Меню

Охрана окружающей среды цементная промышленность



цемент, экология, способы производства цемента, технология производства

экологические аспекты производства цемента

Главные воздействия на окружающую среду при производстве цемента связанны со следующими факторами:

— Пыль (выбросы из дымовых труб и быстроиспаряющиеся компоненты)
— Газообразные выбросы в атмосферу (NOx, SO2, CO2, VOC, другие)
— Другие выбросы (шум и колебания, запах, техническая вода, отходы производства и т.д.)
— Потребление ресурсов (энергия, сырье)

Исторически, выбросы пыли (особенно от печей), как загрязняющий окружающую среду фактор цементного производства, вызывают наибольшее беспокойство.
В основном причиной выбросов пыли являются сырьевые заводы, печи для обжига, клинкерные холодильники, цементные мельницы. Основная особенность этих процессов это то, горячий отработанный газ или отработанный воздух проходит через измельченный до состояния пыли материал, что приводит к образованию дисперсионной смеси газа и пыли. Основные свойства частиц зависят от исходного материала а именно сырьевого материала, клинкера или цемента.
На данный момент доступны современные технические методы снижения пыли (электростатические осадители, фильтры), что снизило пылеобразование в цементной промышленности за последние 20 лет приблизительно на 90 %.
Пылеобразование из рассредоточенных источников на территории завода (“сдуваемая пыль”), может происходить в результате хранения и погрузки то есть в транспортной системе, складских запасах, во время движения подъемного крана, упаковки в мешки, и т.д., и в процессе транспортировки, во время движения транспорта по грунтовым дорогам.
Поскольку химический и минералогический состав цементной пыли подобен природному камню, ее воздействие на здоровье человека считается вредным, но не токсчиным.
Снижение и контроль за пылеобразованием на современном цементном заводе нуждается в инвестировании и компетентных методах управления, но это уже не технические проблемы.

Выделение газов в атмосферу

Газообразные выделения от системы печей, выбрасываемые в атмосферу, являются проблемой номер один в борьбе с загрязнением окружающей среды при производстве цемента сегодня.
Основные газы, которые выбрасываються в атмосферу это — NOx и SO2. Другие менее вредные соединения — VOCs (летучие органические соединения), CO, аммиак, HCl, и тяжелые металлы.
CO2 — газ, который в значительных количествах используется для отопления оранжерей, теплиц.
Формирование NOx является неизбежным следствием высоко температурных процессов горения.
Сера, поступающая в печи вместе с сырьем и топливом в значительной степени поглощается продуктами печи.
Однако, сера, содержавшаяся в сырье как сульфиды (или органические сернистые вещества) — легко улетучивается при низких температурах (то есть 400- 600 ° C), что может привести к значительным испарениям SO2 через дымовые трубы. Другие легко испаряющиеся нежелательные вещества, поступающие в систему печей или эффективно разрушаются при высоко температурном горении, или почти полностью поглощаюься продуктом.
Таким образом, неотъемлемой частью процесса в печах для обжига цемента есть незначительные выделения газов, таких как VOCs, HCl, HF, NH3 или тяжелые металлы.
Наличие органических компонентов в природном сырье может существенно повысить уровень углеводорода и выбросы СО.
Выделение хлорсодержащих углеводородов типа диоксинов и фуранов обычно значительно ниже существующих предельных норм.
Другие летучие компоненты, такие как ртуть — тщательно контролируются , чтобы предотвратить нежелательные выбросы в атмосферу.
Как результат обжига исходного сырья и сгорания ископаемого топлива выделяется углекислота.
Выделение углекислого газа, как результат потребления топлива, было прогрессивно снижено в результате воздействия сильного экономического стимула к минимизации потребления топливной энергии.

Источник

Проблемы технического регулирования и охраны окружающей среды при производстве цементов

Авторы: З.Б. Энтин. д-р техн. наук, проф., 000 Фирма «Цемискон». Москва.
СП. Сивков, канд. техн. наук, доцент, РХТУ им. Д.И. Менделеева

Применение принципа Наилучших Доступных Методов для охраны окружающей среды при производстве цемента

В проект Технического Регламента предлагается включить:

  • единые обязательные нормативы предельно допустимых вы­бросов от мест пыления процесса производства цемента;
  • содержания тяжелых металлов;
  • содержания органических загрязнителей.

Предельно допустимые нормы выброса загрязняющих веществ напрямую связаны с процессом производства цемента и поэтому являются объектом технического регулирования.

Федеральный Закон от 10 января 2002 г № 7-ФЗ. определяющий общие принципы нормирования предельно допустимых выбросов и сбросов, предусматривает, что технологические нормативы выбросов устанавливаются для каждого предприятия на основе использования наилучших существующих технологий с учетом экономических и социальных факторов. Одним из базовых принципов директивы Совета Европы 96/61/ЕС по предотвращению загрязнения и контролю за состоянием окружающей среды также определяется, что предельные нормы выбросов вредных веществ должны устанавливаться на основе обязательного использования Наилучших Доступных Методов по защите окружающей среды. Для каждой страны — члена ЕС такие нормативы определяются с учетом технических характеристик оборудования, местоположения предприятий и локального состояния окружающей среды. Во всех случаях при оценке эффективности того или иного процесса необходимо принимать во внимание соотношение затрат на его осуществление и достигае­мый в результате его реализации эффект.

Ежегодный обзор наилучших доступных методов по защите окружающей среды при производстве цемента выполняется европейской организацией ЦЕМБЮРО.

Все меры для снижения количества выбросов вредных веществ в окружающую среду при производстве цемента можно разделить на первичные и специальные.

Первичные меры заключаются в оптимизации процесса обжига и охлаждения портландцементного клинкера. Кроме снижения затрат тепла на обжиг, оптимизация процесса обжига и охлаждения всегда приводит к уменьшению количества выбросов NO x и S0 2 , а также пыли. Оптимизация процесса обжига и охлаждения портландцементного клинкера включает такие мероприятия, как повышение однородности состава сырья, повышение точности дозировки топлива, регулирование газодинамического режима работы печи и холодильника, использование компьютерной системы управления печью. К первичным мерам следует также отнести рациональный выбор технологического топлива и вида сырьевых материалов, используемых для получения портландцементного клинкера.

Специальные меры принимаются для снижения количества выбросов конкретного продукта в окружающую среду.

Главными источниками пыли на цементных заводах обычно являются вращающиеся печи, клинкерные холодильники, цементные и сырьевые мельницы. В качестве основного метода снижения пылевыбросов из этих агрегатов рекомендуется широкое применение современных электростатических и рукавных фильтров.

Оба типа фильтров имеют высокую эффективность и позволяют снизить концентрацию пыли на выходе до 5-50 мг/нм 3 , однако при высоких температурах обеспыливаемых газов требуют установки специальных башен для их кондиционирования и охлаждения.

Отмечено, что эффективность электростатических фильтров несколько снижается при повышении содержания СО в газах, пусках и остановках, изменениях режимов работы пе­чей. Рукавные фильтры при своевременном обслуживании более стабильны в работе , менее чувствительны к изменениям режимов работы оборудования. В то же время использованные фильтрующие элементы представляют собой отход, утилизация которого регламентирована специальными правилами и требует определенных затрат.

Инвестиции при оснащении вращающихся печей мощностью 3000 т/сутки современными электростатическими фильтрами составляют 2100000-4600000 евро, операционные расходы — 0,1-0,2 евро/т клинкера, клинкерного холодильника — соответственно 800000-1200000 евро или 0,09-0,18 евро/т клинкера, цементной мельницы мощностью 160 т/ч — соответственно 800000-1200000 евро или 0,09-0.18 евро/т цемента/

Инвестиции при оснащении вращающихся печей современными рукавными фильтрами составляют 2100000-4 300 000 евро, операци­онные расходы — 0,15-0.35 евро/т клинкера, клинкерного холодильника — соответственно 1100000-1 400000 евро и 0.10-0,15 евро/т клинкера, цементной мельницы мощностью 160 т/ч — соответственно 300000-500000 евро и 0.03-0.04 евро/т цемента

В качестве дополнительных мер по сниже­нию выбросов пыли рекомендуется снижение общего количества источников пыления на предприятии: хранение сыпучих материалов только на закрытых складах, распыление воды и подавителей пыли, увлажнение территории и дорог, применение мобильных и стационарных пылеочистных установок, промышленная вентиляция, хранение цемента в силосах со специальной автоматической системой выгрузки и упаковки.

Главным источником выбросов в атмос­феру оксидов азота NO, (смесь NO + N0 2 ) являются вращающиеся печи. Оксиды азота образуются вследствие прямой реакции между азотом и кислородом воздуха при высоких (1000-1500 o C)температурах.

Для уменьшения выбросов NO, при произ­водстве цемента рекомендуется применение следующих методов:

Инжекция воды в топливо или непосредственно в факел. Может исполь­зоваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NO x — до 50% (до 400 мг/нм 3 ). Для печи мощностью 3000 т/сутки необходимые инвестиции со­ставляют до 200000 евро и операционные затраты — до 0.5 евро/т клинкера.

  • Применение специальных двухпоточных low — NO x горелок. Может использо­ваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NO x — до 30% (до 600-1000 мг/нм 3 ). Для печи мощностью 3000 т/сутки необходимые инвестиции составляют от 150000 до 800000 евро.
  • Многостадийное сжигание топлива (в печи, в кальцинаторе и в циклонном тепло­обменнике). Может использоваться только для печей с циклонным теплообменником и кальцинатором. Эффективность снижения концентрации NO, — до 10-50% ( 3 ). Для печи мощностью 3000 т/ сутки необходимые инвестиции составляют от 100000 до 20000000 евро в зависимости от типа печи, теплообменника, кальцинатора и клинкерного холодильника.
  • Сжигание альтернативного топлива (шин, твердых отходов) в средней час­ти вращающейся печи ( mid — kiln firing ). Может использоваться для длинных печей мокрого способа производства. Эффективность снижения концентрации NO x — до 20-40%. Для печи мощностью 3000 т/сутки необходимые инвестиции составляют до 800000-1700000 евро.
  • Использование минерализаторов при обжиге клинкера. Может использоваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NO x — до 10-15%. Данные по инвестициям и операционным затратам отсутствуют.
  • Селективное некаталитическое вос­становление NO x (введение в газы с температурой 800-1000 °С восстановителей типа NH 3 , NHCO). Метод рекомендован для использования в печах с циклонным теп­лообменником и кальцинатором. Эффективность снижения концентрации NO x — до 10-85% (до 200 мг/нм 3 ). Для печи мощнос­тью 3000 т/сутки необходимые инвестиции составляют 500000-1500000 евро и опера­ционные затраты — до 0,5 евро/т клинкера.
  • Селективное каталитическое восста­новление (восстановление NO x до N 2 c помощью NH 3 при 300-400 °С и с исполь­зованием специальных сотовых проточных катализаторов). Данный метод пока реали­зован только на пилотных установках. Может использоваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NO x — до 85-95% (до 100-200 мг/нм 3 ). Для печи мощностью от 1000 до 5000 т/сутки ожидаемые необходимые инвестиции со­ставляют 2500000-4500000 евро. Оксиды серы (главным образом в виде S0 2 )выделяются при сжигании различных видов топлива, содержащих соединения серы или при термической диссоциации серосодержащих сырьевых материалов.

Первичной мерой снижения выбросов S0 2 в окружающую среду является увеличение кислорода в отходящих печных газах. Однако при этом, как правило, в отходящих газах повышается содержание NO x . В качестве дополни­тельных методов для снижения выбросов S0 2 в цементной промышленности рекомендуется:

  • Введение в газовый поток адсорбента (СаО или Са (ОН) 2 в виде порошка или водной суспензии при температурах 400-600 °С), Может использоваться для всех видов печей. Рекомендуется использовать при начальной концентрации SO, в отходящих газах до 1200-3000 мг/нм 3 . Эффективность снижения концентрации S0 2 — до 60-80% (до 400 мг/нм 3 ). Для печи мощностью 3000 т/сутки необходимые инвестиции составляют 200000-300000 евро и операционные затраты 0.1-0,4 евро/т клинкера.
  • Использование сухого адсорбера для адсорбции S0 2 Ha смеси сырьевой муки и Са(ОН) 2 . Может использоваться на печах сухого способа производства. Рекомендуется использовать при начальной концентрации S0 2 в отходящих газах более 3000 мг/нм 3 . Эффективность снижения концентрации S0 2 — до 90% ( 3 ). Необходимые инвестиции составляют до 11 000000 евро и операционные затраты 1.4-1,6 евро/т клинкера.
  • Использование мокрого скруббера или барботера для адсорбции S0 2 водной суспензией Са(ОН) 2 . Может использовать­ся для всех видов печей. Рекомендуется использовать при начальной концентра­ции S0 2 в отходящих газах до 1500 мг/нм 3 . Эфсрективность снижения концентрации SO 2 — более 90% ( 3 ). Необходи­мые инвестиции составляют до 6000000-10000000 евро и операционные затраты 0.5-1,0 евро/т клинкера.
  • Использование адсорберов на основе активированного угля. При адсорбции S0 2 нa активированном угле происходит одновременное снижение концентрации всех вредных выбросов. Отработанный адсорбент может использоваться в качестве альтернативного топлива. Может применяться для печей сухого способа. Эффективность снижения концентрации S0 2 -более 95% ( 3 ). Необходимые инвестиции составляют до 15000000 евро, данные по операционным затратам отсутствуют.

Тяжелые металлы, в том числе металлы с высокой летучестью (Hg, Tl, As, Sb и др.) выбрасываются в атмосферу с отходящими га­зами вращающихся печей при использовании сырьевых материалов, промышленных, быто­вых отходов или альтернативных видов топлива, характеризующихся высоким содержанием данных металлов.

Для снижения выбросов тяжелых металлов рекомендуется применять следующие методы:

  • Разрыв цикла кругооборота металла в печи. Использование сырьевых материалов, содержащих заметные количества высоколетучих металлов (в первую очередь Hg и TI). приводит к возникновению кругооборота металла в системе печь — циклонные теплообменники. Металл переходит в газообразную фазу в высокотемпературных зонах, выносится из печи потоком газов и вновь конденсируется на частицах сырья в зоне низких температур. При длительной работе печного агрегата содержание таких металлов в обжигаемом сырье может значительно увеличиться, что приводит к постепенному увеличению концентрации металлов в отходящих дымовых газах. Для предотвращения этого явления рекомендуется периодически вывозить некоторое количество пыли электрофильтров, содержащей большие количества металлов, в отвал. Если состав пыли является подходящим, можно использовать эту пыль в качестве добавки при помоле цемента.
  • Снижение температуры отходящих газов. Для снижения концентрации паров Hg в отходящих газов рекомендуется снижать их температуру до минимально допустимого предела. При высоком риске выброса значительных количеств высоколетучих металлов с отходящими газами рекомендуется рассмотреть возможность их адсорбционной очистки в адсорберах с использованием активированного угля. Органические вещества, в том числе наиболее опасные из них – полихлорированные. дибензодиоксины и дибензофураны, образуются при использование материалов с большим количеством органики в качестве сырьевых материалов, добавок или технологического топлива.

При нормальном функционировании печных агрегатов общее содержание органичес­ких веществ, полихлорированных дибензоди-оксинов и дибензофуранов в отходящих газах весьма мало вследствие полноты их разложения и сгорания. Образование диоксинов в отходящих газах происходит при температурах 200-450 °С. Для снижения риска образования диоксинов при использовании сырьевых материалов, обогащенных органическими компонентами, или при сжигании органических и полимерных отходов в качестве альтернативного и вторичного топлива необходимо осуществлять резкое охлаждение отходящих газов до температур менее 200 °С в башнях кондиционирования.

Применение комплекса перечисленных выше методов снижения вредных выбросов в окружающую среду позволило странам ЕС установить довольно жесткие нормативы вы­бросов и значительно уменьшить ущерб, на­носимый окружающей среде при производс­тве цемента.

Предстоящее вступление России в ВТО, по-видимому, приведет к необходимости унификации российских требований к защите атмосферы с европейскими, принятыми в ЕС. В этом случае потребуются большие материальные затраты и достаточно долгий срок для такой унификации.

Видно, что эти платежи колеблются в широких пределах — от 65 тыс. до 4723 тыс. руб., в среднем около 1,4 млн руб. на один завод. При этом нужно иметь в виду, что плата за временно согласованные выбросы — ВСВ при­мерно в пять раз выше, чем за нормативные выбросы (предельно допустимые выбросы сбросы, предельно допустимые концентрации или количества — ПДВ, ПДС или ПДК), а за сверхлимитные выбросы еще в несколько раз выше. Переход к законодательному установлению концентрационных норм предельно допустимых выбросов на уровне принятых в ЕС (например, не более 50 мг/м 3 для пыли), приведет к значительному и повсеместному снижению норм ПДВ и переводу подавляющей части выбросов в категорию ВСВ.

Основным мероприятием для достижения европейских норм выбросов пыли при производстве цементов является замена или реконструкция печных и мельничных фильтров с доведением их КПД как минимум до 99,8%, предпочтительнее 99,9%. Кроме того, потребуется оборудование аспирации с установкой фильтров для аспирационного воздуха для цементных силосов, мест перевалки матери­алов, тарирования и погрузки цемента и т. п.

По состоянию на конец 2006 г. в цементной промышленности России насчитывалось около 190 вращающихся печей, 80 колосниковых клинкерных холодильников и 340 цементных мельниц, т. е. общее число объектов, требу­ющих оснащения современными фильтрами, составит более 600 штук. Прочие объекты (силоса, упаковка и т. п.) потребуют установки еще 100-150 фильтров сравнительно небольшой производительности и умеренной стоимости. Стоимость одного современного рукавного фильтра из нетканых материалов с импульсной регенерацией составляет примерно 2-2,5 млн долларов США, а современ­ного 4-хпольного электрофильтра — сопоста­вима с рукавным. Если принять, что полной замены или существенной модернизации потребует хотя бы половина агрегатов для пылеулавливания, расходы на переоснащение цементной промышленности России совре­менными пылеулавливающими устройствами составят не менее 600 млн долларов США или 15 млрд. руб. Эти затраты позволят снизить пылевыбросы в 4-5 раз и достичь показателя не более 40-50 мг/м 3 в среднем по стране.

Значительных затрат потребует также снижение выбросов оксидов азота и серы, для чего необходимо переоборудовать го­релки печей на специальные с пониженной эмиссией NO x и S0 2 . При стоимости одного устройства 0,7 — 1 млн долларов США на это потребуется около 160 млн долларов или око­ло 4 млрд. рублей.

Немаловажно и оснащение печных агрегатов газоанализаторами для определения концентрации NO x , S0 2 , СО 2 и СО в отходящих газах и всех агрегатов устройствами для мониторинга пылевыбросов. По сугубо прикидочной информации предприятий затраты на реализацию этого мероприятия составят 2-3 млн руб. на завод, всего до 200 млн руб.

Итого общие затраты на достижение современных норм защиты атмосферного воздуха составят до 20 млрд. руб., что примерно эквивалентно стоимости нового цементного завода производительностью 5 млн т цемента в год. Очевидно, что такие затраты могут быть произведены только за срок не менее 10-15 лет.

Проведенный анализ состояния дел по мерам безопасности и защиты окружающей среды позволяет сделать следующее заключение:

  • Проект Технического Регламента на производство цемента, представляемый на обсуждение в порядке, установленном статьей 9 Федерального Закона «О техни­ческом регулировании», должен включать как нормативы по безопасности цемента, так и нормативы по предельно допустимым выбросам вредных веществ в окружающую среду.
  • В раздел проекта Технического Регламента «Защита атмосферного воздуха» следует включить единые обязательные нор­мативы предельно допустимых выбросов для следующих загрязнителей:
    • пыль от печей, клинкерных холодильников, сырьевых и цементных мельниц, силосов и других мест пылевыделения;
    • газообразных загрязнителей; NO x в пере­счете на N0 2 , S0 2 , CO;
    • тяжелых металлов, в том числе особо опасных ртути и таллия, а также при не­обходимости — теллура, мышьяка, свинца, хрома, цинка и др.;
    • для печей сухого способа или применяющих альтернативное топливо — органических загрязнителей в пересчете на общим углерод;
    • полихлорированных дибензооксинов и дибензофуранов;
    • хлоридов и фторидов (при необходимости).
  • Нормативы предельно допустимых выбросов следует устанавливать в виде концентрационных показателей (мг/м 3 отходящих или аспирационных газов) и валовых показателей (кг/год, т/год).
  • Нормативы предельно допустимых выбросов должны быть установлены раздельно для вновь проектируемых и строящихся технологических линий и для действующих предприятий. Необходимо установить дифференцированные сроки введения нормативов для групп предприятий, различающихся состоянием технологического оборудования и систем очистки отходящих газов. С этой целью следует провести инвентаризацию существующих средств для защиты атмосферы, для каждого предприятия рассчитать необходимые затраты, обеспечивающие достижение нормативов, и законодательно установить дифференцированные по группам предприятий сроки их достижения. Для разных предприятий эти сроки должны составить от 3-х до 12-ти лет.

Источник

Читайте также:  Как очистить профнастил от цементного раствора