Kierunki rozwoju konstrukcji cementowego pieca obrotowego

DUDA Jerzy 1 WASILEWSKI Marek 2 DUCZKOWSKA-KĄDZIEL Anna 3 Kierunki rozwoju konstrukcji cementowego pieca obrotowego WSTĘP Zagadnienia dotyczące sposobu wypalania klinkieru cementowego są aktualne od czasu, kiedy w roku 1845 Izaak Johnson określił skład mieszaniny oraz wymagane warunki temperaturowe wypalania. Podobnie jak wapno, klinkier początkowo wypalano w piecach szybowych, które stwarzały duże trudności zarówno pod względem zabezpieczenia odpowiedniej temperatury wypalania i jakości oraz wydajności produktu. Sytuacja uległa zdecydowanej poprawie po zastosowaniu do wypalania klinkieru pieca obrotowego. W roku 1895 amerykańska firma Atlas Cement Co. zastosowała do wypału klinkieru piec obrotowy. Praktycznie od tego czasu do dzisiaj jest to podstawowe urządzenie w przemyśle cementowym, które przez cały ten okres jest poddawane ciągłym usprawnieniom. Szczególnie ostatnie lata XX wieku są okresem intensywnego rozwoju technik wypalania w piecu obrotowym. Paradoksem, jaki można zaobserwować w ostatnim okresie jest to, że wraz z rozwojem technik wypalania klinkieru w piecu obrotowym, ograniczona została znacząco jego rola w tym procesie. W związku z tym, aktualne jest pytanie, jakie są granice dalszego rozwoju technologii wypału w piecu obrotowym. Nowe techniki, które są aktualnie wdrażane na świecie, znalazły również zastosowanie w przemyśle cementowym w Polsce. Działania realizowane w przemyśle cementowym w kraju, są zgodne z Dyrektywą IPPC i spełniają wymagania BAT (Best Available Techniques najlepsze dostępne techniki). Z przedstawionych danych wynika, że przemysł cementowy w Polsce należy do najnowocześniejszych na świecie i spełnia zalecane wskaźniki technologiczne zgodnie z najnowszym BREF (BAT Reference Document z maja 2010 roku). 1 PROCES WYPALANIA KLINKIERU Proces wypalania klinkieru w piecu obrotowym ma decydujący wpływ na jakość cementu, energochłonność i koszty produkcji. W związku z tym, aktualnym problemem, przed którym stoi przemysł cementowy jest obniżenie kosztów produkcji (energochłonności) i ograniczenie szkodliwego oddziaływania na środowisko. Ponad 50% kosztów energii w procesie wytwarzania cementu związanych jest z wypalaniem klinkieru w piecu obrotowym [1, 3]. Wynika to z jego stosunkowo niskiej sprawności. Decydujący wpływ na niską sprawność procesu wypalania mają wysokie straty ciepła z gazami odlotowymi i powietrzem nadmiarowym z chłodnika klinkieru oraz straty ciepła z powierzchni walczaka pieca. Jednym z istotnych działań w kierunku zwiększenia sprawności procesu wypalania klinkieru, jest zmiana konstrukcji pieca obrotowego. Piec obrotowy stanowi stalowy walczak o średnicy około 3,5-6,0 m, wyłożony wewnątrz materiałem ogniotrwałym i obracający się wokół swojej osi z prędkością obrotową od 0,7 do 4,5 obr./min. W celu zabezpieczenia przemieszczania się wypalanego materiału w piecu, oś pieca jest nachylona do poziomu pod kątem 2,5 do 4. Zasilanie pieca materiałem - nadawą surowcową następuje w jego górnym, tzw. zimnym końcu. Piec obrotowy jest typowym przeciwprądowym wymiennikiem ciepła, w którym na skutek ruchu obrotowego, wypalany surowiec przemieszcza się w 1 Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Nysie, 48-300 Nysa, ul. Armii Krajowej 7, jerzyduda@onet.eu 2 Politechnika Opolska, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki, 45-758 Opole, ul. Prószkowska 76, m.wasilewski@po.opole.pl 3 Politechnika Opolska, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki, 45-758 Opole, ul. Prószkowska 76, a.duczkowska-kadziel@po.opole.pl 1

przeciwprądzie do ogrzewających go spalin, powstałych ze spalania paliwa w jego dolnym, tzw. gorącym końcu [2]. Proces wypalania klinkieru w piecu obrotowym jest procesem złożonym i trudnym ze względu na różnorodność jednocześnie przebiegających zjawisk i reakcji chemicznych. Piec ze względu na funkcje, jakie spełnia można traktować jako: komorę spalania paliwa, przeciwprądowy wymiennik ciepła (spaliny wymurówka wypalany materiał), reaktor chemiczny (zachodzą w nim procesy endo i egzotermiczne), transporter mechaniczny materiału wzdłuż pieca. Na rysunku 1 przedstawiono wymagane temperatury i sposób tworzenia się minerałów klinkierowych podczas procesu wypalania. Rys. 1. Schemat tworzenia się minerałów klinkierowych w piecu obrotowym [opracowanie własne] Jednym z ważniejszych warunków prawidłowego procesu wypalania jest zabezpieczenia temperatury materiału w charakterystycznych punktach procesu (strefa dekarbonizacji, wlot do pieca oraz strefa spiekania), zgodnie z krzywą materiałową przedstawioną na rysunku 2. Ze względu na charakter procesów cieplnych w piecu obrotowym, proces ten można podzielić na dwa systemy: główny, obejmujący strefę dekarbonizacji, spiekania i chłodzenia, poboczny, składający się ze strefy suszenia i podgrzewania. Wymagana wysoka temperatura materiału (około 1700 K) w strefie spiekania oraz charakter przemian chemicznych surowca (reakcje endo i egzotermiczne) powodują, że w tej części systemu piecowego, występuje znaczny nadmiar ciepła w stosunku do zapotrzebowania w systemie pobocznym. Nadmiar ten stanowi znaczną ok. 40% stratę ciepła (entalpia gazów odlotowych + strata promieniowania i konwekcji z powierzchni pieca) doprowadzonego do pieca z paliwem. 2

Rys. 2. Rozkład temperatury materiału i gazu w systemach cieplnych pieca obrotowego [opracowanie własne] W związku z tym, aktualne są działania dotyczące poprawy sprawności energetycznej tego procesu, polegające na ograniczeniu strat ciepła z gazami odlotowymi oraz z powierzchni pieca. Warunkiem poprawy sprawności procesu jest utrzymanie niskiej temperatury gazów na granicy systemów, która jest określana temperaturą początku procesu dekarbonizacji (823 K). Można to uzyskać ograniczając rolę pieca w procesie dekarbonizacji, który w nowoczesnych technikach wypalania (metoda sucha) jest przeprowadzany w zewnętrznym wymienniku ciepła z układem wstępnej dekarbonizacji. 2 ROZWÓJ KONSTRUKCJI PIECA OBROTOWEGO Połączenie w jednym urządzeniu - piecu obrotowym - różnych z natury fizycznej i chemicznej procesów powoduje, że usprawnienie technologii wypalania jest zagadnieniem złożonym i mocno ograniczonym. Ze względu na sposób przygotowania surowca i stosowaną technologię, proces wypalania klinkieru odbywa się najczęściej: w piecach na metodę mokrą, w długich piecach na metodę sucha, w piecach na metodę suchą z zewnętrznymi wymiennikami ciepła, w piecach na metodę suchą z układem wstępnej dekarbonizacji. Rozwój suchej technologii przygotowania surowca (przemiał i homogenizacja nadawy surowcowej) oraz zastosowanie zewnętrznych wymienników ciepła, spowodowało intensywny rozwój nowych suchych technik wypalania. Charakterystycznym parametrem konstrukcyjnym pieca obrotowego, jest stosunek długości pieca do jego średnicy (L/D). W starych liniach wypalania, konstrukcja pieca charakteryzowała się znaczną jego długością (ok. 140-180 m) i wynikającym z tego wysokim wskaźnikiem L/D, który wynosił 30-44. W nowszych konstrukcjach, z zewnętrznymi wymiennikami ciepła w stanie zawieszenia, L/D wynosi od 14 do 18. Wraz z rozwojem nowych, energooszczędnych technologii wypalania, ogranicza się rolę pieca obrotowego, kosztem rozwoju zewnętrznych wymienników ciepła i układów wstępnej dekarbonizacji. Endotermiczny proces dekarbonizacji należy do najbardziej energochłonnej reakcji w piecu obrotowym. Pochłania on ponad 55-65% ciepła dostarczonego w procesie wypalania klinkieru i w związku z tym, ma decydujący wpływ na jego energochłonność i trwałość materiałów ogniotrwałych w piecu obrotowym. Na rysunku 3 przedstawiono wpływ zastosowania dwustopniowego spalania na obniżenie temperatury płaszcza pieca (strat cieplnych z powierzchni pieca) [2, 4]. 3

Rys. 3. Rozkład temperatury płaszcza pieca [opracowanie własne] Oprócz widocznych zmian temperatury płaszcza pieca (co było wynikiem ograniczenia ilości paliwa na palniku głównym) i obniżeniem obciążenia cieplnego pieca z 25 GJ/(m 2 h) do 20 GJ/(m 2 h), uzyskano znaczną poprawę warunków pracy i jakości klinkieru. Zastosowanie zewnętrznych wymienników ciepła i dwustopniowego wypalania tzw. system SF (secondary furnace), spowodowało istotne zmiany w technologii wypalania. Pierwsze zastosowania dekarbonizatorów systemu NSP (new suspension preheater) miały na celu głównie, uzyskanie wzrostu wydajności pieców i obniżenie obciążenia cieplnego wymurówki w piecu. Rozwój wstępnej dekarbonizacji, polegający na spalaniu ok. 50% paliwa poza piecem obrotowym, w tzw. kalcynatorze, spowodował ograniczenie roli pieca obrotowego praktycznie tylko do wysokotemperaturowych procesów-syntezy minerałów i spiekania [3, 4]. W budowanych obecnie liniach piecowych z krótkimi piecami, stosunek L/D wynosi około 10-12. Pozwoliło to na znaczne skrócenie walczaka pieca (o ok. 40-60m) i tym samym dalsze ograniczenie strat ciepła z jego powierzchni. Wpływ tych zmian na wskaźniki technologiczne procesu wypalania przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Energochłonność i wydajność różnych technologii wypalania [3] Technologia wypalania metoda mokra długi piec na metodę suchą piec z wym.cyklon.4-ro st. piec z wym.cyklon.4-ro st. z dekarbonizacją AT piec z wym. cyklon. 6-cio st. z dekarbonizacją AS Zużycie ciepła [kj/kg kl] 5500-6000 3800-4600 3200-3350 3100-3300 2700-3000 Z przedstawionych w tabeli 1 danych wynika, że zasadniczy wpływ na ograniczenie roli pieca w procesie wypalania klinkieru, miało wprowadzenie dwustopniowego spalania paliwa (wstępnej dekarbonizacji) i rozwój konstrukcji zewnętrznych cyklonowych wymienników ciepła. Pozwoliło to na znaczne zintensyfikowanie wymiany ciepła i tym samym zwiększenie sprawności cieplnej pieca i wzrost wydajności. Na rysunku 4 przedstawiono wpływ zewnętrznego wymiennika ciepła i wstępnej dekarbonizacji na zmianę technologii wypalania i konstrukcję pieca obrotowego. Typowym, najczęściej stosowanym rozwiązaniem w kraju ze względu na wysoką wilgotność surowców, jest krótki piec z 4-ro stopniowym wymiennikiem ciepła. 4

Rys. 4. Wpływ technologii wypalania na konstrukcję pieca i rozkład temperatur [opracowanie własne] Dążenie do dalszego ograniczenia strat ciepła z gazami odlotowymi spowodowało rozwój zewnętrznych wymienników ciepła o kolejne stopnie. Na wykresie rysunku 5 przedstawiono wpływ ilości stopni cyklonowego wymiennika z układem wstępnej dekarbonizacji typu AT (air throughpowietrze do kalcynatora przez piec) i AS (air separate powietrze do kalcynatora oddzielnym przewodem), na jednostkowe zużycie ciepła. Rys. 5. Wpływ liczby stopni wymiennika na zużycie ciepła [5] 5

Ograniczeniem rozbudowy wymiennika ciepła o kolejne stopnie jest wysoka wilgotność surowca (brak możliwości suszenia surowca ciepłem gazów odlotowych), wysokie opory hydrauliczne oraz koszty inwestycyjne wynikające z wysokości wieży wymiennikowej (ok. 80m) [6]. Z danych eksploatacyjnych pieców wynika, że zastosowanie 5-cio stopniowego wymiennika w stosunku do 4-ro stopniowego powoduje: obniżenie temperatury gazów odlotowych o 30-50 o C, zmniejszenie zużycia ciepłą o 100-120kJ/kg kl, zmniejszenie strumienia gazów o 1-2%, wzrost oporu hydraulicznego wymiennika o 7 9 mbar (dla starych konstrukcji). Natomiast rozbudowa wymiennika o 6-ty stopień pozwala obniżyć dodatkowo zużycie ciepła o około 50 kj/kg kl. Wynikiem zwiększenia ilości stopni jest wzrost zużycia energii elektrycznej przez wentylatory piecowe, odpowiednio 0,2 kwh/t (dla 5 stopni) i 0,8 kwh/t (dla 6 stopni). Uwzględniając korzyści, wymagane nakłady finansowe oraz koszty eksploatacyjne, najpopularniejszym obecnie stosowanym rozwiązaniem na świecie jest wymiennik 5-cio stopniowy z układem wstępnej dekarbonizacji typu AS. Korzystne efekty wynikające z nowej, ograniczonej funkcji pieca obrotowego spowodowały, że prowadzone są na świecie prace badawcze dotyczące całkowitego wyeliminowania pieca w procesie wypalania klinkieru. 3 WYPALANIE W REAKTORACH STATYCZNYCH Efekty ekonomiczne wynikające z nowych technologii wytwarzania klinkieru oraz zapotrzebowanie na urządzenia do wypalania o małej wydajności, rzędu kilku ton na godzinę, są jednym z głównych powodów poszukiwania technologii wypalania w tzw. reaktorach statycznych - w złożu fluidalnym. Zdobyte doświadczenia z wypalania klinkieru metodą suchą w krótkich piecach z wymiennikami w stanie zawieszenia i układami wstępnej dekarbonizacji, pozwoliły na opracowanie nowych technologii wypalania, w których drogi inwestycyjnie piec obrotowy został zastąpiony reaktorem statycznym. Jedną z pierwszych technologii wypalania w reaktorze statycznym jest tzw. proces PYZEL opracowany przez firmę Fuller z USA. Rozwinięciem tej technologii jest przedstawiona na rysunku 6. metoda FAKS (Fluidized Bed Advanced Cement Kiln System) opracowana przez firmę KAWASAKI [7], w której oprócz wypalania w reaktorze statycznym, zastosowano dodatkowo fluidalny chłodnik klinkieru. Rys. 6. Schemat instalacji FAKS [7] 6

Uzyskane wskaźniki technologiczne z doświadczalnej produkcji klinkieru metodą FAKS potwierdziły jej zalety. Zużycie ciepła w stosunku do tradycyjnej technologii jest niższe o ok. 20%. Podobnie emisja CO 2 ulega redukcji od 10 do 25%, natomiast NO x o ok. 40%. Rozwój suchych technik wypalania w piecu z zewnętrznym wielostopniowym wymiennikiem cyklonowym i z układami wstępnej dekarbonizacji oraz pozytywne wyniki z prób wypalania klinkieru w reaktorach statycznych przeprowadzone głównie w Japonii i USA, spowodowały, że również w kraju prowadzone są prace badawcze dotyczące opracowania technologii, które pozwolą wyeliminować piec obrotowy. Już w latach 70-tych ubiegłego wieku prowadzone były w Polsce prace dotyczące wypalania w reaktorze statycznym - piecu cyklonowym. Uzyskane na stanowisku doświadczalnym wyniki, nie potwierdziły przydatności tej technologii do produkcji klinkieru, głównie ze względu na krótki czas przebywania materiału w bardzo wysokich temperaturach. Dodatkowym czynnikiem, który spowodował odstąpienie od wykorzystania pieca cyklonowego do wypalania klinkieru, było niebezpieczeństwo oblepiania cyklonu, spowodowane stopionym (temperatura > 2300 K) materiałem. Dopiero konieczność zagospodarowania paliw i surowców odpadowych spowodowała, że zagadnienie dotyczące tanich technik wytwarzania o małej wydajności, stało się znowu aktualne [8]. Nowym kierunkiem badań, który wynika z dyrektyw unijnych, jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych i termiczna utylizacja odpadów komunalnych i przemysłowych. Jedną z metod ograniczenia emisji gazów cieplarniach wynikającą z procesu produkcji cementu, jest ograniczenie ilości klinkieru kosztem dodatków o własnościach hydraulicznych lub pucolanowych (pyły lotne z energetyki, żużel wielkopiecowy, czy pucolana naturalna) do cementu. Korzyści ekologiczne i ekonomiczne z wykorzystania surowców odpadowych z energetyki i hutnictwa spowodowały, że poszukuje się technologii, które pozwolą zwiększyć udział tych dodatków w cemencie. Uzyskać to będzie można poprzez dodatkową obróbkę termiczną wypalanie zestawu surowcowego odpowiednio przygotowanego z tych surowców odpadowych. Ponieważ są to najczęściej odpady z procesów spalania, w związku z tym ich wypalanie przeróbka termiczna będzie wymagało znacznie niższego zapotrzebowania ciepła (ograniczenie procesów endotermicznych) niż produkcja klinkieru z surowców naturalnych. Przykładem takiego procesu jest technologia K-TECH, opracowana i opatentowana przez firmę francuską CLE [9]. W metodzie tej surowiec przygotowany jest tradycyjnie, tak jak do produkcji klinkieru. Różnica dotyczy sposobu wypalania (niższe temperatury) oraz składu chemicznego mieszaniny surowcowej, przygotowanej z surowców odpadowych ubogich w węglany. Wypalanie odbywa się w reaktorze statycznym ze złożem fluidalnym. Uzyskany w reaktorze produkt tzw. KALSIN nie jest typowym klinkierem, ale posiada własności hydrauliczne, dzięki czemu może być wykorzystany do produkcji cementu jako substytut (ponad 60%) klinkieru. Uzyskany w ten sposób cement odpowiada cementowi klasy 32,5. Zaletą tego procesu, oprócz utylizacji surowców odpadowych, jest niższa energochłonność cementu o około 500 kwh/mg w porównaniu z energochłonnością cementu klasycznego tej samej marki oraz znaczne obniżenie emisji CO 2. W tradycyjnej technologii z wyprodukowaniem 1 Mg produktu związana jest emisja ok. 0.8 Mg CO 2, natomiast w procesie K - TECH dla podobnych warunków emisja wynosi tylko 0.3 Mg. Jest to technologia przyszłościowa odpowiadająca założeniom pakietu energetyczno - klimatycznego 3x20. Podobne prace dotyczące ograniczenia klinkieru w cemencie i opracowania nowych przyjaznych środowisku technologii do produkcji tanich energetycznie zamienników klinkieru, prowadzone są w kraju. Jedną z takich przyszłościowych technologii jest wykorzystanie do tego celu reaktora plazmowego. Rozwój technologii plazmowych oraz doświadczenia światowe z jej zastosowania do wypalania materiałów mineralnych spowodowały, że w Instytucie Mineralnych Materiałów Budowlanych w Opolu podjęto prace badawcze nad wykorzystaniem plazmy w procesie technologicznym produkcji materiałów wiążących. W latach 80-tych wybudowano w IMMB reaktor plazmowy według koncepcji prof. J. Tylko z Anglii [10]. Był to reaktor o mocy 250 kw, typu EPP z mechaniczną rotacją plazmy. Z uwagi na dużą wydajność i kłopoty z zabezpieczeniem odpowiedniej ilości mąki, opracowano i wykonano mniejszy reaktor o mocy ok. 50 kw, typu SPR (Selfcommutating Plazma Reaktor) z magnetyczną rotacją plazmy. Stanowisko badawcze reaktora SPR przedstawiono na rysunku 7. W reaktorze tym do poszerzenia plazmy (rotacji) wykorzystano zasadę komutatorowego silnika prądu stałego z plazmowym rotorem, komutatorową anodą 7

pierścieniową podzieloną na segmenty oraz statorem, którego sekwencjonowane uzwojenia połączone są z anodą. Rys. 7. Stanowisko badawcze reaktora plazmowy typu SPR o mocy 50 kw Przeprowadzone próby wypalania klinkieru na stanowisku badawczym wyposażonym w reaktor plazmowy niskotemperaturowy nie potwierdziły wyników uzyskanych przez J. Tylko [11]. Tym samym potwierdzone zostały wcześniejsze doświadczenia z wypalania w piecu cyklonowym, że wysoka temperatura nie jest czynnikiem wystarczającym do przeprowadzenia procesu klinkieryzacji. Zgodnie z rysunkiem 2 warunkiem otrzymania minerałów klinkierowych jest powstanie tlenku wapnia (CaO) w procesie dekarbonizacji z surowca, który następnie w wyższych temperaturach reaguje z pozostałymi tlenkami znajdującymi się w wypalanym materiale tworząc podstawowe fazy klinkierowe (C 2 S, C 3 S oraz C 4 AF). Główną przyczyną niskiego przereagowania nadawy surowcowej i braku w otrzymanym spieku faz klinkierowych, był krótki czas kontaktu z plazmą i jej wysoka temperatura (ok. 3500 K), co spowodowało stopienie materiału już w fazie początkowej wypalania i wstrzymało proces jego dekarbonizacji. W związku z tym, w następnych próbach postanowiono upodobnić ten proces do wypalania w piecu obrotowym z wymiennikiem cyklonowym i dekarbonizatorem. W tym celu, reaktor zasilono materiałem wstępnie zdekarbonizowanym. Przy zasilaniu reaktora plazmowego zdekarbonizowaną w 70% mąką, uzyskano w spieku fazy klinkierowe. Pozytywne wyniki wypalania, jakie otrzymano w reaktorze plazmowym, zasilanym materiałem wstępnie zdekarbonizowanym, potwierdziły możliwość wykorzystania tej technologii do produkcji materiałów z surowców odpadowych ubogich w węglany, mogących być zamiennikiem klinkieru. WNIOSKI Jak wynika z przeprowadzonej analizy rozwoju technik wypalania klinkieru, pozycja pieca obrotowego nie jest w żaden sposób zagrożona. Na obecnym poziome technicznym jest to urządzenie optymalne. Ze względu na wielkotonażową produkcję, trudno wyobrazić sobie inne urządzenie, zabezpieczające podobne warunki temperaturowe i wydajnościowe. Ważnym argumentem przemawiającym za potrzebą dalszego rozwoju technik wypalania w piecu obrotowym, jest możliwość realizacji w nim (zgodnie z dyrektywą unijną) procesu termicznej utylizacji odpadów komunalnych i przemysłowych. Piec obrotowy jest doskonałym urządzeniem do utylizacji palnych odpadów. Wynika to głównie z jego konstrukcji i naturalnych warunków technologicznych (wysoka temperatura, alkaliczna atmosfera i duża pojemność cieplna) panujących w piecu. Zgodnie z 8

Dyrektywą 2000/76/EC, proces spalania odpadów zawierających ponad 1% (w przeliczeniu na chlor) związków chloroorganicznych, musi być przeprowadzony w temperaturze ponad 1370K i w czasie nie krótszym niż 2 sekundy, natomiast dla zawartości chloru < 1% wymagana temperatura to 1120K. Warunek ten spełniają wszystkie cementowe piece obrotowe w Polsce. Współspalanie odpadów z węglem w cementowym piecu obrotowym jest coraz częściej brane pod uwagę, jako jeden z proekologicznych sposobów utylizacji, nawet odpadów niebezpiecznych. W krajach UE, stowarzyszonych w Cembureau, paliwa z odpadów zabezpieczają już ok. 50% energii cieplnej w procesie wypalania klinkieru. W ostatnich latach obserwuje się również w Polsce znaczny postęp w wykorzystaniu paliw z odpadów w procesie wypalania klinkieru. W większości cementowni w kraju paliwa z odpadów pokrywają już ponad 40% wymaganego ciepła, a w niektórych udział ten wynosi nawet 80 %. Nowym, coraz częściej stosowanym rozwiązaniem, które poprawia znacząco sprawność procesu wypalania jest wykorzystanie ciepła odpadowego (entalpii gazów odlotowych i powietrza nadmiarowego z chłodnika klinkieru). W Polsce to rozwiązanie nie znalazło jeszcze zastosowania. Uwzględniając jednak szerokie zastosowanie nowych niskotemperaturowych technik (ORC- Organic Rankine a Cycle, obieg Kaliny) wytwarzania energii elektrycznej z ciepła odpadowego z pieca obrotowego, można przyjąć, że w niedługim okresie nadbudowa pieca układem kogeneracyjnym będzie dość powszechnym rozwiązaniem. Wynika z tego, że dalsze usprawnienia procesu wypalania w piecu obrotowym będą dotyczyły głównie nowych technik wykorzystania paliw z odpadów i metod wykorzystania ciepła odpadowego do produkcji czystej energii elektrycznej. Natomiast rozwój nowych technik wypalania w reaktorach statycznych można wykorzystać do produkcji materiałów z surowców odpadowych ubogich w węglany, które mogą być wartościowymi dodatkami do cementu. Streszczenie W artykule przedstawiono wpływ nowych technologii wypalania z systemem wstępnej dekarbonizacji na konstrukcję pieca obrotowego. Rozwój zewnętrznych cyklonowych wymienników ciepła z układami wstępnej dekarbonizacji spowodował znaczne ograniczenie roli pieca obrotowego w procesie wypalania klinkieru cementowego. Działania, jakie są aktualnie realizowane w przemyśle cementowym w kraju i na świecie mają na celu ograniczenie zużycie energii w procesie produkcji cementu. Podejmowane są dalsze prace badawcze, których zadaniem jest usprawnienie pracy pieca obrotowego, jednakże całkowite jego wyeliminowanie nie jest możliwe. Wszelkie zaproponowane alternatywne metody wypału klinkieru nie pozwalają uzyskać wymaganych przez przemysł cementowy zdolności produkcyjnych i jakości produktu. Ponadto jego konstrukcja, warunki pracy, zachodzące w nim zjawiska chemiczne i fizyczne umożliwiają zastosowanie paliw alternatywnych, w tym także rozdrobnionych odpadów (RDF). Istnieją także możliwości pracy pieca obrotowego w układzie kogeneracyjnym, poprzez zastosowanie układów ORC. The development trends in the construction of the cement rotary kiln Abstract This paper presents the influence of new technologies cement burning on the construction of the cement kiln. The development of the suspension preheater caused a significant reduction in the role a rotary kiln in the burning process cement clinker. Efforts are further research, whose task is to improve the operation of the rotary kiln, but its total elimination is not possible. Efforts are further research, whose task is to improve the operation of the rotary kiln, but its total elimination is not possible. Any proposed alternative methods production of clinker does not allow to gain required cement production capacity and product quality. In addition, its design, working conditions, occurring in the physical and chemical phenomena enable the use of alternative fuels, including shredded waste (RDF). There are also opportunities to work the rotary kiln in cogeneration system, through the use of ORC systems. 9

BIBLIOGRAFIA 1. Bauer C.: Modernisierung und Produktionssteigerung an Zementofen. KHD Humboldt, S 8-103, s. 1-12. 2. Marchal F.: The technological key to global challenges. International Cement Review, Cement Plant Environmental, Handbook, 2003, s. 15-23. 3. Duda J.: Ograniczenie energochłonności i ekologia wyzwaniem dla przemysłu. Prace naukowe IMMB, 2001, 31, s. 64-75. 4. Duda W.H.: Cement Data Book. Bauverlag GmbH-Wiesbaden, 1976. 5. Polysius Zement Report 4/93. 6. Wasilewski M., Duda J.: Influence construction of suspension preheater on energy consumption process during burning in rotary kiln. Heat Transfer and Renewable Sources of Energy HTRSE, 2012, s.431-438. 7. Watanabe T.: Burning by FAKS. International Cement Reviev, 2003, 3, s. 29-30. 8. Duda J.: Paliwa alternatywne w przemyśle cementowym. Szkoła Gospodarki Odpadami AGH PAN, Kraków Rytro, 2001. 9. Paliard M.: High Energy Savings through the Use of a New High-Performance Hydraulic Component The K-Process. Thermie, 1992, s.457-468. 10. Duda J.: Wykorzystanie techniki plazmowej do produkcji spoiw wiążących. Materiały Sympozjum Naukowego "Gospodarka mineralnymi surowcami odpadowymi z górnictwa i energetyki", 1996, s. 7-10. 11. Tylko J. K., Strike A.H.: Manufacture of hydraulic cements from waste materials, I.C.S Proceedinds, 1978, s. 62-68. 10