PREVENIREA SI CONTROLUL INTEGRAT AL POLUARII (IPPC) DOCUMENTUL DE REFERINTA PRIVIND

CELE MAI BUNE TEHNICI DISPONIBILE IN INDUSTRIA DE FABRICARE A CIMENTULUI SI VARULUI

Decembrie 2000

UPSOM

CIROM

0

CUPRINS Acest Document de referintǎ privind cele mai bune tehnici disponibile din industria cimentului reflectǎ un schimb de informaţii efectuat în acord cu Articolul 16(2) al Directivei 96/61/EC. Documentul trebuie citit având in vedere prefaţa care descrie obiectivele documentului şi cum trebuie folosit. Acest document BREF cuprinde doua parti, una pentru industria cimentului si una pentru industria varului, fiecare cuprinzand cate 7 capitole conform continutului general. Industria cimentului Cimentul este materialul de bazǎ pentru construcţia de locuinţe civile. Producţia din industria cimentului este direct raportatǎ la afacerile din construcţii în general şi de aceea este strâns legatǎ de situaţia economicǎ globalǎ. Producţia de ciment în Uniunea Europeana a fost de 172 mil tone in 1995, reprezentând circa 12% din producţia mondialǎ de ciment. Dupa extracţia, mǎcinarea si omogenizarea materiilor prime, primul pas pentru fabricarea cimentului este calcinarea carbonatului de calciu urmat de arderea oxidului de calciu rezultat, împreunǎ cu silicaţi, aluminaţi si oxizi de fier la temperaturi ridicate pentru formarea clincherului. Clincherul este mǎcinat împreunǎ cu gipsul şi alţi componenţi şi se obţine cimentul. Carbonatul de calciu provine din depozitele calcaroase naturale cum ar fi calcarul, marna si creta. Oxizii de siliciu, fier şi aluminiu se gǎsesc în diferite minereuri şi minerale, cum ar fi nisip, sist argilos, argilǎ şi minereu de fier. Cenuşa de termocentralǎ, zgura de furnal şi alte produse reziduale pot fi utilizate pentru inlocuirea partialǎ a materiilor prime naturale. Pentru producerea unei tone de clincher consumul mediu de materii prime in UE este de 1,57 t. Cea mai mare pierdere din proces se datoreazǎ reacţiei de calcinare (Ca CO3 -- CaO + CO2) prin emisia de dioxid de carbon in aer. Industria cimentului este o industrie energointensivǎ, costul pentru energie reprezentand 30-40% din costul de producţie (nu sunt incluse costurile de capital). Pot fi utilizaţi diferiti combustibili pentru obţinerea cǎldurii necesare procesului. In 1995 cei mai utilizaţi combustibili au fost cocsul de petrol (39%) şi cǎrbunele (36%), diferite tipuri de deseuri (10%), pǎcura (7%), lignitul (6%) şi gazul (2%). In 1995, erau 252 linii tehnologice de obţinere a cimentului in UE si 437 de cuptoare, nefiind toate în funcţiune. Mai existau 68 de instalaţii de mǎcinare (mori ciment fǎrǎ cuptoare). In prezent capacitatea tipică a cuptorului este in jur de 3000 t cl/zi. Arderea clincherului are loc în cuptoare rotative care pot fi integrate în mai multe tipuri de sisteme: cuptoare lungi pe procedeu umed sau uscat, cu schimbǎtor cu grǎtar (Lepol) pe procedeu semi-umed sau semi-uscat şi pe procedeu uscat cu schimbǎtor de cǎldura în suspensie şi schimbǎtor de cǎldurǎ în suspensie şi precalcinator. Cea mai buna tehnicǎ pentru fabricarea cimentului(1) este consideratǎ procedeul uscat cu cuptor şi schimbǎtor de

1

cǎldura în suspensie cu mai multe trepte şi precalcinare. Consumul de căldură asociat BAT este 3000 MJ/ t cl. In prezent, aproximativ 78% din producţia europeanǎ de ciment este pe procedeu uscat, 16% este pe procedeu semi-uscat si semi-umed, iar 6% provine din procedeul umed. In Europa se anticipeazǎ transformarea cuptoarelor pe procedeu umed în cuptoare pe procedeu uscat. Arderea clincherului este cea mai importantǎ parte a procesului în ceea ce priveste protecţia mediului - energia utilizatǎ şi emisiile in aer. Emisiile cele mai importante sunt reprezentate de oxizii de azot, dioxidul de sulf şi praf. In timp ce reducerea prafului este larg aplicatǎ de mai mult de 50 de ani şi reducerea SO2 este specificǎ instalaţiei, reducerea NOx este un aspect relativ nou pentru industria cimentului. O parte din fabricile de ciment au adoptat masuri primare: optimizarea conducerii procesului, utilizarea de sisteme gravimetrice de dozare la alimentarea combustibilului solid, optimizarea funcţionǎrii rǎcitorului grǎtar si utilizarea eficientǎ a energiei. Aceste mǎsuri au fost luate pentru creşterea calitǎtii clincherului şi pentru reducerea costurilor de productie dar au efecte şi asupra reducerii consumului de energie şi a emisiilor. Cele mai bune tehnici disponibile(1) pentru reducerea emisiilor de NOX reprezintǎ o combinaţie a mǎsurilor primare generale, mǎsurilor primare privind controlul emisiilor de NOX, arderea în trepte şi reducerea noncataliticǎ selectivǎ (SNCR). Nivelul de emisie BAT(2) asociat cu utilizarea acestor tehnici este intre 200-500 mg NOX/ m3 (ca NO2). Acest nivel de emisie trebuie interpretat având in vedere domeniul nivelurilor de emisie raportate curent ( 200 – 3000 mg NOX/ m3 si faptul cǎ majoritatea cuptoarelor din UE sunt capabile sa atingǎ mai puţin de 1200 mg NOX/ m3 prin mǎsuri primare. In timp ce a existat susţinere pentru BAT de control al emisiilor de NOX aşa cum au fost prezentate, în cadrul TWG (Grupul Tehnic de Lucru) a existat si un punct de vedere opus(3) care susţinea cǎ nivelul emisiilor BAT asociat cu utilizarea acestor tehnici este de 500-800 mg NOX/ m3 (ca NO2). A existat de asemenea şi un punct de vedere (3) cǎ reducerea selectivǎ cataliticǎ (SCR) este tehnica BAT cu un nivel de emisie asociat de 100-200 mg NOX/ m3 (ca NO2). Cele mai bune tehnici disponibile(1) pentru reducerea emisiilor de SO2 sunt o combinaţie a mǎsurilor primare generale şi adǎugarea de absorbanţi pentru un nivel iniţial de emisie de panǎ la 1200 mg SO2/ m3 şi scruber umed sau uscat pentru nivele iniţiale de emisie mai mari de 1200 mg/ m3 . Nivelul de emisie BAT asociat cu aceste tehnici este 200-400 mg SO2/ m3. In industria cimentului emisiile de SO2 sunt determinate în principal de conţinutul de sulf volatil din materiile prime. Cuptoarele care utilizeazǎ materii prime cu continut mic de sulf volatil sau fǎrǎ, au un nivel de emisie de SO2 mult sub acest nivel fǎrǎ a utiliza tehnici de reducere. Emisiile raportate curent se încadreazǎ in domeniul (10-3500 mg SO2/ m3 ________________________________________________________________________ 1.A se vedea capitolul 1.5 cu privire la aplicabilitate si fezabilitate 2 Nivelurile de emisie sunt exprimate pe baza mediilor zilnice in conditii standard: 273 K, 101.3 kPa, 10 % O2 si gaz uscat 3 A se vedea capitolul 1.5 pentru detalii si opinii divergente

2

Cele mai bune tehnici pentru reducerea emisiilor de praf sunt o combinaţie a mǎsurilor generale primare şi indepǎrtarea eficientǎ a particulelor în suspensie de la sursele punctiforme prin introducerea electrofiltrelor şi/sau filtrelor cu saci. Nivelul de emisie asociat BAT(1) pentru aceste tehnici este 20–30 mg praf/m3. Emisiile raportate curent se încadreazǎ in domeniul 5-200 mg praf/ m3 de la sursele punctiforme. Cele mai bune tehnici disponibile includ de asemenea reducerea si prevenirea emisiilor de praf de la surse difuze descrise in sectiunea 1.4.7.3. Cele mai bune tehnici pentru reducerea deşerilor constau în reintroducerea in proces a particulelor in suspensie colectate. Cand praful colectat nu este reintrodus in proces utilizarea acestuia la fabricarea altor produse este consideratǎ tehnica BAT. Se recomandǎ considerarea unei îmbunǎtǎţiri a acestui document de referinţǎ BAT în jurul anului 2005 în particular în ceea ce priveste reducerea NOX (dezvoltarea tehnologiei SCR si SNCR cu eficienţǎ ridicatǎ). Alte probleme, care nu au fost tratate în totalitate în acest document, care ar putea fi considerate/discutate în documentul revizuit sunt: - mai multe informaţii despre aditivii chimici care subţiază pasta de ciment; - informaţii numerice în privinţa frecvenţei şi duratei acceptabile a depăşirii de CO şi - valori BAT asociate emisiei pentru VOC, metale, HCl, HF, CO şi PCDD/Fs.

Industria varului Varul este utilizat intr-o larga gama de produse, de exemplu ca agent fondant in rafinarea otelului, ca liant in constructii si in tratarea apelor pentru precipitarea impuritatilor. Varul este de asemenea folosit pe scara larga la neutralizarea componentilor acizi ai efluentilor industriali si a gazelor de cuptor. Cu o productie anuala de cca. 20 milioane tone de var, tarile UE produc aproape 15% din vanzatorii reprezentativi ai producatorilor de var din lume. Procesul de fabricare a varului costa in arderea carbonatului de calciu si/sau magneziu cu eliberarea dioxidului de carbon si obtinerea oxizilor derivati (CaCO3 CaO + CO2). Oxidul de calciu rezultat din cuptor este in general macinat sau/si sitat inainte de a fi dus in silozul de stocare. Din siloz, varul ars este distribuit spre a fi utilizat ca var nestins sau transferat la instalatii de hidratare unde este este supus procesului de hidratare cu apa conducand la forma de var stins. Termenul de var include varul nestins si varul stins si este sinonim cu termenul de productia de var. Varul nestins sau varul ars, este oxidul de calciu (CaO). Varul stins consta in principal in hidroxidul de calciu (Ca(OH)2) si include varul hidratat (hidroxidul de calciu uscat pudra) lapte de var si varul vascos (dispersia de particule de hidroxid de calciu in apa). Producerea varului utilizeaza in general intre 1,4 si 2,2 tone piatra de var pe tona de var nestins vandabil. Consumul depinde de tipul produsului, de puritatea pietrei de var, de

3

gradul de calcinare sau de cantitatea de deseuri produse. Cea mai importanta in balanta procesului este pierderea ca emisie in aer, a dioxidului de carbon din proces. Industria de var este foarte mare consumatoare de energie cu o crestere de pana la 50% din costul total al producerii varului. In cuptoarele de ardere sunt folositi combustibili solizi, lichizi sau gazosi. Utilizarea gazului natural a crescut substantial in ultimii cativa ani. In 1995 cel mai frecvent combustibil utilizat a fost gazul natural (48%) si carbunele, inclusiv antracit, cocs, lignit si brichete de carbune (36%), urmate de petrol (15%) si alti combustibili (1%). Europeana (excluzand productia de var din stocuri) si din totalul de cca. 450 cuptoare, cele mai multe fiind cuptoare axiale in speta regenerative cu curgere paralela. Capacitatea obisnuita a acestor cuptoare este cuprinsa intre 50 si 500 tone pe zi. Problema cheia de mediu asociata cu productia de var este poluarea aerului si utilizarea energiei. Procesul de ardere a varului este cea mai importanta sursa de emisii si este de asemenea principalul utilizator de energie. Procesele secundare de stingere si macinarea varului care pot fi de asemenea, semnificative. Emisiile esentiale in mediu sunt praful, oxidul de azot (NOx), dioxidul de sulf (SO2) si monoxidul de carbon (CO). Cele mai multe instalatii de producere a varului considera in general ca masura primara optimizarea procesului. Aceste masuri sunt considerate uzual pentru imbunatatirea calitatii productiei si scaderea pretului de cost dare le reduce de asemenea energia utilizata si emisiile in aer.

Cele mai bune tehnici disponibile pentru reducerea emisiilor sunt o combinatie a masurilor generale primare cu reutilizarea eficienta a particulelor din punctele sursa prin aplicarea filtrelor de fabricare, electrofiltrelor de precipitare si/sau a scruberelor umede. Nivelul de emisie BAT asociat cu utilizarea acestor tehnici este de 50 mg praf/m3. Cele mai bune tehnici disponibile include de asemenea minimizarea si prevenirea emisiilor de praf din surse fugitive ca cele descries in sectiunea 1.4.7.3. Cele mai bune tehnici disponibile pentru reducerea deseurilor sunt utilizarea prafului, a varului nestins si hidratat neutilizat in produsului commercial. Emisiile de NOx depind in principal de calitatea varului produs si de tipul cuptorului. Scaderea NOx de la ardere a fost potrivita (stabilita) pentru cateva cuptoare rotative. Alte tehnologii de reducerea NOx nu au fost aplicate in industria varului. Emisiile de SOx, rezultate in principal de la cuptoarele rotative, depinde de continutul de sulf din combustibil, de tipul cuptorului si de cerinta de sulf continuta in varul produs. Selectarea combustibilului cu continut scazut de sulf poate limitata emisiile de SO2 si deci poate conduce la obtinerea de var cu continut scazut de sulf. Exista tehnci disponibile care utilizeaza adaosuri de absorbtie, dar nu sunt current aplicate in industrie. Inainte de actualizarea si aplicarea acestui document de referinta este util se se realizeze o supraveghere curenta a tehnicilor utilizate, a emisiilor si consumurilor si monitorizarea industriei varului.

4

PREFATA 1. Statutul acestui document Dacǎ nu se specificǎ altceva, orice referire la „Directivǎ” însemna Directiva Consiliului 96/61/EC referitoare la prevenirea si controlul integrat al poluǎrii. Acest document este o parte a unei serii de documente care prezintǎ rezultatele unui schimb de informaţii, între Statele Membre ale UE si industrie, privind cele mai bune tehnici disponibile (BAT), monitorizarea si evolutia acestora. [Documentul este publicat de Comisia Europena în conformitate cu prevederile articolului 16(2) al Directivei şi prin urmare trebuie luat in considerare corelat cu Anexa IV a Directivei atunci cand se determinǎ „cele mai bune tehnici disponibile”]. 2. Obligaţiile legale relevante ale Directivei IPPC si definiţia BAT-urilor Pentru a ajuta cititorul în întelegerea contextului legal în cadrul caruia acest document a fost elaborat, în aceastǎ prefaţǎ sunt descrise unele din cele mai relevante prevederi ale Directivei IPPC, inclusiv definitia termenului „ cele mai bune tehnici disponibile”. Descrierea este inevitabil incompletǎ şi este datǎ doar ca informare. Ea nu are valoare legalǎ şi nu poate, in nici un fel, sǎ modifice sau sǎ prejudicieze prevederile actualei Directive. Scopul Directivei este acela de a realiza prevenirea si controlul integrat al poluǎrii rezultate din activitǎţile listate in anexa I a Directivei, care sa conducǎ la un înalt nivel al protectiei mediului în întregul sǎu. Baza legalǎ a Directivei este legatǎ de protecţia mediului. Implementarea sa trebuie deasemenea sǎ ia în considerare şi alte obiective ale Comunitǎţii cum ar fi competitivitatea industriei din cadrul Comunitǎţii, contribuind astfel la dezvoltarea durabila. Mai precis, ea conţine prevederi pentru un sistem de autorizare pentru anumite categorii de instalaţii industriale impunând atât operatorilor cât şi autoritǎţilor de reglementare sa utilizeze o abordare globalǎ, integratǎ, asupra potenţialului de poluare şi de consum al unei instalaţii. Obiectivul global al unei asemenea abordǎri integrate trebuie sǎ fie îmbunǎtǎţirea managementului şi controlului proceselor industriale astfel ca sǎ se asigure un înalt nivel de protecţie al mediului ca un tot unitar. Esenţa acestei abordǎri o constituie principiul general din Articolul 3, acela cǎ operatorii trebuie sǎ ia toate mǎsurile adecvate de prevenire a poluǎrii, in particular prin implementarea celor mai bune tehnici disponibile, care sǎ le permitǎ îmbunǎtǎţirea performanţelor de mediu. Termenul „cele mai bune tehnici disponibile” este definit de articolul 2(11) al Directivei drept „cele mai eficiente si mai avansate faze în dezvoltarea activitǎţilor şi metodelor lor de operare, care aratǎ cât de adecvate practic sunt anumite tehnici, pentru stabilirea în principiu a bazei valorilor limitǎ de emisie destinate prevenirii şi, acolo unde nu este practic posibil, reducerii în general a emisiilor şi a impactului asupra mediului în intregul sau”. Articolul 2(11) clarificǎ în continuare aceastǎ definiţie dupa cum urmeazǎ: „Tehnicile” includ atât tehnologia folositǎ cât şi modul în care este conceputǎ, realizatǎ, întretinutǎ, operatǎ şi scoasǎ din funcţiune instalaţia.

5

„Disponibile” sunt acele tehnici care au fost dezvoltate la o scarǎ care le permite implementarea intr-un sector industrial relevant, în condiţii viabile din punct de vedere economic si tehnic, care iau în considerare costurile si avantajele, dacǎ tehnicile sunt sau nu folosite sau produse in Statele Membre în discuţie, atâta timp cât sunt rezonabil accesibile operatorului”. „Cele mai bune” inseamnǎ cele mai eficiente în atingerea unui înalt nivel de protectie a mediului în intregul sau. Mai mult, Anexa IV a Directivei conţine o listǎ cu „consideraţiile care trebuie luate în calcul, în cazuri specifice sau generale, atunci cand se stabilesc cele mai bune tehnici disponibile având în vedere costurile şi beneficiile unei mǎsuri şi principiile precauţiei si prevenirii”. Aceste consideraţii includ informaţiile publicate de Comisie în aplicarea Articolului 16(2). Autoritǎţile competente responsabile pentru eliberarea autorizatiilor sunt obligate sǎ ia în considerare principiile generale stipulate in Articolul 3, atunci când determinǎ condiţiile de autorizare. Aceste condiţii trebuie sǎ includǎ valorile limitǎ de emisie, suplimentate, sau înlocuite, dacǎ este cazul, de parametri sau de mǎsuri tehnice echivalente. Conform Articolului 9(4) din Directiva, aceste valori limitǎ de emisie, parametrii sau mǎsurile echivalente, trebuie, fǎrǎ sǎ afecteze conformarea cu standardele de calitate a mediului, sǎ se bazeze pe cele mai bune tehnici disponibile, fǎrǎ a impune utilizarea unei anumite tehnici sau tehnologii specifice, dar luând în considerare caracteristicile tehnice ale instalaţiei analizate pentru autorizare, poziţia sa geografica şi condiţiile locale de mediu. In toate imprejurǎrile, condiţiile de autorizare trebuie sǎ includǎ prevederi pentru minimizarea poluǎrii transfrontaliere sau de lungǎ distanţǎ şi trebuie sǎ asigure un inalt nivel de protecţie a mediului în intregul sǎu. Statele membre au obligaţia, conform Articolului 11 al Directivei, sǎ se asigure cǎ autoritǎţile sale competente urmǎresc sau sunt informate despre evoluţiile celor mai bune tehnici disponibile. 3. Obiectivul acestui Document

Articolul 16 (2) al Directivei cere Comisiei sa organizeze “un schimb de informaţii între Statele Membre şi industrie, asupra celor mai bune tehnici disponibile, asupra monitorizǎrii asociate şi asupra evoluţiilor acestora” şi sǎ publice rezultatul acestui schimb. Scopul schimbului de informaţii este prezentat în aliniatul 25 al Directivei, care afirmǎ cǎ ”la nivelul Comunitǎţii schimbul de informaţii şi evoluţia celor mai bune tehnici disponibile va ajuta la redresarea dezechilibrului tehnologic în cadrul Comunitǎtii, va promova diseminarea largǎ a valorilor limita şi a tehnicilor utilizate în Comunitate şi va ajuta Statele membre în implementarea eficientǎ a acestei Directive”. Comisia (Directia Generalǎ de Mediu) a stabilit un forum al schimbului de informaţii (IEF), care sǎ acorde asistenţǎ lucrǎrilor conform prevederilor Articolului 16(2), şi un numǎr de grupuri tehnice de lucru au fost create sub umbrela IEF. Atât IEF cât şi grupurile tehnice de lucru includ reprezentanţi ai Statelor Membre şi ai industriilor aşa cum cere Articolul 16(2).

6

Telul acestei serii de documente este acela de a reflecta cu acurateţe schimbul de informaţii care a avut loc conform Articolului 16(2) şi de a pune la dispoziţia autorităţilor care eliberează autorizaţiile informaţii de referinţǎ pe care sǎ le ia în considerare la stabilirea condiţiilor de autorizare. Prin informaţiile privind cele mai bune tehnici disponibile pe care le pun la dispoziţie, aceste documente ar trebui sǎ acţioneze ca instrumente importante în promovarea performanţelor de mediu. 4. Sursele de informare

Acest document reprezintǎ un rezumat al informaţiilor colectate dintr-un număr de surse, incluzând expertiza grupurilor stabilite pentru a asista Comisia în munca sa si verificate de serviciile Comisiei. Toate contribuţiile au fost preţuite în mod deosebit. 5. Cum trebuie înţeles si utilizat acest document

Informaţiile prezentate în acest document se intenţioneazǎ a fi folosite ca un punct de plecare în stabilirea BAT-urilor în cazurile specifice. Când se identificǎ BAT şi se stabilesc apoi condiţiile de autorizare bazate pe BAT, întotdeauna trebuie luat în considerare obiectivul global adicǎ acela de a se atinge un înalt nivel de protecţie a mediului în întregul lui. Restul acestei secţiuni descrie tipul informaţiilor prevǎzute in fiecare secţiune a documentului. Capitolele 1.1 si 1.2, 2.1 si 2.2 conţin informaţii generale din sectorul industrial si procesele industriale utilizate in acest sector. Capitolele 1.3. si 2.3 conţine date şi informaţii referitoare la nivelurile de la emisii şi consum care reflectǎ situaţia existentǎ a instalaţiilor la momentul respectiv. Capitolele 1.4 si 2.4 descriu mai in detaliu reducerea emisiilor şi alte tehnici care sunt considerate cele mai relevante pentru stabilirea BAT-urilor şi condiţiile BAT de autorizare. Aceste informaţii cuprind nivelele de consumuri şi emisii ce se considerǎ cǎ pot fi realizate prin utilizarea unei anumite tehnici, unele indicaţii privind costurile şi elementele cu impact asupra mai multor factori de mediu asociate acestei tehnici şi măsura in care tehnica respectivă este aplicatǎ la gama de instalaţii care necesitǎ autorizaţii IPPC, de exemplu instalaţii noi, existente, mari sau mici. Nu sunt incluse tehnicile care sunt in general considerate ca uzate moral. Capitolele 1.5. si 2.5 prezintǎ tehnicile şi nivelurile de emisii si consumuri corespunzatoare, care sunt considerate compatibile cu BAT in sens general. Scopul este acela de a pune la dispozitie indicaţii generale privind nivelurile de consumuri şi de emisii care pot fi considerate ca puncte adecvate de referintǎ utilizabile în stabilirea condiţiilor de autorizare bazate pe BAT sau pentru stabilirea regulilor generale de conformare în lumina Articolului 9 (8). Trebuie sa insistǎm in mod deosebit asupra faptului cǎ acest document nu propune valori limita de emisie. Determinarea condiţiilor adecvate de autorizare va implica luarea în calcul a factorilor locali, specifici, cum sunt caracteristicile tehnice ale instalaţiei analizate, amplasarea geografica şi condiţiile locale de mediu. In cazul unei instalaţii existente trebuie luatǎ in considerare şi fezabilitatea economicǎ şi tehnicǎ a modernizǎrii acesteia. Singurul obiectiv, acela de a asigura un înalt nivel de protecţie al

7

mediului în întregul sǎu, deseori va implica o analizǎ care sǎ decidǎ între diferitele tipuri de impact asupra mediului, şi aceste analize vor fi deseori influenţate de condiţiile locale. Deşi s-a fǎcut o încercare de a aborda unele din aceste aspecte, nu se poate afirma cǎ în acest document au fost complet dezvoltate. Tehnicile şi nivelurile prezentate în capitolele 1.5. si 2.5 nu vor fi în mod necesar adecvate tuturor instalaţiilor. Pe de altǎ parte, obligaţia de a asigura un înalt nivel de protecţie a mediului, incluzând minimizarea poluǎrii transfrontaliere şi la mare distanţǎ, presupune ca conditiile de autorizare sǎ nu poatǎ fi fixate luând in considerare numai condiţiile locale. De aceea este de cea mai mare importanţǎ ca autoritaţile de mediu sǎ ia pe deplin în considerare informaţiile continute în acest document. Întrucât BAT-urile se modificǎ în timp, acest document va fi revizuit si actualizat. Toate comentariile si sugestiile vor fi adresate Biroului European IPPC la Institutul de Studii de Prognoze Tehnologice, la adresa: Word Trade Center, Isla de la Cartuja s/n, E-41092 Seville – Spain Telephone: +34 95 4488 284 Fax: +34 95 4488 426 e-mail: eippcb@jrc.es Internet: http://eippcb.jrc.es

8

DOCUMENTUL DE REFERINŢĂ PENTRU CELE MAI BUNE TEHNICI DISPONIBILE ÎN INDUSTRIA CIMENTULUI SI A VARULUI

CUPRINS PREFAŢĂ SCOP I. INDUSTRIA CIMENTULUI 14 1.1. Informaţii generale despre industria cimentului 14 1.2. Tehnici şi procese aplicate 19 1.2.1. Obţinerea materiilor prime 20 1.2.2. Depozitarea şi pregătirea materiei prime 20 1.2.2.1. Depozitarea materiilor prime 20 1.2.2.2. Măcinarea materii prime 21 1.2.3. Depozitarea şi prepararea combustibililor 22 1.2.3.1. Depozitarea combustibililor 23 1.2.3.2. Pregătirea combustibililor 23 1.2.3.3. Utilizarea deşeurilor drept combustibil 24 1.2.4. Arderea clincherului 24 1.2.4.1. Cuptoarele rotative lungi 26 1.2.4.2. Cuptoarele rotative dotate cu schimbătoare de căldură 26 1.2.4.3. Cuptoarele rotative cu schimbător de căldură şi precalcinator 29 1.2.4.4. Cuptoarele verticale 30 1.2.4.5. Gazele de evacuare din cuptor 30 1.2.4.6. Răcitoarele de clincher 31 1.2.5. Măcinarea şi depozitarea cimentului 33 1.2.5.1. Depozitarea clincherului 33 1.2.5.2. Măcinarea cimentului 24 1.2.5.3. Depozitarea cimentului 36 1.2.6. Ambalarea şi expediţia 36 1.3. Niveluri actuale de consum şi de emisie 37 1.3.1. Consumul de materii prime 37 1.3.2. Folosirea energiei 38 1.3.3. Emisiile 38 1.3.3.1. Oxizii de azot 40 1.3.3.2. Dioxidul de sulf 41 1.3.3.3. Praful 42 1.3.3.4. Oxizi de carbon (CO2, CO) 42 1.3.3.5. Compuşii organici volatili 43 1.3.3.6. Dibenzo-dioxine şi dibenzo-furani policloruraţi 43 1.3.3.7. Metalele şi compuşii lor 44 1.3.4. Deşeurile 45 1.3.5. Zgomotul 45 1.3.6. Mirosurile 45 1.3.7. Legislaţia 45 1.3.8. Monitorizarea 45 1.4. Tehnici avute în vedere în determinarea BAT 46 1.4.1. Consumul de materii prime 47 1.4.2. Utilizarea energiei 47

9

1.4.3. Alegerea procesului 47 1.4.4. Tehnici generale 47 1.4.4.1. Optimizarea controlului procesului 47 1.4.4.2. Alegerea combustibilului şi a materiilor prime 48 1.4.5. Tehnici pentru controlul enisiilor de NOX 49 1.4.5.1. Măsuri primare pentru controlul emisiilor de NOX 49 1.4.5.2. Arderea în trepte 50 1.4.5.3. Arderea la mijlocul cuptorului 51 1.4.5.4. Clincherul mineralizat 52 1.4.5.5. Reducerea non-catalitică selectivă (SNCR) 53 1.4.5.6. Reducerea catalitică selectivă (SCR) 54 1.4.6. Tehnici pentru controlul emisiilor de SO2 55 1.4.6.1. Adaos de absorbant 56 1.4.6.2. Scrubere uscate 57 1.4.6.3. Scrubere umede 57 1.4.6.4. Carbon activ 58 1.4.7. Tehnici pentru controlul emisiei de praf 58 1.4.7.1. Electrofiltre 59 1.4.7.2. Filtre cu saci 60 1.4.7.3. Reducerea emisiilor difuze de praf 61 1.4.8. Controlul altor emisii în aer 62 1.4.8.1. Oxizii de carnon (CO2, CO) 62 1.4.8.2. Compuşi organici volatili şi PCDD-/PCDF 62 1.4.8.3. Metalele 62 1.4.9. Deşeurile 62 1.4.10. Zgomotul 62 1.4.11. Mirosurile 63 1.5. Cele mai bune tehnici disponibile în industria cimentului 63 1.6. Noi tehnologii în industria cimentului 67 1.6.1. Tehnologia de fabricare a cimentului în pat fluidizat 67 1.6.2. Arderea în trepte combinată cu SNCR 69 1.7. Concluzii şi recomandări 69 2 INDUSTRIA VARULUI 70 2.1 Informatii generale despre industria varului 70 2.2 Aplicarea proceselor si tehnicilor de fabricare a varului 74 2.2.1 Obtinerea calcarului 75 2.2.2 Prepararea pietrei de var si stocarea 75 2.2.3 Combustibili, stocare si preparare 77 2.2.4 Calcinarea pietrei de var 78 2.2.4.1 Cuptoare axiale 81 2.2.4.2 Cuptoare rotative 87 2.2.4.3 Altele 89 2.2.5 Procesarea varului nestins 91 2.2.6 Producerea varului stins 91 2.2.7 Stocarea si manipularea 93 2.2.8 Alte tipuri de var 94 2.2.8.1 Producerea varului calcinat 94 2.2.8.2 producerea varului hidratat 95 2.2.9 Cuptoare de var captive 95

10

2.2.9.1 Cuptoare de var in industria fontei si otelului 95 2.2.9.2 Cuptoare de var in industria celulozei Kraft 95 2.2.9.3 Cuptoare de var in industria zaharului 96 2.3 Consumuri in prezent/nivele de emisii 96 2.3.1 Consumuri de var 96 2.3.2 Utilizarea energiei 96 2.3.3 Emisii 98 2.3.3.1 Oxizii de azot 98 2.3.3.2 Oxizii de sulf 99 2.3.3.3 Praful 100 2.3.3.4 Oxizii de carbon 100 2.3.3.5 Alte substante 102 2.3.4 Deseuri 102 2.3.5 Zgomotul 102 2.3.6 Legislatie. 102 2.3.7 Monitoringul 102 2.4 Tehnici considerate in stabilirea BAT 103 2.4.1 Consumul de var 103 2.4.2 Utilizarea energiei 104 2.4.3 Optimizarea proceselor de control 105 2.4.4 Alegerea combustibilului 105 2.4.5 Tehnici pentru controlul emisiilor de NOx. 105 2.4.6 Tehnici pentru controlul emisiilor de SO2 106 2.4.7 Tehnici pentru controlul emisiilor de praf 106 2.4.7.1 Cicloane 107 2.4.7.2 Precipitarea electrostatica 107 2.4.7.3 Filtre sintetice 107 2.4.7.4 Scrubere umede 109 2.4.7.5 Emisii fugitive de praf 109 2.4.8 Deseuri 109 2.5 Cea mai buna tehnica disponibile in industria varului 109 2.6 Tehnici de urgenta in industria varului 111 2.6.1 Calcinarea in pat fluidizat 111 2.6.2 Calcinatorul cu scanteie/ preincalzitor suspendat 112 2.6.3 Adaosuri de absorbtie pentru reducerea emisiilor de SO2 112 2.6.4 Managementul CO-la varf 113 2.6.5 Filtre de ceramica 113 2.7 Concluzii si recomandari 113

REFERINTE GLOSAR DE TERMENI SI ABREVIERI ANEXA A: LEGISLATIA NATIONALA SI INTERNATIONALA EXISTENTA ANEXA B: REDUCEREA NOx si SO2 IN INDUSTRIA CIMENTULUI

11

LISTA FIGURILOR Figura 1.1: Producţia de ciment din UE si pe plan mondial 1950-1995................... ...........14 Figura 1.2: Industria cimentului din UE – estimarea numărului de angajaţi 1975- 1995..…15 Figura 1.3: Producţia de ciment, inclusiv clincher pentru export si consumul de ciment in UE in 1995.....................................................................................16 Figura 1.4: Procedeul uscat cu precalcinator......................................................................19 Figura 1.5: Cuptorul rotativ lung pentru procedeu umed cu lanţuri......................................25 Figura 1.6: Schemele de funcţionare ale diferitelor schimbătoare de cǎldurǎ……………...28 Figura 1.7: Bilanţul de masa la producerea unui kg de ciment............................................37 Figura 1.8: Cuptorul de ciment cu strat fluidizat..................................................................68 Figura 2.1: Distribuitori reprezentativi de var din lume si din UE 1960,1984-1995..…........70 Figura 2.2: Distribuitori reprezentativi de var tarile UE 1995 .......…...................................71 Figura 2.3: Vedere de ansamblu asupra procesului de fabricare a varului.........................76 Figura 2.4: Cuptor vertical axial................................….......................................................80 Figura 2.5: Cuptor inclinat dublu axial.................................................................................83 Figura 2.6: a) Cuptor axial anular; b) Cuptor regenerator cu debit paralel..........................85 Figura 2.7: Cuptor rotativ de preancalzire a varului...................................…......................88 Figura 2.8: Calcinarea in suspensie ……............................................................................90 Figura 2.9: Fluxul celor trei etape de hidratare a varului.....................................................92 Figura 2.10: Distributia structurii granulare– alimentarea cuptorului – tipuri de cuptor......104 Figure 2.11: Fluidizare in patul cuptorului..........................................................................112

12

LISTA TABELELOR

Tabelul 1.1. Producţia mondială de ciment pe zone geografice în 1995…………………..15 Tabelul 1.2. Numărul de instalaţii de ciment din ţările UE în 1995………………………...17 Tabelul 1.3. Livrări interne pe tipuri de ciment în UE şi Aria Economică Europeană........18 Tabelul 1.4. Consumul de combustibil în industria europeană a cimentului………………18 Tabelul 1.5. Tipuri de deşeuri utilizate frecvent ca materii prime în industria cimentului în Europa.......................................................................................20 Tabelul 1.6. Tipuri de deşeuri utilizate frecvent drept combustibil în industria europeană a cimentului…………………………………………………………..24 Tabelul 1.7. Consumul de materii prime din producţia de ciment……………………….....38 Tabelul 1.8. Informaţii despre nivelurile de emisie din cuptoarele de ciment

europene………………………………………………………………………..….40 Tabelul 1.9. Rezultate ale măsurărilor din Germania în anii 80…………………………….41 Tabelul 1.10. Imagine de ansamblu a tehnicilor pentru controlul emisiilor de NOx ………..49

Tabelul 1.11. Imagine de ansamblu a tehnicilor de control a emisiilor de SO2 …………............56 Tabelul 1.12. Imagine de ansamblu a tehnicilor de control a prafului……………………….59 Tabelul 2.1: Consumul de var pe sectoare in tarile UE 1995 (neincluzand varul captiv)....72 Tabelul 2.2: Numarul instalatiilor de var necaptive in Statele membre din

UE in 1995 .................……………………………………………………………...72 Tabelul 2.3: Numarul cuptoarelor de var operationale, fara cuptoarelor captive in Statele

membre ale UE in 1995 ..………….. ……………………………………………..73 Tabelul 2.4: Estimarea distributiei diferitelor tipuri de cuptoare de var in UE in 1995.........73 Tabelul 2.5: Distributia combustibililor utilizati in industria europeana de var in 1995.........74 Tabelul 2.6: Combustibili utilizati la arderea varului ………………………….......................77 Tabelul 2.7: Caracteristicile catorva tipuri de cuptoare de var ..…..............…….................78 Tabelul 2.8: Tipuri de caldura si electricitate folosita in diverse tipuri de cuptoare de var...96 Tabelul 2.9: Emisii uzuale de NOx de la cateva tipuri de cuptoare de var..............….........99 Tabelul 2.10: Emisii uzuale de SO2 de la cateva tipuri de cuptoare de..........………..........99 Tabelul 2.11: Emisii uzuale de CO de la cateva tipuri de cuptoare de var........................101 Tabelul 2.12: Vedere de ansamblu asupra tehnicilor aplicabile in industria varului .........103 Tabelul 2.13: Vedere de ansamblu asupra tehnicilor de control al emisiilor de praf provenite de la fabricarea varului .....………………………………………….107

13

1. INDUSTRIA CIMENTULUI 1.1. Informaţii generale despre industria cimentului Cimentul este un produs fin macinat, nemetalic, formând în amestec cu apa o pastă care face priză şi se întăreşte. Această întărire hidraulică se datoreaza în primul rând formării de hidrosilicati de calciu ca urmare a reacţiei între apa de amestec şi costituienţii mineralogici ai cimentului. În cazul cimenturilor aluminoase, întărirea hidraulică implică formarea de hidroaluminaţi de calciu. Cimentul este un material de bază folosit pentru construcţia de locuinţe şi în ingineria civilă. În Europa, utilizarea cimentului şi a betonului (un amestec de ciment, agregate, nisip şi apă) în marile construcţii datează încă din antichitate. Cimentul Portland, cel mai răspândit si folosit la obţinerea betonului, a fost patentat în 1924. Producţia de ciment este în general legată în mod direct de situaţia afacerilor din domeniul construcţiilor şi prin urmare reflectă situaţia economică în ansamblu. După cum se arată în Figura 1.1., producţia mondială de ciment a crescut în mod constant de la începutul anilor 1950, cu creşterea producţiei în ţările dezvoltate, in special in Asia, culminând cu o mare rată de creştere a producţiei de ciment în anii 1990.

Fig.1.1: Producţia de ciment din UE şi pe plan mondial 1950 –1995 /Cembureau/.

14

În 1995, producţia mondială de ciment a fost 1420 milioane de tone. Tabelul 1.1. arată distribuirea producţiei de ciment pe regiuni geografice. - 1995 China 30 % Japonia 7 % Alte ţări din Asia 23 % Uniunea Europeană 12 % Alte ţări din Europa 6 %

1995 U.S.A. 5 % America de Sud 8 % Africa 4 % Fosta URSS 4 % Oceania 1 %

Tabelul 1.1. Producţia mondială de ciment pe zone geografice în 1995 /Raportul Cembureau, 1997/

Producătorii din UE au crescut producţia de ciment - om/an de la 1700 tone in 1970 la 3500 în 1991. Această creştere a productivitatii este rezultatul introducerii unor unităţi de producţie la scară mai mare. Aceasta presupune folosirea unor operaţiuni automatizate şi de aceea necesită un personal mai restrâns, dar bine pregătit. Numărul de angajaţi în industria cimentului din Uniunea Europeană este acum mai mic de 60000 persoane.Figura 1.2. arată estimările privind forţa de muncă în industria cimentului din UE între 1975 –1995.

Figura 1.2: Industria cimentului din UE – estimarea numãrului de angajaţi 1975- 1995 (cifrele dinainte de 1991 nu includ angajaţii din fosta Germanie de Est). /Cembureau/ În 1995 producţia de ciment din U.E. a totalizat 172 milioane de tone şi un consum de 168 milioane de tone (23 de mil. de tone de ciment importate şi 27 mil. de tone exportate). Aceste cifre cuprind schimburile economice între ţările UE.

15

Se constată un import şi un export scăzut de ciment în principal ca urmare a costurilor ridicate ale transportului rutier. Schimbul comercial mondial de ciment însumează doar 6-7 % din producţie, din care majoritatea este transportată pe mare. Livrările rutiere de ciment nu depăşesc distanţa de 150 km. Prin urmare aşa cum reiese din figura 1.3., rata consumului egalează rata producţiei pentru multe state membre din UE, cu excepţia Greciei şi Danemarcei, care exportă aproximativ 50 % din producţia lor de ciment. Cei mai mari 5 producători mondiali de ciment sunt cele patru grupuri Vest Europene: Holderbank, Lafarge, Heidelberger şi Italcementi, împreună cu Cemex din Mexic. În afară de producerea cimentului, aceste companii şi-au diversificat activitatea în alte câteva sub-sectoare ale materialelor de construcţie cum ar fi agregatele, produsele din beton, plăcile de gips etc. Costurile de transport determină ca vânzările de ciment să fie predominant locale. Cu toate acestea, există unele schimburi comerciale globale şi în unele cazuri este viabil din punct de vedere economic să se transporte ciment pe tot mapamondul. Competiţia internaţională este în principal o ameninţare pentru fabricile de ciment individuale si datorită importurilor crescute din Europa de Est în UE care afectează condiţiile locale de comercializare.

Figura 1.3. Producţia de ciment, inclusiv clincherul pentru export şi consumul de ciment din UE 1995 /Raportul Cembureau, 1997/, /Goller/ În 1995, existau în Uniunea Europeană 252 de instalaţii care produceau clincher şi ciment. Mai există încă 68 de instalaţii de măcinare (mori de ciment) fără cuptoare. Vezi Tabelul 1.2.

16

Ţara Linii fabricaţie

ciment Instalaţii mãcinare

ciment Austria 11 1

Belgia 5 3

Danemarca 1 -

Finlanda 2 -

Franţa 38 5

Germania 50 20

Grecia 8 -

Irlanda 2 -

Italia 64 29

Luxemburg 1 1

Olanda 1 2

Portugalia 6 1

Spania 37 5

Suedia 3 -

Regatul Unit 23 1

Total 252 68

Tabelul 1.2.: Numărul de instalaţii de ciment din ţările UE în 1995

/Raportul Cembureau, 1997/, Schneider/ Există 437 cuptoare de ciment în ţările din UE, dar nu funcţionează toate în acest moment. În ultimii ani, capacitatea cuptorului este în mod curent în jur de 3.000 tone/zi şi cu toate că există o diversitate mare de cuptoare, numai câteva cuptoare au capacitatea mai mică de 500 tone pe zi. În prezent, aproximativ 78 % din producţia europeană de ciment este realizată prin procedeul uscat, o producţie suplimentară de 16 % se realizează prin procedeu semi-uscat şi semi-umed, iar restul producţiei europene de circa 6 % este obţinută prin procedeul umed. Alegerea procedeului de fabricare este motivată în primul rând de natura materiilor prime disponibile. Standardul european (EN 197 –1) pentru cimenturi obişnuite conţine 27 tipuri de ciment Portland împărţite în 5 grupe. Mai există şi cimenturi speciale obţinute pentru aplicaţii speciale. Tabelul 1.3. prezintă procentul pe tipuri de ciment produs pentru pieţele interne în 1994.

1994 Ciment Portland compozit 44 % Ciment Portland 43 % Ciment de furnal 7 % Ciment puzzolanic 5 % Alte tipuri de ciment 1 %

Tabelul 1.3. Livrări interne pe tipuri de ciment în UE şi Aria Economică Europeană

/Raportul Cembureau, 1997/

17

Industria cimentului este o industrie energointensivă cu un nivel de energie specific ce însumează 30-40 % din costurile de producţie (excluzând cheltuielile de investiţie). De obicei, combustibilul de bază folosit este cărbunele. O gama mare de alti combustibili sunt utilizati, inclusiv cocsul de petrol, gazul natural şi păcură. În plus faţă de aceste tipuri de combustibil, industria cimentului a folosit diverse tipuri de deşeuri drept combustibil de mai mult de 10 ani.

1995 Cocs de petrol 39 % Cărbune 36 % Păcură 7 % Lignit 6 % Gaz 2 % Diferite tipuri de deşeuri 10 %.

Tabelul 1.4. Consumul de combustibil în industria europeană a cimentului /Raportul Cembureau, 1997/

Emisiile din industria cimentului care ridică probleme sunt oxizii de azot (NOx), dioxidul de sulf (SO2) şi praful. Trebuie luate în considerare şi alte emisii cum ar fi oxizii de carbon (CO , CO2) compuşii organici volatili (VOC), dibenzodioxinele policlorinate (PEDDs) şi dibenzofuranii (PeDFs), metalele şi nivelul sonor. Industria cimentului este o industrie foarte costisitoare. Costul unei instalaţii noi de producere a cimentului este echivalent cu cifra de afaceri pe aproximativ 3 ani ceea ce plasează industria cimentului printre cele mai scumpe. Profitul obţinut din industria cimentului este în jur de 10 % (pe baza profiturilor înainte de impozitare). 1.2.Tehnici şi procese aplicate Procesul chimic de bază al fabricării cimentului constă în descompunerea carbonatului de calciu (CaCO3) la circa 9000C în oxidul de calciu (CaO, var) şi dioxidul de carbon (CO2); acest proces este cunoscut sub numele de calcinare. Acesta este urmat de procesul de clincherizare în care oxidul de calciu reacţionează la o temperatură ridicată (de obicei 1400-1500oC) cu SiO2, Al2O3 şi oxid feros pentru a forma silicaţi, aluminaţi şi feriţi de calciu care sunt înglobaţi în clincher. Clincherul este apoi concasat sau măcinat împreună cu gipsul şi alţi aditivi pentru obţinerea cimentului. Există patru procedee principale pentru obţinerea cimentului: procedeul uscat, semi-uscat, semi-umed şi umed : - În procedeul uscat, materiile prime sunt măcinate şi uscate până ajung în stadiu de făină

brută. Făina este alimentată într-un cuptor cu schimbător de căldură sau precalcinator sau, mai rar, într-un un cuptor lung.

- În procedeul semi-uscat, făina brută este granulată cu ajutorul apei şi alimentată la un schimbător de căldură cu grătar înainte de cuptor sau într-un cuptor lung dotat cu bare încrucişate.

- În procedeul semi-umed pasta este mai întâi deshidratată cu ajutorul filtrelor presă. Turta filtrată este extrudată în granule şi alimentată fie într-un schimbător de căldură cu grătar sau direct într-un filtru presă uscător pentru producerea făinii.

18

- În procedeul umed, materiile prime (adesea cu un conţinut ridicat de umiditate) sunt

măcinate în apă pentru a forma o pastă pompabilă. Pasta este alimentată direct în cuptor sau mai întâi într-un uscător de pastă.

Figura 1.4. prezintă schema procedeului uscat cu precalcinator

Figura 1.4.: Procedeul uscat cu precalcinator (Bazat pe figura din /UK Nota IPC, 1996/) Alegerea procedeului este într-o oarecare măsură determinată de starea materiilor prime (uscate sau umede). O mare parte din producţia mondială de clincher este încă bazată pe procedeele umede. Cu toate acestea în Europa, mai mult de 75% din producţie se bazează pe procedeul uscat datorită disponibilităţii materiilor prime uscate. Procedeul umed este mare consumator de energie şi de aceea mai scump. Fabricile care folosesc procedee semi-uscate sunt pe cale să treacǎ la procedeul uscat de câte ori sunt necesare îmbunătăţiri. Instalaţiile care folosesc procedeul umed sau semi-umed au acces de obicei doar la materii prime umede, aşa cum este situaţia în Danemarca şi Belgia şi într-o oarecare măsură în Marea Britanie. Toate procesele au în comun următoarele subprocese: - - obţinerea de materii prime - - depozitarea şi pregătirea materiilor prime - - depozitarea şi pregătirea combustibililor - - arderea clincherului - - măcinarea şi depozitarea cimentului - - ambalarea şi livrarea.

19

1.2.1. Obţinerea materiilor prime Depozitele calcaroase cum ar fi creta, marna sau calcarul sunt o sursă naturală de carbonat de calciu. Silicea, oxidul de fier şi alumina se găsesc în diverse minereuri şi minerale ca nisipul, şistul, argila şi minereul de fier. Cenuşa de termocentrală, zgura de furnal granulata şi alte reziduuri de proces pot fi deasemenea folosite drept înlocuitori parţiali pentru materiile prime naturale în funcţie de compoziţia lor chimică. Tabelul 1.5. arată tipurile de deşeuri cele mai des folosite în prezent în Europa la fabricarea cimentului.

Cenuşă zburătoare Zgură granulată de furnal Silicea ultrafină Zgură de fier Reziduuri lichide de la fabricarea hârtiei Cenuşă de pirită Fosfogips (rezultat din desulfurizarea gazului de ardere şi din producţia de acid fosforic).

Tabelul 1.5.: Tipuri de deşeuri utilizate frecvent ca materii prime în industria cimentului în Europa/ Ceambureau/ În general, obţinerea materiilor prime naturale presupune operaţii de exploatare în carieră. Materiile sunt cel mai adesea obţinute din cariere la suprafaţa. Operaţiile necesare cuprind forări, explozii, excavare, transport şi concasare. Principalele materii prime (calcarul, marna, şistul, argila) sunt extrase din cariere. În cele mai multe cazuri cariera este în apropierea fabricii de ciment. După concasarea primară, materiile prime sunt transportate la fabrica de ciment pentru depozitare şi pregătire ulterioară. Alte materii prime, precum bauxita, minereul de fier (cenusa de pirita), zgura granulata de furnal sau nisipul de turnătorie sunt aduse din altă parte. 1.2.2. Depozitarea şi pregătirea materiei prime Pregătirea materiei prime este de mare importanţă pentru sistemul cuptorului atât în ceea ce priveşte chimia amestecului brut (făina) cât şi obţinerea unei fineţi de măcinare adecvată pentru făină. 1.2.2.1. Depozitarea materiilor prime Necesitatea folosirii unor depozite acoperite depinde de condiţiile climatice şi de cantitatea de particule fine din materiile prime care se obţine din instalaţia de concasare. În cazul unui cuptor cu o producţie de 3.000 de tone/zi aceste depozite pot fi între 20.000 şi 40.000 tone de material. Făina cu care se alimentează cuptorului trebuie să fie cât se poate de omogenă din punct de vedere chimic. Aceasta se realizează prin controlul alimentării cu material a morii. Atunci când materialul din carieră prezintă variaţii ale parametrilor de calitate, preomogenizarea amestecului poate fi realizată prin stivuirea materialului pe rânduri de-a lungul întinderii (sau în jurul circumferinţei) depozitului şi extrăgându-l prin prelevarea unor secţiuni transversale din stivă. Când materialul din carieră este relativ omogen, poate fi folosit un sistem de stivuire şi preluare mai simplu. Materiile prime folosite în cantităţi relativ mici, adaosurile minerale de exemplu, pot fi depozitate alternativ în silozuri sau buncăre. Orice materie primă cu proprietăţi potenţial nocive, cum ar fi cenuşa zburătoare şi fosfogipsul, trebuie să fie depozitate şi pregătite conform cerinţelor individuale specifice.

20

1.2.2.2. Măcinarea amestecului brut Dozarea si cântărirea componentelor care alimentează moara sunt importante pentru obţinerea unei compoziţii chimice bine definite. Aceasta este esenţială pentru operarea stabilă a cuptorului şi pentru obţinerea unui produs de calitate superioară. Dozarea si cântărirea sunt deasemenea un factor important în ceea ce priveşte eficienţa energetică a sistemul de măcinare. Echipamentul utilizat pentru dozare la alimentarea morilor cu materii prime este alimentatorul cu tablier metalic urmat de cântarul de bandă.

Măcinarea materiilor prime, procedeul uscat şi semiuscat Materiile prime în proporţii controlate sunt măcinate şi amestecate împreună pentru a forma un amestec omogen cu compoziţia chimică solicitată. Pentru procedeele uscat şi semiuscat, materiile prime sunt măcinate şi uscate sub forma unei pulberi fine, folosindu-se mai ales gazele provenite de la instalaţia de exhaustare a cuptorului şi/sau aerul cald exhaustat din răcitor. Pentru materiile prime cu umiditate relativ ridicată, şi pentru iniţierea procesului, este necesară o cameră de combustie auxiliară pentru a oferi căldura suplimentară. - Sistemele specifice de măcinare uscată sunt: - - moara tubulară cu descărcarea centrală; - - moara tubulară cu aspirare de aer; - - moară verticală cu role; - - moară orizontală cu role (în funcţiune doar la câteva instalaţii până acum). Alte sisteme de macinat sunt folosite într-o mai mică măsură. Acestea sunt: - - moara tubulară cu descărcare la capăt în circuit închis; - - moara autogenă; - - presă cilindrică, cu sau fără concasor uscător. Fineţea şi distribuţia granulometrică a produsului care este obţinut are o mare importanţă pentru procesul ulterior de ardere. Valorile impuse pentru aceşti parametrii se realizează prin reglarea separatorului folosit pentru separarea gravimetrică în curent de aer a produsului ce părăseşte moara de măcinat. Pentru separarea uscată sunt folosite separatoarele de aer. Cea mai nouă generaţie de separatoare cu carcasă rotativă prezintă câteva avantaje. Acestea sunt: - consum mai scăzut de energie al sistemului de măcinare (mai puţină supra-măcinare); - creşterea debitului de iesire (separare mai eficientă a particulelor; - o distribuţie granulometrică mai bună şi uniformitatea produsului. Măcinarea amestecului brut, procedeu umed şi semi-umed Procedeul umed este folosit doar în combinaţie cu un cuptor adaptat pentru arderea materialului obţinut, umed sau semi-umed. Materiile prime componente sunt măcinate cu apă pentru a forma o pastă. Pentru a obţine fineţea necesară pastei şi pentru a se îndeplini cerinţele de calitate, sistemele de măcinare cu circuit închis sunt principala opţiune. Procedeul umed este de obicei preferabil de fiecare dată când materiile prime au un conţinut de umiditate mai mare de 20 % din greutatea sa. Pentru materiile prime precum creta, marna sau argila care sunt lipicioase şi cu un conţinut ridicat de umiditate, un prim pas în prepararea lor trebuie să fie măcinarea într-o moară spălătoare. Apa şi materialul măcinat sunt alimentate în

21

moară şi transformate în pastă, prin impact şi forfecare sub acţiunea grapelor rotative. Când este suficient de fin, materialul trece prin sitele din moară şi este pompat în depozit. Pentru a realiza fineţea cerută a pastei este necesară de obicei o măcinare suplimentară în moara tubulară, în special dacă trebuie să fie adăugată materie primă suplimentară cum ar fi nisipul. Pentru a reduce consumul de combustibil al cuptorului, adăugarea apei în timpul măcinării materialului este controlată astfel încât cantitatea folosită să fie un minimum necesar pentru a realiza curgerea curentă a pastei şi caracteristicile de pompabilitate (32 până la 40 % w/w apă). Aditivii chimici pot acţiona ca fluidificatori ai pastei permiţând reducerea conţinutului de apă. Omogenizarea făinii sau pastei şi depozitarea acesteia Făina sau pasta care se formează prin procesul de măcinare necesită o nouă omogenizare pentru a se realiza o constanţă optimă a caracteristicilor amestecului brut înainte de a fi alimentat în cuptor. Făina este omogenizată şi depozitată în silozuri, pasta brută este depozitată în rezervoare sau silozuri. Pentru transportul făinii în silozuri de depozitare sunt folosite sisteme mecanice şi pneumatice. Transportul mecanic necesită costuri de investiţie mai mari dar are costuri de funcţionare mult mai scăzute decât sistemele de transport pneumatice. O combinaţie de transport: rigole pneumatice sau cu şnec şi elevator cu cupe este în prezent cel mai folosit sistem. 1.2.3. Depozitarea şi prepararea combustibililor Diferiţi combustibili pot fi folosiţi pentru a oferi căldura necesară pentru proces. Trei tipuri de combustibili sunt folosite în special la arderea cimentului din cuptor; în ordinea descrescătoare a importanţei aceştia sunt: - - cărbunele pulverizat şi cocsul de petrol; - - păcura (grea); - - gazul natural. Principalii componenţi ai cenuşii rezultate din arderea acestor combustibili sunt silicea şi alumina. Acestea se combină cu materiile prime şi devin parte a clincherului. Trebuie să se ţină cont de aceasta în calcularea proporţiei de materii prime şi este de dorit să se folosească combustibil cu un conţinut constant dar nu neapărat scăzut de cenuşă. Principalii combustibili folosiţi în industria europeană a cimentului sunt cocsul de petrol şi cărbunele (cărbune negru şi lignit). Costurile împiedică de obicei folosirea gazului natural sau a petrolului, dar selectarea combustibililor depinde de situaţia locală (cum ar fi disponibilitatea cărbunelui indigen). Cu toate acestea, temperaturile ridicate şi intervalele lungi de staţionare în cuptor presupun un potenţial considerabil de distrugere a substanţelor organice.Aceasta determină ca o varietate mare de combustibili mai puţin scumpi, sub forma unor diferite tipuri de deşeuri să fie utilizaţi la ardere în cuptoarele de clincher. Pentru a menţine pierderile de căldură la un nivel minim, cuptoarele de ciment funcţionează cu cel mai scăzut exces posibil de oxigen. Aceasta necesită o dozare corespunzătoare şi uniformă a combustibilului şi prezentarea acestuia într-o formă ce permite o ardere uşoară şi completă. Aceste condiţii sunt îndeplinite de toţi combustibilii lichizi şi gazoşi. Pentru combustibilii solizi pulverizaţi este esenţială proiectarea bună a rezervoarelor, a transportului şi a alimentatoarelor pentru a se îndeplini aceste condiţii. Principalul combustibil utilizat (65-85 %) trebuie să fie de tipul unui

22

combustibil uşor, iar partea rămasă, de 15-35 % poate fi alimentată într-o formă măcinată grosier sau sub formă de bucăţi. 1.2.3.1. Depozitarea combustibililor Cărbunele brut sau cocsul de petrol sunt depozitate la fel ca şi materiile prime, în multe cazuri în depozite acoperite. Pentru depozitarea în aer liber sunt folosite haldele mari şi compacte pentru stocările pe termen lung. Astfel de halde pot fi cultivate cu iarbă pentru a se împiedica acţiunea apei de ploaie şi a eroziunii cauzate de vânt. Infiltraţiile din depozitările în aer liber s-au dovedit a fi problematice. Cu toate acestea, pătura ermetică de beton de sub halde face posibilă colectarea şi curăţirea apei care se scurge. La depozitarea pe perioade lungi a cărbunelui cu un conţinut de materie volatilă relativ ridicat este necesară supravegherea pentru a se evita aprinderea spontană. Cărbunele pulverizat şi cocsul de petrol sunt depozitate exclusiv în silozuri. Din motive de siguranţă (ex: exploziile declanşate de focurile mocnite şi de descărcările electrice statice) aceste silozuri trebuie să fie dotate cu extracţie fluidizată a masei şi trebuie să fie echipate cu dispozitive standard de siguranţă. Păcura este depozitată în rezervoare verticale din oţel. Acestea sunt uneori izolate pentru a ajuta la menţinerea temperaturii de pompare (50 până la 600C). Ele pot fi deasemenea echipate cu puncte încălzite de aspirare pentru a menţine la o temperatură locală corectă. Gazul natural nu este depozitat la fabrica de ciment. Reţeaua internaţională de distribuire a gazului la presiune ridicată acţionează ca o posibilitate a depozitării gazului. 1.2.3.2. Pregătirea combustibililor Pregătirea combustibilului solid (concasare, măcinare şi uscare) se realizează de obicei in incinta fabricii. Cărbunele şi cocsul de petrol sunt macinate până ajung o pulbere fină, în instalaţiile de măcinare folosindu-se un echipament asemănător cu cel al instalaţiilor de măcinare a materiilor prime. Fineţea combustibilului pulverizat este importantă; dacă este prea fin, temperatura flăcării poate fi extrem de ridicată, dacă este prea grosier poate apărea o ardere necorespunzatoare; volatilitatea scăzută sau utilizarea unui combustibil solid cu un conţinut volatil scăzut va necesita o măcinare mai avansată. Dacă nu este destul aer fierbinte pentru uscare preluat din cuptor sau din răcitor, atunci este necesar un încălzitor auxiliar. Componente speciale vor trebui încorporate pentru a proteja echipamentul de incendii şi explozii. Sunt folosite trei tipuri principale de concasare şi măcinare a cărbunelui: - - moară tubulară cu aspirare de aer; - - moară verticală sau moară cu bile inelare; - - moară cu impact. - Combustibilul solid poate fi aprins direct în cuptor, dar la instalaţiile moderne este depozitat de obicei în silozuri pentru a permite folosirea unor arzătoare mai eficiente din punct de vedere termic (ardere indirectă) folosindu-se aer primar scăzut. Sistemele de măcinare, depozitare şi aprindere a combustibilului solid trebuie să fie proiectate şi operate pentru a se evita riscul exploziei sau al incendiului. Cerinţele primare sunt de a controla

23

corespunzător temperatura aerului şi a evita acumularea de material fin în punctele moarte expuse căldurii. Pregătirea păcurii: Pentru a facilita măsurarea şi arderea, păcura este adusă la 120-140oC, rezultând o reducere a vâscozităţii de până la 10-20 cSt. Suplimentar presiunea este crescută la 20-40 bar. Pregătirea gazului natural: Înainte de ardere, presiunea gazului trebuie să fie redusă de la presiunea de 30-80 bar din retea până la presiunea de 3-10 bar din reţeaua instalaţiei şi apoi redusă din nou până la presiunea de alimentare a arzătorului de aproximativ 1bar (suprapresiune). Prima etapă în reducerea presiunii este realizată în centrala de transfer a gazului unde are loc deasemenea măsurarea consumului. Pentru a se evita îngheţarea echipamentului ca urmare a efectului Joule-Thompson, gazul natural este preîncălzit înainte de a trece prin valva de reducere a presiunii. În mod alternativ, reducerea presiunii poate fi realizată prin trecerea gazului printr-o turbină de expansiune conectată la un generator. Astfel, o parte din energia necesară pentru comprimarea aerului poate fi recuperată. 1.2.3.3. Utilizarea deşeurilor drept combustibil Deşeurile, care sunt alimentate prin arzătorul principal, vor fi descompuse în zona de ardere primară la temperaturi de până la 2000oC. Deşeurile care sunt alimentate printr-un arzător secundar, adică in schimbătorul de căldură sau precalcinator vor fi arse la temperaturi mai scăzute care nu sunt suficiente mereu pentru a descompune substanţele organice halogenate. Componentele volatile din materialul care este alimentat la camera de trecere a cuptorului sau combustibilul în bucǎţi se pot evapora. Aceste componente nu trec de zona primară de ardere şi nu pot fi descompuse sau legate în clincherul de ciment. De aceea, folosirea de deşeuri conţinând metale volatile (mercur, taliu) sau compuşi organici volatili poate avea ca rezultat o creştere a emisiilor de mercur, taliu sau VOC atunci când sunt folosite necorespunzător. Tabelul 1.6. prezintă tipurile de deşeuri cel mai des utilizate drept combustibil în prezent, în Europa.

Anvelope uzate Uleiuri uzate Nămoluri de canalizare Cauciuc Deşeuri lemnoase Materiale plastice Deşeuri de hârtie Reziduuri de la fabricarea hârtiei Solvenţi uzaţi

Tabelul 1.6. Tipuri de deşeuri utilizate frecvent drept combustibil în industria europeană a cimentului /Cembureau/. Pregătirea diferitelor tipurilor de deşeuri pentru utilizarea drept combustibil se realizează de obicei în afara fabricii de ciment de către un furnizor sau alte instituţii specializate în tratamentul deşeurilor. Aceasta înseamnă că deşeurile trebuie numai depozitate şi apoi distribute pentru alimentarea cuptorului de ciment. Deoarece deşeurile folosite drept combustibil tind a fi variabile, iar pieţele de materiale reziduale se dezvoltă rapid, este indicat să se proiecteze depozite / fabrici de preparare pentru scopuri multiple. 1.2.4. Arderea clincherului Această parte a procesului este cea mai importantă din punct de vedere al emisiei, al calităţii şi costurilor produsului finit. La arderea clincherului, făina (sau pasta din procesul umed) este

24

alimentată în sistemul cuptorului rotativ unde este uscată, preîncălzită, calcinată şi sinterizată pentru a produce clincher de ciment. Clincherul este răcit cu aer şi apoi depozitat. În procesul de ardere a clincherului este esenţială menţinerea temperaturii încărcăturii cuptorului între 1400 şi 1500oC şi a temperatura gazului de circa 2000oC. De asemenea, clincherul trebuie să fie ars în condiţii oxidante. De aceea este necesar un adaos de aer în zona de sinterizare a cuptorului de clincher pentru ciment. De când a fost introdus cuptorul rotativ, în jurul anului 1895, acesta a devenit o parte centrală a tuturor instalaţiilor moderne de producere a clincherului. Cuptorul vertical este încă folosit pentru producerea varului, dar numai în câteva ţări este utilizat pentru producerea clincherului de ciment, şi în aceste cazuri numai la fabrici mici.

Figura 1.5.: Cuptor rotativ lung pentru procedeul umed cu lanţuri /Raportul Cembureau, 1997/.

Primele cuptoare rotative au fost cuptoarele lungi pentru procedeul umed, aşa cum se observă în Figura 1.5. de mai sus, unde întregul proces termic de consumare a căldurii se desfăşoară în cuptor. Odată cu introducerea procesului uscat, optimizarea a condus la tehnologii care permit uscarea, preîncălzirea şi calcinarea într-o instalaţie staţionară şi nu într-un cuptor rotativ. Cuptorul rotativ constă dintr-un tub de oţel cu un raport lungime/diametru între 10:1 şi 38:1. Tubul este sprijinit de 2 până la 7 (sau mai multe) staţii de suport, are o înclinare de 2.5 până la 4.5 % şi un mecanism de acţionare care roteşte cuptorul în jurul axei sale cu 2,5 până la 4,5 mişcări de rotaţie pe minut. Combinaţia dintre panta tubului şi rotaţie duce la transportul mai uşor al materialul în interiorul lui. Pentru a rezista la temperaturi ridicate, cuptorul rotativ este căptuşit pe toată lungimea lui cu cărămizi rezistente la temperaturi ridicate (refractare).Toate cuptoarele lungi şi unele scurte sunt echipate cu elemente interne (lanţuri, bare încrucişate şi ridicătoare) pentru a îmbunătăţi transferul de căldură. Aglomerări de scurtă durată ale materialului pot apărea în jurul suprafeţei interioare a cuptorului în funcţie de proces şi de materiile prime. Acestea sunt cunoscute ca inele şi pot apărea la capătul de alimentare (inele de gips), lângă zona de sinterizare (inele de clincher) sau la capătul de ieşire al produsului (inele de cenuşă). Ultimele două tipuri se pot rupe brusc şi pot cauza o supratensiune de material fierbinte şi de calitate slabă la ieşirea din cuptor, acesta putând fi reprelucrat sau trebuind respins sub formă de deşeu. Cicloanele şi grătarele schimbătorului de căldură ale cuptorului pot fi de asemenea supuse la formări de material care pot conduce la blocaje. Arderea în cuptor Combustibilul introdus prin arzătorul principal produce flacăra principală cu o temperatură în jur de 2000oC. Din motive de optimizare a procesului, flacăra trebuie reglată în anumite limite. Într-un

25

arzător cu ardere indirectă, flacăra este formată şi reglată de aerul primar (10-15 % din aerul total de combustie). Alimentarea combustibilului in cuptor se face: - prin arzătorul principal la capătul de evacuare al cuptorului rotativ: - printr-un dispozitiv de alimentare la camera de trecere de la capătul de intrare al cuptorului

rotativ (pentru combustibilul sub formă de bucăţi); - prin arzătoarele secundare din camera ascendentă; - prin arzătoarele precalcinatorului; - printr-un dispozitiv de alimentare la precalcinator (pentru combustibilul sub formă de bucăţi); - printr-o valvă de mijloc a cuptorului în cazul cuptoarelor lungi umede sau uscate (pentru

combustibilul sub formă de bucăţi). Instalaţiile de ardere pentru cărbune /cocs de petrol sunt atât cu încălzire directă cât şi indirectă. Instalaţiile cu aprindere directă funcţionează fără un depozit de cărbune fin şi fără un sistem de măsurare al cărbunelui fin. Cărbunele este pulverizat direct în cuptor impreuna cu aerul sub presiune ce se insufla in instalaţie si acţionează ca un transportor şi ca aer primar (ce dǎ forma flǎcării). Instalaţiile de aprindere directă au o serie de deficienţe. În particular, cuptorul are pierderi de căldură de 200-250 MJ/ tona de clincher (cu 6 până la 8 % mai ridicate pe sistemele cuptoarelor moderne). Astfel, în prezent, este rareori instalată aprinderea directă. Păcura este alimentată printr-o duzǎ de atomizare în cuptor la o presiune şi vâscozitate potrivite pentru a forma flacăra principală. Forma flăcării este realizată de arzǎtorul cu mai multe canale pentru aer primar având capul de atomizare situat într-o locaţie centrală. Arzătoarele cuptorului pentru gaz natural sunt de asemenea proiectate conform principiului multi-canal, gazul înlocuind astfel nu numai cărbunele sau păcura dar şi aerul primar. 1.2.4.1. Cuptoarele rotative lungi Cuptoarele rotative lungi (Figura 1.5.) pot fi alimentate cu pastă, turte de filtrare măcinate, noduli sau făină şi sunt astfel adaptate pentru toate tipurile de proces. Cele mai mari cuptoare lungi au un raport lungime : diametru de 38:1 şi pot fi mai lungi de 200 m. Aceste agregate imense produc în jur de 3600 tone/zi folosind procedeul umed (Belgia, S.U.A., fosta Uniune Sovietică). Cuptoarele rotative lungi sunt proiectate pentru uscare, preâncălzire, calcinare şi sinterizare astfel încât numai sistemul de alimentare şi răcitorul trebuie adăugate. Partea superioară a cuptoarelor lungi este echipată cu diafragme cu lanţ şi instalaţii fixe montate pentru a îmbunătăţii transferul de căldură. Cuptoarele pentru procedeul umed, folosite încă din 1895, sunt cele mai vechi tipuri de cuptoare rotative în funcţiune pentru producerea clincherului de ciment. Pregătirea materialului brut umed a fost folosită iniţial pentru că omogenizarea era mai uşoară cu material lichid. Pasta care alimentează cuptorul pe procedeul umed conţine 32 până la 40 % apă. Aceasta este necesară pentru a menţine proprietăţile lichidului de alimentare. Această apă trebuie apoi să fie evaporată în zone de uscare special proiectate la partea de intrare a cuptorului unde o parte semnificativă a căldurii rezultată din arderea combustibilului este folosită. Această tehnologie are un consum ridicat de căldură, rezultând emisii importante de gaz ars şi vapori de apă. Cuptoarele lungi pentru procedeul uscat s-au dezvoltat în S.U.A pe baza unor sisteme discontinue de omogenizare uscată pentru pregătirea materialului brut. Datorită consumului ridicat de combustibil doar câteva au fost instalate în Europa. 1.2.4.2. Cuptoarele rotative dotate cu schimbător de căldură Cuptoarele rotative dotate cu schimbător de căldură au un raport specific lungime-diametru între 10:1 şi 17:1. Există două tipuri: schimbătoare cu grătar şi cu suspensie.

26

Tehnologia schimbătorului de căldură cu grătar Tehnologia schimbătorului de căldură cu grătar, mai cunoscutǎ sub denumirea de cuptor Lepol a fost inventatǎ în 1928. Cuptorul Lepol a reprezentat prima abordare, pentru a permite ca o parte a procesului de clincherizare să se desfăşoare în instalaţia staţionară din afara cuptorului. Aceasta a permis cuptorului rotativ să devină mai scurt şi astfel a redus pierderile de căldură şi a crescut eficienţa energetică. În schimbătorul de căldură cu grătar (vezi Figura 1.6.a) granulele realizate din pulbere uscată pe un disc de granulare (procesul semi-uscat) sau din turte de filtru de pastă umedă extrudate (proces semi-umed) sunt alimentate pe un grătar mobil orizontal care se deplasează printr-un tunel închis. Tunelul este împărţit într-o cameră cu gaze fierbinţi şi o cameră de uscare printr-o diafragmă cu o deschidere pentru grătar. Un ventilator absoarbe gazul de evacuare din cuptorul rotativ în partea superioarǎ a schimbătorului de căldură, prin stratul de granule din camera cu gaz fierbinte şi apoi prin cicloanele colectorului de praf intermediar. În aceste cicloane, particule mari de praf, care ar fi putut cauza deteriorarea ventilatorului, sunt îndepărtate. Următorul ventilator absoarbe apoi gazul în partea superioarǎ a camerei de uscare, printr-un strat umed de noduli şi în final îl împinge în colectorul de praf. Pentru a realiza eficienţa termică optimă, schimbătoarele semi-umede cu grătar pot fi dotate cu sisteme de gaz cu triplu acces iar aerul din răcitor evacuat este folosit pentru uscarea materialului brut. Dimensiunea maximă a instalaţiei care a fost construitǎ este de 3300 tone/zi pentru sistemul cuptorului semi-umed. Gazul evacuat din cuptorul rotativ intră în schimbătorul de căldură cu o temperatură de 1000-1100oC. Pe măsură ce trece prin stratul de material în camera cu gaz fierbinte, gazul evacuat se răceşte până la 250-300oC, şi părăseşte camera de uscare la 90-150oC. Materialul care urmează a fi ars atinge o temperatură de circa 150oC în camera de uscare şi 700-800oC în camera de încălzire.

27

Figura 1.6.: Schemele de funcţionare ale diferitelor schimbătoare de cǎldurǎ /Ullman 1986/. Tehnologia schimbătorului de căldură în suspensie Apariţia schimbătorului de căldură în suspensie la începutul anilor 1930 a reprezentat un progres. Preîncălzirea şi chiar calcinarea parţială a făinii (procedeele uscat/ semi-umed) au loc prin menţinerea acesteia în suspensie cu gazul fierbinte recuperat din cuptorul rotativ. Suprafaţa de contact considerabil mai mare, permite schimbul de căldură aproape complet, cel puţin din punct de vedere teoretic. Sunt disponibile diverse sisteme cu schimbător de căldură în suspensie. Ele au de obicei între patru şi şase trepte de cicloane, care sunt dispuse una deasupra celeilalte într-un turn de 50 - 120 m înălţime. Nivelul cel mai înalt poate cuprinde două cicloane paralele pentru o mai bună separare a prafului. Gazele exhaustate din cuptorul rotativ trec prin treptele cicloanelor de jos în sus. Amestecul uscat de făină este introdus în fluxul gazelor exhaustate înaintea treptei superioare a ciclonului. El este separat de gazul din cicloane şi i se alătură din nou înaintea următoarei trepte a ciclonului. Această procedură se repetă la fiecare nivel până când în cele din urmă materialul este descărcat de la ultima treapta în cuptorul rotativ. Aceste amestecări, separări şi reomogenizări alternative la temperaturi ridicate sunt necesare pentru transferul optim de căldură.

28

Schimbătoare verticale Un număr considerabil de schimbătoare verticale au fost construite urmându-se modelul tehnologiei schimbătorului de căldură în suspensie, datorită proprietăţilor sale teoretice de schimb superior de căldură. Cu toate acestea, dificultatea asigurării unei distribuţii egale a fǎinii în gaze a însemnat că realizarea actuală a fost mai slabă decât s-a aşteptat, iar tehnologia care foloseşte numai trepte verticale a fost în cele din urmă abandonată în favoarea sistemelor cu cicloane în trepte sau schimbătoare cu multicicloane. Unele din aceste combinaţii sunt încă în funcţiune, cu toate acestea cele mai multe din ele au fost transformate în schimbătoare cu cicloane. O treaptă verticală este în mod considerabil mai puţin sensibilă la problemele create de aglomerari decât o treaptă a ciclonului acesta putând fi un avantaj pentru treapta inferioară în situaţia în care sunt prezente cantităţi excesive de elemente volatile (cloruri, sulf, alcalii). Schimbătoarele hibrid cu prima treapta verticală sunt încă disponibile pentru instalaţiile noi. Capacităţile specifice ale cuptoarelor cu schimbător de căldură vertical sunt de 1500 tone/zi, în timp ce sistemele hibrid pot produce 3000 tone/zi sau mai mult. Schimbător de căldură cu cicloane în patru trepte Cuptorul cu preîncălzitor cu cicloane în patru trepte (vezi Figura 1.6. b) a reprezentat o tehnologie standard în anii 1970 când multe instalaţii au fost construite având capacităţi de 1000 până la 3000 tone/zi. Gazul exhaustat, care are o temperatură de circa 330oC este folosit în mod normal pentru uscarea materiilor prime. Atunci când făina intră în cuptorul rotativ, decarbonatarea este deja realizată în proporţie de 30 %. Probleme grave au fost înregistrate cu schimbătoarele cu patru trepte în cazul în care intrările de elemente care au cicluri de circulaţie (cloruri, sulf, alcalii) şi/sau combustibilul au fost în exces. Cicluri foarte mult îmbogăţite ale acestor elemente duc la depuneri în cicloane şi pe pereţii conductelor, care produc adesea blocaje şi opriri ale cuptorului ce durează câteva zile.Pentru a rezolva aceste probleme se utilizează frecvent sisteme de ocolire (by-pass) a gazelor ce vin din cuptor. Acest gaz by-passat este răcit pentru a condensa alcaliile şi apoi este trecut printr-un colector de praf înaintea evacuarii. În timp ce în unele regiuni este necesar, pentru controlul nivelurilor alcaliilor în clincher, să se trimită acest praf colectat şi o parte din praful din cuptor pentru depozitare, în alte situaţii el este alimentat din nou în procesul de producţie. Aproape toate schimbătoarele în patru trepte cu suspensie funcţionează cu cuptoare rotative cu trei suporţi. Aceasta a fost o proiectare standard încă din jurul anilor 1970. Cuptoarele cu diametre de la 3,5 la 6 m au fost construite cu raport lungime / diametru de 13:1 până la 16:1. Din punct de vedere mecanic mai simple dacât cuptoarele lungi pentru procedeul umed şi uscat, cuptoarele cu schimbător de căldură cu cicloane în patru trepte sunt cele mai frecvent folosite tipuri de cuptoare din zilele noastre. 1.2.4.3. Cuptoarele rotative cu schimbător de căldură şi precalcinator Tehnica de precalcinare a fost disponibilă în industria cimentului încă din jurul anilor 1970. În acest procedeu intrarea căldurii este împărţită în două puncte. Arderea primară a combustibilului se realizează în zona de combustie a cuptorului. Arderea secundară are loc într-o cameră specială de combustie între cuptorul rotativ şi schimbătorul de căldură. Într-o instalaţie tipică cu calcinator până la 60 % din combustibilul total poate fi ars în această cameră de combustie. Această energie este folosită pentru calcinarea materialului brut care este astfel aproape în întregime calcinat la intrarea în cuptor. Aerul cald pentru combustie în calcinator provine din răcitorul de clincher. Materialul părăseşte calcinatorul la circa 870oC.

29

Figura 1.6.c arată aceast procedeu aplicat unui cuptor cu un schimbător de căldură în suspensie. În principiu, o ardere secundară poate fi de asemenea aplicată într-un cuptor cu un schimbător de căldură cu grătar. Pentru o anumita dimensiune a cuptorului, cantitatea de clincher produsă prin adaugarea precalcinatorului creşte. Sisteme de cuptoare cu cinci trepte ale schimbătorului de căldură cu cicloane şi precalcinator sunt considerate tehnologii standard pentru instalaţiile noi pe procedeul uscat. Mărimea unei instalaţii noi este determinată în primul rând de progresele previzionate ale pieţei, dar şi de nivelul economiei. Capacitatea specifică pentru fabrici noi la ora actuală în Europa este de la 3000 la 5000 tone/zi. Fabrici cu capacităţi de producţie de pâna la 15000 tone/zi sunt posibile si exista trei cuptoare de 10000 tone/zi în funcţiune în prezent pe pieţele asiatice. Sistemele anterioare cu precalcinare aveau numai patru trepte ale schimbătorului de căldură cu o temperatură aferentă mai ridicată a gazului exhaustat şi cu consum de combustibil mai ridicat. În cazul în care umiditatea materiilor prime este scăzută, schimbătoarele cu şase trepte pot fi alegerea potrivită în special în combinaţie cu desprăfuirea cu filtre cu saci. Acolo unde intrările excesive ale elementelor cu cicluri de circulaţie sunt prezente, este necesară o by–passare a gazului din cuptor pentru a menţine funcţionarea continuă a acestuia. Cu toate acestea, datorită caracteristicilor diferite ale debitului de gaz, este mai eficient by-passul în cazul cuptoarelor cu precalcinator decât în cazul celor fără calcinator. În ciuda faptului că materialul intră în cuptor 75 până la 95 % calcinat, cele mai multe sisteme cu precalcinare sunt încă dotate cu un cuptor rotativ cu o zonă de calcinare, adică cu un raport dintre lungime şi diametru de la 13:1 la 16:1 ca şi în cazul cuptoarelor cu schimbător de căldură fără calcinator. 1.2.4.4. Cuptoarele verticale Sunt folosite doar câteva cuptoare verticale pentru producerea cimentului în Europa. Cuptoarele de acest tip constau într-un cilindru vertical captusit cu refractare de 2-3 m în diametru şi 8-10 m înălţime. Ele sunt alimentate pe la partea superioară cu granule formate din materii prime şi cu cărbune sau cocs granulat fin. Materialul ce urmeaza a fi ars trece printr-o zonă scurtă de sinterizare în partea superioară uşor lărgită a cuptorului. Apoi, este răcit de către aerul de ardere suflat din partea sa inferioară şi părăseşte extremitatea mai joasă a cuptorului printr-un grătar de descărcare, sub formă de clincher. Cuptoarele verticale produc mai puţin de 300 tone/ zi de clincher. Sunt economice numai pentru instalaţiile mici şi din acest motiv numărul lor a fost redus. 1.2.4.5. Gazele de evacuare din cuptor În toate sisteme de cuptoare, gazele exhaustate trec în final printr-un dispozitiv de control al poluării aerului (electrofiltru sau filtru cu saci) pentru separarea prafului înainte de evacuare la cosul principal. În procedeul uscat, gazele de evacuare pot avea o temperatură relativ ridicată şi pot furniza căldură pentru moara de făina când aceasta este în funcţiune (funcţionare compusă). Dacă moara de făina nu funcţionează ( functionare directa),înaintea intrării în dispozitivul de control al poluarii aerului , gazele sunt în mod normal răcite prin pulverizare de apă într-un turn de condiţionare, atât pentru a reduce volumul lor cât şi pentru a îmbunătăţi caracteristicile de precipitare.

30

Formarea CO Monoxidul de carbon poate proveni din orice conţinut organic al materiilor prime şi uneori datorită arderii incomplete a combustibilului. CO rezultat din materiile prime, datorită preâncălzirii, va fi exhaustat odată cu gazele din cuptor. Controlul nivelurilor de CO este important în cuptoarele de ciment (şi var) atunci când sunt folosite electrofiltre pentru reducerea emisiilor, astfel incat sa se asigure concentraţii de CO sub nivelul de explozie cel mai scăzut. Dacă nivelul concentratiilor de CO din electrofiltru creşte (de obicei până la 0.5 % din volum) atunci sistemul electric este închis (oprit) pentru a elimina riscul de explozie. Aceasta conduce la emisii mari de particule provenite din cuptor. Formarea de CO poate fi cauzata de condiţiile de funcţionare instabile ale sistemului de ardere. Acestea apar uneori la combustibilii solizi de alimentare, aşadar sistemele de alimentare cu combustibil solid trebuie a fi proiectate pentru a împiedica supraîncărcarea de combustibil în arzător. Conţinutul de umiditate a combustibililor solizi este în special un factor important în această privinţă şi trebuie controlat cu atenţie pentru a preveni retenţiile sau blocajele în pregătirea combustibilului şi a sistemelor de alimentare. 1.2.4.6. Răcitoarele de clincher Răcitorul de clincher este o parte integrată a sistemului cuptorului şi are o influenţă decisivă asupra funcţionării şi economiei instalaţiei de clincherizare. Răcitorul are două funcţii: să recupereze o cantitate cat mai mare de energie din clincherul fierbinte (14500C) astfel încât să o înapoieze procesului; si să reducă temperatura clincherului la un nivel potrivit pentru folosirea lui ulterioară ca semifabricat la producerea cimentului. Căldura este recuperată pentru preîncălzirea aerului folosit pentru ardere la arzătorul principal şi secundar cât mai aproape de limita termodinamică. Cu toate acestea, ea este împiedicată de temperaturile ridicate, de abrazivitatea extremă a clincherului şi domeniul larg al granulometriei. Răcirea rapidă fixeaza compoziţia mineralogică a clincherului pentru a îmbunătăţii aptitudinea la măcinare şi a optimiza reactivitatea cimentului. Problemele specifice cu răcitoarele de clincher sunt dilatarea termică, uzura, debit de aer necorespunzator şi insuficient care acţionează împotriva cerinţelor de mai sus. Există două tipuri principale de răcitoare: rotative şi cu grătar. Răcitoare rotative Răcitorul tubular Acest sistem foloseşte acelaşi principiu ca şi cuptorul rotativ dar pentru schimbul invers de căldură. Dispus la ieşirea din cuptor adesea în configurare inversă, sub cuptor, este montat un tub rotativ secundar. După descărcarea cuptorului, clincherul trece printr-o boltă de tranziţie înainte de a intra în răcitor, care este echipat cu ridicători pentru a dispersa produsul în debitul de aer. Debitul aerului de răcire este determinat de aerul necesar pentru arderea combustibilului. În afară de viteză, numai elementele interne pot influenţa funcţionarea răcitorului. Optimizarea ridicătorilor trebuie să considere schimbul de căldură (dispozitivul de dispersie) împotriva întoarcerii ciclului de praf spre cuptor.

31

Răcitorul planetar (sau satelit) Răcitorul planetar (sau satelit) este un tip special de răcitor rotativ. Câteva tuburi de răcire, de obicei de la 9 la 11, sunt ataşate la cuptorul rotativ la capătul de descărcare. Clincherul fierbinte intră prin deschizături în carcasa cuptorului aranjată într-un cerc în fiecare punct unde un tub de răcire este ataşat. Cantitatea de aer de răcire este determinată de către aerul necesar pentru arderea combustibilului, şi aerul care intră prin fiecare tub din capătul de descărcare, permiţând schimbul de căldură in contracurent. În ceea ce priveşte răcitorul tubular, elementele interne pentru ridicare şi dispersare a clincherului sunt esenţiale. Nu există nici un parametru variabil de funcţionare. Uzura ridicată şi şocul termic, împreună cu ciclurile de praf, temperaturile medii ridicate de ieşire ale clincherului şi regenerarea sub-optima de căldură nu sunt ceva neobişnuit. Temperatura de ieşire a clincherului poate fi redusă ulterior prin injectare de apă în tuburile răcitorului sau în mantaua cuptorului. Deoarece este practic imposibil să se extragă aerul terţiar, răcitorul planetar nu este potrivit pentru sistemele cu precalcinare. Arderea secundară cu până la 25 % combustibil este totuşi posibilă în partea ascendentă a cuptorului. Răcitoarele grătar Răcirea cu răcitoare cu grătar este realizată prin trecerea unui curent de aer de jos in sus printr-un strat de clincher (pătură de clincher) care este aşezat pe un grătar permeabil la aer. Sunt aplicate două modalităţi de transportare a clincherului: grătar mobil şi grătar oscilant (trepte cu margini de împingere). Dacă aerul fierbinte din zona post-răcire nu este folosit pentru ardere, el este disponibil în scopuri de uscare, exemplu materii prime, adaosuri de ciment sau cărbune. Dacă nu este folosit pentru uscare, acest aer încărcat cu praf din răcitor trebuie să fie desprăfuit corespunzător.

Răcitoarele cu grătar mobil În acest tip de răcitor, clincherul este transportat prin grătarul mobil (Lepol). Aerul de răcire este suflat prin ventilatoare în compartimentele de sub grătar. Avantajele acestei proiectări sunt stratul de clincher uniform (fără trepte) şi posibilitatea de schimbare a plăcilor fără a opri cuptorul. Datorită complexităţii sale mecanice şi a regenerării energetice scăzute ce rezultă din grosimea limitată a stratului (produsă de dificultatea de a realiza o etanşeizare eficientă între grătar şi pereţi), această proiectare încetează a mai fi folosită la noile instalaţii în jurul anilor 80. Răcitorul cu grătar oscilant convenţional

Transportul de clincher în răcitorul cu grătar oscilant este produs prin împingerea în trepte a stratului de clincher de către marginile din faţă a şirurilor alternative de plăci. Mişcarea rotativă a marginilor din faţă este generată de o forţă motrice hidraulică sau mecanică (vibrochen) conectată la fiecare al doilea şir. Numai clincherul se deplasează din capătul de alimentare spre partea de descărcare, dar nu şi grătarul. Plăcile grătarului sunt făcute din oţel turnat rezistent la căldură şi au de obicei 300 mm în lăţime dar şi orificii pentru ca aerul să treacă prin ele.

32

Aerul de răcire este insuflat din ventilatoare la 300 – 1000 mm coloană de apa prin compartimente aşezate sub grătar. Aceste compartimente sunt separate unul de altul pentru a menţine profilul de presiune. Se pot distinge două zone de răcire: - zona de recuperare, din care aerul fierbinte de răcire este folosit pentru arderea combustibilului

in arzatorul principal (aer secundar) şi al combustibilului de precalcinare (aer terţiar). - zona de post-răcire, unde aerul de răcire suplimentar răceşte clincherul la temperaturi mai

scăzute. Cele mai mari utilaje în funcţiune au o suprafaţă activă de circa 280 m2 şi răcesc 10000 tone de clincher pe zi. Problemele specifice cu astfel de răcitoare sunt segregarea şi o distribuire inegală a clincherului conducând la un dezechilibru aer-clincher, fluidizarea de clincher fin precum şi depuneri şi o durata de viata redusa a plăcilor. Răcitorul cu grătar oscilant, modern

Introducerea şi dezvoltarea unei tehnologii moderne a răcitoarelor cu grătar oscilant a început în jurul anului 1983. Proiectarea sa a avut ca obiectiv eliminarea problemelor cu răcitoarele convenţionale venind astfel un pas mai aproape de schimbul de căldură optim şi de răcitoarele mai compacte ce folosesc mai puţin aer de răcire şi sisteme mai mici de desprăfuire. Principalele caracteristici ale tehnologiei moderne a răcitorului sunt (în funcţie de furnizor): 6. plăci moderne cu o scădere de presiune variabilă sau permanentă încorporată, permeabile la

aer dar nu la clincher; - aerare forţată a plăcii prin conducte şi grinzi; 7. zone de aerare individuală reglabilă; 8. intrare fixa; - grătare mai puţine şi mai late; - concasor cu cilindru compresor; - scuturi de căldură. Răcitoare verticale Un răcitor care nu produce praf denumit răcitor Gravity sau răcitor G a fost proiectat a se instala după un răcitor planetar sau după un răcitor/recuperator cu grătar scurt. Aerul de răcire niciodată nu vine în contact cu clincherul, schimbul de caldura este realizat pe măsură ce clincherul coboara prin tuburi de oţel transversale in patul de clincher, acesta fiind răcit cu aerul ce trece prin ele. 1.2.5. Măcinarea şi depozitarea cimentului 1.2.5.1. Depozitarea clincherului Clincherul şi alte componente ale cimentului sunt depozitate în silozuri sau hale închise. Stocurile mai mari pot fi depozitate în aer liber dacă sunt luate măsurile de precauţie necesare împotriva formării prafului. Cele mai obişnuite sisteme de depozitare a clincherului sunt: 9. depozitare longitudinală cu descărcare gravitationala (stoc util limitat); 10. depozitare circulară cu descărcare gravitationala (stoc util limitat); - siloz de depozitare a clincherului (stoc util ridicat , probleme cu vibraţii ale pământului pot

apărea în timpul extracţiei din siloz la anumite niveluri ale sale);

33

- depozit tip dom (stoc util limitat). 1.2.5.2. Măcinarea cimentului Cimentul Portland este produs prin macinarea clincherului şi sulfaţi, precum gipsul sau anhidritul. În cimenturile compozite există alţi compuşi precum zgura granulată de furnal, pozzolanele naturale sau artificiale, calcarul sau fillerul. Acestea vor fi macinate impreuna cu clincherul sau necesită a fi uscate şi macinate separat. Instalaţiile de măcinare se pot plasa în locuri separate de instalaţiile de producere a clincherului (cuptoare). Tipul procesului de măcinare a cimentului şi tipul instalaţiei alese pentru o zonă specifică depind de tipul de ciment ce urmează a fi produs. De o importanţă specială sunt aptitudinea de măcinare, umiditatea şi comportamentul abraziv al componentilor din cimentul ce urmeaza a fi produs. Cele mai multe mori funcţionează într-un circuit închis aşa că ele pot separa cimentul cu fineţea dorită de materialul ce este supus macinarii şi pot returna grisul in moara. Măcinarea şi dozarea alimentării morii Exactitatea şi încrederea în sistemul de măsurare şi dozare gravimetrica a componentelor care alimenteaza moara este de o mare importanţă pentru menţinerea unui sistem de măcinare eficient energetic. Echipamentul predominant de măsurare şi dozare pentru materialul alimentat în instalaţii este alimentatorul cu cântar de banda. Măcinarea cimentului Datorită diversităţii tipurilor de ciment cerute de piaţă, sistemele de măcinare de ultimă generaţie sunt echipate predominant cu un separator dinamic de aer. Sistemele cele mai folosite pentru măcinare sunt: - moara tubulară cu circuit închis (adaosul de minerale este mai degrabă limitat, dacă nu este

uscat sau pre-uscat); - moara verticală (cel mai indicat pentru adaosurile ridicate de minerale datorită capacităţii sale

crescute de uscare, adecvată pentru măcinarea separată a adaosurilor minerale); - presa cilindrică (adaosul de minerale este mai degrabă limitat, dacă nu este uscat şi pre-uscat). Alte sisteme pentru măcinare sunt: 11. moara tubulară, cu descărcare pe la capăt în circuit deschis; 12. moara tubulară, cu descărcare pe la capăt în circuit închis cu separator mecanic de aer sau

separator cu aer cu ciclon de generaţie mai veche; 13. moara cilindrică orizontală. Principiul de funcţionare al morii verticale este bazat pe acţiunea a 2 până la 4 role de măcinare sprijinite pe braţele rabatabile şi ancoraţi pe o masă orizontală de măcinare sau pe o cupă de măcinare. Este potrivită în special pentru măcinarea simultană şi uscarea materiilor prime ale cimentului şi zgurii deoarece morile verticale pot utiliza material cu un grad relativ ridicat de umiditate în alimentarea instalaţiei de macinare. Timpul de trecere al materialelor prin instalaţie este suficient de scurt pentru a preveni pre-hidratarea clincherului de ciment ( e.g. în cazul măcinării zgurii). Instalaţia cilindrică dublă de înaltă presiune necesită un grad ridicat de întreţinere. Instalaţiile cilindrice duble de înaltă presiune sunt folosite adesea împreună cu morile cu bile.

34

O dezvoltare mai recentă în măcinarea cimentului este moara cilindrică orizontală. Aceasta constă într-o carcasă orizontală scurtă sprijinită pe suporţi hidrodinamici şi hidrostatici. Carcasa este rotită de un angrenaj dinţat. Înăuntru carcasei este un cilindru orizontal care este liber să se învârtească şi poate fi presat hidraulic în interiorul carcasei. Materialul este alimentat în una sau amândouă capetele carcasei şi trece prin cilindru şi carcasă de câteva ori. Materialul măcinat care părăseşte moara este transportat spre un separator, grisul se întoarce în instalaţie. Măcinarea adaosurilor minerale Adaosurile minerale sunt macinate de obicei împreună cu clincherul şi cu gipsul. Măcinarea lor separata depinde de următorii factori : - procentul de adaosuri minerale în produsul final şi în producţia de ciment în totalitate; - prezenţa unui sistem de măcinare rezervă al instalaţiei; - dacă există o diferenţă considerabilă în aptitudinea de măcinare a clincherului şi a adaosurilor

minerale; - conţinutul de umiditate al adaosurilor minerale. - Dacă este necesară pre-uscarea adaosurilor minerale, sistemul de uscare poate să utilizeze fie gazele de evacuare ale cuptorului şi/sau aerul de evacuare din răcitor sau o sursă independentă de gaz fierbinte. Sistemele de măcinare combinată Oricare din sistemele de măcinare menţionate pentru măcinarea uscată şi semi-uscată a materiilor prime poate fi folosit pentru aditivii minerali de măcinare cu clincher şi gips. Cu toate acestea majoritatea sistemelor plasează limite privind conţinutul de umiditatea amestecului de alimentare de 2 % maximum sau 4 % dacă este folosită o sursă de gaz fierbinte. Pentru conţinuturile mai ridicate de umiditate sistemele necesită pre-uscare aditivilor minerali într-un uscător. O excepţie este sistemul cu moară cilindric verticală care poate fi alimentat cu material având umiditate de până la 20 %, dar care necesită o sursă de gaz fierbinte. Măcinarea separată Pentru măcinarea separată a adaosurilor minerale pot fi utilizate sistemele pentru măcinare uscată/semi-uscată a materialelor.Cu toate acestea, acelaşi lucru se aplică sistemelor în ceea ce priveşte conţinutul de umiditate a amestecului de adaosuri, fiind necesară o pre-uscare. Separarea granulometrică Separarea granulometrica a produsului ce părăseşte sistemul de măcinare al cimentului este de mare importanţă pentru calitatea cimentului. Realizarea parametrilor specificaţi este asigurată prin reglarea separatorului. Separatoarele de ultimă generaţie cu carcasă rotativa au câteva avantaje faţă cele anterioare, cum ar fi: - consum mai scăzut de energie a sistemului (o mai mică supramăcinare); - creşterea productivitatii sistemului (eficacitatea); - posibilitatea răcirii produsului; - o mai mare flexibilitate pentru reglarea fineţii produsului; - un mai bun control al distributiei granulometrice, o mai bună uniformitate a produsului.

35

1.2.5.3. Depozitarea cimentului Atât sistemele de transport pneumatic cât şi cele mecanice pot fi folosite pentru transportul cimentului în silozurile de depozitare.Sistemele mecanice au în mod normal costuri de investiţie mai mari dar un cost de funcţionare mai scăzut decât transportul pneumatic. În zilele noastre, cel mai folosit sistem de transport este combinaţia dintre rigola pneumatică sau transportoarele cu şnec / elevator cu cupe. Cimenturile diferite sunt depozitate separat în silozuri. De obicei, silozurile diverse sunt necesare pentru depozitarea cimenturilor. Cu toate acestea, noile proiectări ale silozului permit depozitarea a mai mult decât un tip de ciment în acelaşi siloz. Configuraţia silozurilor folosite de obicei pentru depozitarea cimentului este: 14. siloz cu o singură încăpere cu buncăr de descărcare; 15. siloz cu o singură încăpere cu con central; - siloz cu mai multe încăperi; 16. siloz tip dom cu con central. Aerul comprimat este folosit pentru a iniţia şi menţine procesul descărcării cimentului din aceste silozuri prin sisteme de aerare localizate în partea inferioară a silozului. 1.2.6. Ambalarea şi expediţia Cimentul este transferat din silozuri fie direct în cisterne de transport rutier sau feroviar sau spre o staţie de ambalare în saci.

36

1.3 Nivele actuale de consum şi de emisie Principalele probleme privind protectia mediului asociate cu fabricarea cimentului sunt emisiile în aer şi folosirea energiei. Deversarea de ape reziduale este de obicei limitată la scurgerile de suprafaţă şi apă de răcire şi nu au nici un efect substanţial in poluarea apei. Depozitarea şi manevrarea combustibililor este o sursă potenţială de contaminare a solului şi apei subterane. Bilantul de masa pentru producerea unui kg de ciment prin procedeul uscat folosindu-se pacură drept combustibil, este prezentat în Figura 1.7. Bilanţul de masă pentru 1 kg de ciment Factor transformare făina/clincher : 1.54 Combustibil: păcură Factor clincher : 0,75 Putere calorifica: 40000 kJ/kg (uscată) Energie specifică : 3,35 MJ/kg Clincher (în cond.) 10 % exces de aer Aer : 10-11 vol. % O2 Emisii : CO2 600 g (404 g CO2 din materii prime , 196 g CO2 din ardere) N2 : 1566 g O2: 262 g H2O 69 g + umiditate materii prime 1150 g materie prima

Ardere (Procedeu uscat)

63 g combustibil 984 g aer +umiditate materii prime gips aer filler 250 g zgura de furnal cenuşa zburătoare

Macinare

750 g clincher

aer

1000 ciment

Figura 1.7. Bilanţul de masă la producerea unui kg de ciment Bazată pe figura din /propunerea BAT austriacă, 1996/ 1.3.1 Consumul de materii prime Fabricarea cimentului este un proces de mare volum. Cifrele din tabelul 1.7. prezintă consumurile medii specifice de materii prime pentru producţia de ciment în Uniunea Europeană. Cifrele din ultima coloană sunt pentru o instalaţie cu o producţie de 3000 de tone/zi sau 1 milion de tone /an ce corespunde cu 1.23 milioane tone de ciment pe an, aceasta pe baza conţinutului mediu de clincher din cimentul european.

37

Materiale ( uscate) Pe tona de clincher Pe tona de ciment Pe an clincherMT Calcar, argilă, şist, marnă, altele

1,57 t 1,27 t 1568000 t

Gips, anhidrit 0,05 t 61000 t Adaosuri minerale 0,14 t 172000 t Tabelul 1.7 : Consumul de materii prime din producţia de ciment /raport Cembureau, 1997/

1.3.2. Folosirea energiei Energia folosită cu preponderenţă în fabricarea cimentului este combustibilul pentru cuptoare. Principalii utilizatori de electricitate sunt morile (de ciment şi de faină brută) şi ventilatoarele de exhaustare (cuptor/moară faină şi mori de ciment) care însumează împreună mai mult de 80 % din consumul de energie electrică. În medie, costurile cu energia - sub forma combustibililor şi a electricităţii - reprezintă 50 % din costurile totale de producţie implicate în producerea unei tone de ciment. Energia electrică reprezintă aproximativ 20 % din această cerinţă totală de energie /Int. Cem. Rev. Jan/96/. Teoretic energia folosită pentru procesul de ardere (reacţii chimice) este în jur de 1700 până la 1800 MJ /tona de clincher. Utilizarea actuală a combustibilului pentru sisteme diferite ale cuptoarelor se situează în următorii parametrii (MJ/tona de clincher): - circa 3000 pentru procedeul uscat, schimbător de căldură cu mai multe trepte de cicloane si - precalcinator. - 3100–4200 pentru procedeul uscat in cuptoarele rotative dotate cu schimbătoare cu cicloane; - 3300- 4500 pentru procedeul semi- uscat /semi-umed (cuptor Lepol), - până la 5000 pentru cuptoarele lungi pe procedeu uscat; - 5000-6000 pentru cuptoarele lungi prin procedeu umed - (3100- 4200 pentru cuptoarele verticale). Consumul de energie este de circa 90-130 kWh /t de ciment. 1.3.3. Emisiile Directiva IPPC cuprinde o listă generala a principalelor substanţe poluante ale aerului ce trebuie luate în considerare pentru stabilirea valorilor limită ale emisiilor. Referitor la industria cimentului prezinta importanţă: - oxizii de azot (NOx) şi alţi compuşi ai azotului; - dioxidul de sulf (SO2) şi alţi compuşi de sulf; - praful. Din această listă următorii factori poluanţi sunt consideraţi a fi o problemă pentru producţia de ciment: - monoxidul de carbon (CO); - compuşii organici volatili (VOC). Alţi factori poluanţi de pe listă care sunt de asemenea consideraţi a avea legătură cu producţia de ciment sunt: - dibenzodioxinele şi dibenzofuranii policloruraţi (PCDD şi PCDFs); 17. metalele şi compuşii lor 18. HF - HCl

38

Nemenţionat în listă dar considerat a fi important pentru producţia de ciment este dioxidul de carbon (CO2). Alte emisii, al căror efect este în mod normal scăzut şi/sau local, sunt deşeurile, zgomotul şi mirosul. Principalele emisii rezultate la fabricarea cimentului sunt emisiile în aer din sistemul cuptorului. Acestea derivă din reacţii fizice şi chimice care presupun materii prime şi arderea combustibililor. Principalele componente ale gazelor de evacuare din cuptorul de ciment sunt azotul din aerul de ardere, CO2 din decarbonatarea CaCO3, şi arderea combustibilului, vaporii de apă din procesul de ardere şi din materiile prime şi oxigenul în exces. În toate sistemele de ardere, materialul solid circulă în contra-curent cu gazele fierbinţi de ardere. Acest debit de contra curent afectează emisia factorilor poluanţi de vreme ce acţionează ca un strat fluidizat încorporat. Multe dintre componentele care rezultă din arderea combustibilului sau din transformarea materiei prime în clincher rămân în fază gazoasă numai până când sunt absorbite sau condensate în materia primă ce circula în contra curent. Capacitatea de absorbţie a materialului este determinată de starea sa fizică şi chimică. Aceasta depinde la rândul ei de poziţia in cadrul sistemului cuptorului. De exemplu, materialul care părăseşte faza de calcinare a procesului are un conţinut ridicat de oxid de calciu şi de aceea are o capacitate de absorbţie ridicată pentru elementele acide precum HCl, HF şi SO2. Informaţii despre emisiile din cuptoarele în funcţiune sunt oferite în Tabelul 1.8. Limitele de emisie în cadrul cărora funcţionează cuptoarele depind în mare măsură de felul materialelor prime, al combustibililor, de vechimea şi modelul instalaţiei precum şi de cerinţele impuse de autorităţile care autorizează.

Intervale de emisii pentru cuptoarelele europene de ciment

mg/Nm3 kg/tona clincher tone/an

NOx (ca NO2) <200 - 3000 <0,4 - 6 400 - 6000

SO2 <10 - 3500 <0.02 - 7 <20 - 7000

Praf 5 - 200 0.01 – 0.4 10 - 400

CO 500 - 2000 1 - 4 1000 - 4000

CO2 400 – 520 g/Nm3 800 - 1040 0.8 – 1.04 milioane

TOC 5 - 500 0,01 - 1 10 – 1000

HF < 0,4 – 5 <0.8 – 10 g/t < 0.8 – 10

HCl <1 - 25 <2 – 50 g/t < 2 - 50

PCDD/F < 0,1 – 0,5 ng/ Nm3 < 200 – 1000 ng/t < 0,2 – 1 g/an

39

Metale: (Hg, Cd, Tl) (As Co, Ni, Se,Te) (Sb, Pb, Cr, Cu, Mn,V, Sn, Zn)

0,01 – 0,3 (in principal Hg) 0,001 – 0,1

0,005 – 0,3

20 – 600 mg/t 2 – 200 mg/t

10 – 600 mg/t

20- 600 kg/an 2-200 kg/an

10-600 kg/an

Notă: Cifrele de masă corespund la 2000 m3/ tona de clincher şi 1 milion de tone clincher/an. Nivelurile de emisie sunt medii pe un an şi sunt indici bazaţi pe diverse tehnici de măsurare. Conţinutul de O2 este în mod normal de 10 %. Tabelul 1.8. Informaţii despre nivelurile de emisie din cuptoarele de ciment europene. Pe baza /raportului Cembureau, 1997/, /Cembureau/,/raport olandez, 1997/,/Hlang/,/ Lohse/. Volumele specifice tipice de evacuare a gazului din cuptor exprimate în m3/ tona de clincher (gaz uscat, 101,3 kPa, 273 k) sunt între 1700 şi 2500 pentru toate tipurile de cuptoare /Cembureau/. Schimbatorul în suspensie şi cuptorul cu precalcinare au în mod normal volume ale gazului de evacuare în jurul a 2000 m3/ tona de clincher (gaz uscat, 101.3 KPa, 273 k). Există de asemenea emisii de particule din toate operaţiunile de măcinare ale materiilor prime, combustibilului solid şi al produsului. Există potenţial de emisie de particule din oricare depozitare deschisă a materiilor prime, combustibililor solizi precum şi din oricare sistem de transport al materialelor inclusiv încărcarea cimentului. Amploarea acestor emisii poate fi semnificativă, dacă aceste aspecte nu sunt bine gândite sau menţinute pot conduce la probleme locale. 1.3.3.1. Oxizii de azot Oxizii de azot (NOx) au o semnificaţie majoră în privinţa poluării aerului de la instalaţiile de fabricare a cimentului. În medie, cuptoarele de ciment din Europa emit circa 1300 mgNOx /m3 (ca NO2, gaz uscat, 273 K, 101,3 kPa, 10 % O2) [Raportul, Okopol, 1999]. Măsurători ale emisiei de NOx la mai mult de 50 de cuptoare rotative de ciment cu schimbător au arătat o valoare medie de 2.1 gNO2/ kg de clincher, care corespunde la 1050 mgNO2/m3 (gaz uscat, 273 K, 101.3 kPa, 10 % O2) în gazul exhaustat /Inst.Cem.Rev./ ian. /96/. Într-un studiu austriac, valoarea medie pentru un an calendaristic a fost calculată din valori medii la jumătate de oră pentru fiecare cuptor din măsurări continue. Valorile medii au variat de la 371-984 mgNOx/m3. Toate cuptoarele din Austria folosesc măsuri primare, 1 cuptor are ardere în trepte, iar un altul foloseşte mineralizatori. Emisia medie de NOx pentru toate cuptoarele din Austria a fost de 680 mgNOx/m3 (11 cuptoare, 9 schimbătoare in suspensie şi 2 schimbătoare cu grătar (Lepol) ale sistemului cuptorului). /Studiu austriac, 1997/. Emisia de NOx variază în funcţie de proces, tabelul 1.9. arată rezultatele măsurătorilor emisiei realizate în Republica Federală Germania de către Institutul de Cercetare din Industria Cimentului în 1980 /Karlsruhe I, 1996/.

40

Tipul procesului Factor de emisie NO2

(gNO2/ t de clincher) Concentraţie de NOx

1

(mgNO2/m3) Schimbător cu cicloane cu recuperare de căldură

600-3100 300-1400

Schimbător de căldură cu cicloane fără recuperare de căldură

800-3500 500-2000

Preîncălzitor cu grătar 800-4100 400-2100 1) Raportat la gaz uscat, OoC (273 K), 101,3 kPa, 10 % O2 Tabelul 1.9: Rezultate ale măsurărilor din Germania în anii 80 /Karlsruhe I, 1996/. NO şi NO2 sunt oxizii principali din gazele exhaustate din cuptorul de clincher (NO >90 % din oxizii de azot). Există două surse principale pentru producerea de NOx: - NOx termic – o parte din azotul din aerul de combustie reacţionează cu oxigenul pentru a forma

diferiţi oxizi de azot. - NOX din combustibil – compuşii continând azot legat chimic în combustibil reacţionează cu

oxigenul din aer formând diverşi oxizi de azot. NOx termic se formează la temperaturi de peste 1200oC şi presupune reacţia azotului şi a moleculelor de oxigen din aerul de ardere care este suficient de fierbinte pentru a realiza această reacţie. Cantitatea de NOx produsă în zona de ardere este legată atât de temperatura din zona de ardere cât şi de conţinutul de oxigen (exces de aer). Viteza reacţiei în cazul NOx termic creşte odată cu temperatura; de aceea, amestecuri greu de ars care necesită zone de ardere mai fierbinţi vor tinde să genereze mai mult NOx termic decât cuptoarele cu amestecuri mai uşor de ars. Viteza reacţiei creşte de asemenea odată cu creşterea conţinutului de oxigen (exces de aer). La funcţionarea aceluiaşi cuptor cu un conţinut de oxigen mai ridicat la ieşirea din cuptor (exces de aer) va rezulta o cantitate mai mare de NOx - termic în zona de ardere (cu toate că emisiile de SO2 şi/sau CO pot descreşte). NOx din combustibil este generat de arderea azotului prezent în combustibil. Azotul din combustibil fie se combină cu alţii atomi de azot pentru a forma gazul N2 fie reacţionează cu oxigenul pentru a forma NOx din combustibil. Într-un precalcinator temperatura predominantă este între 850 – 950oC, care nu este destul de ridicată pentru a forma NOx termic în cantităţi semnificative, dar NOx combustibil va apărea. În mod asemănător, alte tipuri de ardere secundară a combustibilului la capul cuptorului, cum ar fi conducta ascendentă a cuptorului cu schimbător in suspensie sau camera de ardere a unui schimbător tip grătar, pot genera NOx din combustibil. De aceea, în cuptoarele cu precalcinare, unde până la 60 % din combustibil poate fi ars în calcinator, formarea NOx din combustibil contribuie în mod semnificativ la emisia totală de NOx. Formarea de NOx termic în aceste cuptoare este mult mai scăzută în comparaţie cu cuptoarele unde tot combustibilul este ars în zona de sinterizare. În afara temperaturii şi a conţinutului de oxigen (exces de aer) formarea de NOx poate fi influenţată de forma şi temperatura flăcării, de geometria camerei de ardere, de reactivitatea şi conţinutul în azot al combustibilului, de prezenţa umidităţii, de timpul de reacţie şi tipul arzătorului. • 1.3.3.2. Dioxidul de sulf Emisiile de SO2 din instalaţiile de ciment sunt determinate în principal de conţinutul de sulf volatil din materiile prime. Cuptoarele care folosesc materii prime cu conţinut scăzut sau fără sulf volatil au mici probleme cu emisiile de SO2. Concentraţia emisiei din gazul de evacuare este sub 10 mg SO2/m3 fără reducere

41

la unele cuptoare, concentraţia emisiei de SO2 creşte odată cu nivelurile crescute de sulf volatil din materia primă folosită. Atunci sunt când folosite materiile prime ce conţin sulf organic sau pirită (FeS) emisiile de SO2 pot fi ridicate. Principalul component al SOx este SO2 (99 %) pe lăngă acesta rezultând şi SO3 şi în condiţii reducătoare H2S. Sulful din materia primă , sub formă de sulfură şi sulful combinat organic se vor evapora iar 30 % sau mai mult pot fi emise de la prima treaptă a schimbătorului de căldură. Gazele de la acestă treaptă vor fi emise fie direct în atmosferă sau alimentate în moara de făină dacă aceasta este în funcţiune. În moara de făină, 20-30 % din SO2 va fi fixat în materia prime fin măcinată. Astfel, este important ca măcinarea brută să fie optimizată astfel încât moara de făină să acţioneze ca o instalaţie de reducere a SO2 pentru cuptor. Sulful din combustibilii care alimentează cuptoarele cu preîncălzire nu va conduce la emisii semnificative de SO2, datorită naturii alcaline puternice din zona de sinterizare, de calcinare şi la treapta inferioară a schimbătorului. Acest sulf va fi fixat în clincher. Oxigenul în exces (1 până la 3 % O2 menţinut în cuptor pentru calitatea cimentului) în mod normal va oxida imediat orice sulfuri la SO2. În cuptoarele lungi, contactul dintre SO2 şi materialul alcalin nu este atât de bun, iar sulful din combustibili poate conduce la emisii semnificative de SO2. În ciuda faptului că sulful rămâne în clincher ca sulfat, emisiile de SO2 pot fi semnificative dacă se utilizează materii prime cu un conţinut ridicat de sulf şi pot fi privite ca un factor poluant major. 1.3.3.3. Praful

In mod tradiţional, emisia de praf provenită în special de la coşurile cuptoarelor a fost principala preocupare în ceea ce priveşte protecţia mediului la fabricarea cimentului. Principalele surse de praf sunt cuptoarele, morile de făină, răcitoarele de clincher şi morile de ciment. În toate aceste procese, cantităţi mari de gaze circulă odată cu materialul. Proiectarea şi siguranţa pe care o oferă electrofiltrele şi filtrele cu saci moderne asigură reducerea emisiilor de praf la niveluri nesemnificative; în unele instalaţii se realizează niveluri de emisie sub 10 mg/Nm3. Emisii de praf se pot produce în timpul depozitării şi manevrării materialelor şi combustibililor solizi şi circulaţiei. Emisiile de praf provenite din ambalarea şi livrarea clincherului/cimentului pot fi de asemenea semnificative. Impactul emisiilor difuze poate fi reprezentat de o creştere locală a nivelului de praf, în timp ce emisiile de praf rezultate din proces (în general de la coşurile înalte) pot avea impact asupra calităţii aerului pe o zonă mult mai extinsă. 1.3.3.4. Oxizii de carbon (CO2, CO) Emisia de CO2 este estimată la 900 până la 1000 kg/tona de clincher în concordanţă cu un necesar de energie de aproximativ 3500 până la 5000 MJ /tona de clincher, dar depinde si de tipul combustibilului. Prin măcinarea cimentului cu adaosuri minerale, emisia de CO2 raportată la tona de ciment se reduce (comparaţie cu Figura 1.7.). Aproximativ 60 % din emisia de oxizi de carbon provine din procesul de calcinare şi restul de 40 % din arderea combustibilului. Emisiile de CO2 rezultate din arderea combustibilului sunt direct proporţionale cu consumul specific de căldură, cu conţinutul de carbon şi puterea calorifică a combustibilului. De exemplu, pentru un consum specific de căldură de 3000 MJ/tona de clincher, folosirea antracitului cu o putere calorifică de 30 MJ/kg şi

42

un conţinut de carbon de 88 % conduce la o emisie de CO2 de 0,32 tone pe tona de clincher numai din combustibil. In schimb, prin folosirea gazului natural, acest nivel se reduce cu aproximativ 25% /Raport austriac 1997/. Emisiile de CO2 din arderea combustibilului au fost reduse în mod progresiv cu circa 30 % în ultimii 25 de ani prin eficientizarea proceselor termice din cuptor. Emisia de CO este legata de conţinutul de materie organică din materia prima, dar poate să rezulte de asemenea dintr-o ardere necorespunzătoare când controlul alimentării cu combustibil solid nu este optimă. Între 1,5 şi 6 g de carbon organic pe kg de clincher sunt aduse în proces de catre materia primă (zăcământ). Conform Cembureau testele care au folosit făini brute de diverse origini au arătat că între 85-95 % din compuşii organici din materia primă se transformă în CO2 în prezenţa a 3 % oxigen, dar în acelaşi timp 5-15% se transformă în CO. Proporţia emisă sub forma de compuşi organici volatili (VOC) în aceste condiţii a fost sub 1%. Concentraţia de CO poate fi de 1000 mg/Nm3, sau în unele cazuri poate fi peste 2000 mg/Nm3 [Raport Cembureau, 1997]. Buncărele de alimentare, transportoarele şi proiectarea alimentatorului sunt esenţiale pentru a asigura o viteza de alimentare stabilă cu număr minim de vârfuri. Altfel, în cazul arderii substoechiometrice pot apărea vârfuri ceea ce conduce pe termen scurt la concentraţii mai mari de 0,5% CO. Acestea produc probleme suplimentare, electrofiltrul va trebui să fie oprit automat pentru a se evita explozia. 1.3.3.5. Compuşii organici volatili În general, în procesele de ardere apariţia compuşilor organici (şi a monoxidului de carbon) este adesea asociată cu o ardere incompletă. In cazul cuptoarelor de ciment, emisia va fi mai mică în condiţii stabile şi normale, datorită timpului lung de staţionare a gazelor în cuptor, a temperaturii ridicate şi a mediului oxidant din cuptor. Concentraţiile pot creşte în timpul pornirilor sau al funcţionarilor necorespunzătoare. Aceste fenomene pot apărea cu o frecvenţă diversă, de exemplu, o dată sau de două ori pe săptămână până la o dată la două sau trei luni. Emisiile de compuşi organici volatili (VOC) pot apărea în primele etape ale procesului (schimbător de căldură, precalcinator), când materia organică ce este prezentă în materia primă se volatilizează pe măsură ce materialul alimentat se incalzeste. (Vezi de asemenea secţiunea 1.2.3.3. Folosirea deşeurilor drept combustibil). Materia organică este eliberată la temperaturi între 400 şi 600oC. Conţinutul in compusi organici volatili al gazelor de evacuare din cuptoarele de ciment este de obicei între 10 şi 100 mg/Nm3, în cazuri rare emisiile pot atinge cel mult 500 mg/Nm3 datorită caracteristicilor materialului brut /raportul Cembureau, 1997/. 1.3.3.6. Dibenzodioxine şi dibenzofurani policloruraţi (PCDDs si PCDFs) Orice aport de clor în prezenţa materialului organic poate să conducă la formarea de dibenzodioxine policlorurate (PCDDs) şi dibenzofurani policloruraţi (PCDFs) în procesele de ardere. PCDDs şi PCDFs se pot forma în/după schimbătorul de căldură şi în dispozitivul de control al poluării aerului dacă clorul şi precursorii de hidrocarbon din materiile prime sunt în cantităţi suficiente (vezi de asemenea secţiunea 1.2.3.3. Utilizarea deseurilor drept combustibil). Se cunoaşte că dioxinele şi a furanili se pot forma din nou prin novosinteză în intervalul de temperaturi de răcire de la 450 la 200oC. Astfel, este important ca pe măsură ce gazele părăsesc sistemul cuptorului, ele să fie răcite rapid in acest interval. În practică, aceasta este ceea ce se întamplă în sistemele de preîncălzire pe măsură ce materiile prime introduse sunt preîncălzite de gazele cuptorului.

43

Datorită timpului lung de staţionare în cuptor şi a temperaturilor ridicate, emisiile de PCDDs şi PCDFs sunt în general scăzute în timpul funcţionării stabile a cuptorului. În Europa, producţia de ciment este rareori o sursă semnificativă de emisii PCDD/F. Cu toate acestea, din informaţiile prezentate în documentul „Identificarea unor Surse Industriale Relevante de Dioxine şi Furani în Europa” încă se observă o nesiguranţă considerabilă în privinţa emisiei de dioxine /Materialien, 1997/. Informaţiile înregistrate arată faptul că, cuptoarele de ciment, în majoritatea lor pot respecta o concentraţie a emisiei de 0,1 ngTEQ/Nm3, care este valoarea limită din legislaţia europeană pentru instalaţiile de ardere a deşeurilor periculoase (Directiva Consiliului 94/67/EC). Măsurătorile germane la 16 cuptoare de clincher (cuptoare cu schimbător de căldură în suspensie şi cuptoare Lepol) în timpul ultimilor 10 ani indică o concentratie medie în jur de 0,02 ngTE/m3 /Schneider, 1996/. 1.3.3.7. Metalele şi compuşii lor Materiile prime şi combustibilii vor conţine întotdeauna metale. Concentraţiile variază in mare masura de la o fabrică la alta. Compuşii metalelor pot fi împărţiţi în trei categorii pe baza volatilităţii metalelor şi a sărurilor lor: - 1. Metalele care sunt sau au compuşi care sunt refractari sau non-volatili:

Ba,Be,Cr,As,Ni,V,Al,Ti, Ca, - Fe, Mn, Cu şi Ag; - 2. Metalele care sunt sau au compuşi care sunt semi-volatili: Sb, Cd, Pb, Se, Zn, K şi Na; - 3. Metalele care sunt sau au compuşi care sunt volatili: Hg şi Tl /Raport olandez, 1997/. Comportamentul acestor metale în procesul de ardere depinde de volatilitatea lor. Compuşii metalici non-volatili rămân în proces şi părăsesc cuptorul ca parte din compoziţia clincherului de ciment. Compuşii metalici semi-volatili sunt aduşi parţial în fază gazoasă la temperaturi de sinterizare pentru a condensa în materiile prime în zone mai reci din sistemul cuptorului. Aceasta conduce la un efect ciclic în cadrul sistemului cuptorului (cicluri interne) care apar până în punctul unde este stabilit şi menţinut un echilibru între intrare şi ieşire prin clincherul de ciment /raport Cembureau, 1997/. Compuşii metalici volatili condensează pe particulele materialului brut la temperaturi mai scăzute şi formează cicluri interne şi externe, dacă nu sunt emise o dată cu gazul de evacuare.Taliul, mercurul şi compuşii lor se volatilizează uşor şi într-o măsură mai mică cadmiu, plumbul, seleniul şi compuşii lor. Se formează un ciclu intern de compuşi metalici uşor volatili, când ei reacţionează cu materia primă calcinata sau când ei precipită în materia primă din zonele de răcire ale camerei de calcinare, în schimbator sau în instalaţiile de uscare. Metalele formează un ciclu extern atunci când praful împreună cu compuşii volatili condensaţi este separat în separatoare de praf şi se întoarce în făina /Karlsruhe II, 1996/. Praful provenit din producţia de ciment conţine cantităţi mici de compuşi metalici precum arsenul (As), cadmiul (Cd), mercurul (Hg), plumbul (Pb), taliul (Tl) şi zincul (Zn). Principala sursă a prafului încărcat cu metale este sistemul cuptorului, inclusiv schimbătoarele, preacalcinatoare, cuptoarele rotative şi răcitoarele de clincher. Concentraţia metalelor depinde de alimentarea cu materii prime şi de recircularea în cuptor. În special folosirea cărbunelui şi a combustibililor din deşeuri poate creşte intrarea metalelor în proces. Metalele care intră în sistemul cuptorului prezinta diferite grade de volatilitate şi datorită temperaturilor ridicate, gazele fierbinţi din sistemul cuptorului de ciment conţin de asemenea compuşi metalici gazoşi. Cercetări asupra echilibrului au arătat că există o mică retenţie a elementelor cu volatilitate ridicată în clincher, rezultând o acumulare a acestor substanţe în sistemul cuptorului /Karlsruhe II,1996/.

44

1.3.4 Deşeurile Deşeurile rezultate în timpul fabricarii clincherului sunt reprezentate de materiale nedorite care sunt înlăturate din materiile prime în timpul pregătirii fainii şi sub forma de praf evacuat din cuptor pe coş şi care nu este reciclat. Materialul filtrat de la filtrele presă utilizat în procedeul semiumed este relativ alcalin şi conţine particule solide in suspensie. 1.3.5. Zgomotul Utilajele grele şi ventilatoarele mari utilizate in industria cimentului pot genera emisii sonore şi/sau vibraţii. 1.3.6. Mirosurile Emisiile olfactive constituie foarte rar o problemă pentru o instalaţie cu funcţionare la parametrii optimi. Dacă materia prima conţine compuşi combustibili (kerogeni) care nu ard atunci când sunt încălziţi în schimbătorul de căldură ci apare numai piroliza, pot apărea emisii de hidrocarburi. Această emisie de hidrocarburi poate fi observată deasupra coşului sub formă de „ceată albastră” sau de „pană” şi poate produce miros neplăcut în jurul instalaţiei de fabricare a cimentului, în condiţii meteorologice nefavorabile. Arderea sulfului continut in combustibil si/sau utilizarea materiilor prime continand sulf poate conduce la emisii olfactive (o problemă întâlnită în special la cuptoarele verticale). 1.3.7 Legislaţia

În general, limitele de emisie pentru industria cimentului se referă la cei trei poluanţi principali NOx, SO2 şi praful. Unele ţări au limite suplimentare pentru metale, HCl, HF, compuşi organici şi PCDD/Fs. O imagine de ansamblu a legislaţiei actuale din UE este oferită în Anexa A. Limitele de emisie pentru industria cimentului sunt exprimate în general ca valori medii zilnice sau la jumătate de oră şi se aplică în general în condiţii stabile. 1.3.8 Monitorizarea Pentru controlul procesului cuptorului, sunt recomandate măsurări continue ale următorilor parametrii: - presiune - temperatură - conţinut O2 - NOx - CO, si posibil când concentraţia de SOx este ridicată - SO2 (există o tehnică dezvoltată pentru a optimiza CO cu NOx şi cu SO2). Pentru a măsura cu precizie emisiile sunt recomandate măsurări continue pentru următorii parametri (acestea necesită a fi măsurate din nou dacă nivelurile lor se schimbă de la punctul de unde ele sunt măsurate la primul control):

45

- debit de gaze evacuat (poate fi si calculat dar este privit uneori ca fiind complicat); 19. umiditatea (poate fi si calculată dar este privită uneori ca fiind complicată); - temperatura; - praful; - O2; - NOx; - SO2 şi - CO. Monitorizarea periodică se realizeaza pentru următorii poluanţi: - metale şi compuşii lor - TOC (carbon organic total) - HCl - HF - NH3,şi - PCDD/Fs. Măsurări ale următorilor poluanţi pot fi necesare ocazional în condiţii speciale de funcţionare: - BTX (benzen, toluen, xilen) - PAH (hidrocarburi poliaromatice) şi - alti poluanti organici (de exemplu clorbenzeni, PCB (bifenilii policlorinati) incluzând congenerii

coplanari, cloronaftalinele, etc). Este important în mod special să se măsoare metalele atunci când deşeurile cu conţinuturi ridicate de metale sunt folosite drept materii prime sau combustibili. Este necesar să fie măsuraţi toti aceşti poluanti cel puţin o data pentru a oferi informaţii la cerere pentru prima autorizare IPPC a instalaţiei. 1.4. Tehnici avute in vedere la determinarea BAT În acest capitol sunt discutate tehnicile care pot avea un efect pozitiv (şi anume de reducere) asupra emisiilor ce apar în timpul fabricarii cimentului. O descriere scurtă a tehnicilor, aplicabilitatea, nivelurile generale de emisie (sau potenţial de reducere) şi informaţiile asupra costurilor sunt oferite atunci când sunt disponibile. Pe lânga tehnicile BAT sunt discutate în acest capitol şi probleme legate de consumul de materii prime şi utilizarea de energie. O tehnică pentru reducerea consumului de energie şi a emisiilor din industria cimentului, exprimate pe unitate de masă a produsului (ciment), este de a reduce conţinutul de clincher din ciment. Aceasta se poate realiza prin introducerea de adaosuri precum nisipul, zgura, calcarul, cenuşa zburătoare şi pozzolana, fie la macinarea fainii brute fie la măcinarea cimentului. În Europa, conţinutul mediu de clincher din ciment este de 80-85 %. Mulţi producători de ciment lucrează la tehnici de micşorare a conţinutului de clincher. O anumită tehnică presupune utilizarea in proportie de 50 % clincher cu menţinerea calităţii performanţei produsului şi fără a creşte costul de producţie. Standardele cimentului definesc unele tipuri de ciment cu mai puţin de 20 % clincher, echilibrul fiind realizat prin utilizarea zgurii de furnal.

46

1.4.1. Consumul de materii prime Reciclarea prafului colectat din procesele de producţie micşorează consumul total de materii prime. Această reciclare poate avea loc direct in cuptor sau la alimentarea cuptorului (conţinutul de alcalii fiind factorul limitant) sau prin amestecul cu produse finite. Folosirea unor deşeuri ca materii prime poate reduce intrarea de resurse naturale, dar ar trebui întotdeauna făcută cu un control riguros al substanţelor introduse în proces. 1.4.2. Utilizarea energiei Cuptoarele cu schimbator de caldura cu 5 trepte şi precalcinator sunt considerate a fi tehnologii standard pentru instalaţiile noi obişnuite, o asemenea configuraţie folosind 2900-3200 MJ /tona de clincher /raport Cembureau, 1997/. Pentru a optimiza intrarea de energie, la alte tipuri de cuptoare, există posibilitatea să se schimbe configuraţia cuptorului într-un cuptor cu un proces scurt de uscare cu mai multe trepte de preâncălzire şi precalcinare. Aceasta nu este fezabilă de obicei decat dacă se realizeaza ca o parte a unor modernizari majore care sa presupuna si o crestere a productiei. Aplicarea ultimei generaţii de răcitoare de clincher şi recuperarea căldurii reziduale cât mai mult posibil, utilizând-o în procesele de uscare şi preâncălzire, sunt exemple ale unor metode care reduc consumul de energie primară. Folosirea de energie electrică poate fi micşorată prin instalarea unor sisteme de administrare a energiei şi de utilizare a unor instalaţii eficiente de energie precum cilindrii de măcinat cu înaltă presiune pentru măcinarea clincherului şi acţionări cu viteză variabilă pentru ventilatoare. Reducerea consumului de energie se poate realiza si funcţie de situaţiile specifice. Unele din tehnicile de reducere descrise mai jos vor avea de asemenea un efect pozitiv asupra folosirii de energie, de exemplu optimizarea controlului procesului. 1.4.3. Alegerea procesului Procesul selectat va afecta emisia tuturor poluantilor şi va avea de asemenea un efect semnificativ asupra folosirii de energie. Pentru instalaţiile noi şi in mare parte modernizate, un cuptor pe procedeul uscat cu schimbator de caldura cu mai multe trepte şi preacalcinator este considerat a fi foarte indicat. Cuptoarele pe procedeu umed din Europa vor fi transformate in cuptoare pe procedeu uscat atunci când se vor moderniza (Raport olandez 1997) la fel cele pe procedeele semi-uscat si semi-umed. 1.4.4. Tehnici generale 1.4.4.1. Optimizarea controlului procesului Optimizarea procesului de ardere a clincherului se face de obicei pentru a reduce consumul de căldură, pentru a îmbunătăţii calitatea clincherului şi de a mări durata de viaţă a utilajului (de exemplu captuseala refractară) prin stabilizarea parametrilor procesului. Reducerea emisiilor cum ar fi şi NOx, SO2 şi praf sunt efecte secundare ale acestei optimizări. Functionarea cuptorului la parametrii de proiect este un mod de a controla emisiile rezultate din cuptor. Optimizarea include măsuri precum omogenizarea materiei prime, dozarea uniformă a cărbunelui şi îmbunătăţirea funcţionării răcitorului. Pentru asigurarea faptului că proporţia de alimentare cu combustibil solid este stabilă, este esenţială proiectarea bună a buncărului, a transportului şi a alimentatorului, cum ar fi un sistem de alimentare gravimetric al combustibilului solid.

47

Scăderea NOx se poate datora reducerii flacării şi temperaturilor de ardere, consumului scăzut de combustibil şi zonelor cu o atmosferă reducatoare din cuptor. Controlul conţinutului de oxigen (exces de aer) este esenţial pentru controlul de NOx. În general, cu cât conţinutul de oxigen (exces de aer) este mai mic cum ar fi la ieşirea din cuptor, cu atât se produce NOx mai puţin. Cu toate acestea, continutul de oxigen trebuie echilibrat având în vedere creşterile de CO şi SO2 care se produc la niveluri mai scăzute de oxigen /UK Nota IPC, 1996/. Au fost raportate reduceri ale NOx de până la 30 % /raport Cembureau, 1997/. Reducerea de SO2 este determinată de volatilitatea redusă a SO2 la flacără si de temperaturi joase de ardere şi atmosfera oxidanta din cuptor, împreună cu o funcţionare stabilă a cuptorului. Efectul optimizării functionării cuptorului privind emisia de SO2 este considerabil pentru cuptoarele lungi pe procedeu umed şi uscat şi mai redusă pentru cuptoarele cu schimbător. Au fost înregistrate reduceri de SO2 de până la 50 % /raport Cembureau, 1997/. Evitarea declansarilor electrofiltrului cuptorului şi a producerilor de CO, reduce emisiile de praf, iar prin aceasta se reduc de asemenea emisiile de alte substante absorbite de praf, de exemplu metale. Sistemele moderne de control cu echipamente ce asigură măsurare şi control mai rapide permit criterii mai performante de închidere decât cele tipice aplicate de 0,5 % v/v CO şi astfel se reduce numărul formărilor de CO. Optimizarea procesului este aplicabilă tuturor cuptoarelor şi poate cuprinde multe elemente care pornesc de la instruirea/ pregătirea operatorilor cuptorului până la instalarea unui echipament nou cum ar fi sistemele de dozare, silozurile de omogenizare, sisteme de preamestec şi răcitoare noi de clincher. Costul acestor măsuri variază mult de la 0 la circa 5 milioane de euro /raport Cembureau, 1997/. Unii furnizori de utilaje din domeniul cimentului au dezvoltat sisteme eficiente de control automat bazate pe controlul arderii prin monitorizarea nivelurilor de NOx (Nota IPC UK, 1996). Investiţia necesară pentru un sistem avansat de control pe bază de computer este de circa 300000 euro, putând fi necesară o investiţie suplimentară pentru a se instala sistemele de măsurare şi de dozare corespunzătoare la instalaţie /raport Cembureau, 1997/. Optimizarea cuptorului se face în primul rând pentru a reduce costurile de funcţionare, pentru a creşte producţia şi a îmbunătăţii calitatea produsului. Costul de funcţionare al unui cuptor optimizat este redus de obicei în comparaţie cu costul său în stare non-optimizată. Rezultatele reies din consumul redus de combustibil şi din consumul redus de refractare, costuri de întreţinere mai scăzute şi o mai mare productivitate, mai existând şi alţi factori /raport Cembureau, 1997). 1.4.4.2. Alegerea combustibilului şi a materiilor prime O selectare atentă şi un control al substanţelor ce intră în cuptor poate reduce emisiile. De exemplu, prin limitarea conţinutul de sulf atât din materiile prime cât şi din combustibil se pot reduce emisiile de SO2. Acelaşi lucru este valabil pentru materiile prime şi pentru combustibilii ce conţin alte substanţe de exemplu azot, metale şi compuşi organici. Există totuşi câteva diferenţe între diferitele sisteme de cuptoare şi punctele de alimentare. De exemplu, sulful din combustibil nu este o problemă pentru sistemele de cuptoare pe procedeu uscat cu schimbător de căldură si precalcinare, toţi compuşii organici din combustibilul alimentat trec prin arzătorul principal fiind complet distruşi. Limitând conţinutul de clor al materialelor intrate se reduce formarea de cloruri alcaline (şi alte cloruri metalice), care pot determina formarea de lipituri in cuptor şi astfel pot afecta performanţa electrofiltrelor, care la rândul lor produc emisii crescute de praf. Folosirea materialelor cu conţinut

48

ridicat de alcalii necesită evacuarea prafului rezultat si nu reintroducerea lui in cuptor, pentru a se evita conţinuturi ridicate de alcalii în ciment. În acest caz, folosirea unor materiale cu conţinut scăzut de alcalii poate permite prafului să fie recirculat în proces, reducând generarea de reziduuri în urma procesului. 1.4.5. Tehnici pentru controlul emisiilor de NOx Tabelul 1.10 oferă o imagine de ansamblu a tehnicilor de control a emisiilor de NOX care au un efect pozitiv, prin aceasta reducându-se emisiile de NOx ce apar în timpul producerii cimentului. Tabelul este un rezumat şi trebuie citit împreună cu paragraful corespunzător de mai jos.

Emisii raportate Costuri înregistrate3) Tehnica Aplicabilitate la sisteme de cuptoare

Eficienţa reducerii mg/m3 1) kg/tona2) investiţii operare

Răcirea flăcării Toate 0 – 50% 0.0 – 0.2 0.0 – 0.5

Arzător cu conţinut scăzut de NOx

Toate 0 – 30% 400 - 0.8 -

0.15 – 0.8 0

Precalcinator 0.1 – 2 0 Ardere in trepte Schimbătoare 10 – 50% < 500 –

1000 < 1.0 – 2.0 1 - 4 0 Ardere la mijlocul cuptorului

Lungi 20 – 40% Nici o informatie - 0.8 – 1.7 Nici o

informatie

Clincher mineralizat Toate 10 – 15% Nici o

informatie - Nici o informatie

Nici o informatie

SNCR Schimbător si precalcinator 10 – 85% 200 – 800 0.4 – 1.6 0.5 – 1.5 0.3 – 0.5

SCR (informatii numai de la instalatii pilot)

Posibil toate 85 – 95% 100 – 200 0.2 – 0.4 ca.2.54

3.5 – 4.54

0.2 – 0.44 Nici o

informatie5

- 1) în mod normal se referă la valori medii zilnice, gaz uscat, 273 K, 101,3 kPa şi 10 % O2. - 2) kg/tona de clincher: pe baza a 2000 m3 tone de clincher - 3) Costuri de investiţie în 106 euro şi costuri de operare în euro/tona de clincher, cu referire în mod normal la o capacitate a cuptorului de 3.000 tone clincher/zi şi o emisie iniţială de până la 2.000 mgNOx/m3. - 4) Costuri estimate de Ökopol pentru o instalaţie la scară largă (capacităţi ale cuptorului de la 1000 la 5000 de tone clincher/zi şi emisii iniţiale de la 1300 la 2000 mgNOx/m3) costuri de operare mai scăzute cu circa 25 % decât cele pentru SNCR. - 5) Costuri estimate de Cembureau pentru o instalaţie la scară largă Tabelul 1.10. Prezentare de ansamblu a tehnicilor pentru controlul emisiilor de NOx 1.4.5.1. Măsuri primare pentru controlul emisiilor de NOx Multe din fabricile de ciment au luat măsuri generale primare de optimizare, cum ar fi măsuri de control a procesului, tehnici de ardere moderne, optimizarea racirii şi alegerea combustibilului, măsuri care reduc de asemenea emisiile de NOx. Unele sisteme moderne de optimizare ale sistemelor cu schimbător şi a sistemelor schimbător/ preacalcinator realizează mai puţin de 500 mgNOx/m3 fie numai cu măsuri primare sau combinate cu o ardere în trepte. Calitatea materiilor prime (capacitatea de ardere a făinii) şi modelul sistemului cuptorului pot fi cauze pentru a nu se putea realiza acest nivel.

49

Răcirea flăcării Adaosul de apă la combustibil sau direct în flacără reduce temeperatura şi măreşte concentraţia radicalilor hidroxil. Aceasta poate avea un efect pozitiv asupra reducerii de NOx în zona de ardere, fiind înregistrată o eficienţă între 0-50 %. Căldura suplimentară este necesară pentru evaporarea apei, fapt care cauzează emisii suplimentare de CO2 (aproximativ 0,1-1,5 %) în comparaţie cu emisia totală de CO2 a cuptorului [raport Cembureau, 1997]. Injectia apei poate provoca probleme de funcţionare a cuptorului. La o producţie a cuptorului de 3000 tone clincher/zi, costul de investiţie este estimat la 0,0-0,2 milioane de euro iar costul de operare la 0,0 – 0,5 euro/tona de clincher [Cembureau]. Arzătorul cu emisii reduse de NOx

Proiectarea unor arzătoare cu emisii reduse de NOx variază dar esenţial aerul şi cărbunele (combustibilul) sunt injectate în cuptor prin tuburi concentrice. Cantitatea de aer primar este redusă la circa 6-10 % din necesarul pentru arderea stoiechiometrică (de obicei de 20-25 % în arzătoarele tradiţionale). Aerul axial este injectat la momentul de vârf în canalul exterior. Cărbunele poate fi suflat prin conducta centrală sau prin canalul de mijloc. Un al treilea canal este folosit pentru aerul turbionar, acesta fiind indus de ventilatoare sau în spatele orificiului de evacuare a conductei de ardere. Efectul net al proiectării acestui arzător este de a produce o aprindere timpurie, în special a compuşilor volatili din combustibil, într-o atmosferă deficitară de oxigen, aceasta tinzând spre reducerea formării de NOx. Reducerile de NOx de până la 30 % se realizează în instalaţii în stare bună de funcţionare [Int. Cem. Rev. oct. 97], dar aplicarea unor arzătoare cu conţinut scăzut de NOx nu este întotdeauna urmată de o reducere a emisiilor de NOx. Arzătoarele cu conţinut scăzut de NOx pot fi aplicate tuturor cuptoarelor rotative, atât în cuptorul principal cât şi în precalcinator fiind înregistrate niveluri de emisie de 600-1000 mg/Nm3 [Raport olandez, 1997]. Costul de investiţie pentru un arzător nou cu conţinut scăzut de NOx este de circa 150000 – 350000 de euro pentru o producţie a cuptorului de 3000 de tone clincher/zi [raport Cembureau, 1997],[Raport olandez 1997]. Dacă sistemele de ardere existente folosesc arderea directă, aceasta trebuie schimbată într-un sistem cu ardere indirectă pentru a permite arderea cu debit de aer primar redus, aceasta însemnând un cost de investiţie de circa 600000 până la 800000 euro pentru o producţie a cuptorului de 3000 tone clincher/zi [raport Cembureau, 1997]. 1.4.5.2. Arderea in trepte Arderea în trepte se aplică cuptoarelor de ciment dotate cu câteva trepte de combustie. Această tehnică este aplicată în primul rând cu precalcinatoare proiectate special. Prima treaptă de combustie are loc în cuptorul rotativ în condiţii optime pentru procesul de ardere al clincherului. A doua treapta de combustie este arzătorul de la capul rece al cuptorului, care produce o atmosferă reducătoare care descompune o parte din oxizii de azot generaţi în zona de sinterizare. Temperatura ridicată din această zonă este favorabilă în special reacţiei care preschimbă NOx în azot primar. În a treia treaptă de combustie combustibilul necesar calcinării este alimentat în calcinator cu o cantitate de aer terţiar, producându-se astfel deasemenea o atmosferă reducătoare. Acest sistem reduce generarea de NOx din combustibil şi scade de asemenea cantitatea de NOx care iese din cuptor. În cea de-a parta şi ultima treaptă de combustie, aerul terţiar rămas este alimentat în sistem sub formă de « top air » pentru arderea reziduală [Raport olandez, 1997].

50

Calcinatioarele sunt utilizate în prezent diferă în primul rând prin punctul de intrare al combustibilului, modul de alimentarea a cuptorului cu combustibilul şi aerul terţiar şi de configuraţia geometrică [Raport olandez, 1997]. Tehnologia cu ardere în trepte poate fi folosită în general numai la cuptoarele echipate cu un precalcinator. Modificări substanţiale ale instalaţiei sunt necesare în schimbatoarele de caldura fără precalcinare. Dacă aceasta nu poate fi combinată cu o creştere a capacităţii de producţie, producătorii oferă o soluţie cu un aşa-numit mic canal de aer terţiar şi calcinator. În acest caz, numai o cantitate mică de circa 10-25 % din căldura totală necesară cuptorului trece prin calcinator, dar este suficientă pentru a produce o zonă de reducere pentru descompunerea oxizilor de azot [ZKG, 10/1996]. Unele instalaţii moderne bine optimizate ating niveluri de emisie sub 500 mgNOx/Nm3 cu combustie în mai multe trepte. Dacă procesul de ardere nu este finalizat în precalcinator emisiile de CO şi SO2 pot creşte [raport Cembureau, 1997], apărând probleme cu emisiile de CO şi de colmatare când s-a încercat atingerea unor eficienţe ridicate [Cembureau]. Reduceri posibile de NOx de până la 50 % sunt prezentate de furnizori ai diferitelor sisteme de ardere în trepte. Totuşi este greu să se menţină valori garantate pentru acest nivel de reducere de NOx în timp ce se limitează şi emisiile de CO [ZKG, 10/1996]. Costurile de investiţie pentru introducerea combustiei în trepte la un cuptor cu precalcinare este de 0,1 –2 milioane de euro, costurile depinzând de modelul calcinatorului existent [Cembureau]. Costul de investiţie pentru un precalcinator şi o conductă de aer terţiar pentru a transforma un cuptor cu schimbător de 3.000 tone/zi cu răcitor cu grătar într-un cuptor cu precalcinator este de circa 1 până la 4 milioane de euro. Costul de investiţie pentru transformarea unui cuptor cu schimbător de căldură de 3.000 tone/zi cu un răcitor satelit într-un cuptor cu precalcinator şi răcitor grătar este de circa 15 până la 20 milioane de euro [raport Cembureau, 1997]. Arderea combustibilului sub forma de bucăţi (de exemplu anvelopele) constituie o variantă posibilă pentru tehnica combustiei în trepte fiind creată o zonă de reducere atunci când combustibilul este ars. În cuptoarele cu schimbător de căldură/ precalcinator combustibilul bucăţi poate fi introdus la capul rece al cuptorului sau la precalcinator. Arderea combustibilului bucăţi înregistrează un efect pozitiv asupra reducerii de NOx. Totuşi, este foarte dificil să se producă o atmosferă reducătoare controlată la arderea combustibilului bucati [raport Cembureau, 1997]. 1.4.5.3. Arderea la mijlocul cuptorului În cazul cuptoarelor lungi pe procedeu umed şi uscat, crearea unei zone de reducere prin arderea combustibilului bucăţi poate reduce emisiile de NOx. Pentru că în cuptoarele lungi nu există acces la zonele de temperatură 900-1000 0C, la unele instalaţii au fost introduse sisteme de ardere la mijlocul cuptorului pentru a permite folosirea deşeurilor care nu pot trece prin arzătorul principal (de exemplu anvelopele) [raport Cembureau, 1997]. Proiectarea mecanică are în vedere faptul că, combustibilul poate fi injectat numai intermitent, o dată la o rotaţie a cuptorului. Pentru a menţine continuitatea intrării de căldură, pot fi folosiţi combustibilii solizi cu ardere lentă cum ar fi anvelopele sau alţi combustibili secundari. Există câteva astfel de instalaţii iar în unele cazuri au fost înregistrate reduceri de 20-40% NOx. Viteza de ardere a acestor combustibili secundari poate fi critică. Dacă viteza este prea lentă, pot apărea

51

condiţii de reducere în zona de ardere care pot afecta semnificativ calitatea produsului.Dacă viteza este prea rapidă secţiunea cu lanţ a cuptorului poate fi supraîncălzită rezultând arderea lanţurilor [Inst. Cem. Rev. Oct./97]. Costurile de investiţie pot fi în jur de 0,8 –1,7 milioane de euro pentru transformarea cuptorului şi a utilajelor de manipulare a combustibilului, iar costurile anuale cu forţa de muncă şi întreţinerea pot fi situate la acelaşi nivel [Inst. Cem. Rev.Oct/97]. 1.4.5.4. Clincherul mineralizat Adăugarea mineralizatorilor la materia prima este o tehnologie pentru reglarea calităţii clincherului şi care permitere reducerii temperaturii în zona de sinterizare. Prin scăderea temperaturii de ardere, este redusă formarea de NOx. Reducerea de NOx poate fi între 10 şi 15% dar au fost înregistrate şi reduceri de până la 50 % [Cementa AB, 1994]. Fluorura de calciu este un exemplu de mineralizator, dar adaosurile excesive ar putea duce la o creştere a emisiilor de HF. 1.4.5.5. Reducerea non-catalitică selectivă (SNCR) Reducerea non-catalitică selectivă (SNCR) presupune injectarea de compuşi NH2-X în gazele de evacuare pentru reducerea NO la N2. Reacţia este optimă într-un domeniu de temperatură de circa 800 - 1000oC şi este necesar un timp suficient de reţinere pentru ca agenţii de injectare să reacţioneze cu NO. Domeniul potrivit de temperatură este uşor de obţinut în cazul cuptoarelor cu schimbător de căldură în suspensie, a cuptoarelor cu precalcinare şi posibil, al cuptoarelor Lepol. În acest moment nu există nici o instalaţie industrială SNCR pentru cuptoarele Lepol, dar se cunosc rezultate încurajatoare ale cercetărilor pilot din Germania (Goller). La cuptoarele lungi pe procedeu umed şi uscat, poate părea foarte dificil, dacă nu chiar imposibil să se obţină temperatura potrivită şi timpul necesar de retenţie. Cel mai răspândit agent NH2-X este apa amoniacală cu circa 25% NH3 [raport Cembureau, 1997]. Alţi posibili agenţi de reducere care pot fi folosiţi la scară industrială sunt gazul amoniacal, soluţiile de uree, “nitrolime” sau cianamida şi alte substanţe similare [Inst. Cem. Rev., Jan/ 96]. Experienţa arată că, pentru majoritatea aplicaţiilor, apa amoniacală este cel mai bun agent pentru SNCR la sistemele de cuptoare cu schimbător de căldură şi precalcinator [raport Cembureau, 1997]. Sunt necesare dezvoltări ulterioare în domeniul folosirii tehnologiei SNCR dacă instalaţia este deja dotată cu un sistem de ardere în trepte. Folosirea simultană a acestor tehnologii necesită anumite temperaturi, timp de reţinere şi atmosferă gazoasă în partea de reacţie pentru a se obţine compatibilitatea celor două tehnologii [ZKG, 10/1996]. Există 18 instalaţii industriale SNCR în funcţiune în UE şi în ţările EFTA după cum se prezintă în Anexa B. Majoritatea instalaţiilor SNCR care funcţionează astăzi sunt proiectate şi/sau funcţionează pentru reducere de NOx cu 10 –50% (cu raporturi molare NH3/NO2 de 0,5 – 0,9) şi nivele de emisie de 500 – 800 mgNOx/m3, suficiente pentru respectarea legislaţiei actuale din unele ţări. Instalaţiile proiectate şi/sau puse în funcţiune pentru procente de reducere mai ridicată, se vor comporta mai bine. Două instalaţii, pentru mai multe detalii vezi mai jos-, cu instalaţii SNCR livrate de doi furnizori diferiţi, ambii garantând o reducere de 80 %, realizează procente de reducere de 80-85 % care corespund emisiilor de mai puţin de 200 mgNOx/m3. Cu instalaţii SNCR care funcţionează la

52

procente de reducere de 80-85 %, concentraţii medii zilnice de mai puţin de 500 mg/m3 sunt din punct de vedere teoretic realizabile, la fel ca atunci când nivelurile iniţiale sunt peste 2000 mg/m3. Este important să se menţină nivelurile de temperatură arătate mai sus, în cazul în care temperatura scade sub acest nivel, este emis amoniac nemodificat (aşa zisa eliberare de NH3), iar la temperaturi mai ridicate, amoniacul este oxidat la NOx. Eliberari de NH3 pot apărea de asemenea la raporturi molare ridicate de NH3 /NO2 de exemplu un raport molar de circa 1,0 –1,2. Emisiile de NH3 în alte sectoare ale industriei au condus la formarea de aerosoli de cloruri de amoniac şi sulfaţi de amoniac care au trecut prin filtru şi au devenit vizibili sub forma unei pene de poluant de culoare albă deasupra coşului de evacuarea a gazului. Cercetările au arătat că niveluri de aerosoli considerabil mai scăzute sunt produse de fabricile de ciment [World Cement, martie 1992]. Amoniacul nefolosit poate fi oxidat şi transformat în atmosferă în NOx, iar emisia de NH3 poate rezulta de asemenea în praf îmbogăţit cu amoniac care nu poate fi reciclat în moara de ciment [Cembureau]. Posibila emisia de NH3 trebuie avută în vedere în proiectarea instalaţiilor SNCR. Pot de asemenea să apară emisii de monoxid de carbon (CO) şi de oxizi azotoşi (N2O) /World Cement, Martie 1992/. Este necesară o cantitate de căldură suplimentară pentru evaporarea apei, fapt ce determină o creştere mică a emisiilor de CO2. Transportul şi depozitarea amoniacului constituie pericole potenţiale pentru mediu şi necesită măsuri de siguranţă suplimentare /raport Cembureau, 1997/. Prin depozitarea a 25% soluţie de apă amoniacală sunt evitate unele probleme cu amoniacul. Eficienţa reducerii de NOx creşte odată cu raportul molar NH3/NO2. Cu toate acestea proporţia de reducere a NOx nu poate fi crescută pur şi simplu deoarece un raport mai mare poate provoca emisii de NH3. La o instalaţie cu un cuptor cu schimbator de caldura în 4 trepte, cu o producţie maximă a clincherului de 2000 tone/zi, un raport molar în jur de 1.0 a produs un procent de reducere a NOx de până la 80% fără nici o emisie de NH3. Funcţionarea corectă (sistem de control corespunzător, injectarea optimizată de apă amoniacală) a sistemelor SNCR nu determină emisii mai ridicate de amoniac faţă de cele normale /Int. Cem.Rev. Jan/96/. În cazul a două instalaţii din Suedia, cu cuptoare pe procedeu uscat cu schimbator/ precalcinator s-a instalat SNCR în 1996/97. A fost realizată o reducere de 80-85% la amândouă cuptoarele atunci când s-a aplicat un raport molar an NH3/NO de 1.0 – 1.1 iar până acum este estimată o creştere mică de NH3 dar nu a fost măsurată nici o creştere a emisiile de CO şi N2O si nu a fost găsită în ciment nici o urmă de NH3. Pentru unul din cuptoare, mai vechi de 20 de ani, având o capacitate de 5800 tone clincher/zi, niveluri iniţiale de NOx de circa 1100 mg/Nm3 (ca NO2, gaz uscat), costul de investiţie a fost de 1,1 milioane de euro (0,55 milioane de euro pentru instalaţia SNCR şi încă 0,55 milioane de euro pentru depozitarea apei amoniacale), iar costul de operare de circa 0,55 euro/ tona de clincher. Costul total (investiţie + costuri de operare) este mai mic de 0,6 euro/tona de clincher. Celălalt cuptor cu o capacitate de 1900 tone de clincher/zi şi niveluri iniţiale de NOx de 750 –1350 mg/Nm3 (ca NO2) costul de investiţie a fost de circa 0,55 milioane de euro, iar costul de operare de circa 0,3 euro/tona de clincher /Cementa AB//Junker/. Forţa motrice care a determinat aceste fabrici să investească în utilaje SNCR de înaltă performantă a fost reprezentată de politica suedeză privind emisiile de NOx. Potrivit acestei politici, orice investiţie în privinţa reducerii emisiilor care are un cost total (investiţie + operare) mai mic de 0,5 euro (40 SEK) pe kilogram de NOx redus (ca NO2) poate fi acceptabil. Pentru un cuptor cu schimbător de căldură cu o capacitate de productie de 3000 tone/zi cu o emisie iniţială de NOx de până la 2000 mg/m3 şi cu o reducere de NOx de până la 65% (adică 700 mg NOx/m3), costul de investiţie pentru SNCR care foloseşte apă amoniacală drept agent de reducere este de 0,5 – 1,5 milioane de euro, costul fiind influenţat de legislatia locală privind

53

depozitarea apei amoniacale. Costul de operare pentru acelaşi cuptor este de 0,3 – 0,5 euro/tona de clincher, fiind determinat în principal de costul amoniacului injectat. 1.4.5.6. Reducerea catalitică selectivă (SCR) SCR reduce NO şi NO2 la N2 cu ajutorul NH3 şi a unui catalizator la o temperatură de circa 300-400oC. Această tehnologie este foarte răspândită pentru reducerea NOx în alte industrii (centrale electrice, incineratoare de deşeuri). În industria cimentului se folosesc două sisteme: tratarea gazului de evacuare cu conţinut scăzut de praf şi tratamentul gazului de evacuare cu conţinut ridicat de praf. Sistemele de evacuare a gazului cu conţinut scăzut de praf necesită reîncălzirea gazelor de evacuare după desprăfuire fiind necesare costuri suplimentare. Sistemele cu conţinut ridicat de praf sunt preferate din motive tehnice şi economice [raport Cembureau, 1997] [Raport olandez, 1997]. Până acum SCR este testată doar pentru cuptoarele pe procedeu semi-uscat (Lepol) şi cu schimbător de căldură, dar pot fi aplicabile şi altor tipuri de cuptoare. Reduceri semnificative ale emisiei de NOx se pot realiza prin sistemele SCR în cazul gazelor de evacuare cu conţinut ridicat de praf (85- 95%) [raport Cembureau, 1997]. Probele la instalaţiile pilot asupra unor mici părţi (3%) din gazul de evacuare din Austria, Germania, Italia şi Suedia au arătat rezultate încurajatoare. Nivelurile de emisie ale NOx au fost de aproximativ 100- 200 mg/m3 fără nici o pierdere a activităţii catalizatorului, cu excepţia unei probe recente în Austria unde s-a înregistrat o abraziune considerabilă a catalizatorului după o perioadă de funcţionare de circa 5000 de ore care a scurtat durata de viaţă a acestui tip de catalizator la mai puţin de un an [Goller]. Tehnica trebuie aplicată la scară industrială pentru a elimina incertitudinile tehnice şi economice legate de scara redusă la care s-a făcut experimentarea tehnicii SCR. Principalele neclarităţi sunt legate de concentraţia ridicată de praf în gaze (de până la 500 g/Nm3), tehnicile de îndepărtare a prafului de pe catalizator, durata de viaţă a catalizatorilor şi costurile totale de investiţie [Cembureau]. Datorită faptului că aceşti catalizatori îndepărtează şi hidrocarburile, SCR va reduce de asemenea VOC şi PCDD/Fs. Potrivit unui furnizor, noi proiecte pilot pentru reducerea de NOx sunt în curs de elaborare, aici catalizatorii sunt aplicaţi pentru reducerea suplimentară a VOC şi a emisiilor de CO. [Raport olandez] Având în vedere potenţialul ridicat de reducere, testele la scară pilot reusite, SCR este o tehnologie de înaltă performanta pentru instalaţii comparabile; SCR este o tehnică interesantă pentru industria cimentului. Există în Europa cel puţin trei furnizori de SCR la scara industriala pentru industria cimentului cu performanţă de 100-200 mg/m3. Cu toate acestea, cheltuielile de capital pentru SCR sunt considerate încă mai ridicate în comparaţie cu cele pentru SNCR /Raport olandez, 1997/. Studiile de fezabilitate au fost realizate de exemplu în Austria, Germania, Olanda şi Suedia. Costurile estimate pentru tehnica SCR în industria cimentului variază mult cu costurile de producţie şi durata de viaţă a catalizatorului care sunt variabile majore. În Germania se construieşte o instalaţie industrială SCR de prezentare cu sprijinul financiar al Guvernului. Această primă instalaţie industrială (Solubefer Zementwerke) va fi pusă în funcţiune la sfârşitul anului 1999. O instalaţie industrială SCR se are de asemenea în vedere în Austria, aceasta realizându-se tot cu sprijin financiar guvernamental /Goller/. Într-un raport tehnic de la UBA Austria costul total pentru atingerea a 100–200 mg/Nm3, raportat la 10% O2, este estimat la mai putin de 2,3 euro/tona de clincher pentru un cuptor de 850 de tone de clincher/zi [raport austriac, 1998].

54

Un studiu olandez arată că o instalatie de SCR de la o fabrica de ciment din Olanda ar avea un cost de circa 2500 de euro pe tona de NOx redus. Olanda promovează o politică ce consideră costuri de până la 5000 de euro pe tona de NOx drept rezonabile. Astfel, metoda de reducere a NOx bazata pe SCR este privită ca o metodă eficientă din punct devedere al costului pe plan national pentru industria cimentului. [de Jonge] Cementa AB din Slite, Suedia este dotată cu un cuptor cu precalcinator şi schimbător de căldură în suspensie pe procedeu uscat de 5800 de tone de clincher/zi. Aici este exploatat de aproape un an de zile un procedeu de SCR in faza pilot, cu concentraţie mare de praf, amplasat în continuarea unuia de reducere selectivă necatalitică (SNCR), si, tot aici, a fost studiat cât de mult ar costa procedeul de SCR la scară industrială instalat în continuarea unuia de SNCR (aceasta seminficând nivele iniţiale de NOx la SCR de sub 200 mg/m3). Costul de investiţie estimativ este de circa 11,2 milioane euro, iar cel de operare de circa 1,3 euro/t clincher, conducând la un cost total de 3,2 euro/tona de clincher. Costul însumat pe fiecare kilogram de NOx redus ar fi de 5,5–7,3 euro pentru SCR. Acest cost este prea mare şi nerezonabil în opinia companiei respective, în pofida argumentului adus de Agenţia pentru Protecţia Mediului (EPA) din Suedia ca pentru instalaţiile combinate de SNCR şi SCR costul mediu pe kilogramul de NOx redus ar fi mai mic de 4,5 euro si ţinând cont de politica suedeză referitoare la emisiile de NOx, acest cost poate fi acceptabil. [Junker] Într-un raport tehnic întocmit pentru DG XI, Ökopol apreciaza costul total pentru atingerea a 200 mg/Nm3 intre 0,75 de euro/tona de clincher (cuptor de 5000 de tone de clincher/zi, nivel iniţial al emisiilor de NOx de 1300 mg/Nm3) şi 1,87 euro/tona de clincher (cuptor de 1000 de tone de clincher/zi, nivel initial al emisiilor de NOx de 2000 mg/Nm3). Calculele sunt bazate pe un cost de investiţie de circa 2,5 milioane euro şi pe costuri de operare cu circa 25% mai mici decât pentru SNCR, care au fost puse la dispoziţie de furnizorii şi de operatorii de instalaţii pilot. În calcule a fost luată în considerare schimbarea catalizatorului dupa 5 ani. [Raport tehnic Ökopol, 1998] Cembureau apreciază costul de investiţie pentru un cuptor cu schimbător de caldură de 3000 de tone de clincher/zi la 3,5–4,5 milioane euro, facând observaţia ca informaţia privind respectivele costuri de investiţie provine exclusiv de la furnizor şi nu acoperă şi modificările aduse instalaţiei. [Raport tehnic Cembureau, 1997] După un anume furnizor, costul total (costuri de investitie + costuri de operare) pentru procesul SCR cu concentratie mare de praf este de aproximativ 1,5–2,5 euro/tona de clincher. Pentru procesul SCR cu concentraţie mică de praf costul total a fost apreciat la aproximativ 5 euro/tona de clincher. [Raport tehnic olandez, 1997]

1.4.6. Tehnici pentru controlul emisiilor de SO2 Primul pas în ceea ce priveşte controlul emisiilor de SO2 este considerarea măsurilor primare de optimizare a procesului tehnologic, inclusiv reglarea funcţionării fără probleme a cuptorului, alegerea concentraţiei de oxigen si alegerea materiilor prime şi a combustibililor. Mărirea concentraţiei de oxigen în cuptoarele lungi conduce la descreşterea nivelului de SO2 şi la mărirea celui de NOx. Pentru protejarea mediului ar trebui găsit un echilibru prin optimizarea raportului NOx/SO2/CO, prin reglarea concentraţiei de oxigen la capul rece al cuptorului. Acolo unde aceste măsuri nu sunt suficiente pot fi luate măsuri suplimentare functie de situaţia particulară. In tabelul 1.11 este prezentat un extras al metodelor care au un efect pozitiv asupra emisiilor de SO2 din industria cimentului. Având un caracter sinoptic, tabelul trebuie studiat corelat cu paragraful imediat următor.

55

Emisii raportate Cost 3) Metoda Aplicabilitate la

sistemele de cuptor

Eficienţa reducerii mg/m3 1) kg/tona 2) Investitie Operare

Adaos de absorbant

La toate 60–80% 400 0,8 0,2–0,3 0,1–0,4

Scruber uscat La procedeul uscat

Până la 90% <400 <0,8 11 1,4–1,6

Scruber umed La toate >90% <200 <0,4 6–10 0,5–1 Carbon activ La procedeul

uscat Până la 95% <50 <0,1 15 4) Nu exista

date 1) în mod obişnuit se referă la valori medii zilnice, gaz uscat, 273 K, 101,3 kPa şi 10% O2 2) kg/tona de clincher: pe baza a 2000 m3/tona de clincher 3) costuri de investitie in 106 euro si costuri de operare in euro/tona de clincher 4) acest cost cuprinde si un proces SNCR, cu referire la o capacitate de cuptor de 2000 de tone de

clincher/zi si emisii initiale de 50–600 mg SO2/m3 Tabelul 1.11. Imagine de ansamblu a tehnicilor de control a emisiilor de SO2

1.4.6.1 Adaos de absorbant Adaosul de absorbanţi, cum ar fi varul stins (Ca(OH)2), varul nestins (CaO) sau cenuşa zburătoare activată cu continut mare de CaO în gazele evacuate de la cuptor poate absorbi o parte a SO2. Injectarea cu absorbanti poate fi aplicata atat in stare umeda, cat si uscata. [Raport olandez, 1997] Pentru cuptoarele cu schimbatoare de caldura s-a constatat ca injectarea directa a varului stins in gazele de evacuare este mai putin eficientă decat adaugarea acestuia in alimentarea cuptorului. SO2 va reactiona cu varul pentru a forma CaSO3 si CaSO4, care ulterior patrund in cuptor impreuna cu materia prima si sunt inglobate in clincher. [Raport olandez, 1997] [Raport Cembureau, 1997] Aceasta metoda este buna pentru curatarea fluxurilor de gaze cu concentratii medii de SO2 si poate fi aplicata la o temperatura a aerului de peste 400ºC. Cele mai mari viteze de reducere pot fi atinse la temperaturi de peste 600ºC. Este recomandata utilizarea unui absorbant pe baza de Ca(OH)2 cu o suprafata specifica si porozitate mare. [Raport olandez, 1997] Varul stins nu are reactivitate mare, ca atare trebuie aplicate rapoarte molare Ca(OH)2/SO2 situate între valorile de 3 si 6. [Raport Cembureau, 1997] Fluxurile de gaze cu concentratii mari de SO2 necesită de 6-7 ori cantitatea stoechiometrică de absorbant, ceea ce conduce la costuri ridicate de exploatare. [Raport olandez, 1997] Prin injectarea de absorbanţi in sistemele de cuptoare cu schimbător de căldură in suspensie pot fi atinse reduceri ale SO2 de 60 până la 80%. Teoretic este posibil să fie atinse concentraţii de circa 100 mg/m3 pornind de la concentraţii de cel mult 400 mg/m3. Această metodă nu a fost aplicată incă in nici o fabrică in vederea atingerii acestui nivel de reducere. Majoritatea instalaţiilor din Europa au valori limită de emisie care corespund emisiilor reale, nefiind necesare nici un fel de reduceri. Pentru nivele iniţiale de până la 1200 mg/m3 prin adaos de absorbant se pot atinge valori de 400 mg/m3. pentru nivele iniţiale mai mari de 1200 mg/m3 adăugarea varului stins la alimentarea cuptorului este ineficientă sub raportul costurilor. [Raport olandez 1997] La aplicarea acestei metode poate apare riscul unei recirculări mai accentuate a sulfului şi o instabilitate a cuptorului pe măsură ce sulful este recirculat in cantitate mai mare în cuptor [Cembureau]. Adaugarea de absorbanţi este in principiu aplicabilă la toate sistemele de cuptoare [Raport olandez, 1997], deşi cel mai frecvent este aplicată la cuptoarele cu schimbătoare de căldură in suspensie. Există cel putin un cuptor lung pe procedeu umed unde se injectează NaHCO3 uscat în gazele de evacuare înainte de electrofiltru pentru reducerea emisiilor maxime de SO2 [Marchal]. Adaosul de var in alimentarea cuptorului reduce calitatea granulelor/nodulilor provocând probleme de curgere la cuptoarele Lepol.

56

Adaosul de absorbanţi este aplicat in mod curent intr-o serie de instalaţii pentru evitarea depăşirii limitelor normale in situatii critice. Aceasta inseamnă că in general nu este aplicat in mod continuu, ci când este cerut de imprejurări speciale. [Raport olandez, 1997] Pentru o concentraţie iniţială de SO2 de până la 3000 mg/m3, o reducere de până la 65% şi un cost al varului stins de 85 de euro/tona, costul de investiţie pentru un cuptor cu schimbător de căldură de 3000 t de clincher/zi este de circa 0,2–0,3 milioane euro, iar costurile de operare de circa 0,1–0,4 euro/tona de clincher. [Raport Cembureau, 1997]

1.4.6.2. Scrubere uscate Pentru reducerea emisiilor foarte ridicate de SO2 (de peste 1500 mg/Nm3) este necesar un scruber separat. Un tip de scruber uscat foloseşte o coloană de reacţie Venturi pentru a produce un pat fluidizat care constă dintr-un amestec de var stins şi făină brută. Contactul intim dintre gaze si absorbant, timpul lung de contact şi temperatura scazută (apropiată de punctul de roua) permit o absorbţie eficientă a SO2. Gazele care părăsesc tubul Venturi sunt incărcate cu absorbant, care este colectat intr-un electrofiltru. O parte a absorbantului colectat este returnată la scruber, iar cealaltă parte este adăugată la capul rece al cuptorului si transformată corespunzator in clincher. [Raport Cembureau, 1997] O reducere de SO2 de 90%, ceea ce corespunde la un conţinut de gaz curat de 300 mg SO2/m3, poate fi atinsă când concentraţia iniţială de SO2 este de 3000 mg/m3. Scruberul uscat poate reduce şi emisiile de HCl si de HF. Scruberele uscate pot fi adaptate la toate tipurile de cuptoare pe procedeu uscat. La o concentraţie iniţială de SO2 de până la 3000 mg/Nm3 şi un cost al varului stins de 85 de euro/tonă, costul de investiţie pentru un cuptor cu schimbător de căldură de 3000 t de clincher/zi este de circa 11 milioane euro, iar costurile de operare de aproximativ 1,6 euro/tona de clincher. Conţinutul suplimentar de sulf al clincherului reduce cantitatea de gips necesară la moara de ciment. La includerea gipsului inlocuit in aprecierea costurilor, costul de operare este mai mic cu circa 1,4 euro/tona de clincher. [Raport Cembureau, 1997] In Europa (şi probabil pe intreg globul) există in prezent, in funcţiune doar un singur scruber de sulf pe procedeu uscat, la fabrica HCB–Untervaz din Elveţia. Aceasta linie include un cuptor cu schimbător de căldură in suspensie cu patru trepte, cu răcitor planetar şi are o capacitate maximă de 2000 de tone de clincher/zi. Nivelele de emisii fără utilizarea tehnicilor de reducere s-ar cifra la circa 2500 mg SO2/Nm3 (gaz uscat, 10% O2) la operare directă şi la aproape 2000 mg SO2/Nm3 la operare combinată. Nivelul mediu de emisie in condiţiile aplicarii metodei de reducere in 1998 a fost de 385 mg SO2/Nm3. [Cembureau]

1.4.6.3 Scrubere umede Scruberul umed este tehnologia cea mai des intalnită pentru desulfurarea gazelor arse din instalaţiile termice cu ardere de cărbune. SOx este absorbit intr-un lichid/suspensie stropit dintr-un turn de stropire sau este barbotat prin acest lichid/suspensie. Absorbantul poate fi carbonatul de calciu, hidroxidul de calciu sau oxidul de calciu. In industria cimentului din Europa, există in prezent cinci scrubere umede, toate turnuri de stropire. Suspensia este stropită in contracurent cu gazele de evacuare şi colectată intr-un rezervor de recirculare de la partea inferioară a scruberului, unde sulfitul format este oxidat la sulfat cu aer si formează sulfat de calciu dihidrat. Dihidratul este separat şi folosit ca gips la măcinarea cimentului, iar apa este reintrodusă la scruber. [Cembureau] [Raport Cembureau, 1997] [Cementa AB, 1994] [Coulburn] Reducerea de SO2 realizată poate fi de peste 90%. Cementa AB are in functiune un cuptor cu schimbător de căldură de 5800 de tone de clincher/zi şi o concentraţie initială de SO2 in gazele

57

arse de 1200–1800 mg/m3, Castle Cement are un cuptor cu schimbător de căldură de 2500 t/zi cu un nivel iniţial de SO2 de circa 800–1400 mg/m3 ca medie zilnică, cu valori maxime de peste 2000 mg/m3. Ambele valori sunt situate sub 200 mg/m3 la operarea cu scruber. [Cembureau] [Cementa AB] [Junker] Scruberul umed mai reduce in mod semnificativ si emisiile de HCl, de praf rezidual, metale si NH3 [Cementa AB, 1994]. Scruberele umede pot fi adaptate la toate tipurile de cuptoare. Costul de investiţie pentru scruberul de la Castle Cement (inclusiv modificările instalaţiei) a fost declarat ca fiind de 7 milioane euro, iar costul de operare a fost de circa 0,9 euro/tona de clincher [Cembureau]. Pentru Cementa AB costul de investiţie a fost de circa 10 milioane euro, iar costul de operare de circa 0,5 euro/tona de clincher [Cementa AB]. La o concentraţie iniţială de SO2 de până la 3000 mg/Nm3 şi o capacitate a cuptorului de 3000 tone de clincher/zi costul de investiţie este de 6–10 milioane euro, iar costurile de operare de 0,5–1 euro/tona de clincher. [Cembureau]

1.4.6.4 Carbon activ Poluanţi cum ar fi SO2, compuşii organici, metalele, NH3, compuşii de NH4, HCl, HF şi praful rezidual (dupa electrofiltru sau filtru cu saci) pot fi indepărtaţi din gazele de evacuare prin adsorbţie pe carbon activ. Dacă este prezent NH3, sau dacă este adăugat, filtrul va indepărta si NOx. Filtrul cu carbon activ este construit ca un pachet compact cu pereţi de separare modulari. Proiectarea modulară permite adaptarea dimensiunii filtrului pentru diferite debite de gaz si capacitaţi ale cuptorului. Cărbunele activ folosit este extras periodic intr-un siloz separat şi inlocuit cu adsorbant proaspat. Prin folosirea cărbunelui saturat drept combustibil la cuptor, substanţele captate sunt reintroduse in sistem şi in mare măsura se fixeaza in clincher. [Raport Cembureau, 1997] [Cementa AB, 1994] [Raport olandez ,1997] Singurul filtru cu carbon activ instalat la o fabrică de ciment din Europa este cel de la Siggenthal, Elvetia. Cuptorul de la Siggenthal este cu schimbător de căldură cu cicloane in patru trepte, cu o capacitate de 2000 de tone de clincher/zi. Măsurătorile au arătat eficienţe ridicate de indepărtare pentru SO2, metale şi PCDD/F. In timpul unui experiment de 100 de zile, concentraţiile de SO2 la intrarea in filtru au variat intre 50 si 600 mg/m3, in timp ce concentraţiile la ieşire au fost intotdeauna semnificativ sub 50 mg/m3. Concentraţiile de praf au scăzut de la 30 mg/m3 semnificativ sub 10 mg/m3. [Raport olandez, 1997] Un filtru cu carbon activ poate fi adaptat la toate tipurile de cuptoare pe procedeu uscat. Sistemul de la Siggenthal include de asemenea si un proces SNCR, circa 30% din investiţia totală, de aproximativ 15 milioane euro, fiind finanţată de orasul Zurich. Investiţia in acest sistem de reducere a fost facută pentru a permite fabricii de ciment să folosească drept combustibil nămol fermentat de canalizare. [Raport olandez, 1997] [Cementa AB, 1994]

1.4.7. Tehnici pentru controlul emisiei de praf Există trei surse punctuale principale de emisii de praf din fabricile de ciment. Acestea sunt sistemele de cuptoare, răcitoarele de clincher si morile de ciment. In trecut au fost utilizate diverse dispozitive de desprafuire pentru aceste trei scopuri, dar acum sunt instalate numai electrofiltre sau filtre cu saci. Emisiile de praf difuze rezultate la manipularea si depozitarea materialelor şi la concasarea şi măcinarea materiilor prime şi a combustibililor pot fi de asemenea semnificative. Tabelul 1.12 oferă o privire de ansamblu asupra datelor disponibile. Având un caracter sinoptic, tabelul trebuie studiat corelat cu paragraful urmator. Atat electrofiltrele, cât şi filtrele cu saci au avantaje si dezavantaje. Ambele tipuri au o eficientă foarte mare la desprafuire in timpul operarii normale. In condiţii speciale, cum ar fi concentraţie

58

crescută de CO, pornirea cuptorului, oprirea acestuia sau trecerea de la operarea combinată (cu moara de făina brută pornită) la operarea directă (cu moara de făina brută oprită), eficienţa electrofiltrelor poate fi redusă semnificativ in timp ce eficienţa filtrelor cu saci nu este afectata. Filtrele cu saci, prin urmare, au o eficienţă globală mai mare dacă sunt bine intreţinute şi dacă sacii sunt inlocuiţi periodic. Un dezavantaj al filtrelor cu saci este ca sacii de filtrare folosiţi reprezintă deşeuri şi trebuie aruncaţi in conformitate cu reglementările naţionale. [Raport Cembureau, 1997]

Emisii raportate Costuri 3Metoda Aplicabilitatea mg/m kg/tona 2 Investitie Operare

Toate sistemele de cuptoare

5–50 0,01–0,1 2,1–4,6 0,1–0,2

Racitoarele de clincher 5–50 0,01–0,1 0,8–1,2 0,09–0,18

Electrofiltre

Morile de ciment 5–50 0,01–0,1 0,8–1,2 0,09–0,18 Toate sistemele de cuptoarer

5–50 0,01–0,1 2,1–4,3 0,15–0,35

Racitoarele de clincher 5–50 0,01–0,1 1,0–1,4 0,1–0,15

Filtre cu saci

Morile de ciment 5–50 0,01–0,1 0,3–0,5 0,03–0,04 Reducerea emisiilor difuze de praf

Toate instalatiile – – – –

3 1

1) în mod normal se referă la valorile medii zilnice, gaz uscat, 273 K, 101,3 kPa şi 10% O2 2) kg/tona de clincher ; pe baza a 2000 m3/tona de clincher 3) costuri de investitie in 106 euro si costuri de operare in euro/tona de clincher pentru reducerea emisiei

până la 10–50 mg/m3, cu referire in mod normal la o capacitate a cuptorului de 3000 tone de clincher/zi si emisii initiale de până la 500 g de praf/m3

Tabelul 1.12. Imagine de ansamblu a tehnicilor de control a prafului

1.4.7.1 Electrofiltre Electrofiltrele generează un câmp electrostatic in calea particulelor din fluxul de aer. Particulele se incarcă negativ şi migrează catre plăci colectoare, incărcate pozitiv. Plăcile colectoare sunt lovite sau supuse unui proces vibrator, in mod periodic, pentru indepărtarea materialului care cade in pâlnii colectoare amplasate la partea inferioară. Este importantă optimizarea ciclurilor de lovire a electrofiltrelor, pentru a minimiza reantrenarea particulelor. Electrofiltrele se caracterizează prin abilitatea de a opera in condiţii de temperaturi inalte (până la 400 ºC) şi umiditate ridicată. Factorii care influenţează eficienţa sunt debitul gazelor, intensitatea câmpului electric, viteza de incărcare a particulelor, concentraţia de SO2, conţinutul de umiditate, forma şi aria electrozilor. In particular, performanţa se poate reduce prin apariţia unui strat izolator de material pe plăcile colectoare, care reduce campul electric. [ Raport olandez, 1997] Aceasta poate apărea daca există intrări mari de clor si sulf in procesul tehnologic, care formează cloruri si sulfaţi alcalini. Clorurile metalelor alcaline formează un praf foarte fin (0,1–1 µm) şi au o rezistivitate specifică a prafului mare (intre 1012–1013 Ω cm) formând straturi izolatoare pe electrozi si astfel conducând la probleme de indepărtare a prafului. Acest fenomen a fost observat şi studiat in special in industria siderurgică. Problemele rezistenţei crescute a prafului pot fi rezolvate prin injectarea de apă inturnurile de condiţionare. [Karlsruhe II, 1996] O altă metoda de a rezolva problema este folosirea filtrelor cu saci. In instalaţiile de sinterizare (industria siderurgică) acest praf fin de cloruri ale metalelor alcaline este motivul pentru care electrofiltrele bine proiectate si exploatate nu pot atinge in mod normal concentraţii de praf emis sub 100–150 mg/m3. Aceeaşi problemă cu clorurile metalelor alcaline si

59

un electrofiltru ce nu funcţionează corespunzător au fost intâlnite la o fabrică de ciment din Austria, la arderea deşeurilor de plastic pretratate (1,3% Cl), ca parte a combustibilului. Electrofiltre dimensionate corespunzător, impreună cu o condiţionare bună a aerului şi un regim optimizat de curaţare a filtrului, pot reduce nivelele de emisie până la 5–15 mg/m3 ca medie lunară (gaz uscat, 273 K, 10% O2) [Raport austriac, 1997]. Deseori electrofiltrele pot fi imbunătăţite fără a necesita o inlocuire totală, limitând astfel costurile. Acest lucru poate fi realizat prin adăugarea unor electrozi moderni sau instalarea unui control automat al tensiunii la instalaţiile mai vechi. In plus poate fi posibilă imbunătăţirea trecerii gazelor prin electrofiltru sau adăugarea unor trepte suplimentare. La o fabrică de ciment, electrofiltrele cumpărate in 1979 pentru atingerea nivelelor de 50 mg/m3 au fost imbunătăţite şi acum ating nivele de sub 30 mg/m3 [Cementa AB]. In afară de praf, electrofiltrele indepărtează de asemenea şi substanţe care sunt adsorbite de particulele de praf, ca dioxinele si metalele, dacă sunt prezente. Pentru performanţa generală a electrofiltrelor este importantă evitarea opririlor din cauza formării de CO. Vezi sectiunea 1.4.4.1, Optimizarea controlului procesului. Literatura de specialitate nu indică restricţii la aplicabilitatea electrofiltrelor la diverse tipuri de procese folosite in industria cimentului. [Raport olandez, 1997] Cu toate acestea, electrofiltrele nu mai sunt instalate pentru desprăfuirea morilor de ciment, din cauza emisiilor relativ mari la pornire si oprire. Costul de investiţie pentru un electrofiltru nou pentru un cuptor cu capacitatea de 3000 de tone de clincher/zi, nivel de emisie iniţial de până la 500 g/m3 şi conţinut de praf in gazele curate de 10–50 mg/m3 este de aproximativ 1,5–3,8 milioane euro, cu un surplus de 0,6–0,8 milioane euro pentru turnul de conditionare şi ventilatorul filtrului, dacă acestea sunt necesare. Costul de operare pentru acelaşi electrofiltru este de aproximativ 0,1–0,2 euro/tona de clincher. Pentru un răcitor de clincher cu o capacitate a cuptorului de 3000 de tone de clincher/zi, nivel iniţial de emisie de până la 20 g/m3 şi conţinut de praf in gazele curate de 10–50 mg/m3 şi o moară cu bile pentru ciment cu o capacitate de 160 tone de ciment/oră, nivel iniţial de emisie de până la 300 g/m3 şi conţinut de praf in gazele curate de 10–50 mg/m3, costul de investiţie pentru un elecrofiltru este de aproximativ 0,8–1,2 milioane euro, iar costul de operare de 0,09–0,18 euro/tona de clincher. [Raport Cembureau, 1997]

1.4.7.2. Filtre cu saci Principiul de bază al filtrării utilizând filtre cu saci este folosirea unei membrane de ţesătura care este permeabilă pentru gaz, dar reţine praful. Iniţial, praful este depozitat atât pe fibrele de la suprafaţă, cât şi in adâncimea ţesaturii, dar pe măsură ce creşte stratul de la suprafaţă praful in sine devine mediul de filtrare dominant. Gazele pot circula fie din interiorul sacului spre exterior, fie invers. Pe măsură ce turta de praf se ingroaşă, rezistenţa la curgere a gazului creste. Curăţarea periodică a mediului de filtrare este prin urmare necesară pentru a controla micşorarea presiunii gazului prin filtru. Cele mai intâlnite metode de curăţare sunt cele cu inversarea fluxului de aer, cu scuturare mecanică, cu vibrare si cu pulsare de aer comprimat. Filtrele cu saci trebuie să aibă mai multe compartimente, care pot fi izolate individual in cazul ruperii sacului, şi acestea trebuie să fie suficiente pentru a permite ca performanţa adecvată să se menţină dacă un compartiment este indepărtat. Trebuie să existe detectoare de saci sparţi pe fiecare compartiment, care să indice necesitatea reparaţiilor atunci când apare acest lucru. Folosirea filtrelor cu saci moderne poate reduce emisia de praf până la nivele sub 5 mg/m3 (gaz uscat, 273 K, 10% O2) [Raport austriac, 1997]. In afara prafului, filtrele cu saci indepărtează de asemenea substanţele care sunt adsorbite de particulele de praf, ca dioxinele si metalele, dacă sunt prezente. Literatura de specialitate nu indică restricţii la aplicabilitatea filtrelor cu saci pentru diversele tipuri de procese folosite in industria cimentului. [Raport olandez, 1997] Aplicaţiile la temperaturi inalte

60

conduc la necesitatea folosirii unor tipuri de ţesături cu caracteristici speciale faţă de cele furnizate in mod curent, cu menţiunea că este disponibilă o gamă largă de astfel de materiale. Investiţia necesară pentru a dota cu un filtru cu saci nou un cuptor cu capacitate de 3000 tone clincher/zi, nivel de emisie iniţial de până la 500 g/m3 şi conţinut de praf in gazele curate de 10–50 mg/m3 este de aproximativ 1,5–3,5 milioane euro, cu un surplus de 0,6–0,8 milioane euro pentru turnul de condiţionare si ventilatorul filtrului, dacă sunt necesare. Turnurile de condiţionare sunt necesare numai pentru aplicaţii la temperatură joasă, de exemplu cu saci de poliacrilonitril. Costul de operare pentru acelaşi filtru cu saci pentru cuptor este de aproximativ 0,15–0,35 euro/tona de clincher. Un filtru cu saci tip pulse jet şi schimbător de căldura aer–aer şi ventilator pentru un răcitor grătar la un cuptor cu capacitate de 3000 tone clincher/zi, nivel de emisie iniţial de până la 20 g/m3 şi conţinut de praf in gazele curate de 10–50 mg/m3 costă aproximativ 1,0–1,4 milioane euro, iar costul de operare este de aproximativ 0,10–0,15 euro/tona de clincher. Pentru o moară de ciment cu bile cu o capacitate de 160 tone ciment/ora, nivel iniţial de emisie de până la 300 g/m3 şi conţinut de praf in gazele curate de 10–50 mg/m3 costul de investiţie pentru un filtru cu saci pulse jet este de aproximativ 0,3–0,5 milioane euro incluzând ventilatorul, iar costul de operare este de 0,03–0,04 euro/tona de clincher. [Raport Cembureau, 1997]

1.4.7.3. Reducerea emisiilor difuze de praf Emisiile difuze de praf apar indeosebi la depozitarea si manipularea materiilor prime, a combustibililor şi clincherului şi de la traficul de vehicule in incinta fabricilor. Este recomandabil un plan de situaţie cât mai simplu şi liniar, in vederea minimizării surselor posibile de emisii de praf. O intreţinere corespunzătoare şi completă a instalaţiei are făra indoială efectul reducerii emisiilor difuze de praf prin reducerea pierderilor pe la etansări. Utilizarea dispozitivelor automatizate şi a sistemelor de control ajută la reducerea emisiilor difuze de praf precum şi la o operare fără probleme. [Raport Cembureau, 1997] O serie de metode pentru reducerea emisiilor difuze de praf sunt: - Protectia haldelor deschise contra vântului. Haldele de depozitare a materialelor pulverulente in aer liber trebuie evitate, insă in cazul in care acestea există este posibilă reducerea emisiilor difuze de praf prin utilizarea de paravane de protecţie special proiectate. - Stropirea cu apă si agenţi chimici. Când sursa de praf este localizată exact poate fi instalat un sistem de injectare cu apa. Stropirea particulelor de praf ajută la aglomerarea acestora şi respectiv la sedimentarea prafului. Totodată există o gamă largă de substanţe chimice care pot contribui la mărirea eficienţei stropirii cu apa. - Pavarea, umezirea pavajelor si curătenia locala. Zonele utilizate de camioane trebuie pavate atunci când este posibil şi suprafaţa trebuie menţinută cat mai curată posibil. Umezirea drumurilor poate reduce emisiile de praf, in special in perioadele secetoase. Intreţinerea curăţeniei locale trebuie aplicată in vederea menţinerii emisiilor de praf la minimum. - Utilizarea aspiratoarelor in regim mobil sau staţionar. Pe parcursul operaţiilor de intreţinere sau in cazul defectării sistemelor de transport au loc pierderi de materiale. Pentru a preintâmpina degajarea emisiilor difuze de praf in timpul operaţiilor de extragere trebuie utilizate sisteme de aspirare. Incintele noi pot fi dotate cu sisteme staţionare de aspiratoare in timp ce incintele existente sunt mai usor de dotat cu sisteme de aspiratoare mobile si legaturi flexibile. - Ventilaţia şi colectarea in filtrele cu saci. In măsura posibilităţilor, toate operaţiile de manipulare a materialelor trebuie realizate in sisteme inchise, aflate in condiţii de presiune negativă. Aerul de absorbţie pentru acest scop este ulterior desprăfuit cu ajutorul unui filtru cu saci, inaintea eliminării in atmosferă. - Depozitarea inchisă cu sistem de manipulare automatizat. Silozurile de clincher şi depozitele de materii prime inchise şi automatizate complet sunt considerate solutia cea mai eficientă la problema emisiilor difuze de praf generate in cazul volumelor mari de materiale depozitate. Aceste tipuri de depozite sunt dotate cu unul sau mai multe filtre cu saci pentru preintâmpinarea aparitiei emisiilor difuze de praf in timpul operaţiilor de incărcare si descărcare. [Raport Cembureau, 1997]

61

1.4.8 Controlul altor emisii in aer 1.4.8.1. Oxizii de carbon (CO2, CO) Toate măsurile de reducere a consumului de energie generate de combustibili conduc şi la reducerea emisiilor de CO2. Alegerea dacă e posibil a materiilor prime cu conţinut redus de materie organică şi a combustibililor cu procent mic de carbon dar cu putere calorifică corespunzătoare, duce la reducerea emisiilor de CO2. Alegerea materiilor prime cu conţinut redus de materii organice, duce şi la reducerea emisiilor de CO.

1.4.8.2. Compuşii organici volatili şi PCDD/PCDF In condiţii obişnuite emisiile de compusi organici volatili şi de PCDD/PCDF sunt in general mici. Dacă este posibil, materialele cu conţinut ridicat de compusi organici volatili nu ar trebui să fie alimentate prin materiile prime, iar combustibilii cu conţinut mare de halogeni nu ar trebui utilizaţi la arderea secundară. Pentru a minimiza posibilitatea reformării PCDD/PCDF este important ca gazele de la cuptor sa fie răcite în intervalul de temperatură 450 - 200°C, cât mai repede posibil. In cazul apariţiei concentraţiilor ridicate de compuşi organici volatili şi/sau de PCDD/PCDF poate fi aplicată adsorbtia pe carbon activ.

1.4.8.3. Metalele Trebuie evitată alimentarea materialelor cu continut ridicat de metale volatile în cuptor. Acumularea de metale, indeosebi a taliului, in ciclurile intern si extern al unui cuptor de ciment conduce la creşterea emisiilor, in paralel cu creşterea timpului de operare a cuptorului. Aceasta poate fi redusă prin intreruperea parţială sau completă a acestor cicluri. Datorită interdependenţei dintre ciclurile intern si extern este suficientă intreruperea ciclului extern. Acest lucru poate fi efectuat prin descărcarea prafului colectat in colectorul de praf in locul reintroducerii acestuia în făina brută. Cand compoziţia chimică este corespunzatoare, această cantitate descărcată de praf de la cuptorul de ciment poate fi adăugată direct in etapa de măcinare a cimentului. [Karlsruhe II, 1996] Dat fiind că metalele emise (cu excepţia unei părti din mercur) sunt in mare parte inglobate in praf, strategiile de reducere a metalelor sunt identice cu cele de reducere a prafului. O cale de minimizare a emisilor de mercur este scăderea temperaturii de evacuare. Elementele nevolatile rămân in cadrul procesului şi părăsesc cuptorul incluse în compoziţia clincherului de ciment. Cand apar concentraţii mari de metale volatile (indeosebi mercur) este recomandată adsorbţia pe cărbune activ.

1.4.9. Deşeurile Praful colectat trebuie reciclat in procesul de productie de câte ori este posibil. Aceasta recirculare poate avea loc direct în cuptor sau la alimentarea cuptorului (conţinutul de metale alcaline fiind factorul limitativ) sau prin amestecarea cu adaosurile la măcinarea cimentului. Materialele care nu pot fi recirculate pot avea alte destinaţii.

1.4.10. Zgomotul Cele mai bune tehnici disponibile de reducere a zgomotului nu sunt descrise in acest document.

62

1.4.11 Mirosurile Mirosurile neplăcute cauzate de emisiile de hidrocarburi pot fi evitate prin ardere ulterioară, utilizarea unui filtru de carbon activ sau prin alimentarea materiilor prime responsabile de mirosurile respective in zona fierbinte a cuptorului. Dacă mirosurile apar din cauza compuşilor cu sulf, soluţia poate fi schimbarea combustibilului şi/sau a materiilor prime; a se vedea si capitolul 1.4.6. 1.5. Cele mai bune tehnici disponibile în industria cimentului Pentru înţelegerea acestui capitol şi a conţinutului său, atenţia cititorului va trebui orientată către prefaţa acestui document şi în special spre secţiunea a cincea “cum să înţelegem şi cum să folosim acest document”. Tehnicile şi nivelurile asociate emisiilor şi/sau consumurilor sau limitele acestora, descrise în acest capitol au fost evaluate printr-un proces repetat care implică următoarele etape: • identificarea problemelor cheie de mediu din acest sector; pentru producerea cimentului;

acestea sunt utilizarea energiei şi emisiile in aer. Emisiile in aer din instalaţiile de ciment includ oxizi de azot (NOx), dioxid de sulf (SO2) şi praf;

• examinarea celor mai importante tehnici care se referă la aceste probleme cheie; - identificarea celor mai bune nivele de performanta privind mediul pe baza informaţiilor

disponibile în Uniunea Europeană şi pe plan mondial; - examinarea condiţiilor in care aceste nivele de performanţă au fost atinse; de exemplu

costurile, efecteleasupra mai multor factori de mediu, forţele motrice principale implicate în implementarea acestor tehnici;

- selectarea celor mai bune tehnici disponibile (BAT) şi nivelurile asociate emisiilor şi/sau consumurilor pentru acest sector în sens general, toate conform Articolului 2(11) şi a Anexei IV a acestei Directive.

Analiza experţilor Biroului European IPPC şi a Grupului Tehnic de Lucru corespunzător (TWC) a avut un rol cheie în fiecare din aceste etape şi în modul în care informaţia este descrisă aici. Pe baza acestei evaluări sunt prezentate în acest capitol tehnici şi pe cât este posibil nivelurile de emisie şi de consum asociate cu folosirea BAT, care sunt considerate potrivite sectorului în totalitatea sa şi în mai multe cazuri reflectă performanţele curente ale unor instalaţii din cadrul sectorului. Acolo unde sunt descrise emisiile sau nivelurile de consum asociate cu cele mai bune tehnici disponibile, acest lucru trebuie înţeles astfel: acele niveluri reprezintă realizări în domeniul mediului care ar putea fi anticipate ca un rezultat al aplicării în acest sector a tehnicilor descrise, avându-se în vedere balanţa costurilor şi avantajele inerente în definirea BAT. Cu toate acestea, ele nu sunt reprezintă valori limită nici pentru emisii şi nici pentru consumuri şi nu trebuie considerate astfel. În unele cazuri poate fi posibil din punct de vedere tehnic să se realizeze niveluri de emisii sau de consum mai bune, dar datorită costurilor implicate sau a unor consideratii care implică mai multi factori de mediu, ele nu sunt considerate „cele mai bune tehnici disponibile” pentru sector în totalitatea sa. Cu toate acestea, asemenea nivelurilor pot fi considerate a fi justificate în mai multe cazuri particulare unde există forţe motrice speciale. Nivelurile de emisie şi de consum asociate cu folosirea BAT trebuie raportate la condiţiile de referinţă specificate (de exemplu perioade medii). Conceptul de „niveluri asociate cu BAT” descrise mai sus trebuie diferenţiat de termenul „nivel realizabil” folosit oriunde în cadrul acestui document. Când un nivel este descris ca “realizabil”

63

folosindu-se o tehnică specială sau o combinaţie de tehnici, acesta trebuie înţeles ca însemnînd nivelul ce se aşteaptă a fi atins după o perioadă considerabilă de timp într-o instalaţie sau proces în bune conditii de funcţionare şi întreţinere şi care utilizează aceste tehnici. Acolo unde au fost disponibile, au fost prezentate informaţii privind costurile împreună cu descrierea tehnicilor prezentate în capitolul anterior. Aceasta oferă o indicaţie aproximativă referitoare la amploarea costurilor. Cu toate acestea, costul real de aplicarea a acestor tehnici va depinde mult de situaţia specifică in ceea ce priveste de exemplu, taxele, onorariile şi caracteristicile tehnice ale instalaţiei în cauză. Nu este posibil să se evalueze în întregime astfel de factori specifici fiecărei fabrici din acest document. În lipsa datelor privitoare la costuri, concluziile asupra viabilităţii economice a tehnicilor sunt trase din observaţiile asupra instalaţiilor existente. Se evidenţiază că BAT-ul poate fi folosit pentru a judeca performanţa curentă a unei instalaţii existente sau de a judeca o propunere pentru o instalaţie nouă şi prin aceasta să se determine condiţiile corepunzătoare pe baza BAT pentru acea instalaţie. Se prevede ca instalaţia nouă să poată fi proiectată pentru a funcţiona la aceleaşi niveluri sau chiar la unele mai bune decât nivelurile „BAT” prezentate aici. Se consideră de asemenea că pentru multe instalaţii existente se poate estima că in timp se pot alinia sau pot depăşi nivelurile generale „BAT” sau să funcţioneze mai bine. BREF (Documentul de Referinţă privind cele mai bune tehnici disponibile) nu stabileşte standarde legale obligatorii, ci scopul sau este să furnizeze informaţii care să orienteze industria, Statele Membre şi publicul privind nivelurile ce pot fi atinse privind emisiile şi consumurile prin utilizarea tehnicilor prezentate. Valorile limită corespunzătoare pentru orice situaţie specifică vor necesita o evaluare avându-se în vedere obiectivele Directivei IPPC şi situaţia locală. Nivelurile de emisie date mai jos sunt exprimate pe baza mediei zilnice şi în condiţii standard de 273 K, 101,3 kPa, 10 % oxigen şi gaz uscat. Alegerea procesului Procesul ales are un impact major asupra folosirii energiei şi a emisiilor in aer la fabricarea clincherului de ciment. • Pentru instalaţiile noi şi pentru modernizări importante, cele mai bune tehnici disponibile pentru

producerea clincherului de ciment se consideră a fi procedeul uscat - cuptor cu schimbător de căldura in mai multe trepte şi precalcinator. Consumul de căldură asociate BAT este de 3000 MJ/ tona de clincher.

Măsuri generale primare Cele mai bune tehnici disponibile pentru producerea cimentului includ următoarele măsuri generale primare: • operare lină şi stabilă a cuptorului, funcţionând aproape de parametrii prestabiliţi ai procesului

este benefic pentru toate emisiile din cuptor precum şi pentru folosirea energiei. Aceasta poate fi obţinută prin:

20. optimizarea controlului procesului, incluzând sisteme de control automat bazate pe utilizarea computerului;

64

- utilizarea sistemelor moderne de alimentare gravimetrică a combustibilui solid.

• Minimizarea consumului de energie termică prin măsuri de:

- preîncălzire şi precalcinare la un nivel cât mai inalt, considerând configuraţia existentă a sistemului cuptorului;

- folosirea răcitoarelor moderne de clincher pentru a permite recuperarea maximă de căldură;

- recuperarea de căldura din gazul rezidual. o Minimizarea consumului de energie electrică prin:

- sisteme de administrare a energiei - echipamente de măcinare şi alte echipamente cu eficienţă ridicată in utilizarea

energiei. o Selectarea şi controlul atent al substanţelor ce intră în cuptor şi pot reduce emisiile.

- selectarea materiilor prime şi a combustibililor cu conţinut scăzut de sulf, azot, cloruri, metale şi compuşi organici volatili.

Oxizii de azot Cele mai bune tehnici disponibile pentru reducerea emisiilor de NOx sunt combinaţia măsurilor generale primare descrise mai sus cu: • Masuri primare de control a emisiilor de NOx.

- răcirea flăcării - arzător cu emisii scăzute de NOx

• Arderea in trepte • Reducerea selectivă non-catalitică (SNCR) Arderea in trepte şi SNCR nu sunt folosite deocamdată simultan pentru reducerea de NOx. Nivelurile de emisie BAT asociate cu utilizarea acestor tehnici sunt considerate a fi în limita de 200-500 mg NOx/m3 exprimate in NO2 ca medii zilnice (vezi comentariile de mai jos asupra consensului in cadrul TWG). Uşurinţa cu care instalaţiile individuale pot atinge emisii în jurul acestei valori variază mult şi este discutată mai jos, astfel nu putem presupune că toate cuptoarele pot sau ar trebui să atingă aceste niveluri de emisie la o dată stabilită. Utilizarea SNCR introduce un mecanism activ de control care poate rezulta dintr-o variaţie mai mică a nivelurilor de emisie in timp, în vreme ce cuptoarele fără SNCR pot atinge aceste niveluri numai ca medii pe perioade mai lungi de funcţionare. Unele sisteme moderne optimizate de cuptoare cu schimbător in suspensie şi sisteme cu schimbător in suspensie / precalcinare ating niveluri de emisie de NOx mai mici de 500 mg/m3 fie numai prin măsuri primare sau combinate cu arderea in trepte. Calitatea materiilor prime şi proiectarea sistemului de cuptor pot fi motive pentru nerealizarea acestui nivel de emisie. Cu SNCR, nivelul de emisie de NOx realizabil poate în cele mai bune cazuri să fie mai mic de 200 mg/m3 dacă nivelul iniţial nu este mai mare de 1000-1300 mg/m3 (reducere de 80-85%), deşi majoritatea instalaţiilor funcţionează în prezent pentru a atinge un nivel de emisie de 500-800 mg/m3 (reducere de 10-50%). Posibila eliminare de NH3 ar trebui luată în calcul la proiectarea instalaţiilor SNCR. La nivelul sectorului, majoritatea cuptoarelor din Uniunea Europeană sunt capabile sa realizeze prin măsuri primare mai puţin de 1200 mg/m3. Aplicarea SNCR la eficienţe de reducere moderate de circa 60% ar putea reduce nivelul emisiei de NOx la mai puţin de 500 mg/m3.

65

Pentru a putea opera in bune condiţii SNCR, trebuie să se realizeze un domeniu de temperatură corespunzător. Domeniul de temperatura corespunzator este uşor de obţinut în sisteme cu schimbător in suspensie, schimbător in suspensie/ precalcinator, si posibil in unele cuptoare Lepol. În acest moment, nu exista nici o instalaţie SNCR la scara mare in cuptoare Lepol, dar rezultate promiţătoare au fost înregistrate in instalaţiile pilot. În cuptoarele lungi pe procedeu uscat si umed este foarte dificil sau imposibil să se obţină o temperatură corectă şi un timp de staţionare necesar. În prezent, circa 78% din producţia de ciment a Europei provine din cuptoare pe procedeu uscat, majoritatea acestor cuptoare fiind reprezentate de cuptoare cu schimbător in suspensie sau cuptoare cu schimbător in suspensie /precalcinator. A existat un consens în cadrul TWG privind cele mai bune tehnici disponibile pentru controlul emisiilor de NOx. In timp ce a existat sprijin pentru BAT-ul încheiat mai sus, a existat şi o părere opusă că nivelul de emisie asociat cu folosirea BAT este de 500-800 mg NOx/m3 (ca NO2). Cu toate că există 15 cuptoare ce folosesc tehnicile SNCR cu eficienţă relativ scăzută pentru a obţine niveluri de emisie sub 800 mg NOx/m3, această opinie se bazează pe experienţa limitată în aplicarea SNCR la eficienţe de reducere mai ridicate şi pe nesiguranţa privind emisiile suplimentare de amoniac care pot apărea la injectarea cu apă amoniacală în proporţii ridicate. Exista o temere că la eliminarea de amoniac pot rezulta emisii vizibile şi persistente de praf continand sulfaţi de amoniu şi cloruri de amoniu. In plus amoniacul rămas nefolosit se poate oxida la NOx in prezenta aerului atmosferic si impiedică reintroducerea prafului in proces. În timp ce câteva instalaţii moderne de ciment sunt capabile să obţină emisie NOx sub 500 mg/m3 pe termen lung, punctul de vedere din partea industriei este că vor trebui combinate măsurile primare şi chiar arderea in trepte sau SNCR pentru atingerea unor niveluri de emisie sub 800 mg/m3 şi aceste tehnici pot fi aplicate numai la anumite sisteme de cuptoare. A existat de asemenea o părere că reducerea catalitică selectivă (SCR) este BAT cu un nivel de emisie corespunzător de 100-200 mg NOx/m3 (ca NO2) bazat pe SCR, fiind văzut ca o tehnică disponibilă şi viabila din punct de vedere economic. Această concluzie reiese din studii de fezabilitate şi teste pilot reuşite. Există în Europa cel puţin trei furnizori care oferă la scară mare SCR pentru industria cimentului cu niveluri de performanţă de 100-200 mg/m3. Cu toate acestea prima instalaţie SCR la scară mare din industria cimentului nu va fi în funcţiune până la sfârşitul anului 1999. Oxizii de sulf Cele mai bune tehnici disponibile pentru reducerea emisiilor de SOx sunt combinaţia măsurilor primare generale descrise mai sus şi: Pentru niveluri de emisie iniţiale nu mai ridicate de circa 1200 mgSO2/m3

- adăugare de absorbant Pentru niveluri de emisie iniţiale mai mari de circa 1200 mgSO2/m3

21. scruber umed 22. scruber uscat

Nivelul emisiilor BAT asociat cu folosirea acestor tehnici este în limita 200- 400 mg/m3 exprimat sub formă de SO2 ca medie zilnică. Emisiile de SO2 din instalaţiile de ciment sunt determinate în principal de conţinutul de sulf volatil din materiile prime. Cuptoarele care folosesc materiile prime lipsite de sulf sau cu continut redus de sulf volatil au niveluri de emisie de SO2 situate sub acest nivel fără a se folosi tehnici de reducere.

66

Pentru nivelurile iniţiale de până la 1200 mg/m3 este posibil să se realizeze în jur de 400 mg/m3 cu adaugare de absorbant. Adăugarea de absorbant este în principal aplicabilă la toate cuptoarele cu toate că este folosită mai mult la schimbatoarele de caldura in suspensie. Tehnicile scruber-ului uscat şi a celui umed şi-au demonstrat eficienţa la unele instalaţii unde materiile prime au un conţinut ridicat de sulf volatil. Costul pentru aceste tehnici este mai degrabă ridicat şi va fi o decizie locală dacă beneficiile asupra mediului justifică aceste costuri. Un scruber umed poate atinge un nivel mai mic de 200 mgSO2/m3, indiferent de concentraţia iniţială. Reducerea de SO2 prin utilizarea scruber-ului uscat este de până la 90% ceea ce corespunde cu un conţinut de gaze epurate de 300 mgSO2/m3 când concentraţia iniţială SO2 este de 3000 mg/m3. Un scrubber umed poate să se potrivească la toate cuptoarele, iar un scruber uscat poate fi instalat la toate tipurile de cuptoare pe procedeu uscat. Pulberi Cele mai bune tehnici disponibile pentru reducerea emisiilor de praf sunt combinaţia măsurilor primare generale descrise mai sus şi: - Micşorarea/ împiedicarea emisiilor de praf din surse difuze asa cum este descris în secţiunea 1.4.7.3. - Îndepărtarea eficientă a particulelor din surse punctiforme utilizând:

- electrofiltre cu măsurare rapidă şi echipament de control pentru a micşora numărul opririlor datorate depăşirii de CO;

- filtre cu saci cu compartimente multiple şi “detector de saci rupţi”. Nivelul de emisie BAT asociat cu aceste tehnici este de 20-30 mg praf/m3 concentratie medie zilnică. Acest nivel de emisie poate fi realizat prin electrofiltre şi/sau filtre cu saci la diverse tipuri de instalaţii din industria cimentului. Deşeuri Reciclarea particulelor colectate in proces, oriunde este posibil se consideră a constitui BAT. Când particulele colectate nu sunt reciclabile, utilizarea acestor pulberi în alte produse comerciale, când este posibil, este considerată BAT. 1.6. Noi tehnologii în industria cimentului 1.6.1. Tehnologia de fabricare a cimentului in pat fluidizat Noua tehnologie de sinterizare a cimentului utilizand un sistem de cuptor de ciment cu pat fluidizat este un proiect subvenţionat de Ministerul Comerţului Internaţional şi Industriei din Japonia începând din 1986. O instalaţie pilot cu capacitatea de 20 tone clincher/zi a fost pusă în funcţiune timp de 6 ani, între 1989 şi 1995, de către Sumitomo Osaka Cement Co. Ltd. la Fabrica Toshigi din Japonia. O instalaţie pilot la scară mare de 200 de tone clincher/zi a fost construită la sfârşitul lui 1995. Configuraţia sistemului cuptorului pentru producerea cimentului în pat fluidizat de 20 tone/clincher este prezentată în continuare. Sistemul este alcatuit dintr-un schimbător de căldură cu suspensie

67

(SP), un cuptor de granulare in pat fluidizat (SBK), un cuptor de sinterizare in pat fluidizat (FBK), un răcitor in pat fluidizat (FBK) şi un răcitor cu strat compact.

Figura 1.8.: Cuptorul de ciment cu strat fludizat (Japan Cement Association, 1996). Schimbătorul de căldură în suspensie este un schimbător de căldură convenţional cu ciclon în 4 trepte care preîncălzeşte şi calcinează făina. Cuptorul de granulare granulează făina în granule cu diametrul intre 1,5 –2,5 mm la o temperatură de 1300oC. În cuptorul de sinterizare, sinterizarea granulelor este încheiată la o temperatură de 1400oC. Răcitorul cu pat fluidizat răceşte rapid clincherul de ciment de la 1400oC la 1000oC. În final clincherul de ciment este răcit până la circa 100oC în răcitorul cu strat compact.

68

Clincherul de ciment produs în cuptorul cu strat fluidizat este de aceeaşi calitate sau mai bun decât clincherul dintr-o instalaţie comercială. Emisia de NOx este de 115-190 mg/m3 când este folosita pacura şi 440 –515 mg/m3 când este folosit cărbunele pulverizat drept combustibil (transformat la 10 % O2). Conform unui studiu de fezabilitate pentru o instalaţie de 3000 tone clincher/zi, consumul de căldură poate fi redus cu 10-12 % în comparaţie cu cuptorul rotativ cu schimbător de căldură în suspensie si răcitor grătar, anticipându-se astfel o reducere de 10-12 % a emisiei de CO2. Obiectivele finale ale dezvoltării tehnice a sistemului cuptorului de ciment cu pat fluidizat sunt (conform studiului de fezabilitate pentru o instalaţie de 3000 de tone clincher/zi şi pe baza rezultatelor de la instalaţia pilot de 20 tone/zi): - 1. Reducerea consumului de căldura cu 10-12 %; - 2. Reducerea emisiei de CO2 cu 10-12 % - 3. Un nivel de emisii de NOx de 380 mg/m3 sau mai puţin (transformat la 10% O2). - 4. Menţinerea nivelului curent de emisie SOx - 5. Reducerea costurilor de construcţie cu 30 % - 6. Reducerea suprafetei instalaţiei cu 30 % 1.6.2. Arderea in trepte combinată cu SNCR Teoretic, combinarea arderii in trepte cu SNCR ar putea fi comparabilă cu SCR ca nivel de performanţă, ceea ce inseamnă niveluri de emisie ale NOx de 100-200 mg/m3. Această combinaţie este considerată foarte promiţătoare de către furnizori dar nu a fost încă demonstrată. 1.7. Concluzii şi recomandări Experţii numiţi in Grupul Tehnic de Lucru de către Statele Membre, Norvegia, Biroul European de Mediu şi Industria Europeană /Cembureau Asociaţia Europeană de Ciment) au luat toţi parte la acest schimb de informaţii. Există destul de multe informaţii generale disponibile despre fabricarea cimentului. Nu au fost probleme in strangerea de informatii privind: nivelurile de emisie, nivelurile de consum, producţii şi tehnicile de reducere. Când este vorba de informaţii specifice privind instalaţiile sau de cifre pentru cele mai bune şi cele mai slabe realizări a fost mai dificil sau imposibil să se strângă informaţiile. Există unele informaţii disponibile în privinţa costurilor dar în general nu se cunoaşte exact ce anume cuprind sau cum sunt ele calculate. De aceea, costurile oferite în acest document sunt mai mult indicaţii asupra ordinului de mărime decât cifre exacte. Tehnologia SCR este pe cale de a fi implementată în industria cimentului. Prima instalaţie la scară largă va fi în funcţiune în Germania la sfârşitul lui 1999 iar o instalaţie este avută în vedere în Austria. La sfârşitul anului 2000, conform programului actual, vor fi disponibile rezultate privind darea în exploatare şi testări de performanţă pe termen lung ale instalaţiei germane. Se recomandă a se avea în vedere o reactualizare a acestui document de referinţă în preajma anului 2005, în special privind reducerile de NOx (dezvoltarea tehnologiei SCR şi SNCR de eficienţă ridicată). Alte probleme, care nu au fost tratate în totalitate în acest document, care ar putea fi considerate/discutate în documentul revizuit sunt: - mai multe informaţii despre aditivii chimici care subţiază pastade ciment; - informaţii numerice în privinţa frecvenţei şi duratei acceptabile a depăşirii de CO şi - valori BAT asociate emisiei pentru VOC, metale, HCl, HF, CO şi PCDD/Fs.

69

2. INDUSTRIA VARULUI 2.1. Informatii generale despre industria varului Varul este folosit la o varietate mare de produse, fiecare fiind conform cu anumite cerinte de piata. De exemplu, varul si derivatele sale sunt folositi ca si agenti de flux in rafinarea otelului, ca si element sde lipit in constructii si in amestec cu apa pentru a precipita impuritatile. Varul este de asemenea folosit pe scara larga la neutralizarea compusilor acizi din gazele fluide si reziduale din industrie. Exista dovezi ca folosirea varului nestins si a varului hidrat in constructii a fost raspantita inca din anul 1000 in.Hr. in randul multor civilizatii precum grecii, egiptenii, romanii, incasii, maiasii, chinezii si indienii mogul. Romanii cunosteau proprietatile chimice alevarului si il foloseau, de exemplu, pentru albirea lanii si sub forma de apa de var pe plan medical. Varul nestins este oxidul de calciu(CaO) obtinut din decarbonizarea pietrei de var (CaCO3).Varul stins este produs prin reactie, sau ‘stingere ‘, var nestins cu apa si consta in mare masura din hidroxid de calciu (Ca(OH)2). Varul stins contine var hidratat (praf uscat de hidroxid de calciu), lapte de var si chit de var (particule de hidroxid de calciu in apa). Termenul de ‘var’ include var nestins si var stins si este sinonim cu termenul ‘produse din var’.Varul este uneori folosit incorect pentru a descrie produsele din piatra de var, ceea ce este frecvent cauza unei confuzii. Productia mondiala de var a crescut constant de la sub 60 de milioane de tone in 19660 la o cifra de aproape 140 de milioane in 1989. Datorita recesiunii economice generale productia de var a scazut pe la mijlocul anilor 1970 si inceputul anilor 1980 iar recesiunea mondiala recenta a dus la o scadere a productiei la 120 de milioane de tone in 1995, dupa cum arata si figura 2.1 cifrele aratate nu ofera o imagine globala deoarece o proportie semnificativa din productia de var se afla la punctul de folosire (de exemplu,productia de var captivata de fier si otel, industriile de zahar) si prin urmare nu intra pe piata. Asociatia europeana de var, EuLA, estimeaza totalul productiei mondiale de var la 300 milioane tone,incluzand varul captiv.

70

Cu o productie anuala de circa 20 milioane tone de var, tarile UE produc cam 15% din vanzarile productiei mindiale de var.In majoritatea tarilor Uniunii Europene industria de var este caracterizata de companiile mici si mijlocii. S-a remarcat o tendinta de crestere in concentratie in ultimii ani, printr-un numar mic de companii internationale mari care au castigat o cota de piata considerabila. Totusi, exista peste 100 de companii care opereaza in Uniunea Europeana. Germania, Italia si Franta sunt cei mai mari producatori de var din CE, impreuna insumand aproape doua treimi din volumul total. Productia de var in lume si in UE este prezentata in figura 2.2.

Productia de var in tarile din CE a scazul la sfarsitul anilor 1980, pentru a creste din nou la inceputul anului 1994.Aceasta a fost o consecinta a modelului de consum.Unul dintre principalii utilizatori de var, industria de fier si otel si-a redus consumul specific de var per tona de otel de la 100 la 40 kg. Totusi, pe la mijlocul anilor 1990, folosirea varului in protectia mediului a facut sa creasca din nou vanzarile. Consumul total de var din UE a stagnat deoarece sectoarele cu cererea mai mare, precum tratarea apei si desulfurizarea gazului lichid, au compensat doar partial cererea scazuta din sectoarele de metalurgie si otelarie traditionale. Pe termen mediu, piata UE pentru var ar trebui sa ramana stabila dar ea poate fi afectata de importurile din Europa de Est. Consumul varului din vanzarile efective in tarile UE de catre diferite sectoare este aratat in tabel. Nu exista detalii pentru productia captiva de var insa consumul total estimat de var provenit din vanzari impreuna cu cel captiv in 1996 in Europa era urmatorul: Prelucrarea fierului si otelului 6 – 10 milioane tone pe an Fabricarea hartiei 4 milioane tone pe an Industria de zahar 2 milioane pe an

71

Varul are un cost scazut dar este un material voluminos, asadar tinde sa fie transportat doar pe distante relativ mici. Exportul de var din UE se ridica la cateva procente din productie. Cea mai mare tara exportatoare de var este Belgia care exporta aproape 50% din productia sa de var.

1995 Fabricarea otelului si prelucrarea metalelor Neferoase aprox. 40% Constructii si lucrari publice 20% Agricultura 12% Chimie si petrochimie 10% Aplicatiile mediului 8% Industria de zahar 5% Stabilizarea silului in constructii 3% Industria hartiei si cartonului 2%

Tabel 2.1. Consumul de var pe sectoare in tarile UE in 1995 (fara varul captiv) [Anuarul mineral al CE, 1997] Exista aproape 240 de instalatii producatoare de var in Uniunea Europeana ( excluzand productia captiva de var), care sunt distribuite printre Statele Membre dupa cum urmeaza:

Tara Ramuri producatoare de var Austria 7 Belgia 6 Danemarca 2 Finlanda 4 Franta 19 Germania 67 Grecia 44 Irlanda 4 Italia 32 Luxemburg 0 Olanda 0 Portugalia 12 Spania 26 Suedia 6 Anglia 9 Total 238

Tabel 2.2 : Numarul instalatiilor de var necaptive din statele membre UE in 1995

[EuLA], [Bournis, Symeonidis], [Gomes], [Goller], [Junker], [Jorgensen] Exista un total de aproximativ 450 de cuptoare de var ( excluzand cuptoarele de var captiv) in UE . Majoritatea acestora sunt cuptoare pe axa si cuptoare de var pe axa regeneratoare cu flux paralel. Marimea unui cuptor de var tipic este intre 50 si 500 tone pe zi. Doar 10 % din cuptoarele de var au o capacitate mai mica de 50 sau mai mare de 500 tone pe zi.

72

Tara

Austria Belgia

Danemarca Finlanda Franta

Germania Grecia Irlanda Italia

Luxemburg Olanda

Portugalia Spania Suedia Anglia

Total

C.rotatie 0 8 2 5 4 7 1 1 0 0 0 0 4 5 8 45

C.anulare

2 5 0 0 21 31 2 0 5 0 0 0 1 0 0 67

C.regener. 6 14 0 0 21 31 2 0 5 0 0 0 1 0 0 114

C.alte axe

3 0 0 0

18 74 39 3

30 0 0 1

16 2

10

196

Alte cupt.

1 2 0 0 1

12 1 0 0 0 0 9 0 0 1

27

Total

12 29 2 5 64 136 44 5 60 0 0 12 42 10 26 449

Tabel 2.3.: Numarul cuptoarelor de var operationale, neincluzand cuptoarele captive, in Statele membre UE 1995 [EuLA], [Aspelung], [Bournis, Symeodinis], [Gomes], [Junker], [Slavin] Se folosesc diferite tipuri de var pentru o varietate de aplicatii. Exista var de calciu, var dolomitic si var hidraulic. Varul de calciu este cea mai vasta categorie si se gaseste sub forma hidratata, macinata si cubica. Varul dolomitic este un produs mai specializat si este furnizat in cantitati mici sub forma arsa, hidratata, macinata sau cubica. Varul hidraulic este partial hidratat si contine compusi de ciment si este folosit exclusiv in constructii. Distributia estimata a diferitelor tipuri de var in materie de procente al productiei totale de var ars in 1995 este aratata in tabelul urmator:

Var macinat fin Var cubic Var hidratat Dolomita arsa Var hidraulic

1995 50% 30% 16% 2,5% 1,5%

Tabel 2.4.: Distributia estimativa a diferitelor tipuri de var in UE in 1995 [EuLA]

Fiecare tip specific de var are o anumita reactivitate si asadar tipul de var folosit este stabilit de cerintele aplicatiei si de procesul specific. Exista o diferenta intre varul ars ars tare, mediu si partial sau putin. Cele arse putin au cel mai inalt grad de reactivitate. Proprietatile varului depind de asemenea de materialul calcarului, de tipul de cuptor de var si de combustibilul folosit. De exemplu, cuptoarele de

73

var cu axa pe cocse produc in general var nestins cu o reactivitate medie sau scazuta, in timp ce cuptoarele regeneratoare cu flux paralel incalzite cu gazz produc un var cu reactivitate ridicata. Industria varului este o industrie cu un consum mare de energie care acumuleaza pana la 50% din costurile totale de productie. Cuptoarele de var sunt incalzite de combustibil gazos, lichid sau solid. Folosirea gazului natural a crescut substantial in ultimii ani. Tabelul urmator arata distribuirea tipului de gaz folosit in UE in 1995.

Gaz natural Carbune Petrol Altele 1) incluzand cocs,lignit si altele

1995 48% 36% 15% 1%

Tabel 2.5.: Distribuirea combustibilului folosit in industria europeana de var in 1995 [EuLA] Cele mai importante emisii din productia de var sunt emisiile in atmosfera din cuptorul de var. Acestea rezulta mai ales din compozitia chimica a materiilor prime si din combustibilul folosit. Totusi, emanatii puternice de particule pot aparea din orice etapa a procesului, mai ales din hidrator. Potentialele emisiuni importante din ramurile de var include axizi de carbon (CO, CO2), oxizi de nitrogen (NOX), dioxid de sulf (SO2) si praf. 2.2.Tehnici si procese aplicate la prelucrarea varului

• Procesul de prelucrare a varului consta din arderea calciului si/sau a carbonatilor de magneziu la o temperatura intre 900 si 1500 grade C, care este destul de mare pentru a elibera dioxidul de carbon si pentru a obtine oxid derivat (CaCO3 →CaO + CO 2).Pentru unele procese sunt necesare temperaturi ale arderii mai mari, de exemplu dolomita arsa.

Produsul de oxid de calciu din cuptorul de var este de obicei zdrobit, macinat si/sau cernut inainte de a fi trimis spre stocare in silozuri. Din siloz, varul ars este fie livrat utilizatorului sub forma de var nestins, fie transferat la o ramura de hidratare unde in reactie cu apa se produce var hidratat sau var stins.

Procesele de var contin in principiu urmatoarele etape de baza care sunt ilustrate in figura anexata.

• obtinerea calcarului • stocarea si prepararea calcarului • stocarea si prepararea combustibilului • calcinarea calcarului • prelucrarea varului stins • hidratarea si stingerea varului • stocfarea, manipularea si transportul

74

Paragrafele urmatoare sunt bazate in mare masura pe informatiile din [TO, 1997]. 2.2.1. Obtinerea calcarului

Materia prima pentru producerea varului este calcarul sau, mai rar, dolomita sau calcarul dolomitic. Dolomita si calcarul dolomitic sunt amestecuri de carbonati de calciu si pana la 44% carbonat de magneziu. Depozitele de calcar sunt relativ raspandite in multe tari, insa doar o mica parte din ele sunt destinate pentru comercializare.

• Calcarul sau dolomita cu o puritate mai mare este exploatata, zdrobita si in unele cazuri

spalata. Apoi ea este cernuta si transportata la cuptorul de var. Calcarul este obtinut din suprafetele de exploatare, in mod normal adiacente industriei de var, chiar daca in unele cazuri se foloseste exploatarea miniera sau cea maritima. Un proces tipic de exploatare miniera include:

• indepartarea impuritatilor (de exemplu: pamant, argila, roca) • dinamitarea rocii • incarcarea si transportul rocii dinamitate la secorul de macinare si cernere

2.2.2. Pregatirea si stocarea calcarului Calcarul este sfarmat la o marime potrivita care este in mod normal intre 5-200 mm, in functie de cuptorul folosit. Initial, morile primesc roci mari cu diametrul de 1 m si le reduc dimensiunea la 100-250 mm. Piatra faramitata in astfel de mori este transportata cu furgonetele la sectorul de cernere unde bucatile mari se separa si se recicleaza in timp ce produsul cernut se directioneaza spre cuptorul de var sau se supune la o a doua cernere localizata mai departe in procesul tehnologic. Pietricelele de cca 10-50 mm rezultate din a doua cernere sunt transportate pe banda rulanta si/sau elevatoare speciale spre silozurile de stocare a calcarului sau compartimentele de stocare inainte de a fi introduse la uscat sau in cuptorul de var. In functie de natura rocii (duritate, stratificare, marime,etc.)se folosesc diferite tipuri de mori, precum: mori cu pistoane, mori centrifuge si mori cu impact direct. Deoarece varul din cuptor nu trebuie sa fie foarte fin, morile cu pistoane si cele cu impact direct sunt adesea folosite ca si mori secundare. Uneori sectorul de zdrobire este localizat la punctul de exploatare si este mobil. Marimea particulelor trebuie sa fie compatibile cu cerintele cuptorului de var. Acest lucru necesita in mod general ca piatra sa fie cernuta pentru a da o marime ideala de 2 la 1 sau cel putin 3 la 1. Spalarea este folosita uneori pentru a indeparta impuritatile naturale precum siliciu, lut si particule foarte fine de calcar. Aceasta spalare ajuta procesul de ardere prin faptul ca lasa spatii libere printre pietre pentru circulatia aerului necesar pentru ardere, reducand astfel excesul de aer si economisind energia electrica. S-au dezvoltat tehnici pentru o mai buna curatire a calcarului. Calcarul cernut este stocat in buncare si in depozite de stocare in aer liber. Calcarul macinat fin este de obicei stocat in buncare sigilate. Intr-un numar limitat de instalatii (de exemplu unde carbonatul de calciu este sub forma de cocs filtrat sau noroi), este necesara uscarea materialului.Aceasta se face de obicei prin surplusul de caldura emanata de cuptorul de var.

75

76

2.2.3. Combustibili, stocare si preparare In arderea de var combustibilul furnizeaza energia necesara pentru calcinarea varului. El interactioneaza de asemenea cu procesul, iar produsele rezultate din ardere reactioneaza cu varul nestins. In cuptoarele de var se folosesc diferite feluri de conbustibili. Cele mai intalnite in UE sunt gazele naturale, carbunele, cocsul si petrolul. Tabelul urmator arata combustibilii folositi pentru arderea varului. Multe cuptoare de var pot sa functioneze cu mai mult de un tip de combustibil, insa unii combustibili nu pot fi folositi in unele cuptoare de var. Combustibilii afecteaza caldura, productia si calitatea produsului. Unii combustibili solicita anumite tipuri speciale de cuptoare de var refractare.

Tipul Combustibilului solid lichid gazos neconventional

Folosire larga petrol bituminos cocs combustibil pur gaze naturale

Folosire medie antracit lignit comb.mediu butan/propan gaz de productie lemn/rumegus anvelope uzate hartie,plastic,etc.

Folosire redusa turba argila comb.amestec gaz la conducta biomasa, combustibili lichizi si solizi de rezerva

Tabel 2.6.: Combustibili folositi la arderea varului[EuLA] Alegerea combustibilului sau combustibililor pentru operatiunea de ardere a varului este importanta din urmatoarele motive:

a) costul combustibilului pe tona de var poate reprezenta 40-50% din costul de productie b) un combustibil inadecvat poate cauza costuri de productie majore c) combustibilul poate influenta calitatea varului, mai ales nivelul rezidual de CO2, reactivitatea

si continutul de sulf. In plus, alegerea combustibilului poate afecta gradul de emisiuni de dioxid de carbon, monoxid de carbon, fum, praf, dioxid de sulf si oxizi de nitrogen, fiecare dintre acestia avand un impact asupra mediului inconjurator. Combustibilul ar trebui preparat dupa cerintele unui sistem pe injectie care poate fi cu aprindere directa sau indirecta. In cazul combustibililor solizi aceasta implica livrarea unor particule cu o marime adecvatapentru intregul sistem operational instalat. In cazul combustibililor lichizi si gazosi trebuie mentinute presiunea si temperatura adecvata.

77

2.2.4. Calcinarea calcarului Procesul de ardere a calcarului implica:

1. furnizarea unui nivel de caldura la peste 800 grade C pentru a incalzi calcarul si a determina decarbonizarea

2. mentinerea varului stins pe durata de timp necesara la o temperatura suficient de mare, in mod normal intre 1200 si 1300 grade C pentru a ajusta reactivitatea.

O mare varietate de tehnici si forme de cuptoare de var s-au folosit de-a lungul timpului in intreaga lume. Desi in ultimii ani vanzarile de cuptoare de var au fost dominate de un numar de tipuri relativ mic exista multe alternative care pot fi potrivite pentru aplicatiile specifice. Trebuie luate in considerare cand alegem tehnologia cuptorului de var anumite proprietati ale pietrei de var precum duritatea inainte si dupa ardere, proprietatea de a fi casanta si calitatea produsului. Multi producatori de var opereaza cu mai multe tipuri de cuptoare de var, folosind diferite marimi de calcar si producand diferite calitati de var. Principalele caracteristici ale acestor tipuri de cuptoare de var sunt grupate in tabelul urmator. Tipul de cuptor Axial mixt dublu inclinat cu camere multiple anular cu flux paralel(standard) cu flux paralel (pt.var fin) alte tipuri - arzator central

- camere externe - arzator cu flama - arcuri interne

rotativ lung preincalzitor alte cuptoare gratar mobil de ultima generatie strat fluid calcinator vatra rotativa

combustibil

S G,L,S G,L,S G,L,S G,L,S G,S G,S G,L

G,L,S G,L,S

G,L,S G,L,S

G,L,S G,L,S G,L G,L

G,L,S

Productie (tone/zi)

60-200 10-160 40-225 80-600 100-600 100-300 40-80 40-120 50-800 15-250

160-1500 150-1500

80-130 30-100 30-150

300-1500 100-300

Marimea pietrei de var (mm)

20-200 20-100 20-150 10-250 25-200 10-30 40-150 80-350 20-175 25-120

praf – 60 0-60b

15-45 5-40 0-2 0-2

10-40

aG= gazos, L= lichid, S= solid bincalzitor ciclonic 0-2 mm,incalzitor axial10-60 mm, incalzitor cu gratar 10-50 mm

Tabel 2.7.:Caracteristicile unor tipuri de cuptoare de var[EuLA], [UK Report 1996]

78

De la ‘criza petrolului’ din 1972 au existat presiuni mari asupra producatorilor de var de a inlocui combustibilul utilizat in cuptoarele de var existente, din mai multe considerente: a) preturi mari ale combustibilului si uneori variabile

b) competitia acerba (datorate supraproductiei de var a provocat scaderea pretului pe piata a varului)

c) preferinta pentru varul nestins la o inalta calitate si cu o reactivitate mare, CaCO3 scazut si continut scazut de sulf

d) standardele de mediu din ce in ce mai ridicate atat pentru punctul de lucru cat si pentru emisiunile atmosferice.

Transferul de caldura in arderea varului poate fi impartit in 3 stadii: a) zona de preincalzire. Calcarul este incalzit la peste 800 grade C prin contact direct cu

gazele care ies din zona de calcinare (de exemplu: produsele de ardere, excesul de aer si CO2 din calcinare)

b) zona de calcinare. Combustibilul este ars in aerul preincalzit din zona de racire si in aerul de ardere aditional adaugat la combustibil. Acesta produce o temperatura de peste 900 grade C si cauzeaza disocierea calcarului in var nestins si dioxid de carbon

c) zona de racire. Varul nestins care paraseste zona de calcinare la 900 grade C este

racit prin contact direct cu aerul de racire, parte componenta a intregului aer de combustie, care in schimb este preincalzit.

Majoritatea cuptoarelor de var folosite in mod curent se bazeaza pe o forma rotativa sau axiala. Exista si alte cuptoare bazate pe diferite principii. Toate aceste forme incorporeaza conceptul celor trei zone. In timp ce cuptoarele axiale incorporeaza o zona de preincalzire alte cuptoare de var precum cele rotative sau fluidizante sunt in zilele noastre in relatie cu surse de caldura separate. Sunt folosite doua tipuri principale de preincalzire: axul vertical si gratarul mobil. Majoritatea sistemelor de cuptoare de var sunt caracterizate printr-un flux curent de soliditati si gaze care are implicatii in emanatiile poluante ce rezulta din proces.

79

80

2.2.4.1 Cuptoarele axiale Problema majora a cuptoarelor axiale traditionale este obtinerea unei emanatii de caldura uniforme si miscarea materialului pe axa. Combustibilul injectat pe un perete nu penetreaza de obicei mai mult de 1 m. aceasta limiteaza adincimea cuptorului sau diametrul la 2 m. se pot obtine emanatii de caldura uniforme prin:

• Folosirea tehnicilor mixte de alimentare • Folosirea arzatoarelor centrale • Injectarea combustibilului prin tavi care penetreaza aprox. 1 m in cuptorul de var • Injectarea combustibilului dedesupt • Injectarea aerului sau a gazului reciclat din cuptor deasupra combustibilului

In general, cuptoarele axiale folosesc rate de caldura scazute datorita transferului de caldura eficient dintre gaze si materialul prelucrat. Ele retin cea mai mare parte de sulf Din combustibil, asa cum este necesar un combustibil cu o cantitate scazuta de sulf pentru a avea un produs cu o cantitate mica de sulf. Tipurile vechi tind sa produca varul nestins cu o cantitate mai mica pentru a modera reactivitatea si continutul relativ mare de CaCO3. Tipurile moderne incorporeaza trasaturi care dau posibilitatea varului de a avea o reactivitate mare pentru a fi produs la un nivel scazut de CaCO3. Inainte de a descrie tipurile specifice de cuptoare axiale verticale este necesar sa luam in considerare cele trei trasaturi importante care se regasesc la toate tipurile de cuptoare de var, respectiv incarcarea, scoaterea si arderea.

Incarcarea cu materie prima Un singur punct de incarcare cu materie prima, mai ales la cuptoarele axiale, poate duce la probleme legate de functionarea cuptorului. Pietrele mai mari tind sa se rostogoleasca din cos spre pereti in timp ce fractiunile mai mici se concentreaza de-a lungul axei cuptorului. Ca rezultat exista o gradatie in rezistenta de scurgere a gazelor din cuptor de la un nivel mai mare in jurul axei centrale la nivelele progresiv mai mici spre pereti. Aceasta determina un flux de gaze scazut in partea centrala a cuptorului si in consecinta materialul tinde sa fie subcalcinat. S-au inventat o serie de dispozitive pentru a diminua acest efect si pentru a minimaliza asimetria sistemului de incarcare. In planul fix si in aranjarea conica pozitia conului so a planului poate fi ajustata pentru a obtine un profil uniform in jurul cuptorului de var. In mod inevitabil straturile tind sa se concentreze pe una dintre partile laterale ale gaurii de alimentare, dar efectul lor asupra procesului din cuptor este relativ mic. Pistonul de rotatie si sistemul in auditiv sunt mult mai sofisticate si produc atat un profil mai uniform cat si o mai buna dispersie a straturilor in jurul cuptorului . Pentru cuptoarele mixte de alimentare este esential ca combustibilul sa fie dispersat uniform in jurul cuptorului. Asadar sunt folosite pistonul de rotatie si sistemul auditiv in care zgomotul sa fie de diferite intensitati constand in mod obisnuit din patru cadrane: unul care impinge o parte din material spre centrul cuptorului, al doilea care il ridica si al treilea si al patrulea cadran care il

81

impinge progresiv in sus inlaturandu-l de axa cuptorului. Dupa fiecare incarcare pistonul se roteste cu o fractiune din revolutia sa astfel incat se obtine in medie o distributie uniforma.

Scoaterea varului In majoritatea cazurilor procedura de scoatere determina velocitatea la care incarcatura de calcar coboara prin cuptor. Procedura de scoatere ar trebui sa faca o miscare uniforma. Sistemele simple care folosesc un singur punct de descarcare si o masa conica lucreaza optim in timp ce incarcatura se misca liber. Cand exista tendinta ca o parte din cuptor sa se blocheze, varul este scos din partile libere ale cuptorului rezultand astfel o supraincalzire a intregii zone. Un alt sistem foloseste patru puncte de descarcare fara un centru stabil. Daca exista tendinta ca o parte din cuptor sa se blocheze, alimentatorul acelei parti poate fi mai repede redirectionat spre o miscare libera. In mod similar se procedeaza si daca se blocheaza un alimentator. Punctele de descarcare multiple pot sa se confrunte de asemenea cu probleme in interiorul cuptorului. Functionand fiecare pe rand, varul din diferitele segmente poate fi testat separat pentru a se putea identifica daca un anumit segment suporta o ardere prea mare sau prea mica. Se folosesc mecanisme de extragere mai sofisticate precum:

a) cadranele directionate hidraulic b) stratul de rotatie eccentric c) conul spiralat de rotatie cu o banda desemnata se preia varul in mod uniform de-a lungul

axului. Aceasta forma este folosita la cuptoarele de alimentare mixte.

Combustia

In toate procesele de combustie exista un aer optim pentru a alimenta cota care da cea mai mare eficienta a arderii. O cota mai mica decat cea optima duce la o combustie incompleta si creste nivelul de monoxid de carbonin timp ce o cota prea mare ofera produse diluate si racite de cantitatea aditionala de aer. Combustia din materialul folosit in cuptoarele de var verticale aduce cu sine mai multe probleme deoarece amestecul de combustibil gazos si de aer se face mai greu in aceste conditii. Din punctul de vedere al eficientei combustiei, combustibilul si aerul ar trebui la modul ideal sa fie distribuiti uniform de-a lungul axului. Totusi, neluand in considerare acest sistem de aprindere apar multe variatii ale raportului aer combustibil.

S-au folosit multe tehnici pentru a modera temperatura in zona de calcinare. Este eficienta folosirea unei deficiente de aer in ansamblu insa aceasta creste nivelul de combustibil folosit si poate provoca emanatii de negru de fum . Se practica recircularea gazelor din cuptor pentru a modera temperatura cuptorului mai ales peretii acestuia. In cuptoarele regeneratoare cu flux paralel si cele cu ax anular o parte sau totalul de gaze din combustie coboara pe axa cu fluxul varului. Aceasta implica o temperatura comparativ scazuta in sectiunea de incheierea din zona de calcinare.

82

Cuptoarele de alimentare axiale mixte

Cuptoarele moderne de acest tip folosesc calcarul la o marime foarte mare ce se incadreaza intre 50-150 mm si cu o cota de aproximativ 2 la 1. Combustibilul cel mai des folosit este cocsul cu densitate crescuta, cu reactivitate scazuta si continut mic de cenusa. Marimea cocsului este doar putin mai mica decat cea a pietrei astfel incat acesta se misca in jurul ei si nu aluneca prin spatiile libere. Calcarul si cocsul se amesteca in cuptor astfel incat sa micsoreze segregatia.

Calitatea varului stins tinde sa fie moderat cu o reactivitate considerabil mai scazuta decat aceea a cuptoarelor de rotatie la acelasi nivel de CaCO3. Retinerea sulfului din combustibil este mare. Cuptorul axial dublu inclinat

Cuptorul axial dublu inclinat este ilustrat in figura. In sectiunea incrucisata este rectangular si incorporeaza doua sectiuni inclinate in zona de calcinare. Opus fiecarei sectiuni inclinate arcurile montate creeaza spatii in care aerul de combustie alimentat si preincalzit este incalzit prin camerele de combustie.

83

Aerul de racire este atras la baza cuptorului unde este preincalzit, retras si injectat prin camerele de combustie. Fagasele pentru gaze si pentru material asigura o distributie eficienta a caldurii. Se pot folosi o serie larga de combustibili solizi, lichizi si gazosi desi ei ar trebui selectati cu rigurozitate pentru a evita stocurile excesive cauzate de cenusa combustibilului si de depozitele de sulfat de calciu. Acest cuptor poate realiza un produs carbonat cu o reactivitate scazuta.

Cuptorul axial cu mai multe camere

Acesta este un tip avansat al cuptorului dublu inclinat. El consta din patru sau sase sectiuni inclinate alternativ in zona de calcinare opunand fiecare un arc prestabilit. Arcurile au acelasi scop ca si cele din cuptorul dublu inclinat. Aerul de racire este preincalzit de var in zona de racire si este sustras, purificat si reinjectat prin camerele de combustie.

84

O trasatura a cuptorului este aceea temperatura camerelor de combustie mai mici poate varia pentru a controla reactivitatea varului la uscare mai mare. Cuptorul poate fi alimentat cu combustibili solizi, lichizi , gazosi sau in amestec.

Cuptorul axial anular

Trasatura de baza a cuptorului axial anular este un cilindru central care restrictioneaza largimea anulusului si impreuna cu arcurile de distributie a gazului pentru ardere asigura o buna distributie a caldurii. Coloana centrala face posibil ca o parte din gazele de combustie de la un nivel inferior sa fie atrase spre ax si injectate din nou in camera cu ardere scazuta. Aceasta racire modereaza temperatura la arzatoarele mai scazute si asigura ca stadiile finale ale calcinarii apar la o temperatura mica. Ambele efecte asigura un produs de o calitate mica de CaCO3 si cu o reactivitate mare. Cuptorul axial anular poate fi alimentat cu gaz, petrol sau combustibil solid. Gazele raspandite au o concentratie mare de CO2.

85

Cuptorul regenerator cu flux paralel Cuptorul regenerator cu flux paralel este aratat in figura. Trasatura sa caracteristica consta in cele doua axe cilindrice interconectate. Unele modele de inceput aveau trei axe in timp ce altele aveau axe rectangulare insa principiile de operare sunt aceleasi.

Cantitatea de calcar este introdusa alternativ in fiecare ax si trece printr-o zona de schimb de caldura regeneratoare apoi prin combustibil si zona de calcinare. Din zona de calcinare ea trece in zona de racire.

Operatiunea cuptorului consta din doua perioade egale care dureaza de la 8 la 15 minute la un proces integral.

In prima etapa combustibilul este injectat prin dispozitive speciale in axa 1 si arde in aerul de combustie coborat pe acest ax. Caldura eliberata este partial absorbita de calcinarea calcarului in axul 1. Aerul este impins spre baza fiecarui ax pentru a raci varul. Aerul de racire din axul 1 impreuna cu gazele de combustie si dioxidul de carbon din calcinare trec printr-un canal incrucisat ce face legatura cu axul 2 la o temperatura de aproximativ 1050 grade C . In axul 2 gazele din axul 1 se amesteca cu aerul de racire de la baza axului 2 si merg mai departe. Facand astfel, ele incalzesc calcarul in zona de preincalzire a axului 2.

Daca acest mod de operare ar trebui sa continue, temperatura de gaz risipita s-ar ridica la peste 500 grade C . Totusi, dupa o perioada de 8 – 15 minute, combustibilul si aerul revin la axul 1 unde sunt stopate iar reversia se intampla din nou. Dupa alimentarea calcarului la axul 1 combustibilul si aerul sunt injectate la axul 2, iar gazele risipite se ridica spre varful axului 1 .

Metoda de operare descrisa mai sus contine doua principii cheie:

a) zona de preincalzire a calcarului in fiecare ax actioneaza ca si un modificator de caldura regenerativ pe langa incalzirea calcarului la o temperatura de calcinare. Temperatura in surplus a gazelor este transferata calcarului din axul 2 in timpul primului stadiu al procesului. Acesta este recuperat din calcar prin aerul de combustie din al doile. Ca rezultat aerul de combustie este preincalzit la peste 800 grade C.

b) calcinarea varului nestins este completa la nivelul intersectarii la o temperatura

moderata la aproximativ 1100 grade C . aceasta favoriteaza producerea de var nestins cu o reactivitate mare care poate fi produs cu un continut scazut de CaCO3.

Pentru ca cuptorul este destinat sa opereze cu un nivel ridicat al excesului de aer (nici o cantitate de aerul de racire nu este folosit pentru combustie), nivelul de CO2 la gazele evacuate este scazut – aproximativ 20% din volum (scazut). Cuptorul poate fi alimentat cu gaz, petrol sau combustibil solid (in cazul combustibilului solid caracteristicile sale trebuie selectate cu precizie). O forma modificata poate accepta o piatra de var la o marime de 10-30 mm doar daca calcarul este potrivit pentru aceasta. Alte cuptoare axiale Acest grup include un numar de tipuri care nu au fost descrise pana acum. La aceste tipuri combustibilul este introdus prin peretii cuptorului si ars in zona de calcinare cuprodusele de

86

combustie care se misca ascendent spre var si calcar. La unele tipuri combustibilul este consumat in dispozitive externe. La altele, acesta este introdus prin dispozitive precum arzatorul central, arzatorul cu gratar sau cel injectat sub arcurile interne. 2.2.4.2. Cuptoare rotative Cuptorul rotativ lung Cuptorul rotativ lung sau traditional se compune dintr-un cilindru de rotatie lung de pana la 140 m, inclinat cu un unghi de 1 pana la 4 grade de la linia orizontala. Calcarul este depus la capatul superior, iar combustibilul si aerul de combustie sunt plasate la capatul inferior. Varul nestins este descarcat din cuptor intr-un dispozitiv de racire a varului unde este folosit sa preincalzeasca aerul combustiei. Sunt folosite forme diferite de dispozitive de racire incluzand unitatile “planetare” ridicate pe carcasa cuptorului, gratare mobile si diferite tipuri de dispozitive de racire axiale. Multe cuptoare au trasaturi interne care recupereaza caldura din gazele cuptorului si preincalzesc calcarul . Acestea include :

a) legaturi metalice cuptoarele alimentate cu amestec de carbonati de calciu b) placute metalice de delimitare care impart cuptorul in compatimente mai mici c) dispozitive care fac ca piatra de var sa cada printre gaze d) baraje refractare interne care cresc timpul de rezistenta al incarcaturii.

Forma arzatorului este importanta pentru operarea eficienta a coptorului. Flacara ar trebui sa fie la lungimea corecta. Daca este prea mica ea cauzeaza temperaturi excesive, iar daca este prea mare ea nu transfera destula caldura in zona de calcinare si prin urmare temperatura creste si eficinta termica scade. Flacara nu ar trebui sa influenteze refractorul. Cuptoarele rotative pot acepta o arie larga de dimesiuni ale calcarului de la 60 mm la praf. O trasatura interesanta a materialului din cuptor este aceea ca pietrele mai mari migreaza spre exteriorul placii in timp ce pietrele mici se concentreaza in centru. Aceasta duce la faptul ca pietrele mari sunt axpuse la temperaturi mai mari decat pietrele mai mici, de unde rezulta ca supracalcinarea fractiunilor fine poate fi evitata. Intr-adevar este necesara incorporarea acestor componente in amestecul refractar pentru a se asigura ca particulele mai fine sunt in intregime calcinate. Datorita usurintei cu care ele pot fi controlate, cuptoarele rotative pot produce o gama larga de reactivi si un continut de CaCO3 mai scazut decat cuptoarele axiale. Totusi, variabilitatea reactivitatii tinde sa fie mai mare decat a ceea a cuptoarelor axiale. Calcarul relativ slab precum depozitele de pe carcasa si calcarul care se faramiteaza nu sunt potrivite pentru cuptoarele axiale ci doar pentru cele rotative. Cuptoarele rotrative pot fi alimentate cu o gama larga de combustibili. Deoarece transferul de caldura din zona de calcinare este facut in mare parte prin radiatie si emisiunile infrarosii sunt tot mai mari in secventa de gaz, petrol sau combustibil solid, alegerea combustibilului poate avea un efect marcant asupra folosirii caldurii. Valorile mari de 9200 MJ/tona de var nestins au fost observate la cuptoarele simple alimentate cu gaz in timp ce un cuptor similar alimentat cu carbune are o rata a caldurii de 7500 MJ/tona de var nestins. Mediul intern poate reduce acele cantitati de caldura la mai putin de 6700 MJ/ tona de var nestins. Pierderile de radiatie si convectie din cuptor sunt asemanatoare cu cele ale altor tipuri de cuptoare de var.

87

O trasatura a cuptorelor de rotatie este formarea inelelor. Acestea constau in acumularea materialului refractar intr-o parte a cuptorului care are temperatura potrivita pentru formarea unei stari semilichide. Asemenea inele se pot forma din cenusa in cuptoarele alimentate de carbune si de asemenea din depozitele de sulfat de calciu. Alcalinele ( oxizii de potasiu si sodiu) , lutul si varul pot contribui la aceste aglomerari care uneori sunt nedorite. In cazul alimentarii cu carbune macinarea fina a combustibilului poate reduce semnificativ rata acestor aglomerari. O alta trasatura a cuptoarelor rotative este aceea ca sulful din combustibil si din calcar poate fi eliminat din cuptor si introdus in gaze printr-o combinatie de controlare a temperaturii si a procentului de CO in zona de calcinare. Astfel varul cu o cantitate4 scazuta de sulf poate fi produs folosid combustibili cu cantitati mari de sulf la orice limita de emisiune pentru SO2 la gazele risipite. Cuptorul rotativ de preancalzire Cuptoarele rotative moderne sunt prevazute cu un sistem de preincalzire si in general ele sunt mai mici decat cuptoarele rotative conventionale ( exemplu 40 pana la 90 m). Folosirea caldurii scade datorita pierderilor reduse prin radiatie si convectie cat si datorita recuperarii de caldura din gazele risipite. Astfel alimentand cu carbune se raporteaza o cantitate de caldura mai mica de 5200 MJ/ tona de var nestins. S-au inventat o serie de modele de dispozitive de preincalzire incluzand axuri verticale si gratare mobile. Dispozitivul de preincalzire ar trebui selectat pe baza marimii si proprietatii calcarului. In general se accepta o marime de cel mult 10 mm; unele cuptoare au folosit pietre de 6 mm iar unele nu pot tolera pietre de consistenta moale.

88

Eliminarea sulfului se face mai greu la cuptoarele cu dispozitive de preincalzire insa axista cateva posibilitati prin care se poate obtine acest lucru.

a) stabilind o cantitate de SO2 prin redirectionarea unor gaze din cuptor in jurul dispozitivului de preincalzire

b) actionand asupra cuptorului in conditii reduse si introducand surplus de aer la finalul procesului

c) adaugand suficienta piatra de var bine divizata pentru a absorbi SO2 astfel incat aceasta sa fie colectata de un dispozitiv pentru reziduuri la final sau cernuta din varul rezultat in urma procesului de racire.

2.2.4.3. Alte cuptoare S-au creat diferite tipuri de cuptoare de var bazate pe tehnologia folosita in cuptoarele de ciment moderne. Unul dintre motivele puternice pentru crearea noilor forme de cuptoare este cantitatea substantiala de carbonat de calciu existenta in forma finala. Industriile de zahar si de hartie de exemplu produc un amestec de carbonat de calciu si materie organica care pot fi calcinate si reciclate, iar multe exploatari de calcar produc un surplus de roca fina care in principiu ar fi potrivita pentru calcinare ( desi este adesea amestecata cu lut). Cuptorul cu gratar mobil Pentru calcarul de marimi cuprinse intre 15 si 45 mm o posibilitate ar fi cuptorul cu gratar mobil sau CID creat in Germania. Acesta consta dintr-o zona de preincalzire axiala rectangulara care alimenteaza piatra de var in zona de calcinare piatra de var cade de pe 5 placi oscilatorii in opusul carora se afla o serie de arzatoare. Varul trece printr-o zona de racire rectangulara . Cuptorul CID poate arde combuitibili gazosi, lichizi sau pulverizati si poate produce un var usor expus arderii cu un continut rezidual de CaCO3 de mai putin de 2,3%. Cele patru cuptoare construite au capacitati intre 80 si 130 tone/zi var nestins. Cuptorul de ultima generatie japonez O alta creatie relativ noua care accepta piatra de var intre 10 si 25 mm este cuptorul de var de ultima generatie produs de Japonia. Acesta consta dintr-o zona de preincalzire anulara din care este luata piatra de var si impinsa intr-o zona de calcinare cilindrica. Gazele de combustie de la arzatorul central alimentat cu petrol si pozitionat in centrul zonei de preincalzire coboara spre zona de calcinare printr-un ejector. Varul trece apoi printr-o zona conica de racire. Acest cuptor produce un var nestins de mare calitate utilizat in producerea de otel si carbonat de calciu precipitat. Capacitatea cuptorului este de pana la 100 tone/zzi var nestins, caldura este 4600 MJ/tona var netins. Este cunoscut faptul ca datorita greutatii sale relativ mici cuptorul poate accepta piatra de var cu duritate slaba. Procesul de calcinare in suspensia cu gaz Calcinarea in suspensia cu gaz, GSC, este o tehnologie noua pentru prelucrarea mineralelor, precum calcinarea pietrei de var, a dolomitei , magnezitei din materialele prime pulverizate pentru a obtine produse uniforme si cu grad mare de reactivitate Majoritatea proceselor din aceasta ramura precum uscarea, preincalzirea , calcinarea si racirea sunt realizate prin suspensia de gaz. In consecinta, sistemul consta dintr-un echipament stationar si cateva componente mobile dupa cum arata figura.

89

Cantitatea de material prezenta in sistem este neglijabila, ceea ce inseamna ca dupa cateva minute scurse din proces produsul va fi conform cu specificatiile. Nu se pierde materialul sau cantitatea in timpul pornirii su opririi procesului, astfel incat nu exista produs sub limita de calitate admisa. Procesul GSC realizeaza un produs cu o reactivitate mai mare daca acesta este calcinat la un grad inalt. Materialul de prelucrat in suspensia cu gaz trebuie sa aiba un grad potrivit de finete (experienta practica a aratat ca nu ar trebui sa se depaseasca marimea de 2 mm a unei particule).

O ramura GSC pentru producerea varului dolomitic este un proces continuu la Norsk Hidro Poorsggruunn, Norvegia din august 1986, cifrele pentru procesul GSC de zdrobire/ uscare sunt prezentate dupa cum urmeaza : capacitatea ramurii 430 tone /zi consumul de combustibil 4800 MJ/tona produs consumul de energie 33 KW/ora/tona produs Cuptorul tip vatra rotativ Acest tip de cuptor aproape demodat in zilele noastre a fost creat pentru a produce pietris de var. El consta dintr-o vatra mobila anulara care transporta incarcatura de calcar. Calcarul este calcinat de catre mai multe arzatoare in timp ce se roteste pe vatra anulara. Aerul de combustrie este incalzit de caldura in surplus rezultata din gazele evacuate si/sau de folosirea lui la racirea varului nestins. Datorita abraziunii relativ reduse in comparatie cu cuptoarele rotative si cele axiale cuptoarele cu vatra rotative produc o mare cantitate de pietris de var.

90

2.2.5. Prelucrarea varului nestins Obiectivul de prelucrare a varului nestins (RROK) este realizarea unui mare numar semnificativ de marimi si calitati cerute de diferitele segmente de piata. Sunt folosite o serie de procese precum cernerea , zdrobirea , pulverizarea, macinarea, lichefierea si trimitere. O prelucrare a varului foarte bine facuta atinge urmatoarele obiective:

a) maximizarea productiei principalelor produse b) minimizarea productiei de tipuri in surplus (in general cele fine) c) imbunatatirea calitatii anumitor produse d) asigurarea flexibilitatii pentru a alterna productia de produse ca raspuns la cererea

pietei. Prelucrarea ar trebui sa includa o stocare adecvata atat pentru produsele in sine cat si pentru cele adiacente, sa furnizeze un amortizor intre cuptor , care opereaza optim cand functioneaza continuu, si dispozitivele care tind sa fie la nivele scazute pe timpul noptii si la sfarsit de saptamana. Varul ROK este adesea cernut (de obicei la 5 mm) pentru a indeparta fractiunile mai putin pure. Daca varul ROK are o marime de peste 45 mm, el este redus prin protectia minima a fractiunilor fine. Presele circulare si cele cu pistoane sunt larg raspandite pentru aceasta actiune. Varul ROK faramitat este mai apoi preluat de o banda care va produce o a doua fractionare mai fina (de exemplu mai putin de 5 mm) si granularea sa sub forma de pietris ( de exemplu intre 5-15 mm si 15 – 45 mm). Bucatile mai mari (adica peste 45 mm) pot fi zdrobite intr-o a doua presa si reciclate pe banda. Produsele sunt stocate in buncare, de unde ele pot fi fie livrate direct, fie transferate unei alte ramuri pentru macinare si hidratare. Producerea varului nestins macinat Cererea pentru diferite tipuri si calitati de var nestins macinat a crescut rapid inca din anii “50. Cerintele de marime a particulelor variaza de la produse folosite pentru stabilizarea solului la produse divizate foarte fin pentru aplicatii de specialitate. Produsele folosite pentru stabilizarea solului sunt fabricate la un pret relativ mic printr-o simpla derulare printr-o moara echipata cu un cazan integral. Produsele mai fine sunt fabricate de obicei in mori tubulare si circulare verticale. In cel de-al doilea caz , se fixeaza un dispozitiv variabil de viteza deasupra morii pentru a controla gradarea produsului si particulele ce depasesc marimea ceruta si care urmeaza a fi reciclate. La sfarsitul anilor ’80 s-au dezvoltat cu precadere morile circulare in industria de ciment si ele si-au gasit intrebuintare mai ales in producerea varului nestins. Produsul trece prin niste pistoane de macinare care produc faramitarea, apoi produsul trece intr-un diferentiator si un purificator al aerului care inlatura particulele cu finetea ceruta si recicleaza fractiunile sau bucatile mai mari. Cerintele de energie ale acestui sistem pot fi reduse la jumatate din cea a celor din cazul morilor sonore. 2.2.6. Producerea varului stins Varul stins include var hidratat ( praf de hidroxid de calciu uscat), lapte de var si chit de var (dispersiuni de hidroxid de calciu si apa).

91

Producerea varului hidratat Hidratarea varului implica adaugarea unei cantitati de apa intr-un hidrator [Ca + H2O – Ca(OH)2] cantitatea de apa este aproximativ de doua ori cantitatea stoechiometrica ceruta pentru reactia de hidratare. Excesul de apa se adauga pentru a modera temperatura generata de caldura reactiei prin conversie cu aburul. Aburul care este incarcat cu particule trece printr-un echipament special inainte de a se descarca in atmosfera. Exista multe tipuri de echipamente, dar tehnic vorbind hidratorul consta dintr-o pereche de pistoane contrarotative care agita varul in prezenta apei. Astfel se produce o reactie exoterma puternica care genereaza 1140 KJ/kg CaO. Timpul de rezistenta medie a corpurilor soliden in reactorul principal este de aproximativ 15 min. Caldura eliberata provoaca actiunea de fierbere care creaza un strat partial fluid. Este antrenat praful in aburi in timpul procesului. Daca se colecteaza praful intr-un burete umed se produce o suspensie de lapte de var care se4 intoarce in hidrator. Dupa hidratare produsul este transferat la un purificator de aer unde fractiunile mai mari sunt separate de cele fine printr-un canal de reciclare. Unele, chiar toate bucatile mari pot fi macinate si reciclate. Fractiunile fine sunt trimise la silozurile de stocare. De aici ele sunt fie destinate transportului de marfuri, fie transferate la o ramura de impachetare unde sunt distribuite in saci sau ambalaje speciale pentru marfuri.

92

Producerea laptelui de var si a chitului de var Laptele de var si chitul de var sunt produse prin stingerea varului in exces de apa. Stingerea se face prin dispozitive de stingere continue sau prin incarcaturi esalonate. Termenul de lapte de var este folosit pentru a descrie suspensia fluida a varului nestins in apa. Laptele de var poate contine pana la 40% din greutatea corpurilor solide. Laptele de var cu un continut solid mare este uneori numit lapte de ciment/var. Chitul de var este o dispersie groasa a varului stins in apa. Chitul contine circa 55 – 70% din greutatea corpurilor solide . Pasta de var este uneori descrisa ca fiin un chit semifluid 2.2.7. Stocarea si manipularea Stocarea Stocarea varului nestins De preferinta varul nestins este stocat in conditii uscate fara multa umiditate. Este foarte important ca apa sa nu ajunga la var deoarece hidratarea elibereaza caldura si cauzeaza expansiunea ceea ce poate fi foarte periculos Vehiculele de transport vor trebui sa livreze produsele direct in buncarele de stocare care vor fi dotate cu un filtru pentru a indeparta praful datorat transportului. Filtrul ar trebui sa fie rezistent la conditii atmosferice si la apa. Praful colectat poate fi reintrodus inapoi in buncar. Un dispozitiv pentru presiune montat in buncar ar fi o foarte buna metoda de precautie. Toate containerele de stocare pot fi prevazute cu dispozitive care sigileaza baza buncarului pentru a mentine starea buna a materialului in timpul mecanismului de descarcare. Daca cantitatea de var nestins nu este suficienta pentru a umple buncarele de stocare produsul poate fi stocat pe ciment de preferat intr-un loc din interiorul unei cladiri pentru a preveni stingerea excesiva. Stocarea varului hidratat Varul hidratat absoarbe dioxid de carbon din atmosfera formand carbonat de calciu si apa. Asadar cele mai bune conditii de stocare sunt locurile foarte uscate, neamenajate. Hidratul impachetat in saci de hartie este stocat de preferinta la loc ferit pentru a evita deteriorarea si recarbonizarea varului hidratat. Daca se folosesc saci mari ei sunt de asemenea stocati la loc ferit pentru a preveni orice deteriorare. Paletii de hidrat au fost stocati cel mai bine in aer liber, acoperiti de o folie de plastic. Hidratii in cantitati mari sunt depozitati in silozuri si trebuie sa fie rezistenti la conditiile atmosferice. Silozul astfel vidat trebuie sa poata fi supus manipularii de livrare. Cand filtrul este dispus deasupra silozului praful colectat se redirijeaza inapoui in siloz. Partea de sus a silozului poate fi controlata manual printr-o valva de eliberare a presiunii. Un dispozitiv se poate muta pentru a preveni supraincarcarea. Este recomandat ca baza silozului sa fie la un unghi de cel putin 60 grade de la sol, iar deschizatura de incarcade – descarcare nu mai mare de 200 mm.

93

Datorita faptului ca varul hidratat tinde sa se arcuiasca sunt fixate dispozitive pentru a preveni arcuirea precum palete de aerisire, vibratori si dispozitive mecanice. In mod contrar, vor trebui urmate procedurile pentru a preveni incarcarea prafului aerat. Stocarea laptelui de var Avand nevoie de var stins la procesele pe care le executa, multi consumatori si-au dat seama ca laptele de var este o forma potrivita de stocare si manipulare. Daca se iau anumite precautii acesta poate fi utilizat ca si lichid. Orice sistem de stocare si manipulare trebuie sa acorde atentia ceruta faptului ca atunci cand laptele de var cand este diluat cu apa sau cand varul hidratat este dispersat in apa, orice duritate carbonata in apa va fi depusa ca fiin carbonat de calciu. Acesta va duce la formarea de straturi pe peretii conductelor si uneori la acoperirea pompelor. Aici se pot adopta doua metode : fie sistemul aste astfel creat incat sa previna formarea crustei, fie sa minimalizeze crusta. Este importana prevenirea in sistemele de lapte de var deoarece chitul rezultat poate fi foarte greu redispersat. Buncarele de stocare ar trebui agitate. Gradul de agitare poate fi scazut si ar trebui sa evite formarea unui virtej care ar creste absorbtia de dioxid de carbon din atmosfera. Curatarea conductelor din stoc constituie in mod inevitabil un punct mort, iar alimentarea se poate face in sens invers pentru a indeparta blocajele. Aria de stocare ar trebui sa fie ingradita. Manipularea Exista mai multe tipuri de echipamente potrivite pentru transferarea produsului si pe zi ce trece se creaza altele. Urmatoarele tipuri s-au folosit cu succes insa nu pentru toate aplicatiile. Macaralele pot fi folosite pentru varul granulat si in bucati mai mari insa sunt perfecte pentru particulele mai mari de 100 mm. Elevatoarele. Atat cele cu banda cat si cele cu lant s-au folosit pentru toate tipurile de var. Conveierele de legatura sunt folosite la varul fin si granulat.Ele sunt utilizate mai ales pentru transferul orizontal sau inclinat. Benzile transportoare sunt foarte des folosite pentru transferul particulelor granulare si mari in plan orizontal sau pe o banda inclinata. Conveierele fixate prin suruburi sunt folosite adesea pentru varul fin. Conveierele prin vibrare s-au folosit pentru marimi de pana la 40 mm ale particulelor. Acestea opereaza optim cand axista o panta descendenta de la alimentare la punctul de desfacere. Conveierele pneumatice pot fi folosite pentru produse cu o marime maxima de pana la 20mm si au adesea costuri de capital mici, dar costuri de operare mari. 2.2.8. Alte tipuri de var 2.2.8.1. Producerea dolomitei calcinate Dolomita este calcinata atat in cuptoarele rotative cat si in cele axiale. Exista trei tipuri de dolomite calcinate : cu ardere redusa , cu ardere medie si cu ardere avansata. Dolomita cu ardere redusa este produsa in general fie in cuptoarele rotative, fie in cele axiale. Principiul de producere a dolomitei de acest tip ete acelasi cu cel al producerii varului nestins cu calciu. Se foloseste mai putina caldura datorita caldurii scazute a calcinarii si temperaturii scazute de disociere a dolomitei.

94

Dolomita cu ardere avansata se produce in doua tipuri. Un tip de inalta puritate folosit pentru producerea refractariilor este realizat prin calcinarea dolomiteo la temperaturi de pana la 1800 grade Celsius in cuptoare rotative sau axiale. Un tip de dolomita la scara Larga se produce prin calcinarea acesteia cu 5 – 10 % oxid de fier la 1400 – 1600 grade celsius de obicei intr-un cuptor rotativ. Gazele evacuate din ambele procese sunt la temperaturi mai mari decat cele din alte cuptoare de var. Racirea se face la sub 420 de grade celsius prin ventilatoare de caldura sau injectii cu apa atomizata. Dolomita cu ardere medie se produce prin calcinarea lenta a dolomitei la aproximativ 650 grade celsius. Ea este produsa in cantitati relativ mici, iar Germania este singura tara din Europa care o produce. 2.2.8.2. Producerea varului hidraulic Varul hidraulic natural este produs din piatra de var silicata sau argiloasa care contine intr-o mica sau o mai mare masura siliciu, aluminiu si fier. Diferitele tipuri de calcar sunt: SiO2- 4 pana la 16 %, Al2O3 – 1 pana la 8 % si Fe2O3 –0,3 pana 6%. Continutul de calciu Si carbonat de magneziu poate varia intre 78- 92%. Calcarul este calcinat in general in cuptoare axiale care trebuiesc controlate atent pentru a se asigura ca reactioneaza o cantitate de aluminiu si siliciu foarte mare fara a aglomera varul liber. Temperaturile tipice de calcinare sunt 950 – 1250 grade celsius: temperatura ceruta creste o data cu cresterea cimentarii. Varul calcinat este hidratat cu o cantitate suficienta de apa pentru a transforma oxidul de calciu liber in dioxid de calciu. Daca oxidul de calciu liber se afla in cantitate mai mare de 10 – 15% atunci bucatile dure se dezintegreaza in praf. Altfel varul trebuie sa fie macinat inainte de hidratare. Ar putea fi de asemenea necesara o macinare a produsului hidratat pentru a obtine gradul de finete cerut. Varul hidraulic natural special este produs prin amestecul de var hidraulic natural praf cu pozolan praf sau materiale hidraulice. Varul hidraulic artificial este produs prin amestecul varului hidratat praf cu pozolan pulverizat sau materiale hidraulice. 2.2.9. Cuptoare de var captive 2.2.9.1. Cuptoare de var in industria de otel si fier Cea mai mare parte a varului folosit in industria de otel si fier este pentru a fluxa impuritatile in baza de oxigen. Varul este folosit de asemenea in cantitati mici in procesul de ingramadire pentru prelucrarea minereului de fier pentru desulfurarea fierului, ca si agent in alte procese de prelucrare a otelului prin axidare, in procesul de prelucrare a otelului prin arc electric si in alte procese secundare de prelucrare a otelului. Cuptoarele de var din industria fierului si otelului sunt in general cuptoare axiale de diferite forme si capacitati. Ele nu sunt diferite de modelele de consum-emisie de cuptoarele de var necaptive.

95

2.2.9.2. Cuptoare de var din industria Kraft Exista aproape 100 de cuptoare de var in industria hartiei din Europa. Ele sunt in intregime cuptoare de var rotative cu capacitati cuprinse intre 30 – 400 tone var ars pe zi. Multe dintre ele sunt cuptoare rotative lungi, dar mai exista, pe langa acestea, si cuptoare rotative cu preincalzire moderna. Cuptoarele rotative lungi sunt alimentate de obicei cu un amestec de carbonat de calciu care are un continut de apa de 30%. Combustibilul de baza este petrolul sau gazele naturale. In plus, gazele necondensabile produse in anumite zone ale procesului sunt de obicei arse crescand astfel continutul de H2S, compusi sulfurici organici si SO2. In unele cazuri, gazele obtinute prin gazarea biomasei sunt de asemenea folosite ca si combustibil. 2.2.9.3.Cuptoarele de var din industria de zahar Majoritatea cuptoarelor de var din industria de zahar europeana sunt cuptoare axiale mixte.Majoritatea cuptoarelor produc intre 50 – 350 tone de var pe zi in timpul unei campanii care in sezonul din 1997/1998 a durat intre 63 si 170 de zile cu o medie de 86 de zile. Varul nestins si dioxidul de carbon din gazele evacuate sunt folosite ambele in fabricile de zahar. Gazul produs de cuptor este capturat si o mare parte din el este prelucrat inainte de a fi folosit in procesul de carbonizare. Cea mai mare parte din dioxidul de carbon se recombina cu laptele de var pentru a da CaCO3. Cel mai frecvent combustibil din industria de zahar este cocsul. Acestea datorita faptului ca contine mai mult dioxid de carbon decat orice alt produs cum ar fi petrolul sau benzina. Nivele de consumare 9calcar si combustibil) pentru cuptoarele de var din industria zaharului sunt aproximativ aceleasi cu cele din alte sectoare. 2.3. Nivelele de consum / emisii actuale Principalele probleme de mediu asociate cu productia varului sunt poluarea aerului si folosirea energiei. Procesul de ardere a varului este principala sursa a emisiunilor si de asemenea cel mai important utilizator de energie . Procesele secundare de faramitare si de macinare a varului pot fi si ele importante in timp ce operatiunile adiacente ( zdrobire, cernere, trimitere, stocare si livrare) sunt relativ minore comparativ cu emisiunile sau folosirea energiei. 2.3.1. Consumarea pietrei de var Productia de var foloseste in general intre 1,4 si 2,2 tone de calcar pe tona de var destinata spre vanzare. Consumul depinde de tipul de produs, puritatea calcarului, gradul de calcinare si calitatea produselor folosite ( de exemplu praful transportat de la cuptorul de var pana la gazele evacuate). 2.3.2. Folosirea energiei Calcinarea calcarului Caldura tipica si energia electrica folosita de cuptoarele de var de diferite tipuri sunt aratate in tabelul urmator. Folosirea energiei pentru 7un anumit tip de cuptor depinde de calitatea calcarului si de gradul de conversie a carbonatului de calciu in oxid de calciu.

96

Caldura de disociere a pietrei a calcarului calcinat este 3200 MJ/tona. Caldura neta pe tona de var nestins variaza in functie de forma cuptorului. In general, cuptoarele rotative solicita mai multa caldura decat cele axiale. Caldura tinde sa creasca o data cu gradul de ardere. Electricitatea variaza de la o medie de 5 – 15 Kw/h/tona de var pentru cuptoarele axiale mixte pana la 20 – 40 kW/h/tona pentru tipurile mai avansate de cuptoare axiale si pentru cuptoarele rotative.

Tipul de cuptor

Caldura (MJ/tona var)

Electricitate cuptor (kw/h/tona var)

Var nestins de calciu,dolomita cu ardere Redusa si avansata Cuptorul axial mixt Cuptorul axial dublu-inclinat Cuptorul axial cu mai multe camere Cuptorul axial anular Cuptorul axial regenerator cu flux paralel Alte cuptoare axiale Cuptorul rotativ lunga Cuptoare rotative cu gratar preincalzirea Cuptorul rotativ cu preincalzire axialaa Cuptoare rotative cu preincalzire ciclonicaa Cuptoare cu gratar mobil Calcinarea gazului de suspensie Cuptorul cu strat fluid Dolomita cu ardere avansata Cuptorul axial mixt Cuptorul rotativ cu gratar de preincalzire

4000-4700 4300

4000-4500 4000-4600 3600-4200 4000-5000 6500-7500 5000-6100 4800-6100 4600-5400 3700-4800 4600-5400 4600-5400

6500-7000 7200-10500

5-15 30

20-45 18-35 20-40 10-15 18-25

35-100 17-45 23-40 31-38 20-25 20-25

20 35-100

a) produc var nestins cu calciu reactiv.

Tabel 2.8.: Caldura si electricitatea folosite de diferite tipuri de cuptoare de var [EuLA], [UK IPC Note, 1996], [ Jorgensen] Hidratarea varului Procesul de hidratare este exoterm astfel incat se adauga apa pentru a controla Temperatura din hidrator. Aceasta apa in exces se transforma in aburi care este eliminat in atmosfera impreuna cu o mica cantitate de aer si praf din echipament. Energia necesara pentru a utiliza hidratorul purificatorii de aer si echipamentul de transport insumeaza aproximativ 5 – 30 kW/h/tona de var nestins. Macinarea varului Energia folosita in macinarea varului variaza de la 4 la 10 kW/h/tona de var pentru marimile mari (de exemplu acelea folosite in stabilizarea solului ) si de la 10 la 40 kW/h/tona de var pentru particulele fine. Cantitatea de energie ceruta depinde de asemenea de echipamentul folosit. Morile cu impact fin pot fi folosite pentru produsele mai voluminoase. Morile de inalta presiune (cu o cantitate de energie scazuta) sunt folosite pentru realizarea produselor fine .

97

2.3.3 Emisii Emisiile in atmosfera includ oxizi de azot, dioxid de sulf, oxizi de carbon si praf. Emisiile depind de forma cuptorului, de conditiile de operare, de combustibilul folosit si de calitatea pietrei de var. Nivelul emisiilor de dioxid de carbon este raportat in chimie sub forma proceselor de combustie si calcinare. Emisiile tipice din fiecare sectiune sunt notate cu NOX, SO2 , praf si CO. 2.3.3.1 Oxizi de nitrogen Cuptoarele axiale emit in general mai putin NOx decat cuptoarele rotative. Aceasta se intampla pentru ca temperaturile din cuptoarele axiale sunt de obicei seb 1400 grade celsius si astfel formarea de NOx termic este relativ scazuta. In plus procesele de combustie produc temperaturi relativ scazute si conditii de amestec nu foarte intense ce rezulta in cantitati scazute de NOx, totusi se produc cantitati mai mari de NOx cand cuptoarele axiale produc var calcinat la intensitate avansata sau dolomita cu ardere avansata . La cuptoarele rotative arderea este mai bine definita, iar temperaturile de ardere sunt mai mari decat cele din cuptoarele axiale ceea ce denota nivele avansate de NOx.Mai mult,datorita transferului diferit de caldura temperatura maxima a gazelor din cuptor este mai mare ceea ce duce la nivele crescute de NOx termic. De asemenea producerea dolomitei cu ardere avansata in cuptoarele rotative da o cantitate de NOx mai mare. Emisiile tipice de NOX ale diferitelor tipuri de cuptoare de var sunt aratate in tabelul urmator.

Tipul de cuptor mg NOx/Nm3

1 Kg NOX/tona var 2

Var nestins de calciu, dolomita cu ardere redusa si medie Cuptor axial mixt Cuptorul axial dublu-inclinat Cuptorul axial cu mai multe camere Cuptorul axial anular Cuptorul axial regenerator cu flux paralel Alte cuptoare axiale Cuptoare rotative ,ardere usoara Cuptoare rotative ,ardere intensa Cuptor cu gratar mobil Dolomita arsa in intregime Cuptor axial mixt Cuptoare rotative

<300 <500

500-800 <500 <400 <300

100-700 400-1800

<300 <300

2000-5000

<1 <1,7

1,7-2,8 <1,7 <1,4 <1

0,4-2,8 1,6-7

<1

<1 15-45

1) Concentratiile la emisii sunt media pe un singur an si sunt valori indicative bazate pe diferite

tehnici de masurare. Continutul O2 este de obicei de 1o%. 2) Bazate pe volumul de gaze eliberate a : 3500 Nm3/tona var pentru cuptoarele cu gratar mobil si cele axiale 4000 Nm3/tona var pentru cuptoarele rotative ce calcineaza calcarul si dolomita 1900 Nm3/tona var pentru cuptoarele axiale mixte ce ard total dolomita 8500 Nm3/tona var pentru cuptoarele rotative ce ard total dolomita. Tabel 2.9. : Emisii tipice de NOX la diferitele tipuri de cuptoare de var [EuLA]

98

2.3.3.2 Dioxidul de sulf Emisiile de SO2 din diferitele cuptoare de var sunt aratate in tabelul urmator: Tipul de cuptor mg SO2/Nm3

1 Kg SO2/tona var 2

Var nestins de calciu, dolomita cu ardere redusa si medie Cuptor axial mixt Cuptorul axial dublu-inclinat Cuptorul axial cu mai multe camere Cuptorul axial anular Cuptorul axial regenerator cu flux paralel Alte cuptoare axiale Cuptoare rotative ,ardere usoara Cuptoare rotative ,ardere intensa Cuptor cu gratar mobil Dolomita arsa in intregime Cuptor axial mixt Cuptoare rotative

<300 <500 <500 <300 <300 <300 <8003 <8003 <300

<800

<5000

<1 <1.7 <1.7 <1 <1 <1 <3 <3 <1

<1.55 <42.5

1)Concentratiile de emisiuni sunt media unui singur an si nu sunt valori indicative bazate pe diferite tehnici de masurare. Continutul O2 este de obicei de 10%. 2)Bazate pe volumul de gaze eliberate a : 3500 Nm3/tona var pentru cuptoarele cu gratar mobil si cele axiale 4000 Nm3/tona var pentru cuptoarele rotative ce calcineaza calcarul si dolomita 1900 Nm3/tona var pentru cuptoarele axiale mixte ce ard total dolomita

8500 Nm3/tona var pentru cuptoarele rotative ce ard total dolomita. 3) poate fi mai mare cu combustibili cu cantitate mare de sulf Tabel 2.10.: Emisii de SO2 la unele tipuri de cuptoare de var [ EuLA] La majoritatea proceselor de ardere a varului sulful prezent in calcar si combustibilul sunt asimilate de varul nestins. In cuptoarele axiale si cele fluide contactul eficient intre gazele cuptorului si varul nestins asigura de obicei o absorbtie eficienta a dioxidului de sulf. Acest lucru este valabil si pentru cuptorul rotativ. Cand se produce var nestins cu o cantitate redusa de sulf in cuptoarele rotative si dolomita cu cu ardere avansata sau var calcinat in cuptoarele axiale sau rotative, o parte din sulful din combustibil si din calcar este eliminat ca si dioxidul de sulf in gazele evacuate.

99

2.3.3.3 Praful Calcinarea calcarului Praful apare din particulele divizate fin, din degradarea mecanica si termica a varului si a pietre de var din cuptor si intr-o acceptiune mai larga din resturile de combustibil. Nivelele de praf variaza in functie de forma cuptorului printre altele si se situeaza intre 500 si peste 5000 mg/Nm3 ceea ce corespunde la aproximativ 2 – 20 kg/tona de var nestins (bazata pe 4000 Nm3 /tona de var). Toate cuptoarele rotative sunt prevazute cu echipamente de colectare a prafului ca si majoritatea cuptoarelor axiale. Datorita cantitatii mari de gaze evacuate se folosesc o serie de colector de praf printre care cicloni, bureti, filtre sintetice, precipitatori electrostatici si filtre cu sita. Dupa scadere emisiile tipice variaza intre 30 si 200 mg/Nm3 aproximativ 0,1 – 0,8 kg/tona de var ( bazata pe 4000 Nm3/ tona de var). Hidratarea varului Afluenta gazoasa din ramura de hidratare este relativ redusa in volum; nivelele sunt in jur de 800 m3/ tona de var hidratat , dar acesta poate contine 2 grame/ m3 de praf inainte de scadere. Astfel generarea de praf poate fi aproximativ 1,6 kg/tona de var hidratat. Atat buretii cat si filtrele sunt folosite pentru a curata emisiunile. Nivelurile de emisiune dupa scadere se situeaza intre 20 si 200 mg/Nm3 , ceea ce corespunde la aproximativ 0,016 – 0,16 kg/tona de var hidratat Macinarea varului Aerul este evacuat din intregul echipament de macinare pentru a produce marimea cernuta a particulelor. Acest produs este vidat prin filtre, adesea precedate de cicloni, astfel colectarea prafului este o parte integranta a procesului. Nivelele de emisiune se situeaza intre 20 si 50 mg/ Nm3 ceea ce corespunde la 0,03 - 0,75 kg/tona de var ( la un flux de 1500 Nm3/tona de var).

Procese adiacente Procesele adiacente pot include zdrobirea, cernerea, trimiterea, faramitarea, stocarea si livrarea. Emisiile de praf sunt controlate de procesul de vidare a aerului. Aerul trece prin filtre, iar praful colectat revine la produs. Praful rezultat din materiile prime de exemplu sau combustibilii solizi pot provoca probleme serioase. 2.3.3.4 Oxizii de carbon Disocierea calcarului produce pana la 0,75 tone de dioxid de carbon (CO2) pe tona de var nestins in functie de compozitia de calcar si gradul de calcinare. Cantitatea de dioxid de carbon produsa prin combustie depinde de compozitia chimica a combustibilului si de caldura pe tona de var nestins care este in medie intre 0,2 si 0,45 tone de CO2 pe tona de var nestins. In ultimii ani s-a redus mult emisiunea de dioxid de carbon pe tona de var nestins mai ales datorita inlocuirii cuptoarelor vechi cu modele termice noi mai eficiente si cresterii productivitatii ( s-a redus

100

cantitatea de praf). Industria de var franceza si cea germana au semnat un acord voluntar de reducere a emisiunilor de CO2, iar in Marea Britanie s-a calculat ca emisiunea de CO2 pe tona de var a scazut cu aproximativ 20% in ultimii ani pana in 1994. Cand rezulta dintr-o combustie incompleta emisiunile de monoxid de carbon (CO) reprezinta de obicei o pierdere a eficientei . Totusi la unele tipuri de cuptoare si atunci cand se fabrica anumite produse sunt necesare nivele controlate ale monoxidului de carbon pentru a produce conditiile de combustie cerute si calitatea produsului. Unele pietre de var contin carbon ceea ce poate duce la emisiuni de CO mai mari in procesul de ardere a varului. Emisiile de CO la diferitele tipuri de cuptoare de var sunt prezentate in tabelul urmator.

Tipul de cuptor

g CO/Nm3

1

kg CO/tona var 2

Var nestins de calciu, dolomita cu ardere redusa si medie Cuptor axial mixt Cuptorul axial dublu-inclinat Cuptorul axial cu mai multe camere Cuptorul axial anular Cuptorul axial regenerator cu flux paralel Alte cuptoare axiale Cuptoare rotative ,ardere usoara Cuptoare rotative ,ardere intensa Cuptor cu gratar mobil Dolomita arsa in intregime Cuptor axial mixt Cuptoare rotative

12-37 <1.4 <1.4 <1.4 <1.4 <14

1.2-12 1.2-12 <1.3

37-63 <50000.6-6

42-130 <5 <5 <5 <5

<50 5-50 5-50 <4

70-120 5-50

1) Concentratiile de emisiuni sunt media unui singur an si sunt valori indicative bazate pe diferite tehnici de masurare. Continutul O2 este de obicei de 10%. 2) Bazate pe volumul de gaze eliberate a: 3500 Nm3/tona var pentru cuptoarele cu gratar mobil si cele axiale 4000 Nm3/tona var pentru cuptoarele rotative ce calcineaza calcarul si dolomita 1900 Nm3/tona var pentru cuptoarele axiale mixte ce ard total dolomita

8500 Nm3/tona var pentru cuptoarele rotative ce ard total dolomita. Tabel 2.11. : Emisii de CO la diferitele tipuri de cuptoare de var

101

2.3.3.5 Alte substante Compusi organici volatili Emisiunea compusilor organici volatili ( VOCs) poate aparea in perioade scurte in timpul conditiilor de instalare. Asemenea evenimente pot aparea la frecvente variabile : odata si de doua ari pe an pentru cuptoarele rotative si odata la 10 ani pentru cuptoarele axiale. Compusii organici volatili pot emite permanent doar atunci cand calcarul contine o cantitate importanta de materie organica. Metale Exista putine informatii despre emisiunile metalelor. Gradul inalt de puritate pentru majoritatea calcarului folosit in producerea varului dolomitic si calcinat inseamna ca emisiunile de metale sunt scazute. Masurarile la difrerite tipuri de cuptoare de var, colectate de EuLA arata nivele ale cantitatilor de cadmiu, mercur si taliu sub 0,1 mg/Nm3. 2.3.4 Deseuri Primele forme de cuptoare axiale produc doua tipuri inferioare de produse : o fractiune fina impura si o fractiune ce consta din bucati putin calcinate. Cuptoarele moderne fabrica produse cu putine reziduri. In cazul in care acestea apar ele constau mai ales din praful din gazele evacuate si insumeaza per total 0 – 5% in functie de caracteristicile calcarului si a varului nestins. Se pot produce mici cantitati de material calcinat partial daca cuptorul este pornit la rece sau oprit instantaneu. Asemenea evenimente pot sa apara la frecvente in medie de 6 luni pana la 10 ani. Unele ramuri de hidratare imbunatatesc calitatea varului hidratat prin inlocuirea unui grad inferior ce consta dintr0o fractiune mai mare bogata in carbonati. Aceste grade inferioare de material sunt incorporate in unele produse acolo unde aceasta este posibil. 2.3.5 Zgomotul Incarcarea de bucati mari de calcar in cuptorul de var poate produce un zgomot puternic. Caderile pot fi aliniate din interior sau din exterior impreuna cu materialul rezilient. Gazele se pot evalua din cuptor prin ventilatoare care sunt folosite uneori pentru a face posibila combustia si pot produce tone pure in liniste. 2.3.6 Legislatia O abordare a legislatiei curente in UE este data in Anexa A. 2.3.7 Monitorizarea Potrivit Asociatiei Europene de var , EuLA, reabilitatea unei monitorizari continue pentru industria varului nu a fost inca stabilita si deci nu este justificata. EuLA considera ca datorita marimii ramurii

102

stabilitatea procesului de prelucrare a varului monitorizarea permanenta nu este nici practice nici necesara. S-ar putea monitoriza in permanenta marile cuptoare de var rotative. Insa nu exista destule informatii pentru acestea ci doar un singur cuptor de var rotativ din Germania monitorizeaza in permanenta emisiunile de praf si NOx . 2.4 Tehnicile luate in considerare pentru determinarea BAT Principalii factori care influenteaza alegerea tipului de cuptor sunt caracteristicile calcarului, cererile de calitate a varului, pretul combustibililor si capacitatea cuptorului. Cele mai moderne tipuri de cuptoare produc var reactiv. Unde se cere var cu o reactivitate redusa se folosesc de obicei cuptoarele mixte. Pentru instalatiile mai noi sunt preferate cuptoarele axiale, cuptoarele axiale anulare si cuptoarele regenerative cu flux paralel. Cuptoarele rotative se folosesc la calcinarea calcarului in marimi mici. Anumite forme de cuptoare au caracteristici speciale de exemplu cuptorul cu gratar mobil este folosit mai ales la productia cantitatilor mici de diferite calitati de var nestins. Tabelul urmator arata tehnicile care au un afect pozitiv asupra reducerii emisiunilor din prelucrarea varului. Tehnicile sunt descrise in detaliu mai jos. Pe langa aceste tehnici de emisie/reducere in acest capitor se discuta consumul calcarului si folosirea energiei.

Tehnica NOX SO2

Praf

CO

Cuptoare axiale Controlul procesului Cicloni Filtre sintetice EP Bureti Diminuare rezultata

X X X X X

Cuptoare rotative Controlul procesului Selectia combustibilului Cicloni Filtre sintetice EP Bureti Diminuare rezultata

X X

X X

X X X X X X X

Ramuri cu mori Filtre sintetice X Ramuri de hidratare

Filtre sintetice Bureti

X X

Tabel 2.12.: Tehnici aplicate in industria varului

2.4.1 Consumul de calcar Consumul minim de calcar rezulta din maximizarea productiei de var din zacamant cat si a varului scos la vanzare din cuptorul de var. Aceasta se poate realiza prin :

• Instalarea cuptoarelor de var care pot functiona cu calcar de diferite dimensiuni

103

• Instalarea a doua sau mai multe tipuri de cuptoare, capabile sa calcineze calcar de

diferite marimi. • Exploatarea si directionarea calcarului (calitate, marime) in functie de tipurile de

cuptoare. • Reducerea productiei de reziduri (de exemplu praful din gazele evacuate si calcarul

fara intrebuitare). • Utilizarea acestor reziduri.

Figura 2.10: Distributia structurii granulare– alimentarea cuptorului – tipuri de cuptor.[EuLA].... Consumul redus al calcarului include de asemenea cantitatea mica de reziduri produsa la ramurile de hidratare ( de exemplu praf si in unele cazuri fractiuni bogate in CaCO3) si utilizarea rezidurilor din hidratori si mori. 2.4.2 Energia In majoritatea cazurilor cuptoarele vechi sunt inlocuite de cele noi, dar exista situatii cand cuptoarele existente au fost modificate pentru a reduce consumulu de energie. Asemenea modificari variaza de la cele minore – de exemplu instalarea unor ventilatoare pentru a acoperi surplusul de caldura din gazele emanate din cuptor sau pentru a permite folosirea mai multor tipuri de combustibili – la cele majore in functie de configuratia cuptorului. In unele cazuri unde cuptoarele axiale au incetat sa mai fie viabile din punct de vedere economic s-a convenit convertirea lor la forme moderne, de exemplu transformarea unui cuptor axial simplu intr-o forma de cuptor anular sau legarea unei perechi de cuptoare axiale pentru a crea un cuptor regenerator

104

cu flux paralel. Conversia extinde si viata echipamentului folosit precum structura cuptorului, sistemul de alimentare si ramura de manipulare – stocare. In cazuri exceptionare ar putea fi economic sa se scurteze cuptorul rotativ lung si sa se fixeze un preincalzitor reducandu-se astfel combustibilul. Recuperarea caldurii din efluenta gazoasa care este produsa de reactia exoterma din procesul de hidratare a varului se foloseste pentru a incalzi apa pentru hidratarea varului. Pe langa faptul ca se economiseste energie aceasta ar creste temperatura apei in procesul de reactie . Energia electrica poate fi minimizata prin utilizarea unor echipamente eficiente de energie precum sunt morile de inalta presiune. Unele dintre tehnicile de reducere descrise mai jos cum sunt de exemplu optimizarea procesului, au de asemenea un efect pozitiv asupra folosirii energiei. 2.4.3. Optimizarea procesului de control Mentinerea parametrilor de control ai cuptorului la valori apropiate de cele optime are efectul de a reduce toti parametrii de consum/emisie din procesul de ardere a varului. Acest lucru este printre altele datorita numarului redus de porniri si opriri. Sistemele de management pot fi aplicate pentru a asigura faptul ca practicile de conditionare si operare sunt adoptate de toti cei implicati si aceea ca observarea lor este monitorizata. 2.4.4 Alegerea combustibilului Selectarea combustibilului poate influenta emisiunile din cuptor mai ales emisiunile de SO2 din cuptoarele rotative. Producatorii de var tind sa evite arderea rezidurilor ca si combustibil datorita exemplului nefast din industria alimentara si ramurile de tratare a apei. In unele cazuri in care produsele din var nu au o cerere stricta a puritatii se pot folosi combustibili reziduali. Folosirea tipurilor potrivite de reziduri ca si combustibil poate reduce cantitatea de resurse naturale insa ar trebui intotdeauna facut controlul substantelor introduse in cuptorul de var. 2.4.5 Tehnici pentru controlarea emisiunilor de NOx Emisiunile de NOx depind de calitatea varului produs si de forma cuptorului. Arzatoarele cu cantitate redusa de NOx au fost instalate la cateva cuptoare rotative. Nu s-au aplicat alte tehnologii de reducere de NOx. Transferul direct al tehnologiei de ardere a NOx de la cuptoarele de ciment la cele de var nu este simplu. In cuptoarele de ciment temperaturile de ardere sunt mai mari si s-au creat sisteme de ardere a NOx pentru a reduce nivele initiale inalte de NOx termic. In majoritatea cuptoarelor de var nivele de NOx sunt scazute, iar NOx termic este mai putin important.

105

2.4.6 Tehnici pentru controlarea emisiunilor de SO2 Emisiunile de SO2 mai ales din cuptoarele rotative depind de continutul de sulf din combustibil, de forma cuptorului si de continutul de sulf cerut de varul produs. Selectarea combustibililor cu un continut scazut de sulf poate asadar limita emisiunile de SO2 la fel ca si productia de var cu un continut mai ridicat de sulf . Exista tehnici de adaugare a solventilor, dar ele nu se aplica in mod curent. 2.4.7 Tehnici pentru controlarea emisiunilor de praf Cuptoarele rotative sunt echipate in general cu precipitatori electrostatici datorita temperaturilor gazelor evacuate relativ mari. Se mai folosesc si filtrele sintetice mai ales la cuptoarele cu preincalzire unde temperaturile de gaze evacuate sunt mai mici. Cuptoarele axiale sunt echipate de obicei cu filtre sintetice. Uneori se folosesc bureti. Ramurile de macinare a varului folosesc filtre sintetice pentru a colecta produsul si pentru a purifica aerul de transport. Ramurile de hidratare cu gaze evacuate saturate de vapori de apa la aproximativ 90 grade Celsius sunt echipate cu bureti desi incep sa se foloseasca din ce in ce mai multe filtre sintetice acolo unde varul are o reactivitate mare. Tabelul urmator prezinta datele cu privire la tehnicile de controlare a emisiunilor de praf in prelucrarea varului. Tehnica Aplicabilitate Rata productie

(tpa) Nivel emisie Cost3

mg/m3 1

kg/tone

Investitie operare

Cicloni Mori,cuptoare, Alte procese

(≈90%)

EP sau filtre sintetice

Cuptor rotativ 150000 <50 <0,2

1.4 – 3.0 1.0-2.0

Filtre sintetice Cuptor regenerator cu flux paralel

100000 <50 <0,2 0.3 – 1.0 0.5-1.0

Filtre sintetice Cuptor axial anular

100000 <50 <0,2

0.5 – 1.0 0.5-1.0

Filtre sintetice Alte cuptoare axiale

50000 <50 <0,2 0,15-0.45 0.5-1.0

Filtre sintetice Sisteme de macinare a varului

150000 <50 <0,754 0.08-0.45 0.1-1.0

Filtre sintetice Hidratori var 50000 <50 <0,04 0.05-0.13 0.1-0.3 Bureti Hidratori var 50000 <50 <0,04 0.06-0.18 0.1-0.5 Scadere praf evacuat

Toate ramurile - - - - -

1. se refera la mediile zilnice normale, gaz, 273 K, 101.3 kPa si 10% O2 cu exceptia ramurilor de hidratare pentru care sunt emise conditii.

2. kg/tona de var: 4000 Nm3/tona de var pentru cuptoarele rotative, 3500 Nm3/tona de var pentru cuptoarele axiale si 800 Nm3/tona de var hidratat pentru hidratorii de var

106

3. costul de investitie in 106 euro si costul de operare in euro/tona de var. 4. la 1500 m3/tona si 50 mg/ m3, volumul de gaze evacuate variaza mult in functie de

instalatie. Tabel: 2.13. Tehnici de controlare a emisiilor de praf din prelucrarea varului [EuLA, 1998], [Ecotehnici, 1986] Nu exista multe informatii despre nivelele de emisiune de praf. Membrii grupurilor tehnice au emis unele date preluate de la ramurile individuale. Aceste date include cuptoarele rotative cu un EP care ajunge pana la sub 20 mg/ m3 la o operare normala. Unele experimente cu filtre sintetice arata ca se pot atinge mai putin de 5 mg/ m3 zilnic dar in aceste cazuri este necesara o schimbare a dispozitivelor de 1-3 ori pe an. Valorile limitate ale emisiunilor de praf din ramurile de praf in UE variaza intre 25-250 mg praf/ m3 , dupa cum se observa in anexa A. 2.4.7.1 Ciclonii Ciclonii sunt relativ ieftini si usor de manevrat insa particulele cu diametru mic nu sunt capturate in mod eficient. Datorita eficientei limitate de indepartare a particulelor ei sunt folositi mai ales la purificarea gazelor evacuate din mori, cuptoare si alte procese. Ei elibereaza EP- ul si filtrele sintetice de incarcatura mare de praf, reduc eroziunea si abraziunea si maresc eficienta in ansamblu . [Ecotehnici, 1986]. Ciclonii ideparteaza aproximativ 90% din praf in cuptoarele de var. [EuLA] 2.4.7.2 Precipitatori electrostatici (ep) Precipitatorii electrostatici sunt descrisi in sectiunea 1.4.7.1. Precipitatorii electrostatici se folosesc la temperaturi de peste 370-400 grade Celsius. Cuptoarele rotative cu sau fara incalzitor sunt adesea prevazute cu EP. In unele cazuri acest lucru se datoreaza temperaturii mari a gazelor evacuate; in alte cazuri datorita faptului ca cuptoarele produc capacitati mari si in consecinta volume mari de gaze ( costul EP in functie de filtrele sintetice scade o data cu cresterea marimii). Precipitatorii electrostatici pot sa influenteze cantitatea de praf aducand-o sub 50 mg/Nm3. Un cuptor rotativ de var pravazut cu EP atinge sub 20 mg praf/m3 la o operatie obisnuita. Cand se aplica EP mai ales la cuptoarele rotative folosind carbune sau cocs ca si combustibil este important sa evitam monoxidul de carbon. Cantitatea acestuia poate fi redusa folosind sisteme moderne de control cu echipament rapid de masurare si control care permite criterii mai avansate de oprire decat cele care aplica 0,5% CO/volum. 2.4.7.3 Filtrele sintetice Filtrele sintetice sunt descrise in sectiunea 1.4.7.2. Filtrele sintetice opereaza in general la temperaturi de peste 180-200 grade Celsius pentru panza “Nomex” si pana la 250 grade Celsius pentru filtrele media precum vata sticlata si “teflon” . Ele pot fi folosite la punctul de condensare al emisiunilor din ramurile de hidratare. Filtrul sintetic este

107

pozitionat deasupra hidratorului minimalizand problemele de condensare a partilor solide colectate in proces. S-au folosit diferite tipuri de filtre media incluzand fibra rezistenta la umezeala. Filtrele sintetice bine pastrate pot reduce concentratiile de praf la mai putin de 50 mg/Nm3 . In unele cazuri se poate atinge chiar 5 mg praf pe m3 zilnic cu filtre sintetice insa in acest caz trebuiesc schimbate dispozitivele de 1-3 ori pe an. Cauza acestor schimburi frecvente difera la fiecare caz. Unele cauze generale variatia de temperatura a gazului datorita naturii ciclice a cuptorului axial, nuanta prafului de var si suprafata insuficienta de filtrare. Suprafata insuficienta de filtrare poate cauza o reactie de filtrare prea mare cand aerul de racire ajunge in filtru. Velocitatea mare a gazelor va reduce eficacitatea de curatare, prin urmare presiunea aerului trebuie sa fie marita pentru a curata dispozitivele insa acest lucru va scurta durata de viata a acestor dispozitive. Este recomandata o viteza de filtrare de 0,9 – 1,2 m/min. Intr-un singur caz cauza unei vieti scurte a dispozitivelor a fost marimea insuficienta a filtrului. Aceasta problema a fost rezolvata prin largirea filtrului care acum ajunge la cote De sub 55 mg/m3 pentru o durata de viata de 2 ani a dispozitivelor [Junker]. S-au folosit deasemenea dispozitivele “ Gore –Tex” insa si acestea au intampinat probleme de valabilitate in unele cazuri. La o ramura temperatura de operare excesiva a cauzat probleme [Junker] . Filtrul sintetic ar trebui sa aiba mai multe compartimente care sa fie izolate individual in cazul unui esec al dispozitivelor si acestea ar trebui sa mentina performanta in cazul in care un compartiment nu functioneaza .Ar trebui sa existe detectoare de esec a dispozitivelor montate pe fiecare compartiment care sa indic3e aceasta nevoie de mentinere. Nivelul de performanta pe termen lung a filtrelor sintetice depinde de intretinerea filtrului si de cat de des sunt schimbate dispozitivele. Nivelul de emisiune poate fi scazut , insa costisitor. Costurile aproximative pentru inlocuirea filtrului sunt 50 de euro/dispozitiv incluzand materiale, manopera si productia pierduta. Un cuptor Maerz alimentat cu gaz care produce 300 de tone pe zi are nevoie de aproximativ 640 de dispozitive pentru filtre (3,5 m x 0,15 m “Nomex” . Costul total pentru schimbarea completa a dispozitivelor pentru filteru poate fi estimata la 32000 euro. Aceste cifre nu include intretinerea filtrului. Exista mai multe tipuri de bureti printre care cel mai folosit in industria de var este buretele venturii. Gazul este fortat sa treaca printr-un fagas in care velocitatea atinge valori cuprinse intre 60–120 m/s. Apa impreuna cu vaporii din fagas este transformata in picaturi Fine de fortele pneumatice si astfel amestecata cu gazul. Particulele de praf devin mai grele si sunt indepartate cu usurinta intr-un separator de antrenare (de obicei ciclonic) atasat buretelui venturii. Buretii sunt solicitati atunci cand temperatura gazelor evacuate este apropiata de punctul de condensare. Ei sunt folositi uneori la temperaturi mari cand apa raceste gazele si le reduce volumul. Ei se folosesc de asemenea si daca spatiul este limitat.

108

2.4.7.4 Scaderea emisiilor fugitive de praf evacuat O buna administrare poate reduce emisiunea de praf evacuat. Tehnicile aplicate scaderea prafului evacuat din industria de var sunt aceleasi cu cele din industria de ciment; acestea sunt descrise in sectiunea 1.4.7.3. 2.4.8 Deseuri In majoritatea cazurilor praful colectat consta din carbonat de calciu impreuna cu cantitati variabile de oxid de calciu, resturi de combustibili si lut. Tehnicile pentru praful colectat variaza de la incorporarea in produse comerciale ( de exemplu var pentru constructii, var pentru stabilizarea solului, produse din var hidratat) pana la dispersarea lor in sol. Cand se folosesc buretii se fixeaza suspensia colectata, lichidul este in general reciclat, iar corpurile solide umede sunt in cele mai multe cazuri dispersate in sol. 2.5. Cele mai bune tehnici valabile pentru industria de var Pentru a intelege continutul acestui capitol trebuie sa ne intoarcem la prefata acestui document, cu precadere la sectiunea a 5-a din prefata: “ Cum sa intelegem si sa folosim acest document “. Tehnicile si nivelele de consum si/sau emisiune asociate prezentate in acest capitol au fost abordate printr-un proces care implica urmatorii pasi:

• Identificarea problemelor de mediu pentru acest sector; pentru prelucrarea varului este emisiuni in aer si in utilizarea energiei . Emisiunile atmosferice de la ramurile de var include oxizi de nitrogen (NOx) , dioxid de sulf (SO2) , monoxid de carbon (CO) si praf;

• Examinarea tehnicilor celor mai relevante care abordeaza aceste probleme; • Identificarea celei mai bune performante de mediu pe baza datelor valabile in U.E. si in

lume; • Examinarea conditiilor in care se ating nivele de performante; conditii precum costuri, efecte

media, directii ce implica implementarea acestor tehnici; • Selectarea celor mai bune tehnici (BAT) si a nivelelor de consum si/ su emisiuni asociate

pentru acest sector raportat la articolul 2 (11) si Anexa 4 din Directiva. Modul de abordare avansat al Biroului IPPC si al Grupului Tehnic (TWG) a jucat un rol cheie in fiecare dintre acesti pasi si in felul in care informatiile sunt prezentate aici. Pe baza acestei afirmatii si a nivelelor de consum si emisie asociate cu BAT sunt prezentate in acest capitol tehnicile cele mai potrivite pentru acest sector per ansamblu; in multe cazuri aceste tehnici reflecta succesul actual al unor instalatii noi. Unde se prezinta nivelurile de consum si emisie “ asociate cu cele mai bune tehnici” trebuie sa se inteleaga ca acele nivele reprezinta performanta de mediucare ar putea fi anticipata ca si rezultat al aplicatiei in acest sector a tehnicilor descrise, tinand cont de balanta costurilor si de avantajele BAT . Nu exista limite pentru valorile de emisie sau consum. In unele cazuri se pot atinge nivele de consum sau emisiune mai bune datorita costurilor implicate sau consideratiilor media insa acestea nu pot fi luate in considerare in aceeasi masura ca si BAT pentru intreg sectorul. Totusi asemenea nivele pot justifica in unele cazuri extreme unde exista forte directoare specifice. Nivelele de emisiune si consum asociate cu folosirea BAT trebuie vazute impreuna fara nici o alta conditie specifica.

109

“ Conceptul de nivele asociate cu BAT” este diferit de termenul nivel realizabil folosit cu alta ocazie in acest document. Cand un nivel este descris ca fiind realizabil folosind o anumita tehnica sau o combinatie de tehnici, aceasta ar trebui sa insemne ca nivelul poate fi atins dupa o perioada substantiala de timp cu o instalatie sau proces bine intretinut sau operat folosind aceste tehnici. Unde a fost cazul s-a prezentat datele privind costurile impreuna cu descrierea tehnicilor abordate. Acestea insa nu indica foarte bine magnitudinea costurilor implicate. Totusi costul actual de aplicare a unei tehnici depinde mult de situatia specifica ce implica taxe, impozite, caracteristici tehnice. Nu este posibila evaluarea unor factori specifici in intregime din acest document. In absenta datelor ce privesc costurile se trag concluzii despre viabilitatea economica a tehnicilor din observatiile instalatiilor existente. BAT pot fi folosite pentru a evalua performanta actuala a instalatiei existente si astfel putem vorbi despre conditiile bazate pe BAT pentru acea instalatie. Bineinteles , se poate prevedea ca se vor crea instalatii noi care sa functioneze la nivele superioare de BAT. Chiar si unele instalatii actuale pot depasi standardele BAT. Nivele de emisiune date mai jos sunt exprimate ca o medie zilnica si in conditii standard la 273 K, 1O1,3 kPa, 10% oxigen si gaz cu exceptia ramurilor de hidratare pentru care conditiile sunt cele de emitere.

Masuri primare generale Cele mai bune tehnici pentru prelucrarea varului include urmatoarele masuri primare generale:

• Un proces al cuptorului stabil si fin care opereaza la parametrii procesului este benefic pentru toate emisiunile cuptorului cat si pentru utilizarea energiei. Acesta poate fi obtinut aplicand:

- Optimizarea controlului procesului.

• Minimalizarea consumului de combustibil prin : - Recuperarea caldurii din gazele evacuate.

• Minimalizarea consumului de energie electrica prin

- utilizarea morilor si a altor echipamente bazate pe electricitate cu eficienta mare • Minimalizarea consumului de calcar prin:

- Selectarea cuptorului pentru a optimiza consumul de calcar exploatat - Exploatarea specifica si consumul bine directionat al calcarului( calitate, marime)

• Selectarea atenta si controlul substantelor care intra in cuptor pot reduce/evita emisiunile : - Selectarea combustibililor cu continut scazut de sulf ( mai ales la cuptoarele rotative)

nitrogen si clor. Praf Cele mai bune tehnici pentru reducerea emisiunilor de praf sunt combinarea masurilor primare generale descrise mai sus cu :

• Minimizarea – prevenirea emisiunilor de praf din sursele evacuate dupa cum au fost descrise in sectiunea 1.4.7.3.

• Eliminarea eficienta a materiilor particulare prin aplicarea:

- Filtre sintetice cu compartimente multiple si cu detectoare pentru dispozitivele stricate. - Precipitatori electrostatici - Bureti

110

Emisiunea BAT asociata cu aceste tehnici este 50 mg/m3 . Acest nivel de emisiune poate fi atins de catre filtrele sintetice si/sau precipitatori electrostatici si/sau bureti la diferitele tipuri de instalatii din industria de var. Deseuri Utilizarea prafului a varului nestins fara intrebuintare si a varului hidratat in produsele comerciale este considerata ca fiind parte constitutiva a BAT.

• • •

2.6 Tehnici de rezerva in industria varului

2.6.1 Calcinarea in pat fluidizat

Calcinarea pietrei de var fin divizata, in pat fluidizat, a fost practicata de-a lungul timpului pe scara redusa, avand avantaje precum:

utilizarea de clase suplimentare de finete (calitate) a pietrei de var (calcar); emisii scazute de NOx, si emisii scazute de SO2 cand se utilizeaza combustibil cu continut ridicat de sulf.

Cu toate acestea procesul nu se desfasoara cu caldura redusa, produsul fin divizat nu este potrivit pentru multe aplicatii si cantitatea de carbonat de calciu rezidual este relativ ridicata. Problemele initiale in ce priveste utilizarea tehnicii pentru capacitati de productie in exces de 150 tone/zi, par sa fie depasite. Figura 2.11, care urmeaza ilustreaza schematic un cuptor cu pat fluidizat. Piatra de var fine este alimentata intr-un preincalzitor folosind aer preincalzit de la gazele exhaustate din cuptor si trecute prin schimbatorul de caldura. Calcarul preincalzit intra apoi in primul reactor cu pat fluidizat in care temperatura este crescuta si unde incepe calcinarea pietrei de var. In timpul calcinarii piatrei de var, varul nestins trece prin peretele separator in urmatorul pat fluidizat in care are loc calcinarea totala. Varul nestins este trecut apoi in racitor pentru racire cu aer ambiental.

111

Desi tehnologia cu pat fluidizat poate determina emisii mai scazute de poluanti decat alte tehnologii cu cuptor de var, nu este bine tolerata (proven) si poate furniza doar var fin cu reactivitate ridicata.

•

2.6.2 Calcinatorul cu scanteie/ preincalzitor suspendat In industria cimentului s-a dezvoltat tehnica alimentarii pietrei de var fin divizata prin intermediul unui preincalzitor suspendat, intr-un calcinator cu scanteie. Oricum, aceasta este potrivita pentru un numar limitat de tipuri calitative de piatra de var si a fost folosita doar in cateva instalatii. De curand, in Australia au fost instalate doua astfel de cuptoare. Intr-una dintre acestea, produsul de la calcinatorul cu scanteie este trecut printr-un cuptor rotativ scurt. Sectiunea rotativa este proiectata pentru controlul % de CaCO3 si reactivitatii varului fara specificatii din partea beneficiarului (customer). Tehnica este in mod special adecvata pentru calcarele “nisipoase”, in calcinatorul cu scanteie limita de alimentare acceptata fiind de ordinul 0-2 mm. Costurile de capital sunt ridicate ceea ce implica limitarea utilizarii lor pentru nivele de productie relativ mari. (ex. aprox. 500 tone/zi). 2.6.3 Adaosuri de absorbtie pentru reducerea emisiilor de SO2 Utilizarea absorbantilor pentru reducerea emisiilor de SO2 este bine pusa la punct in alte tipuri de industrii. Nu a fost insa adoptata in cazul utilizarii cuptoarelor de var rotative. Urmatoarele tehnici necesita investigari suplimentare:

utilizarea pietrei de var fina: la cuptorul rotativ vertical alimentat cu dolomita s-a observat ca reducerea semnificativa a emisiilor de SO2 poate avea loc daca materialele grosiere introduse in cuptor (feedstones) contin calcar fin divizat in cantitati mari sau au tendinta sa se sfarame la

112

incalzire. Calcarul fin divizat calcinat este introdus in gazele din cuptor si elimina SO2 pe ruta si in interiorul colectorului de praf.

• injectia varului in aerul de combustie: tehnica patentata (EP 0 734 755 A1) asigura reducerea emisiilor de SO2 de la cuptorul rotativ prin injectia rapida a varului hidratat in aerul alimentat in zona de ardere a cuptorului. injectia unui absorbant in gazele exhaustate: o tehnica recunoscuta pentru reducerea concentratiei de SO2 in emisiile gazoase este urmatoarea:

•

a) injectia unui absorbant (de ex. var hidratat sau bicarbonat de sodiu) in curentul gazos, si b) asigurarea unei perioade de timp suficient de retinere a gazului intre punctul de injectie si

colectorul de praf (de preferat cu utilizarea unui filtru de tesatura) pentru asigurarea unei absorbtii eficiente.

Aceasta tehnica se considera fezabila in cazul cuptoarelor rotative de var. 2.6.4 Managementul CO-la varf Tehnica managementului CO-de varf fiind dezvoltata pentru cuptoarele de ciment prevazute cu precipitatoare electrostatice (PE), poate fi aplicata in unele situatii, cuptoarelor de var rotative prevazute cu PE. Asadar, emisiile de praf (kg/tona de produs) urmand dezactivarii cu PE sunt in mod obisnuit foarte mult scazute in cazul cuptoarelor de var fata de cele de ciment datorita marimii relativ grosiere a pietrei de var in conditiile in care recircularea prafului nu are loc. 2.6.5 Filtre de ceramica Filtrele ceramice nu sunt utilizate in mod curent in cuptoarele de var. Cu toate acestea ele pot sa asigure indepartarea eficienta a prafului din gaze la temperaturi ridicate, fiind posibila – in interiorul cuptoarelor rotative ce produc dolomita sinterizata - desprafuirea gazelor la temperaturi mari, ceea ce ar permite ca utilizarea sistemelor de recuperare a caldurii sa devina o solutie viabila. 2.7 Concluzii si recomandari Expertii nominalizati in Grupul tehnic de lucru a Statelor Membre, Norvegia, Biroul European de Mediu si Industrie Europeana (EuLA - Asociatia Europeana a Varului) au luat cu totii parte la acest schimb de informatii. Acestia nu au avut prea multe informatii usor disponibile despre industria varului, iar sursele de informatii au fost doar cateva. EuLA a fost de ajutor in colectarea si furnizarea informatiilor, dar nefiind o asociatie industriala mare nu a avut multe informatii disponibile in momentul in care s-a inceput acest schimb de informatii. Nu sunt disponibile nici multe informatii economice. Inainte de actualizarea si punerea in aplicare a acestui document de referinta poate fi util sa se supravegheze tehnicile utilizate curent, emisiile si consumurile si monitoringul industriei varului.

113

REFERINTE [Aspelung S. Aspelung , membru al Grupului tehnic Centrul de Mediu Regional de sud- vest, Finlanda P.O Box 47, SF- 20801 Turku, Finlanda [Propunerea BAT Austria, 1996] Bundesministerium fur wirtscchaftliche Angelegenheiten, Austria Inginer-diplomat R. Goller , Abteilung III/6 Zementherstellung, Iulie 1996 Propuneri/informatii pentru IPPC Referinte BAT pentru industria cimentului [Raport Austria, 1997] Agentia federala de mediu, Austria Criterii de baza pentru cimentul BAT, UBA –IB –560 ( septembrie 1997) [Raport Austria , 1998] Agentia federala de mediu, Austria Beste Verfugbare Technik bei Anlangen zur Zementherstellung, M- 105 (1998) [Studiu Austria, 1997] A.Hackl (Weitra/Viena), G.Mauschitz (TU/Viena) Emissionen aus Anlagen der Osterrichischen Zementindustrie nII, Jahresreihe 1994 – 1996 (Iulie 1997) [Bournis] N.Bournis, membru al Grupului Tehnic Prefectura din Tesalonic, Departamentul de Protectia Mediului Vas. Olgas Street 227, GR-54655 Tesalonic, Grecia [Branschrapport, 1994] Agentia de Protectia Mediului, Suedia, Expert: Per Junker Kalkbruk, Anuarul pentru 1994 ( septembrie 1995) (Raportul annual al industriei de var din Suedia pe anul 1994) [Cembureau] Cembureau – Asociatia europeana de ciment Rue d’Arlon 55, B –1040 Brussel, Belgia Tel: = 32 2 234 10 11, Fax: = 32 2 230 47 20, Email : cembureau@infoboard.be [Cembureau raport, 1997] Cembureau - Asociatia europeana de ciment Cele mai bune tehnici pentru industria de ciment, Noiembrie ,1997 O contributie a Industriei Europene de Ciment la schimbul de informatii si pregatire pentru documentul de referinta IPPC BAT in industria cimentului

114

[Cementa AB ,1994] Cementa AB, Slitefabriken Underlag for ompronning av utlappsvillkor – ‘Informatii pentru reevaluarea si modernizarea conditiilor de acces’ – (1994 [Cementa AB ] Informatii obtinute in timpul vizitei la Cementa AB, Fabrica Slite, Suedia, 17 noiembrie 1997 si informatii furnizate cu alte ocazii [Coulburn] D.Coulburn, Agentie de Mediu P.O.Box 519, South Preston, PR 5 8GD,Marea Britania Tel: =441772 339882; Fax: =44 1772 311936 [Dutch report,1997] Ministerul Mediului Inconjurator si al Planificarii Geografice , Olanda Note despre BAT pentru productia de ciment Clinker (1997) [Anuarul Mineral al CE , 1995] Comisia Europeana, DG III Ciment, Anuarul Mineral European, cap.22, 129-133 (1995) Var, Anuarul Mineral European , cap.24, 140-146 (1995) [Anuarul Mineral al CE, 1997] Comisia Europeana, DG III Rezumat la capitolul despre var,Anuarul Mineral European, (1997) [Ecotechnici, 1986] Ecotechnici, Atena ,Grecia, coordonat de EC DG XI Raport,Controlul emisiilor din productia de var, numar de contract 85-B6642-11-011-11-N [EuLA] EuLA-Asociatia Europeana de var C/o Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie e.V. Annastrasse 67-71, D- 50968 Koln Tel: +49 221 93 46 74-0, Fax: +49 221 93 46 74-10+14 [Gomes] P.C. Gomes, membru al Grupului Tehnic Ministrul de Economie Portughez Av.Conselheiro Fernando de Sousa 11, P-1092 Lisabona, Portugalia [Goller] R.Goler,membru al Gruoului Tehic Ministrul Austriac de Relatii Externe, Div.III/6 Stibenring 1, A-11011 Viena , Austria

115

[Haug] N. Haug, ,membru al Gruoului Tehic Umweltbundesamt (UBA) Seeckstrasse 6-10, Postfachhh 330022, D-14191 Berlin, Germania [Int.Cem.Rev, Ian//96] W.Rothher, Krupp Polysius AG, Germany Emisiunile de gaze evacuate.Tehnologia de control valabila pentru emisiunile de gaz la indtructriile de ciment. International Cement Review,pag. 39-43, Ianuarie 1996 [Int.Cem.Rev, Oct/97] Asociatia Britanica de ciment Prevenirea si reducerea emisiunilor de NOx International Cement Review , pag. 5551-59. October 1997 [Asociatia de Ciment din Japonia, 1996] Asociatia de Ciment din Japonia Hattori Bldg No1-10-3. Kyobashi, Chhhuo-Ku, Tokyo 104, Japonia Tel: + 81 3 35 61 10 30 , Fax: + 81 3 35 67 85 70 [de Jonge] L. de Jonge, Director al Departamentului de Industrie, Consiliul pentru Aer si Energie Consiliul General pentru Protectia Mediului P.O.Box. 30945 ,2500 GX Haga, Olanda [Junker] P.Junkker, membru al Grupului Tehnic Agentia de Protectia Mediului, Suedia Lansstyyyreelsen Gotland, S-62185 Visby, Suedia [Jorgensen] P. Jorgensen, MEMBRU AL Grupului Tehnic Nordjyllands Amt, Amtsgaarden Niels Bohrs Vej 30, DKK-9220 Aalbborge Ost, Danemarca [Karlsruhe I, 1996] Institutul Franco-German pentru Cercetarea Mediului, Universitatea din Karlsruhe, patronata de UBA Germania Controlul Emisiunilor la Sursele de Alimentare in Republica Federala Germana , vol.I Controlul emisiunilor oxizilor de sulf si nitrogen (August 1996)

116

[Karlsruhe II, 1996] Institutul Franco-German pentru Cercetarea Mediului, Universitatea din Karlsruhe, patronata de UBA Germania Controlul Emisiunilor la Sursele de Alimentare in Republica Federala Germana , vol.II Controlul emisiunilor metalelor grele (August 1996) (UBA Reasearch Report 1004 02 360 Ianuarie 1997) [LAI, 1994) Arbeitsgruppe des Unterhausschusses Luft/Teknik des Landerausschusses fur Immissiionsschuutz, Germania LAI- Schrifteenreihe Band 9, Erarbbeitung von Anforderungen zur Emmissionsbegrenzung Von Dioxinen und Furanen (Septembrie 1994) [Lohse] J.Lohse, membru al grupului tehnic (EEB) Okopol Nernstweg 32-34, D-22765 Hamburg , Germania [Marchal] F.Marxhal, membru al grupului tehnic Ministrul Mediului Place du Beguinage 16 , B-7000 Mons, Belgia [Materialien, 1997] Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen, patronat de EC DG XI LUA-Materialien No.43, Identificarea surselor industriale de dioxine si furane in Europa, Inventarul european de Dioxin (1997) [Schneider] M. Schneider, membru al grupului tehnic Forschhungsinstitut der Zementindustrie Tennensttrasse 2, D-400476 Dusselldorf, Germania [Schneider,1996] Forschhungsinstitut der Zementindustrie ,Dusselldorf, Germania M. Schneider,K.Kuhhlmann, F..Sollennnnboohmer PCDD/F –Emisiuni din cuptoarele de coment din Germania Compusi Organici, volumul 27,(1996) [Slavin] C.Slavin, membru al grupului tehnic Industria de var Buxton , Tunstead Quarry Wormhill near Buxton, UK-Derbyshire SK17 8TG,Marea Britanie

117

[Symeonidis] K. Symeonidis, membru al grupului tehnic Asociatia industriala de ciment, Grecia Halkidos 22, GRR-11143 Atena, Grecia [TO, 1997] J.A.H.Oates, Varul si piatra de var – chimie si tehnologie,productie si intrebuitare Wiley- VCH, ISBN 3—527-29527-5 (1998) [UK IPC Note, 1996] Agentia de Mediu HMSO, Marea Britanie Prelucrarea cimentului si a varului si a proceselor asociate IPC Note indrumatoare S2 3.01 (1996) [UK Report, 1996] Agentia de Mediu , Marea Britanie O scurta abordare economica si tehnica a proceselor varului si cimentului (1996) Contract Ref: HMIP/CPR2/41/197 [Ullmann’s, 1986] VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim Ciment si Asfalt Enciclopedia lui Ulllman despre chimia Industriala, ed.5-a, vol. A 5, 489-537 (1986) [Ullmann’s, 1990] VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim Var si Piatra de Var Enciclopedia lui Ulllman despre chimia Industriala, ed.5-a, vol. A 15, 317-345 (1990) [Cimentul in lume, Martie 1992] D.Kupper, L.Brentrup-Krupp Polysius, Germania Tehnologia SNCR pentru reducerea NO in industria de ciment X Cimentul in lume , pag. 4-8, Martie 1992 [ZKG, 10/1996] W.Billhardt, K.Kuhlmann, W.Ruhland, M.Schneider, H.Xeller Diminuarea NO in industria de ciment XZGK international , Volumul 49, Nr.10, pag.545-560, (1996) [Okopol Report, 1998] J.Wulff-Schnabel, J.Lohse-Okopol, Nernnstweg 32-34, D-22765 Hamburg, Germania Evaluarea economica a tehnicilor de diminuare a NO in industria de ciment european XRaport realizat pentru DG XI, contract nr. B4-3040/98/000232/MAR/E1

118

GLOSAR PENTRU TERMENI SI ABREVIERI Atm atmosfera (1 atm = 101325 N/m2) Ag argint Al aluminiu Al2O3 oxid de aluminiu As arseniu Bar ( 1.013 bar = 1 atm) Ba bariu Be beriliu CSt centistoc oC grade Celsius Ca calciu CaCO3 carbonat de calciu CaO oxid de calciu Ca(OH)2 hidroxid de calciu Cd cadmiu Co cobalt Cr crom Cu cupru CH4 metan CN cianida CO monoxid de carbon CO 2 dioxid de carbon Dolomita tip de piatra de var a carei fractiuni carbonate este dominata de dolomita Minerala, carbonat de magneziu cu calciu [CaMg(CO3)] e.g. de exempru (exempli ggratia, latina) EP precipitator electrostatic F flor Fe fier Fe 2O 3 oxid de fier Hg mercur HCl acid clorhidric HF acid hidrofluoric H 2O apa H 2S sulfat de hidrogen i.e. adica( id est, latina) kcal kilocalorie (l kcal = 4,19 kJ) kg kilogram ( 1 kg = 1000 g) kJ kilojoul ( 1 kJ = 0,24 kcal) kWh kilowatt ( 1 kwh = 3600 kJ = 0,24 kcal) K 1) potasiu 2. grade Kelvin ( 0oC = 2.15 K) M metru M/min metru/minut

119

m2 metru patrat m3 metru cub µm micrometru (1µm = 10-6m) mg miligram ( 1 mg= 10-3 grame) mm milimetru (1 mm = 10-3 m) mmWG milimetru apa MgCO 3 carbonat de magneziu MgO oxid de magneziu Mn mangan Mt megatona ( 1Mt = 106 tone) MJ megajoul ( 1 MJ = 1000 KJ = 106 jouli) Ng nanogram (1 ng = 10-9 grame) N2 nitrogen Na sodiu Ni nichel Nm3 metru cub normal (101,33kPa, 273 K) NH3 amoniac NH4 amoniu Ω cm centimetru ohm,unitate specifica rezistentei NO monoxid de nitrogen NO2 dioxid de notrogen NOx oxizi de nitrogen O2 oxigen Pb plumb Pd paladiu Pozolan pozolanul reprezinta materiale care, desi nu sunt cimentoase in sine, contin siliciu (si aluminiu) in forma reactiva, capabil de combinatii cu varul in prezenta apei pentru a forma compusi cu proprietati cementoase. Pozolanul natural se compune mai ales dintr-un pamant vulcanic fin. Pozolanul artificial este o combinatie de cdenusa si zgura stinsa cu apa. Cimentul pozolanic cimenturile pozolanice sunt amestecuri de ciment Portland si Material pozolanic care poate fi fie natural sau artificial. Pozolanul natural sunt mai ales materiale de origine vulcanica Dar ele include pamant diatomatos.Materialele artificiale includ Cenusa, lut ars si argila. Pt platina PCDDs dibenzodioxizi policlorhidrati PCDFs dibenzofurani policlorhidrati Rh rodiu Sb antimoniu (stibiu) Se seleniu Calcar silicios calcar ce contine dioxid de siliciu (SiO2) SiO2 dioxid de siliciu Sn cositor SCR reducere catalitiva selectiva SNCR reducere ne-catalitica selectiva

120

SO2 dioxid de sulf SO3 trioxid de sulf SOx oxizi de sulf T tona (metrica) Te teluriu Ti titan Tl taliu tpa tone/an TCDD tetraclorodibenzodioxid TE echivalenti de toxicitate (dioxizi si furani) TEQ echivalenti de toxicitate (dioxizi si furani) TOC carbon organic total V vanadiu VOC compusi organici volatili Zn zinc %v/v procentaj pe volum

121

ANEXA A : LEGISLATIA NATIONALA SI INTERNATIONALA IN VIGOARE Limitele de emisiuni nationale pentru producerea CIMENTULUI in Uniunea Europeana Tabelul de mai jos furnizeaza ELV-urile nationale. Aplicatiile cifrelor sunt diferite de la o tara la alta (timpul mediu, conditiile de referinta, tehnicile de masurare, criteriile de evaluare, etc.) Praf Mg/Nm3

Date Bazate Pe

Ramura noua/modificata sau existenta

Total cuptoare

Racire suprapusa

Macinarea cimentului

Alte resurse

Austria

Na (a) Noua/modificataExistenta

50 50

50 50

50 50

50 50

Belgia P Noua/modificataExistenta

50 50-150

50 50-450

50 50-150

50-150

Danemarca P Existenta 50 (b) 50 (b) 50 (b) 50(b) Finlanda P Noua/modificata

Existenta 50

50 (c) 50 50

30-50 30-50

30-50 30-50

Franta Na Noua/modificataExistenta

50 50 (d)

100 100(d)

50 50 (d)

30 30

Germania Na Noua/modificataExistenta

50 50

50 50

50 50

50 50

Grecia Na/R Noua/modificataExistenta

100 150

100 150

100 150

Irlanda Na Noua/modificataExistenta

50 50

100 100

75 75

50 50

Italia Na/P Existenta 50 50 50 50 Luxemburg P Existenta 30(f) Olanda P 15(F) 10(f) 10(f) 10(f) 10(f) Portugalia Na Noua/modificata

Existenta 50 100

100 100

75 75

50 50

Spania Na Noua/modificata

Existenta

400/250(g)100(h)

170/100(g)100(h)

170/100(g)100(h)

300/250(g) 75(h)

300/250(g) 75(h)

300/250(g)75(h)

300/250(g)50(h)

Suedia P Existenta 50(i) 50 50 20 Marea Britanie

Na(j) Noua/modificataExistenta

40(k) (1)

50(k) (1)

40(k) (1)

50(k) (1)

Na= lege nationala; R= lege regionala; P = ordonanta

a) Media zilnica si conditiile de referinta la 273 K, 101.3 kPa, gaz si 10% O2. b) Limite sub medie. Conditii de referinta la 273 K, 101,3 kPa, gaz si 10% O2 c) Ramura existenta trebuie sa intruneasca 50 mg/Nm3 pana in Ianuarie , 2001.

Medii lunare si conditii de referinta de 10% O2 si gaz d) Ramura existenta cu emisie <150mg/ Nm3 trebuie sa intruneasca limita pentru

noua ramura pana in 2001. e) Ramura existenta ce trebuie sa intruneasca limita pentru o noua ramura pana in 2001 f) Valori medii zilnice

122

g) Limite curente h) Limite ce nu se considera i) Valoare medie zilnica. O valoare limita de 90 mg/Nm3 se aplica pentru media lunara j) Note informative IPC S2 3.01. k) Communicate informative l) Communicate informative care nu se aplica la ramurile existente dar care sunt un factor

pentru limitele acestora [Bazate pe [Cembureau report, 1997] si informatii furnizate de expertii TWG] SO2,NOx

mg/Nm3

PCDD/Fs

Date Bazate pe

Ramura noua/modificata sau existenta

Total cuptoare

Racire suprapusa

Macinarea cimentului

Alte resurse

Austria

Na (a) Noua/modificataExistenta

200 200

400 400

500 1000

50 50

Belgia P Noua/modificataExistenta

1000 1000

1800 1800

Danemarca P(a) Existenta 50/250/450 Fara limita

1200/2500/ 850 ( c)

Fara limita

Finlanda P(d) Existenta 150--400

1200-1400

Franta Na Noua/modificataExistenta

500 500 (e)

1200/18001200/1800

(e,f)

1200/1500/1800 (g)

1200/1500/1800 (g)

Germania Na Noua/modificataExistenta

400 400

400 400

500 800

Grecia Irlanda Na Noua/modificata

Existenta 400 400

700 700

1300 1300

n.a. n.a.

Italia Na/P Noua/modificataExistenta

600

1800

10000(h) 10000(h)

Luxemburg P Existenta 100(i) 800(j) 0,1(k) Olanda P Existenta (l) 1300(j) 0,1 Portugalia Na Noua/modificata

Existenta

400

1300 0,l 0,1

Spania Na Noua/modificata

Existenta

2400/6000 (m)

600(n) 2400/6000

(m) 600(n)

2400/6000(m)

1800(n) 2400/6000

(m) 1800(n)

1300/1800(n)

Suedia P Existenta <200 <200 0,1 Marea Britanie

Na(o) Noua/modificataExistenta

200(p) (q)

600-2500 ( r)

900(p) 500-1200 (q) (s)

123

Na= lege nationala; R= lege regionala; P = ordonanta

a) Media zilnica si conditiile de referinta la 273 K, 101.3 kPa, gaz si 10% O2. b) 5 pentru procesul semi-uscat, 250 pentru procesul la umezeala si 450 pentru procesul la

umezeala cu bureti si cu recuperare de caldura; limite ce nu intra in discutie. c) 1200 pentru procesul semi-uscat, 2500 pentru procesul la umezeala si 850 pentru

procesul la umezeala cu bureti si cu recuperare de caldura; limite ce nu intra in discutie. d) Medii lunare, conditii de referinta de 10% O2 si gaz. e) Ramura existenta trebuie sa intruneasca limita pentru o noua ramura pana in 2001. f) 1200 mg/Nm3 daca ≥ 200 kg/h; 1800 mg/Nm3 daca <200 kg/h. g) 1200 mg/Nm3 pentru procesul uscat cu recuperare dr caldura, 1500 mg/Nm3

pentru procesele semi-uscate si semi-umede si 1800 mg/Nm3 pentru procesele uscate si umede fara recuperare de caldura.

h) Regula generale pentru orice fel de emisiune industriala i) Media pe jumatate de ora j) Valoarea medie zilnica k) Media pe 6 ore l) 90 kg/h medie zilnica, maximum 375 tone/an. m) Limite curente n) Limite ce nu intre in discutie o) Note informative IPC S2 3.01. p) Communicate informative q) Communicate informative care nu se aplica la ramurile existente dar care sunt un factor

pentru limitele acestora. r) Valorile limita reflecta nivelele actuale ale comunicatelor. Medii zilnice si conditia

gazului si continutul actual de O2 . s) Communicate actuale, medii zilnice,nu toate ramurile au limite curente.

[Bazate pe [Cembureau report, 1997] si informatii furnizate de expertii TWG] Tabelul urmator furnizeaza ELV-ul national pentru metale si alte emisiuni din cuptorul de var ca si pentru tabelele anterioare, aplicatiile cifrelor sunt diferite de la o tara la alta.

Metale, altele Mg/Nm3

Intervalul de

masurare

∑ (Cd, Tl Hg)

∑ (Sc, Te,As, Co, Ni)

∑(Sb,Pb,Cr, Cu, Mn, V,Sn)

TOC HCL HF NH3 CO

Austria

3 ani (a) 0.1/0.2 (b)

1.0 ( c)

Belgia 6 luni 0.2 1 (d) 5 75(e) 30 5 Danemarca Finlanda Franta 1 an 0.2 1.0 5.0 (f) Germania 3 ani 0.2 1..0 5.0 (g) (h) 30(i) 5(i) Grecia Irlanda Italia Variaza 0.2 0.1(l)

1.0(k) 5.0(l) 5.0(m)

(n) 30 5 250

124

Luxemburg 1 an 0.2 1 5(p) 30 30 5 Olanda 1 an 0.15 1.00(q) 1.00(q) 40 10 1 Portugalia 6 luni 0.2 1.0 5.0 50 250 50 1000Spania Variaza 0.2 (r) 1.0 (r) 5.0(r) Suedia 1 an (s) (s) (s) Marea Britanie

a) Media jumatatilor de ora si conditiile de referinta la 273 K, 101.3 kPa, gaz si 10% O2. b) Grupurile de Cd, Tl, Be. Limita 0.1 se aplica individual, 0.2 se aplica pentru suma . c) As, Co, Ni, Pb. d) As, Co, Ni. e) Cu exceptia CH4 f) Zn inclus g) Ceanuri sub forma de CN, floruri precum F, Pt, Pd si Rh incluse h) Limitele sunt cerute pentru compusii organici impartiti in trei clase in functie de pericolul acestora: CLASA I: 20, CLASA II: 100, CLASA III: 150 i) Limita de emisiune se aplica pentru suma de acestia si alti compusi. j) Doar Se si Te k) As, Cr, (VI), Co, Ni. l) Sb, Cr(III), Mn, Pd, Pb, Pt, Cu, Rh, Sn, V m) ∑ (Cd, Tl, Hg, Se, Te, Sb, Cr,(III), Mn, Pd, Pb, Pt, Cu, Rh, Sn, V) n) limitele sunt cerute pentru compusi organici specifici (cca 200) grupati in 5 clase in functie de pericol : : CLASA I: 5, CLASA II: 20, CLASA III: 150, CLASA IV: 300, CLASA V: 600 o) Media pe jumatate de ora. p) ∑ (Cd, Hg, Tl, As, Co, Ni, Se, Te, Sb, Cu ,Pb, Cr, V, fluoruri) . q) ∑ ( Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu Mn, Ni, V, Sn, Se, Te). r) Limite ce nu intre in discutie s) Nu exista limita specificata. Nivelele actuale sunt raportate initial si sunt luate in considerare la

eliberarea permisului. Elementele selectate sunt raportate annual. [Bazate pe [Cembureau report, 1997] si informatii furnizate de expertii TWG]

125

Limitele de emisii nationale in atmosfera din cuptoarele de VAR in U.E. Tabelul de mai jos ofera ELV-ul national. Aplicatiile cifrelor sunt diferite de la o tara la alta. Praf,SO2, NOx, HCl Mg/Nm3

Date bazate Pe

Flux masa Kg/h

Praf SO2 NOx HCl

Austria P 50 Belgia P >0.5

<0.5 50 150

Danemarca P 20-40 500 500 100 Finlanda P 50-150 250 150-200 Franta Na >1

<1 >25

40 100

300

500

50

Germania Na, R >0.5 >5

50 500

500(a) 30

Grecia Na 100/150(b) Irlanda Na 50 750 1800 Italia Na

>5 50

500 1800

Luxemburg Olanda Portugalia Na 150 2700 1500 Spania Na 250 Suedia P 25-50(c) Marea Britanie

Na(d) 40-50 (e) 200(e)

900(e)

Na= lege nationala; R= lege regionala; P = ordonanta

a) Consideratia de la caz la caz a limitei de emisiuni pentru cuptoarele rotative. b) 100 pentru ramurile noi/modificate, 150 pentru ramurile existente c) Pentru cuptoarele de var mai vechi pana la 250 mg/m3. d) Note informative IPC S2 3.01. e) Communicate informative.Comunicatele informative nu exprima nivelul limitelor de

emisiuni ci emisiuni specifice.

[Bazate pe informatii furnizate de expertii TWG].

Legislatia C.E. aplicate la productia de ciment si var;

• Consiliul director 94/67.C.E. cu privire la incinerarea reziduurilor. • Propunerea pentru o directiva cu privire la incinerarea reziduurilor adoptate de comisie in

octombrie, 7, 1998 (O.J. C. 372 din decembrie, 2 1998, pag.11-26)

126

127

ANEXA B : REDUCEREA NOX SI SO2 IN INDUSTRIA DE CIMENT Tabelul de mai jos prezinta numarul de instalatii din U.E. si EFTA cu tehnici de micsorare a NOXsi SO2 .

NOx Racire Mineralizare Combustie SNCR SCR Austria 1 1 Danemarca 1 Franta 10 1 Germania 4 7 15 1 Italia 3 Suedia 1 2 Elvetia 1 Total 13 7 12 18 1

1) va fi in operare la sfarsitul anului 1999

[Bazate pe un esantion Cembureau finalizat in aprilie, 1999 si informatii furnizate de expertii TWG]

SO2 Adaos absorbenti

Bureti umezi Bureti uscati Carbon activat

Austria 1 Belgia 2 Danemarca 2 Germania 11 Italia 1 Suedia 1 Elvetia 1 1 Marea Britanie 1 Total 14 5 1 1 [Bazate pe un esantion Cembureau finalizat in aprilie, 1999 si informatii furnizate de expertii TWG]