Раздел 5. Наилучшие доступные технологии при производстве цемента

Раздел 5. Наилучшие доступные технологии при производстве цемента

В соответствии с Федеральным законом от 21 июля 2014 г. N 219-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" и отдельные законодательные акты Российской Федерации" [5] НДТ - это технология производства продукции (товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на основе современных достижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев достижения целей охраны окружающей среды при условии наличия технической возможности ее применения. При этом к НДТ могут быть отнесены как технологические процессы, оборудование, технические способы, так и другие методы защиты окружающей среды.

5.1 Снижение удельных расходов сырьевых материалов на производство 1 т портландцементного клинкера и портландцемента

Общие сведения о современных уровнях использования сырьевых материалов для производства 1 т портландцементного клинкера и портландцемента представлены в 3.3.

Требования к химико-минералогическому составу портландцементного клинкера не позволяют в заметной степени сократить удельный расход сырьевых компонентов для его производства.

Значительно больший эффект достигается при замене природных материалов на отходы производства других отраслей промышленности. Так шлаки черной и цветной металлургии или нефелиновый шлам в зависимости от своего химического состава могут заменить до 80% карбонатного или алюмосиликатного компонента в составе сырьевой смеси для производства портландцемента, золошлаковые отходы - до 50% карбонатного и до 70% алюмосиликатного компонента, железосодержащие хвосты, шламы и пыли черной металлургии - до 100% железосодержащего компонента сырьевой смеси.

При помоле цемента добавка доменного гранулированного шлака может заменить до 80% портландцементного клинкера, зола-уноса тепловых электростанций, работающих на угольном топливе - до 40% клинкера. Отход производства минеральных удобрений - фосфогипс и гипс, образующийся в результате десульфуризации дымовых газов тепловых электростанций могут заменить до 100% природного гипса или ангидрита, используемого при помоле цемента в качестве регулятора сроков схватывания. Количество отходов, которые могут быть введены в состав цемента при его помоле, ограничивается только требованиями стандартов на конкретный вид цемента, требованиями потребителей к составу цемента и стоимостью вводимой добавки.

Использование промышленных отходов в качестве сырьевых материалов при производстве цемента, как правило, приводит к снижению удельного расхода тепла на обжиг 1 т портландцементного клинкера, повышению производительности вращающейся печи, снижению энергоемкости получаемого цемента.

При использовании некоторых видов отходов в качестве сырьевых материалов для обжига портландцементного клинкера могут возникнуть проблемы повышенной эмиссии тяжелых летучих металлов из печи для обжига клинкера или проблемы образования внутреннего кругооборота легкоплавких щелочных соединений во вращающейся печи, затрудняющих процесс обжига и приводящих к аккумулированию вредных компонентов и их повышенной эмиссии.

При использовании промышленных отходов в качестве сырьевых компонентов необходимо осуществлять периодический мониторинг содержания нежелательных компонентов в их составе и использовать систему обеспечения качества поставляемых отходов с целью минимизации содержания нежелательных компонентов.

Вся пыль, уловленная в процессе производства цемента, должна быть возвращена в технологический процесс. При невозможности возврата пыли в место ее образования (например, пыль, уловленная в байпасной системе или высокощелочная пыль печных электрофильтров) необходимо осуществлять ее введение в состав цемента в качестве вспомогательного компонента или технологической добавки.

НДТ 1

НДТ для снижения удельных расходов сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера и цемента представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - НДТ 1

	Метод/оборудование	Применимость
а	Замена природных сырьевых компонентов отходами производства	Для всех предприятий
б	Снижение содержания доли клинкера в цементе до максимально допустимого уровня	Для всех предприятий

5.1.1 Использование отходов производства в качестве сырьевых материалов при производстве портландцементного клинкера и цемента

Внимательный выбор и контроль веществ, входящих в печь, могут снизить количество выбросов. Например, ограничение серы как в сырьевых материалах, так и в топливе снижает выбросы . То же самое относится к другим веществам: азоту, металлам, органическим соединениям, хлорсодержащим материалам.

Ограничение хлорсодержащих соединений снижает вероятность образования хлоридов щелочных металлов и хлоридов других металлов, вызывающих образование настылей в печи и сбой режимов ее работы, а также ухудшающих работу электрофильтра и, следовательно, увеличивающих выбросы пыли. Высокое содержание щелочных металлов в сырье требует более частого их удаления из печной системы, чтобы не допустить увеличения содержания щелочей в конечном продукте. В случае использования в качестве сырья низкощелочных материалов, можно допустить возврат пыли в производство и тем самым снизить накопление отходов.

В качестве альтернативного топлива и сырьевых материалов могут использоваться различные типы отходов. Однако при этом необходим тщательный контроль состава и свойств отходов.

Отходы, используемые как сырьевые материалы, содержащие летучие органические соединения, галогенсодержащие соединения и ртуть, могут создать проблемы с выбросами. Следует избегать подачи таких материалов в печь.

Количество ртути в материалах должно быть минимизировано.

Отходы, содержащие летучие органические вещества и галогенсодержащие соединения, могут использоваться только в том случае, если эти соединения разлагаются при достаточном времени пребывании и высокой температуре в печи.

При использовании опасных отходов, заменяющих часть сырьевых материалов, требуется осуществлять систематический контроль за выбросами с использованием дополнительных экологических маркеров.

НДТ 2

НДТ при использовании отходов в качестве сырьевых материалов и (или) топлива для производства цемента является минимизация риска роста выбросов вредных веществ в окружающую среду путем (см. таблицу 5.2).

Таблица 5.2 - НДТ 2

	Метод/оборудование	Применимость
а	Тщательный анализ любых отходов, которые могут быть использованы как сырьевой материал и (или) топливо в цементной печи, применение системы обеспечения качества для каждого подаваемого в технологический процесс отхода с целью обеспечения: - постоянных физических критериев отходов, например способности к образованию выбросов, наличие грубых частиц, реакционной способности, обжигаемости и калорийности; - постоянных химических критериев, например содержания хлора, фтора, серы, щелочей, летучих металлов	Для всех предприятий
б	Контроля достаточного количества необходимых параметров для любых отходов, используемых как сырьевой материал и (или) топливо цементной печи, позволяющий оценить их качество (содержание хлора, фтора, серы, щелочей, летучих металлов)	Для всех предприятий

5.2 Снижение удельного расхода топлива на обжиг 1 т портландцементного клинкера

Общие сведения о современных расходах топлива на обжиг 1 т портландцементного клинкера представлены в разделе 3.4.

Удельный расход тепла и топлива на обжиг клинкера зависит, прежде всего, от способа производства цемента. Для новых заводов и модернизируемых действующих предприятий типичным становится сухой способ производства цемента с многоступенчатым циклонным теплообменником и декарбонизатором. Перспективна замена печей, работающих по мокрому способу, печами сухого способа, а также, в случае невозможности, печами полусухого и полумокрого способов.

Выбор способа производства зависит от влажности сырьевых материалов. На современных цементных заводах при использовании сырьевых материалов с влажностью менее 8,5% их сушка может быть полностью осуществлена отходящими газами в четырех- или пятиступенчатых циклонных теплообменниках без дополнительного тепла. При использовании сырья с влажностью более 8,5% необходимо снижать количество ступеней циклонного теплообменника с целью использования для сушки более горячих дымовых газов.

Печная система с многостадийными циклонными теплообменниками в сочетании с декарбонизатором и третичным воздухом считается стандартной и высокоэффективной технологией для новых заводов. В некоторых случаях, когда используется сырьевой материал с высокой влажностью, могут проектироваться заводы с трехстадийным циклонным теплообменником.

На потребление тепловой энергии современными цементными печами влияют различные факторы: свойства сырьевых материалов (например, влажность, обжигаемость), производительность печи, используемое топливо с различными свойствами и изменчивость параметров процесса, а также использование системы байпаса. Замена части сырьевых компонентов промышленными отходами, уже подвергавшимися тепловой обработке (шлаки, золы, нефелиновый шлам и т.п.), приводит, как правило, к снижению удельного расхода тепла на обжиг. С увеличением объема печных газов, направляемых в систему байпаса, удельный расход тепла на обжиг клинкера увеличивается.

Удельный расход тепла на обжиг клинкера может быть снижен путем внедрения различных технологий и оптимизации работы печной системы.

Методы оптимизации удельного расхода тепла для современной печи сухого способа включают:

- холодильник:

- установка современного клинкерного холодильника со стационарной первичной колосниковой решеткой;

- использование колосниковой решетки с низким сопротивлением потоку воздуха для обеспечения его более однородного распределения и эффективного охлаждения;

- обеспечение контроля количества охлаждающего воздуха в отдельных секциях решетки;

- печь:

- использование печей с высокой производительностью;

- оптимизация отношения длины печи к ее диаметру;

- оптимизация конструкции печи в соответствии с используемым топливом;

- оптимизация системы сжигания топлива;

- стабильность параметров работы печи;

- оптимизация процесса контроля;

- рациональное и полное использование третичного воздуха;

- обеспечение необходимого избытка воздуха в печи: окислительные условия, но близко к стехиометрическому;

- использование минерализаторов - интенсификаторов процесса обжига;

- снижение подсосов воздуха;

- декарбонизатор:

- малое гидравлическое сопротивление;

- однородное распределение сырья в печном пороге;

- минимальное образование настылей;

- интенсивная декарбонизация сырьевой смеси;

- теплообменник:

- малое гидравлическое сопротивление циклонов;

- высокая степень пылеосаждения в циклонах;

- однородное распределение сырья в сечениях газоходов;

- однородное распределение потоков газа и твердого вещества в двухветвьевых циклонных теплообменниках;

- оптимизация количества ступеней циклонов (от трех до шести ступеней в целом);

- перерабатываемый материал:

- низкая влажность сырьевых материалов и топлива;

- легкая воспламеняемость топлива с высокой калорийностью;

- постоянство питания печи и однородность материала;

- постоянство подачи топлива в печь и его однородность;

- сырьевые мельницы:

- полностью автоматизированное управление работой мельниц.

Для печей мокрого способа производства методы оптимизации включают следующие:

- снижение влажности обжигаемого сырьевого шлама путем использования разжижителей шлама или заменой природных материалов техногенными (золами, шлаками);

- оптимизация конструкции и расположения внутрипечных теплообменных устройств;

- отсутствие шламовых или клинкерных колец в печи;

- оптимизация системы сжигания топлива;

- минимизация подсоса воздуха в головках печей;

- минимизация коэффициента избытка воздуха в печи;

- стабильность параметров работы печи;

- оптимизация процесса контроля;

- использование минерализаторов - интенсификаторов процесса обжига.

Для снижения удельного расхода тепла на обжиг клинкера важным фактором является стабильная работа печного агрегата с параметрами, близкими к оптимальным. Это достигается путем:

- использования систем непрерывного компьютерного мониторинга необходимого комплекса параметров работы печного агрегата;

- использования систем автоматического управления технологическим процессом или его отдельными этапами;

- оптимизации и стабилизации состава сырьевой смеси, повышением равномерности ее подачи в печь;

- оптимизации состава и повышением равномерности подачи в печь топлива;

- в случае использования вторичных видов топлива - стабилизации характеристик, равномерности подачи, оптимизации способа ввода и сжигания вторичного топлива в печи.

Повышение энергоэффективности производства цемента может быть достигнуто дополнительной генерацией пара и электричества.

Основной проблемой для генерации дополнительного количества энергии является разработка соответствующего устройства (турбины). Рекуперация большей части избыточного тепла осуществляется в холодильнике, в меньшей степени - газами, выходящими из печи. Для этого используются процесс органического цикла Ранкина или обычный процесс парового цикла. Кроме того, избыток тепла из холодильника или печи рекуперируется прямым нагреванием газа.

Рекуперация избытка тепла путем генерации пара и электрической энергии происходит независимо от стоимости энергии и выбросов .

На цементном заводе "Слайт" в Швеции применяется обычный паровой цикл. Рекуперированное тепло направляется на существующий завод по выработке электрической энергии, примыкающий к цементному производству, где используется для работы паровой турбины, вырабатывающей электричество (примерно одна треть от общего объема пара). Пар генерируется в двухступенчатой бойлерной системе, часть которой расположена на клинкерном холодильнике, а часть - на нисходящем газоходе печи. Этот завод поставляет около 6 МВт электроэнергии. Использование существующей паровой турбины значительно улучшило экономическую эффективность установки, однако ее стоимость не была подсчитана. Ежегодное производство электричества достигает 50 , что составляет четвертую часть всей потребности завода в электроэнергии.

Органический цикл Ранкина используется на цементном заводе в Ленгфурте (Германия) для выработки электроэнергии при рекуперации тепла низкотемпературных газов из клинкерного холодильника. Эта технология основана на использовании органической жидкости (пентана), который испаряется при значительно меньших, чем вода, температурах. Базовые принципы этой техники успешно использовались долгое время в технике замораживания. Технология цикла Ранкина используется главным образом для выработки энергии из геотермальных источников тепла, однако для цементного завода такой процесс был применен впервые.

Результаты показали, что при работе по такому способу можно генерировать около 1,1 МВт электрической энергии. Такой эффект был достигнут для 97% времени работы печи. Выбросы тепла из клинкерного холодильника с отходящим охлаждающим воздухом достигали 14 МВт при температуре отходящего воздуха в пределах 300°C - 350°C, из которых было рекуперировано в среднем 9 МВт. Эта технология на заводе в Ленгфурте используется уже более 10 лет.

Отходы тепла также могут быть рекуперированы из клинкерного холодильника для обеспечения предприятия горячей водой. В большинстве случаев бойлер располагается после пылеосадителя, в качестве которого применяется электрофильтр. В противном случае необходимо использовать специальный тип бойлера, стойкий к абразивному износу, а также устанавливать обеспыливающее устройство (рукавный фильтр) после бойлера. Заводы, имеющие подобные установки для получения горячей воды, имеются в Германии и два - в Турции.

При установке более эффективных теплообменника и клинкерного холодильника избыток тепла будет снижаться и с экономической точки зрения генерация дополнительного количества энергии может стать невыгодной, особенно когда основное тепло требуется для процесса сушки материала. Поэтому возможность рекуперации тепла из печи и клинкерного холодильника для генерации энергии должна оцениваться в каждом конкретном случае с учетом всех возможных обстоятельств. Экономическая состоятельность может зависеть от местных условий, стоимости электроэнергии и мощности завода.

Рекуперация тепла для прямого нагрева, особенно из клинкерного холодильника, возможна, если имеется в наличии определенное количество избытка тепла, рекуперация тепла путем прямого нагрева пользуется спросом, генератор вырабатывает электрическую энергию, которая может быть использована или на заводе, или для поставки в электрические сети общего пользования.

НДТ 3

НДТ - это сокращение/минимизация удельных расходов тепла на обжиг клинкера путем применения объединенных технических решений (см. таблицу 5.3).

Таблица 5.3 - НДТ 3

	Метод/оборудование	Применимость
а	Использование сухого способа производства, оптимизация количества ступеней циклонного теплообменника в соответствии с характеристиками используемых сырьевых материалов	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
б	Применение печной системы оптимальной конфигурации и стабильного режима работы печного агрегата в соответствии с установленными параметрами путем: - оптимизации системы контроля, включая автоматический компьютерный контроль, и автоматизации управления технологическими процессами; - использование современных систем гомогенизации, дозирования и подачи в печь материалов и топлива	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
в	Рекуперация избытка тепла из печной системы, особенно из клинкерного холодильника, использование рекуперированного тепла для сушки сырьевых материалов	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
г	Использование высококалорийного топлива с характеристиками, оказывающими положительный эффект на снижение удельного расхода тепла	Для всех предприятий
д	Минимизация подсосов атмосферного воздуха в печную систему	Для всех предприятий
е	Минимизация газового потока в систему байпаса	Для предприятий сухого способа производства цемента
ж	Минимизация влажности сырьевого шлама путем замены части природных компонентов на техногенные материалы и применения разжижителей шлама	Для предприятий мокрого способа производства цемента

Технологические показатели, получаемые при реализации НДТ, приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 - Технологические показатели для НДТ 3

Технологический показатель	Значение, МДж/т	Значение, кг у. т./т клинкера
Удельные расходы тепла на обжиг клинкера: - для заводов сухого способа производства - для заводов мокрого способа производства - для заводов комбинированного способа производства	3550 - 4120 5750 - 6900 3950 - 4540	90 - 160 196 - 235 135 - 155

НДТ 4

НДТ - это снижение потребления тепловой энергии путем выработки дополнительного количества электроэнергии или тепла путем объединения заводов с теплоэлектростанциями или теплоцентралями на базе полезной рекуперации тепла, в пределах схем регулирования энергии, которые экономически устойчивы.

5.2.1 Использование отходов в качестве альтернативного топлива

Специально отобранные отходы с адекватной калорийностью можно использовать в цементной печи взамен обычного ископаемого топлива (такого, как уголь) с учетом их характеристик. Часто они используются только после проведения предварительных испытаний. Рассматриваются различные критерии, играющие роль в подборе топливных отходов, поскольку они оказывают влияние на работу печи и выбросы. К ним относятся физические критерии, например способность к переносу потоком воздуха, и химические критерии, например, содержание хлора, серы, щелочей, летучих металлов, реакционная способность.

Чтобы гарантировать характеристики топливных отходов, требуется система обеспечения качества, включающая отбор и приготовление образцов, анализы и контроль.

В зависимости от типа используемых отходов и их характеристик важным является место подачи отходов в печь, так как это влияет на выбросы из печи. В основном при повышенной температуре воспламенения отходов применяется подача их через главную горелку. Для всех точек подачи температура газов в печи должна поддерживаться не менее 850°C в течение 2 с. Если используются отходы, содержащие более 1% хлора, то они должны подаваться в зону печи, где температура газов должна поддерживаться не менее 1100°C в течение 2 с.

Для контроля выбросов должно быть установлено дополнительное оборудование. Для обеспечения безопасности окружающей среды, ее качества и соответствия стандартам требуются специальный контроль и соответствующие технические решения.

При использовании опасных отходов (жидкие топливные отходы), должны соблюдаться меры безопасности, особенно при их предварительной переработке, например, складировании, подаче в производство. Меры безопасности для потенциально самовозгорающихся материалов особенно важны при доставке топливных отходов с предприятий предварительной переработки и сортировки на предприятия производства цемента.

Выбор и использование топливных отходов обусловлены рядом взаимодействующих факторов, главными из которых являются снижение выбросов CO, , а также снижение использования природных ресурсов, ископаемого топлива и сырьевых материалов.

Характеристики различных типов топливных отходов: влажность, калорийность могут оказывать влияние на удельное потребление энергии. Например, низкая калорийность и высокая влажность альтернативного топлива приводят к увеличению удельного потребления тепловой энергии на одну тонну клинкера. Чтобы достигнуть такого же потребления энергии при использовании топливных отходов с низкой калорийностью, требуется их большее количество в сравнении с использованием обычного топлива.

В зависимости от концентрации высоколетучих металлов в топливных отходах при их использовании может изменяться количество выбросов металлов. Это должно контролироваться и минимизироваться путем применения соответствующих мероприятий.

При использовании смеси топлив удельное потребление энергии на одну тонну клинкера изменяется по различным причинам, зависящим от типа топлива, его калорийности. Анализ данных показывает, что калорийность ископаемого топлива (угля) находится в пределах 26 - 30 МДж/кг, мазута - 40 - 42 МДж/кг, а калорийность пластиков колеблется от 17 до 40 МДж/кг. Следует отметить, что калорийность альтернативного топлива изменяется в широком интервале, вплоть до 40 МДж/кг. Калорийность животных отходов, используемых в цементных печах в качестве альтернативного топлива, находится в пределах 14 - 22 МДж/кг.

В сравнении с использованием обычного топлива применение топливных отходов снижает производственные расходы. Используемая тепловая энергия обычно составляет 30% - 40% от себестоимости продукции. Поэтому стоимость топлива является значительной частью производственных расходов при получении цемента. Отходы топлива могут быть менее дорогими, чем обычное топливо, хотя стоимость будет меняться в зависимости от типа отходов и местных условий. Однако топливные отходы часто проходят предварительную обработку, гомогенизацию до их использования на цементных заводах, что приводит к их удорожанию. К тому же дополнительный контроль и анализы отходов также повышают их стоимость.

НДТ 5

НДТ при использовании отходов в качестве альтернативного топлива - это минимизация риска увеличения выбросов вредных веществ путем применения технических решений, представленных в таблице 5.5.

Таблица 5.5 - НДТ 5

	Метод/оборудование	Применимость
а	Использование соответствующих точек ввода альтернативного топлива в печь с целью обеспечения определенной температуры и времени пребывания топливосодержащих отходов в данной зоне, в зависимости от их свойств и конструкции печи	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
б	Подача альтернативного топлива, содержащего органические компоненты, которые могут улетучиваться, до зоны кальцинирования в зону с необходимой температурой	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
в	Управление работой печи таким образом, чтобы газы от сжигания топливосодержащих отходов находились в контролируемом, гомогенизированном виде даже при наиболее неблагоприятных условиях при температурах более 850°C не менее 2 с	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
г	Увеличение температуры газов в зоне печи, где происходит горение топливосодержащих отходов, до 1100°C и выше, если сжигаются опасные отходы с содержанием более 1% галоген-содержащих органических веществ (выраженные в виде хлора)	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
д	Обеспечение постоянной и стабильной подачи отходов в печь	Для всех предприятий
е	Прекращение сжигания отходов при режиме розжига и охлаждения (пуска и остановки) печи, когда необходимая температура и время пребывания материала в печи не могут быть обеспечены	Для всех предприятий

5.3 Снижение удельного расхода энергии на производство 1 т портландцемента

Главными потребителями электрической энергии являются мельницы (помол цемента и сырья), вытяжные вентиляторы и дымососы (печи, сырьевые и цементные мельницы), которые все вместе потребляют более 80% электрической энергии. Величина потребляемой электрической энергии колеблется от 90 до 150 цемента. Обычно мокрый способ производства цемента является более энергоемким, чем полумокрый или сухой способы.

Расход электроэнергии обусловлен природой измельчаемого материала и особенностями процесса его измельчения. В некоторых случаях минимизация энергопотребления может быть достигнута простой заменой старых сырьевых мельниц на новые.

Использование электрической энергии может быть минимизировано путем установки систем управления мощностью и применения энергетически эффективных технологических схем измельчения и оборудования, такого как роликовые мельницы высокого давления для предварительного измельчения клинкера, вентиляторов с переменной скоростью вращения, а также в некоторых случаях путем замены морально устаревших типов мельниц на новые, более энергоемкие. Применение улучшенной системы контроля и снижение подсоса воздуха также позволяют оптимизировать потребление электрической энергии. Некоторые технологии снижения выбросов, описанные в последующих разделах, оказывают положительное влияние на потребление энергии, например, оптимизация процесса технологического контроля.

5.3.1 Системы энергетического менеджмента

С 1970-х годов в различных государствах были разработаны национальные стандарты в области систем энергетического менеджмента (СЭнМ). В 2011 году опубликован международный стандарт ISO 50001:2011 [61], а в 2012 году - ГОСТ Р ИСО 50001-2012 "Системы энергетического менеджмента. Требования и руководство по применению" [62].

СЭнМ представляет собой часть системы менеджмента организации и включает набор (совокупность) взаимосвязанных или взаимодействующих элементов, используемых для разработки и внедрения энергетической политики и энергетических целей, а также процессов и процедур для достижения этих целей.

В контексте НДТ энергетический менеджмент приобретает особую важность, так как СЭнМ позволяет сформулировать обоснованные цели и задачи в области повышения эффективности использования энергии на предприятии и обеспечить их достижение (решение) путем реализации программ, охватывающих все стадии производственного процесса - от планирования закупок оборудования до организации отгрузки готовой продукции.

При использовании инструментов СЭнМ первоочередное внимание следует уделять тем элементам деятельности организации, которые обусловливают наибольшее потребление энергии в производстве или обладают наибольшим потенциалом повышения энергоэффективности производства, расширения энергообмена с другими сторонами (например, утилизации тепла отходящих газов для отопления, в том числе, сторонних объектов) и использования энергии возобновляемых источников.

Для определения измеряемых результатов, относящихся к энергетической эффективности, использованию энергии и потреблению энергии применяется термин "энергетическая результативность".

Процесс улучшения реализуется путем постановки энергетических целей и задач, выделения ресурсов и распределения ответственности для их достижения и выполнения (разработки и реализации программ энергетического менеджмента или программ повышения энергоэффективности, которые в Российской Федерации часто называют программами энергосбережения).

С точки зрения НДТ основные численные показатели обычно представляют как удельное потребление энергии (в расчете не единицу продукции) - как на отдельных стадиях (наиболее энергоемких), так и в процессе производства в целом. Именно в размерности сокращения удельных затрат энергии топлива, пара, электроэнергии и др. обычно ставятся цели и задачи повышения энергоэффективности, важные для обеспечения соответствия предприятий НДТ.

В связи с тем, что для постановки и проверки выполнения задач СЭнМ необходимо обеспечить мониторинг и измерение показателей, связанных с потреблением и использованием энергии, разработка программ энергетического менеджмента предполагает и совершенствование практики учета и контроля, включая выбор, обоснование и организацию измерений ключевых параметров.

Особенности российского климата (в том числе, и региональные) определяют достаточно существенные отличия в потреблении энергии, необходимой для подготовки сырья, материалов, отопления производственных помещений, от показателей, характерны, например, для западноевропейских компаний, выпускающих цемент. Но для постановки обоснованных целей и задач в области повышения энергоэффективности производства необходимо четко знать и документировать распределение потребления энергии на различные нужды.

В общем случае в состав СЭнМ входят следующие взаимосвязанные элементы:

- энергетическая политика;

- планирование (цели, задачи, мероприятия), программа СЭнМ;

- внедрение и функционирование, управление операциями;

- взаимодействие и обмен информацией;

- мотивация персонала;

- подготовка и обучение персонала;

- внутренний аудит СЭнМ;

- анализ и оценка СЭнМ руководством организации.

Действенность СЭнМ обеспечивается путем разработки, внедрения и соблюдения основных процедур, то есть документированных способов осуществления действия или процесса. Процедуры определяют последовательность операций и важные факторы этапов различных видов деятельности и по своему назначению аналогичны процедурам, используемым в рамках систем менеджмента качества и систем экологического менеджмента (см. раздел "Системы экологического менеджмента").

В то же время с системами энергетического менеджмента связан ряд преимуществ, в том числе:

- повышение энергоэффективности использования энергии, обеспечение соответствия нормативным требованиям и добровольным обязательствам;

- сокращение негативного воздействия на окружающую среду за счет снижения выбросов и сбросов загрязняющих веществ и потерь тепла, обусловленных использованием энергии;

- повышение конкурентоспособности, в особенности, в условиях растущих цен на энергию;

- дополнительные возможности снижения эксплуатационных затрат и повышения качества продукции;

- повышение уровня доверия регулирующих органов к предприятию, что может привести к снижению нагрузки, связанной с государственным контролем;

- улучшение мотивации персонала;

- повышение привлекательности компании для сотрудников, потребителей и инвесторов.

В связи с тем, что воздействие предприятий по производству цемента в значительной степени обусловлено именно высокой энергоемкостью технологических процессов, системы энергетического менеджмента следует считать как инструментами повышения энергоэффективности, так и инструментами сокращения негативного воздействия на ОС [60].

НДТ 6

НДТ для снижения удельного расхода энергии на производство 1 т портландцемента является применение отдельно или совместно технических решений, представленных в таблице 5.6.

Таблица 5.6 - НДТ 6

	Метод/оборудование	Применимость
а	Разработка, внедрение и использование на предприятии системы энергетического менеджмента	Для всех предприятий
б	Использование помольного и другого оборудования с высокой энергетической эффективностью.	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
в	Использование высокоэффективных технологических схем измельчения, оптимизированных для измельчения конкретных видов материалов	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
г	Применение высокоэффективных интенсификаторов процесса измельчения материалов	Для всех предприятий

Технологические показатели, получаемые при реализации НДТ, приведены в таблице 5.7.

Таблица 5.7 - Технологические показатели для НДТ 6

Технологический показатель	Единица измерения	Значение
Удельный расход энергии на производство 1 т портландцемента: - для заводов сухого способа производства; - для заводов мокрого способа производства	цемента	110 - 140 100 - 135

НДТ 7

НДТ - это разработка, реализация, поддерживание в рабочем состоянии и постоянное выполнение определенных требований системы энергетического менеджмента (СЭнМ), которые включают все нижеперечисленные элементы:

- энергетическая политика;

- планирование (цели, задачи, мероприятия), программа СЭнМ;

- внедрение и функционирование, управление операциями;

- взаимодействие и обмен информацией;

- мотивация персонала;

- подготовка и обучение персонала;

- внутренний аудит СЭнМ;

- анализ и оценка СЭнМ руководством организации.

СЭнМ применима для всех предприятий по производству цемента.

5.4 Снижение выбросов вредных веществ при производстве цемента

В целях единообразия и соответствия европейским данным все данные по выбросам загрязняющих веществ приведены к стандартным условиям, т.е. сухому газовому потоку при температуре 273 К и давлении 1013 Па при содержании кислорода 10 об.%. Если фактическое содержание кислорода в газовом потоке отличается от 10 об.%, то пересчет концентрации выбросов в стандартное состояние осуществляется по формуле:

,

где и - концентрация выбросов загрязняющих веществ, измеренная в потоке и при стандартном состоянии соответственно, мг/;

- фактическая концентрация кислорода в потоке в момент измерения, об. %.

5.4.1 Снижение выбросов пыли

5.4.1.1 Снижение выбросов пыли из организованных источников

На цементном заводе имеются различные источники организованных выбросов пыли: печи, клинкерные холодильники и мельницы для помола сырьевых материалов, цемента и угля, а также вспомогательное оборудование. Основная часть пыли выбрасывается в атмосферу из вращающихся печей для обжига портландцементного клинкера. Однако методы и принципы снижения выбросов пыли из вращающихся печей применимы и для других источников организованных выбросов пыли.

Основная часть выбросов пыли (в том числе с размером частиц менее 2,5 мкм) может быть снижена за счет уменьшения общей величины пылевыделения, достигаемой путем использования эффективной системы пылеулавливания. В прошлом использовались различные обеспыливающие устройства, а с 2007 года главными обеспыливающими установками стали рукавные фильтры, электрофильтры или их сочетание - так называемые гибридные фильтры.

Электрофильтры генерируют постоянное электрическое поле между двумя типами электродов: отрицательно заряженным коронирующим и положительно заряженным осадительным. Благодаря высокой напряженности электрического поля вблизи коронирующего электрода образуются отрицательно заряженные ионы, которые адсорбируются частицами пыли, движущимися в воздушном потоке. Частицы становятся отрицательно заряженными и мигрируют к положительно заряженным осадительным электродам, на которые и оседают. Осадительные электроды за счет периодического встряхивания или вибраций высвобождают осевшую на них пыль, которая падает вниз, в бункер-коллектор. Циклы встряхивания электродов оптимизируются, чтобы минимизировать унос пыли и тем самым довести до минимума пылевынос. Электрофильтры характеризуются способностью работать при высокой температуре (вплоть до 400°C) и высокой влажности обеспыливаемых газов. Качество работы электрофильтров зависит от различных эксплуатационных параметров, таких как влажность и химический состав газа и частиц пыли, скорость газового потока, распределение частиц по размерам, электрическое сопротивление частиц, начальная запыленность и температура газа, напряженность электрического поля, площадь и форма электродов, содержание влаги в осаждаемой пыли и т.д.

Работа электрофильтра может быть ухудшена при образовании наростов материала на электродах и, как следствие, за счет снижения напряженности электрического поля. Это может случиться при наличии в печи большого количества хлоридов и сульфатов, образующих со щелочными металлами субмикроскопические частицы пыли (0,1 - 1 мкм), имеющие высокое удельное сопротивление (Ом/см), которые оседают на электродах, снижая электропроводность газа и затрудняя удаление пыли.

Проблемы высокого сопротивления могут быть частично решены за счет впрыскивания воды в башню для кондиционирования дымовых газов.

Электрофильтры большого размера совместно с системой кондиционирования (увлажнения) обеспыливаемых газов при оптимизации режима работы могут снизить среднемесячное пылевыделение до 5 - 15 мг/. Проектная эффективность обеспыливания в таких электрофильтрах - выше 99,99%, поэтому выбросы пыли имеют небольшую величину, всего несколько мг/. Электрофильтры весьма эффективны для улавливания ультра мелких частиц (< 0,5 мкм), способных агломерироваться.

Электрофильтры являются мощным и эффективным оборудованием, распространенным в технологическом процессе. Существующие электрофильтры часто могут быть усовершенствованы без полной замены, что снижает стоимость работ по модернизации. Модернизация старых электрофильтров может касаться монтажа более современных электродов или автоматического контроля напряжения на старых установках. Можно также улучшить прохождение газа через электрофильтр или установить дополнительные секции фильтрации.

Потребление электрической энергии электрофильтров растет экспоненциально со снижением содержания пыли в очищенном газе. Оптимальная работа электрофильтра зависит от температуры и влажности обеспыливаемого газа. Продолжительность работы электрофильтра может достигать несколько десятилетий при обеспечении всех рекомендуемых условий обслуживания и ремонта. Некоторые части (молотки, подшипники) необходимо регулярно менять после нескольких лет эксплуатации как часть периодического обслуживания и ремонта.

Электрофильтры вследствие их высокой эффективности, низкого гидравлического сопротивления, высокой работоспособности и энергетической эффективности становятся наиболее успешными установками для улавливания пыли из отходящих газов вращающихся печей и клинкерного холодильника. Электрофильтры могут быть использованы почти в каждой цементной печи для удаления пыли из отходящих газов, газов из системы байпаса и воздуха из колосникового холодильника.

Рукавные фильтры являются эффективным пылеулавливающим оборудованием. Основной принцип работы рукавных фильтров заключается в использовании матерчатой мембраны, которая пропускает газ, но задерживает пыль. Различие в конструкции таких фильтров состоит в том, что часть фильтрующих элементов состоит из цилиндрических фильтровальных мешков (вертикальная подвеска), а часть - из фильтровальных пакетов, которые обычно устанавливаются горизонтально. Первоначально пыль откладывается частично на поверхности волокон и проникает на всю глубину ткани, но как только поверхностный слой ткани полностью покроется пылью, она сама становится доминирующей фильтровальной средой. Выходящие газы могут проходить не только из внутренней части фильтровального рукава наружу, но и в противоположном направлении. Поскольку слой пыли утолщается, сопротивление прохождению газа повышается. Поэтому необходимы периодическая чистка фильтровальной среды и контроль гидравлического сопротивления фильтра.

Обычным способом чистки является периодическая импульсная подача очищенного газа или сжатого воздуха в направлении, обратном обычному потоку газа, механический удар или встряхивание и вибрация. Рукавные фильтры имеют много секций, которые можно индивидуально изолировать в случае выхода из строя рукава; соответственно фильтрация будет успешной, обеспечивающей адекватное поведение установки в целом, если даже секция будет целиком выведена из эксплуатации. Для этого должен сработать "детектор разрыва рукава", который находится в каждой секции и который указывает на необходимость замены мешка, если случилась неполадка.

Фильтровальные рукава изготавливают из тканого и нетканого материала. Высокая температура (150°C - 300°C) обеспыливаемых газов требует применения специальных материалов. Современные синтетические ткани могут выдерживать температуру до 280°C.

Поведение рукавных фильтров зависит от различных параметров, таких, как совместимость фильтрующего материала с характеристиками обеспыливаемого газа и пыли, соответствующее термическое, физическое и химическое сопротивление против воздействия гидролиза, окисления и температуры процесса. Важными характеристиками фильтра являются размер фильтрующей поверхности, эффективность разделения и сопротивление фильтрации (так называемое "дифференциальное давление фильтра"). Последняя величина зависит от свойств фильтровального материала и пыли. Основным параметром для проектирования фильтра является пропускная способность (объем обеспыливаемого газа). Поэтому классификация рукавных фильтров осуществляется в зависимости от типа, количества рукавов и свойств пыли и газа.

Срок службы, потребности в энергии и в обслуживании рукавных фильтров зависят от тепловых и механических нагрузок. Скорость прохождения газа, толщина отложений пыли, пористость и циклы очистки влияют на эффективность удаления пыли. Улучшение работы фильтра (в частности, снижение его гидравлического сопротивления) ведется в направлении быстрого определения потенциальной утечки пыли с постоянным контролем с помощью детектора, улучшения системы пылеудаления, повышения срока эксплуатации и снижения стоимости. Циклы очистки и методы очистки фильтрующих материалов оказывают влияние на эффективность работы фильтра. Испытания показали, что при использовании воздушной пульсации низкого давления эффективность повышается, в то же время минимизируется потребление энергии и снижается уровень шума. Такая фильтрующая система может быть использована для обеспыливания отходящих газов из вращающихся печей, а также обеспыливания щелочной пыли байпаса, воздуха клинкерного холодильника, мельниц и классификаторов.

Объединение рукавных фильтров с циклонами применимо для клинкерного холодильника. В циклоне частицы пыли выделяются от газового потока и осаждаются под действием центробежных сил на стенах циклона, а затем удаляются через отверстие со шлюзовым затвором на дне циклона. Центробежные силы проявляются непосредственно в газовом потоке, входящем по касательной в цилиндрический корпус циклона, или за счет вращения рабочего вентилятора, находящегося в установке (механический центробежный пылеосадитель). В цементной промышленности циклоны объединяются с воздушным теплообменником для снижения температуры и рукавным фильтром (пылеулавливающая камера с рукавным фильтром) для удаления пыли из отходящих газов холодильника. Циклон может снизить концентрацию пыли до 70% от исходной. В сочетании с воздушным теплообменником и пылеулавливающей камерой с рукавным фильтром достигается высокая очистка (до 99,99%) при низкой концентрации пыли в выбросах, равной 5 - 7 мг/.

Чтобы оптимизировать эксплуатационную стоимость рукавных фильтров, на цементных заводах устанавливают оптимальное давление в системе пульсирующего струйного пылеудаления. Нагрузка на фильтр, дифференциальное давление на фильтрующую поверхность и система очистки газов являются тремя главными факторами, оказывающими влияние на снижение стоимости рукавных фильтров. Эти факторы тесто связаны, поэтому для оптимизации стоимости необходимо достижение максимально возможных отношений воздух/обшивка фильтра, наименьших значений дифференциального давления и более низких давлений воздуха для очистки.

Гибридные фильтры представляют собой объединение электрофильтров и рукавных фильтров в одно и то же устройство. Они в основном являются результатом модернизации существующих электрофильтров и позволяют повторно использовать часть старого оборудования.

НДТ 8

НДТ - это снижение выбросов пыли из организованных источников путем применения технических решений, представленных в таблице 5.8.

Таблица 5.8 - НДТ 8

	Метод/оборудование	Применимость
а	Применение современных электрофильтров или рукавных фильтров, оптимизированных для очистки конкретного вида газов	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
б	Применение гибридных фильтров	Для вновь строящихся и модернизируемых предприятий
в	Применение системы управления ремонтом, специально направленной на наблюдение за состоянием фильтров	Для всех предприятий

Технологические показатели, получаемые при реализации НДТ, приведены в таблице 5.9.

Таблица 5.9 - Технологические показатели для НДТ 8

Технологический показатель	Единица измерения	Значение
Выбросы пыли из вращающейся печи (неорганическая пыль с содержанием до 20%, код ЗВ 2909):	мг/
- для проектируемых технологических линий - технологические линии, введенные в эксплуатацию после 2008 года - технологические линии, введенные в эксплуатацию до 2008 года с модернизированными фильтрами - технологические линии, введенные в эксплуатацию до 2008 года		Не более 25
		Не более 50(1),(2),(3)
		Не более 500*(1),(2),(3)
		Не более 1000(1),(2),(3)
(1) Как среднее арифметическое за время проведения замеров. (2) Замеры осуществляются периодически согласно графику производственного контроля на основании норм, установленных в нормативных документах. (3) При одновременной минимизации выбросов из других организованных источников.

5.4.1.2 Снижение выбросов пыли из неорганизованных источников

Источниками образования неорганизованных пылевых выбросов являются процессы складирования и переработки сырьевых материалов, топлива и клинкера, а также любые транспортные средства, используемые на территории производства. Компактное расположение объектов является наиболее простым способом снижения неорганизованных выбросов пыли. Регулярное и тщательное обслуживание установок всегда приводит к косвенному снижению неорганизованных выбросов пыли благодаря уменьшению подсоса воздуха или предотвращению негерметичности установок. Использование автоматических приборов и системы контроля также способствует снижению выбросов пылевидных частиц, равно как и постоянная безотказная надежная работа установок.

Чтобы снизить выбросы дисперсной пыли на открытом складе, где размещены сырьевые материалы или топливо, штабели и площадки навального хранения могут быть закрыты или укрыты с помощью различных перегородок, покрытий, разделены стенами или оградами, состоящими из вертикальных зеленых растений (искусственные или естественные барьеры для предотвращения воздействия ветра).

НДТ 9

НДТ - это снижение выбросов пыли из неорганизованных источников путем применения технических решений, представленных в таблице 5.10.

Таблица 5.10 - НДТ 9

	Метод/оборудование	Применимость
а	Укрытие/капсулирование операций, связанных с пылением	Для всех предприятий
б	Использование закрытых конвейеров и элеваторов	Для всех предприятий
в	Уменьшение мест подсоса воздуха или просыпания материала, герметизация установок	Для всех предприятий
г	Использование гибких шлангов и рукавов, снабженных системой улавливания пыли, при погрузке цемента в цементовоз	Для всех предприятий
д	Противоветровая защита	Для всех предприятий
е	Водное опрыскивание и химические вещества, подавляющие пыление	Для всех предприятий
ж	Покрытие, мытье дорог и их уборка	Для всех предприятий
з	Увлажнение штабелей	Для всех предприятий

В результате реализации НДТ достигается минимизация выбросов пыли из неорганизованных источников.

5.4.2 Снижение выбросов оксидов азота

Для снижения выбросов применяются как первичные технические решения, интегрированных в технологический процесс, так и специальные технологии или их сочетание с первичными техническими решениями. К первичным техническим решениям относятся:

- оптимизация процесса обжига;

- охлаждение пламени;

- использование горелки с низким выделением ;

- постадийное сжигание топлива, сжигание топлива в средней части печи в сочетании с декарбонизатором и использованием оптимальной топливной смеси;

- использование минерализаторов для улучшения обжигаемости сырьевой смеси.

Специальные технологии, которые могут быть использованы для снижения выбросов :

- технология селективного некаталитического восстановления (SNCR - Selective Non-Catalytic Reduction);

- технология селективного каталитического восстановления (SCR - Selective Catalytic Reduction).

По экономическим соображениям снижение выбросов на предприятии предпочтительно следует начинать с осуществления первичных технических решений, интегрированных в технологический процесс. Некоторые печи с циклонными теплообменниками или циклонными теплообменниками и декарбонизаторами после оптимизации процесса работы и применения только первичных технических решений уже дают выбросы менее 500 мг/. Эффективность различных методов снижения выбросов представлена в таблице 5.11

Таблица 5.11 - Технические решения для снижения выбросов , применяемые при производстве цемента

Техническое решение	Эффективность снижения выбросов, %	Данные по выбросам, мг/
Оптимизация процесса обжига	25	Снижаются с 1400 до 1000
Охлаждение пламени факела	0 - 35	Менее 500 - 1000
Применение горелок с низким выделением	0 - 35	Менее 500 - 1000
Постадийное сжигание топлива, сжигание топлива в средней части печи	20 - 40	-
Использование минерализаторов	10 - 15	-
Технология SNCR	30 - 90	200 - 500
Технология SCR	43 - 95	200 - 500

Оптимизация процесса обжига. Оптимизация процесса обжига, стабильная и оптимальная работы печи, оптимизация процесса контроля, гомогенизации, подачи топлива приводят к снижению выбросов . Первичная оптимизация технических переделов включает оптимизацию контроля процесса обжига и выбросов, улучшение работы установок непрямого сжигания топлива, оптимизация работы холодильника, выбора топлива и оптимизацию содержания кислорода и избытка воздуха при обжиге клинкера.

Путем оптимизации работы контрольно-измерительной техники и оборудования достигается снижение выбросов с 1400 до 1000 мг/.

Охлаждение пламени факела. Добавление воды в топливо или непосредственно в пламя с использованием различных методов инжекции (впрыскивание жидкости или жидкости + твердого вещества), использование жидких и твердых отходов с высокой влажностью снижает температуру пламени и увеличивает концентрацию гидроксильных радикалов. Это оказывает положительный эффект на снижение образования в зоне горения факела. Однако при этом требуется дополнительное тепло для испарения воды, что вызывает небольшое увеличение удельного расхода тепла на обжиг клинкера и выбросов (примерно на 0,1% - 1,5%).

Снижение температуры пламени факела может быть достигнуто путем инжекции в факел тонкоизмельченного известняка или путем совместного помола небольших количеств известняка и твердого топлива (угля). При рациональном корректировании состава сырья охлаждение пламени за счет инжекции тонкомолотого известняка не приводит к повышению удельного расхода тепла или увеличению выбросов из печи.

Впрыскивание воды может причинить проблемы в управлении печью, снизить выход клинкера и оказать влияние на его качество.

Путем охлаждения пламени факела достигается снижение выбросов до величин менее 500 - 1000 мг/.

Применение горелок с низким выделением . Конструкции горелок с низким выделением различаются в деталях, но в большинстве конструкций топливо и воздух подаются в печь через коаксиальные трубы. Количество первичного воздуха снижается до 6% - 10% от требуемого по стехиометрии для горения топлива (обычно 10% - 15% в традиционных горелках). Первичный воздух подается с большой скоростью через внешний канал. Уголь вдувается через центральную трубу или через средний канал. Третий канал используется для вихревого воздуха. Закрутка воздуха осуществляется специальными лопатками, расположенными вблизи сопла горелки.

Эффект такой конструкции горелки заключается в очень быстром воспламенении топлива, особенно при наличии в топливе летучих соединений, при недостатке кислорода в атмосфере печи, что ведет к снижению образования .

Для обеспечения возможности применения различных видов топлива, в том числе альтернативного, современные горелки изготавливаются многоканальными (см. раздел 2).

Применение горелок с низким выделением позволяет снизить выбросы до величин менее 500 - 1000 мг/.

Постадийное сжигание топлива, сжигание топлива в средней части печи. Постадийное сжигание топлива применяется в цементных печах, оборудованных декарбонизатором специальной конструкции. Первая стадия горения топлива происходит во вращающейся печи при оптимальных условиях обжига клинкера. Вторая стадия протекает в горелке на входе материала в печь, где образуется восстановительная атмосфера, которая разлагает часть оксидов азота, накопленного в зоне обжига. Высокая температура в этой зоне особенно предпочтительна для реакции превращения в элементарный азот. На третьей стадии топливо подается в декарбонизатор с количеством третичного воздуха, вызывающего также образование восстановительной атмосферы. Эта система снижает количество , образующихся при сжигании топлива в декарбонизаторе, а также уменьшает количество , приходящих в печь извне. На четвертой финальной стадии оставшийся третичный воздух подается в верхнюю часть системы для остаточного сжигания.

Технология постадийного сжигания топлива может быть использована только на печах, оборудованных декарбонизатором. Для завода, использующего циклонный теплообменник без декарбонизатора, необходима существенная модификация оборудования.

Сжигание кусковых отходов топлива (например, автомобильных шин) является одним из вариантов технологии стадийного сжигания топлива, при этом сжигание кусков топлива сопровождается образованием восстановительной атмосферы в зоне обжига. В печах, оборудованных запечными теплообменниками и декарбонизатором, подача кусков топлива производится на входе в печь или в декарбонизатор. Сжигание кускового топлива может снизить выбросы на 20% - 30%.

В длинных печах мокрого и сухого способа производства создание восстановительной зоны сжиганием кускового топлива также может снизить выбросы . Поскольку в длинных печах нет свободного доступа топлива в зоны с температурой выше 900°C - 1000°C, система сжигания топлива в середине печи устраивается таким образом, чтобы обеспечить возможность подачи в нее отходов, которые нельзя подать через основную горелку (например, шины).

Имеющиеся установки по сжиганию топливных отходов в средней части печи обеспечивают снижение выбросов на 20% - 40%.

При использовании таких установок скорость горения топлива может иметь критическое значение. Если горение медленное, то создается восстановительная зона обжига, которая оказывает негативное влияние на качество продукции. Если же горение топлива происходит достаточно быстро, соответствующий участок зоны цепной завесы перегревается и в результате этого цепи выгорают.

Использование минерализаторов. Добавление в сырьевую смесь минерализаторов, таких как фторид кальция, является технологией регулирования качества клинкера, позволяющей снизить температуру в зоне спекания. При снижении температуры обжига одновременно достигается уменьшение образования на 10% - 15%.

Технология селективного некаталитического восстановления оксидов азота (SNCR). Технология селективного некаталитического восстановления оксидов азота (SNCR) включает инжекцию в дымовые газы водного раствора аммиака (с содержанием до 25%), водных растворов соединений аммиака или мочевины для восстановления до . Оптимальный температурный интервал протекания реакции восстановления - 830°C - 1050°C при обеспечении достаточного времени контакта восстанавливающего агента с дымовыми газами.

Если завод уже оборудован системой постадийного сжигания топлива, то необходимо дальнейшее развитие использования технологии SNCR. Одновременное использование этих технологий требует регулирования температуры и атмосферы с таким расчетом, чтобы они соответствовали друг другу.

Снижение выбросов может быть также достигнуто инжекцией восстанавливающих реагентов в окислительную, а также в восстановительную зону печи с постадийным сжиганием топлива. Инжекция в окислительную зону более предпочтительна, поскольку вероятность увеличения выбросов CO в этом случае меньше в сравнении с инжекцией в восстановительную зону. Благодаря различным конструкциям декарбонизатора, дизайн и режим работы установки SNCR должны быть адаптированы к соответствующей технологии.

Технология селективного каталитического восстановления оксидов азота (SCR). В технологии SCR NO и восстанавливаются до с помощью и катализатора при температуре около 300°C - 400°C. В качестве восстановителя предполагается использование водных растворов аммиака или мочевины. Эта технология широко применяется для снижения в других отраслях промышленности (например, на теплоэлектростанциях при сжигании отходов). В цементной промышленности в основном рассматриваются две системы: установка с низким пылевыделением между системой обеспыливания и дымовой трубой и с высоким пылевыделением - между теплообменником и системой обеспыливания. Установка системы с низким пылевыделением требует повторного подогрева отходящих газов после их обеспыливания, что сопровождается дополнительными затратами энергии и потерями давления. Система с высоким пылевыделением газов более предпочтительна по техническим и экономическим показателям. Эта система не требуют дополнительного подогрева, так как температура газов на выходе из теплообменника обычно достаточно высокая для работы с применением SCR технологии.

Потенциально с применением технологии SCR может быть достигнуто снижение выбросов до 85% - 90%.

Общим недостатком технологий SNCR и SCR является возможность проскока (дополнительного выброса) в случае неполного использования восстановителя для восстановления .

НДТ 10

НДТ - это снижение выбросов в отходящих печных газах путем применения отдельно или совместно технических решений, представленных в таблице 5.12.

Таблица 5.12 - НДТ 10

	Метод/оборудование	Применимость
а	Оптимизация процесса обжига	Для всех предприятий
б	Охлаждение пламени факела	Для всех предприятий
в	Применение горелок с низким выделением	Для всех предприятий
г	Постадийное сжигание топлива, сжигание топлива в средней части печи	Для заводов сухого способа производства или мокрого способа производства при модернизации печи
д	Использование минерализаторов при обжиге клинкера	Для всех предприятий
е	Применение технологии селективного некаталитического восстановления оксидов азота SNCR	Для заводов сухого способа производства
ж	Применение технологии селективного каталитического восстановления оксидов азота SCR	Для заводов сухого способа производства (на стадии разработки)

Технологические показатели, получаемые при реализации НДТ, приведены в таблице 5.13.

Таблица 5.13 - Технологические показатели для НДТ 10

Технологический показатель	Единица измерения	Значение
Выбросы оксидов азота из вращающейся печи (код ЗВ 0301, 0304): - для печей с циклонным теплообменником - для длинных печей мокрого способа производства и печей Леполь	мг/	Не более 500(1) Не более 800(1)
(1) Среднее арифметическое за время проведения замеров. Замеры осуществляются периодически согласно графику производственного контроля на основании норм, установленных в нормативных документов.

НДТ 11

НДТ при использовании технологии селективного некаталитического восстановления оксидов азота SNCR - это поддерживание проскоков аммиака на максимально низком уровне путем применения технических решений, представленных в таблице 5.14.

Таблица 5.14 - НДТ 11

	Метод/оборудование	Применимость
а	Обеспечение стехиометрического количества восстановителя при обеспечении снижения выбросов до необходимого уровня	Для заводов сухого способа производства, оборудованных системой SNCR
б	Обеспечение равномерного распределения восстановителя в газовом потоке	Для заводов сухого способа производства, оборудованных системой SNCR

Технологические показатели, получаемые при реализации НДТ, приведены в таблице 5.15.

Таблица 5.15 - Технологические показатели для НДТ 11

Технологический показатель	Единица измерения	Значение (диапазон)
Проскок	мг/	Не более 30 - 50

5.4.3 Снижение выбросов диоксида серы

Снижение выбросов диоксида серы при производстве цемента осуществляется постадийно.

Первым шагом снижения выбросов является реализация первичных технических решений:

- выбор сырьевых материалов, топлива и отходов (при их использовании) с невысоким содержанием свободной серы или серы в виде сульфидов;

- оптимизация процесса обжига клинкера, включающая стабильную работу печей;

- однородное распределение нагретого материала в печи;

- предотвращение образования восстановительной атмосферы при обжиге клинкера.

Концентрация кислорода на входе материала в печь является решающим фактором связывания сырьевыми материалами. Увеличение содержания кислорода в печи снижает количество выбросов . Избыток кислорода обеспечивает образование сульфатов в нижней части циклонного теплообменника, которые выходят из печи совместно с клинкером.

Применение системы байпаса предотвращает накопление в печи легкоплавких сульфитов щелочных металлов и приводит к некоторому снижению выбросов .

Баланс для защиты окружающей среды должен быть найден оптимизацией соотношения выбрасываемых //CO путем регулирования содержания кислорода в печи.

Если первичные технические решения недостаточны, необходимо использовать радикальные технические решения.

Радикальными техническими решениями, позволяющими резко снизить выбросы из цементных печей, являются использование добавок сорбента или применение мокрого скруббера.

Использование добавок сорбента (абсорбента). Сорбент может добавляться в сырьевую смесь при ее помоле в валковой мельнице, либо инжектируется в газовый поток, выходящий из вращающейся печи. В последнем случае в качестве сорбента можно использовать CaO, , высокоосновную золу-унос или бикарбонат натрия .Применение кальцийсодержащих добавок является предпочтительным, так как они образуют продукты, которые могут непосредственно участвовать в процессах обжига клинкера без ухудшения его качества.

Оптимальная температура для добавления гидратной извести находится в пределах 350°C - 450°C и ниже 150°C, если газ содержит повышенное количество влаги. Наиболее удобным местом подачи гидратной извести в печь является верхний циклон теплообменника или газоход отходящих газов.

Степень снижения содержания путем добавки гидратной извести определяется уровнем начального содержания и характеристиками отходящих газов и может составлять 60% - 80%. При начальном уровне содержания выше 400 мг/ возможно достичь уровня выбросов 100 мг/.

Использование мокрого скруббера. Мокрый скруббер - это традиционно применяемая технология для десульфуризации дымовых газов на тепловых электростанциях, работающих на угле. Технология мокрого скруббера основана на следующей химической реакции:

абсорбируется жидким шламом, который распыляется в распылительной башне. В качестве абсорбента используется карбонат кальция. Мокрый скруббер также значительно снижает выбросы хлоридов, фторидов, аммиака , пыли и, в несколько меньшей степени, выбросы металлов. В мокром процессе десульфуризации образуется двуводный гипс , который заменяет природный гипсовый камень и в целом является модифицирующим реагентом в цементе. Система мокрого скруббера обеспечивает высокую эффективность улавливания водорастворимых кислых газов, включая их десульфуризацию (FGD-процесс) с наименьшим количеством твердых отходов. Эта технология предполагает использование значительных объемов воды с последующей необходимостью очистки сточных вод.

Снижение выбросов с помощью технологии мокрого скруббера может достигать более 95%. При работе печи с теплообменником производительностью 5800 т/сутки и начальной концентрации в отходящих газах в пределах 800 - 1000 мг/ были достигнуты показатели выбросов менее 10 мг/.

Диоксид серы совместно с органическими соединениями, высоколетучими металлами, аммиаком и солями аммония, хлоридами HCl, фторидами HF и остаточной пылью после электрофильтра или рукавного фильтра могут быть удалены из отходящих газов адсорбцией на активированного угле. Фильтр из активированного угля используется в виде технологии инжекции или в виде конструкции из плотного слоя с модульными стеновыми перегородками. Модульная конструкция позволяет адаптировать размеры фильтра к различным установкам, через которые проходит газ, и к производительности печи. Использованный активированный уголь периодически удаляется в отдельный силос и заменяется свежим адсорбентом. При использовании отработанного активированного угля в качестве топлива в печи уловленные на нем вещества возвращаются в систему печи и в большом количестве фиксируются в цементном клинкере.

НДТ 12

НДТ - это снижение выбросов в отходящих печных газах путем применения одного из технических решений, представленных в таблице 5.16.

Таблица 5.16 - НДТ 12

	Метод/оборудование	Применимость
а	Выбор сырьевых материалов, топлива и отходов (при их использовании) с невысоким содержанием свободной серы или серы в виде сульфидов	Для всех предприятий
б	Использование добавок сорбента (абсорбента)	Для всех предприятий. Наиболее эффективна при сухом способе производства при добавлении к сырьевой смеси
в	Использование мокрого скруббера	Для всех предприятий

Технологические показатели, достигаемые при реализации НДТ, приведены в таблице 5.17.

Таблица 5.17 - Технологические показатели для НДТ 12

Технологический показатель	Единица измерения	Значение
Выбросы диоксида серы из вращающейся печи (код ЗВ 0330)	мг/	Не более 400(1),(2)
(1) Среднее арифметическое за время проведения замеров. Замеры осуществляются периодически согласно графику производственного контроля на основании норм, установленных в нормативных документов. (2) При превышении уровня необходимо проведение дополнительных исследований для доказательства того, что это превышение обусловлено особенностями сырьевой базы (топлива) предприятия.

5.4.4 Снижение выбросов CO

Данные по современным уровням выбросов CO из цементных печей представлены в 3.6.4.

Так как одним из источников CO в дымовых газах цементных печей является органический углерод в составе сырьевых материалов, то первичным техническим решением для снижения выбросов CO является выбор (когда это возможно) сырьевых материалов с низким содержанием органического углерода.

Другой причиной наличия CO в отходящих газах вращающихся печей является недостаток кислорода (низкий коэффициент избытка воздуха) для сжигания технологического топлива.

Быстрое и резкое увеличение содержания CO в дымовых газах (проскок CO) обычно наблюдается в периоды нестабильной работы печи, при ее розжиге, при непостоянном составе топлива и его неравномерной подаче в печной агрегат. Технические решения, направленные стабилизацию параметров работы печи, состава и характеристик применяемого топлива и подачи его в печь, будут приводить к снижению выбросов CO.

Высокая концентрация CO в отходящих газах вращающейся печи свидетельствует о неполном сгорании топлива, а, следовательно - о повышении удельного расхода тепла на обжиг портландцементного клинкера.

Восстановительная атмосфера в печи, вызываемая присутствием CO в отходящих газах, может оказать негативное влияние на качество портландцементного клинкера. С другой стороны, восстановительная атмосфера приводит к снижению выбросов и с отходящими из печи газами.

При высокой концентрации CO в дымовых газах существует риск взрыва электрофильтров, то электрофильтр обычно отключается при проскоке CO. Временное отключение электрофильтра может привести к увеличению выбросов пыли и тяжелых металлов.

Для контроля содержания CO в дымовых газах должны использоваться автоматические непрерывные измерители с быстрым временем отклика, а пробоотборник должен находиться близко к источнику CO, например, в газоходе от циклонного теплообменника к башне кондиционирования при сухом способе производства цемента или в головке холодного конца печи при мокром способе производства цемента.

НДТ 13

НДТ - это снижение содержания CO в отходящих печных газах путем применения одного из технических решений, представленных в таблице 5.18.

Таблица 5.18 - НДТ 13

	Метод/оборудование	Применимость
а	Выбор (при возможности) сырьевых материалов с низким содержанием органического углерода	Для всех предприятий
б	Оптимизация процесса обжига путем поддержания необходимого коэффициента избытка воздуха в печи	Для всех предприятий
в	Обеспечение однородного состава и свойств топлива, равномерность и постоянство его подачи в печь	Для всех предприятий
г	Стабильный режим работы печи, применение автоматизированных систем управления работой печи	Для всех предприятий
д	Непрерывное автоматическое измерение CO в печных газах посредством использование оборудования для мониторинга с коротким временем отклика, расположенного вблизи источника образования CO.	Для всех предприятий

Технологические показатели, достигаемые при реализации НДТ, приведены в таблице 5.19.

Таблица 5.19 - Технологические показатели для НДТ 13

Технологический показатель	Единица измерения	Значение
Выбросы оксида углерода CO из вращающейся печи (код ЗВ 0337)	мг/	Не более 600 (1),(2)
(1) Среднее арифметическое за время проведения замеров. Замеры осуществляются периодически согласно графику производственного контроля на основании норм, установленных в нормативных документов. (2) При превышении уровня необходимо проведение дополнительных исследований для доказательства того, что это превышение обусловлено особенностями сырьевой базы (топлива) предприятия.

5.5 Снижение уровня шума, возникающего в процессе производства цемента

НДТ 14

НДТ - это снижение уровня шума, возникающего в процессе производства цемента, путем применения комбинации из технических решений, представленных в таблице 5.20.

Таблица 5.20 - НДТ 14

	Метод/оборудование	Применимость
а	Выбор подходящего места для шумных операций	Для всех предприятий
б	Ограждение шумных операций/агрегатов
в	Виброизоляция производств/агрегатов
г	Использование внутренней и внешней изоляции на основе звукоизолирующих материалов
д	Звукоизоляция зданий для укрытия любых шумопроизводящих операций, включая оборудование для переработки материалов
е	Установка звукозащитных стен и/ или природных барьеров
ж	Применение глушителей на отводящих трубах
з	Звукоизоляция каналов и вентиляторов, находящихся в звукоизолированных зданиях
и	Закрытие дверей и окон в цехах и помещениях
к	Использование звукоизоляции машинных помещений
л	Использование звукоизоляции стенных проемов, например, установка шлюза в месте ввода ленточного конвейера
м	Установление звукопоглотителей в местах выхода воздуха, например, на выпуске после газоочистки
н	Снижение скорости потоков в каналах
о	Использование звукоизоляции каналов
п	Сепарация шумовых источников и потенциально резонансных компонентов, например, компрессоров и каналов	Для всех предприятий
р	Использование глушителей для дымососов и газодувок фильтров
с	Использование звукоизолирующих модулей в технических устройствах (например, компрессорах)
т	Использование резиновых щитов при дроблении (для предотвращения контакта металла с металлом)
у	Возведение построек или посадка деревьев и кустов между защитной полосой и шумным производством

Достигаемый в результате реализации НДТ эффект - минимизация уровня шума на территории предприятия и на границе санитарно-защитной зоны.

5.6 Системы экологического менеджмента

СЭМ представляет собой часть системы менеджмента организации, необходимую для разработки и внедрения экологической политики и управления экологическими аспектами. В настоящее время в Российской Федерации действуют стандарты ГОСТ Р ИСО 14001-2007 "Системы экологического менеджмента. Требования и руководство по применению" [63]. Система менеджмента - это совокупность взаимосвязанных элементов, используемых для установления политики и целей, а также для достижения этих целей.

Экологический аспект - ключевое понятие СЭМ, позволяющее соотнести деятельность организации и ее взаимодействие с окружающей средой (ОС). Экологический аспект рассматривается как элемент деятельности организации, ее продукции или услуг, который может взаимодействовать с ОС.

Для промышленных предприятий приоритетные экологические аспекты идентифицируются в результате анализа таких факторов воздействия на окружающую среду, как:

- выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

- сбросы загрязняющих веществ в водные объекты;

- образование отходов;

- потребление энергии, сырья и материалов.

Ключевыми принципами СЭМ являются предотвращение загрязнения и последовательное улучшение.

Предотвращение загрязнения ОС предполагает использование процессов, практических методов, подходов, материалов, продукции или энергии для того, чтобы избежать, уменьшить или контролировать (отдельно или в сочетании) образование, выброс или сброс любого типа загрязняющих веществ или отходов, чтобы уменьшить отрицательное воздействие на ОС. Предотвращение загрязнения может включать уменьшение или устранение источника, изменения процесса, продукции или услуги, эффективное использование ресурсов, замену материалов и энергии, повторное использование, восстановление, вторичную переработку, утилизацию и очистку.

Последовательное улучшение - периодический процесс совершенствования СЭМ с целью улучшения общей экологической результативности, согласующийся с экологической политикой организации.

Процесс последовательного улучшения реализуется путем постановки экологических целей и задач, выделения ресурсов и распределения ответственности для их достижения и выполнения, разработки и реализации программ экологического менеджмента. При этом экологические задачи и детализированные требования к их результативности должны ставиться с учетом технологических показателей НДТ.

В общем случае в состав СЭМ входят следующие взаимосвязанные элементы:

- экологическая политика;

- планирование (цели, задачи, мероприятия), программа СЭМ;

- управление операциями;

- взаимодействие и обмен информацией;

- мотивация персонала;

- подготовка и обучение персонала;

- внутренний аудит СЭМ;

- анализ системы и оценка руководством организации.

Действенность СЭМ обеспечивается путем разработки, внедрения и соблюдения основных процедур, необходимых для управления экологическими аспектами. Процедура представляет собой определенный способ осуществления действия или процесса. Процедуры могут быть документированными или недокументированными. Процедуры определяют последовательность операций и важные факторы этапов различных видов деятельности. В процедуры могут быть включены рабочие критерии нормального выполнения этапа, действия в случае отклонения от нормы, или критерии выбора последующих этапов.

СЭМ может быть разработана и внедрена на предприятии с целью обеспечения ее работоспособности, а может (но не обязательно) сертифицирована в установленном порядке на соответствие требованиям ГОСТ Р ИСО 14001.

НДТ 15

НДТ - это разработка, реализация, поддерживание в рабочем состоянии и постоянное выполнение определенных требований системы экологического менеджмента (СЭМ), которая включают нижеперечисленные элементы:

а) ответственность высшего руководства;

б) принятие высшим руководством экологической политики, которая включает требование постоянного улучшения (экологической результативности) производства;

в) планирование и внедрение необходимых процедур, целей и задач с учетом финансовых планов и инвестиций;

г) внедрение следующих процедур:

- структура и распределение ответственности;

- обучение, осведомленность и компетентность персонала;

- коммуникации;

- вовлечение в процесс развития СЭМ всех сотрудников;

- документирование;

- эффективный процессный контроль;

- программа технического обслуживания;

- готовности к нештатным ситуациям и авариям;

- гарантии обязательного соблюдения требований природоохранного законодательства;

д) проверка и корректирующие действия по следующим позициям:

- мониторинг и измерения;

- корректирующие и предупреждающие действия;

- ведение записей;

- независимый (где осуществимо) внутренний аудит, чтобы определить, соответствует ли СЭМ заложенным изначально принципам, должным ли образом она внедрена и функционирует;

е) регулярный анализ и пересмотр СЭМ высшим руководством на предмет ее пригодности, адекватности и эффективности (действенности);

ж) разработка более чистых технологий;

з) воздействие на окружающую среду при выводе установки из эксплуатации должно учитываться на стадии проектирования нового завода;

и) проведение, где осуществимо, регулярного отраслевого сравнительного анализа (бенчмаркинга) с учетом таких параметров, как энергетическая эффективность и энергосбережение, выбор сырьевых и вспомогательных материалов, характеристики выбросов в атмосферу, сбросов сточных вод, потребления воды и образования отходов.

СЭМ применима для всех предприятий по производству цемента.

5.7 Мониторинг

НДТ 16

НДТ - это регулярный мониторинг и измерение параметров и выбросов в соответствии со стандартами ЕN, ISO или национальными стандартами, гарантирующими соответствие данных научно обоснованным критериям, включая представленные в таблице 5.21.

Таблица 5.21 - НДТ 16

	Метод/оборудование	Применимость
а	Непрерывные измерения параметров, свидетельствующих о стабильности процесса, таких, как температура, содержание в отходящих газах, разрежение и скорость потока газа	Для всех предприятий
б	Мониторинг и стабилизация критических параметров процесса: однородность и постоянство состава сырьевой смеси, топлива, равномерность подачи топлива в печь, коэффициент избытка воздуха в печи	Для всех предприятий
в	Периодические замеры выбросов , и CO из печи в соответствии с графиком производственного контроля	Для всех предприятий
г	Непрерывные замеры выбросов из вращающейся печи при использовании технологии селективного некаталитического восстановления (SNCR) оксидов азота	Для печей сухого способа производства, оборудованных установками SCNR
д	Периодические замеры выбросов пыли, высоколетучих металлов, HCl, HF(1)	Для определения актуального норматива выбросов и его применимости
е	Периодические замеры выбросов летучих органических соединений, ПХДД/ПХДФ(1)	При использовании отходов в качестве сырья или альтернативного топлива
ж	Периодические замеры выбросов пыли из организованных источников, кроме печи(1)	Для всех предприятий
(1) Замеры осуществляются периодически согласно графику производственного контроля на основании норм, установленных в нормативных документах.