Formarea și Reducerea Noxelor Gazoase în Industria de Clincherizare

Studiul de literatură

Formarea şi reducerea noxelor gazoase în industria de clincherizare

Abstract

The more emphasized tendency to use alternative fuels along with the traditional ones in clinkering plants, raises a series of problems regarding technological, thermo technical, economical and environmental issues. Whereas technological and economical aspects are mostly established, from the thermo technical and environmental point of view, not all changes the occur in a clinkering plant when one fuel is replaced by another one have been studied yet.

In present work, it is emphasized the way that certain thermo technical parameters influence the flow of the hot gases exhausted into the atmosphere.

Capitolul 1. Metode de clincherizare

Problema economisirii combustibililor fosili s-a pus pentru prima dată cu pregnanţă la nivelul anilor 1970, în legătură cu criza petrolului. Aproximativ două decenii mai târziu, s-a evidenţiat tot mai hotărât rolul negativ al unor componente din gazele de ardere provenite din orice proces de combustie:

CO2, care amplifică aşa numitul efect de seră”;

unii oxizi de tip NOx, SOx, CO.

Arderea clincherului este cea mai importantă parte a procesului în ceea ce priveşte protecţia mediului – energia utilizată şi emisiile în aer. Emisiile cele mai importante sunt reprezentate de oxizii de azot, dioxidul de sulf şi oxizii de carbon. În timp ce reducerea de dioxid de sulf este specifică instalaţiei, reducerea oxizilor de azot este un aspect relativ nou pentru industria de clincherizare.

1.1. Prezentarea comparativă a procedeelor de fabricare în industria de clincherizare

Prepararea amestecului brut se poate realiza fie în prezenţa apei, fie pe cale uscată. În funcţie de modalitatea aleasă, se disting două procedee principale de fabricaţie a cimentului: procedeul umed şi procedeul uscat.

În cazul procedeului umed, amestecul brut se obţine sub forma unei paste pompabile cu un conţinut de 30-45% apă, pe când în cazul procedeului uscat, amestecul brut se prepară sub formă de pulbere fină. Procedeele derivate semi-uscat şi semiumed presupun fie o umezire urmată de granulare a materialului pulverulent, fie îndepărtarea unei parţi din apă prin filtrare urmată de nodulizare.

Procedeul uscat implică un consum mai mic de energie calorică comparativ cu procedeul umed.

1.2. Principalele etape ale procesului de fabricare a cimentului

1.3. Tipuri de instalaţii de ardere

În prezent, arderea clincherului se face practic exclusiv în cuptoare rotative scurte, echipate cu sisteme de preîncălzire a materialului în suspensie de gaz şi de regulă şi cu precalcinatoare.

La arderea clincherului, făina sau pasta din procedeul umed este alimentată în sistemul cuptorului rotativ unde este uscată, preîncălzită, calcinată şi sinterizată pentru a produce clincher de ciment. Clincherul este răcit cu aer şi apoi este depozitat.

În procesul de ardere al clincherului este esenţială menţinerea temperaturii încărcăturii cuptorului între 1400 şi 1500 oC şi a temperaturii gazului de circa 2000 oC. De asemenea clincherul trebuie să fie ars în condiţii oxidante. De aceea este necesar un adaos de aer în zona de sinterizare a cuptorului de clincher pentru ciment.

1.3. Tipuri de instalaţii de ardere

1 – tambur

2 – grup de sprijin

3 – grup de acţionare

4 – sistem de etanşare

5 – camera de capăt

1.3. Tipuri de instalaţii de ardere

1.4. Răcirea clincherului

Prin răcirea clincherului are loc un proces de solidificare, cu cristalizarea mineralelor din topitura de clincher, aceasta solidificându-se la temperatura eutecticului cuatrenar – 1338 oC.

De la aceste temperaturi, se practică răcirea rapidă a clincherului, în răcitoare, care după caracteristicile constructive pot fi:

răcitoare de tip tambur rotativ;

răcitoare planetare;

răcitoare tip grătar

În toate cazurile, aerul de răcire este folosit ca aer de combustie secundar, ceea ce îmbunătăţeşte randamentul termic al instalaţiei de ardere.

1.4. Răcirea clincherului

Capitolul 2. Formarea fiecărei noxe

În toate sistemele de cuptoare, gazele exhaustate trec în final printr-un dispozitiv de control al poluării aerului (electrofiltru sau filtru cu saci) pentru separarea prafului înainte de evacuare la coşul principal.

Directiva IPPC cuprinde o listă generală a principalelor substanţe poluante ale aerului ce trebuiesc luate în considerare pentru stabilirea valorilor limită ale emisiilor. Referitor la industria de clincherizare prezintă importanţă:

oxizii de azot (NOx) şi alţi compuşi ai azotului;

dioxidul de sulf (SO2) şi alţi compuşi ai sulfului;

oxizii de carbon (CO şi CO2).

2. 1. Oxizii de azot

Emisia de NOx variază în funcţie de proces, tabelul 2.2. arată rezultatele măsurătorilor emisiei realizate în Republica Federală Germania de către Institutul de Cercetare din industria de clincherizare.

Tabel nr.2.1. Emisia de NOx în funcţie de procesul folosit industria de clincherizare

2. 2. Dioxidul de sulf şi oxizii de carbon

Emisiile de SO2 din instalaţiile de clincherizare sunt determinate în principal de conţinutul de sulf volatil din materiile prime. Cuptoarele care folosesc materii prime cu conţinut scăzut sau fără sulf volatil au mici probleme cu emisiile de SO2.

Atunci când sunt folosite materiile prime ce conţin sulf organic sau pirită (FeS) emisiile de SO2 pot fi ridicate. Principalul component al SOx este SO2 (99 %) pe lângă acesta rezultând şi SO3 şi în condiţii reducătoare H2S.

Prin măcinarea cimentului cu adaosuri minerale, emisia de CO2 raportată la tona de ciment se reduce. Aproximativ 60 % din emisia de oxizi de carbon provine din procesul de calcinare şi restul de 40 % din arderea combustibilului.

Emisiile de CO2 rezultate din arderea combustibilului sunt direct proporţionale cu consumul specific de căldură, cu conţinutul de carbon şi puterea calorică a combustibilului.

Capitolul 3. Modalităţi de micşorare a noxelor

Cele mai bune tehnici disponibile în industria de clincherizare includ următoarele măsuri generale primare:

Operare lină şi stabilă a cuptorului, funcţionând aproape de parametrii prestabiliţi ai procesului este benefică pentru toate emisiile din cuptor precum şi pentru folosirea energiei. Aceasta poate fi obţinută prin:

Minimizarea consumului de energie termică prin măsuri de

Minimizarea consumului de energie electrică prin

Selectarea şi controlul atent al substanţelor ce intră în cuptor şi pot reduce emisiile

Selectarea materiilor prime şi a combustibililor cu conţinut scăzut de sulf, azot, cloruri, metale şi compuşi organici volatili.

3. 1. Oxizii de azot

Unele sisteme moderne optimizate de cuptoare cu schimbător în suspensie şi sisteme cu schimbător în suspensie-precalcinare ating niveluri de emisie de NOx mai mici de 500 mg/m3 fie numai prin măsuri primare sau comprimate cu arderea în trepte.

Tabel nr. 3.1. Imagine de ansamblu a tehnicilor pentru emisiilor de NOx