Curs 9_coincinerare Si Altele

7/29/2019 Curs 9_coincinerare Si Altele

http://slidepdf.com/reader/full/curs-9coincinerare-si-altele 1/49

V ALORIFICAREA DEŞEURILOR PRIN CO-INCINERARE.

A LTE METODE DE TRATARE A DEŞEURILOR

Managementul deşeurilor prin tratarea acestora



CO-INCINERAREA Iniţiată la începutul deceniului '70

ca unul din răspunsurile la crizapetrolieră, incinerarea deşeurilor încuptoarele de ciment a devenit otehnologie complexă, bazată pe unknow-how profesional, dezvoltat de

specialişti din domeniul industrieicimentului şi al protecţiei mediului.



DEŞEURI COMBUSTIBILE VALORIFICATE IN FABRICILE DE CIMENT

Mase plastice: 1 100 t (1%) Anvelope uzate: 16-300 t (16%)Nămol uscat provenit de la epurarea

apelor uzate: 7600 t (8%)Deşeuri combustibile periculoase: 62100 t

(61 %)

Derivaţi petrolieri: 4 100 t (4%) Rumeguş: 10000 t (10%) Total 101200 t incinerate anual



ALTE DEŞEURI COMBUSTIBILE VALORIFICATE IN FABRICILE DE CIMENT

Reziduuri de vopsele, diluanţi, răşinisintetice;

Uleiuri uzate neregenerabile;Reziduuri de substanţe organice de

tip:

solvenţi, alcooli, hidrocarburi lichide şi solide;



ALTE DEŞEURI COMBUSTIBILE VALORIFICATE IN FABRICILE DE CIMENT

În Germania se valorifică subprodusele de lacocsificarea cărbunilor superiori (gudroane,smoală), soluri contaminate prin amestec cu 70 – 80 % cărbune brun; se obţine astfel un

combustibil sintetic valorificat la calcinator; Tot Germania deţine tradiţia valorificării

anvelopelor uzate în cuptoarele de ciment(procesul a fost adaptat încă din anii 1978-1979,

la nivelul substituirii a 20 – 25 % din necesarulde căldură).



INCINERAREA DEŞEURILOR PERICULOASE ÎN IND. CIMENTULUI

Valorificarea / distrugerea deşeurilor înfabricile de ciment – opţiune viabilă pentrutratarea deşeurilor;

În ţări din Europa de Vest sau în SUA s-aajuns la tratarea a 30 – 40 % din cantitateade deşeuri periculoase în acest mod;

A crescut interesul şi în Australia şi Asia de

Sud – Est; În acest mod se înlocuiesc sute de mii de tonede combustibili fosili convenţionali.



INCINERAREA DEŞEURILOR PERICULOASE ÎN IND. CIMENTULUI

Fabricile de ciment vor distrugedeşeuri, dacă procesul: este ecologic mai avantajos decât

oricare alt mod de distrugere; este in concordanţă cu planificarea

deşeurilor la nivel regional;

nu este in detrimentul altei forme degestionare, considerată ecologicsuperioară.



F ABRICĂ DE CIMENT CARE UTILIZEAZĂ COMBUSTIBILI DE SUBSTITUŢIE DIN DEŞEURI

Utilizează deşeuri,reducândconsumul deresurse naturale;

Reduce emisia deCO2 cu peste 10%;

(CompaniaCEMEX, UK)



STANDARDE PT. VALORIFICAREA DEŞEURILOR PERICULOASE ÎN INDUSTRIA CIMENTULUI

Există seturi de standarde referitoarela procesarea deşeurilor combustibileîn cuptoarele de ciment, corelate cu

impactul asupra mediului;Trebuie reţinut aspectul că

valorificarea / distrugerea deşeurilor

periculoase în cuptoarele de cimentimplică impact pozitiv asupra mediuluiprin distrugerea unor cantităţiînsemnate de deşeuri în mod ecologic.



CIMENTUL

Cimentul este produsul obţinut dupămăcinarea clincherului cu gips (3 - 5 %),cu sau fără adaosuri minerale;

Clincherul de ciment se obţine prinarderea la 14500 C în cuptor a unuiamestec de 80 % calcar şi 20 % argilă;

Amestecul la măcinare poate fi uscat“făină”, semiuscat sau umed “pastă”.



CIMENTUL ŞI UTILIZAREA COMBUSTIBILILOR ALTERNATIVI Consumul de energie pentru procedeul uscat

este de 3200 kJ/kg clincher, respectiv de 5000 – 5800 kJ/kg clincher, pentru procedeul umed.Fixarea metalelor grele în structura

clincherului se realizează în funcţie denatura şi de concentraţia acestora îndeşeul combustibil: Pb, Zn la concentrații de 500 – 600 ppm se

fixează în proporție de 99.9%,gazele acide cu conţ. de HCl, SOx, se fixează

în clincher în prop. de 75 -99%,iar S, la un conţ. max. de 4,5 % se fixează în

proporție de 98%.



CUPTORUL DE CIMENT

Instalaţia de ardere pentru cuptorul careutilizează combustibili alternativi, secompune din:

turnul de preîncălzire al făinii crude (alcătuit din 4 – 5 cicloane etajate); reactorul de decarbonatare (calcinatorul); cuptorul rotativ scurt.

Materia solidă circulă în contracurent cu gazele deardere;

Combustibilul se introduce în arzătorul calcinatoruluişi în arzătorul principal.



CUPTORUL DE CIMENT



Acest procedeu diminuează consumul de căldură,măreşte durata de exploatare a cuptorului şiflexibilitatea acestuia, în raport cu tipulcombustibilului utilizat.

În cuptorul rotativ, odată cu creşterea temperatur ii, semăreşte cantitatea de calce legată chimic, iaramestecul se topeşte parţial la 14500C;

Prin răcire parţială în cuptor şi desăvârşită în răcitor,rezultă clincherul.

Energia mare de activare a compuşilor poluanţi cu

conţinut de Cl, S şi metale grele, rezultaţi dindisociere termică este factorul determinant alinteracţiei acestora cu silicaţii şi aluminaţii dincompoziţia amestecului în curs de sinterizare.



ECHIPAMENTE DE DEPOLUARE PENTRU CUPTORUL DE CIMENT

Electrofiltre eficiente - asigură colectareapulberilor evitarea deşeurilor secundaredeoarece pulberea colectată poate fi

reintrodusă în cuptor sau poate fivalorificată în lucrări rutiere (lastabilizarea pământurilor);

Cuptorul rotativ de obţinere a clincherului

prezintă parametrii funcţionali capabili săpermită distrugerea cvasi-totală acompuşilor cu potenţial poluant pentruatmosferă.



PROFILE DE TEMPERATUR Ă ÎN CUPTORUL DE CIMENT



DISTRUGEREA NOXELOR ÎN CUPTORUL DE CIMENT Regimul termic impus de temperatura de clincherizare de

14500 C, ceea ce necesită o temperatură teoretică a flăcăriide cca. 20000 C;

Transferul de căldură, definit de profilul termic al arderiişi de masă intensificat de: Deplasarea în contracurent gaz – solid; Durata relativ mare de retenţie a gazelor de ardere în cuptor la

temperaturi ridicate (3 – 5 secunde); Lipsa reziduurilor solide (cenuşi); Existenţa unui sistem electrostatic eficient de desprăfuire

a noxelor emise; Flexibilitatea de adaptare tehnologică – concretizată în

anularea efectelor nefavorabile ale combustibililoralternativi asupra calităţii cimentului şi eficienţeiprocesului.



G AZELE DE ARDERE ÎN CUPTORUL DE CIMENT



F ACTORI LIMITATIVI:

Investiţii de capital considerabile; Dificultăţi în circulaţia materialelor în zonele

de preîncălzire şi calcinare (necesită instalarede ventilatoare bypass);

O diminuare a randamentului termic; Influenţa negativă a compuşilor cu Cl şi S

asupra calităţii clincherului; Coroziune accelerată a căptuşelii refractare; Sisteme performante de filtrare pentru

reţinerea emisiilor gazoase (inclusiv epurarecatalitică a gazelor de ardere); Gestionarea deşeurilor de bypass.



LIMITELE MAX (MG/KG) ALE SUBSTANŢELOR POLUANTE DIN DEŞEURILE COMBUSTIBILE VALORIFICABILE ÎN IND. CIMENTULUI

Element / Substanţă Combustibil desubstituţie

Materie primă desubstituţie

Aditivi de măcinare

As 15 20 30Sb 5 1 5

Ba 200 600 1000

Be 5 3 3

Pb 200 50 75

Cd 2 0,8 1

Cr 100 100 200

Co 20 30 100Cu 100 100 200

Ni 100 100 200

Hg 0,5 0,5 0,5

Se 5 1 5

Ag 5 - -

Tl 3 1 2

V 100 200 300Zn 400 400 400

Sn 10 50 30

F (anorg) - - -

Cl (anorg) - - -

Br (anorg) - - -

S - - -

Substanţe organice - Nu sunt prevăz valoristandard Se utiliz proceduri speciale dacae susceptibilă prezenta subst

Subst. f. toxice (PCB, dioxine) - - -



A VANTAJE ECOLOGICE

Gestionarea deşeurilor periculoase prinvalorificarea în cuptorul de ciment este oopţiune considerată prietenoasă pentru mediu,conjugată permanent cu investiţiile

tehnologice de capital şi calitatea cimentului.Directiva europeană privind incinerarea

deşeurilor stipulează că se impune o staţionarede min. 2 secunde la 8500 C pentru ardereacompletă a deşeurilor neclorurate, iar în ind.

cimentului gazele de ardere au temperaturi depeste 12000C timp de 5 – 7 secunde, când toatesubstanţele organice se distrug, prindescompunere în constituenţi netoxici (CO2 ,H2O sub formă de vapori);



A VANTAJE ECOLOGICE Caracteristic pentru cuptorul de ciment

este valoarea ridicată a Factorului deEficienţă a Distrugerii şi Îndepărtării

(DRE) pentru cei mai periculoşi compuşiorganici policloruraţi, benzofurani (PCDF)sau dibenzodioxine (PCDD) – 99,9995 %.

Datorită excesului de CaO (dat. rap. masic

calcar/argilă = 80/20), cuptorul de cimentfuncţionează ca un imens scruber cu gazcare neutralizează Cl2 şi SOx provenite dinmateriile prime.



A VANTAJE ECOLOGICE În cursul arderii materiilor prime, la contactul

cu gazele care conţin pulberi cu metale grele areloc procesul de fixare al acestora în fazele solideale clincherului.

Utilizarea în cuptorul de clincher a deşeurilorcombustibile permite o reciclare completă aenergiei, la un randament maxim.

Substituirea combustibililor fosilineregenerabili este favorabilă diminuăriidezechilibrelor ecologice.



A VANTAJE ECOLOGICE

S-au făcut studii comparative pecimenturi obţinute prin procedeulconvenţional sau prin utilizarea

deşeurilor ca şi combustibil de substituţie,prin teste de levigare;Rezultatele obţinute au situat

concentraţiile de metale grele după testele

de levigare (pentru cimenturile rezultatedin procesul ce utilizează combustibil dindeşeuri), sub limitele admisibile pentrumediul înconjurător;



RECUPERAREA ENERGIEI SI MATERIEI PRIN VALORIFICAREA / DISTRUGEREA DESEURILOR IN CUPTOARELE DE CIMENT



CRITERII DE UTILIZARE A COMBUSTIBILILOR DERIVAŢI DIN DEŞEURI

Compoziţia chimică – respectă reglementăriledin standardele relative la asigurareaprotecţiei mediului;

Puterea calorică – constantă pentru a permitecontrolul temperaturii în cuptor (obiectiv bazatpe omogenitatea combustibilului desubstituţie);

Starea fizică - prin care se asigură alimentareaadecvată a combustibililor alternativi în cuptorsau calcinator, conform parametrilor tehnici ai

acestora.

Etapele procesului de recuperare-reciclare a deşeurilor combustibile



Deşeu industrial

combustibil

Lichid Pasta Solid

- Autorizaţie de utilizare

- Analize fizico – chimice

- Pretratare prin:

Volatilizare,

concentrare,

(centifugare, filtrare)

Filtrare Mărunţire

clasare

- Amestecare – omogenizare (sub control)

- Depozitare (protecţie la foc si explozie)

- Transport la fabrica de ciment (control operaţie)

- Stocare la fabrica de ciment (control protecţie foc şi explozie)

- Arderea (controlul randamentului)

Etapele procesului de recuperare-reciclare a deşeurilor combustibile



INFLUENŢA COMBUSTIBILILOR ALTERNATIVI ASUPRA CALITĂŢII CLINCHERULUI

Puterea calorică este esenţială pt că determinătemperatura de ardere şi influenţează indicii deproducţie şi consum specific de căldură;

Cenuşa rezultată în procesul de ardere, fiind integratăîn clincher necesită limitarea la o proporţie de max.12-15 %, în condiţiile compatibilităţii chimice şimineralogice cu compoziţia modulară a clincherului;

Conţinutul de COV – determină timpul şi viteza deardere; limitat la 18 – 20 %;

Conţinutul de S influenţează microstructuraclincherului, timpul de priză şi rezistenţa cimentului;limitarea la sub 4 % SO3 în amestecul brut fierbinte;

Conţinutul de Cl – modifică comp. clincherului cuefecte negative asupra rezistenţelor mecanice; limitatsub 5 %.



LIMITAREA EMISIILOR ATMOSFERICE

Poluanţi Concentraţia (mg/Nm3)

Pulberi totale 30

HCl 10

HF 1

NOx 0,05

Hg 0,05

Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V

0,5

Dioxine şi furani 0,1 ng/Nm3



IMPLICAŢII TEHNICO - ECONOMICE Evaluarea şi corectarea costurilor investiţiei pe

termen lung; Cointeresarea fabricilor de ciment, prin

asigurarea de avantaje economice şi fiscale care să

ducă la recuperarea rapidă a investiţiilor; Acordul organismelor de mediu; Flexibilitate tehnologiei de recuperare a unor

resurse locale şi a unor deşeuri combustibile; Disponibilitatea locală a unor deşeuri combustibile

susceptibile de a fi recuperate pe bazacompatibilităţii lor cu procesul tehnologic defabricare a cimentului.



IMPLICAŢII ECOLOGICE

Gradul de purificare chimică a gazelor de ardere estemai important în echipamentele de depoluare aleincineratoarelor ecologice (filtre absorbante,scrubere de spălare a gazelor etc.)

Cuptorul de ciment funcţionează la temperatur i mai

ridicare decât cele considerate economice înincineratorul de deşeuri, motiv pentru care dotareacu echipamente de depoluare nu este necesară decâtîn cazul utilizării unor combustibili cu caracteristicitoxice extrem de agresive.

Cuptorul de clincher distruge, prin regimul termic,compuşi toxici periculoşi cum sunt:

PCB (policlorbifenili), TCB (triclorbenzen),PCDF (policlordibenzofuran),

PCDD (policlordibenzodioxina).



IMPACTUL ASUPRA MEDIULUI

Emisiile gazoase au o compoziţie determinată în modhotărâtor de: fluxul tehnologic, compoziţia materiilor prime, procesarea clincherului şi

eficacitatea sistemului de electrofiltre; Concentraţia metalelor grele rezultată la emisie este sublimitele admise;

Emisiile de dioxine şi furani – acestea sunt distruse deacţiunea catalitică a metalelor grele şi performanţa

procesului (temperaturi ridicate); Ecobilanţul emisiilor de CO2: emisiile de CO2 sediminuează prin valorificarea deşeurilor în cuptoarele deciment (relevante la arderea deşeurilor din materialeplastice);



IMPACTUL ASUPRA MEDIULUI

Reziduuri solide inexistente; Se valorifică atât conţinutul de energie, cât şi

cenuşa prin înglobarea ei în clincher. Toate elementele toxice periculoase trec din

deşeu, via ciment în beton; S-a stabilit că din betonul astfel obţinut, metalele

grele nu sunt susceptibile să migreze în mediu; Clincherul are capacitatea de a bloca fizico-

chimic metalele grele, deci migrarea lor în mediu; Impactul asupra celorlalţi factori de mediu (apa,

sol, subsol, biodiversitate) este neglijabil. Economia de energie este mare (se pot economisi

sute de mii de tone de combustibili fosili);



ALTE METODE DE TRATARE A DEŞEURILOR

Piroliza produşii formaţi şi utilizarea lor Gazeificarea utilizarea gazelor produse

Compostarea deşeurilor Digestia anaerobă



PRINCIPALELE DIFERENŢE DINTRE PIROLIZĂ, GAZEIFICARE ŞI INCINERARE



PIROLIZA Piroliza este degratarea termică a deşeurilor organice în

absenţa oxigenului pentru a produce unii produşi utiliîncarbonificaţi, ulei şi gaze combustibile. Cantitatea de produşi utili rezultată depinde de

condiţiile de proces, în special de temperatură şi rata de

încălzire. Procesul de piroliză se desfăşoară în absenţa oxigenului,

(deșeurile sunt descompuse într-un reactor pe parcursulcâtorva ore)

Piroliza “rupe” catenele lungi ale moleculelor organice(celuloză, lignină, cauciuc, diverşi polimeri ai plasticului,producând molecule cu catene scurte ce formează uleiuri,cărbune, gaze caracteristice.



Piroliza utilizează temperaturi relativ scăzute 400 -800 grade C

Uleiurile derivate au compoziţii complexe şi variateputând fi utilizate ca furnizori de chimicale. Au odensitate energetică mare, adică un conţinut deenergie mult mai ridicat per unitatea de greutate,decât a deşeurilor.

Produsul solid încarbonificat rezultat este utilizatca şi combustibil solid sau ca şi cărbune negru saucărbune activ.

Gazele rezultate au conţinut caloric mediu spre

ridicat, având o energie suficientă pentru a furnizaenergia necesară cerută de uzina de piroliză.(Bridgwater and Bridge 1991).



COMPARAȚIE PIROLIZĂ - INCINERARE Volumul deșeurilor se reduce la cca. 40 %, față de

incinerare, unde se reduce 10-30 %; Proporția gayelor de piroliză este de 10-20 % din

cantitatea gazelor rezultate de la incinerare (importantpentru epurarea gazelor);

Din capacitatea energetică a deșeurilor cca. 2/3 estefolosită pentru funcționarea instalațiilor, restul de 1/3fiind disponibilă pentru utilizări ulterioare;

Piroliza are avantajul că produsele obținute pot fi

stocate (deși combustibilii gazoți au limite deînmagazinare).

Randamanetul global al procedeului trebuie sădetermine sistemul cu cele mai mari avantaje, ținând

cont și de construcția instalațiilor.



GAZEIFICAREA Principiul de bază: obținerea din deșeu a unui material

combustibil brichetat utilizat ulterior într-un gazogen pentruproducerea de combustibil gazos, ce poate fi utilizat, apoi,într-un motor termic ce va acționa un generator electric.

Caracteristicile brichetelor obținute: Nu au miros; Nu conțin și nu elimină umiditate sau efluenți lichizi; Nu fermentează, deci nu emit biogaz; Nu sunt biodegradabile; Nu sutn atractive ca grană pentru animale; Reprezintă un combustibil neconvențional de bună calitate.

Puterea calorică a materailului brichetat estimată la cca.3200 kcal/kg (egală cu puterea calorică a brichetelor derumeguș, fără adaos de liant).



GAZEIFICAREA

Caracteristicile necesare pentru instalația de gazeificare: Cantitate de deșeu tratat: 65000 tone/an; Perioadă normală de funcționare: 310 – 330 zile /an; Regim de lucru non-stop între opririle de întreținere (aprox.

3/an). Prelucrarea anterioară a deșeului:

stocare; mărunțire; deferizare uscare (până la cca. 12 %, de la cca. 42 % inițial) agentul de uscare este un amestec de aer cu gaze de ardere

din motor , cu temperatură de 250 – 300 0C;



INSTALAȚIA DE GAZOGEN

Brichetarea se realizează prin compactarea deșeuluifără adaos de liant;

Instalația de gazogen produce gaze combustibile pebaza unui combustibil solid bogat în carbon, respectiv

pe baza brichetelor de deșeu menajer. Procesul de gazeificare se desfășoară într-un reactor cu

pat fix și grătar conic rotativ. Agentul de gazeificare este cosntituit din aer și abur,

obținându-se un gaz mixt.



Pentru gazeificare se asigură o cantitate limitată de

oxigen, a.î. să nu aibă loc combustia completă; seproduce CO şi H2.

Oxigenul pentru gazeificare este alimentat sub formăde aer, vapori sau oxigen pur.

În procesul de gazeificare oxigenul reacţionează latemperatura ridicată cu carbonul disponibil dindeşeuri pentru a produce gaze de reacţie, cenuşă şigudron.

Combustia parţială produce căldură şi reacţiaexotermă produce un gaz combustibil cu valoarecalorifică medie.

Temperatura de operare este de 800 – 1100°C cu aergazeificat şi1000 – 1400 °C cu oxigenul.



Valoarea calorică a gazelor produse este mai mică pentrugazeificarea cu aer de cca. 4 – 6MJ/m3, şi medie, de cca.10 – 15 MJ/m3 for pentru gazeificarea cu oxigen.

(Bridgwater and Evans 1993). Utilizarea produselor gazoase se face, adesea, direct prin

combustie într-un cazan de tip boiler sau tip cuptor.Energia sub formă de căldură este utilizată pentru

căldura de proces sau pentru producerea aburului pentrugenerarea de electricitate. Caracteristicile sistemului de gazeificare, compoziţia

deşeurilor şi condiţiile operaţionale pot să genereze o

creştere a cantităţii de gudroane, gaze hidrocarbonatice şicărbunoase; acestea sunt produse ale gazeificăriiincomplete a deşeurilor.



PRINCIPALELE REACȚII DE GAZEIFICARE

2 C + 2O2 → 2CO2 2 C + O2 → 2CO 2CO2 + 2C 4 CO

C + H2O → CO + H2

C + 2H2O → CO2 + 2H2

Sau echivalent funcție de temperatură: CO + H2O CO2 + H2 ± 11 000 kcal

De asemenea: C + 2 H2 → CH4

CO + 3 H2 → CH4 + H2O



PRINCIPALELE REACȚII DE GAZEIFICARE

Unele reacții sunt exoterme, altele endoterme, însă,global, în procesul corect de formare a gazului mixt,mecanismul de producere este:

C + O → CO + 29280 kcal C + H2O → CO + H2 – 28120 kcal

Se observă că există procesul este ușor exoterm,așadar, în condițiile unei eficiente izolări termice,procesul este autoîntreținut, nefiind necesar aportexterior de căldură.

Volumul teoretic de aer este 0.826 m3 de gaz mixt, iar



Volumul teoretic de aer este 0.826 m de gaz mixt, iarraportul abur / aer este de 0,2 kg abur / m3 aer.

Schema de lucru pentru 1 m3 de gaz mixt: 0.826 m3 de aer; 0.165 kg de abur;

Gazul produs va avea următoarea compoziție: H2 17 – 21%

CO 23- 27 % CO2 5-10 % N2 45 – 50 % H2S 0.1 – 0.2 %

CH4 0.5 – 0.8 % Alte hidrocarburi 0.2 – 0.5 %

Gazul este eliminat la o temperatură medie de 300 – 4000C, la o presiune de 300-500 mm CA și are puterea calorică

inferioară de cca. 1350 kcal/N m3

.



Schema dezonare șiregimul de

temperaturi agazogenului



SISTEMUL DE COGENERARE Este alcătuit dintr-un motor termic cu ardere internă ce

funcționează cu combustibil gazos de tip gazogen, cuplatdirect la un generator electric trifazat. Gazele de ardere fierbinți, rezultate de la eșapamanentul

motorului sunt introduse într-un cazan de abur de tip

recuperator și apoi în sistemul de uscare al deșeurilor cutambur rotativ.

Caracteristici principale ale sistemului de cogenerare: Putere mecanică utilă 2600 kW;

Putere termică primară maximă 8700 kW Putere calorică a combustibilului 1340 kcal/Nm3

Consum de combustibil gazos 4600 Nm3/h Putere electrică furnizată 2500 kW Eficiență de producere a energiei electrice 34%.



Exemplu de

diagramăfuncțională pentruun generatoralimentat de un

gazogen cubrichete din deșeude capacitate65000 tone/an;generate de cca.200000 locuitori

Curs 9_coincinerare Si Altele

Documents

Transcript of Curs 9_coincinerare Si Altele