Spoluspalování produktů MBÚ při výrobě cementu

Názory odborné veřejnosti na výhodnost systému mechanicko-biologické úpravy (MBÚ) v podmínkách ČR a využití vytříděné vysokoenergetické frakce jsou nejednotné. Zastánci systému MBÚ hovoří především o ekologickém využití komunálního odpadu a omezení skládkování, zatímco příznivci přímého energetického využití poukazují na problémy spojené s odbytem produktů MBÚ a celkovou neekonomičnost provozu.

V první polovině letošního roku byla na základě požadavku MŽP zpracována Výzkumným ústavem maltovin Praha, s. r. o., studie s cílem identifikovat a specifikovat možnosti spoluspalování vysokoenergetické frakce (VEF) z mechanicko-biologické úpravy, popř. dalších odpadů v českém cementářském průmyslu s ohledem na technická, environmentální a ekonomická hlediska.

Výhoda použití alternativních paliv z odpadů spočívá zejména v bezodpadové destrukci organických látek a v intenzivním a vysoce účinném zachycení těžkých kovů a kyselých škodlivin, které mohou být v palivu obsaženy. Některé z alternativních odpadových paliv a materiálů představují pouze zdroj energie, byť i třeba velmi vydatný (např. směsi odpadního papíru a plastů mají výhřevnost jako kvalitní černé uhlí), jiné jsou díky svému nespalitelnému podílu významnou součástí surovinové směsi pro výpal cementářského slínku (např. zdrojem oxidu železitého). Celý pecní systém, sestávající z disperzních výměníků tepla, předkalcinátoru, rotační pece, chladiče slínku, stabilizátoru a elektrostatického odlučovače prachu, představuje dokonalý systém pro zachycení a bezodpadové zneškodnění škodlivin vznikajících při spalovacím procesu.

Alternativní palivo na bázi tuhých odpadů může být spoluspalováno v hlavním vícepalivovém hořáku rotační pece společně se základním palivem nebo samostatně v pomocném hořáku. Jeho množství, vyjádřené procentem tepelného příkonu pece, je limitováno jednak legislativními podmínkami, jednak mechanicko-chemickými vlastnostmi paliva.

JINÁ, PŘÍSNĚJŠÍ LEGISLATIVA

Cementárny dávaly přednost spoluspalování výrobků, deklarovaných jako palivo (ve smyslu zákona o technických požadavcích na výrobky č. 22/1997 Sb., v platném znění), před spalováním proměnlivého množství různých nehomogenních odpadů. Důvodem byla stabilita vlastního procesu výpalu slínku a dodržení jeho kvality. U paliv jsou stanoveny konkrétní technické požadavky na jejich kvalitu a vlastnosti – výhřevnost, granulometrie, obsah vlhkosti, obsah hořlavé složky, meze obsahu některých znečišťujících látek, obsah a chemické složení popela, sklon k samovznícení a u práškových materiálů meze výbušnosti, pravidelnost dodávek a perspektiva trvalé nabídky daného paliva.

V případě spoluspalování vytříděné vysokoenergetické frakce (VEF) se bude jednat o spoluspalování palivové hmoty, vzniklé vytříděním z odpadu. Spoluspalování tedy nebude podléhat legislativě vztahující se na provoz zdrojů (nařízení vlády č. 615/2006 Sb.), ale legislativě pro spalování odpadů (nařízení vlády č. 354/2002 Sb.). To s sebou přináší, kromě zpřísněných emisních limitů, navíc povinnost kontinuálně měřit další znečišťující látky (Cl, F, TOC) a dodržovat další podmínky (nařízení vlády č. 354/2002 Sb.- Podmínky pro spoluspalování odpadů v cementářských pecích).

Nutným předpokladem je samozřejmě platné povolení ke spoluspalování odpadu. Dále je nutné vybudovat a provozovat systém nakládání s odpady podle zákona č. 185/2002 Sb.

PROVOZNÍ HLEDISKO

Z hlediska provozního je pak třeba formulovat požadované vlastnosti na VEF z MBÚ při vstupu do hořáku. Jsou to např. maximální velikost zrna pro vstup do hořáku, způsob jeho dávkování a jeho předcházející zpracování. Nutné je také stanovení procenta náhrady energie ze základního paliva a požadavku na stupeň sycení a moduly surovinové směsi, výpočet procentuálního obsahu jednotlivých jejích složek. S použitím VEF se rovněž mění způsob a četnost provozní kontroly, chemického složení popela a složek surovinové směsi, připravené suroviny i hotového slínku.České a moravské cementárny tuhý komunální odpad (KO) ani jeho složky dosud téměř nevyužívaly. Důvodem byl relativní dostatek odpadu z průmyslových výrob o rovnoměrnější kvalitě energetické i materiálové a také nejasný původu nabízené vytříděné frakce.

Za hlavní technologické ukazatele pro ekonomické posuzování jsou považovány výhřevnost a obsah chlóru. Z ekonomického hlediska lze za přínosné pro cementářské provozy považovat palivo se standardní výhřevností nad 17 MJ/kg. Nižší výhřevnost má za důsledek nižší stupeň náhrady standardního paliva bez kladného ekonomického efektu. Energeticky méně hodnotnou VEF z MBÚ lze zhodnocovat např. vyšším doplňkovým obsahem plastů s nízkým obsahem chlóru. Před vlastní realizací zařízení pro MBÚ v ČR by bylo nutno ověřit vlastnosti experimentálního paliva z regionálních zdrojů se spalovací zkouškou v uvažovaném zařízení, včetně podrobné ekonomické analýzy.

SPALOVACÍ ZKOUŠKY

Řešením provozní situace pro spoluspalování VEF je výroba přesně definované směsi odpadů speciálně pro cementárny. Směs musí vykazovat rozmezí vlhkosti, výhřevnosti (doplnění jinými materiály) a kvalitativní parametry a udržovat obsah látek, nepříznivě ovlivňujících kvalitu slínku, v dohodnutých koncentračních mezích (tab. 1).

Z hlediska vlivu spoluspalování VEF z MBÚ komunálního odpadu na kvalitu ovzduší nevzniká u cementářské rotační pece žádné nebezpečí. V režimu spoluspalování odpadu (v kterém by využívání této frakce nepochybně probíhalo) je legislativou vymezeno ke sledování mnohem více znečišťujících látek, než u provozu pouze se základním palivem, a emisní limity jsou přísnější. Proto ke zhoršení kvality ovzduší vlivem spalování VEF z MBU nemůže v praxi dojít.

Z hlediska odpadového je spoluspalování VEF z MBÚ komunálního odpadu bezodpadovou technologií, protože veškeré tuhé zbytky spalovacího procesu (popeloviny) jsou pevně zabudovány do struktury slínkové hmoty, odkud se již žádným mechanismem nemohou uvolnit do životního prostředí.

Výraznou pomocí v úsilí o využívání vedlejších energetických produktů z mechanicko-biologické úpravy komunálního odpadu, ale i dalších spalitelných odpadů, by bylo jednotné legislativní zařazení odpadů jako paliv s CO2 neutrálním účinkem, obdobně jako je tomu u biomasy. Pokud by stejný materiál skončil ve spalovně či na skládce komunálního odpadu, povolenky na emise skleníkových plynů není nutno nakupovat.

Když ale cementárna bude spoluspalovat VEF z MBÚ komunáního odpadu, nebude emitovat podíl emisí skleníkových plynů ze základního fosilního paliva odpovídající ekvivalentní energetické náhradě. Úspora skleníkových plynů společně s materiálovým využitím by byla největším environmentálním příspěvkem k nastavení vhodného systému využití MBÚ.

Petr Schlattauer
Ing. Jan Gemrich
Ing. Jiří Jungmann
Výzkumný ústav maltovin Praha, s. r. o.

 

Manipulace s alternativním palivem v cementárně

 

Dopravní cesta pro alternativní palivo do cementářské pece

 

Současná paliva v cementárnách

Výroba slínku v cementářské rotační peci je ze své podstaty bezodpadovou technologií. Podmínky spalování v cementářských pecích jsou takové, že je možno spoluspalovat odpady a alternativní paliva v širokém rozsahu složení, původu a vlastností bez rizika pro životní prostředí. Teplota v plameni dosahuje 2100 0C a délka plamene až 15 m. Doba zdržení hořícího paliva v plameni je při běžných rychlostech proudění plynů v rotační peci asi 2-5 sekund při teplotě proudící vzdušiny nad 1200 0C podle velikosti zařízení. Proces je dále charakterizovaný vysokou filtrační schopností souproudně a protiproudně se pohybujících částic, obsahujících kromě CaCO3 i volné CaO. Tyto částice díky intenzivnímu styku s kouřovými plyny jsou schopny zachytit ze spalin veškeré kysele reagující složky, jako jsou SO2, Cl, F. Kromě toho hlavně ve stabilizátoru a elektrostatickém odlučovači slouží jako kondenzační jádra, na nichž se účinně zachycují i sloučeniny těkavých kovů, kterými jsou Hg a Tl. Převážná část ostatních kovů se váže do krystalové mřížky slínkových minerálů s účinností více než 95 % tak pevně, že se ani ze zatvrdlého betonu, vyrobeného z takového cementu, neuvolňují a výluhy z betonu splňují požadavky na pitnou vodu. Teplota plamene společně s dobou zdržení paliva v plameni umožňuje také dokonalou destrukci a vyhoření všech organických látek včetně PCB a chlorovaných uhlovodíků. Rychlé zchlazení odpadních plynů ve stabilizátoru a elektroodlučovači pak neumožňuje vznik polychlorovaných dibenzodioxinů a dibenzofuranů de-novo syntézou.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *