Teknik

Beskrivning

a

Elfilter

Elfilter, även benämnt elektrofilter, är elektrostatiska stoftavskiljare (ESP, electrostatic precipitator) som generar ett elektrostatiskt fält över partikelbanan i luftströmmen. Partiklarna blir negativt laddade och vandrar mot de positivt laddade utfällningsplåtarna. Utfällningsplåtarnas samlingsplattor knackas eller vibreras periodiskt varpå materialet lossar så att det faller ned i uppsamlingsbehållare nedanför. Det är viktigt att ESP-knackningscyklerna optimeras för att minimera partikelåterindragningen och därmed minimera potentialen att påverka plymsikten från skorstenen.

Elfilter karakteriseras av sin förmåga att arbeta under förhållanden med höga temperaturer (upp till ca 400 °C) och hög fuktighet. De största nackdelarna med denna teknik är filtrens minskade effektivitet med ett isolerande lager och uppbyggnad av material på elektroderna som kan genereras av en hög klor- och svaveltillförsel. För den totala prestandan för elfilter är det viktigt att undvika CO-stopp.

Även om det inte finns några tekniska begränsningar för tillämpligheten av elfilter i de olika processerna i cementindustrin, väljs de ofta inte för stoftrening i cementkvarnar på grund av investeringskostnaderna och effektiviteten (relativt höga utsläpp) under start och stopp.

b

Textilfilter

Textilfilter är effektiva stoftavskiljare. Grundprincipen för textil stoftavskiljning är att använda ett textilt membran vilket är genomsläppligt för gaser men kvarhåller stoftet. Filtermediet är anordnat geometriskt. Inledningsvis avsätts stoftet både på ytfibrerna och inuti tygets djup, men allteftersom ytlagret byggs upp, blir själva stoftet det dominerande filtermediet. Off-gas kan strömma antingen från insidan av påsen utåt eller omvänt. Allteftersom stoftkakan tjocknar, ökar tryckfallet för gasströmmen. Periodisk rensning av filtermediet är därför nödvändigt för att kontrollera gastrycksfallet över filtret. Textilfiltret bör bestå av flera fack vilka kan isoleras individuellt om det skulle bli fel på påsen, och de bör vara tillräckligt många för att tillräcklig prestanda ska upprätthållas om ett fack tas ur bruk. Det bör finnas detektorer för brusten påse i varje fack som indikerar behovet av underhåll om detta händer. Filterpåsar finns i olika vävda och icke-vävda textilier. Moderna syntettextilier kan operera vid ganska höga temperaturer på upp till 280 °C.

Textilfilters prestanda påverkas huvudsakligen av olika parametrar, såsom filtermediets kompabilitet med rökgasernas egenskaper och stoftet, lämpliga egenskaper för värme, fysisk och kemisk resistans, såsom hydrolys, syra, alkali, samt oxidations- och processtemperatur. Rökgasernas fuktighet och temperatur bör beaktas vid val av tekniken.

c

Hybridfilter

Hybridfilter är en kombination av elfilter och textilfilter i samma enhet. I allmänhet är de ett resultat av konverteringen av befintliga elfilter. De medger partiell återanvändning av den gamla utrustningen.

Teknik

Beskrivning

a

Primära åtgärder/tekniker

Tillsatsen av vatten till bränslet eller direkt till flamman genom användningen av olika insprutningsmetoder, såsom insprutning av ett fluidum (vätska) eller två fluider (vätska och tryckluft eller fasta material), eller användningen av flytande/fasta avfall med en högre vattenhalt, minskar temperaturen och ökar koncentrationen av hydroxylradikaler. Detta kan ha en positiv påverkan på NOx-reduceringen i förbränningszonen.

Utformningen av låg-NOx-brännare (indirekt bränning) varierar i detalj men i huvudsak sprutas bränslet och luften in i ugnen genom koncentriska rör. Primärluftandelen är minskad till 6–10 % av det som krävs för stökiometrisk förbränning (vanligtvis 10–15 % för traditionella brännare). Axialluft sprutas in med hög hastighet i den yttre kanalen. Kolet kan blåsas genom det centrala röret eller den mellersta kanalen. En tredje kanal används för virvelluft, som skapas av skovlar vid eller bakom brännarrörets utlopp. Nettoeffekten av denna brännarutformning är att skapa väldigt tidig tändning, särskilt av flyktiga ämnen i bränslet, i en syrefattig atmosfär, och detta tenderar att minska bildandet av NOx.

Användningen av låg-NOx-brännare följs inte alltid av en minskning av NOx-utsläpp. Utformningen av brännaren måste optimeras.

I långa våtugnar och långa torrugnar kan en reducerande zon skapas genom tillförsel av bränslebitar vilket kan minska NOx-utsläppen. Eftersom långa ugnar vanligtvis saknar tillgång till en temperaturzon på runt 900–1 000 °C, kan ugnarna förses med mittförbränning, vilket möjliggör användande av avfallsbränslen som inte kan passera huvudbrännaren (t.ex. däck).

Bränslenas förbränningshastighet kan vara kritisk. Om den är för långsam, kan reducerande förhållanden uppträda i förbränningszonen, vilket allvarligt kan påverka produktkvaliteten. Om den är för hög, kan ugnens kedjesektion överhettas – vilket resulterar i att kedjorna bränns ut. Ett temperaturområde lägre än 1 100 °C utesluter användningen av farligt avfall med en klorhalt högre än 1 %.

Tillsatser av mineraliserare, såsom fluor, i råmaterialet är en teknik för att justera klinkerkvaliteten och låta sintringszonens temperatur minska. Genom att reducera/sänka förbränningstemperaturen, minskas också bildandet av NOx.

Optimering av processen, såsom jämnare och optimerad ugnsdrift, jämnare och optimerade förbränningsförhållanden, optimerad ugnsstyrning och/eller homogenisering av tillförda bränslen, kan tillämpas för minskning av NOx-utsläpp. Generella primära optimeringsåtgärder/tekniker, som åtgärder/tekniker för processkontroll, en förbättrad indirekt förbränningsteknik, optimerade kylaranslutningar och bränsleval, och optimerad syrenivå har tillämpats.

b

Stegvis förbränning (konventionella bränslen eller avfallsbränslen), också i kombination med förkalcinator och användning av optimerad bränsleblandning

Stegvis förbränning tillämpas på cementugnar med en speciellt utformad förkalcinator. Det första förbränningssteget sker i roterugnen under optimala förhållanden för klinkerbränningsprocessen. Det andra förbränningssteget är en brännare vid ugnens inlopp, vilken ger en reducerande atmosfär som sönderdelar en del av kväveoxiderna som genereras i sinterzonen. Den höga temperaturen i denna zon är speciellt fördelaktig för reaktionen som återomvandlar NOx till elementärt kväve. I det tredje förbränningssteget matas kalcineringsbränslet in i kalcinatorn med en mängd tertiär luft, som också producerar en reducerande atmosfär där. Detta system reducerar genereringen av NOx från bränslet, och minskar också det NOx som kommer ut ur ugnen. I det fjärde och sista förbränningssteget, matas den återstående tertiärluften in i systemet som övre luft för slutförbränning.

c

SNCR

Selektiv icke-katalytisk reduktion (SNCR) inbegriper insprutning av ammoniakvatten (upp till 25 % NH3), föreningar som kan avge ammoniak eller urealösning in i förbränningsgasen för att reducera NO till N2. Reaktionen har en optimal effekt i ett temperaturfönster på ca 830 till 1 050 °C, varvid de insprutade reaktanterna måste ges en tillräcklig uppehållstid för att reagera med NO.

d

SCR

Selektiv katalytisk reduktion (SCR) reducerar NO och NO2 till N2 med hjälp av NH3 och en katalysator vid ett temperaturintervall på ca 300–400 °C. Denna teknik används allmänt för NOx-reduktion i andra industrier (koleldade kraftstationer, avfallsförbränningsanläggningar). I cementindustrin beaktas huvudsakligen två system: ett med låg stofthalt placerat mellan stoftfilter och skorsten samt ett med hög stofthalt placerat mellan cyklonförvärmare och stoftfilter. System för rökgaser med låg stofthalt kräver återuppvärmning av rökgaserna efter stoftfiltret, vilket kan orsaka ytterligare energikostnader och tryckfallsförluster. System med hög stofthalt föredras av tekniska och ekonomiska skäl. Dessa system kräver inte återuppvärmning på grund av att avfallsgasernas temperatur vid förvärmarsystemets utlopp vanligtvis är i rätt temperaturområde för SCR-drift.

Teknik

Beskrivning

a

Absorberande tillsats

Absorbenter tillsätts antingen till råmaterialen (t.ex. tillsats av släckt kalk) eller sprutas in i gasströmmen (t.ex. släckt kalk (Ca(OH)2), osläckt kalk (CaO), aktiverad flygaska med en hög CaO-halt eller natriumkarbonat (NaHCO3)).

Släckt kalk kan matas till råkvarnen tillsammans med råmaterialen eller tillsättas direkt till ugnsmatningen. Användningen av släckt kalk som kalciumbärande tillsats har den fördelen att den bildar reaktionsprodukter som direkt kan införlivas i klinkerbränningen.

Insprutning av absorbenten i gasströmmen kan ske i torr eller våt form (halvtorr skrubbning). Absorbenten sprutas in i rökgasen vid temperaturer nära vattendaggpunkten, vilket resulterar i fördelaktigare förhållanden för SO2-infångning. I cementugnssystem, uppnås vanligtvis detta temperaturintervall i området mellan råkvarnen och stoftfiltret.

b

Våtskrubber

Våtskrubbern är den vanligaste tekniken för avsvavling av rökgas i koleldade kraftverk. För processer för cementtillverkning är våtprocessen för reducering av SO2-utsläpp en etablerad teknik. Våtskrubbning baseras på följande kemiska reaktion:

SOx absorberas av en vätska/slam som sprutas i ett spraytorn. Absorbenten är vanligtvis kalciumkarbonat. Våtskrubbersystem ger högst reduktionsgrad av lösliga sura gaser av alla avsvavlingsmetoder (Flue-gas desulphurisation, FGD) för rökgaser med lägst stökiometriskt överskott och den lägsta mängden fast avfallsproduktion. Tekniken kräver en viss mängd vatten med ett åtföljande behov av behandling av avfallsvatten.”