[1]

Εφαρμογή Τεχνικών Αντιρρύπανσης σε Τσιμεντοβιομηχανία

Ευστάθιος Παπαλιάκος* Μεταπτυχιακός Φοιτητής

*Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Πανεπιστημιούπολη Ζωγράφου, 15780 Αθήνα

(email: epapaliakos@gmail.com)

Περίληψη. Η Παρούσα εργασία έχει σαν στόχο την συνοπτική παρουσίαση των Υφιστάμενων Τεχνικών Αντιρρύπανσης σε Βιομηχανία Παραγωγής Τσιμέντου. Αρχικά παρουσιάζεται το σημερινό βιομηχανικό πλαίσιο και το προϊόν (τσιμέντο). Στο κεφάλαιο 2, περιγράφεται η διαδικασία παραγωγής τσιμέντου, που εφαρμόζεται στην Ελλάδα από τις αντίστοιχες εταιρίες της αγοράς, αλλά και διεθνώς. Στη συνέχεια, στο τρίτο κεφάλαιο, πραγματοποιείται μια σύντομη παρουσίαση των οικονομικών μεγεθών της υφιστάμενης τσιμεντοβιομηχανίας στην Ελλάδα. Στο Τέταρτο κεφάλαιο αναπτύσσονται σύντομα, τα είδη των καυσίμων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του τσιμέντου. Εν συνεχεία στο Πέμπτο κεφάλαιο γίνεται ανασκόπηση των κυρίων ρύπων που παράγονται από τις βιομηχανίες παραγωγής τσιμέντου. Έπειτα στο Έκτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι γενικές τεχνολογίες καταστροφής αέριων που συναντώνται και εφαρμόζονται στην βιομηχανία. Στο έβδομο κεφάλαιο, αναλύονται εκτενώς οι βασικές τεχνικές Β.Δ.Τ που εντοπίζονται και εφαρμόζονται σε τσιμεντοβιομηχανίες. Τέλος αναφέρονται οι πηγές που χρησιμοποιήθηκαν για την παρούσα εργασία.

Λέξεις κλειδιά: Αντιρρυπανση, Βιομηχανία Τσιμέντου

1. Εισαγωγή

Στη σύγχρονη κοινωνία, τα αναγκαία προϊόντα διαβίωσης του ανθρώπου παράγονται κυρίαρχα από την βιομηχανία. Η εξάρτηση της ανθρωπότητας από την βιομηχανία έχει καταστήσει την τελευταία, έναν από τους κυριότερους παράγοντες της ανθρωπογενούς ρύπανσης. Η διασφάλιση της κατάλληλης ποιότητας ζωής για τους πολίτες πρέπει να είναι το πρώτο ζητούμενο και να ιεραρχείται υψηλότερα από τις ανάγκες για αυξημένη παραγωγικότητα των επιχειρήσεων που υπακούν στους νόμους της αγοράς (προσφορά-ζήτηση). Με τη συμμετοχή των νέων τεχνολογιών και τη μεγαλύτερη αλληλοεπίδραση της τεχνολογίας με την κοινωνία καθώς και με σεβασμό στο περιβάλλον, ο δευτερογενής τομέας παραγωγής λειτουργεί αποδοτικότερα, αποτελεσματικότερα, προς όφελος όλων των κομματιών της κοινωνίας. Ο περιορισμός των ρύπων είναι ιδιαίτερα χρήσιμο αντικείμενο, καθώς βελτιώνει τις συνθήκες διαβίωσης των ανθρώπων και βελτιστοποιεί την διαδικασία της παραγωγής. Μια τσιμεντοβιομηχανία για παράδειγμα θα βρίσκεται στην ίδια θέση και αύριο στην οποία βρίσκεται σήμερα, εκλύοντας την ίδια ποσότητα των ίδιων ειδών ρύπων εκτός εάν πραγματοποιηθεί κάποια βασική τροποποίηση στην παραγωγική διαδικασία. Στις μέρες µας υπάρχει µια αρκετά ανεπτυγμένη τεχνολογία ελέγχου πηγών ρύπανσης στην οποία μπορεί να βασιστεί η βιομηχανία και να επιλέξει την κατάλληλη διαδικασία για την μείωση των εκπομπών της. Οι εκπομπές ρύπων από τις βιομηχανίες ποικίλουν στο περιεχόμενο αλλά συχνά και στην πολυπλοκότητα. Αυτές μπορούν να ελεγχθούν µε εφαρμογή της κατάλληλης τεχνολογίας. Οι τεχνολογίες που έχουν αναπτυχθεί έχουν εν γένει την ευελιξία να εφαρμόζονται ικανοποιητικά σε ευρύ φάσμα παρόμοιων βιομηχανικών εκπομπών, όχι κατ ανάγκη πανομοιότυπων. Συχνά λοιπόν η εξεύρεση λύσης από τον Μηχανικό έγκειται στην ανεύρεση π παρόμοιων βιομηχανιών, µε παρόμοιες εκπομπές, ώστε να εφαρμοστεί το σύστημα ελέγχου που αυτές χρησιμοποιούν εάν βέβαια αυτό κριθεί ικανοποιητικό.

[2]

Το Τσιμέντο.

Το σκυρόδεµα είναι σήµερα το συνηθέστερο δοµικό υλικό για τις κατασκευές κτιρίων και έργων κοινής ωφέλειας. Το τσιμέντο σε ανάμιξη µε το νερό (τσιµεντόπαστα) είναι το συνδετικό υλικό, που χρησιµοποιείται στην παραγωγή του σκυροδέματος. Υπάρχουν πολλών ειδών (τύποι) τσιµέντα, µε συνηθέστερο αυτό που καλείται κοινό τσιµέντο Portland (OPC, Ordinary Portland Cement). Το κοινό τσιµέντο είναι ένα γκρίζο λεπτοµερές υλικό, που προκύπτει από τη λειοτρίβηση του κλίνκερ τσιμέντου. Ο λόγος τιµή (αξία) προς βάρος είναι πολύ µικρός για το τσιµέντο γεγονός που το κάνει να είναι πολύ ακριβό για µεταφορά σε µεγάλες αποστάσεις. Οι πρώτες ύλες επίσης για την παραγωγή του τσιµέντου είναι ακόµη χαµηλότερης αξίας και για την ελαχιστοποίηση του κόστους µεταφοράς των πρώτων υλών (θραυσµένος ασβεστόλιθος, αργιλικά πετρώµατα, χαλαζιακά πετρώµατα, σιδηροµετάλλευµα, βωξίτης) οι µονάδες παραγωγής τσιµέντου χωροθετούνται πολύ κοντά στις πηγές πρώτων υλών. Η µεγαλύτερη ποσότητα του παραγόµενου τσιµέντου, για τους παραπάνω λόγους, πρέπει να διατίθεται σε περιοχές και µονάδες παραγωγής σκυροδέµατος πολύ κοντά στα εργοστάσια παραγωγής του. Οι Βιομηχανίες τσιμέντου

Αυτές οι διεργασίες συνδέονται µε την εκπομπή κυρίως σωματιδιακής ύλης σε µμεγέθη

που μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα στους πνεύμονες. Οι επιτρεπόμενες τιμές από τέτοιες εκπομπές έχουν καθοριστεί αρκετά χαμηλά ώστε να προστατεύεται κατά το δυνατόν το εργατικό δυναμικό.

Η βιομηχανία τσιμέντου είναι η βασικότερη της κατηγορίας η οποία µμάλιστα συνδέεται και µε εκπομπές ποσοτήτων οξειδίων του αζώτου από τους περιστρεφόμενους κλιβάνους παραγωγής κλίνκερ που λειτουργούν σε πολύ υψηλή θεοκρασία (>1200οC). Η βιομηχανία γυαλιών εκπέμπει σημαντικές ποσότητες σκόνης µε µμέγεθος σωματιδίων περίπου 300µm. Η σωματιδιακή ύλη σε αυτές τις βιομηχανίες ελέγχεται συνήθως µε ηλεκτροστατικά φίλτρα (ESPs) των οποίων η απόδοση είναι πολύ υψηλή.

Σχήμα 1: Πρώτες ύλες, ενδιάμεσα προϊόντα και τελικό προϊόν στη διεργασία παραγωγής τσιμέντου.

[3]

2. Παραγωγική Διαδικασία

Η βασική χημική διεργασία για την παρασκευή τσιμέντου είναι καταρχάς η θερμική

διάσπαση (800 C) του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3) σε οξείδιο του ασβέστου (CaO, άσβεστος) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Αυτή ακολουθείται από την διεργασία κλινκεροποίησης, κατά την οποία το οξείδιο του ασβεστίου αντιδρά σε υψηλή θερμοκρασία

(1400-1500 C) με οξείδια πυριτίου, αλουμίνα και οξείδια του σιδήρου για να σχηματίσει ασβεστοπυριτικές και ασβεσταργιλικές ενώσεις, οι οποίες συνθέτουν το λεγόμενο κλίνκερ. Το κλίνκερ που παράγεται έτσι, στη συνέχεια αλέθεται μαζί με γύψο για να δώσει το τσιμέντο. Υπάρχουν τέσσερις βασικές μέθοδοι για την παρασκευή τσιμέντου:

– Ξηρά μέθοδος, οι πρώτες ύλες αλέθονται και ξηραίνονται σχηματίζοντας μία λεπτόρευστη σκόνη, την φαρίνα η οποία οδηγείται στην συνέχεια σε προθερμαντή, ή σε κλίβανο προ-ασβεστοποίησης, ή, πιο σπάνια, σε επιμήκη κλίβανο ξήρανσης.

– Ημι-ξηρά μέθοδος, η φαρίνα διαβρέχεται με νερό και σε μορφή pellets (σβώλοι) οδηγείται σε προθερμαντή, πριν τον κλίβανο.

– Υγρή μέθοδος, η αλεσμένη πρώτη ύλη, που συνήθως έχει μεγάλη περιεκτικότητα σε νερό, διαλύεται σε νερό για να σχηματίσει έναν αντλήσιμο πολτό, ο οποίος οδηγείται στον κλίβανο.

– Ημι-υγρή μέθοδος, ο πολτός πρώτα αφυδατώνεται σε φιλτρόπρεσσες. Το στερεό υπόλοιπο (cake) οδηγείται σε προθερμαντήρα ή σε ξηραντήρα για την παραγωγή της φαρίνας.

Η επιλογή της μεθόδου εξαρτάται σε ένα μεγάλο βαθμό από την κατάσταση των πρώτων υλών (υγρές ή ξηρές). Ένα μεγάλο μέρος της παγκόσμιας παραγωγής κλίνκερ βασίζεται στην υγρή μέθοδο, αν και στην Ευρώπη περισσότερο από 75% της παραγωγής χρησιμοποιεί την ξηρά μέθοδο, εξαιτίας της διαθεσιμότητας σε ξηρές πρώτες ύλες. Οι υγρές μέθοδοι είναι περισσότερο ενεργοβόρες, άρα και πιο ακριβές. Στο σχήμα ς που ακολουθεί, διακρίνεται με μορφή ραβδογραμμάτων η ετήσια παραγωγή τσιμέντου στη Ελλάδα, κατά την περίοδο 2005-2014, ενώ στο Σχήμα 3 απεικονίζεται η ετήσια ικανότητα παραγωγής ανά εταιρία (πηγή: Ένωση Τσιμεντοβιομηχανιών Ελλάδας).

Σχήμα 2: Ετήσια Παραγωγή τσιμέντου στην Ελλάδα.

[4]

Σχήμα 3: Ετήσια Ικανότητα τσιμέντου, ανά εταιρία.

Παραγωγή Τσιμέντου

2.1. Οι πρώτες ύλες

Η κυριότερη πρώτη ύλη για την παραγωγή του κλίνκερ είναι τα ασβεστολιθικά πετρώματα, που εξορύσσονται επιφανειακά κοντά στη μονάδα παραγωγής του τσιμέντου. Επειδή, ποσοστό περίπου 80% από τους 1.65 τόνους πρώτων υλών, που απαιτούνται για την παραγωγή 1 τόνου κλίνκερ, είναι ασβεστολιθικό υλικό, είναι προφανής η αναγκαιότητα γειτνίασης της θέσης εξόρυξης ασβεστολιθικών πετρωμάτων και της μονάδας παραγωγής τσιμέντου. Ενδεικτικές πρώτες ύλες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή τσιµμέντου δίνονται παραπάνω (βλέπε Πίνακα 1).

Πίνακας 1: Ενδεικτική σύνθεση (χηµική σύσταση %) τριών πρώτων υλών (1, 2 και 3) για την παραγωγή τσιµέντου

[5]

Το μείγµα των πρώτων υλών (θραυσμένος ασβεστόλιθος, αργιλικά πετρώματα, χαλαζιακά πετρώματα, σιδηρομετάλλευμα, βωξίτης) αναμειγνύονται, θραύονται και λειοτριβούνται. Το λειοτριβηµένο μείγµα υφίσταται πυρομεταλλουργική κατεργασία μέσα σε περιστροφική κάμινο (rotary kiln). Μέσα στις περιστροφικές καμίνους οι λειοτριβημένες πρώτες ύλες θερμαίνονται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες µε καύση των καυσίμων (φυσικό αέριο, πετρέλαιο, γαιάνθρακες) και μετατρέπονται µε φυσικοχημικές διεργασίες σε ένα υλικό γκριζοπράσινου χρώματος σε μορφή σφαιριδίων διαμέτρου 15-25 mm, το οποίο ονομάζεται κλίνκερ τσιμέντου (βλέπε Εικόνα 1).

2.2. Οι περιστροφικές κάμινοι

Οι περιστροφικές κάμινοι είναι ογκώδεις κυλινδρικού σχήματος κατασκευές, επενδεδυμένες εσωτερικά µε πυρίμαχη επένδυση (πυρίμαχα τούβλα), μέσα στις οποίες τροφοδοτείται ομογενοποιημένο και λειοτριβημένο μείγµα (ασβεστόλιθος, αργιλικά πετρώματα, χαλαζιακά πετρώματα, σιδηρομετάλλευμα, βωξίτης) και καύσιμα άνθρακας, πετρέλαιο, φυσικό άεριο ή εναλλακτικά καύσιμα). Παρακάτω (Βλέπε Εικόνα 3) δίνεται ενδεικτικό ισοζύγιο μάζας πρώτων υλών για την παραγωγή 1 kμ τσιμέντου.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι περιστροφικών καμίνων, όμως όλες βασίζονται στην ίδια αρχή λειτουργίας. Οι συνήθεις διαστάσεις των περιστροφικών καμίνων είναι:

Διαστάσεις περιστροφικής καμίνου: D (διάμετρος) µέχρι 6 m, L (µήκος) µέχρι 180 m Η ταχύτητα περιστροφής της καμίνου κυμαίνεται από 1-4 στροφές το λεπτό (rpm). Η περιστροφική κάµινος είναι ελαφρώς κεκλιμένη προς την έξοδό της, για να ρέει (μετακινείται) το υλικό και να αποκενώνεται από το κατώτερο άκρο το προϊόν της (κλίνκερ). Ο χρόνος παραμονής του υλικού μέσα στην κάμινο μπορεί να φτάσει μέχρι 2 ώρες.

Εικόνα 1: Απλοποιημένη απεικόνιση περιστροφικής καµίνου

[6]

Σχήμα 4:: Διάγραμμα ροής διεργασιών παραγωγής τσιμέντου.

[7]

Οι τρείς κύριες διεργασίες παραγωγής του τσιµέντου είναι:

1. Η προετοιµασία των πρώτων υλών (θραύση, λειοτρίβηση, οµογενοποίηση)

2. Η πύρωση και η µεταλλουργική κατεργασία (πυροσυσσωµάτωση ή κλινκεροποίηση) στην περιστροφική κάµινο

3. Η τελική λειοτρίβηση (άλεση) του κλίνκερ (Σχήµα 4.13) και η παραγωγή του τσιµέντου

Εικόνα 3: Ισοζύγιο πρώτων υλών και προϊόντων στην παραγωγή 1 kμ τσιμέντου.

Εικόνα 4: Σφαιρίδια (pellets) µεγέθους 15-25 mm του κλίνκερ τσιµέντου (προϊόν της διεργασίας πυροσυσσωµάτωσης

στην περιστροφική κάµινο).

[8]

2.3. Προσδιορισµός της σύνθεσης του φορτίου, ανάµειξη (οµογενοποίηση) και

ελάττωση µεγέθους (θραύση, λειοτρίβηση)

Οι ποσότητες των πρώτων υλών που θα χρησιµοποιηθούν εξαρτώνται από τις χηµικές

και ορυκτολογικές τους ιδιότητες και από τις ιδιότητες (απαιτήσεις) του κλίνκερ που θα παραχθεί. Μετά τον προσδιορισµό της κατάλληλης σύνθεσης του φορτίου, οι πρώτες ύλες (για ξηρή µέθοδο παραγωγής τσιµέντου) αναµειγνύονται κατάλληλα και οµογενοποιούνται για την παραγωγή ενός οµοιόµορφου µείγµατος που θα υποστεί ελάττωση µεγέθους (λειοτρίβηση).

Η καλή ανάµειξη εξασφαλίζει οµοιόµορφη κατανοµή των πρώτων υλών στην τροφοδοσία του κυκλώµατος θραύσης και λειοτρίβησης και επίσης την παραγωγή κλίνκερ οµοιόµορφης ποιότητας.

2.4. Τα είδη των περιστροφικών καµίνων-Μέθοδοι παραγωγής

Εάν πρόκειται να χρησιµοποιηθούν πρώτες ύλες µε µεγάλο ποσοστό υγρασίας, οι πρώτες ύλες µετατρέπονται πρώτα σε πολφό, κατόπιν υποβάλλονται σε πύκνωση και διήθηση και το υλικό της διήθησης (filter cake) εισάγεται στην περιστροφική κάµινο, οπότε η µέθοδος αυτή χαρακτηρίζεται ως ηµι-υγρή (semi-wet) µέθοδος παραγωγής.

Σήµερα, για λόγους µείωσης της καταναλισκόµενης ενέργειας αλλά και ευκολίας εφαρµογής, η κύρια µέθοδος παραγωγής κλίνκερ τσιµέντου είναι η ξηρή µέθοδος (Βλέπε Σχήµα 4.13) µε προθέρµανση και µερική διάσπαση (πύρωση) του ασβεστολίθου (Preheater precalciner). Στα διάφορα στάδια της ξηρής κατεργασίας γίνονται οι παρακάτω διεργασίες:

I. Προθέρµανση τροφοδοσίας και µερική πύρωση διάσπαση του ασβεστολίθου από τα ανερχόµενα θερµά αέρια (θερµοκρασίες έως 1000 οC)

II. Σχηµατισµός ενδιάµεσων φάσεων από την αντίδραση των πρώτων υλών µεταξύ τους

(θερµοκρασίες 1000-1200 οC) III. Πυροσυσσωµάτωση και σχηµατισµός σφαιριδίων κλίνκερ (θερµοκρασίες 1200-1450οC)

[9]

Στις καµίνους αυτού του τύπου, η ξήρανση, η αποµάκρυνση του συνδεδεµένου νερού

στις πρώτες ύλες, η προθέρµανση στη θερµοκρασία πύρωσης και η µερική διάσπαση (πύρωση) του ασβεστολίθου γίνονται εκτός της περιστροφικής καµίνου. Εξαρτάται από τον τύπο αυτών καµίνων (preheater ή precalciner) το ποσοστό της διεργασίας πύρωσης (διάσπαση) του ασβεστολίθου που ολοκληρώνεται εκτός της καµίνου. Στις καµίνους τύπου preheater 30-40% γίνεται εκτός της καµίνου, ενώ στις καµίνους τύπου precalciner 90% αντιστοίχως. Αυτό καθορίζει και το µήκος που καταλαµβάνει η ζώνη πύρωσης και η ζώνη πυροσυσσωµάτωσης εντός της καµίνου, το οποίο διαµορφώνεται σε 60% και 35% µε διαφοροποίηση του µήκους της ζώνης πυροσυσσωµάτωσης µέσα στην κάµινο σε 40% και 65%, αντιστοίχως (Peray, 1986).

Σχήμα 4: Διάταξη ξηρής µεθόδου παραγωγής κλίνκερ µε προθέρµανση και µερική πύρωσητης τροφοδοσίας (Prehetater ή Precalciner).

Σχήμα 5: Διάταξη ηµι-ξηρής µεθόδου (semi-dry) Lepol παραγωγής τσιµέντου.

[10]

Άλλη µέθοδος παραγωγής είναι η γερµανική ηµι-ξηρή (semi-dry) µέθοδος Lepol κατά την οπoία οι πρώτες ύλες τροφοδοτούνται υπό µορφή συσφαιρωµάτων (pellets). Για το σκοπό αυτό, οι πρώτες ύλες διαβρέχονται ελαφρά µε ψεκασµό οπότε σχηµατίζονται συσφαιρώµατα, τα οποία προθερµαίνονται κατόπιν σε διάταξη τύπου εσχάρας (μrate preheater) µε τη βοήθεια των αερίων εξαγωγής της περιστροφικής καµίνου και κατόπιν εισάγονται στην περιστροφική κάµινο. Επίσης, στην κάµινο τύπου Lepol η ξήρανση, η αποµάκρυνση του συνδεδεµένου νερού στις πρώτες ύλες, η προθέρµανση στη θερµοκρασία πύρωσης και η µερική διάσπαση (πύρωση) του ασβεστολίθου γίνονται εκτός της περιστροφικής καµίνου. Μέσα στην περιστροφική κάµινο ολοκληρώνεται η πύρωση του ασβεστολίθου και η επιτελούνται οι αντιδράσεις µετατροπής των πρώτων υλών σε κλίνκερ. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά επηρεάζουν το µήκος της καµίνου που καταλαµβάνει κάθε ζώνη. Στις καµίνους αυτής της αρχής λειτουργίας, η ζώνη πύρωσης καταλαµβάνει το 55% του µήκους της, ενώ η ζώνη πυροσυσσωµάτωσης το υπόλοιπο 45%. Τα στάδια κατεργασίας μέσα στην κάμινο αναλυτικά είναι τα εξής:

1. Εξάτµιση του ελεύθερου (µη συνδεµένου) νερού 2. Αποµάκρυνση του κρυσταλλικού νερού (συνδεδεµένο νερό) κυρίως από τα 3. αργιλικά πετρώµατα (πρώτες ύλες) 4. Διάσπαση (πύρωση) του ασβεστολίθου 5. Σχηµατισµός των ενώσεων του τσιµέντου

ενώσεις πυριτικού ασβεστίου (C2S, C3S)

αργιλικού ασβεστίου (C3Α)

αργιλοσιδηρούχου ασβεστίου (C4AF) 6. Ψύξη του κλίνκερ (clinker) 7. Ανάµειξη του κλίνκερ (95%) µε γύψο (≈ 5%) και 8. Λεπτοµερής λειοτρίβηση (άλεση) οδηγεί στην παραγωγή τσιµέντου

Σχήμα 6: Διεργασίες που λαµβάνουν χώρα στην περιστροφική κάµινο για την παραγωγή

του κλίνκερ.

[11]

Ουσιαστικό ρόλο στην ποιότητα του κλίνκερ και στις ιδιότητες του παραγόµενου τσιµέντου παίζουν οι διεργασίες ψύξης του παραγόµενου κλίνκερ και η αξιοποίηση της απαγόµενης, µέσω του αέρα ψύξης, θερµότητας. Η θερµότητα αυτή αξιοποιείται για την προθέρµανση της τροφοδοσίας των πρώτων υλών. Το κλίνκερ που εξέρχεται από την περιστροφική κάµινο διέρχεται, µε τη βοήθεια κινούµενης διάτρητης εσχάρας, από θάλαµο όπου ψύχεται µε τη βοήθεια αέρα που εµφυσάται από ανεµιστήρες. Ο αέρας ψύξης θερµαίνεται από το ζεστό κλίνκερ, τα δε εξερχόµενα θερµά αέρια ανακυκλώνονται και οδηγούνται στον πύργο προθέρµανσης για αξιοποίηση της θερµότητας.

2.5. Αποθήκευση και μεταφορά του τσιμέντου Το κλίνκερ, καθώς και τα άλλα συστατικά του τσιμέντου, φυλάσσονται σε σιλό ή σε άλλες κλειστές αποθήκες. Μεγαλύτερα αποθέματα φυλάσσονται σε σωρούς (επιμήκεις σωροί, κυκλικοί σωροί), με τις κατάλληλες προφυλάξεις για την αποφυγή σχηματισμού νέφους σκόνης. Οι εγκαταστάσεις άλεσης μπορεί να βρίσκονται σε διαφορετική τοποθεσία από την υπόλοιπη εγκατάσταση παραγωγής. Η μεταφορά του τσιμέντου στα σιλό γίνεται είτε με πνευματικά, είτε με μηχανικά συστήματα. Τα δεύτερα έχουν μεγαλύτερο κόστος εγκατάστασης, αλλά πολύ μικρότερο κόστος λειτουργίας απ’ ότι τα πνευματικά. Ο συνδυασμός πνευματικών ή κοχλιωτών μεταφορέων με αλυσιδωτά αναβατόρια είναι σήμερα το πιο ευρέως διαδεδομένο σύστημα.

[12]

3. Η οικονομική σημασία τσιμεντοβιομηχανίας

3.1. Ποσότητα ασβεστολιθικών πρώτων υλών για την παραγωγή τσιμέντου

Είναι γνωστό ότι για την παραγωγή 1 τόνου τσιμέντου απαιτούνται περίπου 1,6-1,65 τόνοι πρώτων υλών. Από αυτές το 75%, δηλ. περίπου 0.75x1.65x16.1 εκατ. τόνοι = 19.92 x 106 τόνοι ετήσια, είναι ασβεστολιθικά πετρώματα που χρησιμοποιούνται στην Ελλάδα για την παραγωγή τσιμέντου και επίσης 4-4.5 x 106 τόνοι περίπου ετήσια είναι τα µη ασβεστολιθικά πετρώματα (αργιλοπυριτικά πετρώματα, χαλαζιακή άμμος, βωξίτες, ποζολάνες κλπ.).

Οι πρώτες ύλες και τα προϊόντα (πεδία εφαρμογής) της τσιμεντοβιομηχανίας δίνονται παρακάτω (Βλέπε Σχήμα 8).

3.2. Ποσότητα ασβεστολιθικών πρώτων υλών (αδρανών) για παραγωγή σκυροδέματος

Αν υποτεθεί ότι, το 90-95% του διατιθέμενου τσιμέντου στην ελληνική αγορά δηλ. (0.90 x 10.35 εκατ. τόνοι ≈ 9.32 εκατ. τόνοι) χρησιμοποιείται για την παραγωγή σκυροδέματος και δεδομένου ότι για κάθε m3 σκυροδέματος απαιτούνται περίπου 300 kμ (0.3 t) τσιμέντου, τότε παράγονται: (9.32/0.3) x 106 = 31.07 x 106 m3 σκυροδέματος Επειδή όμως για κάθε m3 σκυροδέματος απαιτούνται επίσης περίπου 2 τόνοι αδρανών υλικών, τότε απαιτούνται επιπλέον 2 x 31.07 x 106 ≈ 62.14 x 106 τόνοι αδρανών υλικών για σκυρόδεμα.

Οι 62.14 x 106 τόνοι αδρανών υλικών προέρχονται από την κατεργασία (θραύση, ταξινόμηση-κοσκίνιση) ασβεστολιθικού πετρώματος που εξορύσσεται σε λατομεία (νταµάρια) µε επιφανειακή εξόρυξη. Το ποσοστό του αξιοποιήσιμου υλικού (κατάλληλα κοκκομετρικά κλάσματα μετά τη θραύση και κοσκίνιση) ανέρχεται κατά μέγιστο ποσοστό περίπου στο 60-70% του εξορυσσόμενου, δηλαδή πρέπει να εξορυχτούν συνολικά τουλάχιστον:

(62.14 x 106 /0.70) ≈ 88.8 x 106 τόνοι ασβεστολιθικού πετρώματος για την παραγωγή του σκυροδέματος.

Σχήμα 8: Πρώτες ύλες και προϊόντα (πεδία εφαρμογής) της βιομηχανίας τσιμέντου και σκυροδέματος.

Σχήμα 7: Διάταξη ψύξης κλίνκερ στην έξοδο της καµίνου

[13]

3.3. Ποσότητα ασβεστολιθικών πρώτων υλών για την παραγωγή τσιµέντου και σκυροδέματος

Οι συνολικοί τόνοι ασβεστολιθικού υλικού για τσιμέντο και σκυρόδεμα ετησίως είναι:

(19.92 + 88.80) x106 ≈ 108.72 x 106 τόνοι ασβεστολιθικών πετρωμάτων. Για λόγο αποκάλυψης (στείρα / ασβεστολιθικό υλικό) = 1:5, σύμφωνα µε μέτριους υπολογισμούς, η ποσότητα αυτή προσαυξάνεται κατά 20% δηλ. η συνολική ποσότητα εξορυσσόµενου υλικού ανέρχεται σε: (108.72 x 106) x 1.2 ≈ 130.5 x 106 τόνοι ή περίπου 49.2x106 m3 ασβεστολιθικών πετρωμάτων (ειδ.βάρος ασβεστολίθου 2.65 τόννοι/ m3) και υλικό αποκάλυψης.

Σ’ αυτήν την ποσότητα δεν έχουν ληφθεί υπόψη οι µη ασβεστολιθικές πρώτες ύλες στη βιομηχανία παραγωγής τσιμέντου, οι οποίες ανέρχονται σε 4-4.5 x 106 τόνοι για το τσιμέντο (1.8-2.0 x 106 m3) περίπου.

3.4. Αξία εξαγόμενου τσιμέντου

Αν ληφθεί υπόψη ότι η τιµή του εξαγόµενου τσιµέντου είναι περίπου 100 €/τόννο, τότε τα έσοδα από την πώληση του τσιµέντου ανέρχονται ετήσια σε: 5.77x106 τόννοι x 100 €/τόννο = 577 εκατοµµύρια ευρώ ετησίως ή 0.577 δις ευρώ ετησίως

3.5. Αξία παραγόμενου σκυροδέματος

Η σημερινή μέση τιμή του σκυροδέματος στην ελληνική αγορά

(συμπεριλαμβανομένου και του Φ.Π.Α) είναι 90 €/m3. Άρα τα ακαθάριστα έσοδα από την πώληση των 30.27x106 m3 σκυροδέματος ανέρχονται σε: 31.07x106 m3 σκυροδέματος x 90 €/m3 = 2796.3 x106 € ετησίως (περίπου 2.8 δις ευρώ ετησίως)

4. Καύσιµα στην τσιµεντοβιοµηχανία

Τα ορυκτά καύσιµα που χρησιµοποιούνται στις περιστροφικές καµίνους είναι τριών ειδών: Αέρια, υγρά ή στερεά ή συνδυασµός τουλάχιστον δύο ειδών από τα παραπάνω. Τα αέρια καύσιµα, κυρίως φυσικό αέριο (≅ 95% CH4), επειδή είναι το φθηνότερο από τα υπόλοιπα αέρια και έχει µεγάλη θερµογόνο δύναµη λόγω και του περιεχόµενου υδρογόνου, χρησιµοποιείται κατά κύριο λόγο στην τσιµεντοβιοµηχανία και παρουσιάζει ουσιαστικά πλεονεκτήµατα έναντι των άλλων ορυκτών καυσίµων. Αυτά είναι τα εξής:

Δεν χρειάζεται καµιά προετοιµασία ξήρανση, λειοτρίβηση ή προθέρµανση.

Η καύση λαµβάνει χώραν µόλις αναµειχθεί µε την κατάλληλη ποσότητα αέρα και η θερµοκρασία έναυσης φθάσει στην επιθυµητή τιµή της

Η ατµόσφαιρα στη ζώνη καύσης είναι «διαυγής» σε σχέση µε αυτή που εµφανίζεται στις περιπτώσεις καύσης πετρελαίου ή άνθρακα

Απλά συστήµατα καύσης χωρίς ουσιαστική ανάγκη συντήρησης

[14]

Περιβαλλοντικά πλεονεκτήµατα, λόγω χαµηλών εκποµπών αερίων του θερµοκηπίου και άλλων εκποµπών

Επιπλέον πλεονέκτηµα της έναυσης του φυσικού αερίου θεωρείται η µη

αναγκαιότητα σηµαντικής ποσότητας αρχικού αέρα, ώστε η δευτερογενής παροχή θερµού αέρα χρησιµοποιείται αποκλειστικά στην καύση µέσα στην κάµινο. Επειδή η θερµοκρασία στη ζώνη έναυσης εµφανίζεται υψηλότερη στην περίπτωση χρήσης φυσικού αερίου στην κάµινο σε σχέση µε τα άλλα καύσιµα, απαιτείται κατάλληλη προσαρµογή του καυστήρα και της θέσης του στην έξοδο της καµίνου σε περίπτωση αλλαγής τύπου καυσίµου.

Τα υγρά καύσιµα που χρησιµοποιούνται στην τσιµεντοβιοµηχανία είναι

αποκλειστικά, για λόγους χαµηλού κόστους, βαρέα κλάσµατα της απόσταξης αργού πετρελαίου, τα οποία εµφανίζουν µεγάλο ιξώδες (είναι παχύρρευστα) και απαιτούν ιδιαίτερη φροντίδα (προθέρµανση για να µειωθεί το ιξώδες τους) και προσοχή για την ικανοποιητική τους «εκνέφωση» ώστε να προκληθεί ή έναυσή τους. Για να προκληθεί εκνέφωση, ουσιαστικής σηµασίας παράγοντας για την καλή λειτουργία της καµίνου είναι η επαρκής συµπίεσή τους, επειδή ατελής εκνέφωση (µεγάλο µέγεθος σταγονιδίων καυσίµου) έχει ως αποτέλεσµα ατελή καύση µε αποτέλεσµα την επικάθιση µέρους του «µη καµένου» πετρελαίου στα τοιχώµατα της περιστροφικής καµίνου και ανεπιθύµητη ανάµειξη µε την τροφοδοσία. σε στερεά καύσιµα θεωρούνται οι παντός είδους ορυκτοί άνθρακες, ξύλα, άχρηστα ελαστικά αυτοκινήτων, στερεά οργανικά απόβλητα, τα οποία µπορούν να χρησιµοποιηθούν στην τσιµεντοβιοµηχανία για την παραγωγή ενέργειας (θερµότητα)

Οι ορυκτοί άνθρακες κατατάσσονται σε τρεις κύριες κατηγορίες και συγκεκριµένα

σε ανθρακίτες, βιτουµενιούχους άνθρακες και λιγνίτες

Οι ανθρακίτες είναι οι γεωλογικά παλαιότεροι άνθρακες µε σηµαντικό ποσοστό άνθρακα, µικρό ποσοστό πτητικών και πρακτικά χωρίς υγρασία.

Οι λιγνίτες είναι οι γεωλογικά νεότεροι άνθρακες, µε σηµαντικό ποσοστό πτητικών και υγρασίας και χαµηλό ποσοστό µόνιµου άνθρακα

Οι βιτουµενιούχοι άνθρακες είναι άνθρακες ενδιάµεσης θερµογόνου δύναµης. Η χηµική σύσταση των ανθράκων έχει σηµαντική επίδραση στην καύση τους και οι ιδιότητές τους διακρίνονται στις φυσικές και τις χηµικές

Οι φυσικές ιδιότητες των ανθράκων περιλαµβάνουν τη θερµογόνο δύναµή τους, το ποσοστό υγρασίας, την περιεκτικότητά τους σε πτητικά και την περιεκτικότητά τους σε τέφρα ενώ,

Οι χηµικές τους ιδιότητες αναφέρονται στην περιεκτικότητά τους σε άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και θείο (στοιχειακή ανάλυση).

Το ποσοστό υγρασίας των ανθράκων κυµαίνεται από 0.5-10% περίπου και θεωρείται ως «µειονέκτηµα» των ανθράκων, επειδή αντικαθιστά την καύσιµη ύλη και µειώνει τη θερµογόνο δύναµή τους Τα πτητικά συστατικά των ανθράκων είναι εύφλεκτα αέρια (µεθάνιο, υδρογόνο, µονοξείδιο του άνθρακα) και µη εύφλεκτα αέρια όπως διοξείδιο του άνθρακα και άζωτο. Είναι φανερό ότι µεγάλη περιεκτικότητα σε πτητικά συµβάλει στην εύκολη ανάφλεξη των ανθράκων.

[15]

Τέφρα

Η τέφρα αποτελεί την ανόργανη ύλη των ανθράκων, η οποία κυµαίνεται µεταξύ 5-40% στους άνθρακες και δεν καίεται.

Η περιεκτικότητα σε τέφρα επηρεάζει την απόδοση της καύσης, έχει επίδραση στο προϊόν (κλίνκερ) της διεργασίας πυροσυσσωµάτωσης, επειδή, λόγω της χηµικής συγγένειάς της µε τα οξείδια της φαρίνας, επιδρά στις παραγόµενες φάσεις του κλίνκερ µεταβάλλοντας την αναλογία των διαφόρων οξειδίων της φαρίνας. Επίσης, έχει σηµαντική επίδραση στον εξοπλισµό ελέγχου της αέριας ρύπανσης και απαιτεί ειδικό εξοπλισµό διαχείρισης των στερεών καταλοίπων της διεργασίας.

Μόνιµος άνθρακας

Ο µόνιµος άνθρακας (Fixed carbon, FC) είναι η κύρια πηγή έκλυσης θερµότητας κατά την καύση και χρησιµοποιείται για τον κατ΄ εκτίµηση προσδιορισµό της θερµογόνου δύναµης των ανθράκων

Ο προσδιορισµός του µόνιµου άνθρακα FC στους διαφόρους τύπους ανθράκων προκύπτει µε αφαίρεση του αθροίσµατος (ποσοστό υγρασίας + ποσοστό πτητικών + ποσοστό τέφρας) από την τιµή 100 δηλαδή:

FC = 100 - (ποσοστό υγρασίας + ποσοστό πτητικών + ποσοστό τέφρας) Στον Πίνακα 2 δίνονται ενδεικτικά χαρακτηριστικές φυσικές και χηµικές ιδιότητες

ορυκτών καυσίµων που χρησιµοποιούνται στην τσιµεντοβιοµηχανία.

Πίνακας 2: Χαρακτηριστικές ιδιότητες καυσίµων τσιµεντοβιοµηχανίας

[16]

Ιδιαίτερη σηµασία και προσοχή πρέπει να δίνεται στην περίπτωση χρήσης ανθράκων στις περιστροφικές καµίνους, επειδή τα λεπτοµερή τεµάχια άνθρακα, που προκύπτουν από τη διακίνησή τους και από τις διεργασίες ελάττωσης µεγέθους, προκαλούν προβλήµατα και εγκυµονούν κινδύνους στην καύση. Στις περιπτώσεις αυτές, και για να αποφευχθεί η απόµειξη των λεπτοµερών τεµαχίων από τα χονδροµερή στους σωρούς αποθήκευσης, επιβάλλεται διαβροχή των λεπτοµερών και ανάµειξη των συσσωµατωµάτων µε χονδροµερή τεµάχια. Η παραπάνω πρακτική µειώνει το ποσοστό του άνθρακα που δεν καίεται και επίσης την απαιτούµενη % περίσσεια αέρα.

5. Κύριοι ρύποι

5.1. Οξείδια του αζώτου και άλλες ενώσεις του αζώτου

Τα οξείδια του αζώτου (NOχ) είναι από τις πιο σημαντικές ουσίες όσον αφορά την αέρια ρύπανση από τις εγκαταστάσεις παρασκευής τσιμέντου. Στα καυσαέρια της καμίνου κυριαρχούν τα ΝΟ και τα ΝΟ2 (ΝΟ 90% και ΝΟ2<10%). Υπάρχουν δύο κύριες πηγές παραγωγής ΝΟx:

o ΝΟx από την αέρια καύση: μέρος του αζώτου στον αέρα καύσης αντιδρά με το οξυγόνο για να σχηματίσει διάφορα οξείδια του αζώτου.

o ΝΟx προερχόμενα από το καύσιμο: οι ουσίες που περιέχουν άζωτο και

βρίσκονται χημικά δεσμευμένες στο καύσιμο, αντιδρούν με το οξυγόνο του αέρα για να σχηματίσουν οξείδια του αζώτου.

5.2. Διοξείδιο του θείου και άλλες ενώσεις θείου

Η εισαγωγή του θείου στη διεργασία προέρχεται από τις πρώτες ύλες και τα καύσιμα. Το θείο εμφανίζεται όταν τα σουλφίδια εξατμίζονται μερικώς από τις πρώτες ύλες (περίπου κατά 30%) στο πρώτο στάδιο του προθερμαντήρα. Ο αέρας από αυτή τη μονάδα θα ελευθερωθεί είτε απευθείας στην ατμόσφαιρα, είτε θα τροφοδοτηθεί στο μύλο των πρώτων υλών, εάν αυτός είναι σε λειτουργία. Στο μύλο αυτό, περίπου 50% του SO2 παγιδεύεται από τις πρώτες ύλες. Παρά το γεγονός ότι το περισσότερο θείο δεσμεύεται στο κλίνκερ, οι εκπομπές SO2 είναι γενικά αρκετά σημαντικές και το θείο θεωρείται από τους πιο σοβαρούς ρύπους. Oπως ισχύει για τα ΝΟx και τους άλλους ρύπους, οι εκπομπές SO2 ποικίλουν από εγκατάσταση σε εγκατάσταση. Ακόμα και στην ίδια εγκατάσταση σημειώνονται ευρείες διακυμάνσεις. Τόσο αυξημένες όσο και μειωμένες εκπομπές SO έχουν μετρηθεί στις περιπτώσεις χρήσης εναλλακτικών καυσίμων. Οι διαφορές αυτές είναι συγκρίσιμες με τις φυσιολογικές διακυμάνσεις των εκπομπών θείου.

5.3. Σκόνη

Οι εκπομπές σκόνης είναι αυτό που απασχολεί περισσότερο από περιβαλλοντικής άποψης τη βιομηχανία παραγωγής τσιμέντου. Διακρίνονται σημειακές εκπομπές σκόνης (ελεγχόμενες) και διάχυτες (μη ελεγχόμενες): Οι κύριες πηγές σημειακών εκπομπών σκόνης είναι οι κάμινοι, οι μύλοι της φαρίνας, τα ψυγεία κλίνκερ, καθώς και οι μύλοι τσιμέντου και άνθρακα. Σε όλες αυτές τις υποδιεργασίες, μεγάλοι όγκοι αερίων ρέουν μέσα από κονιοποιημένα υλικά. Ο σχεδιασμός και η αξιοπιστία των σύγχρονων ηλεκτροστατικών φίλτρων και των σακκόφιλτρων εξασφαλίζουν τη μείωση της σκόνης που ελευθερώνεται σε επίπεδα μικρής σημασίας.

[17]

Διάχυτες εκπομπές σκόνης δημιουργούνται από την αποθήκευση και τη διακίνηση των πρώτων υλών του κλίνκερ και των καυσίμων, καθώς και από την κυκλοφορία των οχημάτων μεταφοράς υλικών. Γενικά, οι διάχυτες εκπομπές σκόνης δημιουργούνται από:

• Την κυκλοφορία των οχημάτων μεταφοράς υλικών (α’ υλών κ.λπ.) • Την υπαίθρια αποθήκευση α’ υλών και κλίνκερ • Τη διακίνηση υλικών με οχήματα (τροφοδοσία και απόληψη) • Τη λειτουργία των συστημάτων μεταφοράς (ταινίες, αναβατόρια και κοχλίες)

5.4. Διοξείδιο του άνθρακα (CO2)

Η εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα εκτιμάται σε 800-900 Kμ/τόνο κλίνκερ. Περίπου 60% αυτής της εκπομπής προέρχεται από τη διεργασία ασβεστοποίησης, ενώ 40% σχετίζεται με την καύση του καυσίμου. Το διοξείδιο του άνθρακα της ασβεστοποίησης δεν μπορεί να αλλάξει, όμως οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα από την καύση έχουν προοδευτικά μειωθεί. Τα τελευταία χρόνια έχει επιτευχθεί μία μείωση περίπου 30%, κυρίως λόγω της υιοθέτησης περισσότερο αποδοτικών, από πλευράς καυσίμου, καμίνων.

5.5. Πτητικές οργανικές ενώσεις (H/C, VOC)

Στις θερμικές διεργασίες, η εμφάνιση πτητικών οργανικών ενώσεων και μονοξειδίου του άνθρακα σχετίζεται με την ατελή καύση. Στις κάμινους παραγωγής τσιμέντου οι εκπομπές αυτές είναι αμελητέες, κάτω από συνθήκες μόνιμης κατάστασης, εξαιτίας του μεγάλου χρόνου παραμονής των αερίων στην κάμινο, των πολύ υψηλών θερμοκρασιών και των συνθηκών περίσσειας οξυγόνου. Οι συγκεντρώσεις μπορούν να αυξηθούν σε μικρό ποσοστό κατά τη διάρκεια της εκκίνησης. Οι εκπομπές αλογόνων από πτητικές οργανικές ενώσεις, σε σχέση με την καύση, έχουν ενδιαφέρον μόνον όταν χρησιμοποιούνται εναλλακτικά καύσιμα. Εκπομπές οργανικών ενώσεων εμφανίζονται στα αρχικά στάδια της διεργασίας (προθέρμανση), όπου οι οργανικές ενώσεις που περιέχονται στις πρώτες ύλες αεριοποιούνται, καθώς θερμαίνονται.

5.6. Πολυχλωριωμένες διβενζοδιοξίνες και διβενζοφουράνες (PCDF, PCDD/F)

Οι πρώτες ύλες ή τα καύσιμα που περιέχουν χλωρίδια είναι δυνατόν να προκαλέσουν το σχηματισμό πολυχλωριωμένων διβενζοδιοξινών (PCDD) και πολυχλωριωμένων διβενζοφουρανών (PCDF). Οι PCDD/F σχηματίζονται κατά τη διάρκεια ή μετά την προθέρμανση, εφόσον υπάρχουν πρόδρομες ουσίες διαθέσιμες στις πρώτες ύλες (χλώριο και υδατάνθρακες). Από δεδομένα που έχουν καταγραφεί, οι συγκεντρώσεις ανέρχονται σε 0,1 nμ/m3, το οποίο είναι και το όριο σύμφωνα με την ισχύουσα νομοθεσία στην Ευρώπη.

5.6. Όρια Εκπομπών

Γενικά, τα όρια των εκπομπών για τη βιομηχανία τσιμέντου αφορούν τρεις κύριους ρύπους, NOx, SO2 και τη σκόνη. Μία σύνοψη των ορίων που επιβάλλονται από τη νομοθεσία των ευρωπαϊκών χωρών δίνεται στους παρακάτω Πίνακες. Μερικές χώρες έχουν επιπλέον όρια για κάποια μέταλλα, που βασίζονται σε γενικούς κανονισμούς εκπομπών.

[18]

Ε = Εθνική Νομοθεσία, Τ = Τοπικές Διατάξεις, Α = Άδεια a) Οι υπάρχουσες εγκαταστάσεις εκπομπές <150 mμ/Nm3 πρέπει να ικανοποιούν τα όρια

εκπομπών των νέων εγκαταστάσεων μέχρι το 2001 b) Οι υπάρχουσες εγκαταστάσεις πρέπει να ικανοποιούν τα όρια εκπομπών των νέων εγκαταστάσεων μέχρι το 2001 c) Υφιστάμενα όρια d) Όρια υπό μελέτη e) Η διακοπτόTενη λειτουργία (εκκίνηση/σταμάτημαα) της εγκατάστασης έχει

μέσο μηνιαίο όριο mμ/Nm3 g) Benchmark releases. δεν είναι εφαρμόσιμα στις υφιστάμενες εγκαταστάσεις,

αλλά αποτελούν παράγοντα για να ληφθούν υπόψη τα κατάλληλα όρια

εκπομπών

Πίνακας 3: Όρια εκπομπών σκόνης κατά την παραγωγή τσιμέντου στην Ευρωπαϊκή Ένωση [Cembureau, 2007]

[19]

E = Εθνική Νομοθεσία, Τ = Τοπικές Διατάξεις, Α = Άδεια a) Οι υπάρχουσες εγκαταστάσεις πρέπει να ικανοποιούν τα όρια εκπομπών των νέων εγκαταστάσεων μέχρι το 2001. b) 1200 mμ/Nm3 εάν >= 200 kμ/h; 1800 mμ/Nm3 εάν < 200 kμ/h. c) 1200 mμ/Nm3 για ξηρή διεργασία με θερμότητα recuperation, 1500 mμ/Nm3 για ημίξηρες ή ημίυγρες διεργασίες και 1800 mμ/Nm3 για υγρές και ξηρές διεργασίας δίχως ανακόμιση θερμότητας. d) Γενικός κανόνας για κάθε είδος βιομηχανικών εκπομπών. e) Ισχύοντα όρια.

Πίνακας 4: Όρια εκπομπών αερίων ρύπων (NOx, SO2, PCDD/Fs) κατά την παραγωγή τσιμέντου στην Ευρωπαϊκή Ένωση [Cembureau, 2007]

[20]

f) Όρια υπό μελέτη. Εθνική καθοδήγηση για την εφαρμογή BATNEEC. g) Benchmark releases. h) Benchmark releases. δεν είναι εφαρμόσιμα στις υφιστάμενες εγκαταστάσεις αλλά αποτελούν μελλοντικούς στόχους.

a. Η ομάδα περιλαμβάνει Cd, Tl, Be. Το όριο 0.1 εφαρμόζεται μεμονωμένα για κάθε στοιχείο, το 0.2 ισχύει για το άθροισμα. b. As, Co, Ni, Pb c. As, Co, Ni d. CH4 excepted e. Περιλαμβάνεται και ο Zn f. Τα κυανίδια (διαλυτά) δίδονται ως CN, τα φθορίδια δίδονται ως F. Τα Pt, Pd και Rh περιλαμβάνονται επίσης g. Η οριακή τιμή εκπομπής ισχύει για το άθροισμα αυτού και άλλων ενώσεων. h. Μόνο Se, Te i. As, Cr (VI), Co, Ni j. Sb, Cr (III), Mn, Pd, Pb, Pt, Cu, Rh, Sn, V k. Σ(Cd, Ti, Hμ, Se, Te, Sb, Cr(III), Mn, Pd, Pb, Pt, Cu, Rh, Sn, V)

Πίνακας 5: Όρια εκπμμπών αερίων ρύπων (μέταλλα κ.λ.π) κατά την παραγωγή τσιμέντου στην Ευρωπαϊκή Ένωση (συνέχεια)

[21]

l. Όρια απαιτούνται για συγκεκρμένες οργανικές ενώσεις (περίπου. 200) που είναι ταξινομημένες σε 5 κατηγορίες κινδύνου: ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ I: 5, ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ II: 20, ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ III: 150, ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ IV: 300, ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ: 600. m. Όρια υπό συζήτηση n. Στην άδεια δεν καθορίζονται όρια. Αρχικά γίνεται αναφορά των πραγματικών επιπέδων εκπομπής και αυτά λαμβάνονται υπόψη στην έκδοση της άδειας. Ετησίως γίνεται αναφορά σε επιλεγμένα στοιχεία.

6. Τεχνολογίες καταστροφής αέριων ρύπων

Λέγοντας τεχνολογίες αντιμετώπισης της ρύπανσης ή τεχνολογίες αντιρρύπανσης εννοούµε εκείνες της τεχνολογίες που αναπτύσσονται για να αντιµετωπίσουν ένα υπαρκτό πρόβληµα ρύπανσης, για να ελέγξουν δηλαδή τις εκποµπές κάποιας ρυπογόνου πηγής: το πρόβληµα υφίσταται και προσπαθούµε να βρούµε λύσεις που θα χρησιµοποιηθούν προσθετικά στην διεργασία που εκπέµπει τους ρύπους για την αντιµετώπιση του προβλήµατος.

6.1. Αντιρρυπαντικές τεχνολογίες

Σε αντίθεση, και προς αποφυγή σύγχυσης, θα ονοµάσουµε αντιρρυπαντικές τεχνολογίες τις τεχνολογίες εκείνες παραγωγής ενέργειας ή χηµικών προϊόντων που ειδική µέριµνα στον σχεδιασµό τους, τους προσδίδει µια δυναµική ελάχιστης ρυπογόνου δραστηριότητας. Με άλλα λόγια οι διεργασίες αυτές είναι έτσι σχεδιασµένες ώστε να αποφεύγεται εν τω γεννάστε η δηµιουργία ρύπων.

Το αυτοκίνητο και η βιοµηχανία είναι οι κυριότερες ανθρωπογενείς πηγές ρύπανσης του αιώνα µας. Στο κεφάλαιο αυτό θα ανασκοπήσουµε τις τεχνολογίες που εφαρµόζονται για τον έλεγχο των στάσιµων πηγών ρύπων, δηλαδή της βιοµηχανίας, όπου η ποικιλία και η ποσότητα των εκποµπών είναι πολύ µεγάλη.

6.2. Βασικές διεργασίες και τεχνικές αποµάκρυνσης ρύπων. Ο έλεγχος της ρύπανσης που προέρχεται από στατικές πηγές (βιοµηχανικές µονάδες) ποικίλει τόσο, όσο σχεδόν και οι υπάρχουσες βιοµηχανικές διεργασίες. Κάθε βιοµηχανία έχει τις δικές της εκποµπές και τα συστήµατα ελέγχου θα πρέπει να σχεδιαστούν ως εξ επί τούτου.

Παρακάτω θα προσπαθήσουµε να κάνουµε µια κατά το δυνατόν καλύτερη προσέγγιση του θέµατος. Θα περιγράψουµε αρχικά κάποιες γενικές φυσικοχηµικές τεχνικές που είναι επαρκώς καθιερωµένες για την αντιµετώπιση της βιοµηχανικής ρύπανσης και κατόπιν θα προσπαθήσουµε να προσεγγίσουµε το θέµα πιο ειδικά, αναφερόµενοι σε κάθε τύπου βιοµηχανία ξεχωριστά. Φυσικά θα αναλυθούν οι πιο βασικές βιοµηχανίες.

Οι κύριες διεργασίες (τεχνικές) διαχωρισµού και αποµάκρυνσης αέριων ρύπων που χρησιµοποιούνται γενικώς στην βιοµηχανία είναι:

η απορρόφηση µε υγρά

η προσρόφηση µε στερεούς προσροφητές

η συµπύκνωση

[22]

η χηµική µετατροπή µε καυστήρες ή καταλυτικά φίλτρα (µετατροπείς).

6.2.1 Συσκευές απορρόφησης

Η διεργασία της απορρόφησης είναι καλά γνωστή από την χρήση της στην βιοµηχανία για τον διαχωρισµό των πρώτων υλών αλλά και των παραγόµενων προϊόντων. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί αποτελεσµατικά σε πολλές περιπτώσεις και για την αποµάκρυνση αέριων ρύπων. Η απορρόφηση των ρύπων επιτυγχάνεται χρησιµοποιώντας ένα επιλεγµένο υγρό έκπλυσης (ή διαλύτη) σε πύργους απορρόφησης µε πληρωτικά υλικά ή µε βαθµίδες ισορροπίας.

Οι ρύποι που συνηθίζεται να ελέγχονται µε απορρόφηση είναι το διοξείδιο του θείου, το υδρόθειο, το υδροχλώριο, το χλώριο, η αµµωνία , σε µερικές περιπτώσεις τα οξείδια του αζώτου, καθώς και οι υδρογονάνθρακες χαµηλού σηµείου βρασµού. Η επιλογή του υγρού έκπλυσης γίνεται ανάλογα µε το αέριο που επιθυµούµε να αποµακρύνουµε. Η διαλυτότητα του αερίου στον υγρό διαλύτη πρέπει να είναι υψηλή έτσι ώστε να απαιτούνται λογικές ποσότητες διαλύτη. Ο διαλύτης πρέπει να έχει χαµηλή τάση ατµών για να µην υπάρχουν απώλειες. Πρέπει να είναι µη διαβρωτικός, φθηνός, µη τοξικός, µη εύφλεκτος, χηµικά σταθερός και να έχει χαµηλό σηµείο πήξης. Το νερό είναι ο πιο δηµοφιλής διαλύτης που χρησιµοποιείται σε συσκευές απορρόφησης. Αυτό σε συνδυασµό µε ένα οξύ ή µία βάση µπορεί να παρουσιάσει βελτιωµένη απόδοση στην αποµάκρυνση ενός συγκεκριµένου αερίου. Πχ, για την κατακράτηση διοξειδίου του άνθρακα χρησιµοποιείται υδατικό διάλυµα Ca(OH)2, ενώ το διοξείδιο του θείου είναι εύκολα διαλυτό σε αλκαλικά διαλύµατα, έτσι χρησιµοποιούνται συχνά διαλύµατα που περιέχουν αµµωνία ή αµίνες.

Τα χλώριο, υδροχλώριο, υδροφθόριο, είναι παραδείγµατα αερίων ευδιάλυτων σε νερό. Σε αυτή την περίπτωση το νερό είναι πολύ αποτελεσµατικό για τον έλεγχο τους. Για πολλά χρόνια το υδρόθειο αποµακρυνόταν από αέρια διυλιστηρίων µε χρήση διαιθανολαµίνης.

Οι ατµοί ελαφρών υδρογονανθράκων σε διυλιστήρια πετρελαίου απορροφούνται υπό πίεση σε υγρή βενζίνη και ανακτώνται. Επειδή πολλοί από τους ρύπους της χηµικής βιοµηχανίας έχουν και κάποια οικονοµική σηµασία, καταφεύγουµε συχνά στην ανάκτησή τους από τους διαλύτες στους οποίους έχουν απορροφηθεί.

6.2.2 Συσκευές προσρόφησης

Προσρόφηση µολυσµατικών αερίων γίνεται όταν τα αέρια αυτά έχουν διάθεση εκλεκτικής ρόφησης στην επιφάνεια πορωδών στερεών. Η διεργασία µπορεί να είναι ένα επιφανειακό φαινόµενο µοριακών δυνάµεων (φυσική ρόφηση), αν και κατά κύριο λόγο συµβαίνει µια επιφανειακή χηµική αντίδραση (τύπου χηµειορόφησης) όταν το αέριο και ο προσροφητής έρθουν σε επαφή.Τα στερεά υλικά που χρησιµοποιούνται ως προσροφητές είναι συνήθως πολύπορώδη µε εξαιρετικά µεγάλους λόγους επιφανείας προς βάρος (100-2000 m2/μr).

Τυπικά παραδείγµατα στερεών προσροφητών είναι οι ενεργοί άνθρακες (600-2000 m2/μr), η γ-Al2O3 (100-200 m2/μr), και η σίλικα SiO2 (200-600 m2/μr). Ο ενεργός άνθρακας, για παράδειγµα, είναι άριστος για αποµάκρυνση ελαφριών υδρογονανθράκων, η SiO2 καθώς είναι ένα πολικό υλικό, έχει άριστη συµπεριφορά στην προσρόφηση πολικών αερίων (είναι χαρακτηριστική η χρήση της στην κατακράτηση υδρατµών), ορισµένοι τύποι ζεόλιθων προσροφούν εκλεκτικά το CO2 και υδρογονάνθρακες.

[23]

Οι στερεοί προσροφητές πρέπει να έχουν αντοχή σε θραύση, και να αναγεννιούνται ώστε να επαναχρησιµοποιούνται µετά τον κορεσµό τους από τα µόρια αερίων. Με την αναγέννηση του προσροφητή ανακτούµε ταυτόχρονα τα ροφηµένα αέρια που πιθανόν να έχουν και κάποια οικονοµική αξία.

Η απόδοση των περισσοτέρων προσροφητών είναι πολύ κοντά στο 100 % στην έναρξη της λειτουργίας και παραµένει εξαιρετικά υψηλή σχεδόν µέχρι ο προσροφητής να κορεστεί πλήρως από το ροφούµενο είδος. Σε αυτό το σηµείο ο προσροφητής πρέπει να ανανεωθεί ή να αναγεννηθεί.

6.2.3 Συµπυκνωτές

Σε πολλές περιπτώσεις ο πιο επιθυµητός (λόγω ευκολίας) τρόπος ελέγχου εκροών ατµών πτητικών ουσιών µπορεί να γίνει µε συµπύκνωση. Οι συµπυκνωτές µπορούν να χρησιµοποιηθούν πριν από άλλες συσκευές ελέγχου ρύπανσης ώστε να αποµακρύνουν συµπυκνώσιµα συστατικά. Οι λόγοι που τους χρησιµοποιούµε είναι:

η ανάκτηση πολύτιµων οικονοµικά προϊόντων,

η αποµάκρυνση συστατικών που µπορεί να είναι διαβρωτικά και να καταστρέφουν τα άλλα µέρη του συστήµατος και

η ελάττωση του όγκου των αερίων εκροής. Παρότι η συµπύκνωση µπορεί να επιτευχθεί είτε µειώνοντας την θερµοκρασία είτε αυξάνοντας την πίεση, στην βιοµηχανική πρακτική γίνεται κατά προτίµηση µε µείωση µόνο της θερµοκρασίας.

6.2.4 Καυστήρες και καταλυτικά φίλτρα

Είναι µια ευρέως χρησιµοποιούµενη µέθοδος για τον έλεγχο των οργανικών αέριων εκποµπών είναι την οξείδωση των εύφλεκτων συστατικών προς νερό και διοξείδιο του άνθρακα, αλλά και για ποικίλες άλλες εφαρµογές όπου ένας ρύπος µπορεί µέσω κάποιας χηµικής αντίδρασης να µετατραπεί σε µη-τοξικό συστατικό.

Για παράδειγµα η καταστροφή των ΝΟx βιοµηχανικών εκποµπών γίνεται συχνά σε καταλυτικά φίλτρα όπου εκµεταλλευόµαστε την αντίδραση των ΝΟx µε αµµωνία για µετατροπή και των δυο σε αβλαβές Ν2. Οι συσκευές που χρησιµοποιούνται για την χηµική µετατροπή ρύπων είναι δύο γενικών τύπων:

καυστήρες φλόγας, όπου τα αέρια οξειδώνονται σε έναν θάλαµο ψεκασµού στην θερµοκρασία αυτογενούς ανάφλεξης ή πάνω από αυτήν και

καταλυτικά φίλτρα, όπου τα αέρια οξειδώνονται σε θερµοκρασίες χαµηλότερες από το σηµείο αυτανάφλεξης.

Οι καυστήρες βρίσκουν µεγάλη εφαρµογή στον έλεγχο αερολυµάτων (αεροζόλ),

ατµών και οσµών. Τα καταλυτικά φίλτρα χρησιµοποιούνται πολύ συχνά στην βιοµηχανία για τον έλεγχο των ατµών διαλυτών και των εκποµπών οργανικών ατµών από βιοµηχανικούς φούρνους, καθώς και για τον έλεγχο των Η2S, S2, NΟx,. Ήδη περιγράψαµε και την εκτεταµένη εφαρµογή τους στα αυτοκίνητα. Το κύριο πλεονέκτηµα των καταλυτικών φίλτρων είναι η χαµηλή θερµοκρασία λειτουργίας τους (περίπου 300-500oC), κάτι που έχει θετικές οικονοµικές επιπτώσεις. pς µειονέκτηµα µπορούµε να αναφέρουµε το συχνά υψηλό κόστος του καταλύτη.

[24]

Στα περισσότερα καταλυτικά συστήµατα υπάρχει µια βαθµιαία απώλεια δραστηριότητας εξαιτίας δηλητηρίασης του καταλύτη, έτσι ο καταλύτης πρέπει να αντικαθίσταται σε τακτικά διαστήµατα. Άλλες µεταβλητές που επηρεάζουν τον σωστό σχεδιασµό και την λειτουργία των καταλυτικών συστηµάτων είναι οι ταχύτητες ροής των αερίων (που εκφράζονται µέσω των χρόνων παραµονής), η έκταση της δραστικής επιφάνειας του καταλύτη (που συνήθως εκφράζεται µέσω της διασποράς), και η θερµοκρασία προθέρµανσης που είναι απαραίτητη για την πλήρη µετατροπή των υπό έλεγχο αερίων.

Μετά την έναυση, οι καταλύτες αυτοσυντηρούνται θερµικά από τον εξώθερµο χαρακτήρα των αντιδράσεων που επιτελούν.

[25]

7. Β.Δ.Τ. ΓΙΑ ΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ

7.1. Συνολική θεώρηση των Β. .Τ.

Μια συνολική θεώρηση των Β. .Τ. για την παραγωγή τσιμέντου δίνεται στον

παρακάτω πίνακα :

Πίνακας 6: ΒΔΤ για την παραγωγή τσιμέντου.

[26]

7.2 Παρουσίαση των Β.Δ.Τ.

Γενικές τεχνικές Έλεγχος Διεργασιών / Αριστοποίηση Η αριστοποίηση της διεργασίας έψησης του κλίνκερ γίνεται συνήθως με στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας, τη βελτίωση της ποιότητας του κλίνκερ και την αύξηση της διάρκειας ζωής του εξοπλισμού, μέσω της εξομάλυνσης των παραμέτρων λειτουργίας. Η ελάττωση των εκπομπών είναι ένα από τα παράπλευρα θετικά αποτελέσματα της αριστοποίησης αυτής. Η ομαλή και σταθερή λειτουργία του κλιβάνου, που αποτελεί και την καρδιά της παραγωγικής διαδικασίας του τσιμέντου, κοντά στις καθορισμένες τιμές των μεταβλητών σχεδιασμού του, οδηγεί και σε μειωμένες εκπομπές όλων των ρύπων. Η αριστοποίηση μπορεί επίσης να επεκταθεί και σε άλλες διαδικασίες όπως στην προομογενοποίηση των α’ υλών και τη διαχείριση των καυσίμων (εξασφάλιση σταθερής τροφοδοσίας άνθρακα), όπως επίσης και στη λειτουργία του ψυγείου κλίνκερ. Η ελάττωση των εκπομπών ΝΟx επιτυγχάνεται με τη διατήρηση χαμηλών θερμοκρασιών φλόγας και καύσης στον κλίβανο, όπως και ζωνών με αναγωγική ατμόσφαιρα. Ο ακριβής έλεγχος της περίσσειας οξυγόνου είναι επίσης κρίσιμος παράγοντας στην ελάττωση των εκπομπών NOx. Γενικά, όσο χαμηλότερη είναι η περίσσεια οξυγόνου στο άκρο του περιστροφικού κλιβάνου, τόσο λιγότερο NΟx παράγεται. Παρόλα αυτά, απαιτείται προσεκτικός έλεγχος, ώστε να μην αυξηθούν τα ποσοστά CO και SO2. Η χρήση των ανωτέρω μεθόδων ελέγχου έχει αναφερθεί ότι μπορεί να οδηγήσει σε μειώσεις εκπομπών NΟx μέχρι και 30%. Η μείωση των εκπομπών SO2 επιτυγχάνεται με τη μείωση της πτητικότητας του SO2 σε χαμηλότερες θερμοκρασίες καύσης και φλόγας και οξειδωτική ατμόσφαιρα εντός κλιβάνου με τη διατήρηση σταθερής λειτουργίας του περιστροφικού κλιβάνου που ευνοούν τη δέσμευσή του SO2 από τα οξείδια Mμ, Na, Ca, K κ.λπ. Η μεγαλύτερη μείωση εκπομπών SO2 μπορεί να επιτευχθεί στους μακρούς κλιβάνους υγρής ή ξηράς μεθόδου. Η ομαλή και σταθερή λειτουργία του κλιβάνου και η αποφυγή των διακυμάνσεων που μπορεί να επιτευχθεί με την αυτόματη ρύθμιση και την αριστοποίηση οδηγεί σε λιγότερες υπερβάσεις των επιτρεπόμενων ορίων συγκεντρώσεων CO στα καυσαέρια (CO trips) που έχουν ως αποτέλεσμα το σταμάτημα των ηλεκτροστατικών φίλτρων για λόγους ασφάλειας (αποφυγή έκρηξης) και την εκπομπή μεγάλων ποσοτήτων σκόνης. Εκτιμάται ότι το 50% ή και περισσότερες από τις συνολικές εκπομπές σκόνης από τις καμινάδες των περιστροφικών κλιβάνων προέρχονται από τα CO trips ανα έτος. Η αριστοποίηση της λειτουργίας και του ελέγχου εφαρμόζεται σε όλα τα είδη περιστροφικών κλιβάνων και περιλαμβάνει μέτρα που ποικίλλουν από την εκπαίδευση των χειριστών μέχρι την εγκατάσταση νέων συστημάτων δοσιμετρίας, προομογενοποίησης, αισθητήρωνκ.λ.π

Επιλογή καυσίμων πρώτων υλών

Η προσεκτική επιλογή όλων των υλικών που εισέρχονται στο σύστημα του κλιβάνου (καυσίμων και α’ υλών) μπορεί να οδηγήσει σε μεγάλη ελάττωση των εκπομπών ρύπων. Η επιλογή του καυσίμου επηρεάζει τις εκπομπές του κλιβάνου και ιδιαίτερα τις εκπομπές του SO2, όπως και τις εκπομπές βαρέων μετάλλων. Επίσης, η απουσία χλωρίου και οργανικών ενώσεων στα καύσιμα βοηθά στην εξάλειψη των εκπομπών χλωριωμένων διοξινών και φουρανίων.

[27]

7.3 Τεχνικές μείωσης εκπομπών NOx

Ψύξη της φλόγας

Η προσθήκη νερού στη φλόγα ή στο καύσιμο μειώνει τη θερμοκρασία και αυξάνει τη συγκέντρωση των ελευθέρων ριζών υδροξυλίου. Αυτό έχει θετικό αποτέλεσμα στη μείωση των ΝΟx στη ζώνη της καύσης. Τα βέλτιστα αποτελέσματα έδωσε η χρήση εναλλακτικών καυσίμων πλούσιων σε νερό (π.χ. οργανικά απόβλητα με μεγάλη περιεκτικότητα σε νερό / γαλακτώματα). Έχουν αναφερθεί ελαττώσεις μέχρι και 50%.

Απαιτείται μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας για την ατμοποίηση του νερού, πράγμα που οδηγεί σε περίπου 0,1-1,5% αύξηση των εκπομπών CO2.

Kαυστήρες χαμηλού ΝΟx

Η μείωση των ΝΟx στους καυστήρες χαμηλού ΝΟx οφείλεται κυρίως στο ομοιόμορφο σχήμα της φλόγας και στη σχετικά χαμηλή θερμοκρασία. Τα βασικά στοιχεία του σχεδιασμού είναι η τροφοδοσία του καυσίμου (άνθρακας) και του αέρα μέσω τριών (ή τεσσάρων) ομόκεντρων σωλήνων και η αναλογία του πρωτογενούς αέρα στο 6-10% του στοιχειομετρικά απαιτούμενου για την πλήρη καύση (τυπικά 20-25% στους συμβατικούς καυστήρες). Έχουν αναφερθεί ελαττώσεις εκπομπών NOx μέχρι και 30%, με επιτυγχανόμενες συγκεντρώσεις ρύπου στα απαέρια 600-1000 mμ/Νm3. Έχουν όμως αναφερθεί και περιπτώσεις στις οποίες η εγκατάσταση παρόμοιων καυστήρων δεν επέφερε αξιοσημείωτη ελάττωση.

Καύση σε στάδια (staμed combustion)

Η καύση σε στάδια μπορεί να εφαρμοσθεί, είτε σε μακρούς κλιβάνους, είτε σε κλιβάνους με προασβεστοποίηση. Τοποθετείται ένας δεύτερος καυστήρας πριν τον προθερμαντή/προασβεστοποιητή ή στο εσωτερικό του (σε μακρύ κλίβανο). Με αυτό τον τρόπο δημιουργείται αναγωγική ατμόσφαιρα που διασπά ένα μέρος των οξειδίων του αζώτου. Ένα τρίτο στάδιο καύσης αποτελεί ο καυστήρας του προασβεστοποιητή. Γενικά, οι περιστροφικοί κλίβανοι που είναι εφοδιασμένοι με προασβεστοποιητή επιτυγχάνουν χαμηλότερα επίπεδα εκπομπών ΝΟx. Είναι δυνατόν να επιτευχθούν επίπεδα εκπομπών της τάξης των 500 mμ/Νm3, ενώ το πάγιο κόστος εγκατάστασης, ειδικά για την περίπτωση του κλιβάνου με προθέρμανση που μετατρέπεται σε κλίβανο με προασβεστοποίηση/καύση σε στάδια, είναι μεγάλη.

Στην περίπτωση μάλιστα που ο κλίβανος διαθέτει πλανητικά ψυγεία και απαιτείται και η εγκατάσταση ψυγείων εσχάρας το κόστος αυξάνει.

Στην περίπτωση των μακρών κλιβάνων, αναφέρεται ότι η μέθοδος αυτή βρίσκει ιδιαίτερη εμαρμογή στην καύση αργά καιγόμενων εναλλακτικών καυσίμων, όπως τα λάστιχα αυτοκινήτων, με ελάττωση εκπομπών NΟx κατά 20-40%.

[28]

Εικόνα 5: Σχεδιάγραμμα απεικόνισης καύσης σε στάδια

[29]

Προσθήκη ευτηκτικών υλών (mineralized clinker)

Μία μέθοδος ελάττωσης των εκπομπών NOx είναι και η προσθήκη ευτηκτικών υλών (mineralizers), π.χ. CaF2, ή κρυολίθου στο κλίνκερ για δημιουργία ευτηκτικού μείγματος, οπότε μπορεί να ελαττωθεί η θερμοκρασία καύσης και φλόγας. Μειώσεις εκπομπών NOx μέχρι και 50% έχουν αναφερθεί, με παράλληλη αύξηση της ποιότητας του κλίνκερ, αλλά ο κρυόλιθος είναι ιδιαίτερα ακριβός και επιβαρύνει την τελική τιμή του προϊόντος.

Επιλεκτική μη-καταλυτική αναγωγή (ΕΜΚΑ) - SNCR

Η επιλεκτική μη-καταλυτική αναγωγή (Selective Non-Catalytic Reduction) είναι, προς το παρόν, η μόνη διαθέσιμη δευτερογενής (ή end of pipe) μέθοδος μείωσης. Ενώσεις NH2-X εισάγονται στα απαέρια, σε θερμοκρασία 950-1000οC, για να ανάγουν το ΝΟ σε Ν2. Θα πρέπει να διασφαλίζεται επαρκής χρόνος παραμονής των ουσιών αυτών για να αντιδράσουν με το ΝΟ. Η μέχρι τώρα εμπειρία δείχνει ότι στις περισσότερες εφαρμογές το διάλυμα αμμωνίας 25% σε νερό είναι η καλύτερη ουσία για την ΕΜΚΑ σε κλιβάνους με προθερμαντή/προασβεστοποιητή.

Τα επιτυγχανόμενα επίπεδα εκπομπών είναι κάτω από 800 mμ/Νm3, ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο διάλυμα αμμωνίας. Παρόλα αυτά, προκαλείται και εκπομπή αμμωνίας στην ατμόσφαιρα, όπως και μεγαλύτερη εκπομπή CO2, λόγω της επιπλέον απαιτούμενης ενέργειας για την ατμοποίηση του νερού. Παράλληλα, η μεταφορά και η αποθήκευση της αμμωνίας εγκυμονεί πολλούς κινδύνους για το περιβάλλον και τους εργαζομένους. Επιλεκτική Καταλυτική Αναγωγή (ΕΚΑ) . SCR (Μόνον σε επίπεδο pilot plant)

Η Επιλεκτική Καταλυτική Αναγωγή (ΕΚΑ, Selective Catalytic Reduction . SCR) είναι η διεργασία κατά την οποία τα NO και NO2 ανάγονται σε Ν2 με τη βοήθεια ΝΗ3 και καταλύτη, σε θερμοκρασίες της τάξης των 300-400οC. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται ευρέως σε ένα μεγάλο φάσμα βιομηχανιών για την καταπολέμηση των εκπομπών ΝΟx. Παραδείγματα είναι οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα, οι μονάδες καύσης απορριμμάτων και η βιομηχανία γυαλιού. Όσον αφορά στην τσιμεντοβιομηχανία, ερευνώνται οι εξής δύο τύποι συστημάτων:

1. συστήματα για απαέρια χαμηλής περιεκτικότηταςσε σκόνη (low dust), στα οποία απαιτείται επαναθέρμανση των απαερίων μετά την αποκονίωσή τους, πράγμα που επιβαρύνει το κόστος, και

2. συστήματα για απαέρια υψηλής περιεκτικότητας σε σκόνη (hiμh dust), τα οποία

προτιμώνται λόγω του χαμηλότερου κόστους τους. Η θεωρητική δυνατότητα για ελάττωση των εκπομπών NΟx μέσω συστημάτων ΕΚΑ είναι ιδιαίτερα υψηλή (85- 90%), ενώ μελέτες σε επίπεδο pilot plant στην Ιταλία, Αυστρία και Σουηδία έδωσαν ιδιαίτερα υποσχόμενα αποτελέσματα εκπομπών της τάξης των 100-200 mμ/Nm3, με ταυτόχρονη μείωση και των εκπομπών VOC. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η ΕΚΑ έχει πολύ υψηλές δυνατότητες ελάττωσης των εκπομπών, τα επιτυχημένα pilot tests και την επιτυχημένη εφαρμογή της τεχνικής σε «παρόμοιες διεργασίες» καύσης, η ΕΚΑ θα μπορούσε να θεωρηθεί Διαθέσιμη Τεχνική.

Συμπερασματικά, η ΕΚΑ θεωρείται μια διαθέσιμη μεν τεχνική που δεν έχει μέχρι στιγμής αποδείξει τις δυνατότητές της σε εγκαταστάσεις πλήρους κλίμακας και σε καθημερινή χρήση παραγωγής αλλά μόνο σε επίπεδο pilot plant. Μια συνολική θεώρηση των ΒΔΤ για την ελάττωση των εκπομπών ΝΟx δίνεται στον παρακάτω πίνακα :

[30]

[Austrianreport, 1997], [Cembureaureport, 1997], [Dutchreport, 1997], [Int.Cem.Rev., Jan/96], [Int.Cem.Rev., Oct/97], [Junker, 1997], [UK IPC Note, 1996], [ZKΜ, 10/1996]

7.4. Τεχνικές μείωσης εκπομπών σκόνης Εκπομπές σκόνης δημιουργούνται από την λειτουργία των μηχανολογικών εγκαταστάσεων (σημειακές εκπομπές) και από τις διαδικασίες διακίνησης και αποθήκευσης των πρώτων υλών, φαρίνας, κλίνκερ και τσιμέντου (διάχυτες εκπομπές). Πηγές σημειακών εκπομπών σκόνης στις μονάδες παραγωγής τσιμέντου είναι:

Οι θραυστήρες α. υλών (συνήθως στο λατομείο εκτός της εγκατάστασης)

Ο κλίβανος

Το ψυγείο κλίνκερ και

Οι μύλοι φαρίνας και τσιμέντου

7.5. Τεχνικές μείωσης σημειακών εκπομπών σκόνης

Ηλεκτροστατικά φίλτρα Τα ηλεκτροστατικά φίλτρα (Η/Φ), ή ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστήρες, αναπτύχθηκαν τη δεκαετία του .50-.60, με σκοπό τη χρήση τους στην παραγωγή τσιμέντου στους κλιβάνους. Η λειτουργία τους βασίζεται στη φόρτιση των σωματιδίων και τη συλλογή αυτών πάνω σε κατάλληλα ηλεκτρόδια. Η εφαρμοζόμενη τάση κυμαίνεται μεταξύ 50-100 KV. Ο διαχωρισμός των αιωρούμενων σωματιδίων λαμβάνει χώρα σε πέντε στάδια, δηλαδή, το σχηματισμό ηλεκτρικής εκκένωσης, τον ιονισμό των αερίων, τη φόρτιση των σωματιδίων, τη διακίνηση των φορτισμένων σωματιδίων και την απόθεση αυτών πάνω στα ηλεκτρόδια συλλογής.

Η απόδοση των Η/Φ μπορεί να μειωθεί κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, όπως την εκκίνηση ή τη διακοπή λειτουργίας του κλιβάνου, την εμφάνιση μεγίστων συγκεντρώσεων CO κ.λπ. Τα Η/Φ είναι εύκολο να συντηρηθούν, αν και η on-line συντήρηση δεν είναι δυνατή. Το βασικό πλεονέκτημα των Η/Φ είναι η χαμηλή πτώση πίεσης (ΔΡ) και κατά συνέπεια η μειωμένη κατανάλωση ενέργειας στους ανεμιστήρες, όπως και η δυνατότητά τους να λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες (μέχρι 400οC). Άλλα πλεονεκτήματα είναι ο

Πίνακας 7: ΒΔΤ για τη Μείωση Εκπομπών ΝΟx.

[31]

διαχωρισμός των λεπτών από τους χονδρούς κόκκους στο φίλτρο για την αποτελεσματική εκκένωση των ανακυκλοφορούντων υλικών και η σταθερή πτώση πίεσης που επιτρέπει υψηλό ρυθμό παραγωγής κλίνκερ.

Καλά σχεδιασμένα Η/Φ μπορούν να ελαττώσουν τη συγκέντρωση σκόνης στα απαέρια μέχρι 5-15 mμ/Nm3 (ανάλογα με τη σύσταση των πρώτων υλών). Θα πρέπει πάντως εδώ να σημειωθεί το γεγονός ότι τα Η/Φ που χρησιμοποιούνται στα ψυγεία κλίνκερ και τους μύλους τσιμέντου μπορούν εύκολα να επιτύχουν και να διατηρήσουν τα ανωτέρω αναφερθέντα επίπεδα εκπομπών, λόγω του ότι αποκονιώνουν απαέρια διεργασιών σχετικά σταθερών και ομαλών, που παράγουν σκόνες με τυποποιημένη κοκκομετρική σύνθεση που επιτρέπει τη λεπτομερή τους ρύθμιση. Αντιθέτως, στην περίπτωση των Η/Φ που αποκονιώνουν ΠΚ σε συνδυασμό με μύλους φαρίνας, τα απαέρια προέρχονται από διεργασίες σχετικά ασταθείς και υλικά με κυμαινόμενες ιδιότητες (κοκκομετρία, υγρασία, σύνθεση), ενώ και η θερμοκρασία μεταβάλλεται.

Έτσι, παρά την υπερδιαστασιολόγησή τους, τα Η/Φ αυτά συχνά πετυχαίνουν στην καθημερινή χρήση χαμηλότερες αποδόσεις από τις αποδόσεις σχεδιασμού. Ο σχεδιασμός των Η/Φ σε διακριτούς θαλάμους επιτρέπει επίσης να μπορούν να γίνουν βελτιώσεις σε υπάρχοντα παλιά Η/Φ (με προσθήκη επιπλέον θαλάμων), χωρίς να απαιτείται συνολική αντικατάσταση. Πολλά παραδείγματα αναβάθμισης Η/Φ υπάρχουν στην Ευρώπη, ενώ αντίστοιχα προγράμματα υπάρχουν και στην Ελλάδα. Σακκόφιλτρα

Τα Σακκόφιλτρα (Σ/Φ) είναι τα κλασσικά φίλτρα με υφασμάτινους σάκους που διαφέρουν κυρίως στο σχεδιασμό του συστήματος απομάκρυνσης των σωματιδίων από το εξωτερικό των σάκων. Επιτυγχάνουν μεγάλες αποδόσεις αποκονίωσης, με συγκεντρώσεις εξόδου 5-15 mμ/Νm3 ή και χαμηλότερες, και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποκονίωση όλων των πηγών σκόνης σε ένα εργοστάσιο παραγωγής τσιμέντου, περιλαμβανομένου και του ΠΚ, σε συνδυασμό με εναλλάκτες θερμότητας, χωρίς να επηρεάζονται από διακυμάνσεις των παραμέτρων της διεργασίας έψησης και των α. υλών. Επιτυγχάνουν επίσης και μείωση των συγκεντρώσεων διοξινών και μετάλλων, ειδικά στην περίπτωση που χρησιμοποιούνται εναλλακτικά καύσιμα, λόγω της επιπλέον απορρόφησης που υφίστανται οι ρύποι αυτοί στο στρώμα σωματιδίων που συσσωρεύεται πάνω στο ύφασμα. Για τους παραπάνω λόγους και με την ανάπτυξη νέων υφασμάτων ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες τα Σ/Φ κερδίζουν έδαφος έναντι των Η/Φ στις νέες μονάδες.

Όσον αφορά τα ψυγεία κλίνκερ, η συνολική απόδοση των Η/Φ δεν είναι πολύ μικρότερη από την απόδοση των Σ/Φ (παλμικής διαβίβασης αέρα καθαρισμού (pulse jet) σε συνδυασμό με εναλλάκτη θερμότητας αέρα-αέρα (Σ/Φ-ΕΘ). Πάντως, οι περισσότερεςνέες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν Σ/Φ-ΕΘ. Ανάλογα με την ποιότητα του σάκου που χρησιμοποιείται από το φίλτρο παλμικής διαβίβασης, το μέγεθος του εναλλάκτη θερμότητας αέρα-αέρα που προηγείται του φίλτρου είναι σχεδιασμένο να ψύχει τον αέρα σε θερμοκρασίες κάτω από 120-180°C.

Οι περισσότερες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν Σ/Φ παλμικής διαβιβάσεως αέρα για την αποκονίωση των απαερίων του μύλου τσιμέντου. Τα Η/Φ δεν χρησιμοποιούνται πλέον σε αυτή τη φάση της διεργασίας, ενώ σε πολλές παλαιές εγκαταστάσεις έχουν αντικατασταθεί με Σ/Φ. Εξαιτίας της χαμηλής θερμοκρασίας των απαερίων από αυτή τη μονάδα, δεν απαιτείται προετοιμασία του αέρα.

Γενικά, μπορεί να λεχθεί ότι, τόσο τα ηλεκτροστατικά φίλτρα, όσο και τα σακκόφιλτρα έχουν μεγάλη απόδοση σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Κατά τη διάρκεια ιδιαίτερων συνθηκών, όπως υψηλών συγκεντρώσεων CO (CO trips), έναρξη ή διακοπή της λειτουργίας του κλιβάνου, ή κατά την αλλαγή από τη σύνθετη λειτουργία (ανοιχτός ο μύλος φαρίνας ->

[32]

χαμηλή θερμοκρασία λόγω αραίωσης) σε άμεση λειτουργία (κλειστός ο μύλος φαρίνας -> υψηλή θερμοκρασία), η απόδοση των Η/Φ μπορεί να μειωθεί σημαντικά, ενώ η απόδοση των Σ/Φ δεν επηρεάζεται. Έτσι, τα Σ/Φ έχουν συνολικά μεγαλύτερη απόδοση, εφόσον συντηρούνται κανονικά και οι σάκοι αντικαθίστανται συχνά. Το μειονέκτημα είναι ότι οι απορριπτόμενοι σάκοι αποτελούν απόβλητο και πρέπει να αποτίθενται σύμφωνα με τους ισχύοντες εθνικούς κανονισμούς. Εξαιτίας της ύπαρξης περιορισμού για τη μέγιστη θερμοκρασία των σωματιδίων στα Σ/Φ και εξαιτίας της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης των σωματιδίων στα Η/Φ, τα απαέρια χρειάζονται κάποια προετοιμασία πριν οδηγηθούν στα φίλτρα. Αυτή η προετοιμασία γίνεται είτε με τον ψεκασμό νερού σε ειδικούς πύργους, ή με ψύξη με αέρα σε ειδικούς εναλλάκτες θερμότητας, ή με προσθήκη φρέσκου αέρα (αραίωση και αύξηση παροχής προς αποκονίωση).

Το συνολικό κόστος ανά τόνο κλίνκερ που προέρχεται από την αποκονίωση, συνήθως ευνοεί τα Η/Φ, αν απαιτείται περιεκτικότητα σε σκόνη πάνω από 30 mμ/Nm3. Κάτω από 20 mμ/Nm3 το κόστος είναι χαμηλότερο για τα Σ/Φ παλμικής διαβιβάσεως αέρα. Αυτός είναι μόνο ένας γενικός κανόνας, ενώ μπορεί να διαφέρει από εφαρμογή σε εφαρμογή. Οι λόγοι που είναι χαμηλότερο το κόστος των Η/Φ για πάνω από 30 mμ/Nm3 είναι κυρίως η χαμηλή πτώση πίεσης πάνω στο φίλτρο και το χαμηλό κόστος συντήρησης.

Για την περαιτέρω μείωση της περιεκτικότητας σε σκόνη του καθαρού αερίου μέχρι τα 20 mμ/Nm3, η επιφάνεια συλλογής και η απαιτούμενη ισχύς αυξάνονται εκθετικά. Για τη σύγκριση ενός συστήματος αποκονίωσης με ένα άλλο, όλος ο επιπλέον εξοπλισμός (προετοιμασία των απαερίων, τα φίλτρα και οι ανεμιστήρες των φίλτρων) θα πρέπει να συμπεριλαμβάνεται. Χαρακτηριστικά ηλεκτροστατικών φίλτρων Τα ηλεκτροστατικά φίλτρα είναι πλάκες οι οποίες διαρρέονται από συνεχές ρεύµα υψηλής τάσεως. Έτσι, τα σωµατίδια της τέφρας, περνώντας ανάµεσα από αυτές τις πλάκες ιονίζονται και προσκολλώνται πάνω τους απ' όπου περισυλλέγονται µε διάφορες µεθόδους (ταλάντωση, µε σφυριά κλπ). Στη συνέχεια συλλέγονται και αποτίθενται σε ιδιαίτερο χώρο. Προκειµένου η διαδικασία αυτή να λειτουργεί απρόσκοπτα και να συλλέγει την προβλεπόµενη ποσότητα τέφρας, απαιτείται αξιόπιστη ανέγερση των συστηµάτων, ιδιαίτερα δε σε ευπαθή σηµεία όπως τα τµήµατα µεταξύ των χοανών πτώσεως-αποκοµιδής.

[33]

[34]

Σακόφιλτρα (Baμ Filters)

Το φίλτρο είναι ένα µεταλλικό δοχείο µε µία είσοδο (πλευρά σκόνης), το υλικό φίλτρανσης (φιλτρόπανο) και µία έξοδο (καθαρή πλευρά). Ο σκονισµένος αέρας αναρροφάται από τις διάφορες θέσεις αναρρόφησης µε την βοήθεια βεντιλατέρ και οδηγείται πάνω στο φιλτρόπανο.

Οι κόκκοι της σκόνης δεν µπορούν να το διαπεράσουν και να βγούν στην καθαρή

πλευρά (όπως ο αέρας), οπότε µε τη βοήθεια βαλβίδων αυτοκαθαρισµού συλλέγονται σε κάδο κάτω από το φίλτρο.

Το υλικό φίλτρανσης µπορεί να είναι κυτταρίνη, polyester, αντιστατικό polyester,

dralon, nomex, namur, κλπ. ανάλογα µε την θερµοκρασία, κοκκοµετρία, υγρασία του προϊόντος.

Σακόφιλτρο πάνω σε σιλό Κυκλώνια και σακόφιλτρο Σακόφιλτρο κυλινδρικό

[35]

7.6. Τεχνικές Μείωσης διάχυτων εκπομπών σκόνης

Οι πηγές των ανεξέλεγκτων εκπομπών σκόνης είναι:

η αποθήκευση των πρώτων υλών και του κλίνκερ,

η διακίνηση των πρώτων υλών και του κλίνκερ,

η κίνηση των οχημάτων στην περιοχή της εγκατάστασης. Για τις νέες εγκαταστάσεις, η αποφυγή της δημιουργίας σκόνης αποτελεί απαραίτητο μέρος του σχεδιασμού. Συνήθως, η απλή, γραμμική τοποθέτηση του εξοπλισμού, είναι η καλύτερη μέθοδος. Στις υπάρχουσες εγκαταστάσεις, η μείωση της εκπομπής σκόνης δεν είναι πάντα εφικτή με απλές μεθόδους και χρειάζονται συνήθως μεγάλες τροποποιήσεις στην μονάδα. Η συχνή και πλήρης συντήρηση των εγκαταστάσεων έχει πάντα ως έμμεσο αποτέλεσμα τη μείωση των εκπομπών, λόγω του περιορισμού των διαρροών. Η χρήση αυτομάτων συσκευών ελέγχου βοηθάει επίσης στον περιορισμό της. Ανάλογα με τον τρόπο δημιουργίας της διάχυτης σκόνης υπάρχουν και οι αντίστοιχες μέθοδοι περιορισμού των εκπομπών της:

Προστασία από τους πνέοντες ανέμους των ανοιχτών σωρών αποθήκευσης

υλικών (Α. υλών και κλίνκερ).

Ψεκασμός (spray) με νερό και άλλα χημικά των ανοιχτών σωρών αποθήκευσης υλικών, καθώς και των σημείων εισόδου/εξόδου/φόρτωσης υλικών για τη μεταφορά τους από ένα σημείο στο άλλο.

Ασφαλτόστρωση και κατάβρεγμα των δρόμων.

Καθαρισμός του εξοπλισμού υπό κενό.

Αποκονίωση των αερίων εκτόνωσης κατά την πλήρωση των σιλό και των αποθηκών.

Αποκονίωση των σημείων αλλαγής συστημάτων μεταφοράς (πτώση υλικών).

Κατασκευή κλειστών αποθηκών με αυτόματο σύστημα διαχείρισης.

Οι μέθοδοι αυτές αναλύονται παρακάτω:

Προστασία από τους πνέοντες ανέμους των ανοιχτών σωρών αποθήκευσης υλικών (α. υλών και κλίνκερ), Η μείωση της δημιουργίας σκόνης από τους ανοιχτούς σωρούς αποθήκευσης είναι υνατή με την χρήση ανεμοφρακτών. Οι ανεμοφράκτες είναι συνήθως τεχνητά ή υσικά εμπόδια (δενδροστοιχίες), τα οποία δεν επιτρέπουν στον αέρα να παρασέρνει ην σκόνη. Σε συνδυασμό και με άλλα μέτρα, όπως ο σχηματισμός χαμηλών σωρών, συμπίεση της επιφάνειας και η χρήση υγρών ουσιών, το μέτρο αυτό είναι αρκετά αποτελεσματικό.

Χρήση Συστήματος Ψεκασμού (Διαβροχής) Νερού και άλλων Χημικών. Σε μερικές λειτουργίες, όπως το ξεφόρτωμα από τα φορτηγά, ή η μετάβαση υλικού από ένα μεταφορικό σύστημα σε άλλο, είναι δυνατόν να δημιουργηθεί σκόνη. Αν αυτού του είδους οι πηγές είναι εντοπισμένες σε ένα σημείο, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί σύστημα ψεκασμού (διαβροχής) νερού για τον περιορισμό της σκόνης.

[36]

Η ενυδάτωση της σκόνης με λεπτά σωματίδια νερού βοηθάει στη συσσωμάτωση και στην καθίζηση της σκόνης. Αντί για νερό μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλες ουσίες, όπως αφρός ή άλλα διαλύματα. Κατά την εγκατάσταση των συστημάτων ιαβροχής θα πρέπει να προσεχθεί η σωστή τοποθέτηση των μπεκ ψεκασμού για την αποφυγή ροής υγρού και δημιουργίας μεγάλου όγκου υγρών αποβλήτων.

Ασφαλτόστρωση και Κατάβρεγμα του Δρόμου. Για τη μετακίνηση των οχημάτων θα πρέπει να λαμβάνονται μέτρα, όπως η χάραξη των συγκεκριμένων δρόμων, η ασφαλτόστρωσή τους, η σχολαστική καθαριότητα των επιφανειών τους, ο περιορισμός της ταχύτητας μετακίνησης και το βρέξιμο των δρόμων, κυρίως στις θερμές εποχές. Επίσης, απαιτείται το πλύσιμο των ελαστικών των οχημάτων κατά την έξοδο από το εργοστάσιο.

Καθαρισμός του Εξοπλισμού Υπό Κενό. Για την αποφυγή δημιουργίας σκόνης από διάφορα σημεία της διεργασίας (π.χ. την μετάβαση υλικού από το ένα μεταφορικό σύστημα σε άλλο), μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανεμιστήρες που είναι συνδεδεμένοι με σακκόφιλτρα για την άντληση και τον καθαρισμό του αέρα. Το υλικό που συλλέγεται από αυτήν την διεργασία θα πρέπει να ανακυκλώνεται.

Αποκονίωση των αερίων εκτόνωσης κατά την πλήρωση των σιλό και των αποθηκών Η διακίνηση όλων των υλικών θα πρέπει να γίνεται μέσω κλειστών συστημάτων συνδυαζόμενων με συστήματα που τα διατηρούν σε αρνητική πίεση. Ο αέρας που αντλείται θα πρέπει να καθαρίζεται με φίλτρα.

Αποκονίωση των σημείων αλλαγής συστημάτων μεταφοράς. Όλα τα σημεία αλλαγής συστημάτων μεταφοράς στα οποία εμφανίζεται πτώση υλικών θα πρέπει να αποκονιώνονται.

Κατασκευή κλειστών αποθηκών με αυτόματο σύστημα διαχείρισης

Τα σιλό κλίνκερ με πλήρως αυτοματοποιημένο σύστημα διαχείρισης θεωρούνται σήμερα ως ο πιο ιδανικός τρόπος για την αποφυγή της δημιουργίας σκόνης. Υπάρχουν διάφοροι μέθοδοι για την αντιμετώπιση όλων των τύπων των υλικών, από πολύ υγρούς και κολλώδεις πηλούς (αργιλικά υλικά) έως πολύ ξηρές άμμους. Τα κλειστά, πλήρως αυτοματοποιημένα, συστήματα είναι πολύπλοκα, καθώς πρέπει να χειρίζονται διάφορα υλικά και να κάνουν προ-ομογενοποίηση. Ενώ τα σιλό εύκολα μπορούν να εγκατασταθούν σε μία υπάρχουσα μονάδα, αν υπάρχει ελεύθερος χώρος, δεν ισχύει το ίδιο με την αυτοματοποιημένη αποθήκευση πρώτων υλών, γιατί ίσως απαιτείται μεγάλη τροποποίηση της μονάδας. Όλες αυτές οι εγκαταστάσεις συνοδεύονται από φίλτρα για τη συλλογή της σκόνης που δημιουργείται από τη διακίνηση των υλικών (τροφοδοσία και απόληψη). Μια συνολική θεώρηση των ΒΔΤ για τη μείωση των εκπομπών σκόνης δίνεται στον παρακάτω πίνακα :

[37]

[Austrian report, 1997], [Cembureau report, 1997], [Cementa AB], [Dutch report,

1997], [UK IPC Note, 1996]

dry μas, 0 °C, 1 atm and 10% O2 Παραδοχή : 2000 m3/ton clinker

Πίνακας 8: ΒΔΤ για τη Μείωση εκπομπών σκόνης

[38]

7.7. Η ελληνική πραγµατικότητα όσον αφορά τις Β.Δ .Τ.

Στις παραγράφους που ακολουθούν παρουσιάζεται συνοπτικά η ελληνική πραγματικότητα, όσον αφορά τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται, τόσο για την παραγωγή, όσο και για την αντιρρύπανση, κατά την παραγωγή τσιμέντου, καθώς και τα επιτυγχανόμενα επίπεδα εκπομπών ρύπων. Αρχικά, γίνεται μία εισαγωγή, ενώ ακολουθούν λεπτομερείς πίνακες που αντικατοπτρίζουν πλήρως τη σημερινή κατάσταση στην Ελλάδα

Οι περισσότερες ελληνικές μονάδες παραγωγής τσιμέντου, είτε έχουν σχεδιαστεί εξ αρχής για χρήση υψηλών standards τεχνολογίας παραγωγής, είτε έχουν αναβαθμιστεί πρόσφατα.

7.7.1. Β. Δ.Τ. παραγωγής

Με στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας, τη βελτίωση της ποιότητας κλίνκερ και τη μείωση των εκπομπών, γενικά στην Ελληνική τσιμεντοβιομηχανία:

Χρησιμοποιείται η ξηρά μέθοδος παραγωγής κλίνκερ

Καταβάλλεται ιδιαίτερη φροντίδα για τη σταθερή και ομαλή λειτουργία των ΠΚ

Γίνεται προομογενοποίηση των α. υλών

Εξασφαλίζεται η σταθερή τροφοδοσία καυσίμου και φαρίνας στις ΠΚ

Χρησιμοποιείται προθερμαντής 4-5 σταδίων κυκλώνων και προασβεστοποιητής

Χρησιμοποιούνται συστήματα Staμed combustion (pyroclone . backfire)

Γίνονται προσπάθειες για διατήρηση χαμηλών θερμοκρασιών φλόγας

Γίνονται προσπάθειες για διατήρηση χαμηλών επιπέδων περίσσειας οξυγόνου στον αέρα καύσης

Χρησιμοποιούνται σε πολλές περιπτώσεις καυστήρες Low-NOx

Χρησιμοποιούνται ψυγεία κλίνκερ τύπου εσχάρας στις περισσότερες περιπτώσεις

Γίνεται ανάκτηση θερμότητας των αερίων ψύξης κλίνκερ

Όλα τα εργοστάσια έχουν εγκαταστήσει προηγμένα συστήματα αυτομάτου ελέγχου

των διεργασιών, με αποτέλεσμα, εκτός των άλλων, την ελάττωση του αριθμού των CO trips.

Εφαρμόζονται μέτρα περιορισμού διάχυτων εκπομπών σκόνης

[39]

7.7.2. Β.Δ.Τ Αντιρρύπανσης Εκπομπές ΝΟx

Σε ότι αφορά στις τεχνικές μείωσης των εκπομπών NΟx, στην Ελλάδα ήδη εφαρμόζονται μόνο ΒΔΤ παραγωγής. Γενικά, επιτυγχάνονται εκπομπές 350-1250 mμ/Nm3 με τις μεγαλύτερες τιμές στους μακρείς κλιβάνους παλαιάς τεχνολογίας. Δεν εφαρμόζεται πουθενά καμία ΒΔΤ αντιρρύπανσης (π.χ. SCR, SNCR) για περαιτέρω μείωση των εκπομπών NOx. Εκπομπές SO2

Όσον αφορά το SO2, στην Ελλάδα λόγω της ποιότητας των χρησιμοποιούμενων α. υλών

δεν φαίνεται να υπάρχει κάποιο πρόβλημα. Ο εκπομπές είναι αμελητέες και πάντως λιγότερες από 100 mμ/Νm3, ώστε όρια κάτω των 200 mμ/Νm3 να επιτυγχάνονται χωρίς ιδιαίτερα μέτρα και κόστος. Εκπομπές Σκόνης

Όσον αφορά τη σκόνη, όλες σχεδόν οι μονάδες ήδη διαθέτουν τεχνολογία που χαρακτηρίζεται ως ΒΔΤ. Εφαρμόζονται, γενικά, όλες οι τεχνικές αντιρρύπανσης (αποκονίωσης) που συνεπάγονται την ελάττωση, τόσο των σταθερών (από εγκαταστάσεις), όσο και των διάχυτων εκπομπών σκόνης. Για την αποκονίωση των σταθερών εκπομπών χρησιμοποιούνται οι εξής εγκαταστάσεις αποκονίωσης: Α. Σακκόφιλτρα (Σ/Φ)

Σε όλες τις εγκαταστάσεις θραύσης α. υλών

Σε όλες τις εγκαταστάσεις ομογενοποίησης και αποθήκευσης φαρίνας

Σε όλες τις βοηθητικές εγκαταστάσεις μύλων τσιμέντου

Στις εγκαταστάσεις άλεσης τσιμέντου (ΜΤ)

Σε όλες τις εγκαταστάσεις αποθήκευσης, συσκευασίας και διακίνησης τσιμέντου

Σε όλες τις εγκαταστάσεις άλεσης στερεών καυσίμων

[40]

Β. Ηλεκτροστατικά Φίλτρα (Η/Φ)

o Σε όλους τους Περιστροφικούς Κλιβάνους (ΠΚ) για την αποκονίωση της ΠΚ σε

συνδυασμό με τους Μύλους Φαρίνας (ΜΦ)

o Στις εγκαταστάσεις ψύξης κλίνκερ

o Στις εγκαταστάσεις άλεσης τσιμέντου (ΜΤ) Γ. Χαλικόφιλτρα • Στις εγκαταστάσεις ψύξης κλίνκερ (μία μόνο περίπτωση)

. Πολυκυκλωνικά Φίλτρα (μόνο στα ψυγεία κλίνκερ)

Στις εγκαταστάσεις ψύξης κλίνκερ

Επιπλέον, λαμβάνεται μέριμνα για την περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης των ανωτέρω συστημάτων αποκονίωσης όπως:

Επέκταση κατά 1 πεδίο των Η/Φ των ΠΚ

Αριστοποίηση του ελέγχου της λειτουργίας των ΠΚ για την ελαχιστοποίηση προβλημάτων εκπομπών που εμφανίζονται κατά τις υπερβάσεις επιπέδων CO στα καυσαέρια (CO trips), οπότε για λόγους ασφαλείας τα Η/Φ τίθενται εκτός λειτουργίας. Ο αριθμός και η διάρκεια των υπερβάσεων CO (CO trips) μπορούν να ελαχιστοποιηθούν μόνο με προηγμένο έλεγχο και αριστοποίηση όλων των διεργασιών. Πολλές φορές οφείλονται και σε διακυμάνσεις της τάσης του δικτύου της ΔΕΗ.

Ρύθμιση της θερμοκρασίας και της υγρασίας των καυσαερίων στην είσοδο των Η/Φ για τη βελτίωση της απόδοσής τους.

[41]

7.7.3. Προτάσεις ΒΔΤ για την Ελλάδα

Μια συνολική εικόνα των χρησιμοποιούμενων τεχνικών παραγωγής και αντιρρύπανσης και των προτεινόμενων για την Ελλάδα ΒΔΤ, δίνεται στους παρακάτω πίνακες. Οι προτάσεις των ΒΔΤ στηρίζονται στην υπάρχουσα κατάσταση στην ελληνική τσιμεντοβιομηχανία και στο κόστος των απαιτούμενων επενδύσεων για την υιοθέτησή τους.

Πίνακας 9: Τεχνικές παραγωγής τσιμέντου στην Ελλάδα / Συσχετισμός με τις ΒΔΤ παραγωγής / Προτάσεις ΒΔΤ για την Ελλάδα

[42]

[43]

Πίνακας 10: Τεχνικές αντιρρύπανσης κατά την παραγωγή τσιμέντου στην Ελλάδα / Συσχετισμός με τις ΒΔΤ αντιρρύπανσης / Προτάσεις ΒΔΤ για την Ελλάδα:

[44]

[45]

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Έλεγχος Αέριας Ρύπανσης. Σχεδιασµός Αντιρρυπαντικής Τεχνολογίας. C.D. Cooper, F.C. Alley, Εκδ.

ΤΖΙΟΛΑ, 2004, ] 2. Ατµοσφαιρική Ρύπανση. Επιπτώσεις, Έλεγχος & Εναλλακτικές Τεχνολογίες. Ι.Β. Γεντεκάκης, Εκδ. ΤΖΙΟΛΑ,

1999 3. W.L. Faith and A.A. Atkission, ″Air Pollution″, Wiley, N. York, 1972. 4. K. Wark and C.F. Warner, ″Air Pollution: Its Origin and Control″, IEPA, Dun-Donnelley, N. York, 1976. 5. Απόφαση 2004/156/ΕΚ περί θεσπίσεως κατευθυντηρίων γραµµών για την παρακολούθηση και την

υποβολή εκθέσεων σχετικά µε τις εκποµπές αερίων θερµοκηπίου κατ’ εφαρµογή της οδηγίας 2003/87/ΕΚ

του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συµβουλίου. 6. Απόφαση Ε(2005) 1788 τελικό για το εθνικό σχέδιο κατανοµής δικαιωµάτων εκποµπής αερίων του

θερµοκηπίου που κοινοποίησε η Ελλάδα σύµφωνα µε την οδηγία 2003/87/ΕΚ του Ευρωπαϊκού

Κοινοβουλίου και του Συµβουλίου. 7. Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών, Πρακτικά 1ης Ηµερίδας «Εθνική Κλιµατική Πολιτική και

Πρωτόκολλο του Κυότο», Ευρωπαϊκό Πρόγραµµα INTERACT, Αθήνα 19 Ιουνίου 2002. 8. Εθνικό Κέντρο Περιβάλλοντος και Αειφόρου Ανάπτυξης (ΕΚΠΑΑ), Ενέργεια, Περιβάλλον &

Επιχειρηµατικότητα, Αθήνα, Ιούνιος 2003. http://www.ekpaa.gr 9. Ευρωπαϊκή Επιτροπή, Γενική Διεύθυνση Επιχειρήσεων, Εµπορία εκποµπών: η αξιόπιστη προσέγγιση,

άρθρο στο τεύχος 17 (Οκτώβριος-Δεκέµβριος 2004) του φυλλαδίου«Η Ευρώπη των επιχειρήσεων», 10. Ιατρίδης Μ., Κ. Σιούλας, Η εφαρµογή της Εµπορίας Εκποµπών στην Ελλάδα

και το Εθνικό Σχέδιο Κατανοµής Δικαιωµάτων Εκποµπών (ΕΣΚΔΕ), περιδικό Περιβάλλον 21, Ιανουάριος

2005. 11. Καρβούνης Σ., . Γεωργακέλλος, Διαχείριση του Περιβάλλοντος, Επιχειρήσεις & Βιώσιµη Ανάπτυξη, Αθήνα

2003, Εκδόσεις Σταµούλη Α.Ε.

12. ΚΥΑ 54409/2632 Σύστηµα εµπορίας δικαιωµάτων εκποµπής αερίων θερµοκηπίου σε συµµόρφωση µε τις διατάξεις της οδηγίας 2003/87/ΕΚ «σχετικά µε τη θέσπιση συστήµατος εµπορίας δικαιωµάτων εκποµπής αερίων θερµοκηπίου εντός της Κοινότητας και την τροποποίηση της οδηγίας 96/61/ΕΚ του Συµβουλίου» του Συµβουλίου της 13ης Οκτωβρίου 2003 και άλλες διατάξεις (ΦΕΚ 1931/Β/2004).

13. Νόµος 3017 Κύρωση του Πρωτοκόλλου του Κιότο στη Σύµβαση – Πλαίσιο των Ηνωµένων Εθνών για την

αλλαγή του κλίµατος (ΦΕΚ 117/Α/2002). 14. Νόµος 2205 Κύρωση της Σύµβασης – Πλαίσιο των Ηνωµένων Εθνών για τις κλιµατικές µεταβολές (ΦΕΚ

60/Α/1994). 15. Οδηγία 96/61/ΕΚ σχετικά µε την ολοκληρωµένη πρόληψη και έλεγχο της ρύπανσης. 16. Οδηγία 2003/87/ΕΚ σχετικά µε τη θέσπιση συστήµατος εµπορίας δικαιωµάτων εκποµπής αερίων

θερµοκηπίου εντός της Κοινότητας και την τροποποίηση της οδηγίας 96/61/ΕΚ του Συµβουλίου

[46]

17. Οδηγία 2004/101/ΕΚ για την τροποποίηση της οδηγίας 2003/87/ΕΚ σχετικά µε τη θέσπιση συστήµατος εµπορίας δικαιωµάτων εκποµπής αερίων θερµοκηπίου εντός της Κοινότητας, όσον αφορά τους µηχανισµούς των έργων του Πρωτοκόλλου του Κιότο.

18. Παγκόσµια Τράπεζα, Κατάσταση και τάσεις της αγοράς άνθρακα το 2004, Frank Lecocq, Development

Economics Research Group, Ιούνιος 2004. 19. Πράξη Υπουργικού Συµβουλίου 5 Έγκριση Εθνικού Προγράµµατος µείωσης εκποµπών αερίων

φαινοµένου θερµοκηπίου (2000-2010) σύµφωνα µε το άρθρο τρίτο (παράγραφος 3) του Ν.3017/2002 (ΦΕΚ 58/Α/2003)

20. Υπουργική Απόφαση 3354/91 Καθορισµός πλαισίου για την αναγνώριση της ικανότητας και την έγκριση

φορέων πιστοποίησης ή ελέγχου στον υποχρεωτικό τοµέα (ΦΕΚ 149/Β/2001).

21. Υ.ΠΕ.Χp. .Ε., Εθνικό Σχέδιο Κατανοµής Δικαιωµάτων εκποµπών για την περίοδο 2005-2007,Αθήνα

Απρίλιος 2005.