более

3,2 / 3,1

5,00

6

SO3

1,00 / 0,80

1,50

7

R2O = Na2O + 0,658K2О, не более

0,80 / 1,70

1,20

8

Ионы хлора Сl-, не более

0,015 при отсутствии байпаса дымовых газов


9

ТіО2, не более

1,30 / 1,30

2,0

10

Р2О5, не более

0,30 / 0,30


      * беззольное топливо/топливо с золой (уголь).

      К карбонатным породам относятся известняк, мел, мрамор, известняк-ракушечник, известковый туф. Примесями в них являются глинистые вещества, доломит, кварц, гипс. Примеси глины не являются вредными. Повышенное содержание доломита и гипса нежелательно, т.к. содержание МgO в клинкере не должно превышать 5 % [7]. Процентное содержание карбонатной породы в составе сырьевой смеси составляет 70 - 80 %. Известняки и мела – осадочные породы. Примесями в известняках и мелах являются алюмосиликатные минералы глин, кварц, опал, халцедон, оксиды железа, гипс, пирит (Fe2S), фосфорит (апатит), барит (ВаSO4), карбонат магния (доломит).

      Глинистые породы – природный землистый тонкодисперсный материал, который при смешивании с водой становится пластичным. К ним относятся собственно глины, аргиллиты, сланцы, лесс, бентонит, суглинки.

      Сланцы – скальная порода, продукт перекристаллизации глин. Лесс – землистая рыхлая порода, состоящая из пылевидных частиц кварца, полевого шпата, слюд, каолинита, кальцита. Пластичность его невелика. Лесс используют в основном заводы Средней Азии и Казахстана. Суглинки – глины, содержащие значительное количество кварца (до 40 %). Глинистые сланцы – твердые, плотные горные породы с ориентированным расположением слагающих минералов, тонкослоистой и хорошо выраженной сланцеватостью, способностью легко раскалываться на тонкие пластинки.

      Кроме того, в зависимости от каждой геологической формации и карьера сырье, а также альтернативное сырье могут содержать второстепенные элементы, такие как металлы, органические и другие соединения (хлор, фтор, сульфиды, такие как пирит и т. д.), которые могут образовываться, если концентрации являются чрезмерными и / или условия эксплуатации печи благоприятны, выбросы в атмосферу металлов (например, ртути, свинца, хрома, меди и т. д.), общего органического углерода, хлористого и фтористого водорода, диоксида серы, диоксинов и фуранов и т. д.

      В качестве примера и в информационных целях в таблице 1.12 показано среднее содержание металлов в различных типах глин и известняков.

      Таблица 1.12. Среднее содержание металлов в различных типах глин и известняков по [23]

№ п/п

Элементы

Глина и аргиллит

Известняк, мергель и мел

Сырьевая мука

мг/кг (по сухому веществу)

1

2

3

4

5

6

1

Сурьма

Sb

Нет данных

1 - 3

<3

2

Мышьяк

As

13 - 23

0,2 - 20

1 - 20

3

Бериллий

Be

2 - 4

0,05 - 2

0,1 - 2,5

4

Свинец

Pb

10 - 40

0,3 - 21

4 - 25

5

Кадмий

Cd

0.02 - 0.3

0,04 - 0,7

0,04 - 1

6

Хром

Cr

20 - 109

1,2 - 21

10 - 40

7

Кобальт

Co

10 - 20

0.5 - 5

3 - 10

8

Медь

Cu

Нет данных

3 - 12

6 - 60

9

Марганец

Mn

Нет данных

<250

100 - 360

10

Никель

Ni

11 - 70

1,5 - 21

10 - 35

11

Ртуть

Hg

0,02 - 0,15

<0,01 - 0,13

0,01 - 0,5

12

Селен

Se

Нет данных

1 - 10

<10

13

Теллур

Те

Нет данных

<4

<4

14

Таллий

Tl

0,7 - 1,6

0,05 - 1,6

0,11 - 3

15

Ванадий

V

98 - 170

4 - 80

20 - 102

16

Олово

Sn

Данные недоступны

<1 - 5

<10

17

Цинк

Zn

59 - 115

10 - 40

20 - 47

      То же самое может произойти с альтернативным сырьем (отходами), используемыми для замены ископаемых материалов (например, отработанный формовочный песок, техническая известь, известковые шламы, колчеданный шлак, железные шлаки, медные шлаки, летучая зола, шламы от промышленной деятельности и очистки городских вод, растения и т. д.) (см. раздел 4.9).

      Для альтернативных материалов (отходов) в некоторых странах мира предельные значения устанавливаются властями для отдельных разрешений или для всего цементного сектора в данной стране (например, в таблице ниже показаны предельные значения для отходов, используемых в качестве сырья [24].

      Возможное содержание различных металлов в горючих и других отходах приведено в таблице 1.13.

      Таблица 1.13. Ориентировочное содержание различных металлов в отходах*

№ п/п

Элемент

Ориентировочное значение [мг/кг сухого вещества]

Колонка A для горючих отходов (слева: в мг/МДж; справа: в мг/кг, исходя из более низкой теплотворной способности 25 МДж/кг)

Колонка B для отходов, используемых в качестве альтернативного сырья

Колонка C для отходов, используемых в качестве компонентов на стадии измельчения при производстве портландцемента

мг/МДж

мг/кг

мг/кг

мг/кг

1

2

3

4

5

6

7

1

Мышьяк

As

0,6

15

20

30

2

Сурьма

Sb

0.2

5

5

5

3

Барий

Ba

8

200

600

1000

4

Бериллий

Be

0,2

5

3

3

5

Свинец

Pb

8

200

50

75

6

Кадмий

Cd

0,08

2

0.8

1

7

Хром

Cr

4

100

100

200

8

Кобальт

Co

0,8

20

30

100

9

Медь

Cu

4

100

100

200

10

Никель

Ni

4

100

100

200

11

Ртуть

Hg

0,02

0,5

0,5

0,5

12

Селен

Se

0,2

5

1

5

13

Серебро

Ag

0,2

5

-

-

14

Таллий

Tl

0,12

3

1

2

15

Ванадий

V

4

100

200

300

16

Цинк

Zn

16

400

400

400

17

Олово

Sn

0,4

10

50

30

* примечание к таблице 1.13:

колонка А - применяется к отходам, используемым в качестве топлива, которые вводятся либо в главную горелку на выходе клинкера вращающейся печи, либо на входе во вращающуюся печь. Ориентировочные значения в столбце A [мг/МДж] основаны на более низкой теплотворной способности отходов. Для ясности приведены также ориентировочные значения в [мг/кг отходов], основанные на более низкой теплотворной способности 25 МДж/кг. Значение 25 МДж/кг соответствует теплотворной способности каменного угля. Если теплотворная способность отходов ниже или выше 25 МДж/кг, допустимое содержание тяжелых металлов изменяется пропорционально;

колонка Б - относится к отходам, используемым в качестве альтернативного сырья и корректирующего сырья при производстве клинкера. Эти отходы заменяют часть обычно используемого сырья или служат для корректировки состава сырьевой муки, то есть содержания кальция, железа, кремния или алюминия;

колонка C - относится к отходам, используемым в качестве компонентов на стадии измельчения при производстве портландцемента. Портландцемент состоит из 90 - 95 % молотого цементного клинкера и 5 - 10 % гипса, а также других компонентов, добавленных на стадии измельчения).

______________________________________________________________________

      В связи с дефицитом пиритных огарок на некоторых цементных заводах в качестве корректирующих железосодержащих добавок используются гранулированные шлаки цветной металлургии, которые содержат железо в основном в виде FeO. По некоторым технологическим свойствам шлаки лучше, чем огарки: они не пылят, не зависают в бункерах, однако они обладают большей твердостью, плохо размалываются, содержание железа в них меньше и поэтому требуется их больший расход.

      В качестве карбонатного сырья все казахстанские заводы используют известняк, только ТОО "Каспий Цемент" – мягкую карбонатную породу – мел (таблица 1.14). В качестве алюмосиликатного компонента используются глина, лесс, суглинки или глинистые сланцы.

      Таблица 1.14. Природные сырьевые материалы и техногенные продукты, используемые на заводах Казахстана для получения клинкера и цемента

№ п/п

Для производства клинкера

Для производства цемента

Карбонатный компонент

Глинистый (алюмосиликатный) компонент

Корректирующая добавка

Минеральная добавка

Регулятор схватывания

1

2

3

4

5

6

1

Природное сырье

1.1

известняк
мел

глина
лесс
глинистый сланец
суглинки

железная руда
песок

известняк
мел

гипсовый камень

2

Техногенное сырье

2.1

фосфорный шлак
доменный шлак

фосфорный шлак
доменный шлак

огарки
медеплавильные шлаки
свинцовые шлаки

фосфорный шлак
доменный шлак
золошлаки

фосфогипс

      В качестве железистой корректирующей добавки используются пиритные огарки, железная руда, медеплавильные или свинцовые шлаки. Пиритные огарки – отход сернокислотного производства после обжига колчеданов. Пиритные огарки состоят главным образом из железа (40 - 63 %) с небольшими примесями серы (1 – 2 %), меди (0,33 - 0,47 %), цинка (0,42 - 1,35 %), свинца (0,32 - 0,58 %) и других металлов [27].

      Отдельные предприятия – ТОО "Стандарт Цемент", ТОО "Гежуба Шиели Цемент", ТОО "Каспий Цемент" – используют другую корректирующую добавку – кварцевый песок – для доведения величины силикатного модуля до необходимых заданных значений [26]. Доля известняка в составе сырьевой шихты составляет 70 – 80 %, алюмосиликатного или глинистого компонента – 20 - 30 %, корректирующей добавки – 3 – 5 %.

      В качестве добавки при помоле цемента для регулирования сроков схватывания цементов используются природный гипсовый камень Жамбылского, Индерборского месторождения (Атырауская обл.) и частично месторождения Баганалы (Туркестанская обл.).

      Наиболее далеко расположены карьеры известняка у ТОО "ПК "Цементный завод Семей" - 88 км, ТОО "Стандарт Цемент" - 45 км, АО "Шымкентцемент" - 30 км, транспортировка осуществляется по железной дороге. На других заводах карьеры известняка расположены рядом 2 – 10 км, транспортировка автосамосвалами. Расстояние доставки глинистого сырья составляет 2 - 14 км, транспортировка в основном автосамосвалами. На заводе ТОО "ПК "Цементный завод Семей" частично используется гидротранспорт глины.

      Альтернативные виды сырья. Все цементные заводы в качестве активной минеральной добавки используют доменные и электротермофосфорные гранулированные шлаки по ГОСТ 3476 [27].

      Несмотря на наличие значительных запасов техногенного сырья, цементные заводы не стремятся к их максимальному использованию для повышения эффективности своей работы. Это обусловлено несколькими причинами:

      высокие отпускные цены на отходы;

      высокие транспортные расходы на доставку техногенного сырья на завод;

      нежелание или отсутствие интереса у заводчан заниматься новыми проблемами по утилизации техногенного сырья, перенастройки параметров технологического процесса и т.п.

      Государственная политика Казахстана в области обращения с отходами определена в Концепции по переходу Республики Казахстан к "зеленой" экономике и направлена на внедрение раздельного сбора отходов, развитие сектора переработки отходов с получением продукции из вторсырья с привлечением инвестиций, в том числе через государственно-частное партнерство. Согласно Концепции к 2030 г. доля переработки отходов должна быть доведена до 40 %, к 2050 г. – до 50 % [28].

      В 2019 г. доля переработки ТБО составила 14,9 % (по сравнению с 2018 г. (11,5 %), увеличилась на 3,4 %.

      Анализ базы данных подсистемы государственного кадастра отходов производства и потребления Единой информационной системы охраны окружающей среды, сформированной на основании отчетов по инвентаризации отходов природопользователей, показал, что объем образованных опасных отходов в 2018 г. по сравнению с 2017 г. увеличился на 23 088,1 тыс. тонн (или 18 %), а в 2019 г., по сравнению с 2018 г, – еще на 30 544,35 тыс. тонн (или 20 %). Объем образованных неопасных отходов за 2019 г. увеличился на 57 302,55 тыс. тонн (или 20 %) относительно 2017 г. и на 39 996,35 тонн (или 14 %) относительно 2018 г.

      Объем образованных неопасных отходов в 2019 г. увеличился на 17 % по сравнению с 2017 г. и на 12 % по сравнению с 2018 г. (таблица 1.15).

      Таблица 1.15. Объемы образованных неопасных отходов за 2017 - 2019 гг. по Республике Казахстан (тыс. т)

№ п/п

Неопасные отходы

Год

2017

2018

2019

1

2

3

4

5

1

Упаковочные материалы

55,4

37,1

82,6

2

Макулатура

130,4

211,3

227,7

3

Отходы пластика

5,3

13,3

68,84

4

Отходы электронного и электрического оборудования

10,3

4,0

1,32

5

Крупногабаритные отходы

0,8

3,8

73,7

6

Строительные отходы

531,3

690,0

486,1

7

Другие отходы

277 415,3

294 495,3

334 511

      Основными отраслями "образователями" неопасных отходов за 2019 г. являются горнодобывающая (318 683,45 тыс. тонн) и обрабатывающая отрасли промышленности (9 963,25 тыс. тонн), а также профессиональная научная и техническая деятельность (3 148,04 тыс. тонн).

      Критерии отнесения отходов потребления к вторичному сырью утверждены приказом Министра энергетики Республики Казахстан от 19 июля 2016 года № 332 [29].

      В металлургической, химической и энергетической промышленности в качестве отходов накоплены значительные количества различных шлаков - продуктов кристаллизации и грануляции алюмосиликатных расплавов: доменные, мартеновские шлаки, шлаки цветной металлургии (медеплавильные, свинцовые, никелевые), электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки (с жидким шлакоудалением).

      На тепловых электростанциях (ТЭС), ТЭЦ в огромном количестве образуется зола-унос - побочный продукт, остающийся при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии и уловленный электрофильтрами или циклонами. Топливные гранулированные шлаки являются продуктом водной грануляции расплава, удаляемым из энергетических топок с жидким шлакоудалением. Золошлаковые смеси представляют собой полидисперсные массы из отвалов тепловых электростанций.

      Эти отходы являются хорошими сырьевыми материалами, поскольку они уже прошли тепловую обработку, карбонатный компонент разложен, на что затрачивается значительное количество тепла при обжиге клинкера. Шлаки находятся частично в стеклообразном состоянии, что повышает их реакционную способность (рисунок 1.3). Так в золе преобладает стекловидная фаза в виде частиц шарообразной формы размером до 100 мкм.


а)

б)

      Рисунок 1.3. Структура измельченного гранулированного доменного шлака (а) и золы уноса каменного угля (б)

      Часть минералов шлаков - это минералы клинкера (С2S), что также делает их высококачественным сырьем. При использовании шлаков в качестве сырья печи работают с большей производительностью, снижается расход тепла на процессы клинкерообразования, снижаются теплозатраты на эндотермическую реакцию разложения карбоната кальция. Значительное количество шлаков используется в качестве активной минеральной добавки при помоле цементов.

      Доменные шлаки (таблица 1.16) делятся на основные, модуль основности которых больше единицы, и кислые с модулем основности меньше единицы. Главная оценка качества шлаков осуществляется по коэффициенту качества К.

      Таблица 1.16. Состав доменного гранулированного шлака

№ п/п

Показатель

Сорт доменного граншлака

1

2

3

4

5

1

Коэффициент качества, не менее

1,65

1,45

1,2

2

Содержание, %:

-

-

-

2.1

Al2O3, не менее

8

7,5

не норм.

2.2

MgO, не более

15

15

15

2.3

TiO2, не более

4

4

4

2.4

MnО, не более

2

3

4

      Доменные шлаки образуются в АО "Арселлор Миттал Темиртау" в г. Темиртау Карагандинской обл.

      Состав гранулированных шлаков приведен в таблице 1.17.

      Доменные шлаки состоят из ортосиликата кальция – С2S, ранкинита – С3S2, волластонита – СS, геленита – С2АS, тридимита.

      Таблица 1.17. Усредненный химический состав доменных, электротермофосфорных и сталеплавильных шлаков

№ п/п

Гранулированный шлак

Химический состав, %

SiO2

A12O3

CaO

MgO

Fe2O3
FeО

SO3

P2O5

MnO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

Доменный

33 - 44

4 - 20

30 - 49

2 - 15

0,3 - 0,8

0,5 - 2,9

0,3 - 3

2

Электротермо- фосфорный

40 - 43

1 - 3

42 - 49

3 - 4

0,4 - 1

2 - 3

0,9 - 3

3

Сталеплавильный

25 - 40

1 - 10

32 - 40

1 - 12

5 - 20

-

-

4 - 8

      Шлаки электротермофосфорные являются побочным продуктом при производстве желтого фосфора методом возгонки в электропечах и быстрого охлаждения. Они содержат до 90 - 95 % стекла. Гранулированные электротермофосфорные шлаки состоят в основном из стекла и волластонита СS, отвальные – из псевдоволластонита, ранкинита, флюорита, силикофосфата.

      Требования ГОСТ 3476 [27] к составу фосфорных шлаков следующие, %: SiOне менее 40; СаО не менее - 43; Р2Оне более 2,5.

      По ГОСТ [27] содержание топливных (горючих) остатков в золах, применяемых как добавка к цементу, должно быть не более 5 %, SiOне менее 40 %, SOне более 2 %, щелочей не более 2 %, ППП не более 5 %, дисперсность должна быть такой, чтобы через сито № 008 проходило не менее 85 % просеиваемой пробы.

      Шлаки электротермофосфорные являются побочным продуктом при производстве желтого фосфора методом возгонки в электропечах и быстрого охлаждения.

      В Казахстане фосфорные шлаки образуются на Ново-Джамбульском фосфорном заводе (НДФЗ), г. Тараз. При работе Чимкентского фосфорного завода (до 1990 гг.) также образовался большой отвал граншлака, большая часть которого в настоящее время выработана.

      В 1980 г. в АО "Шымкентцемент" для стабильной подачи шлака во все шесть печей Ø4х150 м была построена стационарная транспортная линия от шлакосушильного отделения до питателей на холодном конце печи. В каждую печь по течке подавали около 4 т фосфорного шлака в час. Производительность печных агрегатов увеличилась с 35 до 38 - 39 т/час или более чем на 10 %, снизился удельный расход топлива, увеличился выпуск клинкера и цемента. АО "Шымкентцемент" находился в 3 км от фосфорного завода [7].

      В 1980 г. по разработкам профессора С. В. Тереховича на Сас - Тюбинском цементном заводе была внедрена энергосберегающая технология производства клинкера белого портландцемента. Шлаки Джамбулского ПО "Химпром" и Чимкентского ПО "Фосфор" использовались в качестве компонента сырьевого шлама, полностью заменяя каолин и частично известняк. Осуществлялось дополнительное питание печей фосфорным шлаком с холодного конца. В результате производительность вращающихся печей выросла на 20 - 35 %, удельный расход топлива снизился на 20 - 30 %, белизна белого клинкера повысилась на 4 - 6 % [30].

      Ресурсы топливных зол, шлаков, других отходов огромны. Так по данным российского справочника НДТ [9] ежегодный выход отходов в России составляет десятки и сотни миллионов тонн, а процент использования всего от 0,5 до 30 % (таблица 1.18).

      Таблица .. Выход и использование отходов в России

№ п/п

Наименование отходов

Годовой выход

Процент использования

Наличие в отвалах

1

2

3

4

5

1

Золы и шлаки ТЭС, млн. т

40

7

150

2

Шлаки доменные, млн. т

40

20

360

3

Шлаки цветной металлургии, млн. т

50

2

450

4

Шлаки ЭТФ, млн. т

20

8

130

5

Шлаки сталеплавильные, млн. т

10

0,5

70

6

Фосфогипс, млн. т

25

5

280

7

Огарки пиритные, млн. т

7

30

40

8

Отсевы известняка, млн. т

175

7

н/д

      Выработка запасов качественного сырья на карьерах многих цементных заводов требует изыскания новых нетрадиционных видов сырьевых материалов для производства клинкера.

      В ЮКГУ им. М. Ауезова в качестве альтернативного сырья изучены и предложены тефритобазальты, диабазы, сиениты, отходы угледобычи, золошлаки, фосфорные и свинцовые шлаки.

      Химический состав альтернативного сырья, пригодного для получения клинкера и цемента в РК, приведен в таблице 1.19.

      Альтернативные сырьевые материалы (промышленные отходы), представленные в таблице 1.10, могут содержать высокое содержание металлов (Pb, Cu, Zn и т. д.), что вероятно может привеcти к выбросам большого количества металлов в атмосферу. Поэтому перед использованием данных отходов в промышленных масштабах необходимо провести испытания и измерить в дымовой трубе печи все соответствующие загрязнители, в том числе 12 металлов, а также диоксины и фураны.

      В Республике Казахстан накоплены большие объемы отходов угледобычи и углеобогащения в Карагандинском и Экибастузском регионах. Терриконы находятся буквально в 10 - 20 км от АО "Central Asia Cement". В Туркестанской обл. имеются терриконы отходов угледобычи ленгерских шахт, находящихся в 20 - 40 км от ТОО "Стандарт Цемент", АО "Шымкентцемент" и ТОО "Sas-Tobe Technologies".

      Таблица .. Химический состав альтернативного сырья и отходов промышленности, пригодных для получения клинкера и цемента

№ п/п

Материалы и отходы

Содержание оксидов, масс.%

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

R2O

TiO2

P2O5

ZnO

PbO

CuO

ппп

проч

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1

Базальт

45 - 56

14 - 22

9 - 16

4 - 13

1,6 - 12

-

2,2 - 5,6

-

-

-

-

-

-

-

2

Перлит

68 - 75

13 - 16

0,4 - 3

0,8 - 2

-

-

1 - 8

-

-

-

-

-

2 - 6

-

3

Диабаз

50,42

13,35

15,92

7,99

3,99

-

4,12

-

-

-

-

-

1,5

2,71

4

Сиенит

65,1

14,05

3,23

3,74

1,31

-

4,78

-

1,4

-

-

-

1,84

4,55

5

Отход обогащения известняка Састобе

10,75

1,47

0,74

48,25

1,0

0,3

-

---

-

-

-

-

37,49

-

6

Тефритобазальт

45,7

16,27

9,5

10,8

4,03

0,06

6,54

0,91

-

0,91

-

-

5,28

-

7

Свинцовый шлак

23,91 -
25,24

5,25 - 6,44

37,25 – 38,12

14,71 – 15,09

2,97 - 6,15

0,04 - 3,84

0,04 - 4,6

-

-

4,34

0,52

1,1

-

0,26

8

Медеплавильный шлак

32,38

6,57

45,48

6,99

1,71

2,99

0,94

-

-

-

-

-

-

3,04

9

Отходы угледобычи

56,24

10,39

3,61

1,43

0,40

2,72

-

-

-

-

-

-

24,48

0,73

10

Отходы углеобогащения (Караганда)

57,94

23,93

4,33

0,86

1,48

0,37

4,83

1,08

-

-

-

-

4,5

0,68

11

Карбидная известь-пушонка

4,15

0,97

0,96

67,64

0,88

0,56

-

-

-

-

-

-

24,35

0,49

12

Зола отхода угледобычи

73,8

13,7

4,78

2,36

0,68

0,69

3,09

0,6

-

-

-

-

0,16

0,74

13

Золошлаки

51,97 - 58,5

26,42 - 28,8

4,80 - 13,78

1,35 - 3,40

0,73 - 1,5

0,22 - 0,4

-

-

-

-

-

-

4,2 - 4,7

-

      В ТОО "Sas-Tobe Technologies" на печи Ø4х150 м были проведены промышленные испытания энергосберегающей шихты, включающей известняк 74,92 %, отход угледобычи + тефритобазальт (1:1) 18,63 %, свинцовый шлак 6,45 %. Установлено улучшение работы печи, качество клинкера хорошее, содержание СаО свободной 0,5 - 1,5 %, обмазка в зоне спекания устойчивая, температура обжига снизилась на 100 - 110 оС, средняя часовая производительность печи увеличилась с 30 т/ч до 34,5 т/ч или на 15,1 %, расход натурального топлива снизился с 380 кг/т до 307,8 кг/т или на 19 %, расход условного топлива снизился с 271 до 219,5 кг усл. топлива на 1 т клинкера. Прочность экспериментальных сульфатостойких цементов через 28 суток при изгибе составляет 6,7 МПа, при сжатии 45,4 МПа. Прочность пропаренных образцов 4х4х16 см составила при изгибе 4,6 МПа, при сжатии 30,3 МПа [31].

      Технологическая схема энерго- и ресурсосберегающего производства цементов с использованием отходов угледобычи, тефритобазальта и свинцового шлака приведена на рисунке 1.4.


Рисунок 1.4. Схема производства цемента по энерго- и ресурсосберегающей технологии с использованием отходов угледобычи, тефритобазальта и свинцового шлака

      По вышеуказанной схеме производства (рисунок 1.4) произведены экономические расчеты (смотри приложение 1 к справочнику по наилучшим доступным техникам "Производство цемента и извести").

      В ТОО "Стандарт Цемент" на печи сухого способа Ø4х60 м проведены производственные испытания энергосберегающей технологии получения тампонажных цементов при введении фосфорного шлака вместо кварцевого песка [32].

      В процессе обжига установлено улучшение работы вращающейся печи, увеличилась степень декарбонизации материала, поступающего из циклонного теплообменника в печь, в среднем на 3 %, что объясняется снижением доли карбонатов кальция в составе сырьевой смеси и их заменой низкоосновными минералами фосфорного шлака волластонитом. Расход пылеугольного топлива, подаваемого в форсунки декарбонизатора и печь, снизился на 1 – 2 %, защитная обмазка в зоне спекания была более устойчивая и равномерная, производительность печи повысилась с 105 т/час до 108,2 т/час.

      В Казахстане в Карагандинской области имеются значительные запасы сталеплавильных шлаков. Ближайшими к этому региону являются АО "Central Asia Cement" и ТОО "Жамбыл Цемент". В Российской федерации накоплен достаточный опыт использования таких сталеплавильных шлаков. В ЗАО "Осколцемент" при подаче в печи Ø5х185 м 12,5 и 19,2 % сталеплавильного шлака удельный расход условного топлива снизился с 212 до 190 и 169 кг/т клинкера, экономия топлива составила 22 и 44 кг/т, соответственно. Кроме того, произошло снижение выбросов СОв атмосферу на 9,3 и 19,5 %, соответственно.

      Результаты исследований были внедрены на ЗАО "Осколцемент" для выпуска дорожного и аэродромного цемента. Клинкер получали обжигом сырьевой смеси при 1350 °С, что обеспечивает до 30 % экономии топлива и увеличивает производительность печи на 5 т/ч [33].

      Карбидная известь-пушонка является побочным продуктом карбидно-ацетиленового производства и образуется в Карагандинском заводе синтетического каучука в г. Темиртау. Это порошок голубоватого цвета с запахом аммиака. Объемная масса в рыхлом состоянии – 0,49 т/м3, в уплотненном - 0,83 т/м3, удельная поверхность – 2100 см2/г.

      С использованием в качестве сырья карбидной извести-пушонки, фосфорных и доменных шлаков с минерализаторами разработана безкарьерная низкотемпературная технология получения клинкера и цемента при полной замене природного сырья техногенными продуктами [34] [35] [36].

      Выработка запасов качественного сырья на карьерах многих цементных заводов требуют изыскания новых нетрадиционных видов сырьевых материалов для производства клинкера.

      Исследования, проведенные А. А. Пащенко, Е. А. Мясниковой в Киевском политехническом институте, показали высокую эффективность базальтов и перлитов при выпуске портландцементного клинкера. Это вулканические породы, широко распространенные в природе, отличающиеся низкой влажностью, содержащие легирующие примеси ТiО2, VО2, ВаО [37].

      Базальт – широко распространенная эффузивная горная порода относится к числу наиболее распространенных – на ее долю приходится более 20 % магматических пород. По содержанию кремнезема и других оксидов базальты относятся к основным породам. В Казахстане месторождения и отходы дробления базальтов имеются в Восточно-Казахстанской области.

      Перлит – кислое вулканическое водосодержащее стекло сравнительно постоянного химического состава.

      Диабазы являются полнокристаллической магматической породой палеотипного облика, состоящей из плагиоклаза, лабрадора и авгита, обладающей диабазовой структурой. При термической обработке диабазы полностью расплавляются при 1250 – 1300 оС, что позволяет использовать их в качестве высоко реакционноспособного алюмосиликатного компонента сырьевой смеси.

      Сиенит представляет собой глубинные среднезернистые бескварцевые породы светло-серого и розового цвета, состоящие из ортоклаза, плагиоклазов, пироксеновой группы, содержащей значительное количество твердых растворов оксидов железа. В небольших количествах присутствуют гидрослюды и биотит.

      Тефритобазальт – основная эффузивная горная порода нормального ряда, самая распространенная из кайнотипных пород, переходная от тефритов к базальтам. Тефритобазальты и базальты можно использовать в качестве алюмосиликатного компонента сырьевой смеси вместо железосодержащей корректирующей добавки. Эти породы способствуют снижению температуры процессов клинкерообразования [35].

      Температура начала плавления тефритобазальтов, определенная дилатометрическим методом, составила 1280 °С, температура ликвидуса 1350 °С. Балансовые запасы тефритобазальтов Даубабинского месторождения составляют около 20 млн. тонн по категориям А+В+С1. Месторождение, которое расположено в 10 - 50 км от цементных заводов Южного Казахстана – ТОО "Стандарт Цемент", АО "Шымкентцемент" и ТОО "Sas-Tobe Technologies", может разрабатываться открытым способом с применением широкой механизации и буро-взрывных работ.

      Реакционная способность и обжигаемость сырьевых смесей, содержащих магматические породы, значительно выше, чем у шихт, состоящих из традиционных материалов. Жидкая фаза в процессе обжига появляется при температуре на 150 оС ниже, чем при использовании традиционных известняково-глинистых сырьевых смесей. Завершение процессов минералообразования происходит при более низких температурах 1350 – 1400 ºС. С использованием базальтов в промышленных масштабах на Днепродзержинском цементном заводе и Новоздолбуновском ЦШК реализована "щебневая" технология получения клинкера. Смесь карбонатосодержащего сырья и базальтов в виде щебня с размером частиц до 30 мм подается на обжиг во вращающиеся печи без предварительного тонкого измельчения [40].

      Достаточно усредненным материалом являются отходы углеобогащения каменного угля Карагандинского угольного бассейна. Химический состав отходов углеобогащения различных бассейнов колеблется в достаточно широких пределах. Отходы содержат от 2,9 до 28,8 % остаточного угля и могут заменить глинистый компонент шихты для получения клинкера. Применение углеотходов в АО "Уралцемент" показало, что каждый процент выгорающей добавки в отходах снижает удельный расход топлива на 15 кг/т клинкера [38].

      Примеры использования отходов в качестве сырьевых матриалов приведены в приложении 2 к справочнику по наилучшим доступным техникам "Производство цемента и извести".

      Сырьем для производства извести являются известняк и мел (таблица 1.20).

      Таблица 1.20. Требования к карбонатным породам для производства извести

№ п/п

Компоненты

Классы

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

СаСО3, %, не менее

92

86

77

72

52

47

72

2

MgCO%, не более

5

6

20

20

45

45

8

3

Глинистые примеси (SiO2+Al2O3+Fe2O3), %, не более

3

8

3

8

3

8

20

      По составу и концентрации примесей в сырье определяют наименование извести (таблица 1.21).

      Таблица 1.21. Влияние состава и концентрации примесей на наименование извести

№ п/п

Сырье, класс по таблице 1.20

Содержание, % по массе

Известь

СаСО3, не менее

MgCO3, не более

Глина, не более

1

2

3

4

5

6

1

Чистый известняк, А

92

5

0 - 3

Воздушная кальциевая жирная, I и II сорт

2

Обычный известняк, Б

86 - 92

6

1 - 8

Воздушная тощая, II и III сорт

3

Мергелистый известняк, В

72

8

20

Гидравлическая

4

Доломитизированный известняк, Г

77

20

3

Воздушная магнезиальная

5

Доломит, Д

52

45

3

Воздушная доломитовая

6

Доломитизированный мергелистый известняк

47

45

8

Магнезиальная гидравлическая

      С увеличением концентрации глины известь приобретает гидравличность, т.е. способность твердеть под водой.

      Для обжига на известь считают пригодными породы, содержащие не менее 90 % СаСО3, до 4 % SiO2, до 2 % в сумме полуторных оксидов (Аl2О3, Fe2O3) и до 0,4 % SOпри влажности до 18 %; однако используют известняки и более низкого качества. Плотные и прочные известняки могут дать рыхлую, рассыпающуюся в порошок известь и поэтому окажутся непригодны для обжига в шахтных печах. В то же время мягкий мел, напротив, может дать прочную известь. Примеси по-разному действуют на плотность извести, вызывая усадку или некоторое расширение, и поэтому способствуют росту кристаллов СаО, обусловливая разрыхление; другие, наоборот, уменьшая объем, упрочняют известь.

      Показатели прочности извести после обжига важны для технолога: при определении годности сырья нового месторождения и выборе типа печи для обжига исходят из физико-механических свойств исходного сырья и получения извести на основе опытных обжигов в печах разной конструкции. Важно знать прочность, истираемость, плотность, пористость, растрескиваемость кусков при обжиге, угол естественного откоса.

1.1.8. Технико-экономические характеристики

      Цемент – универсальный строительный материал и считается наиболее значимым товаром в своей отрасли.

      В XXI в. центры мирового производства цемента находятся в Азии. Только Китай в 2019 г. произвел более 2 200 млн. тонн или 54 % от мирового объема. Высокие показатели, а также высокие темпы роста производства демонстрируют Турция, Вьетнам и Индонезия [39].

      В мире всего лишь 12 стран производят объемы, превышающие 50 млн. тонн в год (рисунок 1.5).

      1 января 2015 г. был подписан договор о формировании Евразийского экономического союза (далее - ЕАЭС), который сегодня включает пять государств-членов – это Республика Армении, Республика Беларусь, Республика Казахстан, Кыргызская Республика и Российская Федерация.

      Рынок цемента ЕАЭС имеет потенциал к дальнейшей консолидации. Объем основного производства и потребления цемента приходится на Россию: 81 % - в мощностях, 80 % - в производстве и 80 % - в потреблении. На долю иностранных международных цементных холдингов приходится около 20 % мощностей ЕАЭС [40 - 41].



Рисунок 1.5. Список стран по производству цемента (по данным Американской ассоциации производителей цемента)

      Если посмотреть структуру мощностей на мировом цементном рынке в 2016 г., то мощности ЕАЭС составляют около 10 % (рисунок 1.6).

      Потребление цемента в странах ЕАЭС меняется год от года, в то же время в Республике Казахстан остается постоянным (рисунок 1.7).

      Благодаря целенаправленной политике руководства Республики Казахстан в стране были построены современные цементные заводы, способные выпускать как качественные общестроительные, так и ряд специальных цементов: сульфатостойких, дорожных, тампонажных, высокопрочных, быстротвердеющих и других.

      Так, в 2020 году было произведено 10,8 млн. тонн цементов, 1 496 421 тонн сборных железобетонных конструкций, 4 634 473 тонн товарного бетона, 416 491 тонн строительных растворов. Это позволило в 2020 г. ввести более 15,3 млн. квадратных метров жилья. Казахстан также направляет часть произведенного цемента на экспорт, основные страны-импортеры цемента из Казахстана – Узбекистан, Киргизия и Россия [42].

      На рисунке 1.8 приведены данные по экспорту цемента из Казахстана в другие страны за период с 2010 по 2019 гг.


Рисунок 1.6. Структура мощностей на мировом цементном рынке в 2016 г., млн. т
по данным аналитиков Ernst&Young [40]





      Рисунок 1.7. Потребление цемента в странах ЕАЭС


Рисунок 1.8. Экспорт цемента по странам ЕАЭС (Источник: статистический сборник "Внешняя торговля", Комитет по статистике МНЭ РК)

      В Казахстане не налажено производство белых и декоративных, расширяющихся, глиноземистых и некоторых других видов специальных цементов. Объем их потребления небольшой и поэтому эти виды цементов импортируются из других государств. Основными поставщиками цемента в Казахстан являются Россия и Иран [42]. Научно-технический потенциал казахстанских заводов позволяет при необходимости, при возникновении достаточного стабильного спроса наладить производство необходимых для республики специфических цементов.

      Ниже на рисунке 1.9 приведены данные по импорту цемента в Казахстан из других стран за период с 2010 по 2019 гг.


Рисунок 1.9. Импорт цемента по странам ЕАЭС (Источник: статистический сборник "Внешняя торговля", Комитет по статистике МНЭ РК)

      В цементной отрасли наблюдается рост производства, так с 2015 по 2019 гг. объем производства строительных материалов вырос с 443 млрд. тенге до 587 млрд. тенге [46] или на 33 %, где 62 % продукции приходится на цемент, известь и строительный гипс. Цементная отрасль в Казахстане подвержена сезонности, так ввиду климатических условий спрос на строительные материалы приходится на весну, лето и осень.

      На рисунке 1.10 показаны объемы производства портландцемента (кроме белого) и портландцементного клинкера в Казахстане с 2010 по 2019 гг.


Рисунок 1.10. Производство цементного клинкера и цемента в Республике Казахстан
(Источник: статистический сборник "Промышленность Казахстана и его регионов", Комитет по статистике МНЭ РК)

      Государство за счет реализации различных госпрограмм (ГПФИИР- 1 и 2) и запуска строительства масштабных проектов увеличило спрос на цемент.

      При выпуске в 2020 г. 10,8 млн. тонн цемента при средней стоимости 26000 тенге за тонну цемента валовая стоимость продукции составит примерно 280,8 млрд. тенге или около 0,4 % ВВП страны в 2020 г.

1.1.9. Использование энергоресурсов

      Производство цемента является энергоемкой промышленностью. Доля расходов на топливно-энергетические ресурсы в цементной отрасли составляет около 40 % от стоимости произведенного продукта [2].

      За период с 2019 по 2020 гг. мировая цементная промышленность произвела примерно от 6 % до 7 % глобальных выбросов COи от 5 до 7 % выбросов парниковых газов антропогенного происхождения [44] [45] [46] [47].

      СО2 является парниковым газом, появляется он при декарбонизации карбонатсодержащего сырья (технологические СО2) и при сгорании топлива (энергетические СО2) [48].

1.1.9.1. Тепловая энергия

      В качестве технологического топлива все цементные заводы Казахстана используют уголь Карагандинского, Экибастузского месторождения или месторождения Кара Жыра.

      Удельный расход тепла на обжиг клинкера зависит от многих факторов. Основными из них являются способ производства (мокрый, сухой, с циклонными теплообменниками – от 3 до 6 ступеней циклонов; с декарбонизатором или без него), конструкция и эксплуатация печей и другого оборудования (например, холодильник, сырьевые мельницы, работающие в прямом или комбинированном режиме и т. д.), оптимизация управления процессом, равномерные и стабильные условия эксплуатации, свойства сырья, тип производимой продукции и т. д.

      Удельный расход тепловой энергии на цементных предприятиях Казахстана при производстве клинкера варьируется от 3 200 МДж/т при сухом способе и до 6 900 МДж/т при мокром способе. Основные данные по 10 предприятиям Казахстана, полученные в результате проведения КТА, представлены в таблице 1.22 и рисунке 1.11.

      Таблица 1.22. Данные по удельному показателю теплопотребления при производстве клинкера

№ п/п

Источник информации/
Предприятие

Способ производства

Удельные показатели, МДж/т клинкера

1

2

3

4

1

1

мокрый

6 500

2

2

мокрый

6 900

3

3

мокрый

6 900

4

4

сухой

3 300

5

7

сухой

3 250

6

8

сухой

3 500

7

9

сухой

3 200

8

10

сухой

3 550

9

BREF CLM [2]

сухой

2 900 - 3 300

10

ИТС 6 - 2015 РФ [9]

сухой

3550 – 4120

11

ИТС 6 - 2015 РФ [9]

мокрый

5750 – 6900


Рисунок 1.11. График удельных показателей потребления тепла при обжиге клинкера

      На предприятиях 8 и 10 установлены печи с одноветьевыми пятиступенчатыми циклонными теплообменниками и декарбонизаторами с вращающейся печью Ø4х60 м производительностью 2500 т/сут.

      На предприятиях 4, 7, 9 установлены печи с одноветьевыми пятиступенчатыми циклонными теплообменниками и декарбонизаторами с вращающейся печью Ø4,2х60 м производительностью 3000 т/сут.

      На предприятии 10 между ступенями циклонных теплообменников установлен декарбонизатор типа TTF, размером Ø 5,6x44,53 м. Количество горелок – 4 штуки. В декарбонизаторе сжигается 55 - 64 % всего топлива.

      Представленные данные показывают, что в основном предприятия Казахстана имеют удельный расход тепла на обжиг клинкера, соответствующий значениям, указанным в BREF CLM и ИТС 6 - 2015 РФ. В справочнике BREF CLM показатели для мокрого способа производства не нормируются.

      Одним из способов снижения общей стоимости топлива является использование альтернативных видов топлива. Применение такого вида топлива способно в существенном объеме заместить применяемые традиционные ресурсы. Комбинированное сжигание отходов широко применяется в мировой практике. В Европейской цементной промышленности имеются предприятия, имеющие долю замещения ископаемого топлива до 80 % [2].

      Дополнительным преимуществом такого замещения является снижение выбросов CO2, возникающих при сгорании топлива.

      В настоящее время предприятиями цементной отрасли Казахстана отходы в качестве альтернативного топлива не используются. Этому препятствует отсутствие принятой нормативной базы, регламентирующей совместное сжигание отходов и традиционного топлива. Технологически все процессы комбинированного сжигания топлива достаточно проработаны как в мировой индустрии, так и в Казахстане [3]. После принятия соответствующих регламентов предприятия будут готовы использовать альтернативные виды топлива.

1.1.9.2. Электроэнергия

      На цементных предприятиях доля затрат на покупку электрической энергии достигает 40 % и более от общей стоимости энергоресурсов [49]. Главными потребителями электрической энергии являются мельницы (помол цемента и сырья), вытяжные вентиляторы и дымососы (печи, сырьевые и цементные мельницы). Данное оборудование совместно потребляет более 80 % электрической энергии.

      Основное влияние на уровень энергопотребления оказывают способ производства, тип мельниц, природа измельчаемого материала, виды производимых цементов, наличие эффективного способа регулирования производительности оборудования.

      Например, при организации в процессе помола сырья, угля и цемента в трубных шаровых мельницах удельный расход электроэнергии достигает до 60 – 70 кВт∙ч/т, удельный расход электроэнергии на осуществление тех же процессов в современных валковых мельницах заводов сухого способа значительно ниже – в 1,5 – 1,8 раза.

      В таблице 1.23 и рисунке 1.12 приведены данные по удельному потреблению электроэнергии 9 предприятиями Казахстана по данным [49]. Предприятие 6 клинкер не производит.

      Таблица 1.23. Удельное потребление электроэнергии предприятиями Казахстана

№ п/п

Предприятие

Способ производства

Удельные показатели потребления электроэнергии, кВт.ч/т цемента

1

2

3

4

1

1

мокрый

134,8

2

2

мокрый

129,3

3

3

мокрый

215

4

5

сухой

111,55

5

6

сухой

67,06*

6

7

сухой

118,39

7

8

сухой

111,78

8

9

сухой

90

9

10

сухой

109,92

      * предприятие 6 клинкер не производит.


Рисунок 1.12. График удельных показателей потребления тепла

      Представленные данные показывают, что удельное потребление электроэнергии составляет от 129 до 215 кВт ч/т цемента при мокром способе и от 90 до 118 кВт ч/т цемента при сухом способе производства.

      Таким образом, удельное потребление электроэнергии представленными предприятиями входит в диапазоны, указанные в ИТС РФ:

      для заводов мокрого способа производства 100 – 135 кВт∙ч/тонн цемента;

      для заводов сухого способа производства 110 – 140 кВт∙ч/тонн цемента.

      Минимальное удельное потребление электроэнергии имеет компания 9. Завод введен в эксплуатацию в 2018 г. и использует современные технологии и оборудование.

      В BREF CLM данный показатель не нормируется. В соответствии с BREF CLM величина потребления электроэнергии предприятиями Евросоюза при сухом способе производства колеблется от 90 до 150 кВт ч/тонн цемента.

1.2. Основные экологические проблемы

      Загрязнение промышленными выбросами негативно влияет на состояние окружающей среды и здоровье людей. Одними из источников загрязнения атмосферы являются цементная и известковая промышленность.

1.2.1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух

      Основные выбросы от производства цемента и извести – это выбросы в воздух, возникающие во время работы печи. Выбросы образуются в результате физических и химических реакций сырья и топлива.

      Исторически выбросы пыли (особенно от печей, но также от хранения и подготовки сырья (дробление, измельчение и погрузочно-разгрузочные работы) и помола цемента и извести, погрузочно-разгрузочных работ и хранения, а также от источников рассеянной пыли), как загрязняющий окружающую среду фактор цементного и известкового производств, вызывают наибольшее беспокойство.

      Основными составляющими отходящих газов являются азот и избыточный кислород, образующиеся из воздуха для горения, и углекислый газ, вода, образующиеся из сырьевого материала в результате процесса горения, который является неотъемлемой частью процесса производства цемента. Отходящие газы также содержат в себе небольшой объем загрязняющих воздух веществ.

      Применительно к цементному производству в список включены следующие загрязняющие вещества:

      пыль;

      оксиды азота (NOx);

      диоксид серы (SO2) и другие соединения серы;

      летучие органические соединения (ЛОС);

      полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД), полихлорированные дибензофураны (ПХДФ);

      металлы и их соединения;

      фтороводород (HF);

      хлороводород (HCl);

      оксид углерода (CO);

      аммиак (NH3).

      При производстве извести характерны те же загрязняющие вещества.

      Наиболее существенными среди них являются:

      оксиды углерода (СО и СО2);

      оксиды азота (NOx);

      диоксид серы (SO2);

      пыль.

      В выбросах также могут присутствовать другие загрязнители, такие как соединения хлора, если печь также используется для сжигания отходов.

      Газообразные выделения от системы печей, выбрасываемые в атмосферу, являются проблемой номер один в борьбе с загрязнением окружающей среды при производстве цемента.

      Пыль

      Пыль обычно представляет собой щелочь с небольшим содержанием металлов, что является причиной негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека. Поскольку химический и минералогический состав пыли подобен природному камню, ее воздействие на здоровье человека считается вредным, но не токсичным.

      Образование пыли (включая твердые частицы) всегда было наиболее острой экологической проблемой в цементном и известковом производствах. Однако сейчас выбросы пыли сократились и контролируются высокоэффективными фильтрами.

      Пыль - это мелкие (менее 0,1 мм) частицы минерального или органического происхождения, взвешенные в воздухе или газе.

      Технологии производства цемента и извести включают в качестве обязательного процесса тонкое измельчение материалов. Выбросы пыли возникают везде, где потоки газов или воздуха контактируют с тонкоизмельченным неорганическим материалом: в процессе дробления, транспортировки, складирования сырьевых материалов, при помоле и обжиге сырьевой смеси, охлаждении и складировании портландцементного клинкера, помоле, транспортировке и отгрузке цемента и извести, хранении и подготовке твердого топлива или топливных отходов. Основное количество пылегазовой смеси формируется при обжиге цементного клинкера и тонком его измельчении.

      Химический состав пыли может изменяться в широких пределах. Для цементных заводов обычно рассматривают выбросы пыли с содержанием до 20 масс. % SiO(преимущественно пыль сырьевых компонентов) и с содержанием от 20 до 70 масс. % SiO(клинкерная и цементная пыль). Для известковых заводов – пыль с содержанием до 20 масс. % SiO(преимущественно известняковая пыль).

      Основным источником организованных выбросов пыли на цементных заводах являются вращающиеся печи, клинкерные холодильники, мельницы сухого помола (цементные, угольные), цементные силосы, установки для тарирования и отгрузки цемента. Неорганизованные выбросы пыли возникают при дроблении, транспортировке, складировании сухих материалов, их подаче в бункеры мельниц, движении автотранспорта по дорогам.

      Основным источником выбросов пыли при производстве извести является обжиг известняка. Пыль образуется за счет наиболее мелких частиц подаваемого в печь известняка, при термическом и механическом разрушении, при его растрескивании в печи и в меньшей мере за счет золы топлива. Практически все связанные и вспомогательные процессы производства извести как, например, дробление, грохочение, транспортировка гашеной извести, ее складирование и выгрузка, также являются источниками пылевыбросов. Уровень пылевыбросов контролируется специальной защитой.

      Оксиды азота

      Процесс обжига клинкера является высокотемпературным процессом, в результате которого образуются оксиды азота. Эти оксиды представляют собой одни из ключевых загрязняющих веществ, выбрасываемых в воздух цементными заводами. Они образуются в процессе обжига как в результате связывания азота топлива с кислородом в пламени, так и связыванием атмосферного азота и кислорода воздуха, подаваемого для горения, и обычно состоят из смеси NO (95 %) и NO(5 % или менее).

      При обжиге портландцементного клинкера существуют три пути образования оксидов азота – тепловые, быстрые и топливные оксиды азота.

      Выделение NOx сильно зависит от типа используемого процесса. Выбросы NOx особенно велики для длинных вращающихся печей мокрого способа производства, при обжиге трудно обжигаемых сырьевых смесей с использованием газообразного топлива. С увеличением влажности топлива выбросы NOx снижаются.

      В печах сухого способа, оснащенных циклонными теплообменниками и декарбонизаторами, часть топлива (до 60 %) сжигается в декарбонизаторе при температурах до 900 – 1000 °С в зависимости от конструкции подогревателя подвески, что приводит к снижению суммарных выбросов NOx за счет снижения образования тепловых NOx. тем не менее, уровень NOx в дымовой трубе может оставаться довольно высоким в зависимости от различных факторов, связанных с процессом и оптимизацией сжигания (см. более подробную информацию в разделе 4.1.5 главы 4). Подобным образом действуют и другие способы частичного сжигания топлива в холодном конце печи: в газоходе перед первой ступенью циклонного теплообменника или в камере колосникового теплообменника.

      В дымовых газах известеобжигательных печей также могут образовываться тепловые и топливные оксиды азота.

      Диоксид серы

      Выбросы SOв первую очередь обусловлены наличием летучей серы в сырьевом материале. Эта сера в виде SOвыбрасывается со стороны низкотемпературной части печи. При высоких температурах сера, присутствующая в сырье в виде сульфатов, распадается только частично и практически полностью забирается из печи с клинкером. Сера, попадающая в печь вместе с топливом, вступит в реакцию с кислородом до образования SOи не приведет к значительным выбросам SO2, т.к. SO2, образованный в горячей части печи, прореагирует с активными мелкими частицами сырьевого материала в зонах спекания, кальцинирования и в горячей части предварительного подогрева.

      Сера выбрасывается из печей в виде SOв отходящих газах, СаSOи других компонентов клинкера и пыли. Однако бòльшая часть серы соединяется (включается) в клинкер или выгружается из системы.

      Выбросы SO2 на цементных заводах зависят от общего количества сульфатных соединений, применяемого способа производства и, в первую очередь определяются содержанием летучей серы в сырьевых материалах и в топливе. Потенциальные выбросы SOх зависят от циркуляции серы в печи.

      Выбросы SO2 могут значительно увеличиваться при следующих отклонениях от нормальных режимов работы печи:

      восстановительная среда при обжиге клинкера, снижающая связывание SOв нелетучие неорганические соединения;

      чрезмерное накопление сульфатов при длительном внутреннем кругообороте летучих соединений серы в печи и/или циклонном теплообменнике.

      При производстве извести в процессе большинства вариантов обжига негашеная известь захватывает большую часть серы, выделяющейся из известняка и топлива. Эффективный контакт печных газов и негашеной извести обычно сопровождается эффективной абсорбцией диоксида серы.

      Более подробная информация представлена в разделе 4.1.4 главы 4.

      Выбросы СО

      В дымовых газах обжигательных печей СО может появиться двумя путями (подробнее см. разделы 4.1.8 и 4.1.9 главы 4):

      в связи с неполным сгоранием технологического топлива при недостаточном количестве кислорода в воздухе или недостаточном количестве воздуха, подаваемого во вращающуюся печь или в декарбонизатор вращающейся печи;

      в связи с присутствием различных органических соединений, содержащих углерод, в сырьевых материалах.

      Присутствие СО в дымовых газах цементных печей приводит к снижениям выбросов NOx из-за их восстановления до элементарного азота. Однако выбросы SOмогут при этом увеличиться, так как в восстановительной среде SOхуже связывается со щелочными соединениями и образует менее стабильные сульфиты. Более подробная информация о взаимодействии между NOx, SOи CO представлена в разделе 4.1.6 главы 4.

      При концентрации СО более 0,5 % в дымовых газах, содержащих кислород, образуется взрывоопасная смесь, способная к взрыву и разрушению оборудования для улавливания пыли (электрофильтра).

      На современных цементных заводах специальные устройства отключают электрофильтр при превышении порогового значения концентрации СО в отходящих дымовых газах.

      Выбросы СО, как правило, увеличиваются при пуске или остановке печей, нестабильном питании печи топливом или использовании топлива с резко изменяющимися характеристиками или при наличии в сырье углерода или его соединений. При стабильной работе и правильной настройке печного агрегата выбросы СО из печей для обжига клинкера и извести обычно невелики.

      При нормировании выбросов СО необходимо учитывать, что их предельное значение должно устанавливаться с учетом сырьевой базы предприятия, применяемой технологии и оборудования.

      Выбросы металлов и их соединений

      Металлы, попадающие в печь с сырьевым материалом или топливом, впоследствии будут присутствовать или в отходах горения, или в клинкере. Поведение и уровень выбросов отдельных металлов в процессе обжига клинкера зависит от их летучести, схемы ввода в печь, концентрации металла в сырьевых материалах и топливе, особенно при использовании опасных топливных отходов, типа процесса и, в основном, от эффективности осаждения пыли в пылеосадительной системе. При высоких температурах многие тяжелые металлы испаряются и затем конденсируются на клинкере, сырье и частицах пыли, но выбросы тяжелых металлов могут происходить в зависимости от нагрузки тяжелых металлов, условий эксплуатации и конструкции оборудования.

      Металлы и их соединения поступают в печь для обжига клинкера или извести с сырьевыми материалами и технологическим топливом.

      Все подробности, касающиеся металлов в цементном процессе, см. в разделе 4.1.7 главы 4.

      Выбросы газообразных HCl и HF

      Хлориды и фториды могут попасть в систему из сырья и/или топлива. Основная часть улавливается мелкими твердыми частицами сырьевого материала и выходит из печи вмести с клинкером. Небольшое количество выбрасывается из печи, абсорбируясь на частицах пыли.

      Так как соединения хлора и фтора удаляются из печи вместе с пылью, то выбросы этих соединений в значительной мере зависят от эффективности функционирования системы пылеулавливания и если пыль из фильтра печи возвращается в систему печи или нет, и / или если печь имеет байпасную систему для удаления высоких концентраций соединений хлора, которые могут содержаться в сырье и топливе.

      При большом поступлении из сырья, топлива и отходов (альтернативное сырье и альтернативные виды топлива) могут происходить выбросы HCl и HF.

      Выбросы полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов

      В результате протекания различных сложных процессов, зависящих от конструкции печи, условий горения, условий подачи сырьевых материалов в печь и типа эксплуатируемого обеспыливающего оборудования, могут образовываться ПХДД и ПХДФ. Кроме того, присутствие Cl совместно с органическими соединениями потенциально может вызвать образование ПХДД и ПХДФ в любом высокотемпературном процессе. Также медь из сырья, топлива и отходов действует как катализатор, способствуя образованию диоксинов и фуранов. Данные соединения могут образовываться в циклонном теплообменнике или после теплообменника, а также в установках обеспыливания, если в сырьевых материалах присутствуют в достаточном количестве Cl и углеводороды.

      Однако образование дибензодиоксинов и дибензофуранов и их последующие выбросы происходят, если одновременно соблюдается пять условий:

      наличие углеводородов;

      наличие HCl;

      наличие катализатора (считается, что Cu2+ и Fe2+ оказывают каталитический эффект);

      наличие соответствующего температурного интервала (между 200 и 450 °С с максимумом при 300 – 325 °С);

      длительное время пребывания материала в соответствующем интервале температур.

      Кроме того, в газовом потоке должен присутствовать молекулярный кислород. С повышением концентрации кислорода скорость реакции образования ПХДД и ПХДФ увеличивается с порядком реакции примерно 0,5.

      Поскольку хлорированные дибензодиоксины и дибензофураны могут образоваться вновь при охлаждении в интервале температур от 450 до 200 °С, то очень важно отходящие из печной системы газы быстро охладить ниже этих температур.

      Образование ПХДД и ПХДФ может происходить во всех типах технологических печей, но мокрые и длинные сухие печи более подвержены образованию и высвобождению выбросов диоксинов и фуранов.

      Серьезность проблем с выбросами загрязняющих веществ зависит от эффективности мер контроля, метеорологических условий, местоположения промплощадки и соседних чувствительных территорий. Снижение и контроль за пылеобразованием на современном цементном заводе нуждаются в инвестировании и компетентных методах управления.

      Таблица 1.24. Текущие концентрации загрязняющих веществ на предприятиях отрасли

№ п/п

Предприятие

Технологический процесс

Концентрация загрязняющих веществ, мг/Нм³

Азот (II) оксид

Азота (IV) диоксид

Пыль неорг., содержащая двуокись кремния в %: менее 20

Сера диоксид

Пыль неорг., содержащая двуокись кремния в %: 70-20

max

min

max

min

max

min

max

min

max

min


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1

1

Производство клинкера

51,147

38,925

330,511

247,107

350,535

272,349

322,208

289,987

-

-

Производство цемента

-

-

-

-

927,205

12,054

-

-

-

-

2

2

Производство клинкера

613,753

500,0

179,765

100,0

337,205

25,0

114,174

65,0

538,925

529,0

Производство цемента

-

-

-

-

-

-

-

-

2874,326

10,0

Производство извести

613,753

610,0

103,707

100,0

34,591

30,0

114,174

95,0

-

-

3

3

Производство цемента

176,0

17,0

1080,48

28,0

590,0

101,0

420,0

19,30

674,0

48,0

Производство извести

7,8

2,66

42,9

16,4

998,0

105,0

220,0

13,0

-

-

4

4

Производство цемента

95,6

83

623

542

-

-

31,28

27,2

65,5

56,98

5

5

Производство клинкера

0,0169

0,0169

0,1042

0,1042

0,0179

0,0179

0,3353

0,3353

-

-

6

6

Производство цемента -помол

-

-

-

-

-

-

-

-

0,0308

0,008

7

7

Производство цемента

70,0

50,0

600,0

450,0

50,0

10,0

-

-

25,0

15,0

8

8

Производство цемента

-

-

-

-

30,0

30,0

-

-

-

-

9

9

Производство клинкера

71,052

3,0

437,241

1,0

98,242

0,958

182,958

1,0

54,651

1,363

Производство цемента

-

-

-

-

-

-

-

-

10,916

0,47

10

10

Производство цемента

201,7

13,652

542,4

45,0

112,64

11,713

168,7

5,0

40,36

0,954

1.2.2. Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты

      При производстве цемента на производственные нужды вода используется: для приготовления сырьевого шлама для печей мокрого процесса и в башне кондиционирования печей сухого процесса, оборудованных фильтрами электрофильтров, орошения клинкера в цехе обжига, подпитки систем отопления (котельные установки) и оборотного водоснабжения (охлаждение компрессоров, подшипников вращающихся печей, мельниц).

      Так, в производстве сухого или полусухого способа вода используется в небольшом количестве только для процесса очистки, за исключением градирни печей, оборудованных электростатическими фильтрами, и если система охлаждающей воды предприятия (для охлаждения оборудования, такого как подшипники мельниц, печей и т. д.) имеет замкнутый контур (т. е. нет разомкнутого контура с охлаждающей водой отбракованные, которые потенциально могут быть загрязнены жиром и маслянистыми веществами). В принципе сбросов в воду не происходит, потому что вода возвращается в производственный процесс.

      В полусухом способе вода используется для гранулирования сухой сырьевой смеси.

      В полумокром способе шлам обезвоживается в фильтрпрессах.

      В мокром способе вода используется для помола сырьевых материалов для получения шлама. Используемые сырьевые материалы часто имеют высокую влажность. Шлам или используется для питания печи, где вода испаряется, или вначале направляется на сушку.

      Вода, которая иногда используется для охлаждения клинкера, непосредственно испаряется в процессе охлаждения при высокой температуре клинкера.

      В принципе, если система охлаждающей воды завода имеет замкнутый контур, сбросов в воду не происходит, потому что вода возвращается в производственный процесс.

      При производстве извести добываемые в карьере сырьевые материалы могут содержать небольшие количества глины и песка. В этом случае перед подачей в печь известняк промывают. В качестве воды для промывки известняка используют либо воду поверхностных источников, либо получающуюся при добыче грунтовую воду. Другими источниками воды являются дождевая вода и вода из артезианских скважин. Очищенная вода рециркулируется и вновь используется в процессе помывки. Оборотная вода восполняет 85 % необходимой для промывки воды, 15 % приходится на использование свежей воды.

      Сточные воды предприятий цементной и известковой промышленности представлены хозяйственно-бытовыми стоками, а также ливневыми и талыми водами. Производственные стоки отсутствуют, если только система охлаждающей воды установки не имеет замкнутого контура.

      Качество очистки сбрасываемых в окружающую среду сточных вод имеет сильное влияние как на общее состояние экосистемы, так и на здоровье населения.

      Фильтрация неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод из полей фильтрации и фильтрационных колодцев, сбросных трубопроводов и каналов, аварийные прорывы сточных вод являются основным источником загрязнения подземных и поверхностных вод.

      Методы очистки промышленных сточных вод в этой отрасли производства включают усреднение потоков и регулировку рН, отстаивание для снижения содержания взвешенных твердых веществ с помощью бассейнов - осадителей и осветлителей, фильтрование через различные среды для снижения содержания не осаждаемых твердых веществ.

      Очистные сооружения должны работать не только как отстойники-накопители, необходима качественная очистка сточных вод, которая состоит из предварительной механической очистки и полной биологической очистки.

      Механическая очистка сточных вод происходит на ряде последовательно расположенных сооружений, конструкция которых рассчитана на задержание различных фракций взвеси. Обычно в состав таких сооружений входят решетки, песколовки и отстойники.

      В наиболее простой форме решетки представляют собой ряд параллельных железных прутьев, скрепленных вместе и поставленных поперек канала, по которому сточная вода подходит к очистным сооружениям. Песколовки предназначены для задержания тяжелой минеральной взвеси до поступления сточной воды в отстойник. Отстаивание сточных вод позволяет задержать основную массу взвешенных веществ до сооружений биологической очистки.

      Сооружения биологической очистки позволяют определить решающую роль в формировании качества природных вод. Биологическая очистка основана на использовании жизнедеятельности микроорганизмов, которые окисляют органические вещества, находящиеся в сточных водах в коллоидном или растворенном состоянии.

      Ливневые (дождевые и талые) стоки образуются с твердых покрытий предприятия. Основными загрязняющими компонентами поверхностного стока являются продукты эрозии почвы, смываемые с открытых грунтовых поверхностей, пыль, бытовой мусор, а также нефтепродукты, попадающие на поверхность водосбора в результате случайных проливов ГСМ. Ливневые стоки по спланированной территории собираются в водосборные лотки, оттуда по уклону стекают в дождеприемный колодец, далее в отстойник, где происходит улавливание песка, взвешенных и плавающих веществ, и самотеком в фильтрующие колодцы, расположенные на рельефе местности.

      Таким образом, величина воздействия деятельности объектов цементной промышленности на грунтовые и подземные воды зависит от объема водопотребления и водоотведения, эффективности работы очистных сооружений, качественной характеристики сброса сточных воды на поля фильтрации и рельеф местности.

      Антропогенная нагрузка связана с увеличивающимся числом аварийных сбросов неочищенных сточных вод, неудовлетворительным состоянием канализационных коллекторов, нарушением режима обеззараживания стоков, сбрасываемых предприятиями.

      Более подробная информация о водопотреблении и методах сокращения сбросов в почву и водные объекты / водотоки приведена в разделе 4.3 главы 4.

      В разделе 4.3 приведены исключительно для информации химические и физические ограничения, часто требуемые в правилах и разрешениях в отношении воды, сбрасываемой цементными и известковыми заводами.

1.2.3. Образование и управление отходами производства

      Основных производственных отходов при производстве цемента и извести не образуется. Согласно постановлению Правительства Республики Казахстан от 28 октября 2021 года № 775 "Об утверждении Правил разработки, применения, мониторинга и пересмотра справочников по наилучшим доступным техникам" основные производственные отходы – наиболее значимые для конкретного вида производства или технологического процесса отходы, с помощью которых возможно оценить значение основного негативного воздействия на окружающую среду.

      Однако при получении цемента и извести в результате производственных и технологических процессов могут образовываться различные отходы:

      отходы сырьевой смеси (крупные куски сырьевых материалов);

      отходы очистки бункеров сырьевых мельниц;

      печная пыль из байпасовой системы и системы пылеосаждения;

      пыль после прохождения газов через пылеочистные установки при производстве портландцементного клинкера, цемента, негашеной и гашеной извести;

      фильтрат после фильтрпресса, используемого в полумокром способе, содержащий довольно много щелочей и суспендированное твердое вещество;

      ткань (хлопчатобумажная и/ или из натуральных и смешанных волокон, фильтр-прессов), отработанная при обезвоживании сырьевой смеси в производстве цемента;

      использованные сорбционные вещества (гранулированный известняк, пыль известняка), используемые в системах очистки газов;

      просыпи сырьевых материалов при производстве портландцементного клинкера, цемента и извести;

      отработанные фильтровальные рукава;

      отходы упаковки (пластик, дерево, металл, бумага и т.д.);

      отработанное масло, смазка и др;

      использованные батареи, лампочки и люминесцентные лампы, электрическое и электронное оборудование, растворители, химические продукты и т. д.

      Образующиеся отходы передаются на утилизацию/переработку сторонним организациям на договорной основе, частично используются для собственных нужд, часть возвращается в производство.

      Печная пыль может быть непосредственно возвращена в процесс производства или использована для других целей. Возврат пыли может проводиться напрямую в печь либо совместно с подачей в печь сырьевой смеси (в этом случае ограничивающим фактором является концентрация щелочных металлов), либо после смешивания с цементом. Просыпи материалов и сметки собирают и отправляют в технологический процесс.

      Собранную при очистке дымовых газов во влажном скруббере суспензию осаждают, жидкость в основном регенерируют, а влажную твердую фазу направляют в отвалы. Ввиду особых условий очистки газовых потоков, возможности утилизации отходов не велики. Образующийся при очистке дымовых газов гипс нельзя вновь использовать при производстве извести, но можно использовать в качестве регулятора твердения в производстве цемента.

      Материалы, которые нельзя возвращать в производственный процесс, отправляются с завода для использования в других отраслях промышленности или для переработки отходов вне завода на других установках.

1.2.4. Шум и вибрация

      К факторам физического воздействия на окружающую среду можно отнести шум, вибрацию.

      Основным источником физических воздействий от деятельности предприятий является технологическое оборудование.

      Шум генерируется во всем цементном и известковом производствах, начиная от приготовления сырьевых материалов, сырьевой смеси, в процессе обжига, получения цемента и заканчивая складированием цемента и его отправкой. Тяжелые машины и большие вентиляторы, используемые в различных переделах цементного производства, имеют высокий уровень шума и создают вибрацию, особенно от следующих машин и операций:

      любые операции, включающие фракционирование, дробление, измельчение, грохочение сырьевых материалов, топлива, клинкера и цемента;

      дымососы;

      вентиляторы;

      вибраторы и пр.

      воздушные компрессоры и т. д.

      Длительное воздействие шума и вибраций на человека может повредить его слуховой аппарат, угнетает центральную нервную систему, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям. Поэтому цементные заводы должны принимать меры и осуществлять мероприятия по снижению уровня воздействия шума на рабочих местах (производственный шум) до минимума, а также шум на границах завода и карьера (шум окружающей среды), который может повлиять на соседние виды деятельности (жилые районы, общественные здания, другие промышленные и коммерческие поселения и так далее.) до минимальной величины.

      Часто уровень шума и вибраций зависит от конструкции фундамента, на котором установлено оборудование. Использование специальных фундаментов и устройств, гасящих вибрацию, позволяет заметно снизить уровень шума в производственных цехах.

      Если вышеупомянутые технические решения не могут быть применены и если установки, выделяющие шум, невозможно перевести в отдельные здания (например, из-за размера печей и их средств обслуживания), то применяются вторичные технические решения. Например, должно быть осуществлено строительство зданий или природных барьеров, таких как растущие деревья или кустарники между защищаемой зоной и источником активного шума (например, печь или площадь склада). Двери и окна защищаемого пространства должны быть плотно закрыты в период эксплуатации шумовыделяющих установок.

      Если жилая зона находится близко от завода, планирование расположения и строительство новых зданий на промплощадке должно увязываться с необходимостью снижения шумовых выбросов. Рекомендуется осуществлять замеры уровня шума на границе завода и свойств карьера.

      Согласно представленным данным КТА только 2 цементных завода из 10 декларируют физические факторы воздействия – шум, вибрацию согласно аттестации рабочих мест.

      В соответствии с приказом Министра здравоохранения Республики Казахстан от 16 февраля 2022 года № ҚР ДСМ- 15 "Об утверждении Гигиенических нормативов к физическим факторам, оказывающим воздействие на человека" максимально допустимый уровень звука на рабочих местах в производственных и вспомогательных зданиях составляет 95дБА.

      В разделе 4.5 главы 4 (техники управления и снижения уровня шумового воздействия) приводится исключительно для информации, если нет национальных / региональных / местных нормативных актов, уровней ограничения шума, контролируемых на границах собственности (шум окружающей среды), иным образом указываются на местном уровне. регулировка: 65 дБ днем и 55 дБ ночью (в ближайшем доме).

      Производство цемента и извести связано также с последствиями добычи ресурсов (ископаемых видов топлива, известняка и других полезных ископаемых) на качество окружающей среды, биологическое разнообразие, эстетику ландшафта и истощение невозобновляемых или медленно возобновляемых ресурсов, таких как ископаемые виды топлива или подземные воды.

      Соблюдение действующих норм и правил позволяет избежать негативного воздействия, обусловленного факторами физического воздействия.

1.2.5. Запах

      Выделение запаха является редкой проблемой на хорошо работающем заводе, но может произойти на заводе, где сочетание факторов может привести к эпизодическим появлению запаха. Если сырьевые материалы содержат горючие компоненты (керогены), которые не горят при нагревании в теплообменнике, но подвергаются пиролизу, могут появиться выбросы углеводородов. Эти выбросы могут быть видны поверх трубы как "синий туман", который может быть вызвать неприятный запах вокруг цементного завода при неблагоприятных погодных условиях.

      Сжигание топлива, содержащего серу и/или использование сырьевых материалов, содержащих серу, может приводить к выделению запаха (проблема особенно часто встречается в шахтных печах).

      Кроме того, отходы, используемые в качестве сырьевых материалов или топлива, могут приводить к появлению запаха, особенно на различных этапах производства, таких как складирование и переработка. В случае использования аммиака для снижения NOх может возникнуть также запах в определенный период процесса производства, если должным образом не управлять этим процессом.

      Более подробную информацию см. в разделе 4.6 главы 4.

1.2.6. Ведение комплексного подхода к защите окружающей среды. Общие принципы

      Комплексный подход к защите окружающей среды подразумевает под собой систему мер, направленных на выявление источников негативного воздействия производственной деятельности предприятий (выбросы в атмосферу, сбросы в водную среду и образование/размещение отходов) на компоненты окружающей среды, на снижение/предотвращение оказываемого ими техногенного воздействия путем их контроля, а также внедрение и применение наилучших доступных технологий с сопоставлением экологической и экономической эффективности предпринимаемых мер.

      Для осуществления комплексного подхода предприятия должны уделять особое внимание вопросам охраны окружающей среды, что выражается в:

      обязательном учете сырья и вспомогательных материалов, энергии, потребляемых или производимых объектом;

      документировании всех источников выбросов, сбросов, образования отходов, имеющихся на объекте, их характера и объема, а также выявления случаев их негативного воздействия на окружающую среду;

      используемых технологических решениях и иных методах по очистке от вредных веществ сточных вод и отходящих газов, внедрению наилучших доступных технологий по сокращению норм использования природных ресурсов и снижению объемов выбросов, сбросов и образования отходов на объекте;

      разработке эффективных мероприятий по рациональному использованию природных ресурсов и охране окружающей среды;

      декларировании экологической политики предприятия;

      подготовке и проведении сертификации производства в системе экологического менеджмента;

      выполнении производственного экологического контроля и мониторинге компонентов окружающей среды;

      получении разрешений на комплексное природопользование от специально уполномоченных государственных органов в области охраны окружающей среды;

      осуществлении контроля за выполнением и соблюдением требований законодательства об охране окружающей среды и прочее.

      Для достижения высоких эколого-экономических результатов необходимо совместить процесс очистки выбросов, сбросов от вредных веществ с процессом утилизации уловленных веществ. "В чистом виде" очистка вредных выбросов малоэффективна, так как с ее помощью далеко не всегда удается полностью прекратить поступление вредных веществ в окружающую среду, т.к. сокращение уровня загрязнения одного компонента окружающей среды может привести к усилению загрязнения другого.

      К примеру, установка влажных фильтров при газоочистке позволяет сократить загрязнение воздуха, но ведет к еще большему загрязнению воды, если отходы воды не обрабатываются должным образом. Использование очистных сооружений, даже самых эффективных, резко сокращает уровень загрязнения окружающей среды, однако не решает этой проблемы полностью, поскольку в процессе функционирования этих установок тоже вырабатываются отходы, хотя и в меньшем объеме, но, как правило, с повышенной концентрацией вредных веществ. Наконец работа большей части очистных сооружений требует значительных энергетических затрат, что в свою очередь тоже небезопасно для окружающей среды.

      Устранение самих причин загрязнения требует внедрения малоотходных, а в перспективе и безотходных технологий производства, которые позволяли бы комплексно использовать исходное сырье и утилизировать максимум вредных для окружающей среды веществ. К примеру, печная пыль непосредственно возвращается в процесс производства, золошлаковые отходы используются повторно в технологическом процессе в качестве добавки. Именно цементные предприятия являются единственными в своем роде, чьи технологии позволяют использовать вторичные сырьевые ресурсы не только при обжиге, но и на других стадиях производства: при приготовлении цементной смеси, при измельчении шихты.

      Использование определенных типов отходов в качестве альтернативных видов топлива позволит снизить использование ископаемого природного топлива, объемы накопления образованных отходов и снижение выбросов. Однако при подборе материала должны учитываться химический состав отхода и экологические последствия, которые может вызвать процесс переработки каждого вида отходов.

      Далеко не для всех производств найдены приемлемые технико-экономические решения по сокращению количества образующихся отходов и их утилизации, поэтому в настоящее время приходится работать в этом направлении.

      Заботясь о совершенствовании технологических аспектов охраны окружающей природной среды необходимо помнить, что никакие очистные сооружения и безотходные технологии не смогут восстановить устойчивость экосистемы, если будут превышены допустимые (пороговые) значения сокращения естественных, не преобразованных человеком природных систем.

2. Методология определения наилучших доступных техник

2.1. Детерминация, принципы подбора

      Детерминация техник в качестве наилучших доступных основывается на принципах и критериях в соответствии с требованиями Экологического кодекса.

      Методология определения техники в качестве наилучшей доступной основывается на подборе и сравнении альтернативных техник, принятых в качестве техник-кандидатов в наилучшие доступные техники, обеспечивающих исполнение целей предприятия и государственных уполномоченных органов в области охраны окружающей среды. Определение техник-кандидатов основывается на результатах КТА и анализе международного опыта с учетом необходимости обоснованной адаптации к климатическим, экономическим, экологическим условиям и топливной базе Республики Казахстан, обуславливающим техническую и экономическую доступность наилучших доступных техник в области применения.

      Принципы подбора наилучших доступных техник основываются на соблюдении последовательности действий технических рабочих групп и заинтересованных сторон по учету и анализу критериев определения техник в качестве наилучших доступных техник.

      1. Определение ключевых экологических проблем для отрасли с учетом маркерных загрязняющих веществ эмиссий.

      Метод определения перечня маркерных веществ основывался преимущественно на изучении проектной, технологической документации и сведений, полученных в ходе проведенного КТА предприятий в области применения справочника по НДТ.

      Из перечня загрязняющих веществ, присутствующих в эмиссиях основных источников загрязнения, был определен перечень маркерных веществ при условии их соответствия следующим характеристикам:

      вещество характерно для рассматриваемого технологического процесса (вещества, обоснованные в проектной и технологической документации);

      вещество оказывает значительное воздействие на окружающую среду и (или) здоровье населения, в том числе обладающее высокой токсичностью, доказанными канцерогенными, мутагенными, тератогенными свойствами, кумулятивным эффектом, а также вещества, относящиеся к стойким органическим загрязняющим веществам.

      2. Определение и инвентаризация техник-кандидатов, направленных на решение экологических проблем отрасли.

      При определении и инвентаризации техник-кандидатов, направленных на решение экологических проблем отрасли, оставляется перечень техник-кандидатов из имеющихся в Республики Казахстан и в мировом сообществе. Далее список ранжируется по возможности применения на существующей и/ или на новой установке в условиях Республики Казахстан и указываются аргументированные доводы о возможности или невозможности их применения.

      3. Оценка, анализ и сравнение техник-кандидатов в соответствии с критериями, приведенными в п. 2.2 настоящего справочника по НДТ, и на основании установления условий, при которых были достигнуты уровни экологической эффективности, с выявлением перечня техник, удовлетворяющим критериям наилучших доступных техник.

      При оценке, анализе и сравнении техник-кандидатов в наилучшие доступные техники соблюдается следующая последовательность действий:

      1) для установленных техник проводится оценка уровня воздействия на различные компоненты окружающей среды и уровней потребления различных ресурсов и материалов;

      2) оценка при наличии необходимой информации затрат на внедрение техник и содержание оборудования, возможные льготы и преимущества после внедрения техник, период внедрения;

      3) по результатам оценки из установленных техник основного технологического процесса выбираются техники:

      обеспечивающие предотвращение или снижение воздействия на компоненты окружающей среды;

      внедрение которых не приведет к существенному увеличению объемов выбросов других загрязняющих веществ, сбросов загрязненных сточных вод, образованию отходов обезвреживания, потребления ресурсов, иных видов негативного воздействия на окружающую среду и увеличению риска для здоровья населения выше приемлемого или допустимого уровня;

      внедрение которых не приведет к чрезмерным материально-финансовым затратам (с учетом возможных льгот и преимуществ при внедрении);

      имеющие приемлемые сроки внедрения.

      4. Определение уровней наилучшей экологической результативности, обеспечиваемой наилучшей доступной техникой (включая технологические показатели эмиссий, связанные с НДТ).

      Термин "наилучшие доступные техники" определен в ст.113 Экологического кодекса [1].

      Под наилучшими доступными техниками понимается наиболее эффективная и передовая стадия развития видов деятельности и методов их осуществления, которая свидетельствует об их практической пригодности для того, чтобы служить основой установления технологических нормативов и иных экологических условий, направленных на предотвращение или, если это практически неосуществимо, минимизацию негативного антропогенного воздействия на окружающую среду.

      Под техниками понимаются как используемые технологии, так и способы, методы, процессы, практики, подходы и решения, применяемые к проектированию, строительству, обслуживанию, эксплуатации, управлению и выводу из эксплуатации объекта.

      Техники считаются доступными, если уровень их развития позволяет внедрить такие техники в соответствующем секторе производства на экономически и технически возможных условиях, принимая во внимание затраты и выгоды, вне зависимости от того, применяются ли или производятся ли такие техники в Республике Казахстан, и лишь в той мере, в какой они обоснованно доступны для оператора объекта.

      Под наилучшими понимаются те доступные техники, которые наиболее действенны в достижении высокого общего уровня охраны окружающей среды как единого целого.

      Применение наилучших доступных техник направлено на комплексное предотвращение загрязнения окружающей среды, минимизацию и контроль негативного антропогенного воздействия на окружающую среду.

      Под областями применения наилучших доступных техник понимаются отдельные отрасли экономики, виды деятельности, технологические процессы, технические, организационные или управленческие аспекты ведения деятельности, для которых в соответствии с Экологическим кодексом определяются наилучшие доступные техники.

2.2. Критерии отнесения техник к наилучшей доступной технике

      В соответствии с п.3 ст.113 Экологического кодекса критериями определения наилучших доступных техник являются:

      1) использование малоотходной технологии;

      2) использование менее опасных веществ;

      3) способствование восстановлению и рециклингу веществ, образующихся и используемых в технологическом процессе, а также отходов, насколько это применимо;

      4) сопоставимость процессов, устройств и операционных методов, успешно испытанных на промышленном уровне;

      5) технологические прорывы и изменения в научных знаниях;

      6) природа, влияние и объемы соответствующих эмиссий в окружающую среду;

      7) даты ввода в эксплуатацию для новых и действующих объектов;

      8) продолжительность сроков, необходимых для внедрения наилучшей доступной техники;

      9) уровень потребления и свойства сырья и ресурсов (включая воду), используемых в процессах, и энергоэффективность;

      10) необходимость предотвращения или сокращения до минимума общего уровня негативного воздействия эмиссий на окружающую среду и рисков для окружающей среды;

      11) необходимость предотвращения аварий и сведения до минимума негативных последствий для окружающей среды;

      12) информация, опубликованная международными организациями;

      13) промышленное внедрение на двух и более объектах в Республике Казахстан или за ее пределами.

      Обеспечением соблюдения принципов Экологического кодекса при определении техники в качестве НДТ является условие сочетания указанных критериев, выражаемое в соблюдении следующих условий для каждой техники, которая является кандидатом наилучшей доступной:

      1) наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду;

      2) экономическая эффективность ее внедрения и эксплуатации;

      3) применение ресурсо- и энергосберегающих методов;

      4) период внедрения техники;

      5) промышленное внедрение техники на двух и более объектах, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.

Наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду

      При установлении условия обеспечения техникой-кандидатом наименьшего уровня негативного воздействия на окружающую среду рассматривается два показателя:

      опасность используемых и (или) образующихся в технологических процессах веществ для атмосферы, почвы, водных систем, человека, других живых организмов и экосистем в целом;

      характер негативного воздействия и значения эмиссий загрязняющих веществ в составе выбросов и сбросов.

      При определении опасности используемых и (или) образующихся в технологических процессах веществ проводится инвентаризация эмиссий загрязняющих веществ в составе выбросов и сбросов, их объемов (масса), а также объемов и характеристик отходов. При оценке опасности используемых и (или) образующихся в ходе технологических процессов загрязняющих веществ устанавливаются маркерные загрязняющие вещества, выделяющиеся в атмосферу, поступающие в водные объекты, в промежуточные продукты и отходы.

      Выбор маркерных веществ основывается на установлении следующих характеристик:

      вещество характерно для рассматриваемого технологического процесса;

      вещество присутствует в эмиссиях постоянно и в значимых концентрациях;

      вещество оказывает значительное воздействие на окружающую среду;

      метод определения вещества является доступным, воспроизводимым и соответствует требованиям обеспечения единства измерений;

      количественным критерием для определения маркерных веществ является их наибольший совокупный вклад в общем объеме выбросов загрязняющих веществ.

Экономическая эффективность внедрения и эксплуатации техники

      При установлении условия обеспечения экономической эффективности проводится оценка затрат на внедрение, эксплуатацию техники и выгоду от ее внедрения путем применения метода анализа затрат и выгод. Если внедрение различных техник дает положительные результаты, то техникой с самой высокой результативностью считается та, которая дает наилучшее соотношение "цена/качество" и, соответственно, демонстрирует наилучшие экономические показатели среди рассматриваемых техник. Данный метод анализа требует более широкого охвата данных, где данные по выгодам/затратам сложно представить в денежной форме.

      Проведение анализа инкрементального денежного потока, возникающего в результате разницы денежных потоков "до" и "после" внедрения техники, позволяет провести экономический анализ, который наиболее знаком для большинства предприятий.

      Альтернативой методу анализа затрат и выгод служит анализ эффективности затрат, используемый для определения наиболее предпочтительных для достижения определенной экологической цели при самой низкой стоимости мероприятий. Ранжирование техник-кандидатов НДТ по мере возрастания их экономической эффективности позволяет исключить варианты, которые необоснованно и неоправданно дороги по сравнению с полученной экологической выгодой.

      Экономическая эффективность техники определяется согласно формуле:

      экономическая эффективность = годовые затраты, тенге/сокращение эмиссий, т/год.

      Методология расчета затрат устанавливает алгоритм, позволяющий собрать и проанализировать данные о капитальных затратах и эксплуатационных издержках для сооружения, установки, технологии или процесса с учетом экономической эффективности внедрения и эксплуатации.

      Основные этапы оценки приведены на рисунке 2.1.

     


      В ходе проведения экономического анализа внедрения НДТ рассматриваются:

      1) опыт предыдущего успешного использования в промышленном масштабе сопоставимых техник;

      2) информация об известных авариях, связанных с внедрением и эксплуатацией данной техники на производстве;

      3) географические факторы климата внедрения техник (расположение относительно источников энергии, ее доступность, логистические цепочки), а также технологические ограничения, связанные с региональными физико-географическими и геологическими условиями и наличием особо охраняемых природных территорий, памятников культуры и объектов рекреации.

      Для проведения оценки техники-кандидата определяется структура затрат с выделением капитальных затрат (на строительство сооружений, приобретение и монтаж оборудования) и эксплуатационных. В эксплуатационных затратах выделяются затраты на техническое обслуживание и ремонт, энергоносители, материалы и услуги, затраты на оплату труда.

      По итогам сбора информации о затратах проводится ее обработка для обеспечения дальнейшего объективного сравнения рассматриваемых альтернативных вариантов.

Период внедрения техники

      Для оценки времени внедрения техники используется период окупаемости определенной техники в сравнении с затратами, относящимися к обеспечению охраны окружающей среды. Проводится оценка скорости внедрения техники. При этом рекомендуется раздельно рассматривать скорости внедрения техник следующих временных масштабов:

      краткосрочный (от нескольких недель до месяцев);

      среднесрочный (от нескольких месяцев до года);

      долгосрочный (обычно составляет несколько лет).

      Выбор времени модернизации основывается на плановой замене существующего оборудования. Оценивая скорость (период) внедрения НДТ, рекомендуется также проанализировать предельные затраты на модернизацию. Для НДТ, которые требуют существенных инвестиционных капитальных затрат или значительных модификаций производственных процессов и инфраструктуры, представляется необходимым предусматривать более длительные периоды их внедрения.

Применение ресурсо- и энергосберегающих методов

      При анализе применения ресурсо- и энергосберегающих методов учитываются требования и положения существующих нормативно-правовых документов в области энерго- и ресурсосбережения. Целью анализа является установление техник, которые характеризуются (среди рассматриваемых) лучшими показателями энерго- и ресурсосбережения.

      Проводится сравнительный анализ техник по потреблению основных ресурсов, принимая во внимание:

      1) потребление энергии:

      общий уровень энергопотребления и для различных (основных, вспомогательных и обслуживающих) технологических процессов (с оценкой основных возможностей его снижения);

      вид и уровень использования топлива;

      2) потребление воды:

      технологические процессы, в которых используется вода;

      общий объем потребления и для технологических процессов (с оценкой возможностей его снижения или повторного использования);

      назначение воды (промывная жидкость, хладагент и т. д.);

      наличие систем повторного использования воды;

      3) объем потребления сырья и вспомогательных материалов (реагентов и т. п.) с оценкой возможностей их повторного использования.

      После сравнительного анализа определяется возможность регенерации и рециклинга веществ и рекуперации энергии, использующихся в технологическом процессе.

      В качестве основных показателей энергоэффективности и ресурсосбережения, применяемых для сравнительной оценки рассматриваемых техник, используются (при регламентированных условиях эксплуатации оборудования) показатели - удельные расходы электроэнергии, тепла, топлива, воды, различных материалов, т. е. фактические затраты того или иного ресурса (электроэнергия, тепло, вода, реагенты и т. д.) на единицу продукции или оказываемой услуги, выражаемые, например, для электроэнергии в кВт-ч на 1 объема продукции или оказываемой услуги, для тепловой энергии - в Гкал/объем продукции или оказываемой услуги, для воды - в м3/объем продукции или оказываемой услуги и т. д.

      Ресурсосбережение (т. е. сбережение энергии и материалов) оценивается также с точки зрения возможности реализации соответствующих правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование и экономное расходование топливноэнергетических и других материальных ресурсов. Потенциал ресурсосбережения реализуется через конкретные энерго- и ресурсосберегающие мероприятия, которые можно разделить на организационно-технические, предполагающие повышение культуры производства, соблюдение номинальных режимов эксплуатации оборудования, обеспечение оптимального уровня загрузки агрегатов, ликвидацию прямых потерь топливно-энергетических ресурсов, своевременное выполнение наладочных и ремонтно-восстановительных работ, использование вторичных энергоресурсов (включая утилизацию низкопотенциального тепла вентиляционных выбросов, процессы регенерации и рекуперации энергии), оснащение приборами учета используемых энергетических и других ресурсов, и инвестиционные, связанные с своевременным замещением морально устаревших производственных мощностей (производственных узлов), внедрением современного энергоэффективного и энергосберегающего оборудования, модернизацией и автоматизацией существующих технологических процессов.

      Любое возможное преобразование технологического процесса и (или) используемого оборудования, влекущее за собой уменьшение удельного расхода энерго- и других ресурсов на единицу объема продукции или оказываемой услуги, особенно при снижении (или при существующем уровне выбросов и сбросов вредных веществ) оценивается как повышение его энергоэффективности и ресурсосбережения (с учетом экономической эффективности и технологической надежности данного преобразования).

3. Применяемые процессы: технологические, технические решения, используемые в настоящее время

3.1. Производство цемента

      Производство цемента на заводах Казахстана осуществляется по двум способам:

      сухому, когда сырьевые материалы измельчаются с одновременной сушкой и обжигу подвергается сырьевая мука с влажностью не более 1–2 %, при этом удельный расход тепла составляет 3250 – 3550 МДж/тонн клинкера;

      мокрому, когда сырьевые материалы измельчаются в присутствии воды, приготавливается сырьевой шлам с W = 35 – 42 %, который подвергают обжигу во вращающейся печи, удельный расход тепла составляет 6500 – 6900 МДж/тонн клинкера.

      Производственная мощность заводов сухого способа составляет – 13,9 млн. тонн, мокрого – 3,0206 млн. тонн. Доля сухого способа, который относится к НДТ, в производстве цемента в Республике Казахстан на 1 января 2021 г. составляет 82,66 %.

3.1.1. Способы производства цементного клинкера

Технологическая схема мокрого способа

      Типовая технологическая схема мокрого способа производства приведена при использовании твердого карбонатного компонента – известняка и мягкого глинистого компонента – глины, лесса. Добыча сырья производится экскаваторами. При мокром способе известняк подвергается двухстадийному дроблению в щековой и молотковой дробилке до щебня размером до 15 – 20 мм и поступает в бункера сырьевых мельниц. Глина или лесс подвергаются размучиванию в глиноболтушках и подаются на совместный помол в трубные шаровые мельницы, куда дозируются дробленый известняк, огарки и вода. Размолотый шлам с влажностью 36 – 40 % перекачивают в вертикальные шламбассейны для корректировки по величине коэффициента насыщения (КН), по силикатному (n) или глиноземистому модулю (р). После корректировки шлам самотеком сливают в горизонтальный шламбассейн, откуда с помощью насосов непрерывно питается вращающаяся печь (рисунок 3.1).

      Преимущество мокрого способа заключается в возможности приготовления более однородной сырьевой смеси, обеспечивающей получение повышенного качества клинкера. Основным недостатком данного способа является высокий удельный расход тепла, который практически в два раза выше, чем при сухом способе. Это связано с тем, что при производстве одной тонны клинкера испаряется около тонны воды. Вследствие этого на каждую тонну клинкера в атмосферу выбрасывается около 4 тонн отходящих газов, что также в два раза выше, чем при сухом способе [7].

     


Технологическая схема сухого способа производства цемента

      Во всем мире существуют различные типы печей для сухого процесса (рисунок 3.2):

      Длинные сухие печи (многие из них были разработаны в США, но также и на других континентах и странах и все еще находятся в эксплуатации) предназначены для сушки, предварительного нагрева, обжига и спекания, так что требуется добавить только систему подачи и охладитель. Верхняя часть длинных печей оснащена цепными завесами и стационарными установками для улучшения теплопередачи.

      Сухие печи (как правило, короткие печи) с технологией предварительного подогрева суспензии, с 3 до 6 циклонными ступенями. Они могут быть оснащены предварительным кальцинатором или без него. Различные механизмы доступны от различных поставщиков. Системы печей с пятью циклонными ступенями предварительного подогрева и предварительным обжигом считаются стандартной технологией для новых установок сухого процесса.

      В мировой промышленности также работают печи для полусухого и полумокрого способов производства. В Казахстане такие печи отсутствуют.

      Полусухие технологические печи (также называемые печами "Леполь", короче, чем печи мокрого процесса), изобретенные в 1928 г. и сегодня эксплуатируемые в разных странах, оснащены горизонтальной подвижной решеткой, на которую подаются смесь из сухой муки, приготовленной в диске для измельчения смеси (содержание влаги в смеси варьируется от 10 % до 15 %). Слой смеси распределяется на колосниковой решетке, подсушивается, а затем подается в печь.

      В полувлажном процессе (способ называют также комбинированным) влажные шламовые фильтровальные кексы, приготовленные в экструдере (содержание влаги в кеках составляет около 20 %), подаются либо на решетку печи "Леполь", либо в длинную печь, более или менее такую же длину, как и в печи мокрого процесса.



Рисунок 3.2. Печь сухого способа производства с циклонными теплообменниками и декарбонизатором

      Сухой способ производства с использованием технологии предварительного подогрева смеси с предварительным прокаливателем или без него в настоящее время является наиболее распространенным в мире. Например, в Японии 100 % цемента выпускают по сухому способу, в наиболее развитых странах Европы этот показатель приближается к 100 %.

      Показатели сухого способа в сравнении с мокрым приведены на рисунках 3.3, 3.4 и в таблице 3.1.

      Недостатками сухого способа являются:

      некоторое снижение активности клинкера;

      усложнение технологической схемы;

      повышенная запыленность технологического процесса.


Рисунок 3.3. Затраты материала и выброс отходящих газов в окружающую среду при мокром и сухом способах производств на тонну клинкера


Рисунок 3.4. Материальный баланс печи сухого способа [22]

      Сухой способ перед мокрым имеет следующие преимущества:

      удельный расход топлива практически в два раза ниже;

      единичная производительность печи в 4 - 5 раз больше;

      на порядок уменьшается удельный расход огнеупоров, обусловленный снижением теплонапряження во вращающейся печи и увеличением единичной мощности;

      Таблица 3.1. Показатели мокрого и сухого способов производства цемента [22]


п/п

Параметры

Размерность

Способ производства

мокрый

сухой

1

2

3

4

5

1

Мощность печи в мире:




максимальная

т/сут

3000

12 000 

распространенная

т/сут

1750

3000 - 5000

2

Мощность печей в Казахстане:




максимальная

т/сут

1750

5250

распространенная

т/сут

840

2520

3

Расход топлива

кут/т клинкера*

200

100

4

Расход материалов

т/т клинкера

5

3

5

Расход огнеупоров

кг/т клинкера

1,0

0,1

6

Выход отходящих газов

т/т клинкера

4

2

7

Выход СО

кг/т цемента

890

690

8

Качество клинкера

%

100

90

9

Запыленность

-

низкая

повышенная

10

Технология

-

простая

сложная

11

Управление процессом

-

сложное

простое

12

Степень автоматизации

-

низкая

полная

13

Выработка на 1 работника

т/год

1500

7000

14

Число рабочих в смену

человек

10

2

      * кут/т клинкера – кг условного топлива на тонну клинкера.

      выбросы парниковых газов в окружающую среду ниже из-за гораздо меньшего потребления тепловой энергии в печах сухого процесса; выбросы углекислого газа в атмосферу снижаются на 25 %, что имеет существенное значение в связи с Киотским соглашением;

      обеспечивается автоматизация обжига клинкера вследствие разделения процесса на отдельные контуры регулирования с возможностью подачи на каждый передел необходимого количества топлива;

      многократно увеличивается производительность труда [22].

3.1.2. Добыча сырьевых материалов

      Современный цементный завод выпускает 1,5 - 2,0 млн. тонн цемента. Для этого необходимо переработать 2,2 - 3,2 млн. тонн сырьевых материалов или 7 - 10 тыс. тонн сырья в сутки. Добыча сырья осуществляется в карьерах, разрабатываемых открытым способом. Добычу ведут в один или несколько уступов высотой 10 – 15 м (рисунок 3.5). Способ добычи зависит от физико-механических свойств сырья. Вначале удаляют вскрышную породу.


1 - экскаваторы
Рисунок 3.5. Добыча известняка на карьере.

      Твердые скальные породы (известняки) вначале разрыхляют взрывом. Для этого проходят скважины диаметром 100 - 300 мм, закладывают взрывчатку и осуществляют массовый взрыв. Проходку скважин ведут с помощью канатно-ударных станков, пневматических ударных или шарошечных буровых станков (рисунок 3.6). Погрузку скальных пород осуществляют экскаваторами с емкостью ковша до 8 мили погрузчиками.



Рисунок 3.6. Бурение скважин на карьере известняка ТОО "Жамбыл Цемент"

      Добычу мягких пород (мела, глины) осуществляют с помощью роторных экскаваторов, которые одновременно с добычей осуществляют и погрузку сырья.

      Доля стоимости сырья в себестоимости цемента составляет до 20 – 25 %. Себестоимость добытого сырья зависит от ряда факторов. Около 60 % общей стоимости сырья составляют транспортные расходы.

      На цементном заводе необходимо иметь определенный запас сырья, который бы обеспечивал непрерывную работу печей на случай прекращения подачи материалов из карьера. Для этого в зависимости от мощности завода установлены нормы запаса сырья, которые должны храниться на складах. Склады сырья используют открытые или закрытые. Нормы запасов материалов следующие, сут.: известняка на 3 - 5; гипсового камня, корректирующих и минеральных добавок – на 15 - 20; твердого топлива – на 10 - 15 [51].

      На трех заводах Казахстана имеются особенности добычи, дробления и транспортировки сырья на завод. На заводе ТОО "Жамбылская цементная производственная компания" сырье известняк и глинистый сланец после предварительного дробления на карьере доставляют на завод наиболее экономичным транспортом – ленточным конвейером, расстояние 2,8 км, и укладывают в штабели для усреднения (рисунок 3.7).


Рисунок 3.7. Ленточный транспортер длиной 2800 м для доставки известняка и глинистого сланца с карьера в ТОО "Жамбыл Цемент"

      В ТОО "ПК "Цементный завод Семей" известняк добывается в карьере суук-булакского месторождения, который находится в 88 км по железной дороге от завода. Бурение скважин производится механизированными станками СБШ - 200. Для погрузки разрыхленной породы известняка в автосамосвалы используются экскаваторы ЭКГ - 4,6; ЭКГ - 5,0 или ковшевые погрузчики (рисунок 3.8).





      Рисунок 3.8. Погрузка известняка ковшевым погрузчиком и экскаватором

      От забоя до приемного бункера известняк возят на автомашинах БелАЗ. Дробление известняка осуществляют на карьере вначале в щековой дробилке производительностью Q – 500 т/час, затем в молотковой дробилке С – 738 до размера кусков 0 – 20 мм. Дробленый известняк грузится в железнодорожные вагоны и отправляется на завод.

      На заводе мокрого способа ТОО "ПК "Цементный завод Семей" глинистый компонент – суглинки добываются в карьере Жана-Семейского месторождения, расположенном в 15 км от завода. Глину 45 % привозят на завод автосамосвалами, а 55 % размучивают на карьере в глиноболтушках и по трубам перекачивают на завод.

      В ТОО "Стандарт Цемент" известняк Каракусского месторождения подвергается дроблению на карьере до кусков размером 70 мм, загружается в вагоны и поступает на завод. Карьер расположен примерно в 45 км от завода.

      На всех других заводах известняк и глинистый компонент после добычи на карьере автосамосвалами транспортируют на завод, где осуществляются дробление сырья и дальнейшая переработка.

3.1.3. Хранение, подготовка и помол сырьевых материалов

      Сырьевые материалы хранятся на заводе в открытых и/или крытых складах. Согласно технологическим нормам проектирования цементных заводов нормы запаса в зависимости от вида сырья, корректирующих и минеральных добавок, топлива должны хватать на 3 – 20 суток работы предприятия [51].

Дробление сырьевых материалов

      Дробление – это процесс механического измельчения твердых пород со степенью измельчения от 2 до 50. Выбор дробильного оборудования и схем дробления зависит от физических свойств сырья, прочности, пластичности, влажности. На старых заводах мокрого способа производство дробления твердых известняковых пород высокой и средней плотности осуществляется в две стадии на карьере или на заводе. Первая стадия дробления осуществляется в щековых дробилках, вторая в молотковых. В щековых дробилках происходит раздавливание материала между подвижной и неподвижной щеками в результате периодического нажатия (рисунок 3.9).




      Щековые дробилки 1 стадии дробления могут перерабатывать камень с размерами до 1200 – 1500 мм. Степень измельчения в щековых дробилках составляет 4 – 6. Размер выходящих кусков составляет до 100 – 200 мм.

      Щековые дробилки просты по конструкции и достаточно надежны в эксплуатации. Щеки футеруются броневыми плитами из закаленного литья или твердой стали. Износ дробящих плит составляет от 5 до 30 г на 1 тонну материала (рисунок 3.10).

      Удельные расходы электроэнергии зависят от размеров дробилки, твердости породы и составляют для крупных щековых дробилок от 0,3 до 0,7 кВт ч/мматериала средней твердости. Щековые дробилки установлены в АО "Шымкентцемент", ТОО "Бухтарминская цементная компания", ТОО "Sas- Tobe Technologies", АО "Central Asia Cement", ТОО "Каспий Цемент", на карьере ТОО "ПК "Цементный завод Семей".

      На второй стадии дробления твердых пород используют молотковые (одно – двухроторные) дробилки, ударно-отражательные дробилки, самоочищающиеся молотковые дробилки с подвижной плитой. Молотковые дробилки оборудованы выходными колосниковыми решетками и выдают материал крупностью меньше ширины выходной щели. Продукт измельчения выходит в виде щебня с размером кусков от 0 до 20 – 30 мм и более.



1 - корпус; 2 – подвижная щека; 3 - ось; 4 – маховик;
5 – эксцентриковый вал;
6 – шатун; 7 – распорные плиты; 8 – специальный упор;
9 – прокладка; 10 – пружина;
11 – прилив; 12 – тяга;
13 – сухари; 14 – броневые плиты

      Рисунок 3.10. Щековая дробилка СМД – 60А

      Степень измельчения молотковых дробилок составляет 20 – 40 (рисунок 3.11). Различают однороторные и двухроторные молотковые дробилки. Удельный расход электроэнергии на дробление 1 т материала составляет 1 – 2 кВт ч/т. Молотковые дробилки установлены на второй стадии дробления известняка АО "Шымкентцемент", ТОО "Бухтарминская цементная компания", ТОО "Sas-Tobe Technologies", АО "Central Asia Cement" (двухроторная) и на карьере ТОО "ПК "Цементный завод Семей".



1 – станина, 2 – колосниковая поворотная решетка,
3 – отбойный брус, 4 – отбойная плита, 5 – крыша станины,
6 – молоток, 7 – ротор,
8 – выдвижная колосниковая решетка, 9 – направляющая выдвижной решетки

      Рисунок 3.11. Молотковая однороторная дробилка СМД- 98А

      На заводах сухого способа производства, как правило, устанавливаются эффективные ударно-отражательные и молотковые дробилки, где дробление осуществляется в три стадии. Первая стадия – основное дробление – происходит в тот момент, когда бильные элементы, закрепленные на роторе, ударяют по дробимому материалу. Вторая стадия происходит при столкновении дробимого материала с отражательными плитами, третья – при соударении частиц дробимого материала. Такие дробилки наиболее эффективны для скальных пород средней твердости. Выпускаются одно- и двухроторные дробилки таких типов.

      Для дробления твердых и вязких пород используют ударно-отражательные дробилки несколько иных конструкций.

      В комбинированной ударно-отражательной молотковой дробилке типа ЕV фирмы "Смидт" (Дания) в одном агрегате совмещены две стадии дробления. Степень измельчения составляет 60 – 70. Принципиальные основы конструкции заключаются в комбинировании преимуществ молотковых дробилок и общепринятых молотковых мельниц по мере устранения таких помех как (повышенная изнашиваемость, недостаточный контроль кривой верхнего продукта и низкий коэффициент редукции). Ударно-отражательные дробилки установлены на карьерах известняка ТОО "Стандарт Цемент" и ТОО "Жамбылская цементная производственная компания".

      Для дробления мягких пластичных сырьевых материалов (мел, глина и др.) применяют валковые дробилки (рисунок 3.9 в). В зависимости от физических свойств измельчаемого материала валки могут иметь гладкую, зубчатую, рифленую и ребристую поверхность. Степень измельчения в валковых дробилках составляет 3 – 4 для твердых пород и от 10 до 15 для слабых и мягких. Валковые зубчатые дробилки применяют также для крупного и среднего дробления углей.

      На старых заводах мокрого способа для переработки мела и глины используют глиноболтушки. Они представляют собой круглый или многогранный бассейн диаметром 12 м. В центре бассейна на фундаменте устанавливают вертикальный вал с крестовинами (рама), на которой подвешиваются стальные грабли. При вращении рамы с граблями происходит размучивание мягкой породы. Производительность болтушек 30 – 50 м3/ч. В глиноболтушках происходит обогащение сырья. Крупные куски твердых неразмучивающихся пород оседают на дно и глиноболтушки необходимо периодически останавливать и очищать от осадка. Такие глиноболтушки установлены в ТОО "ПК "Цементный завод Семей" (на карьере и на заводе), ТОО "Бухтарминская цементная компания" Heidelberg Cement и в ТОО "Sas-Tobe Technologies" для размучивания глины и лесса.

      Для предотвращения попадания случайных металлических предметов в дробилки и мельницы и выхода их из строя устанавливают металлоулавливатели.

3.1.4. Усреднительные склады сырья и топлива

      Подготовка сырьевых материалов заключается в их дроблении и укладке в штабели. На заводах сухого способа известняк, глинистый компонент и уголь укладывают в штабели для усреднения химического состава.

      Усреднительные склады имеются только на заводах сухого способа производства. На заводах мокрого способа сырье, топливо, добавки по нормативам хранятся в крытых или открытых складах без усреднения.

      На цементном заводе помимо сырья необходимо усреднить состав угля. Для этого материал, раздробленный до крупности менее 70 – 80 мм, укладывают в штабели. Качество штабеля зависит от метода укладки. Материал можно укладывать в штабель узкими полосами, тонкими слоями, длинными наклонными слоями, конусами, сливающимися в штабель.

      При отсыпке штабеля может происходить сепарация материала по высоте штабеля (происходит расслаивание и крупные куски скапливаются внизу). Поэтому разгрузку ведут по всей площади торца, что обеспечивает высокую степень усреднения.

      Отсыпку штабеля производят штабелеукладчиком. Для обеспечения хорошего усреднения штабели должны быть вытянуты в длину. Отношение длины штабеля к его ширине должно быть не менее 5:1. Смешивание слоев по вертикали осуществляется граблями, которые совершают горизонтальное возвратно-поступательное движение и ссыпают усредненную смесь вниз. Далее усредненный компонент скребковым транспортером передается на сборный транспортер и в дозирующие бункера перед сушильно-помольным отделением сырья.

      Усреднительный склад сырья работает непрерывно. Обычно формируют 2 штабеля из дробленого известняка и при необходимости (при пестром составе глин) штабели суглинков или сланцев. Один из штабелей обеспечивает недельную работу завода, а формирование штабеля производится за меньшее время. Выдача материала может производиться непрерывно. На рисунке 3.12 приведен шевронный склад, эксплуатируемый на большинстве цементных заводов сухого способа Казахстана.


Рисунок 3.12. Первичное усреднение компонентов

      Необходимость использования крытых складов сырья и твердого топлива, а также клинкера зависит от климатических условий и процентного содержания мелких частиц в запасах материалов.

      Открытые складские запасы материалов часто являются источником неорганизованных выбросов пыли, иногда значительных, особенно в ветреную погоду, и руды во время погрузочно-разгрузочных работ (например, погрузка и разгрузка грузовиков с погрузчиком, лотки штабелеров и т.д.).

      По возможности настоятельно рекомендуются закрытые системы хранения сырья, твердого топлива, клинкера и других продуктов.

      Усреднительные склады позволяют значительно гомогенизировать состав сырья. Так при колебаниях состава известняка, поступающего с карьера по СаСО3±10 %, после усреднения на складе колебания уже уменьшаются до ± 1 % СаСО3.

      При помоле в сырьевых мельницах сырье дополнительно усредняется. Окончательное усреднение сырьевой муки производится в силосах. Колебания в содержании СаСОуже не превышают ± 0,3 %. Кроме продольного, используют также кольцевое штабелирование сырья. Такой круглый усреднительный склад работает в АО "Шымкентцемент" (рисунок 3.13).



Рисунок 3.13. Круглый усреднительный склад, установленный в АО "Шымкент цемент"

3.1.5. Измельчение сырьевых материалов

Помол сырьевых материалов при сухом способе производства

      Наиболее распространенными в мире системами сухого измельчения сырья, твердого топлива и клинкера являются:

      трубчатые (шаровые) мельницы с различным расположением (например, центральная разгрузка, продувка, торцевая разгрузка в замкнутом контуре и т.д.);

      вертикальные мельницы с различными технологиями (барабанно-шаровая мельница, кольцевая шаровая мельница, используемая в основном для твердого топлива и т. д.);

      валковый пресс (может использоваться перед шаровой мельницей для окончательного помола цемента).

Вертикальные мельницы

      Помол сырьевых материалов при сухом способе производства зачастую осуществляется в высокопроизводительных и экономичных вертикальных валковых мельницах, где производятся одновременный помол и сушка сырья. Сушильным агентом являются отходящие из циклонных теплообменников дымовые газы с температурой до 300 – 350 оС. В период запуска печи сушильный агент готовится в собственном генераторе, работающем, как правило, на дизельном топливе. Измельчение сырья происходит за счет раздавливающего и истирающего действия валков и вращающейся тарелки. Тонина помола сырья регулируется путем изменения разряжения и положения пластин на вращающемся роторе встроенного сепаратора. Тонкость помола муки находится в пределах 10 – 15 % остатка на сите № 008 или № 009. Остаточная влажность сырьевой муки составляет до 1 – 2 %.

      Основными достоинствами среднеходных мельниц являются:

      низкие удельные энергозатраты на помол;

      сравнительно малые габаритные размеры установок;

      простота монтажа оборудования;

      возможность автоматизации процесса;

      относительно небольшие капиталовложения;

      низкий уровень шума;

      простота регулирования необходимой тонкости помола.

      Основными недостатками тарельчато-валковых мельниц являются:

      высокая чувствительность к попаданию вместе с сырьем посторонних металлических предметов и твердой пopоды (например, желваков кремния);

      низкая износостойкость размалывающих элементов;

      высокий уровень вибрации;

      значительное снижение производительности при незначительном износе размалывающих элементов.

      Тарельчато-валковая мельница (рисунок 3.14) состоит из валков 3, тарелки 2, приводимой во вращение от двигателя через редуктор.

      Исходный материал загружается через воронку на распределительный конус тарелки и ссыпается на бронеплиты. При вращении тарелки материал попадает под валки, где измельчается посредством раздавливания и истирания. Сила сжатия, требуемая для измельчения, создается системой гидравлического прижима. Зазор между роликом и чашей можно регулировать винтовым упором. Мельница закрыта герметическим кожухом.



1 - корпус; 2 тарелка; 3 - валки;
4 - прижимное устройство;
5 - воздушный классификатор;
6 - подача измельчаемого
материала; 7 - измельченный продукт; 8 - крупный продукт классификатора
 

      Рисунок 3.14. Тарельчато-валковая мельница

      Материал размалывается и передается центробежной силой на стационарное кольцо со штуцерами для воздуха. Измельченный материал выносится потоком воздуха, подаваемого по каналу, в сепаратор. Материал делится на тонкий помол и крупную фракцию в зоне сепарирования вращающейся корзиной сепаратора. Крупная фракция направляется в центр размола. Готовый продукт покидает сепаратор вместе с потоком газа и отделяется от газа в фильтре, расположенном ниже.

      Валковые мельницы изготавливают с тарелкой диаметром 0,6 – 4,5 м, роликов – 0,48 - 2,2 м, скорость вращения тарелки около 3 м/с.

      Мельница Loesche для тонкого помола сырьевых материалов приведена на рисунке 3.15.

      Сырьевой материал подается в мельницу через лопастной питатель 1 и по течке 2 падает в центр помольного стола 3. Под действием центробежной силы материал перемещается к краю помольного стола и, таким образом, оказывается под гидропневматически подпружиненными помольными валками 4. Вовлеченный материал в плотном слое измельчается в зазоре между валками и помольным столом. Измельченный помольными валками материал за счет центробежной силы, возникающей при вращении помольного стола, отбрасывается за край стола.

      Сепаратор 10 в соответствии со своей настройкой не пропускает грубо молотый материал - крупку. Крупные частицы падают через внутренний конус для крупки обратно на помольный стол 3 для повторного помола. Готовый продукт помола проходит через сепаратор и покидает мельницу вместе с потоком газа 12.

      Мельницы Loesche могут работать с материалом влажностью до 25 %.

      Конечная тонкость помола продукта в зависимости от состава сырьевой смеси лежит в диапазоне между 6 % и 30 % остатка на сите 90 микрон. Размер мельницы обозначается по внешнему рабочему диаметру помольного стола в дециметрах [дм].


Рисунок 3.15. Мельница Loesche для тонкого помола сырья

      Производительность (т/час) различных типоразмеров мельниц и мощность привода приведены на рисунке 3.16.

      Система измельчения сырьевых материалов фирмы "Полизиус" состоит из ленточного транспортера (рисунок 3.17), оснащенного поперечно расположенным магнитным сепаратором и металлоискателем.

      Отдозированные влажные сырьевые материалы и горячие дымовые газы поступают в валковую мельницу, измельчаются валками и высушиваются. Дымовые газы выносят измельченный материал в верхнюю часть мельницы, где расположен встроенный сепаратор. Здесь материал классифицируется, крупные частицы возвращаются на тарелку для доизмельчения, готовый продукт выносится дымовыми газами в циклон, улавливается и затем подается в силос сырьевой муки. Запыленные дымовые газы очищаются в фильтре и выбрасываются в атмосферу.

      Такие измельчающие системы для помола сырьевых материалов установлены на заводах сухого способа Казахстана, кроме АО "Карцемент".


Рисунок 3.16. Мощность привода и производительность сырьевых мельниц Loesche


Рисунок 3.17. Система измельчения фирмы Полизиус

      Для разделения измельченного материала на готовый продукт и крупку установлены высокоэффективные экономичные динамические сепараторы SEPOL. Их работа регулируется в зависимости от вида измельчаемого материала и необходимой степени измельчения.

      Вследствие высокой селективности такие сепараторы позволяют снизить удельный расход электроэнергии на измельчение.

      На всех заводах сухого способа Казахстана для транспортировки муки, клинкера, цемента установлены механические транспортирующие устройства – ковшовые элеваторы, которые позволяют снизить расход электроэнергии по сравнению с пневмотраспортирующими (пневмокамерные, пневмовинтовые насосы, пневмоподъемники). На трех старых заводах мокрого способа цемент, пыль электрофильтров транспортируют пневмокамерными и пневмовинтовыми насосами.

      В ТОО "Стандарт Цемент" дробленный глинистый материал подается в сектор предварительного смешения глины. Вместимость склада для глины 2x6600 т, для угля 2x5000 т. После усреднения глина ленточным конвейером передается в силос глины, а уголь поступает в склад.

      Известняк, лесс, песок и пиритные огарки с соответствующих силосов загружаются в дозатор, затем с помощью ленточного конвейера и системы транспортеров в определенном соотношении отправляются в сырьевую мельницу для помола.

      В ТОО "Стандарт Цемент" для одновременного дробления, сушки, помола и сортировки сырьевого материала применяется вертикальная роликовая мельница марки TRM 36.4, производительностью 200 т/час, размер загружаемых частиц сырья не более 80 мм.

      Тонкость помола сырьевой муки по остатку на сите № 008 составляет 12 – 14 %. Влажность продукта должна быть не более 0,5 %. Температура газа для сушки материала составляет 200 – 250 °C.

      Помол сырья на других заводах сухого способа осуществляют аналогичным образом.

      В АО "Карцемент" помол сырья осуществляется по-другому. Для подсушки и дробления суглинков установлены двухроторные ударно-отражательные сушилки-дробилки фирмы "Хацемаг" (Германия) (рисунок 3.18).

      Суглинки с влажностью 15 – 20 % по пластинчатому питателю через затворы подаются в дробилку, куда из топки поступают горячие дымовые газы с температурой 800 ºС. Подсушенные дробленые суглинки с влажностью 5 – 8 % по ленточному конвейеру направляются в сырьевой цех. Совместный помол подсушенных суглинков и известняка с влажностью 2 – 4 % осуществляется в однокамерной сырьевой мельнице Ø4,2х10 м производительностью 120 т/ч (рисунок 3.19). На заводе установлено 4 мельницы.



1 - ротор; 2 - ударный элемент; 3 - упор;
4 - корпус нижний; 5 - отбойная плита;
6 - отражательные плиты; 7 - верхняя часть корпуса; 8 - ударный механизм;
9 - предохранительный механизм;
10 - упор предохранителя; 11 - входное устройство; 12 - выходное устройство; 13 - глазок; 14 - вал ротора; 15 - защитная плита;
16 - выгрузка материала.

      Рисунок 3.18. Двухроторная ударно-отражательная дробилка-сушилка фирмы "Хацемаг"


1 - корпус мельницы; 2 - загрузочное устройство; 3 - разгрузочная течка; 4 - сушильная камера; 5 - разбрасывающие лопасти; 6 - элеваторное устройство; 7 - размольная камера; 8 - разгрузочное устройство; 9 - винтовой конвейер; 10 - вытяжная труба
 
Рисунок 3.19. Схема трубной мельницы с проходным сепаратором

      Удельные энергозатраты при помоле в валковой мельнице с сушкой сырьевой смеси составляют 9 кВт ч/т, из которых 5,8 кВт ч/т приходится собственно на помол до остатка на сите № 009 – 18 %, остальные 3,2 кВт ч/т расходуются на преодоление гидравлического сопротивления мельницы, составляющего 360 мм вод. ст.

Помол сырьевых материалов при мокром способе производства

      При мокром способе приготавливают сырьевой шлам с влажностью 36 - 40 %. Совместный или раздельный помол известняка, лесса (глины), пиритных огарок осуществляется в трубных шаровых мельницах. Известняк перед подачей в мельницу проходит двухстадийное дробление в щековых, затем в молотковых дробилках до размера частиц 0 – 25 мм. Глинистый компонент предварительно размучивают в глиноболтушках, затем подают в мельницу. На казахстанских заводах мокрого способа установлены в основном три типоразмера трубных мельниц: Ø2,6х13 м, Ø3х14 м и Ø3,2х15 м производительностью от 40 до 80 т/ч.

      С увеличением тонкости помола сырья возрастают поверхность взаимодействия и реакционная способность частиц материалов. Для обеспечения оптимальной скорости протекания физико-химических процессов клинкерообразования осуществляется помол сырьевой смеси до остатков на ситах № 02 (2 – 3 %) и № 008 (10 – 15 %) или до удельной поверхности ~ 300 м2/кг. При мокром способе производства сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды до образования водной суспензии (шлама с влажностью 30 – 40 %). Проникая в поры и микротрещины, вода оказывает расклинивающее действие и тем самым способствует измельчению материала. Мягкие породы, такие как мел, глина, суглинки и лесс, при перемешивании в воде диспергируются, "самораспускаются". Мокрый помол считается более эффективным, так как обеспечивает высокую однородность сырьевой смеси.

      Вязкие и пластичные сырьевые материалы – глины, лессы, легко диспергируемые с водой, измельчают в несколько стадий: измельчение в болтушках и окончательный помол с известняком в шаровых мельницах. По такой схеме работают все три завода мокрого способа.

      Болтушка представляет собой бетонный резервуар диаметром 5 – 12 м и глубиной 1,8 - 5,5 м (рисунок 3.20). В центре резервуара на бетонном фундаменте расположен вертикальный вращающийся вал, на крестовине которого подвешены стальные зубчатые бороны. При этом бороны и зубья разбивают поступающий в болтушку материал и перемешивают его с водой. Измельченный материал превращается в пульпу-шлам и через боковое отверстие с решеткой поступает в отводной приямок.


Рисунок 3.20. Болтушки для размучивания мягких пород

      При вращении крупные куски материала разбиваются, при этом кварцевые включения оседают на дно резервуара, которые периодически извлекают.

      Болтушки занимают значительную площадь, имеют невысокую производительность, выходящий из них шлам имеет высокую влажность.

      Стоит отметить еще один вид помольного оборудования: мельница "Гидрофол". Для таких сырьевых материалов, как мел, содержащий твердые включения кремнезема, перед шаровой мельницей материал подается во вращающийся барабан большого диаметра, снабженный подьемными устройствами (лифтами) и иногда шарами в качестве мелющих тел. Конкреции кремнезема также действуют как мелющие тела.

      Окончательный помол сырьевых материалов на заводах мокрого способа ТОО "ПК "Цементный завод Семей", ТОО "Бухтарминская цементная компания", ТОО "Sas-Tobe Technologies" осуществляется в трубных шаровых мельницах.

      Трубные мельницы могут использоваться для измельчения сырья как сухим, так и мокрым способом.

      Устройство, характеристики, принцип работы и управления шаровой трубной мельницы для помола сырьевого шлама показаны на рисунке 3.21.


Рисунок 3.21. Схема управления процессом помола шлама в шаровой мельнице

      Мельница изнутри отфутерована бронеплитами, в качестве мелющих тел используются стальные шары различного диаметра, а также цильпебс.

      Периодически на выходе из мельницы контролируются влажность, тонкость помола и химический состав шлама. Если возникает более грубый помол, следует уменьшить количество подаваемого материала. Но в таком случае происходит запаздывание принимаемых мер. Для опережающего контроля используют датчик частоты звука 9 (микрофон). При уменьшении количества материала возрастают сила шума и частота звука - мельница "гремит", так как стальные шары ударяются не о материал, а о бронефутеровку. Это является сигналом к увеличению подачи материала. При "глухом" звуке принимаются противоположные действия.

      Текущая влажность шлама контролируется ротационным вискозиметром 11. При вращении ротора в зависимости от вязкости шлама создается различное сопротивление, которое отражается в виде изменения нагрузки на электродвигатель: чем больше влажность, тем ниже вязкость и меньше нагрузка на электродвигатель. Этот показатель поступает на датчик частоты звука 10, установленный в начале зоны шламообразования. Если влажность высокая, то удары шаров звонкие, частота звука высокая. Если - низкая, то удары шаров глухие, частота звука низкая. По показаниям приборов 10 и 11 система регулирования влажности шлама определяет необходимый расход воды. Конечная влажность определяется в лаборатории.

      Подача в мельницу железосодержащей добавки и глины регулируется в зависимости от химического состава шлама на выходе из мельницы, который определяется рентгеновским спектрометром. Интенсифицировать процесс помола, снизить удельный расход электроэнергии, уменьшить влажность шлама можно путем введения поверхностно-активных веществ (ПАВ) – разжижителей.

3.1.6. Усреднение и корректировка

Усреднение и корректировка шлама при мокром способе

      На обжиг в печь должен подаваться сырьевой шлам однородного химического состава, тонкости помола, влажности и текучести. В этом случае вращающаяся печь работает стабильно и получаемый клинкер имеет высокое качество и заданные химико-минералогические характеристики.

      Производительность печи, удельный расход топлива, гранулометрия клинкера, температура отходящих газов находятся в оптимальных пределах.

      Корректировка и усреднение состава сырьевого шлама производятся в вертикальных шламовых бассейнах емкостью от 400 до 1000 м(рисунок 3.22). Корректировка осуществляется порционным методом или корректировкой в потоке (рисунок 3.23).

      Откорректированный шлам после проверки его технологических параметров самотеком сливается в горизонтальные шламбассейны емкостью до 3500 – 10000 м3. Емкость горизонтальных бассейнов должна обеспечивать трехсуточную производительность печей данного завода.

      Корректировка состава шлама осуществляется по величине коэффициента насыщения (КН) и силикатного или глиноземистого модуля.


Рисунок 3.22. Общий вид вертикального шламбассейна


Рисунок 3.23. Порционный способ корректирования шлама

      После пневмоперемешивания шлама в вертикальных бассейнах определяется его химический состав на рентгеновском спектрометре и в соответствии с расчетом перекачивается соответствующее количество в бассейны готового шлама: вертикальный или горизонтальный (рисунок 3.24).

      Расход сжатого воздуха на перемешивание составляет 0,003 – 0,0045 м3/мин на 1 мшлама.

      Готовый сырьевой шлам перекачивается на шлампитатели вращающихся печей. Для транспортировки шламов используют центробежные шламовые насосы 6 ФШ- 7А производительностью 200 м3/ч, создающие напор до 6 МПа, а также углесосы 10У4 производительностью 350 м3/ч с напором 12 МПа.


Рисунок 3.24. Общий вид горизонтального шламбассейна

Усреднение и корректировка сырьевой муки при сухом способе

      Сырье на пути от карьера до вращающейся печи проходит много ступеней обработки, ведущая роль при этом принадлежит смесительному силосу, так как в цепи обработки сырья это последний этап улучшения его качества непосредственно перед загрузкой в печь (рисунок 3.25).


Рисунок 3.25. Степень усреднения сырья на различных технологических переделах

      Возможности усреднения сырья на различных технологических переделах свидетельствуют, что наибольшее, 10 – 15 - кратное усреднение, обеспечивают силосы новейшей конструкции, в частности, фирмы ClaudiusPeters (рисунок 3.26).


Рисунок 3.26. Силос сырьевой муки

Силос состоит из наружного железобетонного цилиндрического корпуса, распределительной многопоточной системы загрузки, внутреннего конуса-камеры, воздушной системы аэрации и усреднения сырьевой муки, окон для перетока материала из силоса в конусную камеру и разгрузочного устройства. Наклонное днище по всему диаметру силоса оснащено воздухопроницаемыми кассетами. В целях обеспечения лучшей подвижности хранимого материала аэрация основной емкости силоса и камеры происходит раздельно.


      Сжатый воздух с низким давлением снижает сцепление материала, и он начинает течь в псевдо-ожиженном слое под собственным весом. Аэрированный сыпучий материал поступает из основной емкости силоса через окна конуса в расширительную камеру, где он частично дезаэрируется и подводится к центральной выгрузочной трубе. Система многопоточной загрузки представляет собой ряд аэрожелобов, которые распределяют сырьевую муку тонким слоем по поверхности силоса, что обеспечивает его равномерное заполнение. Образование по высоте силоса тонких слоев материала с несколько различающимся составом способствует в дальнейшем эффективному перемешиванию сырьевой смеси.

      Усреднение смеси производится в силосе и под смесительным конусом. Процесс усреднения включает в себя 3 этапа (рисунок 3.27):


Рисунок 3.27. Принцип усреднения сырьевой муки в силосе

      1 этап - многопоточная система загрузки;

      2 этап – гравитационное смешивание в силосе;

      3 этап - пневматическое перемешивание в смесительной конусной камере силоса улучшают гомогенность сырьевой муки в 10 – 15 раз.

      В ТОО "Жамбыл Цемент" установлен 1 силос диаметром 18 м, высотой 51,2 м, вместимость 10000 тонн муки. Для подачи муки на обжиг установлен ковшовый элеватор производительностью 270 тонн/ч. В ТОО "Стандарт Цемент" на 1 линии установлен силос сырьевой муки размером Ø15x47 м емкостью 6450 тонн.

      На других заводах установлены аналогичные силосы примерно такого же объема.

3.1.7. Подготовка и сжигание твердого топлива

      На всех заводах поступающий уголь подвергается дроблению.

      В ТОО "Стандарт Цемент" для дробления твердого топлива установлена молотковая дробилка типа NSZ- 100 производительностью 100 т/час. Твердое топливо поступает с размером 250 мм, дробится до 30 мм.

      Для помола твердого топлива на 1 технологической линии установлена шаровая мельница – тип MFB, размер Ø 3,2x9 м, производительность 24 тонн/час, скорость вращения 17,8 об/мин. Степень помола - остаток на сите № 008 не должен превышать 10 %. Угольная мельница работает по замкнутому циклу, установлен сепаратор типа TLS 1150 - C,V = 38000 - 40000 м3/час, давление 2500 Па. После двустадийной системы дробления и помола угля установлен аппарат пылеулавливатель - рукавный фильтр типа LPF(M)8/12/9. Степень запыленности воздуха 800 г/Нм3, в очищенном виде 50 мг/Нм3. На второй технологической линии помол и сушка угля производятся в вертикальной валковой мельнице.

      На ТОО "ПК "Цементный завод Семей" помол угля и сушка проводятся в однокамерных шаровых мельницах ШБМ.

      В ТОО "Бухтарминская цементная компания" для помола и одновременной сушки угля используются шаровые мельницы (ШБМ- 4 на первой очереди, ШК- 32 на второй очереди), в которых в качестве сушильного агента используется подогретый воздух от топок, работающих на каменном угле.

      В АО "Шымкентцемент" помол и сушка угля после дробления производятся в вертикальной шаровой мельнице итальянской фирмы Ansaldo с диаметром помольного стола 2159 мм, производительностью 22 тонн/час.

      В ТОО "Каспий Цемент" уголь дробится в молотковой дробилке, помол угля производится в вертикальной роликовой мельнице производительностью 17 – 20 тонн/час.

      В ТОО "Жамбылская цементная производственная компания", ТОО "Компания Гежуба Шиели Цемент", ТОО "Sas-Tobe Technologies", на второй линии ТОО "Стандарт Цемент" и других заводах для помола и сушки угля установлены вертикальные валковые мельницы. Тонкость помола угля в зависимости от вида устанавливается на каждом заводе индивидуально.

      На вращающихся печах для сжигания топлива используют горелки многоканального типа, рассчитанные на сжигание угля, кокса, мазута и природного газа и их смесей, а также альтернативного топлива (рисунки 3.28, 3.29).


Рисунок 3.28. Принцип работы газовой горелки Pyro-Jet фирмы KHD

      Горелки многоканального типа с радиальным и аксиальным газом оснащены двумя типами форсунок: для осевой подачи газа (аксиальный газ) и для тангенциальной подачи газа (радиальный газ) [7].

      Управление формой факела осуществляется путем регулирования соотношения между подачей радиального и аксиального газа (см. Рисунок 3.28).

      На рисунке 3.29 приводятся устройство и параметры работы угольно-мазутной форсунки, которая требует не более 7 % первичного воздуха, обеспечивает снижение объема отходящих газов и расхода топлива.


1 - вторичный воздух - 93 %; 2 - охлаждающий воздух ~ 1 %; 3 - аксиальный воздух - 1,6 %; 4 - транспортирующий воздух для угольной пыли – 2 %; 5 - завихряющий воздух - 2,4 %; 6 -мазутная горелка; 7 - запальная горелка
 
Рисунок 3.29. Горелка Руrо-Jet для сжигания смеси угля и мазута

3.1.8. Обжиг клинкера

      Важнейшим процессом получения цемента является обжиг клинкера, обеспечивающий качество готовой продукции и технико-экономические показатели предприятия.

      На цементных заводах Республики Казахстан установлены и работают 4 типа печей для обжига клинкера:

      1) длинные вращающиеся печи мокрого способа с внутрипечными теплообменниками – 10 ед.;

      2) печь сухого способа с двухветьевым четырехступенчатым циклонным теплообменником (печь № 5 ао "карцемент") – 1 ед.;

      3) печь сухого способа с двухветьевым четырехступенчатым циклонным теплообменником и декарбонизатором (печь № 6 ао "карцемент") – 1 ед.;

      4) печи сухого способа с пятиступенчатыми циклонными теплообменниками и декарбонизаторами – 7 ед.

Печи мокрого способа

      Обжиг цементного клинкера по мокрому способу производится в длинных вращающихся печах с отношением длины к диаметру L/D ~ 37. Наибольшее распространение получили печи Ø5x185 м с колосниковым холодильником "Волга 75" (таблица 3.2).

      Кроме этого, в ТОО "Бухтарминская цементная компания" установлены 2 печи длиной 100 м. В 2020 г. ТОО "Бухтарминская цементная компания" известь не производила. Печь № 2 (100 м) снова переведена на обжиг цементного клинкера".

      Таблица 3.2. Технические характеристики вращающихся печей мокрого способа Республики Казахстан

№ п/п

Показатель

Размер печи, м

4(3,6)х150

4,5х170

5х185

1

2

3

4

5

1

Место установки - завод

ТОО "ПК "Цементный завод Семей" - 4 ед.,
ТОО "Sas-Tobe Technologies" - 2ед.

ТОО "ПК "Цементный завод Семей" - 1 ед.

ТОО "Бухтармин-ская цем. компания" - 2 ед.

2

Отношение длины к среднему диаметру

41,5

41,5

40,2

3

Внутренняя поверхность футеровки, м2

1700

2200

2700

4

Уклон печи, %

4

4

4

5

Частота вращения, об/мин

0,55 - 1,1

0,6 - 1,24

0,6 - 1,24

6

Число опор, шт

7

7

7

7

Тип холодильника

Рекуператорный или колосниковый

Колосниковый переталкивающий

8

Мощность электродвигателя, кВт

320

250х2

320х2

9

Удельный расход теплоты при влажности шлама 36 %, МДж/кг клинкера

6,3

6,2 - 6,65

6,56

10

Производительность печи при влажности шлама 36 %, т/сут

850

1000 - 1260

1800

11

Удельная производительность печи, кг/(м2· ч)

21

22,7 - 23,8

28,6 - 26,5

      Печной агрегат мокрого способа производства (рисунок 3.30) включает длинную вращающуюся печь с внутренними теплообменниками, шламовый питатель, привод, горелку для сжигания топлива, дымосос, клинкерный холодильник, систему очистки отходящих из печи газов. Вращающаяся печь представляет собой стальной барабан, который опирается через бандажи на роликоопоры и вращается с частотой 1 - 1,5 оборота в минуту. Печь имеет небольшой уклон 3 - 5 %. Корпус печи изнутри отфутерован огнеупорным кирпичом.


1 – дымосос, 2 – электрофильтр, 3 – шлампитатель, 4 – цепная завеса, 5 – бандаж, 6 – корпус , 7 – привод печи, 8 - роликоопора, 9 – горелка, 10 – клинкерный холодильник
Рисунок 3.30. Вращающаяся печь мокрого способа производства

      Печь работает по принципу противотока. Шлам подается в холодную часть печи. Навстречу материалу движутся горячие газы, полученные от сжигания топлива (рисунок 3.31).


1 – дымовая труба; 2 – дымосос; 3 – электрофильтр; 4 – пылеуборка; 5 –шламовая труба; 6 – пылеуловительная камера; 7 – цепной теплообменник; 8 – вращающаяся печь; 9 – головка печи; 10 – горелка; 11 – колосниковый холодильник; 12 – решетка горячей камеры; 13 – решетка холодной камеры; 14 – вентилятор острого дутья; 15 – вентилятор общего дутья; 16 – дробилка клинкера; 17 – транспортер клинкера; 18 – пылеулавливатель; 19 – вентилятор избыточного воздуха
Рисунок 3.31. Схема печи мокрого способа производства:

      Материал, продвигаясь по печи, нагревается до температуры спекания клинкера ~ 1450 °С, а газовый поток, движущийся к холодному концу, снижает свою температуру от 1800 °С в факеле до ~ 200 °С на выходе печи. Отходящие из печи газы после очистки в электрофильтрах 3 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 1. Готовый клинкер из вращающейся печи поступает в холодильник 11, где охлаждается до ~70 °С дутьевым воздухом oт вентиляторов 14, 15.

      За счет возвратно-поступательного движения колосников решеток 12, 13 клинкер транспортируется к разгрузочной части холодильника, далее в дробилку 16 и транспортер 17. Часть воздуха, нагретого клинкером в процессе его охлаждения до ~ 450 0С, возвращается в печь в качестве вторичного рекуперационного воздуха, необходимого для горения топлива. Количество вторичного воздуха, засасываемого в печь, регулируется печным дымососом 2.

      Избыточный воздух из холодильника с температурой ~ 120 0С после очистки в пылеулавливателе 18 удаляется вентилятором 19 и выбрасывается в атмосферу. Работа клинкерного холодильника оказывает существенное влияние на расход топлива, стойкость футеровки и качество клинкера.

      Теплообменные устройства печи предназначены для снижения расхода топлива и должны обеспечивать:

      интенсивный теплообмен между материалом и газовым потоком;

      длительную эксплуатацию цепей, предотвращение их выгорания;

      рациональное продвижение материала на различных участках;

      образование и сохранение гранул для некоторого сырья;

      предотвращение образования колец в печи;

      пониженное сопротивление газовому потоку;

      низкий пылеунос.

      Комплекс теплообменных устройств обычно состоит из цепных завес и зацепных периферийных теплообменников, которые расположены в области температур материала до 500 0С и выполнены в виде цепных ковриков.

      Цепные теплообменники располагаются обычно на участке 25 - 35 % длины печи. При вращении печи на начальном участке цепи покрываются пленкой шлама, которой непосредственно передается тепло от газового потока конвекцией. После частичного высыхания шлама и достижения критической влажности материал ссыпается с цепей, при этом обеспечивается регенеративный теплообмен, когда цепь нагревается в газовом потоке в верхнем положении и отдает тепло материалу при погружении в него.

Печи сухого способа

      В печах с теплообменниками фирмы "Гумбольдт" процесс обжига разделяется на два этапа; обычный обжигательный барабан значительно укорачивается, а подогрев и частичная декарбонизация сырьевой муки осуществляются в циклонном теплообменнике (рисунок 3.32).

      Параметры работы печи и движение газового потока и материала показаны на рисунке 3.33.

      Теплообменник состоит из циклонов, расположенных один над другим. Каждый циклон и соответствующий газоход образуют одну ступень нагрева. Основной теплообмен осуществляется в восходящем прямоточном потоке газа и материала в газоходах между циклонами. В самих циклонах образуется противоток: материал, выделяясь вследствие центробежной силы из газового потока, направляется вниз, а очищенный от пыли газ отсасывается дымососом вверх. Одна такая печь установлена в АО "Кар Цемент".


Рисунок 3.32. Печь с циклонным теплообменником


Рисунок 3.33. Параметры газового и материального потока в печной системе с циклонными теплообменниками

      Дальнейшее революционное развитие процесс обжига цементного клинкера получил с внедрением запечного декарбонизатора (рисунок 3.34).

      Принцип нового решения заключается в том, что при сухом способе самая теплоемкая зона - зона декарбонизации, потребляющая до 60 % тепла, выносится из вращающейся печи в суспензионный теплообменник, где скорость теплообмена на несколько порядков выше, чем во вращающейся печи [7]. Это позволило уменьшить размеры вращающейся печи, создать установки с единичной мощностью до 10 – 12 тыс. тонн клинкера в сутки и увеличить производительность печи до 500 т/ч (рисунок 3.35).


Рисунок 3.34. Современная печь с декарбонизатором


Рисунок 3.35. Схема печного агрегата с циклонным теплообменником и декарбонизатором типа PYROCLON-R

      В ТОО "Стандарт Цемент", ТОО "Каспий Цемент" установлены печи с одноветьевыми пятиступенчатыми циклонными теплообменниками и декарбонизаторами с вращающейся печью Ø4х60 м производительностью 2500 т/сут.

      На АО "Шымкентцемент", ТОО "Жамбыл Цемент" и ТОО "Гежуба Шиели Цемент" установлены печи с одноветьевыми пятиступенчатыми циклонными теплообменниками и декарбонизаторами с вращающейся печью Ø4,2х60 м производительностью 3400 т/сут.

      На ТОО "Рудненский цементный завод" установлена печь производительностью 1500 тонн/сут. В ТОО ПО "Кокше-цемент" установлена печь производительностью 5500 тонн/сут размерами Ø5,25х62 м.

      В ТОО "Стандарт Цемент" между ступенями циклонных теплообменников установлен декарбонизатор типа TTF, размером Ø 5600x44530 мм. Количество горелок – 4 штуки. В декарбонизаторе сжигается 55 - 64 % всего топлива.

3.1.9. Охлаждение клинкера

      Клинкерный холодильник является неотъемлемой частью печной системы и сильно влияет на производительность и экономичность обжиговой установки, другими словами, термический КПД установки и, как следствие, воздействие производственной деятельности на окружающую среду.

      Клинкерный холодильник выполняет две задачи: отобрать как можно больше тепла из горячего (1450 0C) клинкера, чтобы вернуть его в процесс и снизить температуру клинкера до уровня, подходящего для оборудования, расположенного ниже по потоку.

      Из зоны охлаждения вращающихся печей клинкер выходит с температурой 1100 – 1300 0С. Его необходимо резко охладить. Охлаждение клинкера оказывает существенное влияние на структуру, минералогический состав, размалываемость и, следовательно, на качество полученного из него цемента.

      На цементных заводах Казахстана установлены три типа клинкерных холодильников:

      рекуператорные (планетарные), барабаны которых расположены по окружности выходного конца вращающейся печи;

      барабанные (трубчатые), расположенные на выходе и под вращающейся печью, часто в обратной конфигурации (такого типа холодильники на казахстанских заводах не устанавливались);

      колосниковые, где клинкер из печи подается на клинкерный слой, лежащий на воздухопроницаемой решетке, и охлаждение достигается за счет пропускания потока окружающего воздуха вверх через слой клинкера.

      Рекуператорные холодильники установлены на трех печах ТОО "Цементный завод Семей" и двух печах ТОО "Бухтарминская цементная компания". Коэффициент полезного действия (к.п.д.) рекуператорного холодильника 65 – 70 %. Температура клинкера на выходе из холодильника составляет 120 – 200 0С, вторичного воздуха, поступающего в печь при мокром способе до 500 - 650 0С. Эти холодильники просты в эксплуатации, отсутствует пылевыброс, не требуется дополнительного расхода электроэнергии. Недостатки: трудность регулирования количества воздуха, поступающего в печь, усложнение работы горячего конца вращающейся печи, неравномерная загрузка барабанов и их перегрев.

      Колосниковые холодильники более эффективны и распространены. Охлаждение клинкера осуществляется просасыванием воздуха сквозь слой горячего клинкера. Колосниковые холодильники имеют колосниковую решетку, состоящую из отдельных колосников – палет, на которой слоем 150 – 300 мм распределяется горячий клинкер. Холодный воздух подается под решетку и проходит слой клинкера, охлаждая последний до 50 – 80 0С.

      Передвижение клинкера по колосниковой решетке происходит за счет возвратно-поступательного движения подвижных колосников. Охлажденный клинкер, пройдя через молотковую дробилку 14 для измельчения крупных кусков, ссыпается в приемное устройство клинкерного транспортера 12. Избыточный воздух очищается от клинкерной пыли в циклоне 2 и вентилятором выбрасывается в атмосферу (рисунок 3.36).


вентилятор; 2 - циклон; 3 - труба; 4 - кожух холодильника; 5 - первая (горячая)
и вторая (холодная) колосниковые решетки; 6 - воздуховоды; 7 - футеровка;
8 - трубопровод для подачи воздуха; 9 - вентилятор; 10 - межкамерная воздухонепроницаемая перегородка; 11 - выход цепного транспортера;
12 - бункер; 13 - течка клинкера; 14 - дробилка; 15 – грохот
Рисунок 3.36. Схема колосникового двухступенчатого переталкивающего холодильника типа "Волга"

      Холодильники "Волга" имеют производительность 25 т/ч, время охлаждения 0,25 – 0,5 ч, площадь решетки составляет от 41,5 до 157 м2. Подвижные колосники совершают 6 – 18 ход/мин. К.п.д. колосниковых холодильников составляет 70 – 85 %.

      Колосниковые холодильники имеют высокую удельную производительность (800 – 900 кг/(мч) и глубокое охлаждение клинкера до 50 – 80 0С. Колосниковые холодильники установлены на 1 печи ТОО "ПК "Цементный завод Семей", двух печах ТОО "Бухтарминская цементная компания", а также на заводах сухого способа, кроме ПО ТОО "Кокше Цемент".

      Ригельные холодильники были установлены на двух печах ТОО "Sas-Tobe Technologies", но затем в 2019 г. были демонтированы.

      В 2000 - х гг. появилось новое поколение высокопроизводительных клинкерных холодильников, основанное на полностью новой концепции охлаждения клинкера. Основная идея этих холодильников основана на разделении систем продвижения клинкера и воздухораспределительной системы с целью их максимальной оптимизации.

      В сравнении с обычным холодильником с возвратно-поступательным движением колосников в новом типе холодильников изолирующий колосники воздух не используется и распределение воздуха оптимизировано для всех используемых операций.

      Основными особенностями этих типов холодильников являются:

      одна наклонная или горизонтальная закрепленная колосниковая решетка;

      клинкер транспортируется крестовиной, движущимся полом или похожими устройствами и отделен от системы распределения воздуха;

      устранено просыпание клинкера под решетку;

      устранен изолирующий воздух и добавлена система автоматического контроля распределения воздуха.

      Холодильник PYROFLOOR фирмы KHD Humboldt Wedag состоит из ограждающего корпуса, колосниковой решетки, по которой передвигается клинкер, вентиляторов, продувающих воздух через слой клинкера, и аспирационной системы, для очистки и удаления избыточного воздуха в атмосферу (рисунок 3.37).

      На ПО ТОО "Кокше Цемент" для охлаждения клинкера установлен холодильник SF (Smidth-Fuller) поперечина производительностью 5500 тонн/сут. Площадь колосниковой решетки составляет 139 м(рисунок 3.38).

      Особенность конструкции холодильника состоит в том, что клинкер перемещается с помощью ригелей, движущихся над неподвижными колосниковыми решетками, а потоком управляют с помощью механических регуляторов, имеющихся в каждой решетке.


Рисунок 3.37. Принципиальная схема холодильника PYROFLOOR


Рисунок 3.38. SF холодильник с поперечиной

      На ТОО "Стандарт Цемент" для охлаждения клинкера установлен колосниковый решетчатый холодильник ТС- 1168 производительностью 2800 тонн/сут с дробилкой. Температура вторичного воздуха 970 – 1100 0С. После холодильника для обеспыливания воздуха установлены электрофильтры.

3.1.10. Клинкерные склады

      Для хранения клинкера на цементных заводах Казахстана установлены склады различного типа и конструкции. На старых заводах мокрого способа производства клинкер хранится в крытых складах. Здесь же в отдельных отсеках хранятся дробленый гипсовый камень, гранулированные шлаки. Материалы загружаются в бункеры цементных мельниц грейферными кранами и при этом происходит пыление, пыль разносится по территории завода. На новых заводах сухого способа клинкер хранится в круглых, без центральной опоры (рисунок 3.39) и цилиндрических силосах (рисунок 3.40) различного размера и емкости в зависимости от мощности завода.


Рисунок 3.39. Круглые, без центральной опоры клинкерные склады


Рисунок 3.40. Бетонные цилиндрические склады клинкера

      Для улавливания образующейся пыли в местах перегрузки клинкера создают разряжение и устанавливают пылеулавливающие устройства.

      Нестандартный клинкер (недостаточно обожженный клинкер) направляется в отдельный, меньший по размеру силос.

      Силосы оборудованы приборами для измерения внутреннего уровня. Силос обеспыливается, а собранная пыль направляется обратно в силос.

3.1.11. Помол цемента с добавками

      Помол цементного клинкера является важной и в то же время последней технологической операцией в процессе производства цемента. От этой операции в значительной степени зависит качество цемента. Технология помола цемента ставит своей задачей получение высокопрочного вяжущего материала с минимальными энергозатратами.

      На старых заводах мокрого способа ТОО "ПК "Цементный завод Семей", ТОО "Бухтарминская цементная компания", ТОО "Sas-Tobe Technologies" и в цехе "Помол – 1" АО "Central Asia Cement" установлены двухкамерные трубные шаровые мельницы Ø2,6х13 м, Ø3х14 м или Ø3,2х15 м производительностью 25, 40 и 42 - 50 т/час. В цехе "Помол цемента" АО "Шымкенцемент" установлены двухкамерные трубные шаровые мельницы Ø2,6 х13 м (4 шт – 28 т/час) и Ø3х14 м (3 шт- 45 т/час). Типоразмеры и производительность цементных мельниц приведены в таблице 3.2. Питание мельниц осуществляют как устаревшим объемным методом с помощью тарельчатых питателей, так и с помощью весовых ленточных питателей. На этих заводах транспортировка цемента в силосы осуществляется с помощью пневмокамерных насосов. В АО "Central Asia Cement" в цехе "Помол – 2" установлены 4 цементные мельницы Ø4х13,5 м производительностью по 90 т/час производства "Волгоцеммаш".

      Трубная мельница представляет собой горизонтально расположенный вращающийся цилиндрический барабан (рисунок 3.41).

      Процесс помола и его качественные характеристики (тонкость помола, удельная поверхность цемента) зависят от формы, размеров, ассортимента и степени износа, целостности внутренних элементов мельницы.



Внешние элементы мельницы: 1 –питатель; 2 –торцевое днище; 3 –корпус (барабан); 4 –опорный подшипник; 5 –разгрузочное устройство; 6 –привод. Внутренние элементы мельницы: 7 -торцевые бронеплиты; 8 –мелющие тела; 9 –корпусные бронеплиты; 10 –междукамерная перегородка (диафрагма);

11 –задерживающее кольцо; 12 –разгрузочная перегородка (диафрагма)

Рисунок 3.41. Трубная мельница

      В основе действия трубной мельницы, представляющей собой вращающийся барабан, частично заполненный мелющими телами (стальными шарами и стальными цилиндрами – цильпебсами), лежит ударная работа падающих мелющих тел. При вращении барабана находящиеся в нем мелющие тела под действием центробежной силы прижимаются к телу барабана и, вращаясь вместе с ним, поднимаются на определенную высоту. На этой высоте под действием силы тяжести они отрываются от барабана и падают вниз. Кроме свободного падения, отдельные шары скатываются, и вся масса или часть шаров скользит. Скатываясь или скользя, шары захватывают материал и измельчают его истиранием.

      При работе мельницы особенно при сухом помоле подшипник может сильно разогреться от проходящего через цапфу горячего материала. Температура выходящего из мельницы цемента достигает 100 – 150 0С. Происходит также нагревание подшипников от трения, особенно в случае попадания пыли. Для охлаждения подшипников предусматривается их водяное охлаждение.

      На производительность трубной мельницы влияют следующие факторы:

      размалываемость материала (твердость);

      крупность питания материалом;

      тонкость помола готового продукта;

      ассортимент и масса мелющих тел;

      конструкция и размеры мельницы;

      используемая технология помола (открытый или замкнутый цикл, интенсификаторы помола, пресс-валки и др.) [7].

      В процессе работы мельницы происходит износ мелющих тел и бронефутеровки. На помол 1 т цемента расходуется примерно 0,5 – 0,7 кг мелющих тел и 25 – 40 г бронефутеровки. Первоначальный коэффициент загрузки камер мелющими телами, равный 0,25 – 0,35 постепенно снижается, масса мелющих тел уменьшается, что приводит к снижению производительности мельницы. Поэтому через 180 – 200 час работы производят догрузку, а через 1800 – 2000 час полную перегрузку мелющих тел. Для этого мелющие тела выгружают, сортируют и заново загружают по рецепту.

      Помол клинкера может производиться в открытом и замкнутом цикле. При помоле в открытом цикле весь материал, поступивший в мельницу, выходит из нее в виде готового продукта и нельзя достигнуть высокой удельной поверхности, энергозатраты на помол увеличиваются, так как в мельнице накапливается значительное количество тонких фракций. Материал движется по мельнице со скоростью 0,5 – 0,8 м/с, время помола при открытом цикле составляет в среднем 15 – 20 мин.

      Готовый цемент имеет широкий диапазон крупности, что ухудшает его свойства. В открытом цикле цементы обычно измельчают до удельной поверхности не более 300 м2/кг. Для достижения более высокой удельной поверхности необходимо в процессе помола отделять мелкие частички, т. е. применять замкнутый цикл помола. При этом измельчаемый материал проходит через сепаратор, где отделяется мелкая фракция, являющаяся готовым продуктом, а крупная фракция возвращается в мельницу. Благодаря своевременному удалению мелкой фракции из мельницы готовый продукт более однороден по гранулометрическому составу, содержит значительно меньше крупных фракций, которые остаются в цементном камне балластом и почти не влияют на прочность. Измельчение клинкера в замкнутом цикле можно осуществлять по двум схемам. Технологическая схема помола цемента в замкнутом цикле и расход электроэнергии по отдельным агрегатам приведены на рисунке 3.42.

      На новых заводах сухого способа помол цемента осуществляют как в трубных шаровых мельницах иностранных фирм, так и в вертикальных валковых мельницах. На 1 технологической линии ТОО "Стандарт Цемент" помол цемента осуществляется в двух двухкамерных мельницах размерами Ø4,2x13 м производительностью 150 т/час. Установлен сепаратор TESu- 290 производительностью 105 - 185 т/час. До мельницы установлен роликовый пресс типа TPR140 - 120 производительностью 550 – 600 т/час, крупность сырья не более 35 мм. Для очистки воздуха от пыли установлен рукавный фильтр типа LPF- 8/16/2x1, объем поточного газа 210000 м3/час. Запыленность входящего газа 1000 г/м3, после очистки 30 мг/Нм3. Готовый цемент транспортируется через аэрожелобы и ковшовым элеватором подается в цементные силоса. Для хранения цемента установлены 4 силоса Ø15х38 м, емкостью 26000 т.


Рисунок 3.42. Расход электроэнергии по отдельным агрегатам при замкнутой схеме помола цемента

      В ТОО "Каспий Цемент" установлена сепараторная мельница Ø4,6х14,5 м производительностью 110 т/час. Цемент хранится в 4 -х железобетонных цилиндрических силосах Ø18х55 м емкостью по 10000 тонн.

      В ТОО "Жамбылская цементная производственная компания" для помола цемента установлены 3 трубные мельницы Ø4,2х13 м производительностью по 84 т/час. Цемент хранится в 4 -х силосах емкостью по 6000 тонн.

      В ТОО "Компания Гежуба Шиели Цемент" помол цемента производится в 3 мельницах Ø3,8х13,5 м производительностью по 76 тонн/час. Цемент хранится в 4 -х силосах емкостью по 6000 тонн. На других заводах помол и хранение цемента осуществляются примерно аналогично.

      В АО "Central Asia Cement" для помола цемента, его хранения, упаковки и отгрузки задействованы мощности как старого, так и нового завода. Силосный склад состоит из 16 силосов для цемента, относящихся к цеху "Помол цемента 1" и 8 цементных силосов цеха "Помол цемента 2". В цехах установлены упаковочные машины биг-бэг и ротационные 14 -мундштуковые упаковочные машина для тарирования цемента по 50 кг. Для хранения и отгрузки цемента задействовано 16 силосов емкостью по 2200 тонн и 8 силосов полезной емкостью по 4000 тонн каждый.

      В ТОО "Стандарт Цемент" в цехе помола для предварительного измельчения клинкера перед трубной цементной мельницей установлен пресс-валковый измельчитель (роллер-пресс) (рисунок 3.43). Измельчение материала в роллер-прессе производится между двумя валками, вращающимися навстречу друг-другу.

      На всех заводах часть цемента тарируют в 50 кг мешки и 1 -тонные контейнеры "Big-Beg".

      Отгрузка продукции потребителям осуществляется железнодорожным или автомобильным транспортом (рисунок 3.44). Только в ТОО "ПК "Цементный завод Семей" на расположенный рядом шиферный завод необходимое количество специального цемента перекачивается по трубам.



Рисунок 3.43. Принцип работы пресс-валкового измельчителя





      Рисунок 3.44. Автоцементовоз и вагон-хоппер для транспортировки цемента

3.2. Производство извести

      Известью называют продукт обжига до возможно полного выделения углекислого газа чистых или доломитизированных известняков, не содержащих значительных примесей глинистых.

      Известь получают обжигом известняка или мела. Применяется она в металлургии, для приготовления кладочных и штукатурных растворов, ячеистых и плотных силикатных бетонов, смешанных вяжущих материалов, для изготовления силикатного кирпича и производства строительных работ. Строительная известь состоит преимущественно из оксида кальция. Обжиг известняка производится в шахтных, вращающихся и других печах при тем-пературе 1000 - 1100 0С.

      Производство строительной извести состоит из следующих операций: добыча сырья, дробление, дробление и подготовка топлива, обжиг извести, помол извести, гашение, упаковка. Технологическая схема производства негашеной комовой извести приведена на рисунке 3.45, а внешний вид завода по производству строительной извести – на рисунке 3.46.

      Известняк на карьере добывают открытым способом, экскаваторами грузят на автосамосвалы. Размер кусков известняка, подаваемого на обжиг, зависит от типа печи. В шахтные печи подают куски известняка размерами 60 – 200 мм, во вращающиеся печи щебень размерами 5 - 20 или 20 – 40 мм. Твердые известняковые породы дробят в щековых дробилках, мягкий мел – в зубчатых валковых дробилках. Для более полного использования сырья (чтобы не было отходов) крупные куски обжигают в шахтной печи, а мелкие - размером 5 - 40 мм – во вращающейся печи (рисунок 3.47).


1 - вагоны с известняком; 2 - экскаватор; 3 - автосамосвал; 4 - бункер; 5 - питатель; 6 - щековая дробилка; 7 - конвейер; 8 - грохот; 9 - цилиндрический грохот; 10 - вагонетка; 11 - скиповый подъемник; 12 - шахтная печь
Рисунок 3.45. Технологическая схема производства строительной извести


Рисунок 3.46. Завод по производству строительной извести

      Обжиг – основной технологический процесс, поэтому реакция диссоциации углекислого кальция является важнейшей. Диссоциация происходит по реакции:

      СаСО→ СаО + СО- 1780 кДж/кг

      Диссоциация СаСОявляется обратимой реакцией, которая осуществима при определенной температуре и давлении углекислого газа. Кроме этих двух факторов, третьим является размер кусков карбоната.


1 - склад сырья; 2 - подача технологической воды; 3 - подача газа; 4 - грохот (120 - 180 мм); 5 - машина промывки известняка; 6 - грохот 80 мм; 7 - сито 20 мм; 8 - силос обожженного мелкокускового известняка из вращающейся печи; 9 - силос обожженного крупнокускового известняка из шахтной печи; 10 - силос известняковой муки; 11 - щековая дробилка 120...180 мм; 12 - конусная дробилка 40 мм; 13 - шахтная печь; 14 - циклон пылеуловитель; 15 - электрофильтр; 16 - вращающаяся печь, снабженная теплообменником; 17 - холодильник извести; 18 - топка мельницы для помола известняка; 19 - сепараторная мельница для помола известняковой муки; 20 - проходной сепаратор; 21 - выброс очищенных газов
Рисунок 3.47. Технологическая схема производства крупнокусковой, мелкокусковой строительной извести и известняковой муки

      Считают, что при диссоциации давление углекислого газа достигает 1 атм при температуре 880 – 920 0С. Несмотря на кажущуюся простоту, обжиг известняка является достаточно сложным процессом. Существуют оптимальная скорость нагрева и температура обжига для каждой разновидности сырья. Рекомендуется постепенное увеличение температуры до значений, при которых диссоциация завершается без последующей выдержки. Трещины, минеральные включения способствуют активной диссоциации, так как увеличивают поверхность. Выделить СОиз камня полностью не удается из-за слабой поверхностной адсорбции углекислоты - рекарбонизации. Поэтому активность получающейся извести не превышает 95 – 97 %.

      Обжиг известняка осуществляют преимущественно в шахтных и вращающихся печах. Выбор типа печи определяют свойства сырья, применяемое топливо (уголь, газ, мазут), необходимая производительность.

      Шахтные печи бывают трех типов:

      шахтные пересыпные печи – известняк и топливо загружают вперемежку слоями;

      шахтные газовые (мазутные) печи;

      печи с выносными топками, расположенными вне шахтной печи.

      Печь состоит из шахты, в которой осуществляется обжиг, загрузочного и выгрузочного приспособлений, вентиляторов для отсоса отходящих газов и подачи воздуха в печь. Внутренняя часть печи отфутерована шамотным огнеупором, имеется теплоизоляция.

      В верхней части печи отходящие газы почти не содержат кислорода, поэтому желательно применять топливо с минимальным содержанием летучих: тощие сорта угля, кокс, антрацит. Выгорание угля должно соответствовать продолжительности обжига известняка. Если размер частиц угля будет слишком крупным, то уголь не успеет сгореть и при выгрузке из печи на транспортере будут попадаться куски кокса, примешиваясь к готовой извести, загрязняя ее и увеличивая потери топлива. Слишком мелкие частицы топлива выгорят прежде, чем основная масса кусков известняка успеет обжечься. Крупные куски известняка в центральной части будут не обожжены. Загрузочное устройство обеспечивает поступление наиболее крупного камня с углем в центральную часть печи, более мелкого - по периферии. Дымосос удаляет отходящие газы из печи и направляет их в циклон для очистки. Условно шахту по высоте делят на три зоны: зона сушки и подогрева, обжига и охлаждения (рисунок 3.48).

      В первой зоне известняк и топливо высушиваются, испаряется вода, идет подогрев камня до температуры диссоциации. В зоне обжига протекают основные реакции разложения карбонатов кальция и магния. В зону обжига снизу поступает подогретый воздух из зоны охлаждения, поэтому условия для сгорания топлива становятся оптимальными. Обожженные куски извести постепенно опускаются в зону охлаждения, где соприкасаются с холодным воздухом, поступающим от дутьевого вентилятора. Объем печи, занятый отдельными зонами, составляет: зона сушки и подогрева – 25 – 30 %, обжига – 50 %, охлаждения – 20 %. Выгрузка охлажденной извести осуществляется через герметично перекрывающее низ печи шлюзовое устройство, предотвращающее потерю напора подаваемого на горение воздуха. Так, в нижней части печи создается давление, в верхней – разрежение.



1 – температура материала;
2 – температура горячих дымовых газов
I- зона подогрева;
II- зона обжига;
III- зона охлаждения

      Рисунок 3.48. Разделение шахтной печи на зоны (а) и изменение температурного режима (б)

      В пересыпных печах расход топлива составляет 12 – 18 % от массы получаемой извести или 3800 – 4970 кДж на 1 кг. Высота шахты изменяется от 10 до 28 м при диаметре до 6 м. Удельный съем извести с 1 мвнутреннего объема печи составляет от 500 до 1200 кг/мв сутки.

      Производительность печи зависит от ее диаметра и высоты, от размера загружаемых кусков известняка, работы тягодутьевых вентиляторов и составляет 30 – 200 тонн извести в сутки. На заводах съем клинкера с 1 мпоперечного сечения печи в пересыпных печах составляет 15 - 20 т/мв сутки (рисунок 3.49).

      Шихта шахтной известковой печи содержит 6,5 – 10 % топлива, остальные 93,5 – 90 % являются негорючей массой, поэтому в печи нет сплошного горящего слоя, а есть отдельные очаги горения, разобщенные кусками известняка. Повышение содержания СО в отходящих газах указывает на повышенную температуру и появление настыли. Замедление движения материала в печи в этот период будет способствовать "закозлению". В этом случае лучше снизить температуру в печи, уменьшая количество топлива и воздуха, поступающих в нее.

      Появление СО в отходящих газах вызвано не недостатком воздуха, а ухудшенными условиями окисления топлива в зоне настылеобразования. Замедлять выгрузку готовой извести в таких условиях нельзя. Содержание только 1 % СО в отходящих газах равносильно потере 6 % топлива.


Рисунок 3.49. Шахтные известеобжигательные печи

      Каким образом можно увеличить производительность шахтных пересыпных печей и как рационально осуществить контроль за их работой? Увеличение производительности возможно при сжигании в единицу времени повышенного количества топлива. Единовременно в шахтной печи удается сжечь больше топлива, чем в колосниковой топке, так как в шахте между кусками известняка находится больше топлива. Если расход условного топлива составит 16,5 % от массы извести, то в печи может находиться до - 4,5 т угля. При условии, что этот уголь поместили на колосники, слой угля достигает 1,1 м, что в 8 – 9 раз превысит допустимую толщину слоя на колосниках топки. Средняя скорость распространения пламени в печи – 4 м/с, а в топке - 0,5 м/с. Следовательно, возможности форсирования обжига в шахтной печи очень велики.

      Шахтные пересыпные печи установлены в ТОО "Силикат" г. Семей – 3 ед., АО "Арселлор Миттал Темиртау" и др.

      Шахтные газовые печи. При обжиге на природном газе улучшается качество извести, повышается производительность печей, улучшаются условия труда. В печи диаметром менее 1,8 м газ поступает в горелки, введенные в проемы в стенках печей. Если диаметр печи больше, то необходимо подать газ в центральную часть печи через центральную горелку, устанавливаемую ниже уровня диаметрально расположенных металлических водоохлаждаемых балок.

      При работе на природном газе важно равномерно распределить газ по поперечному сечению шахты. Газ поступает в пространство, образуемое нижней поверхностью водоохлаждаемой балки и откосом обожженной извести. Горение газа происходит выше его поступления на несколько метров.

      Производительность газовых печей близка производительности пересыпных, но расход топлива в первых несколько больше: 14 – 20 % от массы извести.

      В газовых печах газ подается в печь из горелок, расположенных по бокам печи, и старается пройти вверх по стенкам печи. Материал по поперечному сечению печи вследствии этого равномерно не обжигается, особенно материал, расположенный в центре печи, обжигается недостаточно. Поэтому в газовых печах диаметр печи ограничивается и должен быть не более 1,8 м. Горелка не может подать газ в печь больше, чем на 0,9 м. Поэтому производительность газовых печей из-за ее небольшого диаметра низкая.

      Газовые печи имеют производительность 15 - 200 тонн извести в сутки. Удельная объемная производительность печи по полезному рабочему объему составляет в сутки 500 – 900 кг/м3, удельный съем извести с 1 мпоперечного сечения печи составляет в сутки – 9 - 16 тонн/м2. Удельный расход топлива составляет 14 - 20 % или 4100 – 5900 кДж на 1 кг готовой продукции.

      Шахтные газовые печи установлены в ТОО "Sas-Tobe Technologies" - 3 печи, АО "Западно-Казахстанская корпорация строительных материалов" г. Уральск – 2 печи и др.

      Технические характеристики шахтных печей ТОО "Sas-Tobe Technologies" приведены в таблице 3.3.

      Таблица 3.3. Технические характеристики шахтных печей ТОО "Sas-Tobe Technologies"

№ п/п

Тип печи

Тип 4 - 09 - 743, Росстромпроект

Типовой проект 409 - 22 - 17 Гипрострома


1

2

3

4

1

Количество

2

1

2

Год ввода в эксплуатацию

1962

1983

3

Производительность, т/сут

200

200

4

Внутренний диаметр шахты, м

4

4,3

5

Рабочая высота шахты, м

20

19

6

Внутренняя площадь поперечного сечения, м2

12,36

13,6

7

Рабочий объем шахты, м3

238


8

Загрузочное устройство

Двухклапанное с поворотной чашей и конусным распределительным затвором

С поворотной чашей и конусом

9

Выгрузочный механизм

С движущимися каретками

С движущимися каретками

10

Температура отходящих газов



за печью, оС

250 - 300

250 - 300

за дымососом

160 - 240

160 - 240

на выгрузке

60 - 80

60 - 80

11

Состав отходящих газов, %



СО2

14 - 16

14 - 16

СО

0,1 - 0,15

0,1 - 0,15

СН4

0,12 - 0,18

0,12 - 0,18

Н2

0,13 - 0,2

0,13 - 0,2

12

Содержание активных СаО+МgO, % не менее

70 - 85

70 - 85

13

Выход извести, т/час

6,0

6,0

14

Топливо

Природный газ

Природный газ

15

Теплотворная способность, кДж/Нм3

9240

9240

      Несмотря на низкую сортность извести, получаемой в шахтных печах, их продолжают строить с различными усовершенствованиями. Эффективность пересыпных шахтных печей объясняется самым низким расходом тепла на обжиг в сравнении с другими типами печей. Дорогое топливо и невысокие требования к извести предопределяют выбор шахтной печи. Кроме того, отходящие газы шахтных печей характеризует высокая концентрация СО2, применяемого в химическом производстве. Шахтные печи гибки в управлении ввиду их небольших размеров, нуждаются в небольших капитальных затратах при сооружении.

      Обжиг извести во вращающихся печах примерно в 5 раз короче. Температура извести, выходящей из печи, высокая, поэтому требуется установка холодильника: барабанного, рекуператорного или колосникового.

      Вращающиеся печи в сравнении с шахтными имеют ряд преимуществ:

      высокая единичная мощность до 1000 – 1200 т/сутки;

      равномерный обжиг, высокая степень декарбонизации известняка, высокое качество извести (90 – 96 %);

      возможность обжигать мелкие фракции известняка;

      возможность обжигать мягкие породы (мел) высокой влажности;

      использование любых видов топлива.

      Недостатками этих печей являются высокий удельный расход тепла, значительные капиталовложения при установке и высокая металлоемкость. Пылевынос из вращающихся печей высокий, достигает 10 – 15 % и требуется установка высокоэффективных пылеулавливающих устройств. В шахтных печах пылевынос незначительный.

      Длина вращающихся печей составляет 30 – 110 м, диаметр 2,0 - 3,6 м. Уклон печи 3 – 5 0, скорость вращения 0,5 - 1,2 об/мин. Удельная производительность вращающихся печей составляет 500 – 900 кг/м3 извести в сутки. Удельный расход топлива составляет 20 – 30 % от массы извести.

      Во вращающиеся печи необходимо подавать фракции щебня известняка равномерного примерно одинакового размера. Разница в размере крупных и мелких кусков должна быть незначительной. Во вращающихся печах можно получить известь высокого качества, процесс можно полностью механизировать и автоматизировать. Однако в таких печах большой объем выхода горячих дымовых газов и обусловленный этим высокий расход топлива и тепла заставляют изыскивать пути экономии топлива, установки запечных теплообменных устройств.

      Вращающаяся печь условно разделена на следующие зоны:

      сушки, где известняк теряет воду и нагревается до 110 – 120 °С;

      подогрева, где температура известняка повышается до 900 °С;

      декарбонизации, где газы нагреты до 1250 – 1300 °С и известняк диссоциирует на СОи СаО.

      С целью понижения потерь тепла с отходящими газами в холодном конце вращающихся печей навешиваются цепные теплообменники: цепи нагреваются уносящимися из печи газами, которые, погружаясь в относительно холодный материал, передают это тепло известняку. Охлаждение извести происходит в холодильнике колосникового или рекуператорного типа.

      Печь заполнена материалом приблизительно на 10 – 12 %. Материал при движении подвержен сегрегации: крупные куски находятся на поверхности и в слое, прилегающем к стенкам печи, а в центре группируются наиболее мелкие фракции. Поэтому крупные куски могут иметь пережог, а мелкие - недожог. Рекомендуется вести обжиг узких фракций в разных печах, например: 13 – 35 и 35 – 60 мм. Обжиг более мелких фракций вызывает образование колец. При движении во вращающихся печах поверхность кусков известняка и извести истирается значительнее, чем в шахтной печи. Известняки, хорошо обжигающиеся и не образующие пыли в шахтной печи, при обжиге во вращающейся могут превращаться в порошок. Это обстоятельство и высокие скорости газового потока увеличивают пылеунос из печи до 10 – 12 %.

      Для обжига извести более экономичны печи с теплообменниками. Короткая печь с расположенным снаружи теплообенником приведена на рисунке 3.50. Разработаны самые различные конструкции внешних теплообенников известеобжигательных вращающихся печей.

      Данный тип теплообменника установлен за печью размерами 4,6х53,6 м производительностью 750 т/сут. Удельный расход тепла составляет примерно 5000 кДж/кг. Рабочее пространство теплообменника "Полигон" разделено на 14 камер, в каждой имеется плунжерный толкатель, который сбрасывает подогретый известковый камень. В верхней части расположен бункер, который непрерывно наполняется материалом для питания подогревателя. Холодный внешний воздух не попадает внутрь. Температура дымовых газов из печи, поступающих в подогреватель, составляет 900 – 1000 оС, а температура на выходе примерно 350 оС.



1 - вращающаяся печь;
2 - плунжерный толкатель;
3 - гидросистема толкателя;
4 - рабочее пространство теплообменника; 5 - винт;
6 - течка бункера; 7 - сырьевой бункер; 8 - подача сырья;
9 - заслонка; 10 - труба выхода газов; 11 - конус подачи газов

      Рисунок 3.50. Подогреватель известняка фирмы "Полигон" (Германия)

      Материал подогревается до 800 оС. Во вращающихся печах, не имеющих подогревателей, внутри печи как и в клинкерообжигательных печах устанавливают для улучшения теплообмена цепные завесы. Наиболее эффективны цепи из жаростойких сталей. Их рабочая температура составляет до 900 оС. Для охлаждения горячей строительной извести устанавливают одно- и многобарабанные холодильники. Наряду с барабанными холодильниками необходимо устанавливать устройства для более полного использования тепла отходящих дымовых газов.

      Вращающиеся печи установлены в АО "Арселлор Миттал Темиртау", АО "Западно-Казахстанская корпорация строительных материалов" г. Уральск – 1 печь размерами Ø2,5х75 м с годовой производительностью 45 000 тонн и суточной 136 тонн/сут извести 3 сорта.

      Другой тип печей – карусельные печи в небольшом объеме используют в металлургической промышленности.

3.3. Данные о выбросах в атмосферу от цементных печей в Казахстане

      Процесс производства цемента сопровождается эмиссиями в окружающую среду различных веществ и физическими явлениями, оказывающими негативное воздействие на окружающую среду: пыль, вредные и токсичные газы, соединения металлов, органические вещества, а также шум, запах и т. п.

      Наибольший объем загрязняющих веществ выбрасывается на стадии обжига. Использование полного перечня особенностей производства, выбросов вредных веществ или физических явлений для сравнения технологий с целью выбора наилучших из них, обеспечивающих максимальную защиту окружающей среды, необходимо, при этом за последние 30 лет цементная промышленность во всем мире успешно внедрила различные методы борьбы с выбросами большинства основных и менее значительных загрязняющих веществ, выбрасываемых печами. Измерения при осуществлении производственного экологического контроля производятся в отношении маркерных загрязняющих веществ, определяемых для контроля загрязнения окружающей среды в зависимости от применяемых технологических процессов.

      Полученная в результате КТА информация об удельных показателях маркерных веществ является лишь частичной и не отображает полную картину по выбросам загрязняющих веществ в атмосферный воздух от печей цементного производства Казахстана, так как из 17 цементных заводов КТА проводился только на 10 предприятиях (3 завода мокрого способа производства, 6 заводов сухого способа и 1 по производству клинкера).

      Данные по выбросам 10 рассматриваемых предприятий указаны на основании действующей системы нормирования и не сопоставимы с технологическими показателями НДТ в справочных материалах Российской федерации и ЕС.

      Данные показатели отображают текущие выбросы по отдельным предприятиям, но не могут быть использованы для установления технологических показателей в целом для цементной промышленности.

      Отсутствие обязательных требований по инструментальному измерению выбросов непосредственно на источниках, отсутствие стандартизированных методов измерения и определения эмиссий, например, NOx, делают невозможным сравнение представленных предприятиями величин выбросов с технологическими показателями справочных материалов Российской федерации и ЕС.

      В странах Евросоюза технологические показатели по маркерным веществам устанавливают на основании непрерывных инструментальных измерений по всем организованным источникам выбросов (АСМ). Только на основании данных измерений возможно получение реальной информации о величине выбросов по отдельным загрязнителям, а также заключения насколько эффективно то или иное внедренное техническое решение.

      На рисунках ниже (рисунки 3.51 – 3.53) представлены показатели выбросов пыли, NOx и SO2 от вращающихся печей по 10 цементным заводам Казахстана (из 17 имеющихся заводов). Эти загрязнители представляют собой основные вещества, периодически измеряемые в цементных печах.

      На рисунке 3.51 представлены объемы выбросов пыли из вращающихся печей цементных предприятий мокрого и сухого способов производства.

      Информация по выбросам пыли на выбранных цементных заводах носит противоречивый характер, диапазон значений максимума и минимума свидетельствует о возможных нарушениях в эксплуатации очистного оборудования.

      Максимальные выбросы пыли из цементных печей наблюдаются на старых цементных заводах, оснащенных электрофильтрами вертикального типа и работающих длительное время без модернизации и необходимого технического обслуживания.

      Для снижения выбросов пыли на цементных заводах используются различные устройства: пылеосадительные камеры, циклоны (одиночные или групповые), скрубберы (мокрые циклоны), рукавные фильтры и электрофильтры.


а)

б)
Рисунок 3.51. Выбросы пыли на цементных заводах РК: предприятия мокрого (а) и сухого (б) способов производства

      Пылеосадительные устройства различаются по эффективности своего действия. Минимальной эффективностью (способностью улавливать пыль) обладают пылеосадительные камеры и одиночные циклоны, максимальной - рукавные фильтры и электрофильтры.

      Для современных цементных заводов сухого способа производства при правильно подобранной системе обеспыливания и своевременном проведении ее технического обслуживания выбросы пыли из цементных печей обычно не превышают 50 мг/Нм3.

      В ЕС большая часть выбросов пыли находится в пределах 0,27 и менее 30 мг/Нм3. Значения концентрации при постоянных измерениях показаны как среднегодовые величины из 24 -часовых измерений. Измеренные величины относятся к 1 мсухого газа в стандартных условиях.

      Правильный подбор оборудования для обеспыливания газов и обеспечение оптимальных режимов его работы позволяют снизить выбросы пыли при производстве цемента до приемлемых уровней.


а)

б)
Рисунок 3.52. Выбросы оксидов азота NOx на цементных заводах РК: предприятия мокрого (а) и сухого (б) способов производства

      Оксиды азота представляют собой одно из загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу в процессе обжига клинкера во вращающихся печах. Они состоят из смеси монооксида NО и диоксида азота NO2.

      Сравнение с показателями ЕС и РФ (NOx 500 – 1000 мг/Нм3) не представляется возможным, так как в РК на сегодняшний день нормируются выбросы азота (II) оксид и азота (IV) диоксид (рисунок 3.52).

      В ЕС нормирование выбросов оксидов азота осуществляется на основании данных постоянного измерения, нормируется сумма оксидов, выраженная в NOx. Среднегодовое выделение NOx из Европейских цементных печей составляет около 785 мг/Нм(в пересчете на NO2) с минимумом в 145 мг/Нми максимумом 2940 мг/Нм3. Непрерывные измерения концентрации в течение 24 час представлены как среднегодовые показатели. Измеренная величина относится к сухому воздуху в стандартных условиях.

      Выбросы SOмогут значительно увеличиваться при отклонениях от нормальных режимов работы печи и наличии в сырьевых материалах органической серы или серы в виде пирита или марказита (лучистого колчедана). При обжиге сырьевых материалов, в которых сера присутствует в виде сульфатов (сульфитов), выбросы SOиз печи обычно не превышают 10 мг/Нм3.


а)

б)
Рисунок 3.53. Выбросы оксида серы SO2 на цементных заводах РК: предприятия мокрого (а) и сухого (б) способов производства

      В длинных печах мокрого способа производства взаимодействие SOсо щелочными материалами слабое, поэтому сера из топлива и особенно топливных отходов может привести к некоторому увеличению выбросов SO2.

      Приведенные данные по выбросам оксида серы SOна цементных заводах РК показывают, что для большинства предприятий выбросы не превышают 400 мг/м3(см. рисунок 3.53).

4. Общие наилучшие доступные техники для предотвращения и/или сокращения эмиссий и потребления ресурсов

      Производство цемента и извести может осуществляться различными способами, различающимися потреблением тепла (топлива), энергии и природных материальных ресурсов. Сам процесс производства сопровождается эмиссиями в окружающую среду различных веществ и факторов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду: пыли, вредных и токсичных газов, соединений металлов, органических веществ, шума, запаха и т.п.

      В настоящем разделе описываются общие методы, применяемые при осуществлении технологических процессов для снижения их негативного воздействия на окружающую среду и не требующие технического переоснащения, реконструкции объекта, оказывающего негативное воздействие на окружающую среду.

      В него включены системы управления, методы, интегрированные в процесс, и меры по завершению производственного процесса. При этом следует учитывать тот факт, что при поиске оптимальных результатов между этими тремя методами существует определенное дублирование. Рассматриваются процедуры профилактики, контроля, минимизации и повторного использования, а также повторного использования материалов и энергии.

      Под общими НДТ следует понимать методы, а также связанные с ними уровни выбросов и потребления ресурсов, применяемые при осуществлении технологических процессов для снижения их негативного воздействия на окружающую среду и не требующие технического переоснащения, реконструкции объекта, оказывающего негативное воздействие на окружающую среду.

4.1. Техники для предотвращения выбросов в атмосферный воздух

4.1.1. Введение

      Основными выбросами в производствах цемента и извести являются выбросы в воздух из печной системы. Это происходит вследствие физико-химических реакций, происходящих с сырьевыми материалами, а также при горении топлива. Главными составляющими отходящих газов цементной печи являются оксиды азота из воздуха, участвующего в горении топлива (тепловые NOx), и топливные соединения, содержащие азот, СО2, образующийся при разложении СаСОи сгорании топлива, пары воды, появляющиеся в процессе сжигания топлива и из сырьевых материалов, избыток кислорода, химические соединения (например, диоксид серы) и твердые частицы (пыль).

      Во всех печных системах обжигаемый материал движется противотоком (навстречу) по отношению к топочным газам. Этот противоток влияет на величину выбросов, так как образуется своего рода кипящий слой. Многие компоненты, которые образуются при горении топлива и превращении сырьевых материалов в клинкер, остаются в газовой фазе до тех пор, пока они не адсорбируются или конденсируются на движущемся материале.

      Адсорбционная емкость материалов изменяется с изменением физико-химического состояния. Она зависит от положения внутри печной системы. Например, материал, покидающий зону декарбонизации, имеет высокое содержание оксида кальция и поэтому высокую адсорбционную емкость, особенно для кислотных соединений, таких, как HCl, HF и SO2.

      Имеются также выбросы пыли из других источников, таких, как, пыль при помоле и при разгрузке сырьевых материалов, твердого топлива и продукта - цемента. Потенциально выбросы пыли возможны из любых точек складирования сырьевых материалов и твердого топлива, их транспортировки, включая погрузку цемента. Колебания величин этих выбросов могут быть значительными, и если эти аспекты не учитываются конструкцией агрегата или установки, они могут привести к неприятным проблемам.

      В целях единообразия и соответствия европейским данным все данные по выбросам загрязняющих веществ должны быть приведены к стандартным условиям, т.е. сухому газовому потоку при температуре 273 К и давлении 101,3 кПа при определенном (референтном) содержании кислорода О2, оборотный %. Если фактическое содержание кислорода в газовом потоке отличается от референтного, то пересчет концентрации выбросов в стандартное состояние осуществляется по формуле:

     

,

      где Сизм. и Сстанд. концентрация выбросов загрязняющих веществ, соответственно измеренная в потоке и при стандартном состоянии, мг/Нм3;

      Офакт. фактическая концентрация кислорода в потоке в момент измерения, оборотный %;

      Ореф. референтная концентрация кислорода, оборотный %: при производстве цемента Ореф.= 10 %; при производстве извести Ореф.= 11 %.

4.1.2. Техники предотвращения и / или уменьшения выбросов пыли

      Традиционно выделения пыли, особенно из дымовых труб (или организованные выбросы пыли), являются одной из главных проблем для окружающей среды при производстве цемента. Главными источниками выделения пыли являются процесс приготовления сырьевых материалов, установки по измельчению и сушке, процесс обжига клинкера (печи и холодильники), подготовка топлива и установки для помола цемента (мельницы). Вспомогательные процессы на цементном заводе также могут привести к выделению пыли независимо от использования или неиспользования отходов.

      Во всех процессах производства цемента большой объем газов проходит через пылящий материал. В случаях, подобных дроблению, помолу и отгрузке, оборудование работает под небольшим разряжением, и эти источники обычно оборудованы рукавными фильтрами. Конструкция и надежность современных электрофильтров и рукавных фильтров обеспечивают снижение пылевыделения до уровня, при котором они не являются значимыми.

      Выбрасываемая пыль характеризуется разной дисперсностью. Согласно [31] при использовании электрофильтра в выбрасываемой пыли содержится до 90 % фракции менее 10 мкм (РМ10) и около 50 % фракции менее 2,5 мкм (РМ 2,5).

      Выбросы тонкодисперсной пыли, состоящей из частиц размером менее 10 и 2,5 мкм, появляются в виде твердых веществ или аэрозолей. Такой тип пыли является результатом серии физико-химических реакций, например, взаимодействием оксидов азота, серы и аммиака, реагирующих с образованием сульфатов и нитратов аммония. Эти частицы оказывают серьезное влияние на здоровье человека. В цементной промышленности частицы размером 10 и 2,5 мкм могут появляться в процессе обжига и охлаждения, однако и вспомогательные процессы могут также привести к образованию тонкодисперсной пыли. Основная часть тонкой пыли может быть снижена путем снижения общего количества пыли. Заводы, оборудованные высокоэффективными обеспыливающими системами, содействуют относительно образованию малого количества тонкодисперсной пыли.

      Все выбросы пыли подразделяются на неорганизованные и организованные.

4.1.2.1. Выбросы пыли на цементных заводах

      На цементном заводе имеются различные источники организованных выбросов пыли: печи, клинкерные холодильники и мельницы для помола сырьевых материалов, цемента и угля, а также вспомогательное оборудование. Основная часть пыли выбрасывается в атмосферу из вращающихся печей для обжига портландцементного клинкера. Однако методы и принципы снижения выбросов пыли из вращающихся печей применимы и для других источников организованных выбросов пыли.

      Основными обеспыливающими установками, применяемыми в цементной промышленности, являются рукавные фильтры, электрофильтры или их сочетания – так называемые гибридные фильтры.

      Электрофильтры и рукавные фильтры имеют свои преимущества и недостатки (таблица 4.1).

      Таблица 4.1. Обзор технических решений для контроля выбросов пыли в цементном производстве [2]

№ п/п

Технические решения

Применимость

Выбросы, мг/Нм3 *,**

Стоимость ***

Инвестиции, млн. евро

Эксплуатационные, евро/ т клинкера

1

2

3

4

5

6

1

Электрофильтры

все печные системы

10** - < 20

2,1 - 6,0

0,1 - 0,2

клинкерные холодильники

10** - < 20

0,8 - 1,2

0,09 - 0,18

цементные мельницы

< 10**

0,8 - 1,2

0,09 - 0,18

2

Рукавные фильтры

все печные системы

< 10

2,1 - 6,0

0,15 - 0,35

клинкерные холодильники

< 10

1,0 - 1,4 

0,1 - 0,15

мельницы (сырьевые, цементные, угольные)

< 10

0,3 - 0,5

0,03 - 0,04

3

Гибридные фильтры

все печные системы, клинкерные холодильники, цементные мельницы

< 10 - 20



      * для печных систем, обычно относящихся к среднесуточным значениям сухого газа, 273K, 101,3 кПа и 10 % O2;

      ** технологические показатели выбросов пыли около 10 мг/Нмдостигаются только с модернизированными или увеличенными электрофильтрами;

      *** затраты в 2010 г.

      В период нормальной работы оба вида пылеуловителей работают с высокой эффективностью. В специальных условиях, когда имеется повышенная концентрация СО, вызванная неожиданными осложненими в работе печи, включением-выключением печи из-за подачи или прекращением питания из сырьевой мельницы, эффективность работы электрофильтра значительно снижается, в то время как эффективность рукавных фильтров подвержена воздействию этих факторов в меньшей степени.

      Электрофильтры генерируют постоянное электрическое поле между двумя типами электродов: отрицательно заряженным коронирующим и положительно заряженным осадительным. Благодаря высокой напряженности электрического поля вблизи коронирующего электрода образуются отрицательно заряженные ионы, которые адсорбируются частицами пыли, движущимися в воздушном потоке. Частицы становятся отрицательно заряженными и мигрируют к положительно заряженным осадительным электродам, на которые и оседают. Осадительные электроды за счет периодического встряхивания или вибраций высвобождают осевшую на них пыль, которая падает вниз, в бункер-коллектор. Циклы встряхивания электродов оптимизируются, чтобы минимизировать унос пыли и тем самым довести до минимума пылевынос.

      Электрофильтры характеризуются способностью работать при высокой температуре (вплоть до 400 оС) и высокой влажности обеспыливаемых газов. Качество работы электрофильтров зависит от различных эксплуатационных параметров, таких как влажность и химический состав газа и частиц пыли, скорость газового потока, распределение частиц по размерам, электрическое сопротивление частиц, начальная запыленность и температура газа, напряженность электрического поля, площадь и форма электродов, содержание влаги в осаждаемой пыли и т.д.

      Работа электрофильтра может быть ухудшена при образовании наростов материала на электродах и как следствие за счет снижения напряженности электрического поля. Это может случиться при наличии в печи большого количества хлоридов и сульфатов или избыточного содержания летучих органических соединений (ЛОС) в сырье, образующих со щелочными металлами субмикроскопические частицы пыли (0,1 – 1 мкм), имеющие высокое удельное сопротивление (1012 – 1013 Ом/см), которые оседают на электродах, снижая электропроводность газа и затрудняя удаление пыли. Проблемы высокого сопротивления могут быть частично решены за счет впрыскивания воды в башню для кондиционирования дымовых газов.

      Электрофильтры большого размера совместно с системой кондиционирования (увлажнения) обеспыливаемых газов при оптимизации режима работы могут снизить среднемесячное пылевыделение до 5 – 15 мг/Нм3. Проектная эффективность обеспыливания в таких электрофильтрах - выше 99,99 %, поэтому выбросы пыли имеют небольшую величину, всего несколько мг/Нм3. Электрофильтры весьма эффективны для улавливания ультра мелких частиц (< 0,5 мкм), способных агломерироваться.

      Потребление электрической энергии электрофильтров растет экспоненциально со снижением содержания пыли в очищенном газе. Оптимальная работа электрофильтра зависит от температуры и влажности обеспыливаемого газа. Продолжительность работы электрофильтра может достигать несколько десятилетий при обеспечении всех рекомендуемых условий обслуживания и ремонта. Некоторые части (молотки, подшипники) необходимо регулярно менять после нескольких лет эксплуатации как часть периодического обслуживания и ремонта.

      Электрофильтры вследствие их высокой эффективности, низкого гидравлического сопротивления, высокой работоспособности и энергетической эффективности являются наиболее эффективными установками для улавливания пыли из отходящих газов вращающихся печей, клинкерного холодильника и, в некоторых случаях, цементных мельниц. Электрофильтры могут быть использованы почти в каждой цементной печи для удаления пыли из отходящих газов, газов из системы байпаса и воздуха из колосникового холодильника.

      Рукавные фильтры являются эффективным пылеулавливающим оборудованием. Основной принцип работы рукавных фильтров заключается в использовании матерчатой мембраны, которая пропускает газ, но задерживает пыль. Различие в конструкции таких фильтров состоит в том, что часть фильтрующих элементов состоит из цилиндрических фильтровальных мешков (вертикальная подвеска), а часть – из фильтровальных пакетов, которые обычно устанавливаются горизонтально. Первоначально пыль откладывается частично на поверхности волокон и проникает на всю глубину ткани, но как только поверхностный слой ткани полностью покроется пылью, она сама становится доминирующей фильтровальной средой. Выходящие газы могут проходить не только из внутренней части фильтровального рукава наружу, но и в противоположном направлении. Поскольку слой пыли утолщается, сопротивление прохождению газа повышается, необходимы периодическая чистка фильтровальной среды и контроль гидравлического сопротивления фильтра.

      Обычными способами чистки являются периодическая импульсная подача очищенного газа или сжатого воздуха в направлении, обратном обычному потоку газа, механический удар или встряхивание и вибрация. Рукавные фильтры имеют много секций, которые можно индивидуально изолировать в случае выхода из строя рукава; соответственно фильтрация будет успешной, обеспечивающей адекватное поведение установки в целом, если даже секция будет целиком выведена из эксплуатации. Для этого должен сработать "детектор разрыва рукава", который находится в каждой секции и указывает на необходимость замены мешка, если случилась неполадка.

      Фильтровальные рукава изготавливают из тканого и нетканого материала. Высокая температура (150 – 300 оС) обеспыливаемых газов требует применения специальных материалов. Современные синтетические ткани могут выдерживать температуру до 280 оС.

      Поведение рукавных фильтров зависит от различных параметров, таких, как совместимость фильтрующего материала с характеристиками обеспыливаемого газа и пыли, соответствующее термическое, физическое и химическое сопротивление против воздействия гидролиза, окисления и температуры процесса. Важными характеристиками фильтра являются размер фильтрующей поверхности, эффективность разделения и сопротивление фильтрации (так называемое "дифференциальное давление фильтра"). Последняя величина зависит от свойств фильтровального материала и пыли. Основным параметром для проектирования фильтра является пропускная способность (объем обеспыливаемого газа). Поэтому классификация рукавных фильтров осуществляется в зависимости от типа, количества рукавов и свойств пыли и газа.

      Срок службы, потребности в энергии и обслуживании рукавных фильтров зависит от тепловых и механических нагрузок. Скорость прохождения газа, толщина отложений пыли, пористость и циклы очистки влияют на эффективность удаления пыли. Улучшение работы фильтра (в частности, снижение его гидравлического сопротивления) ведется в направлении быстрого определения потенциальной утечки пыли с постоянным контролем с помощью детектора, улучшения системы пылеудаления, повышения срока эксплуатации и снижения стоимости. Циклы очистки и методы очистки фильтрующих материалов оказывают влияние на эффективность работы фильтра. При использовании воздушной пульсации низкого давления эффективность повышается, в то же время минимизируется потребление энергии и снижается уровень шума. Такая фильтрующая система может быть использована для обеспыливания отходящих газов из вращающихся печей, а также обеспыливания щелочной пыли байпаса, воздуха клинкерного холодильника, мельниц и классификаторов.

      Объединение рукавных фильтров с циклонами применимо для клинкерного холодильника. В циклоне частицы пыли выделяются от газового потока и осаждаются под действием центробежных сил на стенах циклона, а затем удаляются через отверстие со шлюзовым затвором на дне циклона. Центробежные силы проявляются непосредственно в газовом потоке, входящем по касательной в цилиндрический корпус циклона, или за счет вращения рабочего вентилятора, находящегося в установке (механический центробежный пылеосадитель). В цементной промышленности циклоны объединяются с воздушным теплообменником для снижения температуры и рукавным фильтром (пылеулавливающая камера с рукавным фильтром) для удаления пыли из отходящих газов холодильника. Циклон может снизить концентрацию пыли до 70 % от исходной. В сочетании с воздушным теплообменником и пылеулавливающей камерой с рукавным фильтром достигается высокая очистка (до 99,99 %) при низкой концентрации пыли в выбросах, равной 5 – 7 мг/Нм3.

      Чтобы оптимизировать эксплуатационную стоимость рукавных фильтров, на цементных заводах устанавливают оптимальное давление в системе пульсирующего струйного пылеудаления. Нагрузка на фильтр, дифференциальное давление на фильтрующую поверхность и система очистки газов являются тремя главными факторами, оказывающими влияние на снижение стоимости рукавных фильтров. Эти факторы тесто связаны, поэтому для оптимизации стоимости необходимо достижение максимально возможных отношений воздух/обшивка фильтра, наименьших значений дифференциального давления и более низких давлений воздуха для очистки.

      Гибридные фильтры представляют собой объединение электрофильтров и рукавных фильтров в одно и то же устройство. Они в основном являются результатом модернизации существующих электрофильтров и позволяют повторно использовать часть старого оборудования.

4.1.2.2. Выбросы пыли от известковых заводов

      При обжиге известняка пыль образуется за счет наиболее мелких частиц подаваемого в печь известняка, при термическом и механическом разрушении, при его растрескивании в печи и в меньшей мере за счет золы топлива. Уровень содержания пыли на входе в обеспыливающие устройства колеблется в широких пределах в зависимости от конструкции печи, ее мощности и используемого сырья.

      Широкий диапазон свойств отходящих газов требует для сбора пыли использования разнообразного оборудования: циклонов, влажных скрубберов, рукавных фильтров, электрофильтров и гравийных фильтров (таблица 4.2). Типичные циклоны удаляют 90 % пыли известеобжигательных печей.

      Электрофильтры и рукавные фильтры при нормальном режиме эксплуатации характеризуются очень высокой степенью обеспыливания, превышающей 99 %, однако на этот показатель влияет размер частиц пылевыбросов. Тип фильтра подбирают в зависимости от температуры отходящих газов. Фильтры этих типов для обеспечения соответствующей эффективности требуют периодического обслуживания. Эффективность таких фильтров выше, чем при влажном пылеудалении. При влажном пылеудалении в связи с использованием воды и сбросов нуждающихся в обработке водных отходов затрачивается дополнительная энергия. На эффективность электростатических осадителей влияет наличие СО, однако содержание СО можно минимизировать. Центробежные сепараторы используются на стадии предварительной очистки, однако их эффективность с ростом содержания загрязняющего материала возрастает.

      После осадительного оборудования выбросы обычно составляют 10 – 250 мг/Нм3, при использовании влажной скрубберной очистки они составляют 10 – 100 мг/Нм3.

      Таблица 4.2. Обзор технических решений для контроля выбросов пыли на известковых заводах [2]

№ п/п

Технические решения

Применимость

Выбросы, мг/Нм*,**

Стоимость ***

Инвестиции, млн. евро

Эксплуатационные, евро/ т клинкера


1

2

3

4

5

6

1

Электрофильтры

Все типы печей,
мельницы, вспомогательные
процессы

<10**-<20

0,6 - 3,9

>1,5

2

Рукавные фильтры

Все типы печей

<10 -<20

0,25 - 1,7

>1,5

Мельницы, вспомогательные
процессы

<10 -<20

3

Влажное пылеудаление

Все типы печей, гидраторы

10 - 30



4

Центробежные сепараторы

Для предварительной очистки
все типы печей, мельницы, вспомогательные процессы

-



      * для печных систем, обычно относящихся к среднесуточным значениям сухого газа, 273K, 101,3 кПа и 10 % O2;

      ** технологические показатели выбросов пыли около 10 мг/Нмдостигаются только с модернизированными или увеличенными электрофильтрами;

      ***затраты в 2010 г.

      Результаты точечных измерений результатов выбросов пыли свидетельствуют о том, что в 70 % определений выбросы пыли из печей, оборудованных электрофильтрами и рукавными фильтрами, ниже 20 мг/Нм3, при этом в 60 % случаев они ниже 10 мг/Нм3, такая величина выбросов пыли зафиксирована при 6 % замеров выбросов пыли после очистки во влажных скрубберах [2].

      В Германии все шахтные печи оборудованы рукавными фильтрами. После очистки дымовых газов с помощью рукавных фильтров типичный выброс пыли составляет от < 10 до < 20 мг/Нм(точечные измерения, стандартные условия). Обеспечивающие такие результаты рукавные фильтры характеризуются соотношением воздух: поверхность фильтра в интервале от < 1 до 1,2 м3/Нм3 - мин. Вращающие печи оснащают электрофильтрами. В этом случае типичный уровень выбросов составляет менее 20 мг/Нм3. Выделенную в рукавном фильтре или в электрофильтре пыль используют как конечный продукт. Использование для очистки газов от пыли в Германии мокрой скрубберной очистки и гравийных фильтров позволяет добиться технологических показателей выбросов в пределах 30 – 60 мг/Нм3, зафиксированных как средние при ежедневных измерениях при стандартных условиях. Для достижения степени очистки ниже 20 мг/Нмнеобходимо заменить влажные скрубберы и гравийные фильтры на рукавные фильтры. Результаты измерений, проведенных в ЕС, свидетельствуют о том, что пылевыбросы не зависят от вида используемого топлива, т.е. от того, используются ли ископаемое топливо или горючие отходы. Так при использовании в шахтных печах горючих отходов средние ежедневные пылевыбросы составляют от <5 до < 10 мг/Нм3.

      При гидратация извести поток газов из гидраторов извести относительно мал: на 1 т гидратной извести выделяется около 800 мгаза, но перед очисткой в пылеосадительном устройстве в нем может содержаться до 2 г/мпыли. Таким образом, выброс пыли составляет 1,6 кг/т гашеной извести. Для удаления таких пылевыбросов используют влажную скрубберную очистку и рукавные фильтры. Влажность может влиять на уровень пылевыбросов. По этой причине для очистки выбросов гидраторов часто используют скрубберы. При использовании скрубберов нового поколения уровень пылевыбросов в пределах 10 – 30 мг/м3, что соответствует примерно 0,008 – 0,024 кг/т гашеной извести.

      При измельчении извести уровень пылевыбросов составляет менее от < 10 до < 50 мг/м3.

4.1.3. Методы предотвращения и/ или сокращения неорганизованных выбросов пыли

      К основным источникам неорганизованных выбросов пыли относятся следующие процессы:

      дробление сырья;

      транспортировка материалов конвейером или элеватором;

      дорожное покрытие (за счет автомобильного транспорта);

      хранение сырья, клинкера и цемента;

      мельницы для помола сырья, цемента и угля;

      хранение твердого топлива (нефтяной кокс, уголь, бурый уголь);

      отгрузка цемента.

      Неорганизованные выбросы пыли могут появиться при складировании и переработке материалов и твердого топлива из открытых складов, транспортеров сырьевых материалов и также из дорожных покрытий, вызываемых движением дорожного транспорта. Компактное расположение объектов является наиболее простым способом снижения неорганизованных выбросов пыли. Образование пыли, например, из штабелей сырьевых материалов и твердого топлива может быть снижено с помощью следующих технических решений:

      увлажнение штабелей и, в частности, участков загрузки и разгрузки;

      использование ленточных конвейеров с регулируемой высотой.

      Регулярное и тщательное обслуживание установок всегда приводит к косвенному снижению неорганизованных выбросов пыли благодаря уменьшению подсоса воздуха или предотвращению негерметичности установок.

      Использование автоматических приборов и системы контроля также способствуют снижению выбросов пылевидных частиц равно как и постоянная безотказная надежная работа установок.

      Пыление при упаковке и отгрузке клинкера/цемента может быть также весьма значительным. Влияние неорганизованных выбросов может привести к общему увеличению выбросов пыли, так как процесс выброса пыли осуществляется со значительно большей поверхности.

      Транспортеры и элеваторы конструируются как закрытые системы, если они предназначены для транспортировки пылящего материала. Дороги, используемые грузовыми автомобилями, устилаются и чистятся периодически, чтобы препятствовать неорганизованным выбросам пыли. Дополнительно применяется орошение водой для предотвращения распространения пыли. Где возможно, применяются закрытые помещения для складирования. Чтобы снизить выбросы дисперсной пыли на открытом складе, где размещены сырьевые материалы или топливо, штабели и площадки навального хранения могут быть закрыты или укрыты с помощью различных перегородок, покрытий, разделены стенами или оградами, состоящими из вертикальных зеленых растений (искусственные или естественные барьеры для предотвращения воздействия ветра).

      Для снижения неорганизованных выбросов пыли при погрузке цемента или обожженной извести рекомендуется, например, использовать гибкие загрузочные трубы, соединенные с пылесборным устройством. Такие загрузочные трубы оборудованы вытяжным приспособлением, гарантирующим погрузку без пыли. Их располагают на поверхности кузова грузовика, куда они автоматически осуществляют погрузку до тех пор, пока не будет достигнута заданная высота. Затем грузовик перемещается вперед на 30 см и операция повторяется вновь.

4.1.4. Техники предотвращения и/или сокращения выбросов SOх

4.1.4.1. Выбросы SOх на цементных заводах

      Выбросы SO2 на цементных заводах зависят от общего количества сульфатных соединений, применяемого способа производства и в первую очередь определяются содержанием летучей серы в сырьевых материалах и топливе. Потенциальные выбросы SOх зависят от циркуляции серы в печи. Сера выбрасывается из печей в виде SOв отходящих газах, СаSOи других компонентов клинкера и пыли. Однако большая часть серы соединяется (включается) в клинкер или выгружается из системы.

      В зависимости от месторождения (чаще глины или сланцы) сырьевые материалы могут содержать серу в виде сульфатов и сульфидов. Сульфаты - это стабильные соединения, которые только частично разлагаются термически при высокой температуре в зоне спекания вращающейся печи, но разложение может увеличиться при наличии местной восстановительной среды при горении топлива и отходов. Следовательно, сера в форме сульфата более или менее полностью выходит из печи с клинкером при сохранении его качества. Сульфиды, наоборот, окисляются еще в теплообменнике и частично выделяются в форме диоксида серы, как показано на рисунке 4.1.


Рисунок 4.1. Влияние температуры на улетучивание / улавливание серы по [52]

      Сера, поступающая в печь с топливом, окисляется до SOи не ведет к значительному увеличению выбросов благодаря наличию сильных щелочей в зоне спекания, зоне кальцинирования и на стадии подогрева. Сера вступает в зону кальцинирования вместе с небольшим количеством SO2, образующегося в результате частичного разложения сульфатов в зоне обжига. В зоне кальцинирования SO2 реагирует со щелочами и щелочными сульфатами, имеющимися в сырьевых материалах. При контакте с частично декарбонизированной сырьевой смесью избыток SO2 реагирует первоначально с образованием CaSO3, а затем CaSO4. Эти сульфаты снова поступают во вращающуюся печь. Создается кругооборот серы в печи, которая находится в равновесии с выходом серы с клинкером.

      Большая площадь зоны декарбонизации во вращающейся печи предоставляет идеальные условия для захвата серы из отходящих печных газов. Выделения SOмогут иметь место, когда концентрация кислорода во вращающейся печи не оптимальна для связывания SO2. Кроме того, различные факторы могут влиять на эффективность реакции: температура, содержание влаги, время пребывания газа, концентрация оксидов в газовой фазе, доступность поверхности твердых частиц и т.д.

      Увеличение выбросов SO2 можно ожидать при наличии в сырьевых материалах органической серы или серы в легко окисляемой форме, например, в виде пирита или марказита (лучистого колчедана). В этих условиях концентрация выделяемого SO2 может быть высокой - 1,2 г/Нм3, и часто технологические показатели выбросов SOсоставляют несколько сотен мг/Нм3, если не применяются методы борьбы с выбросами.

      Печи, в которых обжигаются сырьевые материалы с малым количеством летучей серы, обычно не имеют проблем с выбросами SOи его концентрация в отходящих газах обычно ниже 10 мг/Нм3. Концентрация выбросов SOувеличивается с увеличением количества летучей серы в используемых материалах.

      SO2 является основным (99 %) оксидом серы, который выделяется, хотя может присутствовать и некоторое количество SO3, а в условиях восстановительной среды может образоваться и H2S. Сера в виде сульфидов и органической связанной серы в сырьевых материалах будет испаряться, причем 30 % или более серы могут выделяться из первой ступени циклонного теплообменника.

      В отличие от зоны декарбонизации в циклонном теплообменнике 40 – 85 % образующегося SO2 вновь связывается в нелетучие соединения, как показано на рисунке 4.2.


Рисунок 4.2. Циркуляция сульфатов в печной системе по [52]

      Основными факторами, влияющими на степень связывания SOкарбонатом кальция, являются содержание паров воды и концентрация пыли в циклонном теплообменнике, а также содержание кислорода в отходящих газах. Избыток кислорода (1 – 3 % О2), обычно используемого на цементных заводах для обеспечения качества цементной продукции, будет достаточным для окисления сульфидов до SO2. В длинных печах контакт между SO2 и щелочными материалами не так хорош, поэтому сера из топлива и особенно топливных отходов может привести к значительному увеличению выбросов SO2, в частности, в длинных мокрых, длинных сухих печах и печах "Леполь", где улавливание соединений серы не так эффективно, как в печах сухого способа с циклонными теплообменниками.

      В башне кондиционирования отходящих газов связывается относительно небольшое около 10 % - количество SO2. Наоборот, в помольно-сушильной установке материал постоянно дробится, обнажая все новые частицы с высокой активной поверхностью, которая способна захватывать SO2. В процессе сушки атмосферный газ всегда обогащается парами воды, что приводит к улучшению адсорбции оксида серы. Опыт работы заводов с объединением процессов сушки и помола показал, что в мельнице можно связать от 20 до 70 % SO2.

      Факторы, влияющие на поглощение SO2, включают влажность сырьевых материалов, температуру мельницы, время пребывания материала в мельнице, тонкость помола материала. Важно, чтобы работа сырьевых мельниц была оптимизирована таким образом, чтобы в сырьевой смеси было снижено количество SOперед подачей ее в печь, другими словами, при прямой работе (когда сырьевая мельница выключена) выбросы SOрезко увеличиваются и возвращаются к нормальному уровню, как только сырьевая мельница снова запускается (комбинированная работа).

      Несмотря на то, что большая часть серы остается в клинкере в виде сульфатов, выбросы SO2 могут быть значительными в случае применения сырьевых материалов с высоким содержанием летучих соединений серы и поэтому оксид серы может рассматриваться как один из основных загрязнителей окружающей среды.

      При отклонении от нормальных условий работы печи выбросы SOвозрастают; к таким условиям относится обжиг в восстановительной среде, что снижает степень связывания серы. Причинами этого могут быть:

      неполное сгорание топлива в декарбонизаторе или неполное сгорание грубых частиц топливных отходов в холодном конце печи;

      излишне горячая зона обжига, что может привести к появлению в печи трудно сжигаемой топливной смеси;

      излишек серы из-за щелочей в питании печи;

      экстремальные величины кругооборота серы, циркулирующей между печью и циклонным теплообменником.

      Снижение выбросов диоксида серы SOпри производстве цемента осуществляется постадийно.

      Первым шагом снижения выбросов SOявляется реализация первичных технических решений:

      выбор сырьевых материалов, топлива и отходов (при их использовании) с невысоким содержанием свободной серы или серы в виде сульфидов (таких как пириты);

      оптимизация процесса обжига клинкера, включающая стабильную работу печей;

      однородное распределение нагретого материала в печи;

      предотвращение образования восстановительной атмосферы при обжиге клинкера.

      Концентрация кислорода на входе материала в печь является решающим фактором связывания SO2 сырьевыми материалами. Увеличение содержания кислорода в печи снижает количество выбросов SO2. Избыток кислорода обеспечивает образование сульфатов в нижней части циклонного теплообменника, которые выходят из печи совместно с клинкером.

      Применение системы байпаса предотвращает накопление в печи легкоплавких сульфитов щелочных металлов и приводит к некоторому снижению выбросов SO2.

      Баланс для защиты окружающей среды должен быть найден оптимизацией соотношения выбрасываемых NOх/ SO2/ СО путем регулирования содержания кислорода в печи, но этот процесс оптимизации очень труднодостижим для длинных мокрых, длинных сухих и печей "Леполь".

      Для печей сухого способа с циклонными теплообменниками, даже если топливо для печи имеет высокое содержание серы (как правило, низкосортный нефтяной кокс с высоким содержанием серы), все соединения серы улавливаются клинкером и покидают печь, а выбросы SOниже 10 мг/Нм3. Для этого типа печей сухого процесса критической точкой является то, когда сырье имеет высокий уровень свободной серы или, чаще, серы в форме сульфидов, таких как пирит. Тогда первичных технических решений недостаточно для значительного снижения выбросов SO2.

      Если первичные технические решения недостаточны, необходимо использовать вторичные технические решения.

      Вторичными техническими решениями, позволяющими резко снизить выбросы SOиз цементных печей, являются использование добавок сорбента или применение мокрого скруббера.

      Добавление абсорбента. Вторичными техническими решениями для контроля выбросов диоксида углерода в цементной промышленности являются добавление гидратированной извести, так называемая "сухая добавка" (добавление сорбента в сырье) или "процесс сухой сорбции" (сорбент вводится в газовый поток). Добавление гидратированной извести имеет дополнительное преимущество в том, что кальцийсодержащие добавки образуют продукты, которые могут быть непосредственно вовлечены в процесс сжигания клинкера.

      Оптимальная температура для добавления гидратной извести находится в пределах 350 – 450 оС и ниже 150 оС, если газ содержит повышенное количество влаги. Наиболее удобным местом подачи гидратной извести в цементную печь являются верхний циклон теплообменника или газоход отходящих газов.

      В качестве альтернативы может рассматриваться процесс, когда гидратная известь подается в сырьевую мельницу совместно с сырьевыми компонентами или добавляется в питатель печи. Гидратная или гашеная известь (Са(ОН)2), быстро обожженная негашеная известь (СаО) или активированная зола-унос с высоким содержанием СаО инжектируются в отходящие газы при температуре, близкой к точке росы, что обеспечивает более предпочтительные условия для связывания SO2. В цементной печной системе эта температура наиболее характерна для участка между сырьевой мельницей и пылеосадителем. Гидратная известь реагирует с SOв верхнем циклоне и выносится в виде пыли в систему пылеулавливания, откуда возвращается в установку для одновременной сушки и помола сырья. Факторами, ограничивающими эффективность снижение выбросов, являются малое время пребывания газа в верхнем циклоне (примерно две секунды) и высокое, более 30 % содержание СОв отходящих газах.

Мокрый скруббер

      Мокрый скруббер - это традиционно применяемая технология для десульфуризации газов на тепловых электростанциях, работающих на угле. Для снижения выбросов SOпри производстве цемента технология мокрого скруббера находится на стадии разработки процесса. Технология мокрого скруббера основана на следующей химической реакции:

      SO2 + ½ O2 + 2H2O + CaCO3 → CaSO4•2H2O + CO2

      SO2 абсорбируется жидким шламом, который распыляется в распылительной башне. В качестве абсорбента используется карбонат кальция. Система мокрого скруббера обеспечивает высокую эффективность улавливания водорастворимых кислых газов, включая их десульфуризацию (FGD-процесс) с наименьшим количеством твердых отходов. Мокрый скруббер также значительно снижает выбросы HCl, пыли и в несколько меньшей степени выбросы металлов и NH3.

      На приведенном ниже рисунке 4.3 показаны условия, при которых можно использовать добавление абсорбента или метод мокрого скруббера для снижения выбросов SO2.

      Такие загрязнения, как SO2, органические соединения, металлы, NH3, соли аммония, HCl, HF и остаточная пыль после электрофильтра или рукавного фильтра могут быть удалены из отходящих газов адсорбцией на активированном угле.

      Фильтр из активированного угля используется в виде технологии инжекции или в виде конструкции из плотного слоя с модульными стеновыми перегородками. Модульная конструкция позволяет адаптировать размеры фильтра к различным установкам, через которые проходит газ, и к производительности печи.



      Рисунок 4.3. Снижение выбросов SO2 – преимущества и недостатки методов мокрого скруббера и добавление абсорбента по [52]

      Использованный активированный уголь периодически удаляется в отдельный силос и заменяется свежим адсорбентом. При использовании отработанного активированного угля в качестве топлива в печи улавливаемые вещества возвращаются в систему и в большом количестве фиксируются в цементном клинкере. Однако известно о единичном случае применения данной технологии в Европе на цементном заводе в Сиггентале (Швейцария).

4.1.4.2. Выбросы SOх при производстве извести

      Выбросы SO2 при производстве извести характерны главным образом во вращающихся печах. Они связаны с наличием в топливе серы, конструкцией печей и допустимым содержанием серы в получаемой извести. Таким образом, выбор топлива с пониженным содержанием серы может снизить выбросы SO2.

      В процессе большинства вариантов обжига извести негашеная известь захватывает большую часть серы, выделяющейся из известняка и топлива. Эффективный контакт печных газов и негашеной извести обычно сопровождается эффективной абсорбцией диоксида серы. При этом выбросы диоксида серы в известеобжигательных печах различного типа не превышают 50 мг/Нм3.

      Для длинных вращающихся печей характерно производство низкосернистой негашеной извести в восстановительной атмосфере. В этом случае часть серы топлива и известняка возгоняется в виде диоксида серы в отходящие газы.

      Выбросы SO2 из таких печей лежат в диапазоне 50 – 1500 мг/Нм3, их интенсивность связана с видом топлива и необходимым для производства различной продукции характером (восстановительная или окислительная) печной атмосферы. Ввиду того, что низко сернистое топливо не всегда доступно, более высокие выбросы SOсвязаны с использованием высокосернистого топлива.

      Для вращающихся печей с запечным теплообменником также характерна способность производить низкосернистую негашеную известь в восстановительной атмосфере, однако при этом часть серы связывается с известью и пылью. Поэтому выброс серы из печей такого типа меньше, чем из длинных вращающихся печей.

      Выбросы SO2 из таких печей лежат в диапазоне 50 – 400 мг/Нм3, их интенсивность связана с видом топлива и необходимым для производства различной продукции характером (восстановительная или окислительная) печной атмосферы.

      Характерный для шахтных печей эффективный контакт между газовой атмосферой и негашеной известью провоцирует интенсивное поглощение диоксида серы, следствием которого является получение негашеной извести с повышенным содержанием серы при использовании высокосернистого топлива

      Выбросы из печей этого типа в зависимости от используемого топлива лежат в диапазоне 50 – 400 мг/Нм3, исключение составляют шахтные кольцевые печи, выбросы которых достигают 1000 мг/Нм3.

      Для снижения выбросов SO2 применяют абсорбенты, используемые в каскадных абсорберах со слоем насадки и в системах модульных абсорберов, и сухую очистку дымовых газов с помощью электрофильтров или рукавных фильтров. Применение абсорбентов для снижения выбросов SO2 хорошо освоено в других отраслях промышленности, но до настоящего времени не освоено во вращающихся известеобжигательных печах. Для применения во вращающихся печах можно рассматривать следующие технические решения:

      использование мелкого известняка, при эксплуатации питающейся доломитом вращающейся печи одного диаметра отмечено существенное снижение выбросов SO2 при использовании питания, котором или повышенное содержание известняковой мелочи или склонного к разрушению при нагревании. Полученная при обжиге тонкодисперсного известняка известь взаимодействует с дымовыми газами и по пути удаляется в устройство для сбора пыли;

      подача негашеной или гашеной извести в воздух со стороны горячего конца печи;

      вдувание абсорбента в отходящие газы.

      Таким образом, для снижения концентрации SO2 в газовых выбросах применяют:

      вдувание в поток газов абсорбента-гидратной извести или бикарбоната натрия для эффективного поглощения SO2;

      обеспечивают достаточное время пребывания газа между точкой подачи поглотителя и устройством для сбора пыли (предпочтительно рукавным фильтром).

4.1.5. Техники предотвращения и/или сокращения выбросов NOх

4.1.5.1. Соединения и образование NOx

      Процесс обжига клинкера - это высокотемпературный процесс, который приводит к образованию оксидов азота (NOx).

      Выражение "оксиды азота" в основном соответствует 3 оксидам:

      NO - оксид азота;

      NO- диоксид азота;

      N2O - закись азота (присутствует в очень небольших количествах);

      Есть и другие оксиды азота: N2O3, N2O4, N2O5.

      В загрязнении воздуха (лексика, связанная с окружающей средой) NOx означает общее присутствие NO и NO(все NO окисляется при контакте с окружающим воздухом).

      Процесс обжига цементного клинкера является высокотемпературным процессом, в результате которого образуются оксиды азота. Эти оксиды представляют собой одни из ключевых загрязняющих веществ, выбрасываемых в воздух цементными заводами. Они образуются в течение процесса обжига в результате связывания азота топлива с кислородом в пламени или связыванием атмосферного азота и кислорода воздуха, подаваемого для горения.

      NO и NOx являются также преобладающими оксидами азота в дымовых газах вращающихся известеобжигательных печей, они могут образовываться при сжигании топлива.

      Имеются два основных источника для появления NOx:

      тепловые NOx:

      часть азота в воздухе горения взаимодействует с кислородом с образованием оксидов азота;

      основной механизм образования оксидов азота в печном пламени;

      2) топливные NOx:

      соединения, содержащие азот, химически связанные в топливе, реагируют с кислородом воздуха с образованием различных оксидов азота.

      Небольшие изменения в выбросах NOx наблюдаются при использовании отходов:

      содержание NOx для первичного обжига (основная горелка печи) может быть ниже, если топливные отходы включают воду или требуют большего количества кислорода (влияние на температуру пламени, которая понижается). Эффект сравним с охлаждением пламени;

      содержание NOx при сжигании топлива в декарбонизаторе может быть ниже, если грубоизмельченное топливо уменьшает зону горения.

      Кроме того, NOx также может образовываться в результате окисления NH3, если он вводится для восстановления NOx в зону с недостаточной температурой печи, где температура составляет менее 1000 ºC.

      Тепловой NOx образуется при температуре около 1050 оС. Из-за необходимости получения качественного цементного клинкера процесс обжига происходит в окислительной атмосфере, которая частично окисляет молекулярный азот из воздуха в пламени с образованием монооксида азота. Тепловой NOx образуется в основном в зоне обжига, где количество его недостаточно для достижения указанной реакции. Количество тепловых NOx, образующихся в зоне горения, зависит от температуры в зоне горения и количества кислорода (коэффициент избытка воздуха). Скорость реакции образования NOx увеличивается с повышением температуры. Поэтому трудно обжигаемая смесь, которая требует создания более горячей зоны, будет способствовать большему образованию NOx, чем легко обжигаемая смесь. Скорость реакции также увеличивается с повышением содержания кислорода (коэффициент избытка воздуха). Работа печи с повышенным содержанием кислорода на холодном конце приводит к повышению количества NOx в зоне горения (хотя выделение SO2 и СО может снизиться), как показано на рисунке 4.4.



      Рисунок 4.4. Образование NOx при высокой температуре (зона горения с температурой >1200 °C) с атмосферным N2, O и OH по [52]

      Длинные вращающиеся известеобжигательные печи и вращающиеся печи с запечным теплообменником характеризуются определенным положением факела и тем, что его температура выше, чем в шахтных печах. Благодаря процессам теплопередачи температура печных газов высокая, это приводит к увеличению уровня термического NOx. Поэтому с увеличением температуры и содержания кислорода в зоне обжига известеобжигательных печей количество термических NOx возрастает, то выбросов NOx из вертикальных шахтных печах меньше, чем из вращающихся печей.

      NO и NOявляются доминирующими оксидами азота в отходящих газах цементной печи. Топливные NOx из азотсодержащих соединений топлива являются менее важными. Во вращающейся печи образование топливного NO (оксид азота) в зоне горения незначительно. Выделение NOx обусловлено в большей степени за счет азота воздуха, подаваемого на горение, чем их образованием при окислении азотсодержащих соединений топлива.

      Расчетное количество NO составляет 95 % и NO5 % в общем количестве оксидов азота в отходящих газах вращающихся печей [2, 64]. Топливные NOx накапливаются при горении азота, присутствующего в топливе, при более низкой температуре, преобладающей в установках вторичного сжигания топлива (декарбонизаторах). Азот топлива либо соединяется с другими атомами с образованием газа N2, либо реагирует с кислородом с образованием топливного NOx. В декарбонизаторе превалирует температура 850 – 950 оС, которая недостаточно высока для образования значительного количества теплового NOx, но топливный NOx в этих условиях может образоваться, как показано на рисунке 4.5.


Рисунок 4.5. Образование топливных NOx и термических NOx в печах сухого способа производства с циклонным теплообменником и декарбонизатором по [52]

      "Быстрый NOx" образуется в результате разрыва связей Nуглеводородными радикалами "CH", высвобождаемыми в основном топливом, а не радикалами O2. В практическом плане эти количества незначительны (менее 100 ppm), поэтому в целом этот механизм образования не рассматривается.

      Подобным образом и другие способы вторичного сжигания топлива в холодном конце печи такие, как сжигание в газоходе перед первой ступенью запечного циклонного теплообменника или в камере колосникового теплообменника, могут увеличить количество топливного NOx. Поэтому в печах с теплообменниками, где в теплообменнике может сгорать до 60 % топлива, образование топливного NOx в значительной степени обусловливает увеличение общего количества выделяющегося NOx. Образование тепловых NOx в этих печах намного ниже в сравнении с печами, где все топливо сжигается в зоне обжига.

      Выделение NOx очень зависит от типа используемого процесса. Кроме температуры и содержания кислорода (коэффициент избытка воздуха) на образование NOx могут оказывать влияние форма пламени и температурный профиль, геометрия камеры горения, реакционная способность и содержание NOx в топливе, присутствие влаги, длительность реакции горения и конструкции горелки.

4.1.5.2. Методы снижения выбросов NOx

      Для снижения или контроля выбросов NOx считаются пригодным использование как первичных мер, интегрированных в технологический процесс, так и специальных технологий или их сочетание с первичными мерами. Ниже приводятся используемые технические решения и технологии:

      охлаждение пламени, т.е. добавление воды в топливо или непосредственно в пламя основной горелки печи или использование жидких / твердых отходов с более высоким содержанием воды;

      горелки с низким выделением NOx;

      сжигание топлива в средней части печи (для печей с мокрым процессом и длинных сухих печей);

      использование минерализаторов для улучшения обжигаемости сырьевой смеси;

      постадийное сжигание топлива (обычное топливо или топливные отходы) в сочетании с декарбонизатором и использованием оптимальной топливной смеси;

      оптимизация технологических процессов печи (например, оптимизация условий сжигания и гомогенизация подаваемого топлива, методы косвенного сжигания, оптимизированная работа охладителя, выбор топлива, оптимизированные уровни кислорода и т. д.).

      Если первичные меры не могут снизить выбросы NOx до желаемых технических показателей, вторичные технологии, которые могут быть использованы для NOx:

      технология селективного некаталитического восстановления SNCR;

      технология селективного каталитического восстановления SCR.

      Для сохранения окружающей среды и по экономическим соображениям снижение количества выбросов NOx предпочтительно следует начинать с осуществления первичных технических решений, интегрированных в технологический процесс, а именно: автоматизированное управление технологическим процессом, постадийное сжигание топлива и охлаждение пламени, улучшение конструкции горелок, оптимизация способов присоединения холодильника к печи, выбор топлива и топливных отходов (рисунок 4.6).



      Рисунок 4.6. Применение различных технических решений по снижению выбросов оксидов азота [53]

      Только некоторые печи с циклонными теплообменниками или циклонными теплообменниками и декарбонизаторами после оптимизации процесса работы и применения только первичных мер имеют выбросы NOx менее 500 мг/Нм3. Качество сырьевых материалов (т.е. их обжигаемость), также как состав топливной смеси и конструкция печи являются причинами, не обеспечивающими достижения указанной величины выбросов оксидов азота. Однако на многих цементных заводах в 28 странах ЕС использование SNCR технологии при объединении с первичными техническими решениями позволило достигнуть снижения NOx, 200 - 500 мг/Нм3. В 2020 г. более 200 печей в странах ЕС используют технологию SNCR (около 80 % действующих печей), в то время как (2018 г.) технология SCR применялась только на 16 предприятиях [54].

      Эффективность различных методов снижения выбросов NOx представлена в таблице 4.3.

      Оптимизация процесса обжига, стабильная и оптимальная работы печи и условий обжига, оптимизация процесса контроля, гомогенизации, подачи топлива применяются для снижения выбросов NOx. Применяется первичная оптимизация технических переделов: контроль процесса, улучшение работы установок непрямого сжигания топлива, оптимизация холодильника, выбор топлива и оптимизация содержания кислорода при обжиге клинкера.

      Таблица 4.3. Технические решения для снижения выбросов NOx, применяемые при производстве цемента

№ п/п

Техническое
решение

Применимость для типов печей

Эффективность снижения выбросов, %

Данные по выбросам, мг/Нм3 *

1

2

3

4

5

1

Оптимизация процесса обжига

все

25

Снижаются с 1400 до 1000

2

Охлаждение пламени факела

все

10 - 35

500 - 1000

3

Использование минерализаторов

все

10 - 15

-

4

Применение горелок с низким выделением NOx

все

0 - 35

500 - 1000

5

Сжигание топлива в средней части печи

длинные

20 - 40

-

6

Постадийное сжигание топлива,

Декарбонизатор

10 - 50

800 - 1000

Теплообменник

7

Технология SNCR

Теплообменник декарбонизатор

30 - 90

менее 200 - 500 **

8

Технология SCR

Возможно все, теплообменник и декарбонизатор

43 - 95

200 - 500 **

      * относится к среднесуточным значениям, сухому газу, 273 K, 101, 3 кПа и 10 % O2;

      ** достигается только в современных печах с оптимизированными условиями рабочего процесса.

      Как видно из таблицы 4.3, достичь технических показателей выбросов NOx ниже 500 мг/Нм(в соответствии с требованиями действующих экологических норм ЕС или даже ниже 800 мг/Нм3, как в предыдущих правилах ЕС) без применения метода SNCR практически невозможно, за исключением очень редких и особых случаев.

4.1.5.2.1. Охлаждение пламени

      Добавление воды в топливо или непосредственно в пламя с использованием различных методов инжекции (впрыскивание жидкости или жидкости + твердого вещества), использование жидких и твердых отходов с высокой влажностью снижают температуру и увеличивают концентрацию гидроксильных радикалов. Это оказывает положительный эффект на снижение NOx в зоне горения.

      Требуется дополнительное тепло для испарения воды, что вызывает небольшое увеличение выбросов СО(примерно 0,1 – 1,5 %) в сравнении с общим количеством выделяющегося СОв печи. Энергетическая эффективность процесса обжига снижается.

4.1.5.2.2. Горелки с низким выделением NOx

      Конструкции горелок с низким выделением оксидов азота (непрямое сжигание) различаются в деталях, но в большинстве конструкций топливо и воздух подаются в печь через коаксиальные трубы. Количество первичного воздуха снижается до 6 – 10 % от требуемого по стехиометрии для горения (обычно 10 – 15 % в традиционных горелках). Осевой воздух подается с большой скоростью через внешний канал. Уголь вдувается через центральную трубу или средний канал. Третий канал используется для вихревого воздуха. Закрутка воздуха осуществляется специальными лопатками, расположенными вблизи сопла горелки. Эффект этой конструкции горелки заключается в очень быстром воспламенении топлива, особенно при наличии в топливе летучих соединений, при недостатке кислорода в атмосфере, что ведет к снижению образования NOx.

4.1.5.2.3. Постадийное сжигание топлива

      Постадийное сжигание применяется на цементных печах, оборудованных декарбонизатором специальной конструкции. Первая стадия горения происходит во вращающейся печи при оптимальных условиях обжига клинкера. Вторая стадия – в горелке на входе в печь, где образуется восстановительная атмосфера, которая разлагает часть оксидов азота, накопленного в зоне обжига. Высокая температура в этой зоне особенно предпочтительна для реакции превращения NOx в элементарный азот. На третьей стадии топливо подается в декарбонизатор с количеством третичного воздуха, вызывающего также образование восстановительной атмосферы. Эта система снижает NOx, образующийся при сжигании топлива, а также уменьшает количество NOx, приходящего в печь извне. На четвертой финальной стадии оставшийся третичный воздух подается в верхнюю часть системы для остаточного сжигания. Цементная печь отличается от традиционных местом подачи топлива в печь, распределением путей подачи топлива, печного питания и третичного воздуха, а также геометрической конфигурацией.

      Технология постадийного сжигания в основном может быть использована только на печах, оборудованных декарбонизатором. Необходима существенная модификация завода, использующего циклонный теплообменник без декарбонизатора. Если это не может быть связано с увеличением производительности, производителям предлагается решение с так называемым малым воздуховодом третичного воздуха и декарбонизатором. В этом случае в декарбонизаторе получают всего 10 – 25 % тепла для обжига клинкера, но это способствует образованию восстановительной зоны для разложения оксидов азота. С другой стороны эксперименты показывают, что в печи, в которой 10 % топлива сжигается на входе в нее, не всегда происходит образование восстановительной зоны.

      Сжигание кусковых отходов топлива (например, шины) является одним из вариантов технологии стадийного сжигания топлива, при этом сжигание кусков топлива сопровождается образованием восстановительной атмосферы в зоне обжига. В печах, оборудованных запечными теплообменниками и декарбонизатором, подача кусков топлива производится на входе в печь или декарбонизатор.

4.1.5.2.4. Печи со сжиганием топлива в середине печи

      В длинных печах мокрого и сухого способа создание зоны восстановления может быть достигнуто за счет сжигания кускового топлива, что может снизить выбросы NOx. Поскольку в длинных печах нет свободного доступа в зоны с температурой выше 900 – 1000 оС, система сжигания топлива в середине печи устраивается таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи в нее отходов, которые нельзя подать через основную горелку (например, шины).

4.1.5.2.5. Использование минерализаторов при обжиге клинкера

      Добавление в сырьевую смесь минерализаторов, таких как фтор, является технологией регулирования качества клинкера, позволяющей снизить температуру в зоне спекания. При снижении температуры обжига одновременно достигается уменьшение образования NOx, при этом происходит и снижение потребления энергии. Избыточное добавление фторида кальция может привести к увеличению выбросов HF.

4.1.5.2.6. Селективное некаталитическое восстановление (SNCR)

      Эта технология включает инжекцию водного раствора аммиака (до 25 % NH3), водных растворов соединений аммиака или мочевины в дымовые газы для восстановления NO до N2. Оптимальный температурный интервал протекания реакции – 830 – 1050 оС при обеспечении достаточного времени контакта восстанавливающего агента с дымовыми газами (рисунок 4.7).

      Для определения оптимального температурного интервала для подачи раствора мочевины или аммиака были выполнены лабораторные эксперименты, а также полномасштабные испытания. Подходящий интервал температуры обычно достигается в печах с запечными циклонными теплообменниками, в печах, снабженных циклонными теплообменниками и декарбонизаторами, и в печах Леполь. Однако и заводы в ЕС, использующие длинные вращающиеся печи, были оборудованы установками селективного некаталитического восстановления для снижения выбросов NOx.


Рисунок 4.7. Принцип селективного некаталитического восстановления (SNCR) по [2]

      На большинстве заводах в ЕС (32 %) применяют раствор мочевины, 27 % заводов используют водный раствор аммиака [2]. Могут использоваться и отходы других производств, содержащие соединения аммиака. Другими возможными реагентами - восстановителями, которые могут применяться в промышленном масштабе, являются газообразный аммиак, растворы солей аммония, сухая мочевина (таблетки мочевины), растворы мочевины, нитрит кальция, цианамид и другие подобные вещества. Склады и транспортные средства проектируются в соответствии с физико-химическими свойствами соответствующих реагентов и требуют дополнительных мероприятий, обеспечивающих безопасность их хранения и переработки. Эксперименты показали, что большинство применяемых растворов аммиака является наилучшим реагентом для технологии некаталитического восстановления оксидов азота в печах, оборудованных теплообменником и декарбонизатором, как показано на рисунке 4.8.

      Хорошее распределение аммиака в стехиометрическом количестве является весьма важным для достижения наивысшей эффективности снижения выбросов оксидов азота и снижения количества следов аммиака. Чтобы достигнуть оптимального использования вводимых реагентов - раствора аммиака или мочевины и обеспечить высокую эффективность снижения NOx, при проектировании и в производстве необходимо иметь в виду следующие моменты, позволяющие технически и экономически улучшить эксплуатацию рассматриваемой системы: инжектирование реагентов должно осуществляться в температурном интервале 830 – 1050 оС, чтобы предотвратить присутствие следов аммиака или его сжигание, поскольку это потенциально может привести к образованию вторичного NOx.


Рисунок 4.8. Эффективность снижения при использовании мочевины и аммиака

      На рисунке 4.9 показаны экспериментальные данные по эффективности снижения NOx в зависимости от температуры (при различных молярных соотношениях). Максимальная эффективность достигается при температуре около 960 °C (реагент не указан).

4.1.5.2.7. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота (SCR)

      В технологии SCR NO и NOвосстанавливаются до Nс помощью NHи катализатора при температуре около 300 – 400 оС. Эта технология широко применяется для снижения NOx в других отраслях промышленности (теплоэлектростанций, при сжигании отходов).


Рисунок 4.9. Оптимизация расхода мочевины/аммиака при использовании SNCR.

DeNQx Efficiency of the SNCR System: n = (NOx исход. - NOx финал) / (NOx исход.)

      В цементной промышленности в основном рассматриваются две системы: установка с низким пылевыделением между системой обеспыливания и дымовой трубой и высоким пылевыделением - между теплообменником и системой обеспыливания, как показано на рисунке 4.10.

б)

а)

      Рисунок 4.10. Методы SCR с низким (а) и высоким (б) содержанием пыли [52]

      Установка системы с низким пылевыделением требует повторного подогрева отходящих газов после их обеспыливания, что сопровождается дополнительными затратами на энергию и потерями давления. Система с высоким пылевыделением газов более предпочтительна по техническим и экономическим показателям. Эта система не требуют дополнительного подогрева, так как температура газов на выходе из теплообменника обычно достаточно высокая для работы с применением SCR технологии.

      Поскольку катализаторы разлагают углеводороды, то при внедрении технологии SCR снижаются также выбросы общих органических соединений и выбросы полихлорированных дибензодиоксинов и фуранов.

      Выбросы NOx из вращающихся известьобжигательных печей в зависимости от типа печи, используемого топлива и вида производимой извести лежат в диапазоне 300 – 2000 мг/Нм3. Результаты точечных измерений свидетельствуют о том, что 68 % выбросов NOx составляют менее 500 мг/Нм3. В зависимости от типа печи и вида выпускаемой извести выбросы NOx из шахтных печей находятся в интервале ниже 100 – 500 мг/Нм3. Результаты точечных измерений с получасовым интервалом свидетельствуют о том, что 60 % выбросов NOx шахтных печей менее 100 мг/Нм3, в случае печей с параллельным потоком шахтных пересыпных и прочей конструкции такая величина выбросов NOx наблюдается в 80 %, а кольцевых шахтных печей - в 50 %.

      Наибольшие выбросы NOx фиксируются у вращающихся печей. По этой причине приоритетное внимание уделяется контролю выброса вращающимися печами. Возможность снижения выбросов NOx обеспечивается теме же техниками, как и при производстве цемента.

4.1.6. Оптимизация работы печи и параметров, влияющих на образование и выбросы NOx, SO2 и CO, в зависимости от процессов в печи (мокрый, длинные сухие печи, сухой с циклонными теплообменниками/ декарбонизатором)

      Первым шагом контроля выбросов SO2 является оптимизация технических решений по первичным мерам: оптимизация процесса обжига клинкера, включающая стабильную работу печей, однородное распределение нагретого материала в печи, предотвращение восстановительной атмосферы при обжиге, а также выбор сырьевых материалов и топлива с невысоким содержанием сульфатов.

      Концентрация кислорода на входе материала в печь является решающим фактором связывания SOсырьевыми материалами. Увеличение содержания кислорода в длинных печах снижает количество выбросов SOи увеличивает количество NOx. Однако для достижения качества продукции требуется поддерживать избыток кислорода при обжиге клинкера. Поэтому в системе всегда имеется достаточный приток кислорода, чтобы обеспечить образование сульфатов в нижней части циклонного теплообменника или в камере горячих газов колосникового подогревателя печи Леполь, которые выходят из печи совместно с клинкером (рисунок 4.11).

      Баланс для защиты окружающей среды должен быть найден оптимизацией соотношения выбрасываемых NOx/ SO2/ СО путем регулирования содержания кислорода. В тех случаях, когда этих методов недостаточно, могут применяться дополнительные методы "на конце трубы", особенно для обжиговых печей с мокрым и длинным сухим процессом, а также обжиговых печей "Леполь", особенно если используемое топливо имеет высокие концентрации серы.

      Для печей сухого процесса с технологией предварительного подогрева (с декарбонизатором или без него) ситуация, касающаяся уровня кислорода в печи и улавливания SO2, совершенно иная. В печах этого типа улавливание соединений серы в нижней части циклонного теплообменника (часто увеличенное наличием устройства "пылевой завесы") эффективно даже при использовании топлива с высоким содержанием серы (например, нефтяного кокс) и независимо от содержания кислорода в задней части печи (в определенных пределах, совместимых с качеством клинкера и работой печи).


Рисунок 4.11. Оптимизация работы печи и параметров, влияющих на образование и выбросы NOx, SO2 и CO [52]

4.1.7. Техники предотвращения и/или уменьшения выбросов металлов

      Сырьевые материалы и топливо всегда содержат металлы. Их концентрация изменяется в широких пределах от одного местонахождения к другому, а на их выбросы в атмосферу влияют очень сложные механизмы. Кроме того, концентрация металлов в топливных отходах изменяется с изменением источника отходов. Все металлы могут быть разделены на 4 класса в зависимости от летучести металлов и их солей:

      1) металлы, которые индивидуально или в смеси представляют собой тугоплавкие, нелетучие вещества, такие как Ва, Ве, Cr, As, Ni, V, Al, Ni, Ca, Fe, Mn, Cu и Ag:

      эти металлы обычно полностью адсорбируются клинкером и выводятся вместе с ним, поэтому не циркулируют в печной системе, но в исключительных случаях, если загрузка металла (из сырья и альтернативных материалов, топлива или отходов) слишком высока, выбросы из дымовой трубы могут иметь более высокие, чем обычно, концентрации некоторых из них (например, Ni, Cr и Cu); в отходящих газах имеются только выбросы пыли; величина выбросов пыли зависит только от эффективности пылеотделения; выбросы этих металлов крайне малы;

      2) металлы или их соединения, являющиеся полулетучими: As, Sb, Cd, Pb, Se, Zn, K и Na:

      эти металлы конденсируются в виде сульфатов и хлоридов в температурном интервале 700 – 900 оС и циркулируют в печи; полулетучие элементы аккумулируются в теплообменнике и осаждаются в циклонах, и в большом количестве, почти полностью остаются в клинкере, за исключением случаев, когда загрузка металлов слишком высока, а выбросы из дымовой трубы могут иметь более высокие, чем обычно, концентрации некоторых из них;

      3) таллий или его смесь с летучими соединениями:

      соединения таллия (например, хлорид таллия) конденсируются в интервале 450 – 550 оС, в случае использования печей с циклонными теплообменниками - в верхней зоне теплообменника, где они могут постепенно накапливаться (внутренняя циркуляция);

      4) ртуть: металл или его соединения крайне летучи:

      ртуть и соединения ртути свободно выходят из печи и теплообменника и только частично адсорбируются сырьевой смесью в зависимости от температуры дымовых газов.

      Поведение и уровень выбросов отдельных металлов в процессе обжига клинкера зависят от их летучести, схемы ввода в печь, концентрации металла в сырьевых материалах и топливе, особенно при использовании опасных топливных отходов в качестве сырья и в качестве топлива, вида процесса и, главным образом, от эффективности осаждения металлов в системе сбора пыли.

      Металлы, внедренные в процесс обжига через сырьевые материалы и топливо, могут испаряться полностью или частично в теплообменнике и/или в печи в зависимости от их летучести, взаимодействия с соединениями, присутствующими в газовой фазе, и конденсироваться на клинкере, подаваемом в холодильник. Металлы из топлива первоначально поступают в дымовые газы, но выбрасываются вместе с ними из печи в очень малом количестве благодаря удерживающей способности печи и теплообменника. Поскольку отношение сырьевых материалов к топливу в клинкере составляет примерно 10 : 1, вид и природа сырьевых материалов являются решающим фактором для выбросов металлов, но для очень летучих металлов, таких как ртуть, твердое топливо (например, уголь) может вносить значительный вклад в выбросы из дымовой трубы.

      Нелетучие металлы и их соединения остаются в процессе и выходят из печи в составе клинкера (более 99,9 % от всего их количества). Соединения полулетучих металлов частично переходят в газовую фазу при температуре обжига, а затем конденсируются на сырьевом материале в холодной части печи. Это приводит к циркуляции металла в печной системе (внутренние циклы), циркуляция металла может происходить только в печи и теплообменника или также охватывать установки сухого помола сырья. Если металлы в значительной степени конденсируются в теплообменнике, они будут возвращаться в печь вместе с материалом. Это приводит к внутренней циркуляции металла (цикл печь/теплообменник). Этот цикл приводит к повышению концентрации металла в местах, где устанавливается равновесие, и поддерживается равновесием между входом с сырьем и выходом с портландцементным клинкером.

      Летучие металлы и их соединения конденсируются на частицах сырьевых материалов при низкой температуре и потенциально образуют внутренний или наружный циклы кругооборота, если не выбрасываются с выходящим из печи дымовыми газами. Таллий, ртуть и их соединения легко переходят в газовую фазу. Они не связываются в достаточной мере в состав портландцементного клинкера. Таллий и его соединения конденсируются в верхней зоне теплообменника в температурном интервале 450 – 500 оС. Таким образом, большая часть таллия, привнесенная в печную систему, остается в теплообменнике. Вследствие этого формируется внутренний или внешний цикл кругооборота металла между теплообменником, зоной сушки сырьевых материалов и системой очистки отходящих газов. Уровень выбросов таллия зависит от его концентрации во внешнем цикле и эффективности работы системы пылеосаждения. Например, концентрация таллия в пыли электрофильтров напрямую зависит от уровня его концентрации в цикле.

      Менее распространенные кадмий, свинец, селен, сурьма и мышьяк, их соединения также легко переходят в газовую фазу. Образуется внутренний цикл кругооборота высоколетучих металлов, в котором они реагируют с разложившимся при обжиге материалом или осаждаются на материале, поступающем в холодную часть зоны кальцинации, в теплообменнике или в сушильном отделении.

      Металлы из внешнего цикла возвращаются в сырьевую смесь совместно с осажденной в системе пылеулавливания пылью, на которой они конденсируются.

      Пыль от производства цемента содержит небольшое количество металлов и их соединений, таких, как мышьяк As, кадмий Cd, ртуть Hg, свинец Pb, таллий Tl, цинк Zn. Главными источниками богатой металлами пыли является печная система с теплообменником и декарбонизатором, вращающаяся печь и клинкерный холодильник. Использование угля и топливных отходов может увеличивать поступление металлов в технологический процесс. Поскольку металлы, поступающие в печную систему, различаются по летучести, при высокой температуре нагретых газов в цементной печи металлические соединения находятся в также в газовой фазе. Исследования баланса показывают, что имеется низкое удерживание элементов с высокой летучестью в клинкере, они аккумулируются в основном в печной системе.

      Для снижения выбросов металлов необходимо осуществлять тщательный отбор сырьевых материалов, топлива и особенно отходов (как альтернативное сырье, так и альтернативные виды топлива), сжигаемых в печи, с целью минимизации содержания в них различных металлов, особенно металлов и их соединений с высокой летучестью. Рекомендуется использовать системы обеспечения качества, гарантирующие соблюдение требуемых характеристик отходов.

      Металлы с низкой летучестью почти полностью выводятся из печной системы с клинкером, поэтому принятие каких-либо мер для снижения их выбросов обычно не требуется, если количество металлов в печи не слишком велико (например, поступление из отходов с высокой концентрацией некоторых металлов).

      Металлы с повышенной летучестью, к которым относятся кадмий Cd, таллий Tl, свинец Pb, сурьма Sb, мышьяк As, имеют тенденцию к организации кругооборота (рецикла) внутри печной системы и циклонного теплообменника. В процессе кругооборота их концентрация в определенных зонах печи и теплообменника постепенно увеличивается, что приводит к увеличению эмиссии данных металлов и их соединений в атмосферу вместе с пылью. Так как летучие металлы (кроме части ртути) обычно связываются пылью, стратегия уменьшения выбросов металлов напрямую связана со стратегией уменьшения выбросов пыли. Эффективное возвращение пыли снижает выбросы металлов.

      Основными способами снижения выбросов этих металлов будут снижение выбросов пыли, особенно тонкодисперсной, менее 10 мкм, из печи для обжига клинкера и разрыв их кругооборота для предотвращения постепенного аккумулирования. Для разрыва кругооборота необходимо использовать систему байпаса дымовых газов. Пыль, уловленную в системе байпаса после резкого охлаждения дымовых газов, особенно пыль фракции менее 10 мкм, рекомендуется использовать в качестве технологической добавки или вспомогательного компонента при помоле цемента.

      Особое место среди металлов занимает ртуть Hg. Она обладает высокой летучестью при температурах до 100 оС, практически не оседает на частицах пыли и удаляется из печи вместе с дымовыми газами. Минимизация выбросов ртути обеспечивается снижением температуры отходящих газов. Нелетучие элементы остаются в процессе и существуют в печи как составляющая часть цементного клинкера.

      Единственным способом снижения выбросов ртути из цементных печей является минимизация ее содержания во всех материалах, подающихся в печь. В критических ситуациях снижение выбросов ртути из цементных печей может быть достигнуто путем резкого снижения температуры отходящих газов или путем адсорбции на активированном угле (см. НДТ для снижения выбросов SO2).

      Для снижения выбросов металлов при производстве извести следует исключить подачу в печную систему топлива, содержащего повышенное количество металлов. Более того, материалы с повышенным содержанием летучих металлов типа Hg и Tl необходимо подвергать особому контролю.

      Тщательный подбор и обеспечение соответствия гарантийным характеристикам поступающих в печь веществ могут способствовать снижению выбросов: например, при использовании системы гарантии качества, подаваемых в печь отходов, используемых в качестве топлива. При этом особое внимание следует уделять ртути. Ввиду летучести ртути могут возникнуть относительно более высокие технологические показатели ее выбросов. Поэтому ввод ртути с горючими отходами необходимо контролировать и, если необходимо, ограничивать.

      Эффективное удаление пыли снижает выбросы металлов, так как выделяющиеся металлы (за исключением ртути) в большой мере связаны с пылью. Следует обратить внимание на поглощение с активированным углем.

4.1.8. Техники предотвращения и/или сокращения выбросов СО и несгоревших углеводородов в цементных печах - предотвращение выбросов CO

4.1.8.1. Выбросы СО

      Выделение СО и углерода, связанного в органические соединения, в процессе обжига клинкера в печи вызвано наличием небольшого количества органических соединений в природных сырьевых материалах (остатки организмов и растений, включенных в горные породы в ходе геологических отложений). В период нахождения материала в теплообменнике они окисляются с образованием СО и СО2. В этом процессе из органического углерода также может образоваться небольшое количество (следы) органических газов. Следовательно, содержание СО и следов органических газов в отходящих газах не позволяет сделать каких-либо заключений по условиям горения топлива в самой вращающейся печи.

      Дополнительные выбросы СО могут быть результатом неполного сжигания топлива или неправильно подобранных условий горения в декарбонизаторах. Однако такое увеличение выбросов СО обычно совпадает со снижением выбросов оксидов азота NOx. В то же время такие восстановительные условия горения могут способствовать образованию и увеличению SO2, особенно в печах мокрого процесса, длинных сухих печах и печах "Леполь".

      На теплоэлектростанциях концентрация СО в отходящих дымовых газах и органически связанный углерод являются критерием недожога топлива. В отличие от этого процесс обжига клинкера является процессом превращения материала, который может происходить с избытком воздуха с целью улучшения качества клинкера. Совместно с длительным пребыванием при высокой температуре это приводит к полному сжиганию топлива.

      В зависимости от месторождения сырьевого материала от 1,5 до 6 г органического углерода на 1 кг клинкера привносится в процесс с природным материалом. Исследования различных сырьевых смесей показали, что 85 – 95 % органических соединений в сырьевом материале преобразуются в СОв присутствии 3 % кислорода, но в то же время 5 – 15 % превращается в СО. Количество органических углеродных соединений в этих условиях значительно ниже 1 %.

4.1.8.2. Выбросы ООУ (ЛОС)

      В тепловом процессе появление летучих органических соединений (и оксида углерода) в основном связано с неполным сгоранием топлива. В цементных печах при нормальных и стабильных условиях работы выбросы этих веществ будут меньше благодаря применяемому типу печи, времени пребывания газов в печи, высокой температуре, природы пламени (2000 оС) и избытку кислорода. В этих условиях органические соединения разлагаются с высокой эффективностью (>99,9999 %). Эти выбросы могут увеличиваться при внезапных остановках или ненормальных условиях эксплуатации оборудования. Эти события могут появляться с частотой 1 – 2 раза в неделю или один раз в два - три месяца.

      Выбросы летучих органических соединений могут появиться на первых стадиях процесса обжига (теплообменник, декарбонизатор), когда органическое вещество, присутствующее в сырьевой смеси, улетучивается при нагревании материала. Органическое вещество высвобождается при температурах 400 – 600 оС. Содержание летучих органических соединений в отходящих газах вращающихся печей обычно находится в пределах 1 – 80 мг/Нмили даже меньше (максимальный предел выбросов ЕС для ООУ/ЛОС составляет 10 мг/Нм3, тем не менее, компетентный орган может разрешить отступление от такого предельного значения выбросов в тех случаях, когда ТОС/ЛОС не является результатом совместного сжигания отходов) на основе общего количества органических соединений. Однако в редких случаях выбросы могут достигнуть 120 мг/Нмили больше в зависимости от характеристик сырьевого материала.

Методы / методы борьбы с выбросами ООУ/ЛОС

      В нормальных условиях выбросы ЛОС, как правило, невелики, но могут увеличиваться из-за их присутствия в сырье, используемом на заводе. Природное сырье или отходы с высоким содержанием летучих органических соединений не должны выбираться в максимально возможной степени, но если они подаются в печь, как обычно, через используемые питатели, то топливо с высоким содержанием галогенов не должно использоваться в качестве вторичного топлива.

      Если концентрация ЛОС окажется высокой, теоретически следует применить технологию адсорбции активированным углем, как описано в другом месте, но в настоящее время она не признана экономичной НДТ.

      Выбор, когда это возможно, сырьевых материалов с низким содержанием органического вещества снижает выбросы СО. Когда в результате неполного сгорания топлива появляется оксид углерода, улавливание выбросов становится менее эффективным. Поэтому при работе установки соблюдается тенденция ограничения выделения СО из печи. Улучшение сжигания, оптимизация и качество топлива, характеристики горелки и ее конфигурация, конструкция печи, температура горения и время пребывания топлива в печи - все это может снизить выбросы СО.

      Все технические решения, которые приводят к снижению потребления топлива, также уменьшают количество выбросов СО2. Выбор, при возможности, сырьевых материалов с низким содержанием органического вещества и топлива с низким отношением количества углерода и величины его калорийности снижает выбросы СО2.

4.1.8.3. Проскок СО

      Выделения пыли из-за проскока СО могут увеличиваться при использовании электрофильтров и в некоторых случаях, гибридных фильтров. Из соображений безопасности электрофильтры должны быть выключены при появлении СО в отходящих газах.

      Чтобы снизить время отключения электрофильтра необходимо выполнить следующие мероприятия:

      1) дать объективную оценку ситуации и выявить основные причины, влияющие на появление СО, а именно:

      нарушение режима обжига;

      высокий уровень СО из-за высокого содержания органических соединений в сырьевом материале;

      нарушения в питании печи топливом;

      нарушения процесса сжигания топлива;

      2) сравнить текущую и оптимальную ситуацию, установить приоритеты;

      3) оптимизировать процесс, обеспечить анализ системы, надежности и скорости технических решений.

      Чтобы идентифицировать причины и направление действия, а также разработать необходимые технические решения требуется следующая информация:

      информация о наличии, надежности и динамике поведения анализируемого оборудования;

      информация о статистике появления СО;

      информация об используемом топливе, системе подачи топлива и процессе.

      Система питания топливом, спроектированная для предотвращения волнообразной подачи в печь и обеспечения стабильной работы системы сжигания, может минимизировать появление проскоков СО.

      Для того, чтобы контролировать уровень СО в печи, используется автоматический измеритель для постоянного контроля СО в отходящих газах. Это техническое решение нуждается в оптимизации для того, чтобы обеспечить необходимое отключение электрофильтров. Идеальная система контроля СО имеет короткое время отклика и должна быть расположена близко к источникам выделения СО, таких как выход из циклонного теплообменника или из печи в случае применения мокрого способа производства. Необходимо учитывать время на анализ, включая время отбора пробы. Идеально это время не должно превышать 20 – 30 сек (время запаздывания анализа). Для сокращения времени отключения электрофильтра необходимо учитывать тенденции изменения СО на основе ранее полученной, накопленной и проанализированной информации.

      Время запаздывания при контроле СО может быть снижено за счет увеличения количества образцов, сокращения расстояния от точки отбора пробы до анализатора, снижения объема анализируемой пробы и быстрого электронного описания сигнала. Быстрое определение состояния системы можно обеспечить в течение менее 3 сек, но имеется ограничение для газов с большим количеством пыли. Необходимы также постоянный уход и калибровка режима работы прибора. Возможность анализатора такова, что имеется соответствующий критический диапазон показаний, при котором можно определять компоненты: до 5 % для СО и 3 % для СН4.

      Если появление СО не может быть предотвращено, любые воспламеняющиеся источники, особенно оборудование с высоким напряжением (электрофильтры) требуют специального внимания. Другими источниками, которые потенциально могут привести к возгоранию или взрыву в системе пылеочистки, могут быть трение твердых тел или вентилятор. Критическим параметром считается присутствие в газах более 8 % СО или СНв присутствии более 6 % О2. Фактически при проскоке СО рост его концентрации в газах происходит очень быстро и может достичь критического значения еще до осуществления анализа, хотя и в этом случае система должна поднять тревогу. Поэтому уровень срабатывания системы отключения и сигнализации должен быть настроен значительно ниже критического; в добавок он зависит от концентрации СНи Н2, особенно при использовании природного газа в качестве топлива.

      Отключение электрофильтров происходит в основном на стадии пуска - остановки печи. Для безопасной работы и защиты электрофильтра газоанализатор должен работать постоянно на всех стадиях процесса. Время отключения электрофильтра на заводе может быть снижено за счет использования дублирующей системы. Стандартный этап действия для предотвращения проскока СО в электрофильтре может первоначально включать снижение питания топлива и высокого уровня напряжения. Затем система нуждается в очистке действующим вентилятором. Время необходимой очистки может быть определено таким же способом, как и время простоя.

4.1.9. Методы предотвращения и / или сокращения выбросов CO и несгоревших углеводородов (ООУ) в печи для обжига извести

4.1.9.1. Выбросы СО

      Выбросы СО известеобжигательных печей составляют в зависимости от типа печей и вида топлива от 100 до 2500 мг/Нм3. Примерно до 50 % точечных измерений показывает, что выбросы СО меньше 100 мг/Нм3. Концентрацию СО измеряют в основании печной трубы, так как при попадании в атмосферу СО быстро окисляется до СОи рассеивается.

      Ввиду того, что оксид углерода (СО) образуется в результате неполноты сжигания топлива, его наличие обычно приводит к снижению производительности, и поэтому операторы стремятся ограничить выброс СО управляемых ими печей.

      Выброс СО в поступающих в трубу отходящих газах вращающихся печей контролируют непрерывно. При наличии серы в извести или топливе выброс СО связан с заданным качеством извести. Выбросы СО из вращающихся печей в зависимости от качества топлива составляют 100 – 400 мг/Нм3.

      В соответствии с конструкцией кольцевые шахтные печи эксплуатируют таким образом, чтобы горелки нижнего ряда работали с избытком кислорода, а горелки верхнего ряда при его стехиометрическом соотношении. В результате типичные выбросы СО этих печей составляют 100 – 2500 мг/Нм3.

      В шахтных печах других типов не представляется возможным количественно измерить выбросы СО.

      Следует подчеркнуть то обстоятельство, что по сравнению с печами других видов наличие выбросов СО в случае шахтных пересыпных печей не является признаком неполноты горения. Условия эксплуатации известеобжигательных печей определяются требованиями к качеству продукции, т.е. необходимыми свойствами получаемой извести. Чем выше выбросы СО, тем выше энергопотребление печи: каждый процент повышения выбросов СО увеличивает расход энергии на 200 кДж/кг извести. Поэтому печи эксплуатируют таким образом, чтобы обеспечить минимальные выбросы СО, гарантирующие допустимые показатели продукции. В известковой продукции Германии в целях оптимизации поддерживают уровень выбросов СО в отходящих газах менее 3 % [2], что является единственным решением оптимизации процесса с точки зрения снижения выбросов СО. При обжиге в шахтных пересыпных печах продукции с конкретными свойствами необходимо поддерживать уровень выбросов СО между 1 и 6 %. Однако для определенных целей нужна сильно обожженная известь, которую получают в шахтных пересыпных печах. Выбросы СО таких печей в зависимости от вида топлива находятся на уровне 100 – 400 мг/Нм3.

      Некоторые известняки содержат углерод, который в процессе обжига извести может вызывать более высокий выброс СО, как например, в случае производства гидравлической извести в шахтных печах или печах другой конструкции, когда известняк содержал 65 – 90 % СаСОи MgCO3. Чистота этого сырья отличается от чистоты сырья, используемого для производства другой извести. В ходе периодических (два раза в год) измерений в период выбросы СО при точечных измерениях при стандартном содержании О10 % составили 4541 – 9555 мг/Нм3.

4.1.9.2. Выбросы ООУ

      Выбросы летучих соединений углерода обычно измеряют как общий органический углерод (ООУ). Результаты специального анализа показывают, что часть ООУ представлена метаном, при этом зафиксировано и наличие бензола. В выбросах шахтных пересыпных печей 80 – 90 % составляет метан и 2 % - бензол.

      Выбросы летучих соединений углерода часто связывают с выбросами СO, образующегося в результате неполного сгорания топлива. Ввиду того, что операторы придерживаются тенденции ограничения выбросов СО, выбросы летучих соединений углерода в основном низки. Однако в очень ограниченном ряде случаев, когда в сырье, известняке содержится до 0,1 % органического материала, могут быть выбросы летучих органических соединений.

      Во всех типах печей, кроме печей с параллельным потоком, и шахтных пересыпных печей выбросы до 10 мг/Нм(в пересчете на эквивалентный углерод) имеют место лишь в течение короткого периода пуска и нарушения режима. У печей с параллельным потоком материала процесс связан с изменением цикла каждые 10 – 12 мин, и поэтому уровень выбросов летучих соединений углерода незначительно выше уровня, наблюдаемого в печах другой конструкции. Что качается шахтных пересыпных печей, то более высокие выбросы ООУ можно связать с особыми условиями процесса, протекающего в верхней части печи (восстановительный режим).

      При производстве извести подбор сырьевых материалов с пониженным содержанием органических материалов может также снизить выбросы СО. Однако выбор сырьевого материала зависит от типа печи и/или от вида производимой (например: гидратной) извести.

4.1.9.3. Отключение электрофильтров

      При повышении уровня СО в дымовых газах в целях безопасности следует отключить электрофильтры. Менеджмент регулирования выбросов СО, который был разработан для цементных печей, соединенных с электрофильтрами, применим и к оснащенным электрофильтрами вращающимся известеобжигательным печам. Однако в случае известеобжигательных печей интенсивность выброса пыли (кг/тонн продукции) намного ниже, чем у цементных, вследствие дезактивации электрофильтров из-за использования более крупного известняка и отсутствия системы повторного использования пыли.

4.1.10. Выбросы COот печей для обжига клинкера и извести

      Как в процессах производства клинкера, так и извести выбросы COсвязаны с кальцинированием карбонатов используемого сырья, в основном известняковых пород (и, в гораздо меньшей степени, сжигания органического углерода, содержащегося в этом сырье) и сжиганием печного топлива, связанного с производством клинкера и извести.

      В странах ЕС и большинстве стран мира выбросы COопределяются и регистрируются как выбросы парниковых газов (ПГ).

      Киотский протокол был создан в 1997 г., вступил в силу в 2005 г. и подписан более чем 190 странами. Его основная цель заключалась в сокращении выбросов парниковых газов в промышленно развитых странах как минимум на 5 % по сравнению с уровнями 1990 г. в период 2008 – 2012 гг. В настоящее время этот протокол был обновлен до Парижского договора, вступившего в силу с 2016 г., который ставит своей основной целью удерживать повышение глобальной температуры ниже 2 °C по сравнению с доиндустриальными уровнями.

      В странах ЕС и некоторых штатах США выбросы COконтролируются и сообщаются в соответствии со схемами выбросов парниковых газов, которые в ЕС включают схему торговли выбросами (ETS).

      Сегодня технологии для контроля выбросов COв цементном и известковом секторах находятся в стадии разработки, и сокращения, достигнутые за последние 20 лет, были в основном сосредоточены на двух основных аспектах: сокращение энергии (электрической и термической), необходимой для производства продукции, а также в цементном секторе - частично заменить клинкер другими материалами (вяжущие / добавки).

      Следовательно, в настоящее время нет НДТ для сокращения выбросов COдля цементной и известковой промышленности, за исключением многих мероприятий, проводимых в рамках сокращения энергопотребления и замены клинкера для цементного сектора.

4.1.10.1. Клинкерные печи

      Подсчитано, что выбросы СОсоставляют 900 – 1000 кг/тонну серого клинкера при потреблении тепла 3500 – 5000 МДж/тонн клинкера, однако эта величина зависит от типа применяемого топлива [2]. Благодаря измельчению цемента с минеральными добавками количество выделяемого СОснижается в пересчете на тонну цемента.

      Около 62 % от общего количества СО2 выделяется в процессе декарбонизации известняка сырьевой смеси, а оставшееся 38 % - при горении топлива. Выделение СОпри сгорании топлива прямо пропорционально удельному расходу тепла на обжиг клинкера и отношению содержания в нем углерода к его теплотворной способности.

      За последние 25 лет выделение СО2 при сгорании топлива снизилось примерно на 30 % в связи с постоянным увеличением эффективности процессов его сжигания в печи.

4.1.10.2. Печи для обжига извести

      Основные химические реакции производства извести/ доломита можно представить:

      известь кальциевая:

      CaCO+ энергия → СаО + СО2(процесса) + СО2(горения)

      известь доломитовая:

      CaCO3∙MgCO+ энергия → СаО∙MgO + CO(процесса) + СО(горения).

      СО(процесса декарбонизации) представляет выбросы при получении кальциевой/ доломитовой извести. СО2(горения) представляет выбросы от сжигания топлива.

      В таблице 4.4 сопоставлено количество СО2 процесса декарбонизации и горения, образующегося в печах разного типа.

      Таблица 4.4. Факторы, влияющие на выбросы СО2 из известеобжигательных печей различного типа [2]

№ п/п

Тип печи

СО2(процесса)/т СаО кальциевой извести

СО2(процесса)/т СаО доломитовой извести

СО2(горения)т/т кальцивой/ доломитовой извести

Суммарный выброс СО2

1

2

3

4

5

6

1

Длинные вращающиеся

0,785

-

0,365 - 1,062

1,150 - 1,847

-

0,913

1,278 - 1,975

2

Вращающиеся с запечным теплообменником

0,785

-

0,269 - 0,617

1,054 - 1,402

-

0,913

1,182 - 1,530

3

С параллельным потоком

0,785

-

0,202 - 0,425

0,987 - 1,210

-

0,913

1,115 - 1,338

4

Кольцевые

0,785

-

0,224 - 0,465

1,009 - 1,250

-

0,913

1,137 - 1,378

5

Пересыпные

0,785

-

0,224 - 0,708

1,009 - 1,483

-

0,913

1,137 - 1,621

6

Прочие

0,785

-

0,224 - 0,508

1,009 - 1,290

-

0,913

1,137 - 1,419

      Выбросы СОв расчете на 1 т негашеной извести снижаются не только путем замены старых печей на более эффективные, но и за счет совершенствования энергозатрат (например, более совершенного контроля процесса) и увеличения производительности (например, снижения выхода пыли).

4.2. Работы, связанные с пылью: техники хранения и складирования опасных и сыпучих материалов

      При производстве цемента и извести не используются опасные материалы, за исключением случаев, когда опасные отходы используются в качестве альтернативного сырья или альтернативного топлива, но в этом случае определены и внедрены строгие процедуры (см. раздел 4.9 в главе 4).

      Для того, чтобы изначально снизить неорганизованные выбросы пыли из расположенных на открытом воздухе хранилищ сыпучих материалов, штабелей и прочих источников пылящих сырьевых материалов или топлива, эти источники пыли необходимо изолировать экранированием, устройством перегородок или вертикальной растительностью (с помощью искусственных или природных препятствий для раздувания пыли ветром).

      Использование для хранения материалов силосов или полностью автоматизированных хранилищ рассматривается как эффективное решение проблемы неорганизованных выбросов пыли из объемных штабелей. Для предотвращения неорганизованных выбросов пыли в ходе операций погрузки и выгрузки такие хранилища оборудуют одним и более тканевым фильтром. Снижения выбросов можно добиться соответствующим увлажнением на участках загрузки и выгрузки и использованием расположенных на надлежащей высоте конвейеров. В том случае, если не удается избежать неорганизованных выбросов пыли, их уровень можно снизить подбором высоты разгрузки и высоты хранящегося материала. Эти операции проводят либо в автоматическом режиме, либо снижением скорости разгрузки.

      Кроме того, такие участки (если они расположены в сухой местности) следует увлажнять специальными разбрызгивающими устройствами и очищать специальными грузовиками. В том случае, если техническое решение связано с использованием увлажнения или разбрызгивающих устройств, необходимо уплотнить поверхность основания и обеспечить сбор избыточной воды, которую можно использовать в замкнутом оборотном цикле.

      Для предотвращения выбросов пыли при разгрузочных операциях их предлагается осуществлять под вакуумом. Новые постройки можно легко оборудовать стационарными системами для вакуумной очистки, в существующих строениях предпочтительно использовать мобильные системы с гибкими соединениями. Для снижения выбросов пыли на участках поверхности, где передвигаются грузовики, эти поверхности по возможности должны иметь покрытие, поверхность которого необходимо очищать. Увлажнение поверхности покрытия особенно в сухую погоду может способствовать снижению выбросов пыли. Для снижения таких выбросов до минимума следует обеспечить содержание помещений в чистоте.

      При осуществлении локальных увлажнений растет расход воды. Использование вакуумных систем связано с увеличением расхода электроэнергии. В процессе обслуживания оборудования могут появиться дополнительные отходы.

4.3. Потребление воды и методы сокращения сбросов в наземные и водные объекты/ потоки

4.3.1. Водопотребление при производстве цемента

      В основном цементная промышленность не имеет производственных сточных вод, тем не менее воду на заводах необходимо рециркулировать в максимально возможной степени, в частности, путем обеспечения замкнутого контура для охлаждения и ограничения / рециркуляции количества воды, используемой для операций по очистке (например, мойки/подъема мобильного тяжелого оборудования, например, самосвалов, фронтальных погрузчиков и т.д.), которые обычно являются двумя основными видами использования промышленной воды, не потребляемой в самом процессе.

      В цементном производстве сухого или полусухого способа вода используется в небольшом количестве для процесса очистки. Если очищающая вода не рециркулируется, необходимо принять меры для обеспечения надлежащей обработки сточной воды (например, осаждение взвешенных твердых частиц в накопительных насыпях, резервуарах или резервуарах для сбора жира, маслоотделитель и т. д.) перед сбросом в естественную среду.

      В принципе, сбросов в воду не происходит, потому что вода возвращается в производственный процесс (например, башня кондиционирования газа, закачка воды в цементные мельницы, если требуется, и т. д.).

      Вода, используемая для охлаждения некоторого оборудования завода (подшипники мельниц, печей и т. д.), должна быть переработана (замкнутый цикл) не только для снижения общего потребления воды на площадке, но и для минимизации рисков загрязнения (например, вода, загрязненная нефтесодержащими продуктами), если вода сбрасывается в естественные грунты, в водоем или ручей.

      При полумокром способе шлам обезвоживается в фильтрпрессах. В мокром способе вода используется для помола сырьевых материалов для получения шлама. Используемые сырьевые материалы часто имеют высокую влажность. Шлам или используется для питания печи, где вода испаряется, или вначале направляется на сушку.

      Вода, которая иногда используется для охлаждения клинкера, непосредственно испаряется в процессе охлаждения при высокой температуре клинкера.

      В регионах с дефицитом воды новые заводы должны быть спроектированы таким образом, чтобы не было расхода воды. Забор грунтовых вод в этих регионах также должен быть сведен к минимуму путем разработки альтернатив, таких как сбор дождевой воды либо с самого начала завода, либо включенный в будущую эволюцию завода для частичной или полной замены других водозаборов для удовлетворения потребностей завода и карьера в воде.

      В регионах с дефицитом воды установки с высоким потреблением воды, такие как автономные электростанции и системы кондиционирования газа, должны проектироваться с использованием соответствующих решений, не использующих воду.

      При обработке отходов на месте сети должны быть разделены с помощью защитного резервуара, способного вместить все утечки, образующиеся для борьбы с пожарами в хранилищах отходов.

      В нормальных условиях эксплуатации участки обращения с отходами не связаны с единой точкой сброса завода (рисунок 4.12).


Рисунок 4.12 - Основные потоки воды на цементно-известковом заводах

      Передовой опыт управления водопотреблением:

      регулярный контроль и проверка счетчиков воды (например, один раз в месяц), включая использование воды из колодца, если применимо (при обнаружении чрезмерного расхода воды по сравнению с обычными цифрами следует принять меры по устранению недостатков);

      отчетность о потреблении промышленной и питьевой воды должна вестись регулярно (не реже одного раза в год).

      Сточные и бытовые воды, перелив охлаждающей жидкости (если нет замкнутого контура) и вода для ополаскивания грузовиков, дождевая вода должны контролироваться с точки зрения качества и количества.

4.3.2. Водопотребление при производстве извести

      Добываемые в карьере сырьевые материалы для производства извести могут содержать небольшое количество глины и песка. В этом случае перед подачей в печь известняк промывают. В зависимости от природы и количества примесей расход воды на эти цели составляет 0,5 – 2 м3/тонн. После использования промывная вода содержит в 1 л 50 – 200 мл суспензии твердого вещества, что соответствует 5 – 20 г/л. В целом промывная вода не содержит других загрязняющих веществ. В качестве воды для промывки известняка используют либо воду поверхностных источников, либо получающуюся при добыче грунтовую воду. Другими источниками воды являются дождевая вода и вода из артезианских скважин.

      Очищенная вода вновь используется в процессе промывки. Оборотная вода восполняет 85 % необходимой для промывки воды,15 % приходится на использование свежей воды.

      В результате обработки в сгустителе или при механическом обезвоживании с помощью пресса получается кек с остаточной влажностью до 20 %.

      Во многих странах мира при производстве цемента и извести критерии качества сточных вод должны соответствовать правилам страны или региона.

      При отсутствии нормативных требований для заводов по производству цемента и извести часто требуются следующие критерии:

      взвешенные твердые вещества < 30 мг/л;

      углеводороды < 5 мг/л;

      ХПК < 50 мг/л;

      БПК < 40 мг/л.

4.4. Техники контроля загрязнения земли/почвы и управления отходами

      Производство цемента неизбежно сопровождается образованием, накоплением, временным хранением, удалением отходов производства и потребления. Все образующиеся отходы при неправильном обращении могут оказывать негативное влияние на окружающую среду.

      В целях предотвращения загрязнения компонентов природной среды все отходы производства и потребления должны собираться, храниться, обезвреживаться, транспортироваться и размещаться в соответствии с действующими нормативами и стандартами РК.

      На предприятиях должна действовать единая система управления отходами, которая заключается в следующем:

      идентификация образующихся отходов;

      раздельный сбор отходов (сегрегация) в местах их образования с учетом целесообразного объединения видов по степени и уровню их опасности с целью оптимизации дальнейших способов удаления;

      накопление и временное хранение отходов до целесообразного вывоза;

      сбор отходов на отведенных и обустроенных бетонированным покрытием площадках;

      вторичное использование определенных видов отходов на собственном производстве;

      транспортировка под строгим контролем с регистрацией движения всех отходов;

      передача отходов на договорной основе организациям, осуществляющим вывоз, переработку и размещение отходов.

      Места организованного временного хранения (накопления) отходов (в том числе бочки, емкости, контейнеры, складские помещения, открытые площадки) должны соответствовать экологическим и санитарно-эпидемиологическим требованиям.

      С целью минимизации воздействия образующихся отходов на окружающую среду, предприятия по производству цемента должны на постоянной основе планировать и реализовывать мероприятия по обращению с отходами, которые включают в себя:

      учет отходов: образовавшихся, полученных, накопленных, повторно использованных, размещенных и переданных другим лицам;

      безопасное хранение отходов до их повторного использования и/или переработки и передачи сторонней организации;

      своевременное заключение договоров на передачу отходов с предприятиями, имеющими лицензии на осуществление деятельности по использованию, обезвреживанию, транспортировке, размещению отходов;

      разработку паспортов опасных отходов;

      контроль по соблюдению лимитов накопления отходов, лимитов захоронения отходов;

      разработка программы управления отходами с постепенным сокращением объемов отходов.

4.4.1. Методы управления отходами на объектах цементной промышленности

Повторное использование

      Часть образующихся отходов может быть повторно использована на цементном заводе с учетом требований процесса и характеристик конкретной продукции.

      Печная пыль непосредственно может быть возвращена в процесс производства или использована для других целей. Возврат пыли может проводиться напрямую в печь либо совместно с подачей в печь сырьевой смеси (в этом случае ограничивающим фактором является концентрация щелочных металлов), либо после смешивания с цементом.

Использование вторичных материалов в качестве сырья

      Промышленные отходы (необожженное сырье, не кондиционная смесь сырьевых материалов (известняк, глина), обломки футеровочного огнеупорного кирпича) могут быть использованы как составляющая часть сырьевой смеси.

      В производстве цемента используются собственные и сторонние минеральные добавки, в том числе камень гипсовый и гипсоангидритовый, железосодержащие добавки (огарки, металлургический шлак, железная руда), отходы абразивных изделий, строительный песок, алевролит, гранулированные шлаки, золошлаковые отходы. Часть отработанных масел используется повторно на производственные нужды предприятия, в том числе для смазки узлов технологического оборудования.

      В странах ЕС и многих странах мира при розжиге вращающихся печей в качестве дополнительной топливной добавки к топливу используются ветошь промасленная, отработанные масла. Часть отработанных масел используется повторно на производственные нужды предприятия, в том числе для смазки узлов технологического оборудования. Действительно, цементный процесс - очень хороший инструмент для избавления от маслянистой ветоши (либо извне, либо созданной цементным заводом), в противном случае маслянистая ветошь часто попадает на свалки, где она загрязняет почву и грунтовые воды.

      Что касается отработанного масла, то даже, если в правилах ЕС указано, что предпочтительным способом утилизации отработанного масла является его переработка, отработанное масло также можно использовать в качестве альтернативного топлива в любом процессе сжигания, например, в печах для обжига цемента и извести. Действительно, часто не хватает промышленных мощностей для переработки всего отработанного масла, произведенного в данном регионе или стране.

      В настоящее время согласно национальному стандарту Республики Казахстан СТ РК 3129 "Ресурсосбережение. Отходы. Масла смазочные отработанные" отработанные масла и отработанная продукция, в том числе предназначенная не для целей получения смазочных материалов и масел, включая отходы регенерации, в исключительных случаях с разрешения компетентных органов государства в области природопользования и охраны окружающей среды могут использоваться в качестве одного из компонентов при приготовлении топлива, которое предназначается для применения исключительно на энергетических установках. Однако при пересмотре нормативной документации в Республике Казахстан возможно будет использовать опыт ЕС.

      Передача на переработку/ размещение.

      Материалы, которые нельзя возвращать в производственный процесс, отправляются с завода для использования в других отраслях промышленности или переработки отходов вне завода на других установках сторонним специализированным предприятиям на договорной основе.

      Использование энергетического потенциала отходов: получение энергии из отходов.

      Использование отходов в качестве альтернативного топлива представлено в разделе 4.9.

4.4.2. Техники контроля загрязнения почвенного покрова

      Для предотвращения загрязнения и деградации почвенного покрова могут быть реализованы следующие эксплуатационные меры:

      сокращение выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух за счет применения высокоэффективного оборудования и технологий по очистке выбросов загрязняющих веществ;

      орошение пылящих поверхностей (увлажнение дорожного полотна не только снижает пылеобразование, но и уплотняет полотно дороги, что предотвращает ветровую эрозию);

      создание и поддержание в рабочем состоянии поверхности промышленной площадки, не допущение загрязнения, захламления, включая проведение мероприятий по предотвращению или быстрой ликвидации утечек и разливов, а также обеспечение обслуживания дренажных систем и других подземных коммуникаций;

      обеспечение на предприятии герметичности внешних и всех внутренних сооружений, оборудования для очистки сточных вод с организацией надежной гидроизоляции прудов-отстойников, аварийных резервуаров и др.;

      исключение проезда транспорта по бездорожью (интенсивное непорядочное движение автотранспорта может привести к разрушению поверхностной солевой корочки и активизации процесса ветрового и солевого переноса, а также развитию процессов дефляции);

      организация хранения, погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки глинистого сырья на цементный завод и вскрышных пород в отвалы, обеспечивающих минимизацию попадания пылящих материалов в окружающую среду; погрузка и разгрузка материалов осуществляются только в специально отведенных местах, защищенных от утечки стоков;

      своевременное техническое обслуживание эксплуатируемого оборудования, техники с целью проверки на целостность, герметичность во избежание проливов ГСМ и загрязняющих веществ;

      четкая систематизация процессов образования, удаления и обезвреживания всех видов отходов (отходы, планируемые к утилизации, собираются и хранятся в специально отведенных местах, защищенных от утечек);

      сохранение почв посредством поэтапного селективного снятия, складирования и дальнейшего использования плодородного и потенциально плодородного слоев почвы при восстановлении нарушенных территорий;

      восстановление рельефа территории ведения работ, проведение рекультивации нарушенных земель (отвалов вскрышных пород);

      сохранение почв посредством поэтапного снятия, складирования и дальнейшего использования плодородного и потенциально плодородного слоев почвы при восстановлении нарушенных территорий.

4.5. Техники управления и снижения уровня шумового воздействия

4.5.1. Снижение уровня шумового воздействия при производстве цемента

      Шум генерируется во всем цементном производстве, начиная от приготовления сырьевых материалов, сырьевой смеси, в процессе обжига, получения цемента и заканчивая складированием цемента и его отправкой.

      Такими источниками являются добыча сырья и его переработка, получение клинкера и цемента, установки дробления, помола и приготовления сырья, цементные печи сами по себе, мельницы для помола цемента, ленточные конвейеры, фильтры, холодильники, такие как рекуператорный холодильник и др. Шум появляется во всем производственном процессе, начиная со взрыва на карьере до получения конечной продукции.

      Образование шума сопровождает все стадии производственного процесса от добычи и подготовки сырья до процесса получения извести и складирования материалов до выгрузки и отправки готовой продукции. Например, при производстве извести подача кусков известняка в печь может вызывать шум и/или вибрацию такой интенсивности, которая требует специальных мероприятий для ослабления.

      Тяжелые машины и большие вентиляторы, используемые в различных переделах цементного производства, имеют высокий уровень шума и создают вибрацию, особенно от следующих машин и операций:

      желоба и хопперы;

      любые операции, включающие фракционирование, дробление, измельчение, грохочение сырьевых материалов, топлива, клинкера и цемента;

      дымососы;

      вентиляторы;

      вибраторы.

      Заводы должны выполнять требования национальных стандартов по снижению уровня шума. Снижение шума часто можно достигнуть непосредственным применением технических решений, направленных на изоляцию источников шума. Чтобы снизить уровень шума и предотвратить его распространение на близлежащую территорию, на цементном заводе могут быть применены различные технические решения по снижению шума:

      ограждение шумящих установок;

      изоляция вибрирующих установок;

      использование внутренней и наружной обшивки, сделанной из стойкого материала для лотков, желобов;

      строения для прикрытия эксплуатационного оборудования, перерабатывающего материалы;

      возведение стен, защищающих от шума;

      глушитель на выпускном отверстии для дымовой трубы;

      звукоизоляция изоляция каналов, труб и воздуходувок, которые находятся в шумонепроницаемом здании.

      Если вышеупомянутые технические решения не могут быть применены и установки, выделяющие шум, невозможно перевести в отдельные здания, например, из-за размера печей и их средств обслуживания, применяются вторичные технические решения. Например, должно быть осуществлено строительство зданий или природных барьеров, таких как растущие деревья и кустарники между защищаемой зоной и источником активного шума, например, печь или площадь склада. Двери и окна защищаемого пространства должны быть плотно закрыты в период эксплуатации шумовыделяющих установок. Если жилая зона находится близко от завода, планирование строительства новых зданий на промплощадке увязывается с необходимостью снижения шумовых выбросов.

      Первоначальный отчет о шуме и последующий периодический (например, каждые 3 года) мониторинг в отдельных точках границы собственности цементно-известковых заводов должны проводиться как для завода, так и для карьера для любого завода.

      Измерения необходимо проводить днем и ночью.

      Такое оборудование, как цементные мельницы, вентиляторы и другие потенциальные источники шума, должно быть классифицировано и подробно описано в документе с техническими характеристиками.

      Если рассматриваемый объект расположен рядом с жилыми районами, модели распространения шума могут использоваться для определения любых корректирующих действий, которые могут потребоваться, например, шумозащитное экранирование или изоляция определенных мастерских, где это необходимо.

      При отсутствии национальных/ региональных/ местных нормативных актов, уровни шума, контролируемые на границах собственности (завод и карьер), должны соответствовать как минимум следующим ограничениям, иначе указываемым в местных нормативных актах: 65 дБ днем и 55 дБ ночью (в ближайшем доме).

4.5.2. Снижение уровня шумового воздействия при производстве извести

      Шум создается на всех стадиях производства извести. Источниками шума являются:

      подача известняка/доломита в печь, скиповые устройства;

      работа транспортерных лент;

      работа вращающейся печи и вращающегося холодильника;

      дымососы, вентиляторы, вытяжки;

      дробилки, мельницы, грохота, классификаторы, пневмотранспорт, вибраторы.

4.6. Техники снижения уровня запаха

      Выбросы запаха являются редкой проблемой на хорошо работающем цементном заводе. Если сырьевые материалы содержат горючие компоненты (керогены), которые не горят при нагревании в теплообменнике, но подвергаются пиролизу, то могут появиться выбросы углеводородов. Эти выбросы могут быть видны поверх трубы как "синий туман" или шлейф выброса, которые могут вызвать неприятные запахи вокруг цементного завода при неблагоприятных погодных условиях.

      Сжигание топлива, содержащего серу и/или использование сырьевых материалов, содержащих серу, могут привести к выделению запаха (проблема особенно часто встречается в шахтных печах).

      Кроме того, отходы, используемые в качестве сырьевых материалов или топлива, могут приводить к появлению запаха, особенно на различных этапах производства, таких как складирование и переработка. В случае использования аммиака для снижения NOx может также возникнуть запах в определенный период процесса производства, если должным образом не управлять эти процессом.

      Неприятные запахи, возникающие при выбросах углеводородов, можно избежать, используя термическое дожигание, фильтры на основе активированного угля, или путем введения сырьевого материала непосредственно в горячую зону печи.

      Если причиной запаха являются соединения серы, можно изменить топливо или сырьевые материалы.

      Используемые в качестве сырья или топлива отходы могут вызывать выделение запахов, особенно на таких стадиях процесса как подготовка и складирование. Места складирования таких отходов должны быть закрытыми или необходимо применять специальную систему складирования отходов.

      Выделение запаха может наблюдаться при производстве извести в шахтных пересыпных печах, что вызвано выбросами сероводорода. Это связано с частичным восстановлением и наличием форм элементарной серы, которые могут вызвать выброс H2S. Для снижения выброса H2S в дымовых газах возможно использование регенеративной форсажной камеры.

      При использовании в составе топлива 30 % кокса и 70 % антрацита наблюдается выброс сероводорода в количестве 6 – 9,5 мг/Нм3. В случае использования исключительно антрацита выделение сероводорода снижается от незаметного уровня до > 1,6 мг/Нм3. Снижением содержания в топливе серы возможно уменьшить выделение запахов. Неприятные запахи могут быть вызваны и используемыми в качестве топлива отходами. Хранилища отходов необходимо прикрывать или использовать системы для хранения отходов.

4.7. Система экологического менеджмента

      Данный раздел описывает управление защитой окружающей среды как взаимодействие между системами управления и инструментами управления, связанными с экологическими воздействиями основных операций. В противном случае он не будет соответствовать цели комплексного подхода.

      Внедрение системы экологического менеджмента (СЭМ) на каждом конкретном объекте зависит от воздействия ведущейся деятельности на окружающую среду и должно учитывать конкретную экологическую ситуацию на территории производственной площадки и вокруг нее. В этой главе представлены общие принципы и относящиеся к ним инструменты, необходимые для внедрения СЭМ и подходящие для производств цементной промышленности.

      СЭМ является методом, позволяющим операторам установок решать экологические проблемы на систематической и очевидной основе. СЭМ являются наиболее действенными и эффективными, когда они образуют неотъемлемую часть общей системы менеджмента и операционного управления производством.

      СЭМ фокусирует внимание оператора на экологических характеристиках установки, в частности, путем применения четких рабочих процедур как для нормальных, так и для нестандартных условий эксплуатации, а также определения соответствующих линий ответственности.

      Все действующие СЭМ включают концепцию непрерывного совершенствования, а это означает, что управление окружающей средой – это непрерывный процесс, а не проект, который в итоге подходит к концу. Существуют различные схемы процессов, но большинство СЭМ основаны на цикле PDCA (планируй - делай - проверяй - исполняй), который широко используется в других контекстах менеджмента организаций. Цикл представляет собой итеративную динамическую модель, где завершение одного цикла происходит в начале следующего.

      СЭМ может принимать форму стандартизированной или стандартизированной ("настраиваемой") системы. Внедрение и соблюдение международно признанной стандартизированной системы, такой как ISO 14001:2015, могут повысить доверие к СЭМ, особенно при условии надлежащей внешней проверки, обеспечивают дополнительную достоверность в связи с взаимодействием с общественностью посредством заявления об охране окружающей среды и механизма обеспечения соблюдения применимого природоохранного законодательства. Однако нестандартизированные системы могут в принципе быть одинаково эффективными при условии того, что они должным образом разработаны и внедрены.

      Стандартизированные системы (ISO 14001:2015) и нестандартизированные системы в принципе применяются к организациям, настоящий документ использует более узкий подход, не считая всех видов деятельности организации, например, в отношении их продуктов и услуг.

      СЭМ может содержать следующие компоненты:

      заинтересованность руководства, включая высшее руководство на уровне компании и предприятия (например, руководитель предприятия);

      анализ, включающий определение контекста организации, выявление потребностей и ожиданий заинтересованных сторон, определение характеристик предприятия, связанных с возможными рисками для окружающей среды (и здоровья человека), а также применимых правовых требований, касающихся окружающей среды;

      экологическую политику, которая включает в себя постоянное совершенствование установки посредством менеджмента;

      4) планирование и установление необходимых процедур, целей и задач в сочетании с финансовым планированием и инвестициями;

      5) выполнение процедур, требующих особого внимания:

      структура и ответственность;

      набор, обучение, информированность и компетентность персонала, чья работа может повлиять на экологические показатели;

      внутренние и внешние коммуникации;

      вовлечение сотрудников на всех уровнях организации;

      документация (создание и ведение письменных процедур для контроля деятельности со значительным воздействием на окружающую среду, а также соответствующих записей);

      эффективное оперативное планирование и контроль процессов;

      программа технического обслуживания;

      готовность к чрезвычайным ситуациям и реагированию, включая предотвращение и/или снижение воздействия неблагоприятных (экологических) последствий чрезвычайных ситуаций;

      обеспечение соответствия экологическому законодательству;

      6) обеспечение соблюдения природоохранного законодательства;

      7) проверку работоспособности и принятие корректирующих мер с уделением особого внимания к следующим действиям:

      мониторинг и измерение;

      корректирующие и превентивные действия,

      ведение записей;

      независимый внутренний и внешний аудит для определения независимо от того, соответствует ли СЭМ запланированным мероприятиям и надлежащим ли образом внедряется и поддерживается;

      8) обзор СЭМ и ее постоянную пригодность, адекватность и эффективность со стороны высшего руководства;

      9) подготовку регулярного ежегодного экологического отчета;

      10)      валидацию органом по сертификации или внешним верификатором СЭМ;

      11)      следование за развитием более чистых технологий;

      12)      рассмотрение воздействия на окружающую среду от возможного снятия с эксплуатации установки на этапе проектирования нового завода и на протяжении всего срока его службы;

      13)      применение отраслевого бенчмаркинга на регулярной основе (сравнение показателей своей компании с лучшими предприятиями отрасли);

      14)      систему управления отходами;

      15) на установках/объектах с несколькими операторами, создание объединений, в которых определяются роли, обязанности и координация операционных процедур каждого оператора установки в целях расширения сотрудничества между различными операторами;

      16)      инвентаризацию сточных вод и выбросов в атмосферу.

      Согласно данному подходу – эффективная система экологического менеджмента имеет следующие взаимосвязанные структурные элементы:

      утвержденная экологическая политика;

      утвержденные цели и задачи по охране окружающей среды;

      процедуры идентификации и оценки экологических аспектов;

      персонал, ответственный за поддержание системы экологического менеджмента (обучение);

      управление операциями;

      документационное обеспечение системы экологического менеджмента;

      оценка результатов деятельности (мониторинг, измерение, анализ и оценка, внутренний аудит, анализ со стороны руководства);

      система учета мнений заинтересованных сторон (общественность, государственные надзорные органы, поставщики, подрядчики и т. д.);

      корректирующие и предупреждающие действия.

      Основным принципом оценки эффективности функционирования системы является обеспечение фактического непрерывного улучшения результативности природоохранной деятельности и снижения негативного воздействия на окружающую среду, начиная с наиболее значимых экологических аспектов.

      Система экологического менеджмента может быть интегрирована в связанную с системой менеджмента качества (CMК), поскольку некоторые аспекты являются одинаковыми или аналогичными, с интегрированной системой менеджмента (ИСМ) или без нее, но рекомендуется держать ключевые главы ISO 14001 (те, которые касаются вопросов окружающей среды) отдельно от глав ISO 9001(больше касающихся конкретных вопросов качества и клиентов).

      Организация системы экологического менеджмента добровольна. При этом внедрение СЭМ, организованных по данному принципу, зарекомендовало себя в качестве эффективной системы в Казахстане.

      В случае необходимости предприятие может сертифицировать СЭМ, обратившись в сертификационный орган. Сертификация системы экологического менеджмента дает предприятию ряд преимуществ на рынке, а иногда и является прямым требованием потребителей и/или поставщиков.

      Предотвращение негативного воздействия на окружающую среду во многом зависит от правильного ведения технологического процесса, выполнения технологических и иных производственных операций, а также надлежащего уровня информированности персонала в области экологической безопасности, соответствующего выполняемым работам и уровню ответственности.

      НДТ предусматривает регулярное повышение квалификации персонала для качественного выполнения работ и осознания своей роли в процессе охраны окружающей среды. Для этого необходимо разработать стандарт организации по процессу обучения персонала, который должен предусматривать:

      графики обучения, программы повышения квалификации персонала (стажировки, переподготовки);

      проведение обучения на базе учебных заведений, имеющих соответствующие лицензии в области образования;

      проведение периодической проверки знаний персонала.

4.7.1. Контроль качества сырья и топлива, параметры контроля для разных типов топлива

4.7.2. Производственный экологический контроль

      Производственный экологический контроль (ПЭК) является основой обеспечения экологической безопасности и осуществляется предприятием самостоятельно за счет собственных источников финансирования в целях соблюдения требований в области охраны окружающей среды.

      Объектами ПЭК предприятий, подлежащих регулярному наблюдению, являются:

      источники выбросов загрязняющих веществ (далее - ЗВ);

      источники сбросов ЗВ;

      источники образования и объекты размещения отходов.

      Целями проведения производственного экологического контроля являются:

      обеспечение соблюдения требований экологического законодательства Республики Казахстан;

      обеспечение выполнения в процессе хозяйственной и иной деятельности мероприятий по охране окружающей среды, рациональному использованию и восстановлению природных ресурсов (далее – природоохранные мероприятия).

      Основными задачами производственного экологического контроля являются:

      контроль за соблюдением требований экологического законодательства РК;

      контроль за соблюдением условий и объемов добычи природных ресурсов, в том числе за выполнением мероприятий по рациональному использованию и восстановлению природных ресурсов;

      контроль за своевременной разработкой и соблюдением установленных нормативов, лимитов допустимого воздействия на окружающую среду и соответствующих разрешений; за соблюдением нормативов допустимых концентраций ЗВ в сточных водах; за учетом номенклатуры и количества ЗВ, поступающих в окружающую среду, а также уровня оказываемого физического и биологического воздействия; за обращением с опасными отходами; за эксплуатацией природоохранного оборудования и сооружений; за выполнением мероприятий по охране окружающей среды;

      контроль за ведением документации по охране окружающей среды; своевременным предоставлением сведений о состоянии и загрязнении окружающей среды; организацией и проведением обучения, инструктажа и проверки знаний в области охраны окружающей среды и природопользования;

      соответствие требованиям технических регламентов в области охраны окружающей среды и экологической безопасности.

      Производственный экологический контроль проводится на основе программы производственного экологического контроля.

      Программа ПЭК определяется как единый, самостоятельный документ внутреннего пользования и является руководством для проведения производственного экологического контроля и производственного мониторинга окружающей среды.

      Структурно программа производственного экологического контроля включает два раздела:

      производственный мониторинг;

      производственный экологический контроль.

      Производственный мониторинг является элементом производственного экологического контроля, выполняемым для получения объективных данных с установленной периодичностью.

      Производственный экологический контроль представляет собой комплекс административно-хозяйственных мероприятий по контролю экологических аспектов производственной деятельности предприятия (в том числе по результатам производственного мониторинга).

      Производственный мониторинг окружающей среды представляет собой комплекс организационно-технических мероприятий по определению фактического воздействия на окружающую среду в результате деятельности предприятия.

      Задачей производственного мониторинга окружающей среды является определение показателей состояния основных компонентов окружающей среды: атмосферного воздуха, водной среды, почвенного покрова.

      Выделяют:

      операционный мониторинг;

      мониторинг эмиссий в окружающую среду;

      мониторинг воздействия.

      Операционный мониторинг (мониторинг производственного процесса) включает в себя наблюдение за параметрами технологического процесса для подтверждения того, что показатели деятельности находятся в диапазоне, который считается целесообразным для его надлежащей проектной эксплуатации и соблюдения условий технологического регламента цементного завода.

      В процессе операционного мониторинга осуществляется контроль деятельности предприятия с целью сравнения фактических данных природопользования (в штатном режиме) с установленными показателями:

      учет параметров недропользования (количество добычи полезных ископаемых);

      учет количества перерабатываемых и используемых сырья и материалов;

      учет обращения с отходами (объемы образования и способы обращения);

      учет времени работы оборудования и параметров технологического процесс;

      учет потребляемой воды на технологические и бытовые нужды.

      Мониторинг эмиссий в окружающую среду включает в себя наблюдение за производственными потерями, количеством и качеством эмиссий и их изменением. С учетом специфики хозяйственной деятельности для предприятий цементного производства предусматривается проведение мониторинга эмиссий в атмосферный воздух и мониторинг отходов.

      Мониторинг воздействия представляет собой наблюдения за изменением состояния компонентов окружающей среды в результате производственной деятельности предприятия.

      Для предприятий цементной промышленности в соответствии со спецификой их деятельности составляющим мониторинга воздействия является мониторинг атмосферного воздуха.

      Организация мониторинга почвенного покрова для предприятий цементной промышленности не предусмотрена.

      Производственный мониторинг окружающей среды осуществляется производственными или независимыми лабораториями, аккредитованными в порядке, установленном законодательством Республики Казахстан о техническом регулировании.

4.7.2.1. Производственный контроль в области охраны атмосферного воздуха

      В разделе "Мониторинг эмиссий в атмосферный воздух" программы ПЭК должен быть запланирован регулярный контроль параметров и характеристик, нормируемых или используемых при установлении нормативов предельно допустимых выбросов:

      источников выделения ЗВ в атмосферу;

      организованных и неорганизованных, стационарных и передвижных источников выбросов ЗВ в атмосферу;

      установок очистки газов.

      Программа ПЭК в области охраны атмосферного воздуха должна содержать план-график контроля стационарных источников выбросов с указанием номера и наименования структурного подразделения (площадка, цех или другое) в случае их наличия, номера и наименования источников выбросов, ЗВ, периодичности проведения контроля, мест и методов отбора проб, используемых методов и методик измерений, методов контроля (инструментальных) ЗВ в источниках выбросов.

      Приоритетными источниками выбросов в производстве цемента являются печи для обжига клинкера, клинкерные холодильники и мельницы сухого помола.

      В план-график контроля должны включаться ЗВ (в том числе маркерные), которые присутствуют в выбросах стационарных источников и в отношении которых установлены технологические показатели, предельно допустимые выбросы с указанием используемых методов контроля (инструментальные) показателей ЗВ в выбросах стационарных источников, а также периодичность проведения контроля (инструментальными методами контроля) в отношении каждого стационарного источника выбросов и выбрасываемого им ЗВ, включая случаи работы технологического оборудования в измененном режиме более трех месяцев или перевода его на новый постоянный режим работы и завершения капитального ремонта или реконструкции установки.

      В план-график контроля включают загрязняющие вещества, которые предусмотрены перечнем загрязняющих веществ, эмиссии которых подлежат экологическому нормированию [55].

      Тем не менее, основываясь на более чем 30 -летнем опыте ЕС и всего мира по мониторингу атмосферы точечных источников, измерения выбрасываемых газов на цементных заводах зачастую возможны.

      Концентрации загрязняющих веществ на поверхности и в атмосферном воздухе не имеют точной корреляции с выбросами из точечных источников (например, дымовые трубы) промышленных предприятий (например, цементный завод). Многие другие параметры (атмосферные условия, загрязняющие вещества от различных регуляторов и т. д.) могут влиять на концентрацию загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

      План-график контроля должен содержать периодичность проведения контроля (расчетными и инструментальными методами контроля) в отношении каждого стационарного источника выбросов и выбрасываемого им ЗВ.

      В разделе "Мониторинг воздействия" Программы ПЭК должен быть запланирован регулярный контроль параметров и характеристик, нормируемых или используемых при установлении нормативов предельно-допустимых выбросов. На границе санитарно-защитной зоны (СЗЗ) (размер СЗЗ для предприятий производства цемента составляет не менее 1000 м, при производстве извести не менее 500 м, согласно приказу и.о. Министра здравоохранения Республики Казахстан от 11 января 2022 года № ҚР ДСМ- 2 [56].

      Программа ПЭК в области охраны атмосферного воздуха должна содержать план-график проведения наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха с указанием измеряемых загрязняющих веществ, периодичности, мест и методов отбора проб, используемых методов и методик измерений.

      План-график наблюдений должен содержать:

      географические координаты пунктов наблюдений (как минимум в 3 контрольных точках на границе СЗЗ) с указанием номера каждого пункта наблюдения;

      перечень контролируемых на каждом пункте загрязняющих веществ;

      методы определения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе;

      периодичность отбора проб атмосферного воздуха.

      При осуществлении производственного экологического контроля измерения производятся в обязательном порядке в отношении выбросов загрязняющих веществ, характеризующих применяемые технологии и особенности производственного процесса на объекте, с помощью которых возможно оценить значение всех загрязняющих веществ (маркерные вещества).

      Перечень контролируемых маркерных веществ для производства цемента:

      взвешенные вещества (пыль);

      азота оксид (NO);

      азота диоксид (NO2);

      серы диоксид (SO2);

      углерода оксид (CO).

      В случае использования альтернативного топлива перечень маркерных веществ должен быть расширен.

      В целях соответствия стандартам РК, а также международным стандартам в области проведения производственного экологического контроля в цементной промышленности следует запланировать регулярный мониторинг и измерение параметров в отношении следующих ЗВ:

      высоколетучие металлы [ртуть (Hg) и таллий (Tl)];

      HCl и HF - для подтверждения актуального показателя выбросов;

      летучие органические соединения (ЛОС), ПХДД и ПХДФ - при использовании отходов в качестве сырья или альтернативного топлива.

      Периодичность выполнения измерений в данном случае устанавливается предприятием на основании программы ПЭК.

      Рекомендации по организации регулярного мониторинга и измерения параметров и выбросов в соответствии с требованиями наилучших доступных техник представлены в таблице 4.5.

      Таблица 4.5. Рекомендации по организации регулярного мониторинга и измерения параметров и выбросов

№ п/п

Метод (оборудование)

Применимость


1

2

3

1

Непрерывные замеры выбросов пыли, NOx, SOи CO

Применяется для процессов обжига

2

Непрерывные измерения параметров процесса, свидетельствующих о стабильности процесса, - таких как температура, влажность газа, содержание О2, разрежение и скорость поток

Общеприменимо

3

Мониторинг и стабилизация критических параметров процесса: однородность перемешиваемого сырья, подача топлива, постоянное дозирование, уровень избытка воздуха

Общеприменимо

4

Непрерывные замеры выбросов NH3, когда используется технология селективного некаталитического восстановления (SNCR)

Общеприменимо

5

Непрерывные или периодические замеры выбросов НСl, HF и ООУ (общего органического углерода)

Применяется для процессов обжига

6

Периодические замеры выбросов летучих органических соединений, ПХДД/ПХДФ (полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов) и металлов

При использовании отходов в качестве сырья или альтернативного топлива

7

Непрерывные и периодические замеры выбросов пыли

Не применяется для процесса обжига в печи. Для малых источников (<10 000 нм3/ч) процессов с образованием пыли, кроме охлаждения и основных процессов дробления, частота измерений или проверка технических характеристик должна быть основана на требованиях технологического регламента.

8

 Замеры осуществляются согласно графику производственного контроля

      Регулярный периодический мониторинг (выборочные пробы, обычно отбираемые аккредитованной внешней организацией и далее анализируемые в лаборатории) проводится как минимум один раз в год надлежащим образом для следующих веществ:

      металлы и их соединения (мышьяк, сурьма, свинец, кадмий, хром, кобальт, медь, марганец, никель, ртуть, таллий и ванадий);

      диоксины и фураны;

      ООУ/ЛОС;

      HCl;

      HF;

      NH3 (особенно, если для снижения выбросов NOx используется такой метод борьбы с выбросами, как SNCR).

      Хотя периодический мониторинг особенно важен для перечисленных выше загрязнителей, когда отходы используются в качестве сырья или топлива, на многих предприятиях по всему миру эти загрязнители могут также образовываться в результате использования обычного сырья и ископаемого топлива или рабочих условий печи.

      Это причина того, почему важно время от времени знать выбросы этих загрязняющих веществ. Кроме того, в зависимости от используемого топлива, условий процесса и значимости выбросов может потребоваться проведение дополнительных измерений.

Инструментальный контроль

      Определение качественного и количественного состава загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, осуществляется прямыми инструментальными замерами, которые осуществляются аккредитованной лабораторией (собственной предприятия либо сторонней по договору).

      При проведении производственного эколого-аналитического контроля выбросов ЗВ в атмосферный воздух определяют количественный и качественный состав выбросов от стационарных источников загрязнения. Для оценки результатов измерений следует указывать рабочие параметры (условия проведения измерений):

      для вращающихся печей рабочими параметрами являются: температура, содержание кислорода, давление, расход (объемный поток) и влажность отходящих газов;

      для прочих источников (дробилки, мельницы, погрузчики и др.) - температура и давление;

      соблюдение установленных нормативов;

      качество атмосферного воздуха на границе СЗЗ.

      В целях единообразия и соответствия европейским данным все данные по выбросам загрязняющих веществ должны быть приведены к стандартным условиям, т.е. сухому газовому потоку при температуре 273 К и давлении 101,3 кПа при референтном содержании кислорода О2, оборотный %. Если фактическое содержание кислорода в газовом потоке отличается от референтного, то пересчет концентрации выбросов в стандартное состояние осуществляется по формуле:


     


      где Сизм. и Сстанд. концентрация выбросов загрязняющих веществ, соответственно измеренная в потоке и при стандартном состоянии, мг/Нм3;

      Офакт. фактическая концентрация кислорода в потоке в момент измерения, об.%;

      Ореф. референтная концентрация кислорода, об.%: при производстве цемента Ореф.= 10 %; при производстве извести Ореф.= 11 %.

      Представительные пробы газов в газоходе могут быть отобраны экстрактивным и неэкстрактивным методами в соответствии со стандартом СТ РК ISO 10396 (таблица 4.6).

      Кроме того, могут использоваться и другие международно признанные методы (ISO).

      При экстрактивном методе отбора проб газы перед транспортированием к газоанализатору подвергают подготовке: очищают от аэрозолей, твердых частиц и других мешающих веществ. При неэкстрактивном отборе проб измерения проводят на месте, поэтому отсутствует этап пробоподготовки, за исключением необходимой фильтрации.

      Сведения об аттестованных методах (методиках) измерений размещены в реестре государственной системы обеспечения единства измерений РК.

4.7.2.2. Производственный контроль в области охраны и использования водных ресурсов

      Производственный мониторинг водных ресурсов представляет единую систему наблюдений и контроля деятельности предприятия для своевременного выявления и оценки происходящих изменений, прогнозирования мероприятий, направленных на рациональное использование водных ресурсов и смягчение воздействия на окружающую среду.

      Таблица 4.6. Контролируемые показатели и методики выполнения измерений для промышленных выбросов и воздуха рабочей зоны

№ п/п

Показатель

Методики выполнения измерений и методы испытаний

1

2

3

1

Отбор проб

СТ РК ISO 10396
МВИ № ПЭП-МВИ- 002
ПНД Ф 13.1:2:3.25
EN 13284 - 1
US EPA 1,2

2

Содержание пыли (запыленность)

СТ РК 2.302
СТ РК 1517
СТ РК 2.297
СТ РК ИСО 12141
EN 13284
US EPA 5, 5i,

3

Скорость потока

ГОСТ 17.2.4.06
СТ РК 1517
EN 13284 - 1
US EPA 1, 2

4

Давление и температура потока

ГОСТ 17.2.4.07
СТ РК 1517
EN 13284
US EPA 1, 2

5

Концентрация ЗВ: NOx, CO, SO2

СТ РК 2.297
СТ РК 1516
МВИ № ПЭП-МВИ- 002
Инструкции (паспорта) на различные газоанализаторы
EN 14792 ; EN 15058 и EN 14791 EN 15058 и EN 14791
US EPA 7E , US EPA 10 и US EPA 6

6

Влажность потока

ГОСТ 17.2.4.08
СТ РК 1517
EN 14790
US EPA 4

      В рамках производственного мониторинга состояния водных ресурсов предусматриваются контроль систем водопотребления и водоотведения и осуществление наблюдений за источниками воздействия на водные ресурсы рассматриваемого района, а также их рационального использования.

      Результаты мониторинга позволяют своевременно выявить и провести оценку происходящих изменений окружающей среды при осуществлении производственной деятельности.

      Мониторинг состояния водных ресурсов включает:

      операционный мониторинг – наблюдения за работой и эффективностью очистных сооружений сточных вод;

      мониторинг эмиссий – наблюдения за объемами сбрасываемых сточных вод и их соответствия установленным лимитам; наблюдения за качеством сточных вод и их соответствия установленным нормам ПДС при отведении в приемник сточных вод – пруд-накопитель;

      мониторинг воздействия – наблюдения за качеством вод приемника сточных вод - пруда-накопителя (фоновые концентрации загрязняющих веществ).

      В подразделе "Производственный контроль в области охраны и использования водных объектов" должен быть запланирован регулярный контроль нормируемых параметров и характеристик:

      технологических процессов и оборудования, связанных с образованием сточных вод;

      мест водозабора и учета используемой воды;

      выпусков сточных вод, в том числе очищенных;

      сооружений для очистки сточных вод и сооружений систем канализации;

      систем водопотребления и водоотведения;

      поверхностных и подземных водных объектов, пользование которыми осуществляется на основании разрешительной документации, а также территорий водоохранных зон и прибрежных защитных полос.

      Подраздел "Производственный контроль в области охраны и использования водных объектов" должен содержать:

      мероприятия по учету объема забора (изъятия) водных ресурсов из водных объектов;

      план-график контроля за состоянием водных ресурсов с перечнем определяемых ЗВ и показателей, соответствующих нормативам допустимого сброса, периодичность отбора и анализа проб сточных вод; места отбора проб; указание аттестованных методик (методов) измерений.

      План-график контроля за состоянием водных ресурсов разрабатывается в соответствии с условиями разрешения на спецводопользование, разрешения на сброс ЗВ в водные объекты или договора водоотведения, и должен включать мероприятия по технологическому контролю эффективности работы очистных сооружений на всех этапах и стадиях очистки сточных вод и обработки осадков.

      В программе ПЭК следует предусмотреть осуществление наблюдений за качеством поверхностных вод в фоновом и контрольном створах относительно сброса (выпусков) сточных вод в водный объект в основные гидрологические фазы (для водотоков) и основных гидрологических ситуациях (для водоемов).

      Программа должна содержать перечень определяемых ЗВ и показателей, соответствующий нормативам допустимого сброса, временным разрешенным сбросам, сведения о периодичности отбора и анализа проб поверхностных вод, месте отбора проб, а также указание аттестованных методик (методов) измерений, использованных при проведении наблюдений за водным объектом.

      Периодичность отбора и анализа проб поверхностных вод в фоновом и контрольном створах водного объекта совмещается со сроками наблюдений за сточными водами и устанавливается графиком аналитического контроля.

      Пробы сточных вод должны отбираться из хорошо перемешанных потоков, вне зон действия возможного подпора. Для целей контроля за соблюдением нормативов, учета и расчета массы сброса ЗВ пробы сточных вод отбирают из водоотводящих устройств. Места отбора проб сточных вод должны быть максимально приближены к точке сброса.

      Контроль качества сточных вод осуществляется аналитическим методом путем отбора проб собственной лабораторией либо сторонней аккредитованной лабораторией (на основании договора).

      Сведения об аттестованных методах (методиках) измерений размещены в реестре государственной системы обеспечения единства измерений РК.

4.7.2.3. Производственный контроль в области обращения с отходами

      В подразделе "Производственный контроль в области обращения с отходами" должен быть запланирован регулярный контроль следующих нормируемых параметров и характеристик:

      технологических процессов и оборудования, связанных с образованием отходов;

      систем транспортировки, обработки, утилизации, обезвреживания отходов, находящихся в ведении предприятия;

      объектов накопления и размещения отходов, расположенных на промышленной площадке и/или находящихся в ведении предприятия.

      Подраздел должен содержать программу мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды на территориях объектов размещения отходов (при их наличии) и в пределах их воздействия на окружающую среду.

4.7.2.4. Непрерывный производственный контроль

      Согласно статье 418 Переходные положения, п. 16 В отношении объектов, введенных в эксплуатацию до 1 июля 2021 года, требование Экологического кодекса об обязательном наличии системы автоматизированного мониторинга эмиссий применяется с 1 января 2023 года [1].

      Однако только на предприятиях по производству цемента, являющихся объектами I категории, стационарные источники, валовые выбросы которых составляют 500 и более т/год, должны быть оснащены автоматическими средствами непрерывного производственного контроля, т.е. измерения и учета объема или массы выбросов загрязняющих веществ, их концентрации, а также техническими средствами фиксации и передачи информации об объеме и/или о массе выбросов ЗВ и концентрации ЗВ в информационную систему уполномоченного органа в области охраны окружающей среды согласно приказу "О правилах ведения автоматизированной системы мониторинга эмиссий в окружающую среду при проведении производственного экологического контроля" [57].

      Для автоматического непрерывного измерения массовой концентрации ЗВ используют газоанализаторы, при использовании которых отсутствует необходимость в пробоотборе, транспортировке и подготовке пробы.

      Непрерывному производственному контролю подлежат следующие ЗВ: взвешенные вещества (пыль), NO2, NO, SO2, CO. Допускается измерение суммарной концентрации NOx.

      Непрерывные измерения массовых концентраций загрязняющих веществ в выбросах из вращающейся печи необходимы для подтверждения соответствия технологическим показателям, которые проводятся посредством автоматизированной системы мониторинга эмиссий в окружающую среду согласно п.16 ст.418 Экологического кодекса.

4.8. Снижение потребления энергии (энергетическая эффективность)

4.8.1. Снижение потребления энергии (энергетическая эффективность) при производстве цемента

      Цементная промышленность занимает ведущее место в потреблении энергетических ресурсов. Наряду с черной и цветной металлургией, топливоперерабатывающей и химической промышленностью, производство строительных материалов, и в том числе цемента, представляет одну из основных составляющих энергетического баланса промышленности.

      Энергоемкость цементной отрасли зависит от способа производства. Основными энергетическими ресурсами являются топливо и электроэнергия.

      В энергопотреблении цементного производства ведущими технологическими процессами выступают процессы дробления, измельчения, обжига, смешения, реализуемые путем использования электрической энергии и энергии топлива. Правильное решение выбора рациональных видов топлива и энергопотребляющего оборудования, а также проблемы интенсификации процессов тепло- и массообмена является важной составной частью повышения эффективности производства.

4.8.1.1. Снижение потребления тепловой энергии

      Удельный расход топлива на обжиг 1 тонн клинкера зависит, главным образом, от способа производства портландцемента, типа и конструкции вращающейся печи, химических (например, свободный или связанный оксид кремния) и физических (влажность) свойств сырьевых компонентов и сырьевой смеси, используемых для производства клинкера.

      Наиболее энергоемким является мокрый способ получения цемента. При производстве цемента таким способом непроизводительные затраты топлива составляют около 75 %. На выпуск 1 тонны цемента затрачивается более 5 тонн таких материалов, как сырье, добавки, топливо, вода и воздух [7]. Поэтому для новых заводов и модернизируемых действующих предприятий типичным становится сухой способ производства цемента с многоступенчатым циклонным теплообменником и декарбонизатором.

      В настоящее время в Казахстане мокрый способ производства цемента используется на предприятиях: ТОО "ПК "Цементный завод Семей", ТОО "SAS-Tobe Technologies, ТОО "Бухтарминская цементная компания".

      Данные, приведенные в [2, 9] показывают, что удельный расход топлива при использовании печей сухого способа с циклонными теплообменниками и декарбонизатором составляет 3000 – 3800 МДж/тонн клинкера как среднегодовое значение. Средние удельные расходы топлива и тепла при использовании печей различного типа приведены в таблице 4.7.

      Таблица 4.7. Удельные расходы топлива и тепла на обжиг клинкера для печей различного размера и способов производства

№ п/п

Тип печи, способ производства

Удельный расход тепла, МДж/т клинкера

Удельный расход топлива, кг у. т./т клинкера

1

2

3

4

1

Печи сухого способа с циклонными теплообменниками и декарбонизатором

3000 – 4000

100 – 135

2

Печи сухого способа с циклонными теплообменниками

3100 – 4200

105 – 145

3

Комбинированный (полусухой/полумокрый способ) производства, печь Леполь

3300 – 5400

115 – 185

4

Длинные печи сухого способа производства

до 5000

до 170

5

Длинные печи мокрого способа производства

5000 – 6400

170 – 220

6

Печи для производства специальных цементов

3100 – 6500 и выше

105 – 225

      В общем случае, кроме способа производства, на потребление тепловой энергии современными цементными печами влияют различные факторы: свойства сырьевых материалов (например, влажность, обжигаемость), производительность печи, используемое топливо с различными свойствами и изменчивость параметров процесса, а также использование системы байпаса, когда требуется это оборудование (для уменьшения зарастания колонны подогревателя, если, например, загрузка хлора и сульфатов в системе печи слишком высока). Замена части сырьевых компонентов промышленными отходами, уже подвергавшимися тепловой обработке (шлаки, золы, нефелиновый шлам и т. п.), приводит, как правило, к снижению удельного расхода тепла на обжиг. С увеличением объема печных газов, направляемых в систему байпаса (когда это оборудование требуется), удельный расход тепла на обжиг клинкера увеличивается [9].

      Удельный расход тепла на обжиг клинкера может быть снижен путем внедрения различных технологий и оптимизации работы печной системы:

      использование современных линий обжига и холодильников;

      использование альтернативных видов топлива (если они хорошо подготовлены перед использованием с точки зрения однородности, гранулометрии / размера и т. д.);

      снижение влажности шлама;

      оптимизация режима обжига клинкера в печи;

      оптимизация минералогического состава и структуры клинкера;

      снижение удельного расхода сырья;

      снижение доли клинкера в цементе.

      Печная система с многостадийными циклонными теплообменниками в сочетании с декарбонизатором и третичным воздухом считается стандартной и высокоэффективной технологией для новых заводов. В некоторых случаях, когда используется сырьевой материал с высокой влажностью, могут проектироваться заводы с трехстадийным циклонным теплообменником.

      Методы снижения удельного расхода тепла на обжиг клинкера при сухом и мокром способе производства приведены в таблицах 4.8 и 4.9.

      Для снижения удельного расхода тепла на обжиг клинкера важным фактором является стабильная работа печного агрегата с параметрами, близкими к оптимальным значениям.

      Таблица 4.8. Методы снижения расхода тепла на обжиг клинкера при сухом способе производства

№ п/п

Оборудование

Метод


1

2

3

1

Холодильник

установка современного клинкерного холодильника со стационарной первичной колосниковой решеткой

использование колосниковой решетки с низким сопротивлением потоку воздуха

обеспечение контроля количества охлаждающего воздуха в отдельных секциях решетки

2

Печь

использование печей с высокой производительностью

оптимизация отношения длины печи к ее диаметру

оптимизация конструкции печи в соответствии с используемым топливом

оптимизация системы сжигания топлива

стабильность параметров работы печи (тяга, уровень кислорода, длина и форма пламени основной горелки, температура газа и т. д.)

оптимизация процесса контроля

рациональное и полное использование третичного воздуха

обеспечение необходимого избытка воздуха в печи

использование минерализаторов – интенсификаторов процесса обжига

снижение подсосов воздуха

3

Декарбонизатор

малое гидравлическое сопротивление

однородное распределение сырья в печном пороге

минимальное образование настылей

интенсивная декарбонизация сырьевой смеси

4

Теплообменник

малое гидравлическое сопротивление циклонов

высокая степень пылеосаждения в циклонах

однородное распределение сырья в сечениях газоходов

однородное распределение потоков газа и твердого вещества в двухветвьевых циклонных теплообменниках

оптимизация количества ступеней циклонов (от трех до шести ступеней в целом)

5

Сырье и топливо

низкая влажность сырьевых материалов и топлива

легкая воспламеняемость топлива с высокой калорийностью

постоянство питания печи и однородность материала;

постоянство подачи топлива в печь и его однородность

6

Сырьевые мельницы

полностью автоматизированное управление работой мельниц

      Таблица 4.9. Методы снижения расхода тепла на обжиг клинкера при мокром способе производства

№ п/п

Оборудование

Метод

1

2

3

1

Печь

Оптимизация конструкции и расположения внутрипечных теплообменных устройств

отсутствие шламовых или клинкерных колец в печи

оптимизация системы сжигания топлива

минимизация подсоса воздуха в головках печей

минимизация коэффициента избытка воздуха в печи

стабильность параметров работы печи (тяга, уровень кислорода, длина и форма пламени основной горелки, температура газа и т. д.)

оптимизация процесса контроля

использование минерализаторов – интенсификаторов процесса обжига

2

Сырье

снижение влажности обжигаемого сырьевого шлама путем использования разжижителей шлама или заменой природных материалов техногенными (золами, шлаками)

      Это достигается путем:

      использования систем непрерывного компьютерного мониторинга необходимого комплекса параметров работы печного агрегата;

      использования систем автоматического управления технологическим процессом или его отдельными этапами;

      оптимизации и стабилизации состава сырьевой смеси, повышением

      равномерности ее подачи в печь;

      оптимизации состава и повышением равномерности подачи в печь топлива;

      в случае использования вторичных видов топлива – стабилизации характеристик, равномерности подачи, оптимизации способа ввода и сжигания вторичного топлива в печи.

      Существенное значение для снижения стоимости тепловой энергии имеет использование альтернативного топлива. В разделе 4.9 подробно расписаны технологии использования отходов в качестве топлива для производства клинкера.

      Повышение энергоэффективности производства цемента может быть достигнуто дополнительной генерацией пара и электричества.

      Для выработки энергии из низкотемпературных отходящих газов используется процесс органического цикла Ранкина. Этот процесс основан на использовании пентана как рабочего тела, который интенсивно испаряется при значительно более низкой температуре, чем вода. Особыми достижениями являлись простота эксплуатации, компактная структура и относительно высокий уровень эффективности, который может быть достигнут при применении источника тепла с температурой ниже 275 оС.

      Поэтому выработка электрической энергии путем использования избытка тепла из процесса производства цемента может считаться технически возможной альтернативой для тепловых электростанций, использующих водяной пар, если для этого имеются определенные предпосылки [2].

      Структурная схема выработки электрической энергии [57] приведена на рисунке 4.13.


Рисунок 4.13. Схема выработки электрической энергии

      В настоящее время существует много примеров использования части горячего воздуха для генерации энергии. На цементном заводе "Слайт" в Швеции вырабатывается около 6 МВт электроэнергии. На цементном заводе в Ленгфурте (Германия) рекуперируется в среднем 9 МВт из 14 МВт выбросов тепловой энергии. При этом вырабатывается в среднем 1,1 МВт электрической энергии [9]. Турецкая компания DAL Teknik Makina Ticaret ve Sanayi A.S., входящая в состав консорциума Dal Engineering Group, построила по контракту с АО "Алмалыкский горно-металлургический комбинат" цементный завод сухого способа производства мощностью 1,5 млн. тонн портландцемента в год в Республике Узбекистан. Предприятие введено в эксплуатацию в сентябре 2018 г. Совместно с проектом Шерабадского завода был разработан и реализован проект установки утилизации тепла отходящих газов, вырабатывающей электроэнергию.

      Отходы тепла также могут быть рекуперированы из клинкерного холодильника и для обеспечения предприятия горячей водой. В большинстве случаев бойлер располагается после пылеосадителя, в качестве которого применяется электрофильтр. В противном случае необходимо использовать специальный тип бойлера, стойкий к абразивному износу, а также устанавливать обеспыливающее устройство (рукавный фильтр) после бойлера.

      При установке более эффективных теплообменника и клинкерного холодильника избыток тепла будет снижаться и с экономической точки зрения генерация дополнительного количества энергии может стать невыгодной, особенно когда основное тепло требуется для процесса сушки материала. Поэтому возможность рекуперации тепла из печи и клинкерного холодильника для генерации энергии должна оцениваться в каждом конкретном случае с учетом всех возможных обстоятельств. Экономическая состоятельность может зависеть от местных условий, стоимости электроэнергии и мощности завода.

      Кроме этого, существенное влияние на принятие решения о генерации электроэнергии оказывает высокая стоимость оборудования. По данным [2] стоимость 1 МВт генерируемой мощности в Ленгфурте, в Германии составила более 3 млн. евро. Поэтому с учетом низкой стоимости электроэнергии в Казахстане применение такого оборудования будет затруднено ввиду длительного срока окупаемости.

4.8.1.2. Снижение потребления электрической энергии

      Границы удельного потребления электроэнергии в соответствии с ИТС 6 – 2015 составляет:

      для заводов мокрого способа производства 100 – 135 кВт∙ч/тонн цемента;

      для заводов сухого способа производства 110 – 140 кВт∙ч/тонн цемента.

      В BREF ЕС данный показатель не нормируется. В соответствии с BREF CLM [2] величина потребления электроэнергии предприятиями Евросоюза при сухом способе производства колеблется от 90 до 150 кВт.ч/т цемента.

      Основным энергопотребляющим оборудованием при производстве цемента являются мельницы, производящие помол клинкера и используемого сырья, вытяжные вентиляторы и дымососы. Примерная структура энергопотребления цементного предприятия приведена на рисунке 4.14.

      Использование электрической энергии может быть минимизировано установкой систем управления мощностью и применением энергетически эффективного оборудования, таких, как роликовые мельницы высокого давления для измельчения клинкера, вентиляторов с переменной скоростью вращения, а также в некоторых случаях путем замены морально устаревших типов сырьевых мельниц на новые. Применение улучшенной системы контроля и снижение подсоса воздуха также позволяют оптимизировать потребление электрической энергии [2]. Отсутствие подсосов уменьшает объем перекачиваемого воздуха дымососами, тем самым уменьшает их энергопотребление.


Рисунок 4.14. Структура потребления энергии на цементном предприятии

      Подробности экономии энергии, связанной с оптимизацией систем с электроприводом, изложены в справочнике "Best Available Technique Reference Document on Energy Efficiency" [50]. На рисунке 4.15 приведен график экономии энергии при использовании регулируемого привода вентилятора.

      Основными направлениями применения систем управления мощностью в цементной отрасли являются [58]:

      привод вращающейся печи. Как правило, главный привод вращающейся печи – двигатель с фазным ротором и несколькими ступенями регулировки скорости.


Рисунок 4.15. График экономии энергии при использовании системы управления мощностью вентилятора

      Данная схема имеет большое количество контактных групп, что негативно влияет на надежность работы установки в условиях повышенной запыленности. Альтернативой является решение с преобразователем частоты с низковольтным двигателем.

      Ленточный питатель. Эффективность работы мельницы зависит от степени загрузки: недогруз и перегруз приводят к нарушению техпроцесса. Контроль заданного режима обеспечивает применение частотного привода. Его функциональность также дает возможность с высокой степенью точности регулировать качество получаемого материала.

      Шламовый насос. Как показал опыт ООО "ТимлюйЦемент", входящего в холдинг "Сибирский цемент", экономия электроэнергии достигает 30 %.

      Вентилятор решеток колосникового холодильника. Преобразователь частоты упрощает процесс контроля температуры клинкера. Автоматизация регулирования обеспечивает равномерную подачу холодного воздуха и уменьшает энергопотребление двигателя вентилятора. К примеру, для холодильника типа "Волга" подача воздуха осуществлялась вентилятором с приводом 312 кВт с помощью задвижек. Преобразователь частоты позволил установить асинхронные двигатели мощностью 55 – 75 кВт и управлять охлаждением клинкера в зависимости от скорости его перемещения и толщины слоя на решетке. При этом энергопотребление уменьшилось в несколько раз.

      Привод колосников холодильника печи. Частотно-регулируемый привод задает скорость движения колосников в зависимости от объема клинкера, выходящего из вращающейся печи. Устройство поддерживает необходимый момент на валу двигателя вне зависимости от скорости вращения.

      Привод дымососов и вентиляторов, к числу которых относятся дымососы цементных печей и вентиляторы общего дутья холодильников. Возможность существенной экономии электроэнергии за счет регулируемого привода связана с достаточно высокой единичной мощностью электродвигателей, и если используемым способом регулирования производительности тягодутьевых машин являются дроссельное и шиберное регулирование при постоянной скорости вала.

      Ориентировочная стоимость частотного регулятора без учета проектных и монтажных работ для двигателей различной мощности приведена в таблице 4.10.

      Таблица 4.10. Стоимость частотного регулятора без учета проектных и монтажных работ для двигателей различной мощности [59]

№ п/п

Наименование

Мощность электродвигателя, кВт

320

400

500

630

800

1000

1

2

3

4

5

6

7

8

1

Ориентировочная стоимость частотно-регулируемого привода, тыс. тг.

35 090

36 250

37 584

42 630

47 618

48 720

      Экономия электрической энергии в зависимости от режимов работы оборудования может достигать 20 – 40 %. Следует отметить, что внедрение регулируемых приводов позволяет в полной мере автоматизировать процесс производства цемента. Автоматизация технологических процессов кроме снижения электропотребления, приводит к экономии топлива и повышению качества выпускаемого продукта.

      Энергопотребление цементного предприятия существенным образом зависит от типа мельниц, используемых на предприятии. Расход электроэнергии обусловлен природой измельчаемого материала и особенностями процесса его измельчения. В некоторых случаях минимизация энергопотребления может быть достигнута заменой старых сырьевых мельниц на новые. Например, в последние годы получила распространение многовалковая зубчатая дробилка новейшей конструкции фирмы Claudius Peters [7]. В таблице 4.11 приведена эффективность использования многовалковой дробилки для клинкера.

      Для снижения энергопотребления при размоле широко применяются интенсификаторы помола цемента. В качестве интенсификаторов процесса помола цемента наибольшее применение нашли катионактивные соединения – лигносульфонаты технические (ЛСТ), триэтаноламин (ТЭА), смеси триэтаноламина с ЛСТ в соотношении 1:3 – 1:5, а также соапсток, лигнин, мылонафт. При введении ТЭА в количестве 0,015 - 0,03 % от массы цемента производительность мельниц увеличивается на 15 – 35 % удельный расход электроэнергии снижается на 10 - 30 %. Интенсифицируют процесс помола цемента также добавки угля, сажи (0,3 %), коксовой пыли (2 - 3 %), трепела (1 - 2 %).

      Таблица 4.11. Эффективность использования многовалковой дробилки для клинкера

№ п/п

Наименование параметров

Значения для дробилок

молотковая

валковая

1

2

3

4

1

Тип привода

механический

гидравлический

2

Температура клинкера

<350 °С

<800 оС

3

Частота вращения

367 об/мин

4 об/мин

4

Окружная скорость

25 м/с

0,07 м/с

5

Расход дробящих элементов

300 г/т

4 г/т

6

Расход электроэнергии

0,9 кВт·ч/т

0,3 кВт·ч/т

7

Межремонтный период

100 %

>300 %

      В результате исследований, выполненных на кафедрах химической технологии вяжущих материалов в Киевском политехническом и Казахском химико-технологическом институтах, разработаны и внедрены на цементных заводах Казахстана и Украины интенсификаторы помола цемента, позволившие повысить производительность мельниц на 14 - 20 %, снизить удельный расход электроэнергии [7].

4.8.2. Снижение потребления энергии при производстве извести

      Процесс декарбонизации известняка/ доломита/ мела - эндотермический, идет с потреблением значительного количества энергии. В себестоимости производства извести более половины расходов составляют затраты на электроэнергию и топливо.

      Структура расходов энергетических ресурсов при производстве извести в общем виде соответствует структуре расходов тепловой и электрической энергии в цементной отрасли.

4.8.2.1. Снижение потребления тепловой энергии

      На производство 1 тонны извести используется в среднем 3,2 ГДж тепла. Доломитовые известняки обжигаются при более низких температурах, следовательно, количество потребляемого тепла ниже на 5 %–10 % [60].

      Удельный расход топлива при производстве извести зависит от многих факторов. Основными из них являются:

      тип и конструкция печи;

      тип и конструкция горелочного устройства;

      степень диссоциации известняка/доломита (степени обжига);

      гранулометрический состав сырья;

      потери обжигаемого материала (пылеунос, просыпи);

      влажность.

      Удельный расход теплоты и условного топлива для получения извести 2 -го сорта с содержанием CaO + MgO равным 80 % приведен в таблице 4.12.

      Удельный расход условного топлива при производстве извести с содержанием активных CaO + MgO, отличающихся в ту или другую сторону от 80 %, определяется по формуле:

     


      В разделе 3 приведены примеры использования печей различной конфигурации на предприятиях Республики Казахстан.

      С целью сокращения потребления тепловой энергии можно использовать модернизацию существующих печей. При этом в зависимости от особенностей конструкции, финансовых затрат и поставленных задач может проводиться доработка как второстепенных деталей, так и основных элементов конструкции печи [2].

      Например:

      для регенерации тепла из дымовых газов или использования более широкой номенклатуры топлива осуществляют установку к длинной вращающейся печи теплообменника;

      использование тепла дымовых газов для сушки известняка или для других процессов, например, измельчения известняка;

      в некоторых случаях, когда шахтная печь оказывается экономически нежизнеспособной, ее следует подвергнуть модернизации, например, переоборудовав в кольцевую шахтную печь или объединив две шахтные печи в регенеративную печь с параллельным потоком материала (такая модернизация продлит эксплуатацию таких дорогих элементов как конструкция печи, системы загрузки известняка его транспортировки и складирования);

      в исключительных случаях для сокращения расхода топлива экономически целесообразно сократить длину вращающейся печи, присоединив ее с запечным теплообменником.

      Таблица 4.12. Удельный расход теплоты и условного топлива для получения извести

№ п/п

Тип печи

Удельный расход условного топлива на 1 т извести, т/т

Удельный расход тепла на 1 т извести, ГДж/т

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

1

2

3

4

5

6

1

Шахтные печи, работающие на угле

0,125

0,155

3,7

4,6

2

Шахтные печи, работающие на природном газе

0,158

0,204

4,6

6,0

3

Вращающиеся печи с запечным теплообменником

0,200

0,260

5,9

7,7

4

Длинные вращающиеся печи, работающие по сухому способу

0,210

0,245

6,2

7,2

5

Длинные вращающиеся печи, работающие по мокрому способу

0,240

0,315

7,0

9,2

      В таблице 4.13 представлены основные методы снижения потребления топливных ресурсов при производстве извести [2].

      Таблица 4.13. Основные методы снижения потребления топливных ресурсов при производстве извести

№ п/п

Элемент конструкции печи

Описание

Типы печей*

1

2

3

4

5


1

2

3

4

5

6

7

8

1

Система сжигания топлива

Использование эффективных регулируемых горелок, соответствующих температурному
профилю получения продукции

Х

Х




"Он-лайн" мониторинг горения и коэффициента избытка воздуха

Х

Х




Контроль горения при анализе дымовых газов



Х

Х

Х

Использование гибкой системы сжигания топлива, позволяющей смешивать топливо с отходами

Х

Х

Х

Х

Х

2

Холодильник

Эффективный холодильник, позволяющий усреднять распределение воздуха и выгрузку извести, тем самым снизить расход воздуха

Х

Х

Х

Х

Х

3

Контур дымовых газов

Рекуперация тепловой энергии

Х





4

Контроль материалов

Регулярный отбор топлива и материалов для контроля их соответствия условиям процесса

Х

Х

Х

Х

Х

Для контроля гранулометрии
и повторного грохочения установка
надежного весового/измерительного оборудования для контроля топлива, сырья и скорости течения

Х

Х

Х

Х

Х

5

Печь

Внутренние огнеупорные устройства для улучшения теплообмена и минимизации расслоения

Х

Х




Установка теплоизоляции для минимизации теплопотерь стенками

Х

Х

Х

Х

Х

Снижение подсосов воздуха
уплотнением головки и загрузочного конца печи

Х

Х




Регулярная очистка желобов



Х

Х

Х

6

Управление режимами печи

Системы автоматизированного контроля тяги в головке печи, избытка воздуха, расхода топлива, оборотов печи

Х

Х




Системы наблюдения за ключевыми параметрами процесса

Х

Х

Х

Х

Х

7

Теплообменник

Снижение потерь давления в теплообменнике


Х




      * условное обозначение печей: 1 -длинные вращающиеся, 2 -вращающиеся с запечным теплообменником, 3 - регенеративные с параллельным потоком материала, 4 -шахтные кольцевые, 5 -шахтные пересыпные печи и печи другой конструкции.

4.8.2.2. Снижение потребления электрической энергии

      Основными потребителями электроэнергии при производстве извести являются привода печей, холодильников, дымососов, очистительного оборудования, транспортеров и скиповых подъемников, привода дробилок и мельниц.

      Удельный расход электроэнергии на производство 1 тонн извести печами разного типа (конструкции) приведен в таблице 4.14.

      Основными методами, применяемыми для снижения удельных расходов энергоресурсов, являются:

      использование систем управления потреблением электроэнергии;

      использование известняка с оптимальной гранулометрией;

      использование высокоэффективного помольного и другого оборудования.

      При использовании систем управления мощностью электродвигателя экономия электрической энергии в зависимости от режимов работы оборудования может достигать 20 – 40 %. Основным оборудованием, оснащаемым регулируемыми приводами, являются привода тягодутьевых вентиляторов, приводов печей и другого оборудования.

      Таблица 4.14. Удельный расход электроэнергии на производство 1 т извести печами разного типа (конструкции)

№ п/п

Тип печи

Единица измерения

Удельный расход электроэнергии на производство 1 т извести

мин.

макс.

1

2

3

4

5

1

Шахтные печи пересыпные

кВт.ч/т

7

22

2

Двухшахтные регенеративные

кВт·ч/т

22

40

3

Вращающиеся с запечным подогревателем

кВт·ч/т

22

58

4

Длинные вращающиеся печи

кВт·ч/т

20

60

      Учитывая высокую стоимость, необходимость использования таких приводов определяется в каждом конкретном случае и зависит от степени регулирования производительности того или иного привода.

      Следует отметить, что без использования устройств регулирования мощности невозможно организовать полноценную систему автоматизированного управления производством. Автоматизация технологических процессов, кроме снижения электропотребления, приводит к экономии топлива и повышению качества выпускаемого продукта.

      Энергопотребление при производстве извести существенным образом зависит от типа помольного и классифицирующего оборудования, а также размера получаемой фракции. Так, при дроблении извести до размера 10 – 20 мм, энергопотребление составляет 0,7 – 4 кВт на тонну готового продукта, при измельчении до фракции менее 1 мм – 10 – 40 кВт [63].

      Замена старого помольного оборудования на современное ведет к снижению потребления электроэнергии. Например, в Германии при замене обычных мельниц валковыми мельницами высокого давления для измельчения негашеной извести было достигнуто снижение расхода электроэнергии на 2,5 кВт.ч/тонн негашеной извести [2].

4.9. Использование отходов

4.9.1. Общие аспекты

      Различные типы отходов могут заменять природные сырьевые материалы и ископаемое топливо в производстве цемента и будут способствовать, с одной стороны, сохранению природных источников и, с другой стороны, снижению материало- и энергозатрат. При этом такие материалы и топливо называют альтернативными.

      Наиболее важные показатели процесса для использования (утилизации) отходов могут быть обобщены следующим образом:

      максимальные температуры приблизительно 2000 оС (основная горелка, температура пламени) во вращающихся печах;

      время пребывания газов при температуре около 1200 оС во вращающейся печах не менее 8 С.;

      температура материала около 1450 оС в зоне спекания вращающейся печи;

      окислительная газовая атмосфера во вращающейся печи;

      время пребывания газов во вторичной обжиговой системе более 2 с. при температуре выше 850 оС; в декарбонизаторе время пребывания газов еще больше и температура выше;

      постоянная температура 850 оС во вторичной обжиговой системе или декарбонизаторе;

      постоянство условий сжигания и отсутствие колебаний вследствие высокой температуры и достаточно длительного времени пребывания;

      разложение органических загрязнителей под воздействием высокой температуры и длительного времени пребывания;

      адсорбция газовых компонентов, таких как HF, HCl, SOна щелочных реагентах;

      высокая емкость связывания тяжелых металлов;

      короткое время пребывания отходящих газов в температурном интервале, способствующем синтезу полихлорированных дибензодиоксинов и фуранов;

      полная утилизация топливной золы в составе клинкера и, следовательно, повторное использование материала в качестве сырьевого компонента и дополнительная экономия энергии;

      высокий уровень химико-минералогического связывания тяжелых металлов в клинкерную матрицу;

      введенные отходы полностью связываются в минералы портландцементного клинкера; при повышении концентрации нежелательных элементов есть возможность установить байпас для удаления пыли из системы.

      Поскольку в качестве сырьевых материалов и/или топлива могут применяться различные типы отходов, то перед тем, как принять решение об их применении, должны быть рассмотрены основные принципы их использования, такие, как предварительная сортировка и анализ технологических процессов по их подготовке. Чтобы сохранить стандартное качество клинкера должны быть проведены предварительные исследования по влиянию отходов на процессы клинкерообразования, поскольку зола, образующаяся при сжигании топлива, полностью встраивается в клинкерную матрицу и изменяет фазовый состав клинкера. Окончательное решение о том, какой тип отходов будет принят к использованию на конкретном заводе, не может быть однотипным.

      Рассмотрение и принятие решения должны быть основаны на процессе производства клинкера, режимах обжига, составе сырьевых материалов и топлива, способах подачи отходов в производство, используемой технологии очистки отходящих газов, данных по проблемам менеджмента отходов.

      Как правило, для отходов, принятых в качестве топлива и/или сырьевых материалов для цементной печи, необходимо учитывать калорийность отходов и количество минеральной части в отходах. Кроме того, должны учитываться объемы и категории отходов, а также их физический и химический составы, характеристики и загрязняющие примеси. Отходы, используемые в качестве топлива цементной промышленностью, являются частью, специально отобранной из отходов, которые обычно предварительно перерабатываются, например, дробятся, перемешиваются, измельчаются, гомогенизируются и приводятся в материал соответствующего качества. Восстановление отходов обычно выполняется на специальных заводах по предварительной переработке отходов.

      Отходы, используемые в качестве сырьевых материалов, обычно подаются в печь в том же месте, где производится подача обычных сырьевых материалов, например, по месту подачи сырьевой смеси.

      Для ввода топлива в цементную печь могут быть использованы различные точки питания. Эти точки также могут быть использованы для подачи отходов, которые могут использоваться в качестве топлива. Следует отметить, что способ питания печи топливом является очень важным, поскольку он может оказать влияние на выбросы. При подаче топлива через главную горелку при прохождении через высокотемпературную зону печи происходит разложение отходов. Относительно других точек подачи топлива можно отметить, что в этих случаях температура и время пребывания зависят от конструкции печи и ее эксплуатации.

      Отходы, которые подаются через главную горелку, будут разлагаться в первичной зоне горения при высокой температуре, достигающей 2000 оС. Отходы, подаваемые во вторичную горелку, подогреватель или декарбонизатор, будут сжигаться при низкой температуре, которая не всегда достаточна для разложения хлорсодержащих органических веществ. Летучие компоненты в материале, который подается в холодный конец печи или отдельный участок печи, могут улетучиваться. Эти компоненты не проходят через первичную зону горения и не могут быть разложены или связаны в цементный клинкер. Поэтому использование отходов, содержащих летучие металлы (ртуть, таллий) или летучие органические компоненты, может привести к увеличению выбросов указанных соединений, когда используются неправильные точки ввода отходов. Чтобы избежать увеличения выбросов, такие отходы, содержащие летучие при низкой температуре компоненты (например, углеводороды), должны подаваться в высокотемпературную зону печи.

4.9.2. Использование отходов в качестве сырьевых материалов

      Химическая пригодность отходов как сырьевых материалов является важным фактором: они должны обеспечивать требуемый состав производимого клинкера. Первичными необходимыми химическими соединениями являются материалы, содержащие известь, кремний, алюминий и железо, а также серу, щелочи и другие элементы, которые должны быть классифицированы по группам в соответствии с их химическим составом. При использовании отходов оксиды, содержащие в отходах, связываются в процессе обжига в клинкер, как и в случае обжига сырьевых материалов. Они содержат, как и сырьевые материалы, оксиды кальция (СаО), кремния (SiO2), алюминия (Al2O3) и железа (Fe2O3). Зола электростанций (зола-унос), доменный и другие шлаки, белитовый шлам и другие материалы могут частично заменять природные сырьевые материалы.

      Зола – унос может применяться как сырьевой материал при получении клинкера (в основном, как компонент, содержащий оксид алюминия) и как добавка при измельчении при производстве цемента. Она может заменять до 50 % портландцементного клинкера. Более того, современные побочные продукты производства гипса пригодны сами по себе для использования в качестве сульфатного компонента. В таблице 4.15 показаны отходы, применяемые как сырьевой материал, распределенные по различным группам в соответствии с их химическим составом.

      Таблица 4.15. Список отходов, классифицированных по их химическому составу, которые могут быть использованы в качестве сырьевых материалов в цементных печах (по [61])

№ п/п

Группа сырьевых материалов

Отходы, применяемые в качестве сырьевых материалов

1

2

3

1

Са группа

Промышленная известь (отходы известняка)
Известковый шлам
Шлам карбида кальция
Осадок очистки питьевой воды

2

Si группа

Формовочный литейный песок
Песок

3

Fe группа

Доменный и конверторный шлак
Пиритные огарки
Синтетический гематит
Красные шламы

4

Al группа

Промышленные шламы

5

Si-Al-Ca группа

Зола-унос
Шлаки

Мелкие отсевы дробления, земля (грунт)

6

S группа

Промышленные гипсовые отходы

7

F группа

CaF2, шламы после фильтрации

      Характеристика отдельных техногенных материалов и эффективность их применения по [9] приведены в таблице 4.16.

      Портландцементный клинкер характеризуется определенным составом, который предопределяет гидравлические свойства цемента. Это означает, что все сырьевые материалы и зола топлива должны быть тщательно подобраны по минеральному составу и скорости подачи, чтобы получить заданный состав клинкера.

      Таблица 4.16. Эффективность применения техногенных материалов

№ п/п

Материал

Содержание, %

Возможный
ввод, % к клинкеру

Ограничение
по

Экономия топлива, кут/т кл.

CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

ГВ*

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

Белитовый (нефелиновый)

6

0

3

3

-

75 
(в шлам)

SiO2

80

2

Шлак доменный 1

7

6

8

0,4

-

60 
(в печь)

SiO2

100

3

Шлак доменный 2

7

7

5

0,4

-

40 
(в печь)

Al2O3

80

4

Зола

5

1

3

7

~5

35 
(в шлам)

SiO2

25

5

Углеотходы

4

5

6

7

~22

20 
(в шлам)

ГВ

45

      * ГВ – горючее вещество.

      Отходы, используемые как сырьевые материалы, поступают в обжиговую печь или декарбонизатор с сырьевой смесью. В период нагревания в подогревателе органические компоненты могут высвобождаться из печного питания при низкой температуре, которая не всегда достаточна для разложения галогенсодержащих органических веществ. При переработке отходов они должны быть проверены на потенциальную возможность выделения органических соединений и, соответственно, должно быть выбрано место подачи материала в печь.

      Особенность мокрого и сухого способов производства клинкера применительно к использованию минеральных и горючих отходов обусловлена двумя отличительными аспектами: мокрым и сухим помолом сырья и теплообменом в подготовительных зонах: через поверхность материала и в пылегазовом потоке. Различия в подготовке сырья связаны с тем, что многие минеральные техногенные материалы, например шлаки, при мокром помоле активизируются, гидратируются и твердеют, в результате чего зарастают трубопроводы и образуются осадки в бассейнах. Поэтому шлак нельзя вводить в мельницу при помоле шлама, а целесообразно подавать непосредственно в печь, предварительно смешав его со шламом (рисунок 4.16). Это исключает избирательный пылеунос и снижает его величину. При сухом же способе минеральные отходы являются компонентом и размалываются с другими составляющими сырьевой смеси.


Рисунок 4.16. Рациональные схемы применения минеральных отходов при различных способах производства клинкера

      При применении техногенных материалов с невысоким содержанием горючего вещества при их подаче в печную систему возникает проблема стабилизации химического состава клинкера. Поэтому при высоком содержании минеральной составляющей применяется специальная технологическая схема с реактором для предварительного сжигания горючего вещества и выделением минеральной части, подаваемой в сырьевую мельницу (рисунок 4.17).

      Подобная схема реализована фирмой KHD Humboldt Wedag на заводе Rüdersdorf, где для сжигания различных топливосодержащих отходов, в частности, золы установлен специальный реактор взвешенного слоя.

      При применении горючих материалов с невысоким содержанием минерального вещества целесообразно отходы подавать непосредственно в декарбонизатор.

      На заводе комбинированного способа в Lägerdorf (Германия) применяется более 60 % альтернативного топлива и более 10 % минеральных отходов (рисунок 4.18).


Рисунок 4.17. Технологическая линия получения портландцементного клинкера со специальным реактором для сжигания различных отходов


Синий цвет – альтернативное сырье, красный – альтернативное топливо
Рисунок 4.18. Альтернативные материалы, применяемые на заводе комбинированного способа в Lägerdorf (Германия).

      При мокром способе производства наиболее рациональный вариант применения материалов, содержащих горючие вещества, – совместный помол техногенного продукта с традиционными сырьевыми компонентами [61]. В этих условиях достигается заданный стабильный химический состав шлама, так как при совместном помоле сырьевых компонентов и топливосодержащих техногенных материалов корректировка производится традиционным способом.

      Теплотехнические расчеты и испытания, проведенные на ряде цементных заводов в РФ, показали, что каждый процент введенной в шлам горючей массы обеспечивает экономию около 15 кг условного топлива на тонну клинкера [62]. При введении выгорающих добавок в шлам необходимо повысить коэффициент избытка воздуха в факельном пространстве, что приводит к снижению температуры горения. Теплотехнические расчеты и промышленные испытания свидетельствуют о том, что для обеспечения необходимой температуры факела для спекания клинкера в сырьевую смесь можно вводить до 3 % выгорающей добавки. Это позволит заменить до 45 к.у.т./тонн клинкера ценного форсуночного топлива на горючие отходы.

      Одновременно при этом дополнительно обеспечивается еще три положительных эффекта. Органическая составляющая техногенных материалов, как правило, является разжижителем и интенсификатором помола шлама, что приводит к снижению его влажности и повышению производительности сырьевых мельниц и, следовательно, экономии топлива и электроэнергии. Выгорание горючей составляющей интенсифицирует подготовку материала до зоны спекания, что способствует предотвращению образования клинкерной пыли, и, следовательно, снижению загрязнения окружающей среды. Кроме того, клинкер, полученный из сырьевой смеси с выгорающими добавками, более пористый и имеет повышенную размолоспособность, из-за чего повышается производительность цементных мельниц, что приводит к дополнительной экономии электроэнергии.

      При выборе и применении отходов в качестве сырьевого материала следует принимать во внимание следующие факторы:

      изначально отходы состоят из тех же оксидов, как и клинкер;

      низкая концентрация тяжелых металлов, однако необходимо учитывать присутствие ртути, таллия и аналогичных металлов;

      регулярный контроль материалов с отбором и анализом используемых отходов.

4.9.3. Использование отходов в качестве топлива

      Обычное ископаемое топливо может быть частично заменено альтернативным топливом (АТ), то есть остатками после сортировки отходов, содержащих твердые или жидкие горючие остатки топлива и/или биомассы. В состав АТ входят высококалорийные компоненты отходов, такие как пластик, бумага, картон, текстиль, резина, кожа, дерево и пр.

      Альтернативное топливо имеет калорийность в среднем 20 ± 2 МДж/кг, что сопоставимо с калорийностью углей и газа. К примеру: 1,7 кг АТ замещают 1 мприродного газа. Величина зерна АТ составляет ~20 - 25 мм. Содержание опасных составляющих в топливе строго контролируется и не превышает допустимых норм.

      Средний цементный завод может потреблять от 40 до 100 тысяч тонн/г, альтернативного топлива при замещении до 30 % основного топлива.

      В странах ЕС существует законодательно оформленное целое направление в утилизации отходов - производство АТ. Следует отметить, что сегодня в ЕС существуют предприятия, использование альтернативных видов топлива различной природы на которых достигает 100 % от общего потребления топлива. Так, на цементном заводе "Dückerhoff" в г. Ленгерих (Lengerich, Германия) доля альтернативного топлива составляет примерно 60 % от общего расхода топлива, на цементном заводе "Rüdersdorf" (Германия) – до 70 %, на цементном заводе "Wietersdorf" (Австрия) – более 50 %, а на цемзаводе Zementwerke Rrogbeumker (Германия) – 100 %. На территории Турции расположено 55 цементных заводов, и примерно 35 из них имеет лицензии на использование отходов в качестве альтернативного топлива.

      На большинстве цементных заводов в ЕС ископаемое топливо заменяется альтернативным топливом с высокой степенью замещения: в среднем 46 % за 2019 г. для 27 полноправных государств-членов Cembureau и 4 ассоциированных участников соглашения о сотрудничестве [63]. Та же тенденция наблюдается у производителей цемента во многих странах мира [64].

      Всего в 2019 г. цементными предприятиями Турции утилизировано в качестве альтернативного топлива и сырья 2,6 млн. тонн отходов [65].

      Природный газ в европейской цементной промышленности используется только как резервное топливо или как вспомогательное для поддержки горения трудно сгораемого топлива, углеродсодержащих отходов и розжига печей.

      В США есть опыт обеспечения АТ цементного завода мощностью 1,6 млн. тонн цемента в год с помощью мусороперерабатывающей установки, окупаемость которой составляет до 3 лет. Цементные заводы в Европе получают отходы, которые могут использоваться в качестве топлива, даже с доплатой за их утилизацию, так как использование печей цементных заводов для этой цели обходится как местным властям, так и предприятиям дешевле, чем вывоз мусора на свалку или утилизация в специальных установках с дорогостоящей технологией и значительными капитальными затратами на строительство.

      Различные типы альтернативного топлива, замещая ископаемые виды топлива, тем самым решают 2 важнейшие задачи: сохранность (экономия) природных ресурсов и утилизация части образующихся в процессе потребления и использования товаров и услуг отходов, что совпадает с основными принципами экономического регулирования в области обращения с отходами.

      В настоящее время используется большое количество различных типов отходов, которые можно использовать в качестве топлива. Отходы могут быть твердыми, жидкими или пастообразными в зависимости от источника их образования, например, промышленные, сельскохозяйственные, городские. Соответственно, для производства (извлечения) из них АТ требуется предварительная переработка, часто довольно серьезная: сепарация, измельчение, смешивание, сушка и т.п., дающие в итоге гарантии постоянства его состава и качества.

      Решение проблемы организации переработки горючей части отходов для снижения доли захоронения и получения альтернативного топлива для сжигания на цементном заводе предполагало выполнение нескольких основных требований:

      должны быть сохранены существующее качество продукции и экологическая обстановка на цементном заводе, а также соблюдены нормы существующего экологического законодательства при работе цементного завода на альтернативном топливе;

      цементный завод должен быть освобожден от работы с отходами, как от непрофильного бизнеса. Альтернативное топливо должно поступать на завод как товар, в сопровождении необходимых документов (сертификат соответствия), отвечать требованиям и характеристикам, необходимым для замещения минерального топлива;

      должны быть соблюдены экономическая целесообразность и взаимовыгодный интерес цементников и мусоропереработчиков.

      При мокром и сухом способах производства необходимо применять различные технологические способы утилизации отходов, которые могут использоваться в качестве топлива. Это связано со следующими обстоятельствами. В подготовительных зонах вышеприведенных печных систем проявляются различные условия теплообмена (рисунок 4.19).


Рисунок 4.19. Рациональный способ подачи отходов при сухом и мокром способах производства

      В печи мокрого способа в зонах сушки, подогрева и декарбонизации тепло во вращающейся печи передается через поверхностный слой, и поэтому температура газового потока превышает температуру материала более чем на 700 ºС. Учитывая, что при нагревании многих горючих материалов выход летучих веществ происходит при 150 – 500 ºС до воспламенения топлива (~ 650 ºС), то при мокром способе, где температура газа в этой области выше 900 ºС и, следовательно, обеспечатся воспламенение и сгорание летучих веществ. Поэтому горючие вещества при мокром способе можно подавать в сырьевую мельницу при приготовлении шлама.

      При сухом же способе теплообмен в подготовительных зонах в циклонах и декарбонизаторе, где материал в пылевидном состоянии распределен в газовом потоке, происходит за доли секунды. Поэтому температура материала и газа практически выравнивается, и если подавать материал в сырьевую смесь, то в первом циклоне при ~ 350 ºС будет происходить выход летучих без их выгорания, что приведет к безвозвратной потере тепла, к возможному взрыву в электрофильтре и загрязнению окружающей среды. Поэтому при сухом способе выгорающие отходы нельзя подавать в сырьевую смесь. Кроме того, эти отходы сырья, которые могут содержать летучие органические соединения, приведут к увеличению выбросов из дымовой трубы (например, ООУ / ЛОС, диоксины и фураны и т. д.), поскольку они не попадают в достаточно высокотемпературные зоны печи.

      Если при применении минеральных техногенных материалов снижается удельный расход тепла на обжиг клинкера и, следовательно, пропорционально повышается производительность печи, то при применении горючих добавок один вид топлива заменяют на другой, и поэтому производительность печи остается неизменной.

      Эффективность применения минеральных и топливосодержащих техногенных материалов приведена на рисунке 4.20 и свидетельствует о том, что при их совместном применении можно в пределе снизить удельный расход технологического ценного форсуночного топлива ниже 100 кут/тонн клинкера, т.е. приблизиться к расходу по сухому способу.


Рисунок 4.20. Эффективность применения минеральных и горючих техногенных материалов

      Если даже только частично реализовать данное направление с введением до 25 % шлака и 2,5 % горючего вещества, то можно достичь величины ~ 130 кут/тонн и снизить выброс СОв атмосферу на 200 кг/тонн клинкера.

      Еще одним направлением является утилизация отработанных автомобильных шин. Топливо из покрышек по теплотворной способности примерно равноценно мазуту и на 25 % превосходит уголь [66]. Компоненты, входящие в состав автопокрышек, привносят необходимый оксид железа и используются при образовании клинкера, поэтому этот способ их утилизации считают самым эффективным среди всех существующих.

      Так как автопокрышки имеют большие габариты и массу, разработаны различные способы их подачи в печь для сжигания. Следует учитывать, что в соответствии с [67] требуются предварительное измельчение и подготовка шин к утилизации. В ЕС допускается использование целых шин.

      Результаты различных испытаний подтвердили, что с точки зрения экономии форсуночного топлива и обеспечения экологической чистоты атмосферы оптимальным является замена 10 % основного топлива изношенными покрышками. Опыты показали, что концентрация вредных веществ в отходящих газах зависит в гораздо большей степени от организации сжигания и теплотехнического режима печи, чем от вида топлива [69].

      На заводе фирмы Southdown в штате Калифорния (США) в печь производительностью 1 млн. тонн/год с декарбонизатором Pyroclon 11,5 % от общего количества топлива в виде обрезков в размере 50 мм вводилось в декарбонизатор, а 11,5 % от общего количества топлива в виде целых шин – в вертикальный газоход. До этого в декарбонизаторе сжигался уголь в количестве 55 % от общего количества топлива. После подачи вышеуказанного количества покрышек доля угля в декарбонизаторе была уменьшена до 43,5 % от общего количества. Количество угля, подаваемого с разгрузочного конца, уменьшилось с 45 % до 33,5 % от общего количества топлива. На печи завода в г. Вильдегг (Швейцария) для сжигания шин была смонтирована форкамера, что позволило увеличить долю вторичного топлива до 50 %, снизить выбросы NOx на 40 % [68].

      Вышеперечисленные факты говорят о том, что утилизация в цементных печах отходов, которые могут использоваться в качестве топлива, позволяет существенно уменьшить потребление дорогостоящего топлива (газ, мазут, уголь) и снизить затраты на производство цемента. При мокром способе их необходимо подавать через шлюзовый затвор в зону декарбонизации. Такой способ был успешно осуществлен на "Кавказцементе" и в настоящее время работает в Беларуси на цементно-шиферном комбинате. Ввод шин обеспечивает экономию до 10 % основного топлива.

      При сухом способе утилизации отходов, которые могут использоваться в качестве топлива в печных системах, происходит их подача в зону горения вращающейся печи и декарбонизатор.

      В тех случаях, когда применяют горючие материалы с невысоким содержанием минерального вещества, целесообразно такие отходы подавать непосредственно в декарбонизатор. Для обеспечения в нем полного сжигания отходов фирма KHD Humboldt Wedag применяет систему PYROTOP, которая повышает время пребывания крупных горючих веществ в декарбонизаторе из-за завихрения газового потока в камере PYROTOP и обеспечивает их полное сгорание (рисунок 4.21).


Рисунок 4.21. Система с вихревой камерой PYROTOP, обеспечивающая полное сгорание отходов, применяемых в качестве топлива

4.9.3.1. Виды отходов, которые могут быть использованы в качестве топлива

      В соответствии со ст.338 Экологического кодекса [1] и классификатором отходов [69] все отходы подразделяются на опасные или неопасные. Отдельные виды отходов могут быть определены одновременно как опасные и неопасные с присвоением различных кодов ("зеркальные" виды отходов) в зависимости от уровней концентрации содержащихся в них опасных веществ или степени влияния опасных характеристик вида отходов на жизнь и (или) здоровье людей и окружающую среду.

      Виды отходов определяются на основании классификатора отходов, утвержденного уполномоченным органом в области охраны окружающей среды. Классификатор отходов разрабатывается с учетом происхождения и состава каждого вида отходов и в необходимых случаях определяет лимитирующие показатели концентрации опасных веществ в целях их отнесения к опасным или неопасным.

      На интернет-портале размещен государственный кадастр отходов производства и потребления, представляющий собой систематизированный, периодически пополняемый и уточняемый свод унифицированных сведений по каждому объекту размещения отходов, а также видов отходов, их происхождения и физико-химического состава, компонентного состава, количественных и качественных показателей, условий хранения, захоронения и сброса, технологий их использования и обезвреживания [70].

      Поскольку процесс обжига клинкера характеризуется благоприятными условиями для использования отходов, отходы, которые могут применяться в качестве топлива, используются для замены части обычного топлива. Как показано в таблице 4.17, в цементных печах в качестве топлива могут использоваться различные типы отходов.

      Таблица 4.17. Различные типы отходов, которые могут быть использованы как топливо для вращающихся печей по [61]

№ п/п

Тип отходов

Наименование отходов

1

2

3

1

неопасные

дерево, бумага, картон

текстиль

пластмассы

продукты перегонки

шины/резина,

промышленные шламы (не содержащие опасных соединений)

городские сточные воды

отходы животноводства

уголь/отходы углерода

сельскохозяйственные отходы

2

опасные

твердые отходы (насыщенные древесные опилки)

растворители и соответствующие отходы

нефть и нефтяные отходы,

другие

      Отходы с высокой калорийностью могут заменять первичное топливо в цементных печах, поэтому постоянство качества отходов является обязательным (например, достаточная теплотворная способность, низкое содержание тяжелых металлов, хлора, золы, способность к горению, горючесть).

      Наряду с влажностью и зольностью важными характеристиками и параметрами топлива, получаемого из отходов, являются его теплотворная способность (таблица 4.18), содержание серы, хлора и тяжелых металлов (особенно ртути, и некоторые полулетучие металлы, такие как мышьяк, кадмий, сурьма, свинец, таллий и другие менее летучие металлы, такие как марганец, хром, медь, кобальт, никель и ванадий). Кроме того, необходимо, чтобы топливо обладало определенными геометрическими характеристиками, определяемыми транспортной системой подачи АТ на горелку и размером сопел самой горелки. Оценка пригодности топлив из отходов, как правило, базируется на максимально допустимых концентрациях вредных веществ в отходах.

      Таблица 4.18. Характеристики теплотворной способности и зольности видов топлива из опасных и не опасных отходов [по 2]

№ п/п

Видов отходов, которые могут быть использованы как топливо

Значения теплотворной способности (МДж/кг)

Зольность, %

1

2

3

4

1

Древесина (отходы пилорам, ДСП, ж/д шпалы) при влажности 25 %

приблизительно 16

до 1,5

2

Бумага, картон

3 – 16

до 8

3

Текстиль

до 40

не опред.

4

Пластики (первичная переработка)

17 – 40

до 2

5

Топливо из ТБО (RDF)

18 – 20

10 – 22

6

Резина/шины

приблизительно 26

7

7

Промышленный шлам

8 – 14

до 30

8

Костная мука и жиры животных

14 – 18, 27 – 32

не опред.

9

Мука туши животного

14 – 21,5

не опред.

10

Сельскохозяйственные отходы

12 – 16

до 10

11

Растворители, масла, отходы ЛКМ и др.

20 – 36

не опред.

12

Шлам сточных вод (влажность > 10 %)

3 – 8

до 40

13

Шлам сточных вод (влажность < 10 % до 0)

8 – 13

до 40

      Во многих странах (в ЕС, США и многих странах мира) в критериях разрешений установлены предельные значения для веществ в отходах, используемых в качестве альтернативного топлива.

      Для информации ниже (таблицы 4.19 и 4.20) приведен пример для австрийских цементных заводов максимальных (предельных) значений, а также средних и 80-й процентиль [72, 73].

4.9.3.2. Твердые отходы, которые могут быть использованы в качестве топлива

      Не каждые способные к горению отходы пригодны в качестве топлива при получении клинкера.

      Твердые отходы могут быть однородными или неоднородными смесями разнообразных компонентов, такие как:

      частицы с разной способностью к горению, например, бумага, картон, пластмасса, резина, обломки (остатки обработки) дерева;

      смеси с различным количеством инертных материалов, содержащих органические фракции, например, песок, камень, керамика, железистые и нежелезистые металлы, органические влажные материалы;

      вредные, например, шины, смолы, пропитанные древесные отходы или неопасные материалы.

      Таблица .. Примеры разрешительных критериев (максимальные значения) для веществ в отходах (альтернативные виды топлива) на цементных заводах Австрии по [72]

№ п/п

Параметры

Отработанное топливо, кроме шлама сточных вод (теплотворная способность = 25 МДж / кг)

Бумага и шлам сточных вод

Отработанное смазочное масло, растворители, лакокрасочные отходы

Пластик, фракции с высокой теплотворной способностью

Отработанное дерево

Использованные шины

Бумага

Каучук

Стерилизованная мясная кашица, костная мука

Максимальные значения (мг/кг сухого вещества)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

As

15

5 - 10

10 - 20

15

15

-

0.5

36

0.3

2

Sb

200

20

10 - 100

20 - 30
(800(1))

20

-

0.5

8.4

1

3

Pb

150

100 - 500

250 - 800

500

300 - 800

-

500

33.8

2

4

Cd

5

3 - 5

1 - 20

25 - 27

10 - 15

-

5

8

0.1

5

Cr

150

100 - 500

50 - 300

300

70

-

300

97

5

6

Co

50

50 - 60

3 - 25

20 - 100

14

-

60

128

1

7

Cu

700

650 - 600

500

500

100 - 400

-

600

748

15

8

Mn

500

700

70 - 100


150

-

300

4250

30

9

Ni

100

60

40 - 100

200

100

-

80

200

1.5

10

Hg

0.5

2 - 3

1 - 2

0.86 - 2

1

-

0.6

0.4

0.2

11

Tl

3

3

1 - 5

3 - 10

2

-

5

1

0.6

12

V

100

100

10 - 100

70

60

-

15

40

1

13

Zn

-

1000 - 2000

300 - 3000

-

1000

20000

2000

11400

150

14

Sn

50

10 - 50

-

70

-

-

10

20

1.5

15

Cl

1 wt-% (2)

0.8 wt-%

1 wt-%

2 wt-%

0.5 wt-%

-

-

-

-

16

S

3 wt-%

-

-

-

-

-

-

-

-

      Таблица 4.20. Примеры критериев разрешений (средние значения и 80 -й процентиль) для веществ в отходах (альтернативные виды топлива) на цементных заводах Австрии по [71]

№ п/п

Параметры

Бумага и шлам сточных вод

Отработанное смазочное масло, растворители, лакокрасочные отходы

Пластик, фракции с высокой теплотворной способностью

Отработанное дерево


Использованные шины

Бумага

Каучук

Стерилизованная мясная кашица, костная мука


средние значения и 80 -й процентиль (мг/кг сухого вещества)

средние значения

средние значения

средние значения

80 -й процентиль


80 -й процентиль

средние значения

средние значения

80 -й процентиль

1

2

3

4

5

6


7

8

9

10

1

As

3.78

12

6

10


10

0.46

16.4

0.2

2

Sb

4.97

67

6

20


20

0.37

5.72

0.6

3

Pb

25.5

59

180

150


150

31.85

28

1.5

4

Cd

1.02

0.5

0.6

15


5

0.63

3.9

0.05

5

Cr

28

8

30