Využití alternativních paliv vyrobených z nerecyklovatelné složky odpadu v cementářském průmyslu

Cementárny vyrábějí hydraulické pojivo všeobecně společensky přijaté především na stavební účely pod názvem cement. Výroba cementu je energeticky velmi náročný proces, protože na dokonalý výpal surovinové směsky je potřebná teplota až 1450 °C.

Toto teplo je využito na dekarbonizaci vápence a především na vznik hydraulicky aktivních minerálů. Tento proces potřebuje ke svému cíli až 3,3 GJ na výrobu 1 t portlandského slínku (meziprodukt pro výrobu cementu).

Cement svým složením a hlavními složkami na bázi křemíku, hliníku, železa a hlavně vápna vytváří různorodé možnosti využití minerálních složek ze široké škály materiálů. Cementárny proto již delší dobu využívají nejen klasickou kombinaci surovinové směsky, tzn. vápenec a jíl, případně hlína, ale jsou schopny přidat i jiné alternativní materiály.

Totéž platí po aplikaci moderních flexibilních technologií určených i pro spoluspalování alternativních paliv (AP). Moderní hořáky, prodloužené kalcinační komory, různé druhy integrovaných spalovacích komor tvořících jeden celek v kombinaci s rotační pecí a s výměníkem tepla dnes dovolují dosáhnout náhrady tepla z fosilních paliv až do úrovně 90 %.

Charakteristika výpalu v rotačních pecích

Rotační pec zajišťuje svým tvarem a regulovatelnou rychlostí konstantní podmínky výpalu suroviny. To zajišťuje už technologie předehřívání suroviny na teplotu min 900 °C v tzv. cyklonových výměnících tepla. Palivo může být přidáváno v různých bodech technologického procesu. Hlavní místa jsou však hlavní hořák umístěný na konci pece a výměník tepla.

Hlavní hořák vyžaduje pečlivě připravené AP s minimálním spalným teplem 20 GJ/t, protože jeho úkolem je dosáhnout finální technologické teploty, tzv. slinování, až do 1 450 °C. Do výměníku tepla, který se nachází v dřívější fázi výpalu, může být dávkováno AP s nižším spalným teplem i proto, že úkolem výměníku je primárně dosáhnout dekarbonizace vápence při teplotě okolo 900 °C.

Na druhé straně většina závodů investovala do úpravy a prodloužení kalcinační komory tak, aby dosáhla maximálního možného retenčního času. Tím se umožňuje dokonalé spalování i palivům s nižším spalným teplem a větší granulometrií. Samostatnou kapitolou jsou spalovací komory dodatečně připojené k výměníku. Ty umožňují spalování i hrubších frakcí.

Alternativní paliva

Pod pojmem AP existuje široká škála materiálů, které jsou jako průmyslový nebo komunální odpad pečlivě vytříděny a mechanicky upraveny na požadované vlastnosti, které mají jednotlivé závody předdefinované. Odpovědnost za vstupní kvalitu těchto AP mají závody zpracovávající odpad, které musí disponovat dobře vybavenou laboratoří pro potvrzení parametrů. Každá cementárna si vstupní parametry AP vždy ověřuje s právem nepřijetí dodávky, případně sankcí pro výrobce AP.

Kontrolované jsou:

• výhřevnost
• granulometrie
• obsah popela
• obsah těžkých kovů
• obsah chloru a síry

Druhy AP v cementárně

Dříve byly hlavním AP použité pneumatiky (cca 90 %), které svými vlastnostmi nejen plnohodnotně nahradily uhlí, ale i obsahem železa vhodně doplňovaly chemické složení suroviny. Dnes tvoří cca 88 % AP tzv. tuhé alternativní palivo (TAP). Jedna ze slovenských cementáren má také technologii spalování na tepelné zhodnocení živočišné moučky. Zbytek tvoří malá množství odpadních olejů.

Závěr

Používání alternativních paliv má význam v několika rovinách. Místo stále dražších a méně kvalitních fosilních paliv dovážených z často obrovských vzdáleností umíme zhodnocovat místní zdroje v mnohem přijatelnějších cenových relacích. Využitím paliv na bázi odpadu přesměrujeme obrovské množství odpadu do rotačních pecí, kde jsou ekologicky zhodnoceny nejen tepelně, ale i materiálově.

Používáním AP si cementárny významně snižují podíl CO₂, které každoročně emitují do ovzduší. S kapacitou téměř 400 tisíc tun AP se cementárny na Slovensku staly nejvýznamnějším faktorem sloužícím k odklonění odpadového materiálu, který dosud proudil téměř výhradně na skládky.

Používáním AP nevznikne na Slovensku téměř 250 tisíc tun CO₂ a ušetří se 215 tisíc tun uhlí. Využívání odpadů ve formě alternativních paliv je mezinárodně uznávanou ekologickou alternativou tzv. Co-Processing.

Literatura

1. vnitřní materiály ZVC SR (brožura AP)
2. VOZ, twitter (AFR consumption 2017)
3. Holcim GTZ