Альтернативне паливо – практичне застосування на цементному заводі

Нещодавно в м. Стрий відбувся семінар на тему „Альтернативне паливо – практичне застосування на цементному заводі”. Участь у семінарі взяли: заступник директора Департаменту екологічної безпеки Мінприроди України В.Мойсеєнко, заступник директора Національного центру поводження з небезпечними відходами Мінприроди України І.Крайнов, заступник начальника Держуправління охорони навколишнього природного середовища в Львівській області В.Макарчук, представники Держекоінспекції в Львівській області, керівництво ВАТ „Миколаївцемент”, запрошені науковці  та ЗМІ.

Політика сприяння принципам сталого розвитку є на сьогодні основою раціонального і цивілізованого розвитку суспільства. Основний акцент поставлено на збереження природних ресурсів у широкому розумінні слова:

• мінімізація використання вичерпних (традиційних) джерел енергії;
• поступовий перехід на відновлювальні (альтернативні) джерела енергії;
• збереження біорізноманіття та охорона довкілля (збереження якості атмосферного повітря, природних вод, ґрунтів, надр тощо).

Ще в 1980-і роки багато країн світу дійшли висновку, що єдиним способом боротьби з відходами є їх переробка. Проте, за даними Міжнародної робочої групи з проблем відходів, за останні чотири десятиліття кількість виробленого сміття не зменшилась, а навпаки, зросла на 40%, тривале складування якого на звалищах та полігонах негативно впливає на довкілля. У той же час у рамках екологічної та економічної політики Євросоюзу вироблена чітка стратегія поводження з відходами, згідно з якою частина відходів підлягає повній забороні щодо складування, а їх список постійно розширюється. Вже сьогодні в більшості країн ЄС заборонено складувати відходи, калорійність яких перевищує 6 МДж/кг, оскільки їх можна використовувати як сировину для виробництва альтернативного палива і термічно утилізувати. Тому виникає потреба в пошуку методів повторного використання відходів (вилучення цінної сировини, рециркуляція, термічна утилізація тощо).

Відповідно до звіту Національної ради безпеки США, до групи країн, які захоронюють понад 40% сміття, входять Австралія, США, Південна Корея, Гонконг, а також держави Східної Європи. Більше 20% свого сміття спалюють, перетворюючи на енергію, країни Західної Європи, Японія, Сінгапур, а також Тайвань. „Задоволення” це дороге, а ефект від нього невеликий, оскільки наявні технології спалювання сміття орієнтовані радше на знищення відходів, а не на максимальне видобування енергії. Крім цього, більшість діючих сміттєспалювальних заводів викидають як в атмосферу, так і в золу цілий „букет” небезпечних хімічних сполук. Тому в канадському місті Оттава міською радою одноголосно було схвалено фінансування $125 млн. на проект побудови екологічно чистої та комерційно вигідної електростанції, запропонованої компанією PlascoEnergi Group (схожа електростанція „на смітті” планується побудувати компанією Westinghouse Plasma за $100 млн. на Гавайях).

Електростанція являє собою комплекс устаткування, яке дає змогу переробляти (з глибиною переробки до 99,8%) щодня 400 т побутового сміття, отримуючи електроенергію та речовини для повторного використання. Високих екологічних характеристик цієї електростанції вдалося досягти за рахунок розкладання токсичних сполук (у тому числі диоксинів) у плазмотроні (генераторі плазми), у якому суміш токсичних газів розкладається при температурі 1200 °С на простіші сполуки: Н₂О, СО та Н₂ – синтетичний газ, який надходить до системи охолодження, де утворюється водяна пара, що приводить у рух турбіни – генератори електроенергії. Частина відходів, що утворюються у твердому агрегатному стані, осідає у вигляді шлаку на дні газифікаційної камери та використовується для будівництва доріг чи виробництва цементу.

Дещо подібні процеси відбуваються і при спалюванні відходів в обертових цементних печах, але з тією різницею, що в даному випадку виробляється вже не тільки теплова енергія, але й будматеріал.

Обертова цементна піч є, на сьогодні, однією з найкращих установок для безпечного спалювання та утилізації відходів, в якій можна знешкоджувати навіть найбільш стійкі до розпаду органічні сполуки. Температура процесу спалювання сягає ~2000 °С, а тому, на відміну від сміттєспалювальних заводів, обертова цементна піч довкілля не забруднює ні викидами парникових чи токсичних газів, ні хлорвуглеводнів (у тому числі диоксинів). Спалювання проходить у кисневій атмосфері:

СаСО₃+додатки->спікання->клінкер->розмол+СаSО₄х2Н₂О+додатки->цемент

Температура випалюваного матеріалу в печі підвищується від 830-850 °С до 1450 °С. Тому при найвищій температурі матеріал перебуває приблизно 20 хв. Час перебування газів при високій температурі (>1100  °С) становить 8-10 с, температура  >1600 °С утримується протягом 2-3 с. Теплоємність розігрітої обертової цементної печі є такою високою, що навіть у випадку аварійної зупинки і припинення спалювання палива протягом приблизно 30 хв. температура поверхні печі та матеріалу не знижується. Присутність важких металів у золі спалювання відходів створює додаткові проблеми сміттєспалювальним заводам, але не цементному виробництву, оскільки зола з палива в цементній печі змішується з випалюваним матеріалом і важкі метали іммобілізуються у структурі клінкерних матеріалів, відтак процес є безвідходним. Випалюваний матеріал має лужне середовище і зв’язує кислі складники газів, наприклад SO₂,  CO , що утворюються в процесі горіння, а сполуки, які при цьому виникають, входять до складу клінкеру.

У цементних печах найкраще використовувати як альтернативне паливо такі відходи: відпрацьовані шини; тваринне м’ясо, кісткову муку і жир; пластмаси; просочену тирсу; деревину, папір, картон і відходи пакування; осади стічних вод і паперових волокон; сільськогосподарські та органічні відходи; нафтові сланці; вугільні шлами; залишки дистиляції; відпрацьовані мастила і шлами нафтопереробки; відпрацьовані розчинники. Основною задачею цементного заводу є, проте, не спалювання відходів, а виробництво високоякісного цементу. З цієї причини поряд з відходами, які можливо й доцільно спалювати в цементних печах, є перелік відходів, використання яких є небажаним: радіоактивні відходи; відходи електроніки; вибухонебезпечні речовини; неорганічні кислоти; азбестовмісні відходи; ціановмісні відходи; інфіковані медичні відходи; хімічна й біологічна зброя, призначена до утилізації; акумуляторні батареї; несортовані комунальні відходи та інші відходи невідомого складу.

Таким чином, сьогоднішня цементна промисловість окрім вирішення свого  прямого завдання – виробництва цементу – може вирішувати питання комплексної утилізації відходів та зменшення загрози глобальної зміни клімату шляхом часткової заміни викопного палива альтернативним на основі горючих відходів, а також їх використання як вторинної мінеральної сировини або додатків до цементу. Це, в свою чергу, в значній мірі сприяє можливості системного інституційного забезпечення вирішення завдань інноваційного розвитку національної економіки, подолання її енерго- і ресурсовитратного характеру та підвищення наукоємності продукції.

Висновки:

• в обертових цементних печах відбувається вивільнення енергії, що міститься в альтернативному паливі, яка повністю використовується для виробництва клінкеру;
• використання альтернативних джерел палива заощаджує природне органічне паливо, яке відноситься до невідновних джерел природних ресурсів;
• у глобальному масштабі зменшується емісія парникових та токсичних  газів в атмосферу (відходи, невикористані у цементній промисловості, були б спалені в іншому місці, або вивезені на полігони твердих побутових відходів, що призвело б до порушення екологічного балансу);
• спалювання альтернативного палива в цементних печах є процесом безвідходним: зола від його спалювання входить до складу портландцементного клінкеру.