Stałe Paliwa Wtórne i osady ściekowe w technologii produkcji klinkieru portlandzkiego

na przykładzie projektu „We4ClinKer”

dr inż. Patryk Weisser, dr inż. Ewa Głodek-Bucyk, mgr Ewelina Ślęzak

Projekt „Nowatorska technologia maksymalizująca wykorzystanie ciepła z odpadów w procesie produkcji klinkieru”

CEL: Opracowanie ulepszonej technologii pozyskiwania energii z odpadów do produkcji klinkieru portlandzkiego.

ZAKRES:

- znaczące zwiększenie udziału odpadów jako paliwa w procesie produkcji klinkieru, - zwiększenie efektywności energetycznej procesu, - redukcja emisji NOx, SOx, Hg oraz CO2.

Budujemy lepszą przyszłość – dla Polski

CEMEX w Polsce

Cement: 3,1 mln ton

Beton: 2,5 mln m3

Kruszywa: 5 mln ton

2 Cementownie

40 Wytwórnie betonu

10 Kopalni kruszyw

1 Przemiałownia

11 Centrów dystrybucyjnych

2 Centra transportu

1 Centrum sprzedaży ISOLA

5 Składów budowlanych

Zdolności produkcyjne:

Warszawa

Kraków

Poznań

Chełm

Rudniki

Olsztyn

Białystok

Gorzów Wlkp

Szczecin

Gdańsk

Wrocław

Opole

Katowice

1 Terminal

Budujemy lepszą przyszłość – dla Polski

Dlaczego piece obrotowe są wykorzystywane do współspalania paliw alternatywnych?

KLINKIER

PALIWA DO

KALCYNATORA

KAMIEŃ

WAPIENNY,

KREDA

DODATKI

MIELENIE I

SUSZENIE

SUROWCÓW

(MĄCZKA

PIECOWA)

PRODUKCJA

KLINKIERU

MIELENIE KLINKIERU Z

GIPSEM I DODATKAMI:

ŻUŻEL W., PYŁY

DYMNICOWE

( CEMENT )

• Paliwa ciekłe

• Paliwa stałe

rozdrabniane

• Osady ściekowe

• Paliwa ciekłe

• Rozdrobnione paliwa stałe

• Gaz

• Paliwa alternatywne

• temperatura spalania i procesu temperatura spalania w piecu do 2000C, na wylocie z pieca 1000 – 1200 C, temperatura materiału wzrasta z 830C do 1450 C w ciągu ok. 20 min.)

• czas przebywania gazów w wysokiej temperaturze 8 – 10 sekund w temperaturze powyżej 1100 C, przy temp. > 1600 C utrzymuje się przez 2 – 3 sekundy)

• całkowity rozkład związków chemicznych neutralizacja wielkocząsteczkowych węglowodorów, odchlorowanie dioksyn

•alkaliczne środowisko zobojętnienie kwaśnych składników gazów spalinowych jak chlorowodów, fluorowodór, ditlenek siarki, a powstałe związki wchodzą w skład klinkieru

• immobilizacja metali ciężkich w strukturze klinkieru • proces bezodpadowy

popiół powstały po spaleniu osadów wbudowany w strukturę klinkieru

Budujemy lepszą przyszłość – dla Polski

Poziom substytucji paliw alternatywnych w Cementowni Chełm i Cementowni Rudniki

Wykorzystanie paliw w cemencie

Wykorzystanie paliw w cemencie

Wykorzystanie paliw w cemencie

Układ dozowania paliw

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

110,00

120,00

130,00

1 2 3 4

warianty

kgC

O2/M

gkl

rzeczywista emisja na palniku

zredukowana emisja na palniku Porównanie rzeczywistej i zredukowanej emisji CO2 ze spalania paliw na palniku głównym

680,00

700,00

720,00

740,00

760,00

780,00

800,00

820,00

1 2 3 4

warianty

kgC

O2/M

gkl

rzeczywista całkowita emisja

zredukowana całkowita emisja

Porównanie całkowitej rzeczywistej i zredukowanej emisji CO2 w instalacji wypalania klinkieru

Projekt „Nowatorska technologia maksymalizująca wykorzystanie

ciepła z odpadów w procesie produkcji klinkieru”

WNIOSKI

1. Emisja procesowa z nowej linii technologicznej wynosi 494 kgCO2/Mgkl i jest niższa o około 6% od typowej emisji procesowej z układu wypalania klinkieru. Ma to związek z stosowaniem surowców o niższej zawartości węglanów.

2. Emisja paliwowa kształtuje się na poziomie 307 kgCO2/Mgkl i stanowi 38% całkowitej emisji.

3. Substytucja węgla paliwami alternatywnymi i osadami ściekowymi skutkuje zmniejszeniem wskaźnika emisji dwutlenku węgla o około 13% (z poziomu 802 kgCO2/Mgkl do około 694 kgCO2/Mgkl).

jakość paliw alternatywnych

- wyzwanie dla wytwórcy

ale

także laboratorium analitycznego

Komitet Techniczny CEN/TC 343

WYKAZ NORM I SPECYFIKACJI TECHNICZNYCH DOTYCZĄCYCH STAŁYCH PALIW WTÓRNYCH

POBIERANIE I PRZYGOTOWANIE PRÓBEK Numer normy Tytuł normy

PN-EN 15442:2011 Stałe paliwa wtórne – Metody pobierania próbek

PN-EN 15413:2011 Stałe paliwa wtórne - przygotowania próbki do badań z próbki laboratoryjnej

PN-EN 15443:2011 Stałe paliwa wtórne - przygotowywania próbki laboratoryjnej

PRODUKCJA / KLASYFIKACJA Numer normy Tytuł normy

PN-EN 15358:2011 Stałe paliwa wtórne - Systemy zarządzania jakością - Szczegółowe wymagania dla ich zastosowania do produkcji stałych paliw wtórnych

PN-EN 15357:2011 Stałe paliwa wtórne – Terminologia, definicje i określenia

PN-EN 15359:2012 Stałe paliwa wtórne – Wymagania techniczne i klasy

PARAMETRY JAKOŚCIOWE Numer normy Tytuł normy

PN-EN 15400:2011 Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie wartości opałowej

PN-EN 15402:2011 Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie zawartości części lotnych

PN-EN 15403:2011 Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie zawartości popiołu

PN-EN 15414-3:2011 Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie zawartości wilgoci metodą suszarkową - Część 3: Wilgoć w ogólnej próbce analitycznej

PN-EN 15410:2011 Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania pierwiastków głównych (Al, Ca, Fe, K, Mg, Na, P, Si, Ti)

PN-EN 15411:2011 Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania pierwiastków śladowych (As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Tl, V, Zn)

PN-EN 15407:2011 Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania zawartości węgla (C), wodoru (H) i azotu (N)

PARAMETRY JAKOŚCIOWE Numer normy Tytuł normy

PN-EN 15408:2011 Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania zawartości siarki (S), chloru (Cl), fluoru (F) i bromu (Br)

PN-EN 15440:2011 Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania zawartości biomasy

Obszar stosowalności wytycznych CEN/TC 343 wg PN-EN 15357:2011

Klasyfikacja Stałego Paliwa Wtórnego wg PN-EN 15359:2012

Paramet

r

Wartość Jednostk

a

Klasa

1 2 3 4 5

Wartość

opałowa

(NCV)

Średnia MJ/kg w st.

rob. ≥ 25 ≥ 20 ≥ 15 ≥ 10 ≥ 3

Chlor (Cl) Średnia % s.m. ≤ 0,2 ≤ 0,6 ≤ 1,0 ≤ 1,5 ≤ 3

Rtęć (Hg) Mediana Mg/MJ w

st. rob. ≤ 0,02 ≤ 0,03 ≤ 0,08 ≤ 0,15 ≤ 0,5

80-ty perc. ≤ 0,04 ≤ 0,06 ≤ 0,16 ≤ 0,3 ≤ 1,0

Badamy SRF ? Małe przywiązanie do definicji …

właściwe określenie próbki laboratoryjnej …

głównie określane parametry …

Lp. Badane cechy

1. zawartość wilgoci

2. zawartość wilgoci w próbce analitycznej

3. zawartość popiołu

4. ciepło spalania

wartość opałowa (z obliczeń)

5. stężenie siarki

6. stężenie węgla całkowitego TC

7. stężenie wodoru

8. stężenie azotu

9. zawartość chloru

10. zawartość frakcji biodegradowalnej –

udział masowy biomasy metodą izotopu węgla C14

a wg EURITS - Europejskiego Stowarzyszenia Zakładów

Termicznego Przekształcania Odpadów …

Parametry Jednostka Wartość

Wartość opałowa MJ/kg 15

Cl % 0,5

S % 0,4

Br % 0,01

N % 0,7

F % 0,1

Be mg/kg 1

Hg mg/kg 2

As, Se (Te), Cd, Sb mg/kg 10

Mo mg/kg 20

V, Cr, Co, Cu, PB, MN, Sn mg/kg 200

Zn mg/kg 500

Popiół % 5

PCB (suma wg DIN 51527) mg/kg 0,2

POBIERANIE I PRZYGOTOWANIE PRÓBEK Numer normy Tytuł normy

PN-EN 15442:2011 Stałe paliwa wtórne – Metody pobierania próbek

PN-EN 15413:2011 Stałe paliwa wtórne - przygotowania próbki do badań z próbki laboratoryjnej

PN-EN 15443:2011 Stałe paliwa wtórne - przygotowywania próbki laboratoryjnej

Program próbkowania

Przygotowanie i wdrożenie planu

pobierania

Zdefiniowanie planu i procedur

względem miejsca i materiału pobrania

Pobór próbki

Określenie partii paliwa

Pobranie serii próbek

pierwotnych wg właściwych

wytycznych

Połączenie serii próbek

pierwotnych

Próbka OGÓLNA

- rozdrobnienie

- zmieszanie

- pomniejszenie

Próbka LABORATORYJNA

Oznaczenie/kodowanie próbki

Właściwe przechowanie

Transport do laboratorium

w standaryzowanych warunkach

Właściwe przechowanie

- rozdrobnienie

- zmieszanie

- pomniejszenie

Próbka analityczna

Przygotowanie próbki do analiz

wstępnych / właściwych

ANALIZY

Raport końcowy

Pobranie

próbki

Analiza

próbki

Projekt Rozporządzenia

Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie warunków technicznych kwalifikowania energii

odzyskanej z termicznego przekształcenia odpadów

- Udział frakcji biodegradowalnej na podstawie badań

Projekt Rozporządzenia

Morfologia stałych paliw wtórnych

Parametr/wymagania Frakcja bio Tworzywa

sztuczne

Inne

frakcje

palne

Tkaniny Papier Guma Drewno

Udział [%]

37,56 38,0 6,6 6,4 9,3 0,74 1,4

Wilgotność [%]

14,9 20,4 46,0 29,0 31,0 10,3 27,5

Zawartość części

niepalnych [%]

10,4 16,8 9,6 14,6 13,0 23,0 5,0

Zawartość chloru [%]

0,43 1,0 0,2 0,42 0,32 0,9 0,22

Zawartość TC [%]

19,06 42,8 24,8 32,0 26,8 45,8 35,0

Wartość opałowa

[MJ/kg]

6,7 20,7 9,6 12,3 8,8 20,8 12,4

Jakość SPW

Badana właściwość Metoda badań Jednostka średnia σ min max średnia σ min max

Zawartość wilgoci całkowitej PN-EN 14774-1:2010 [%] 13,3 3,2 9,5 17,5 2,0 0,5 1,5 2,7

Zawartość popiołu PN-EN 15403:2011 [%] 14,5 2,2 11,8 17,1 1,3 0,3 0,9 1,7

Ciepło spalania PN-EN 15400:2011 [kJ/kg] 21205 2271 19131 24955 1847 146 1695 2046

Wartość opałowa (z obliczeń) PN-EN 15400:2011 [kJ/kg] 19714 2285 17624 23492 2183 182 2002 2443

Zawartość siarki (S) PN-EN 15289:2011 [%] 0,386 0,184 0,275 0,710 0,063 0,030 0,046 0,116

Zawartość węgla całkowitego (TC) PN-EN 15407:2011 [%] 46,6 3,8 42,1 51,8 2,4 0,9 1,3 3,5

Zawartość wodoru (H) PN-EN 15407:2011 [%] 5,72 0,34 5,23 6,15 0,95 0,14 0,76 1,07

Zawartość azotu (N) PN-EN 15407:2011 [%] 1,220 0,172 1,051 1,511 0,204 0,048 0,176 0,289

Zawartość chloru (Cl) PN-EN 15408:2011 [%] 0,703 0,394 0,467 1,400 0,284 0,153 0,185 0,554

Zawartość biomasy metodą izotopu węgla C14 PN-EN 15440:2011 [%] 37,8 5,4 28,4 42,1 8,5 0,6 7,7 9,1

Całkowity wskaźnik emisji CO2 [t CO2/TJ] 87,1 2,2 84,1 89,2

Biogenny wskaźnik emisji CO2 [t CO2/TJ] 33,1 5,9 24,3 37,0

Niebiogenny wskaźnik emisji CO2 [t CO2/TJ] 54,1 3,9 50,9 59,8

Stan roboczy Niepewność

Rozporządzenie

Komisji (UE)

nr 601/2012

SPW - rok 2015

LIMiMŚ Opole

Stałe Paliwa Wtórne

badania – system akredytacji – realia

wymagania wobec laboratoriów badawczych

30

Analizy laboratoryjne dla frakcji biomasy

wg Rozporządzenia w sprawie monitorowania i raportowania – wytyczne dotyczące kwestii związanych z biomasą w EU ETS

Dla określania wartości frakcji kopalnej i frakcji biomasy węgla pierwiastkowego

w materiałach i paliwach, artykuł 39 (1) wymaga w szczególności:

„Jeśli z zastrzeżeniem wymaganego poziomu dokładności, a także dostępności

właściwych wartości domyślnych, o których mowa w art. 31 ust. 1, wartość frakcji

biomasy określonego paliwa lub materiału wyznacza się w drodze analiz,

prowadzący instalację wyznacza taką wartość frakcji biomasy na podstawie

odpowiedniej normy oraz z zastosowaniem określonych w niej metod analitycznych,

a ponadto stosuje taką normę tylko w przypadku jej zatwierdzenia przez właściwy

organ.”

określenie frakcji biodegradowalnej jako biomasy zawartej w paliwach z odpadów

Analizy laboratoryjne dla frakcji biomasy

Dla materiałów stałych (zazwyczaj odpadów), zastosowanie ma norma PN-EN

15440:2011 („Stałe paliwa wtórne – Metody oznaczania zawartości biomasy”).

Oferuje ona trzy metody określania frakcji biomasy materiałów mieszanych:

1. Metoda selektywnego rozpuszczania

2. Ręczna metoda sortowania

3. Metoda 14C.

Załącznik informacyjny D do ww. normy wskazuje, że metoda 1 daje niewłaściwe i

błędne wyniki dla kilku materiałów (tj. materiały kopalne przedstawiane jako biomasa

lub biomasa jest identyfikowana jako kopalina). Metoda 2 ma zastosowanie jedynie

wtedy, gdy optycznie i fizycznie rozróżnialne frakcje mogą być rozdzielone i zliczone.

Norma ustanawia, że wielkość cząstek powinna być > 10mm.

Metoda 3 ma zastosowanie do wszystkich typów materiałów.

Analizy laboratoryjne dla frakcji biomasy

Dlatego w punkcie 6.3 norma wyjaśnia, że w celu określenia biomasy na potrzeby

handlu emisjami, „może być stosowana metoda 14C lub metoda selektywnego

rozpuszczania”. Nie wolno stosować metody selektywnego rozpuszczania, jeżeli

materiały wymienione w Tabeli 1 stanowią ponad 5% (dla odpadów gumowych

poziomem tym jest 10%).

35

Oznaczane parametry w ramach AB 799:

36

Oznaczane parametry w ramach AB 799:

37

Oznaczane parametry w ramach AB 799:

38

Oznaczane parametry w ramach AB 799: (zakres elastyczny)

39

Oznaczane parametry w ramach AB 799: (zakres elastyczny)

Kompleksowe badania paliw wtórnych:

Korzyści wynikające z outsourcingu laboratoryjnego w połączeniu z pełnym systemem nadzoru

nad paliwami

Nasz oferta to nie tylko badania,

ale szeroki wachlarz rozwiązań dla wytwórców i odbiorców paliw

System Nadzoru Poboru Prób i Logistyki Paliw Zastępczych

Wjazd na terminal

Pobór próbek paliwa

Pomiar wilgotności i zabezpieczenie próbki

Rozładunek lub jego brak

Dane zgromadzone w systemie

Laboratorium zakładowe

Etapy i obiekty kontrolowane przez System:

Moduł awizowania

dostawy

Brama wjazdowa

do Zakładu - waga

Hala Paliw –

miejsce rozładunku

Archiwum

paliw zastępczych

Laboratorium

Zakładowe

Dostawa

Pró

bk

a

Pró

bk

a E

mis

yjn

a

Powrót

Punkt kontroli

wilgotności

paliw zastępczych

Pró

bk

a

Wprowadzanie danych

logistycznych

1) Data i godzina przyjazdu

2) Masa i asortyment paliwa

3) Dostawca

4) Spedytor

6) Nr rejestracyjny pojazdu

Rozładunek Paliwa

1) Kontrola procesu za pomocą

kamer CCTV

2) Kontrola strumienia paliwa za

pomocą kamer CCTV w

wykonaniu Ex

Pobranie danych identyfikacyjnych

1) Identyfikacja pojazdu

2) Identyfikacja dostawy

3) Ustalenie wagi pojazdu na wjeździe

4) Ustalenie wagi pojazdu na wjeździe

Pobieranie danych jakościowych

1) Pomiar wilgotności paliwa

2) Przypisanie danych o wilgotności do

transportu

3) Kodowanie próby paliwa

4) Kontrola procesu za pomocą kamery

CCTV

Archiwizacja paliwa

1) Systemowa kontrola nad

produkcją próby uśrednionej

2) Kodowanie próby uśrednionej

3) Kontrola procesu za pomocą

kamer CCTV

Wewnętrzne badania paliw

1) Odkodowanie próby uśrednionej

2) Przypisanie wyników badań do

danych logistycznych

Laboratorium

zewnętrzne

ICiMB

Zewnętrzne badania paliw

1) Odkodowanie emisyjnej próby uśrednionej

2) Przypisanie wyników badań do danych

logistycznych

Próbka

Ko

mu

nik

acja

ZAUFALI NAM:

UDZIAŁ W TARGACH WYNALAZKÓW

Tylko w tym roku ICiMB na 8 międzynarodowych wystawach Innowacji i wynalazków (Bruksela, Warszawa, Sewastopol, Moskwa, Paryż, Genewa, Cluj-Napoca, Seul) zdobył 10 złotych, 9 srebrnych i 5 brązowych medali oraz uhonorowany został 7 wyróżnieniami i nagrodami specjalnymi. Za wykorzystanie popiołów lotnych nowej generacji do produkcji autoklawizowanego betonu komórkowego (ABK)" został nagrodzony złotym medalem w wyróżnieniem

Dziękujemy za uwagę

www.icimb.pl/opole