Odpadní kaly, které jsou dlouhodobě skladovány v lagunách poblíž rafinerií, jsou obtížné nejen zápachem, ale i možností kontaminace do okolí.Tyto staré ekologické zátěže se kromě svých nepříjemných vlastností vyznačují jedním pozitivem: jsou nositeli tepelného obsahu, kterého je možno po určité...
Odpadní kaly, které jsou dlouhodobě skladovány v lagunách poblíž rafinerií, jsou obtížné nejen zápachem, ale i možností kontaminace do okolí.
Tyto staré ekologické zátěže se kromě svých nepříjemných vlastností vyznačují jedním pozitivem: jsou nositeli tepelného obsahu, kterého je možno po určité úpravě v některých oborech využít jako náhrady technologického paliva.
Ideální podmínky
Lze říci, že téměř ideální podmínky pro spalování alternativních paliv vyrobených z rafinérních kalů mají cementářské pece nejen díky vysoké tepelné spotřebě a energetické kapacitě, ale i svými tepelně-technickými a chemicko-technologickými parametry.
Technologie výroby cementu patří k vysokoteplotním technologiím, neboť slínkové minerály, které jsou podstatou cementářského slinku, vznikají za teplot nad 1450 °C. To znamená, že teplota spalin musí být vzhledem k nutnému přestupu tepla o 300-500 °C vyšší, než je teplota materiálu, a tedy teplota plamene je 1800-2000 °C. Tak vysokých teplot se dosahuje díky předehřevu spalovacího vzduchu a exotermním reakcím, které probíhají v žárovém pásmu rotační pece a jejichž podstatou je tvorba slínkových minerálů.
V průběhu těchto reakcí, při nichž dochází k uvolňování tepla, se vypalovaný materiál dostává do stadia taveniny, ze které rekrystalují nové minerály, které jsou nositelem hydraulických vlastností cementu. V krystalické mřížce těchto nových minerálů je při tomto fyzikálním procesu velmi pevně zabudována většina těžkých kovů, obsažených ve všech materiálech, vstupujících v průběhu výpalu do technologického systému. Jedná se o surovinovou směs, technologické palivo a případně i palivo alternativní, připravené na bázi spalitelných odpadů. Přednost technologie výpalu cementářského slínku není tedy jen ve vysokých teplotách, ale také ve vysoké schopnosti vázat škodliviny (S, Cl, alkálie) a těžké kovy, obsažené v nespalitelné části paliva. To se týká všech těžkých kovů s výjimkou kovů lehce prchavých, jako je rtuť, kadmium a thalium.
Klasickým technologickým palivem v cementárnách je uhlí, může se spalovat i těžký topný olej, petrokoks a zemní plyn. Jako alternativní paliva je možno spalovat paliva kapalná i tuhá o širokém spektru složení, jejichž limitní parametry budou vždy určeny nejen jejich složením, tepelně-technickými a mechanickými vlastnostmi, ale i systémem výpalu slinku, do kterého mají být dávkovány.
Z výše uvedeného je zřejmé, že cementářská pecní linka je zařízení vhodné pro materiálovou i tepelnou recyklaci spalitelných látek, avšak za podmínek, které neovlivní ani kvalitu výrobku, ani podmínky ekologické. Vzhledem k různým vlastnostem kalů a různým systémům výpalu je tedy nutné každou aplikaci přizpůsobit na základě pečlivé analýzy vstupních podmínek daného případu.
Požadavek na využití tepelných vlastností relativně výhřevných kalů z rafinerií v cementářském průmyslu je tedy logický a přátelský k životnímu prostředí, neboť úspora technologického paliva se projeví i celkově nižšími emisemi oxidu uhličitého než při účelovém spalování těchto zátěží ve spalovacích zařízeních. Využitím zátěží se také odstraní možnost dalších kontaminací okolí.
Stará zátěž v Larnace
Naše společnost byla v roce 1999 oslovena kyperskou státní rafinerií s požadavkem na likvidaci staré zátěže v jejím areálu v Larnace. Jednalo se o lagunu o objemu kolem 3000 m3 naplněnou pastovitými kaly, silně kontaminovanými hrubými nečistotami (kameny, kusy plechu, folie atd.). Po neúspěchu některých západoevropských firem s likvidací jsme se soustředili na využití kalu, nikoliv pouze na jeho prosté odstranění.
Po posouzení jeho vlastností jsme vstoupili do jednání s kyperskou cementárnou, jejíž lokalita je vzdálena od rafinerie cca 60 km. S cementárnou jsme diskutovali možnost využití tepelného obsahu kalů v jedné z jejich pecních linek na výrobu slínku. V té době se jednalo o první aplikaci náhrady technologického paliva v této cementárně.
Celkové množství kalu bylo odhadnuto na dva až tři tisíce tun. Vzhledem ke skutečnosti, že další přísun odpadních kalů nebyl k dispozici díky modernizaci výroby v rafinerii, navrhli jsme cementárně, že podstatná část instalovaného zařízení může v budoucnu sloužit jako dávkovací zařízení i pro jiné odpady. Naše spolupráce spočívala v dodávce know-how, projektu a dodávky zařízení. Instalaci prováděla kyperská strana.
Kyperská cementárna pracuje polosuchým způsobem s předehřevem sbalkovaných granulí na Lepolově roštu. Po sérii laboratorních testů byla nalezena technologie úpravy kalů, jejímž výsledkem byl produkt, který byl vhodný pro dávkování do pecní linky z hlediska mechanického a současně neovlivňoval provoz pece z chemicko-technologického hlediska. Na druhé straně vlastní tepelný obsah efekt produktu vedl k úspoře technologického paliva.
Technologie úpravy spočívala ve ztekucení původně pastovitého kalu jeho nahřátím, dále v odstranění hrubých nečistot a jeho smícháním s podsítným propadem z Lepolova roštu v předem stanoveném poměru. Podsítné z Lepolu umožnilo vytvořit sypkou směs vhodnou pro dávkování do skluzu do rotační pece. Současně je tento materiál z hlediska chemického pecní lince vlastní, a neovlivní tedy technologii výpalu slínku. Obsah výhřevných kalů v produktu umožnil snížení množství dávkovaného technologického paliva (petrokoksu) do hlavního hořáku rotační pece.
Celkovou technologii využití rafinerních kalů v kyperské cementárně probíhala ve dvou krocích. Prvním byla doprava kalů do cementárny a jejich úprava na vhodné alternativní palivo, druhým doprava a dávkování alternativního paliva do vstupního místa pecní linky.
Odpadní kal z rafinerie byl dopravován do areálu cementárny v kontejnerech. Ty sloužily jako krátkodobá skladovací zařízení, a přímo z nich byly dávkovány nakladačem do vyhřívané sklopné nádoby. Konstrukce této nádoby umožňovala dosažení optimální viskozity kalu pro další zpracování a současně odstranění mechanických nečistot. Nečistoty byly odstraněny mimo vlastní technologii, částečně byly zpracovány v technologii výroby cementu.
Současně byl dopravován propad z Lepolova roštu do sila v blízkosti vyhřívané nádoby. Obě komponenty byly dávkovány v definovaném poměru do vertikálního míchače, který pracoval nepřetržitě. V tomto zařízení vznikl sypký produkt, který byl v jednotlivých pracovních cyklech vyprazdňován přes pásový dopravník do skříňového podavače.
Skříňový podavač je již prvním článkem dopravního zařízení do pece. Umožňuje jednak krátkodobé skladování produktu, jednak rovnoměrné dávkování materiálu. Z tohoto zařízení je produkt dopravován systémem pásových a šnekových dopravníků do dvojité klapky, která umožňuje podávání materiálu do skluzu, aniž by byly ovlivněny tepelně-technické podmínky v tomto místě pecní linky. Množství materiálu dávkovaného do pecní linky je indikováno integrační váhou.
Přípravna alternativního paliva je v současné době využívána pouze krátkodobě pro přípravu alternativních paliv na bázi rafinerních kalů, příp. kalů z čistíren odpadních vod, pokud jsou k dispozici.
Dopravní zařízení slouží stále pro dávkování jiných alternativních paliv vyrobených na bázi odpadů, které je možné dávkovat do skluzu rotační pece. Jedná se o sypké materiály o granulometrii 5-150 mm, jako jsou např. drcené pneumatiky, drcená pryž, pecky z oliv, drcený karton apod.
V současné době naše společnost připravuje akci s mobilní jednotkou pro výrobu alternativního paliva na bázi rafinerních kalů o různé konzistenci s využitím v cementárně.
Ing. Jiřina Schneiderová,
Lubomír Kotouček
TT Servis Brno, s. r. o.
