Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Podobne dokumenty
Osady ściekowe w technologii produkcji klinkieru portlandzkiego na przykładzie projektu mgr inż. Małgorzata Dudkiewicz, dr inż.

Co można nazwać paliwem alternatywnym?

Energetyczne wykorzystanie stałych paliw wtórnych z odpadów (SRF) na przykładzie instalacji współspalania paliw w Cementowni Chełm

Dr Sebastian Werle, Prof. Ryszard K. Wilk Politechnika Śląska w Gliwicach Instytut Techniki Cieplnej

Najlepsze dostępne technologie i wymagania środowiskowe w odniesieniu do procesów termicznych. Adam Grochowalski Politechnika Krakowska

Przemysł cementowy w Gospodarce o Obiegu Zamkniętym

Deklaracja Środowiskowa Wyrobu ślad węglowy dla cementów CEM I, CEM II i CEM III produkowanych w Polsce

POTENCJAŁ WYKORZYSTANIA ODPADÓW BIODEGRADOWALNYCH NA CELE ENERGETYCZNE W WOJEWÓDZTWIE POMORSKIM

SEMINARIUM. Produkcja energii z odpadów w technologii zgazowania Uwarunkowania prawne i technologiczne

Stałe Paliwa Wtórne i osady ściekowe w technologii produkcji klinkieru portlandzkiego na przykładzie projektu We4ClinKer

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

osadów ściekowych w Polsce Marek Jerzy Gromiec Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania

Zał.3B. Wytyczne w zakresie określenia ilości ograniczenia lub uniknięcia emisji zanieczyszczeń do powietrza

WSPÓŁSPALANIE ODPADÓW

gospodarka odpadami Anna Król Politechnika Opolska

Paliwa z odpadów możliwości i uwarunkowania wdrożenia systemu w Polsce

Wdrożenie dyrektywy IED realne koszty i korzyści dla środowiska? Marzena Jasińska - Łodyga Grupa Ożarów S.A.

20 lat co-processingupaliw alternatywnych w cementowniach w Polsce

Paliwa alternatywne z odpadów komunalnych dla przemysłu cementowego

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

CRH. Poleko Poznań

Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach

Szanse i metody zagospodarowania osadów ściekowych zgodnie z wymogami środowiskowymi

Przemysł cementowy w Polsce

Przemysł cementowy w Polsce

Zagadnienia bezpieczeństwa współspalania paliw alternatywnych w cementowniach

Zestawienie wzorów i wskaźników emisji substancji zanieczyszczających wprowadzanych do powietrza.

Biomasa alternatywą dla węgla kamiennego

ALTERNATYWNYCH W CEMENTOWNIACH CEMEX POLSKA. Piotr Bąbelewski CEMEX Polska Cementownia Rudniki

Cembureau Cement Portlandzki CEM I

Bezpieczeństwo ekologiczne współspalania odpadów w piecach cementowych. Dyrektor ds. Produkcji Paweł Zajd

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

PALIWA ALTERNATYWNE W CEMENTOWNI NOWINY

Paliwo alternatywne na bazie sortowanych odpadów komunalnych dla przemysłu cementowego

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

PROJEKT: Innowacyjna usługa zagospodarowania popiołu powstającego w procesie spalenia odpadów komunalnych w celu wdrożenia produkcji wypełniacza

PRACE. Instytutu Szk³a, Ceramiki Materia³ów Ogniotrwa³ych i Budowlanych. Nr 1

Paliwa z odpadów - właściwości

Przemysł cementowy w Polsce

Układ zgazowania RDF

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Opracował: mgr inż. Maciej Majak. czerwiec 2010 r. ETAP I - BUDOWA KOMPLEKSOWEJ KOTŁOWNI NA BIOMASĘ

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

Osady ściekowe jako substraty dla nowych produktów. Prof. dr hab. inż. Małgorzata Kacprzak

Zestawienie wzorów i wskaźników emisji substancji zanieczyszczających wprowadzanych do powietrza Grudzień 2016

Paliwa alternatywne. Co to są paliwa alternatywne?

Wskaźniki aktywności K28 i K90 popiołów lotnych krzemionkowych o miałkości kategorii S dla różnych normowych cementów portlandzkich

PO CO NAM TA SPALARNIA?

KIERUNKI ROZWOJU TECHNOLOGII PRODUKCJI KRUSZYW LEKKICH W WYROBY

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

ENERGIA Z ODPADO W NOWE MOZ LIWOS CI DLA SAMORZA DO W. ROZWIA ZANIA I TECHNOLOGIE. Aleksander Sobolewski Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla

NOVAGO - informacje ogólne:

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Proces Innowacji. Emilia den Boer Ryszard Szpadt Politechnika Wrocławska. Urząd Marszałkowski Dolnego Śląska. Wrocław, 23 listopad 2011

Kruszywo lekkie typu keramzytu z udziałem surowców odpadowych - właściwości, zastosowanie Jolanta Latosińska, Maria Żygadło

Warszawa, dnia 19 maja 2017 r.

LEKKIE KRUSZYWO SZTUCZNE KOMPLEKSOWE ZAGOSPODAROWANIE ODPADÓW KOMUNALNYCH I PRZEMYSŁOWYCH. Jarosław Stankiewicz

Oferta Kompanii Węglowej S.A. dla sektora ciepłownictwa

Zagospodarowanie osadów ściekowych

ENERGETYCZNE WYKORZYSTANIE OSADÓW ŚCIEKOWYCH. Prof. dr hab. Dr h.c. inż. January Bień

Paliwa alternatywne jako odnawialne źródła energii w formie zmagazynowanej. Prezentacja na podstawie istniejącej implementacji

Możliwości i uwarunkowania dla termicznego odzysku energii z RDF (odpady palne) i SRF (paliwa wtórne) w Polsce

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Efekt ekologiczny modernizacji

Niskoemisyjne kierunki zagospodarowania osadów ściekowych. Marcin Chełkowski,

Bogna Burzała Centralne Laboratorium ENERGOPOMIAR Sp. z o.o. Kierunek Wod-Kan 3/2014 ODPADOWY DUET

Energetyczne zagospodarowanie osadów ściekowych w powiązaniu z produkcją energii elektrycznej. Maria Bałazińska, Sławomir Stelmach

Energetyczne wykorzystanie odpadów z biogazowni

1. W źródłach ciepła:

Polskie technologie stosowane w instalacjach 1-50 MW

Program priorytetowy NFOŚiGW Zagospodarowanie osadów ściekowych

Zagospodarowanie osadów ściekowych

I Forum Dialogu Nauka - Przemysł Warszawa, 9-10 października 2017 r.

Przemysł cementowy w Polsce w roku 2008

Współspalanie paliwa alternatywnego z węglem w kotle typu WR-25? Dr inż. Ryszard Wasielewski Centrum Badań Technologicznych IChPW

POZWOLENIE ZINTEGROWANE

INNOWACYJNA TECHNOLOGIA UTYLIZACJI OSADÓW ŚCIEKOWYCH

PALIWA FORMOWANE. Co to są paliwa formowane? Definicja i nazewnictwo.

PEC S.A. w Wałbrzychu

Konsultacja zmian dla Programu Priorytetowego NFOŚiGW Czysty Przemysł

WNIOSEK O WYDANIE POZWOLENIA NA WPROWADZANIE GAZÓW LUB PYŁÓW DO POWIETRZA

ZBUS-TKW Combustion Sp. z o. o.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 25 lipca 2011 r.

PRZYSZŁOŚĆ SYSTEMU GOSPODARKI ODPADAMI KOMUNALNYMI W POLSCE

Od uwęglania wysegregowanych odpadów komunalnych w wytwórniach BIOwęgla do wytwarzania zielonej energii elektrycznej

Efekt ekologiczny modernizacji

Współczesne technologie gospodarki odpadami komunalnymi w aspekcie odzysku energii

OCHRONA POWIETRZA. Opracował: Damian Wolański

POLSKA IZBA EKOLOGII. Propozycja wymagań jakościowych dla węgla jako paliwa dla sektora komunalno-bytowego

Projekt: Grey2Green Innowacyjne produkty dla gospodarki

Uwarunkowania czystego spalania paliw stałych w domowych kotłach c.o. i piecach. Cz.1-Paliwa

Wybrane aspekty odzysku energii z odpadów. Dr inż. Ryszard Wasielewski Centrum Badań Technologicznych IChPW

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Polityka energetyczna w UE a problemy klimatyczne Doświadczenia Polski

OSADÓW ŚCIEKOWYCH. Zbigniew Grabowski. Warszawa r. IV Forum Gospodarka osadami ściekowymi

PRACE. Instytutu Ceramiki i Materia³ów Budowlanych. Nr 7. Scientific Works of Institute of Ceramics and Construction Materials ISSN

Efekt ekologiczny modernizacji

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Wartości opałowe (WO) i wskaźniki emisji CO 2 (WE) w roku 2006 do raportowania w ramach Wspólnotowego Systemu Handlu Uprawnieniami do Emisji za rok

Instalacja testowa do wytwarzania biowęgla z różnych rodzajów biomasy

Transkrypt:

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych Scientific Works of Institute of Ceramics and Building Materials Nr 26 (lipiec wrzesień) Prace są indeksowane w BazTech i Index Copernicus ISSN 1899-3230 Rok IX Warszawa Opole 2016

Prace ICiMB 2016 nr 26: 40 50 EWA GŁODEK-BUCYK * FRANCISZEK SŁADECZEK ** WOJCIECH KALINOWSKI *** MAŁGORZATA DUDKIEWICZ **** Słowa kluczowe: osady ściekowe, cementownie, dwutlenek węgla. W pracy przedstawiono problematykę wykorzystania komunalnych osadów ściekowych (KOS) w układach wypalania klinkieru. Są one atrakcyjnym substytutem węgla ze względu na neutralność pod kątem emisji CO 2. W celu określenia poziomu emisji CO 2 ze spalania mieszanki paliw w nowoczesnym układzie linii wypalania klinkieru o wydajności 2000 ton/dobę przeprowadzono obliczenia dla różnych konfiguracji współspalanych paliw. Wykazały one, iż substytucja węgla paliwami alternatywnymi i osadami ściekowymi na poziomie 85% skutkuje zmniejszeniem wskaźnika emisji paliwowej dwutlenku węgla o ok. 35%. Osady ściekowe powstają w oczyszczalniach ścieków jako specyficzny odpad procesów oczyszczania ścieków i wymagają odpowiedniego zagospodarowania. Do tej pory końcowym etapem unieszkodliwiania osadów ściekowych było ich mechaniczne odwadnianie, a następnie osuszanie i składowanie lub stosowanie w rolnictwie [1]. Jednakże od 1 stycznia 2016 r. obowiązuje zakaz składowania komunalnych osadów ściekowych [3]. Z tego powodu Polska staje przed dużym problemem natury ekonomicznej, technicznej oraz ekologicznej, gdyż do zago- * Dr inż., Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie, Oddział Inżynierii Procesowej Materiałów i Budowlanych w Opolu, e.glodek@icimb.pl ** Dr inż., Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie, Oddział Inżynierii Procesowej Materiałów i Budowlanych w Opolu, f.sladeczek@icimb.pl *** Dr inż., Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie, Oddział Inżynierii Procesowej Materiałów Budowlanych w Opolu, w.kalinowski@icimb.pl **** Mgr inż., CEMEX Polska Sp. z o.o., malgorzata.dudkiewicz@cemex.com

WPŁYW WYKORZYSTANIA OSADÓW ŚCIEKOWYCH W TECHNOLOGII PRODUKCJI KLINKIERU... 41 spodarowania pozostaje ok. 556,0 tys. Mg s.m. osadów ściekowych wytworzonych w ciągu roku w oczyszczalniach komunalnych [2]. Przemysł cementowy może przyczynić się do rozwiązania tego trudnego problemu zagospodarowania osadów z oczyszczalni ścieków. Termiczne przekształcenie KOS w układach do wypalania klinkieru jest bezpiecznym i korzystnym dla środowiska sposobem ich zagospodarowania. Zapewnia jednocześnie bezodpadowe unieszkodliwianie osadów ściekowych oraz zastąpienie paliwa kopalnego. Z uwagi na dużą objętość komory spalania, temperatura gazów w komorze > 2000 o C, czas przebywania w strefie temperaturze powyżej 850 o C > 2 s oraz środowisko alkaliczne materiału, piece do wypalania klinkieru są uważane powszechnie za doskonałe urządzenia do bezpiecznego energetycznego wykorzystania odpadów. Spełniają one całkowicie wszystkie zalecenia zawarte w Rozporządzeniu Ministra Rozwoju w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów [4]. W przemyśle cementowym podstawowymi paliwami były dotychczas węgiel (kamienny, brunatny) i mazut. W Polsce jednak, od ponad 10 lat, coraz chętniej wykorzystywane są paliwa alternatywne (stałe paliwa wtórne) i biomasa (w tym osady ściekowe). W krajach Unii Europejskiej, w tym także w Polsce, w piecach do wypalania klinkieru substytucja paliw naturalnych przez odpady palne jest znaczna i w indywidualnych przypadkach przekracza 80%. Cementownie w Polsce w 2012 r. wykorzystały 1180 tys. ton paliw alternatywnych w tym ok. 9,8 tys. ton osadów ściekowych [4]. Osady ściekowe jako paliwo wykorzystywane są m.in. w dwóch cementowniach firmy CEMEX Polska Sp. z o.o. Schematy podawania osadów ściekowych w układach wypalania klinkieru przedstawiono na rycinie 1. a)

42 E. GŁODEK-BUCYK, F. SŁADECZEK, W. KALINOWSKI, M. DUDKIEWICZ b) Ź r ó d ł o: Opracowanie własne. Ryc. 1. Schemat podawania osadów ściekowych na palnik główny: a) w Cementowni Chełm, b) w Cementowni Rudniki Osady ściekowe do cementowni dostarczone są w postaci granulatu lub pyłu o wilgotności < 15%. Kryteria jakościowe firmy CEMEX dla osadów są następujące: wartość opalowa > 11 MJ/kg, zawartość wody < 10%, zawartość chloru < 0,7%, zawartość siarki < 1%, suma metali ciężkich < 2000 ppm, rozdrobnienie = granulat, pył. Widok granulatu osadów ściekowych dostarczanych do CEMEX Polska Sp. z o.o. przedstawia rycina 2. Ź r ó d ł o: Opracowanie własne. Ryc. 2. Granulowany suszony osad ściekowy

WPŁYW WYKORZYSTANIA OSADÓW ŚCIEKOWYCH W TECHNOLOGII PRODUKCJI KLINKIERU... 43 W zależności od typu instalacji KOS może być podawany na palnik główny pieca obrotowego lub do kalcynatora albo komory wzniosu. Palnik główny zasilany jest mieszaniną powstałą ze wspólnego przemiału węgla i osadów ściekowych, natomiast do kalcynatora suche osady (granulat) mogą być dozowane oddzielnym palnikiem. Taki sposób postępowania wynika z potrzeby zapewnienia odpowiednich warunków technologicznych wypalania klinkieru. Aby uzyskać odpowiednią temperaturę i kształt płomienia w piecu oraz zapewnić właściwą wymianę ciepła pomiędzy płomieniem a materiałem na palniku głównym, wymagane jest spalanie paliwa o odpowiedniej wartości opałowej (> 22 MJ/kg). Suszone osady ściekowe cechuje stosunkowo niska wartość opałowa (ok. 11 16 MJ/kg), dlatego też muszą być one współspalane z pyłem węglowym. Masowy udział osadów ściekowych w mieszance z węglem podawanej na palnik główny może wynosić do 10%. Mechanizm spalania osadów ściekowych różni się od mechanizmu spalania węgla, głównie z powodu dużego udziału substancji mineralnej oraz dużego udziału części lotnych. Dynamika wydzielania części lotnych jest większa niż w przypadku węgla kamiennego [6] (przy takich samych wielkościach cząstki paliwa). Jednak spalanie karbonizatu osadów ściekowych jest już zdecydowanie wolniejsze niż węgla kamiennego. Symulacja spalania samego osadu ściekowego na palniku wykazuje, że tylko niewiele ponad 20% karbonizatu jest spalane [7] (ryc. 3 paliwo KOS d 500 µm 12,5% wody), pozostała część przechodzi do materiału. Zwiększając jednak rozdrobnienie, zmniejszając wilgotność oraz parametry powietrza do spalania można osiągnąć pełną konwersję tego paliwa. Porównanie profili temperaturowych płomienia ze spalanych osadów i węgla przedstawiono na rycinie 3. temperatura [ºC] węgiel KOS (d 500 m 12,5% H 2 O) KOS (d 90 m 0,64% H 2 O) KOS (d 90 m 0,64% H 2 O) długość pieca [m] Ź r ó d ł o: Opracowanie własne. Ryc. 3. Profil temperatury gazów w piecu do wypalania klinkieru przy spalaniu osadów ściekowych (KOS) [7]

44 E. GŁODEK-BUCYK, F. SŁADECZEK, W. KALINOWSKI, M. DUDKIEWICZ Kolejnym, oprócz kaloryczności, czynnikiem warunkującym wykorzystanie osadów ściekowych w instalacji wypalania klinkieru jest ich skład chemiczny. Z punktu widzenia technologii istotna jest ilość i jakość popiołu powstającego ze spalania paliw, który reaguje ze składnikami nadawy surowcowej i wpływa na proces wypalania klinkieru portlandzkiego w piecu obrotowym. Suszone osady ściekowe charakteryzują się znacznie wyższą zawartością części mineralnych (> 25%) niż węgiel (< 25%). Zawierają także stosunkowo dużą ilość fosforanów, których zwiększone stężenie w mączce surowcowej obniża zdolność do klinkieryzacji [8, 10]. Dodatkowo P 2 O 5 utrudnia tworzenie się fazy alitu, co może mieć negatywny wpływ na reaktywność cementu oraz jego wytrzymałość [9, 11]. Z tego też powodu zleca się kontrolę ilości wprowadzanego z osadami fosforu. Dwutlenek węgla w procesach produkcji cementu jest emitowany z dwóch podstawowych źródeł bezpośrednich: procesu dekarbonatyzacji węglanu wapnia (CaCO 3 ) (emisja procesowa) i spalania paliw (emisja paliwowa) [14]. Procesem technologicznym w przemyśle cementowym, w którym powstaje najwięcej dwutlenku węgla jest proces dekarbonatyzacji węglanu wapnia. Dwutlenek węgla powstały z produkcji klinkieru jest proporcjonalny do zawartości tlenku wapnia (CaO) z węglanów w nadawie surowcowej, którego udział jest raczej niezmienny w czasie. Według [12] wskaźnik emisji procesowej wynosi ok. 525 kg CO 2 /kg kl i stanowi ok. 60% emisji całkowitej. Natomiast rzeczywisty wskaźnik może być inny dla poszczególnych zakładów. Różnice te są uwarunkowane rodzajem wykorzystywanych surowców. Zastosowanie surowców o niższej zawartości węglanów (popioły lotne, żużel wielkopiecowy) wpływa na zmniejszenie emisji procesowej. Ograniczenie emisji paliwowej następuje natomiast poprzez wzrost współspalania paliw alternatywnych oraz biomasy. Frakcja biogenna zawarta w stałych paliwach wtórnych oraz biomasa (w tym osady ściekowe) uważane są za neutralne pod kątem emisji CO 2. Oznacza to, że w rozliczeniach emisji CO 2 wskaźnik emisji wynosi 0. Zjawisko to jest obserwowane w przemyśle cementowym w Polsce, gdzie w ostatnich kilku latach znacznie wzrosło zużycie paliw alternatywnych, co przełożyło się na zmniejszenie średniego wskaźnika emisji CO 2 (tab. 1). Obecnie wynosi on 816 kg CO 2 /kg kl. Zgodnie z unijnym systemem handlu uprawnieniami do emisji ustalany jest dopuszczalny limit emisji dla przemysłu cementowego, który obecnie wynosi 766 kg CO 2 (benchmark emisyjny CO 2 ). Instalacje piecowe do poziomu benchmarku otrzymują 100% darmowych uprawnień, natomiast różnicę między rzeczywistym wskaźnikiem a benchmarkiem muszą dokupić. Dlatego też tak istotnym dla przemysłu cementowego jest stosowanie rozwiązań ograniczających poziom emisji dwutlenku węgla.

WPŁYW WYKORZYSTANIA OSADÓW ŚCIEKOWYCH W TECHNOLOGII PRODUKCJI KLINKIERU... 45 Rok T a b e l a 1 Parametry energetyczne i emisyjne w przemyśle cementowym w Polsce [5] Produkcja klinkieru Zużycie węgla Zużycie PA Udział ciepła z PA Zużycie ciepła Emisja CO 2 [tys. ton] [%] [kj/kg kl ] [tys. ton] Wskaźnik emisji CO 2 [kgco 2 / /kg kl ] 2008 12 380,2 1 299,9 617,0 26 3 639,0 10 710 865 2009 10 650,8 864,1 751,9 36 3 692,0 8 795 826 2010 11 703,2 961,7 952,3 39 3 712,0 9 448 807 2011 13 565,5 1 202,5 1 227,1 41 3 828,0 11 425 842 2012 11 744,5 919,5 1 180,4 46 3 766,0 9 737 829 2013 10 782,4 776,1 1 131,0 48 3 722,0 9 053 840 2014 11 805,2 b.d. b.d. b.d. b.d. 9 635 816 PA paliwa alternatywne. b.d. brak danych. Ź r ó d ł o: Opracowanie własne. W celu określenia poziomu emisji CO 2 z układu wypalania klinkieru przeprowadzono obliczenia dla różnych konfiguracji współspalanych paliw. Analizie poddano nowoczesną linię wypalania klinkieru metody suchej o wydajności 2000 ton/dobę. Przyjęto, że zestaw surowcowy do wytwarzania klinkieru portlandzkiego zawiera surowce odpadowe, a w instalacji spala się węgiel kamienny, paliwa alternatywne oraz suszone osady ściekowe. Obliczeniowe jednostkowe zużycie ciepła dla analizowanego układu wynosi 3250 kj/kg kl. Dodatkowo w obliczeniach przyjęto: udział paliw alternatywnych w całkowitym zużyciu ciepła wynoszący 85%, spalanie w kalcynatorze wyłącznie paliw alternatywnych, spalanie mieszanki paliw (pył węglowy, osady ściekowe, paliwa alternatywne) w palniku głównym, stałe wartości opałowe paliw, zmienny udział ciepła z paliw w kalcynatorze i palniku głównym pieca, zmienny udział ciepła z osadów ściekowych w całkowitym cieple układu, zerowy współczynnik emisji CO 2 dla biomasy i osadów ściekowych, udział frakcji biogennej w paliwach alternatywnych 40% [15], do obliczeń składu i ilości gazów zastosowano wzory stechiometryczne.

46 E. GŁODEK-BUCYK, F. SŁADECZEK, W. KALINOWSKI, M. DUDKIEWICZ Wyniki obliczeń zestawiono poniżej. Dane do obliczeń Wd [kj/kg] paliwa alternatywne palnik 19 000 węgiel palnik 29 500 osady ściekowe palnik 13 000 PA kalcynator 16 000 Rozkład ciepła [%]: Wariant 1 Wariant 2 Wariant 3 Wariant 4 kalcynator 60 70 70 65 palnik 40 30 30 35 Udział ciepła z osadów ściekowych Udział ciepła z paliw alternatywnych 0 2,5 1,5 1,18 85 85 85 85 Zużycie paliw w układzie Palnik: Wariant 1 Wariant 2 Wariant 3 Wariant 4 węgiel [kg/h] 1 377 1 377 1 377 1 377 osady ściekowe [kg/h] 0 521 313 246 PA [kg/h] 3 564 1 782 1 924 2 683 Wartość opałowa ekwiwalentna [kj/kg] 21 927 22 080 22 482 22 016 Kalcynator PA [kg/h] 10 156 11 849 11 849 11 003 Udziały ciepła na palniku [%]: Wariant 1 Wariant 2 Wariant 3 Wariant 4 węgiel 37,50 50,00 50,00 42,86 osady ściekowe 0,00 8,33 5,00 3,37 PA 62,50 41,67 45,00 53,77 Emisje CO 2 Palnik: Wariant 1 Wariant 2 Wariant 3 Wariant 4 [kgco 2 ] [kgco 2 ] [kgco 2 ] [kgco 2 ] węgiel 45,45 45,45 45,45 45,45 osady ściekowe 0,00 7,56 4,54 3,57 PA 79,98 39,99 43,19 60,21 Emisja paliwowa na palniku 125,44 93,01 93,18 109,24 Kalcynator PA 183,26 213,80 213,80 198,53 Emisja procesowa 494,21 494,21 494,21 494,21 Emisja paliwowa suma 308,70 306,81 306,98 307,77

WPŁYW WYKORZYSTANIA OSADÓW ŚCIEKOWYCH W TECHNOLOGII PRODUKCJI KLINKIERU... 47 Całkowita rzeczywista emisja 802,90 801,02 801,19 801,97 Uniknięta emisja * paliwowa 105,30 109,08 107,34 107,07 Całkowita zredukowana emisja ** 697,61 691,94 693,86 694,91 [%] [%] [%] [%] Uniknięta emisja * paliwowa 34,1 35,6 35,0 34,8 * Przez unikniętą emisję dwutlenku węgla należy rozumieć poziom redukcji emisji CO 2 uzyskany w wyniku zastąpienia paliw kopalnych paliwami z udziałem frakcji biogennej neutralnej pod względem emisji CO 2. ** Przez zredukowaną emisję dwutlenku węgla należy rozumieć poziom emisji uzyskany w wyniku zastąpienia paliw kopalnych paliwami z udziałem frakcji biogennej neutralnej pod względem emisji CO 2. Substytucja węgla paliwami alternatywnymi i osadami ściekowymi skutkuje zmniejszeniem wskaźnika emisji paliwowej o ok. 35% (z poziomu 307 kgco 2 do ok. 200 kgco 2 ). Wynika to z faktu, że zarówno w osadach ściekowych, jak i w paliwach alternatywnych występuje frakcja biodegradowalna, która uznawana jest za neutralną pod względem emisji CO 2. Na poziom emisji paliwowej ma wpływ rodzaj oraz ilość współspalanego paliwa (ryc. 4). Wraz ze wzrostem ilości spalanych osadów ściekowych wyraźnie zmniejsza się wskaźnik emisji paliwowej na palniku. Jednak w odniesieniu do emisji całkowitej zależność ta nie jest już tak widoczna, ze względu na mały udział ciepła ze spalania osadów do całości ciepła doprowadzanego do układu (ryc. 5). kgco 2 130 120 110 100 90 80 rzeczywista emisja na palniku zredukowana emisja na palniku 70 60 1 2 3 4 wariant Ź r ó d ł o: Opracowanie własne. Ryc. 4. Porównanie wielkości całkowitej rzeczywistej i zredukowanej emisji CO 2 ze spalania paliw na palniku głównym

48 E. GŁODEK-BUCYK, F. SŁADECZEK, W. KALINOWSKI, M. DUDKIEWICZ kgco2 820 800 780 760 740 720 700 680 rzeczywista całkowita emisja zredukowana całkowita emisja 1 2 3 4 wariant Ź r ó d ł o: Opracowanie własne. Ryc. 5. Porównanie wielkości całkowitej rzeczywistej i zredukowanej emisji CO 2 w instalacji wypalania klinkieru Emisja procesowa z nowej linii technologicznej wynosi 494 kgco 2 i jest niższa o ok. 6% od wartości podawanej przez literaturę [12]. Ma to związek ze stosowaniem surowców o niższej zawartości węglanów. Natomiast emisja paliwowa kształtuje się na poziomie 307 kgco 2 i stanowi 38% całkowitej emisji. Substytucja węgla paliwami alternatywnymi i osadami ściekowymi oraz wykorzystanie surowców odpadowych skutkuje zmniejszeniem wskaźnika emisji o ok. 13% (z poziomu 802 kgco 2 do ok. 694kgCO 2 ). Uzyskane wskaźniki zredukowanej emisji (procesowa + paliwowa) osiągają poziom poniżej wartości benchmarku emisyjnego wynoszącego 766 kgco 2 /kg kl, co oznacza darmowy przydział uprawnień do emisji. 1. Jednym z kierunków rozwiązania problemu zagospodarowania odpadów, w tym osadów ściekowych, jest ich zastosowanie w przemyśle cementowym jako substytutu paliw kopalnych. 2. Biomasa oraz frakcja biogenna w odpadach uważane są za neutralne pod kątem emisji CO 2, dlatego ich współspalanie w układach wypalania klinkieru skutkuje zmniejszeniem emisji tego gazu do powietrza. Przeprowadzone obliczenia wykazały, że wraz ze wzrostem ilości spalanych osadów ściekowych na palniku głównym wyraźnie zmniejsza się wskaźnik emisji paliwowej. W odniesieniu do emisji całkowitej zależność ta nie jest jednak już tak widoczna, ze względu na mały udział ciepła ze spalania osadów do całości ciepła doprowadzanego do układu wypalania.

WPŁYW WYKORZYSTANIA OSADÓW ŚCIEKOWYCH W TECHNOLOGII PRODUKCJI KLINKIERU... 49 3. W analizowanej linii technologicznej substytucja węgla paliwami alternatywnymi i osadami ściekowymi na poziomie 85% skutkuje zmniejszeniem wskaźnika emisji paliwowej o ok. 35% (z poziomu 307 kgco 2 do ok. 200 kgco 2 / ). 4. Wskaźnik całkowitej zredukowanej emisji (procesowa + paliwowa) osiąga poziom poniżej wartości benchmarku emisyjnego wynoszącego 766 kgco 2 /kg kl, co oznacza darmowy przydział uprawnień do emisji *. [1] Uchwała nr 88 Rady Ministrów z dnia 1 lipca 2016 r. w sprawie Krajowego planu gospodarki odpadami 2022, M.P. z 2016 r. poz. 784. [2] Rocznik Statystyczny Rzeczpospolitej Polskiej 2015, http://stat.gov.pl/obszary-tematycz ne/roczniki-statystyczne/roczniki-statystyczne/rocznik-statystyczny-rzeczypospolitej-polskiej- 2015,2,10.html (10.05.2016). [3] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach, Dz.U. z 2015 r. poz. 1277. [4] Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 21 stycznia 2016 r. w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów oraz sposobów postępowania z odpadami powstałymi w wyniku tego procesu, Dz.U. z 2016 r. poz. 108. [5] Stowarzyszenie Producentów Cementu, http://www.polskicement.pl/files/pages/376/uplo aded/paliwa%20alternatywne%202015%20-%20broszura.pdf (10.05.2016). [6] Ś r o d a K., K i j o - K l e c z k o w s k a A., S c h a b M., P i e t r a s i k M., P t a k T., P y t l o s J., Specyfika właściwości osadów ściekowych w odniesieniu do paliw węglowych i biomasy, Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska 2015, Vol. 17, nr 2, s. 69 82. [7] N ø r s k o v L.K., Combustion of solid alternative fuels in the cement kiln burner PhD thesis Technical University of Denmark 2012, http://orbit.dtu.dk/files/74227236/phd._thesis_ Linda_N_rskov_31072012..PDF (10.05.2016). [8] N a k a n o T., Y o k o y a m a S., M a k i I., Badania podstawowe związane z produkcją cementu z popiołu ze spalania miejskich odpadów stałych, cz. 3: Wpływ P 2 O 5 na powstawanie klinkieru, Cement, Wapno, Beton 2007, nr 6, s. 290 295. [9] S t r i g á č J., Effect of Selected Alternative Fuels and Raw Materials on the Cement Clinker Quality SSP, Journal of Civil Engineering 2015, Vol. 10, Issue 2. [10] L i F., Z h a n g W., Combustion of Sewage Sludge as Alternative Fuel for Cement Industry, Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science 2011, Vol. 26, No. 3, s. 556 560, doi:10.1007/s11595-011-0267-4. [11] Y a n g Z., Z h a n g Y., L i u L., S e e t h a r a m a n S., W a n g X., Z h a n g Z., Integrated Utilization of Sewage Sludge and Coal Gangue for Cement Clinker Products: Promoting * Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju oraz Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w ramach programu GEKON Generator Koncepcji Ekologicznych. Umowa nr GEKON2/05/266929/16/2015.

50 E. GŁODEK-BUCYK, F. SŁADECZEK, W. KALINOWSKI, M. DUDKIEWICZ Tricalcium Silicate Formation and Trace Elements Immobilization Materials 2016, 9, 275, doi: 10.3390/ma9040275, www.mdpi.com/1996-1944/9/4/276/pdf (10.05.2016). [12] Rozporządzenie Komisji (UE) nr 601/2012 z dnia 21 czerwca 2012 r. w sprawie monitorowania i raportowania w zakresie emisji gazów cieplarnianych zgodnie z dyrektywą 2003/87/WE Parlamentu Europejskiego i Rady, Dz.U. UE L 181/30 z 12.07.2012, http://eurlex.europa.eu/ legal-content/pl/txt/pdf/?uri=celex:32012r0601&from=pl (10.05.2016). [13] Wartości opałowe (WO) i wskaźniki emisji CO2 (WE) w roku 2013 do raportowania w ramach Wspólnotowego Systemu Handlu Uprawnieniami do Emisji za rok 2016, http://www.kobi ze.pl/uploads/materialy/materialy_do_pobrania/monitorowanie_raportowanie_weryfikacja_emisji _w_eu_ets/wo_i_we_do_stosowania_w_she_2016.pdf (10.05.2016). [14] U l i a s z - B o c h e ń c z y k A., M o k r z y c k i E., Emisja dwutlenku węgla w przemyśle cementowym, Polityka Energetyczna 2003, t. 6, z. spec., s. 367 375. [15] Badania własne. EWA GŁODEK-BUCYK FRANCISZEK SŁADECZEK WOJCIECH KALINOWSKI MAŁGORZATA DUDKIEWICZ THE IMPACT OF THE APPLICATION OF SEWAGE SLUDGE IN PORTLAND CLINKER MANUFACTURE ON CO 2 EMISSIONS Keywords: sewage sludge, cement plant, carbon dioxide. The paper presents an analysis of the application of sewage sludge in systems of the clinker burning. Sewage sludge is an attractive substitute for coal due to neutrality in terms of CO 2 emissions. In order to determine the level of CO 2 emissions from the mixed fuel combustion in modern clinker burning line with a capacity of 2000 tons/day, calculation for various configurations of co-combustion fuels were carried out. It was showed that the substitution of coal with alternative fuels and sewage sludge at the level 85% results in a reduction of fuel emission of carbon dioxide by about 35%.