Декарбонизация цемента: откуда берутся выбросы и что указывать

Спросите директора завода, почему одна линия печи потребляет 760 ккал на килограмм клинкера, а другая, расположенная рядом, сжигает 1150, и ответ не даст ответа на вопрос об улавливании углерода. Ступени подогревателя, рекуперация охладителя, влажность сырьевой смеси, химический состав топливной золы и местный рынок шлака или летучей золы будут.

На производство цемента приходится примерно 8 процентов мировых выбросов CO2, однако практический путь к снижению этой доли редко начинается с лабораторных прорывов. Все начинается со спецификации. Для большинства действующих предприятий следующее десятилетие измеримого прогресса будет связано с четырьмя вещами, которые уже можно спроектировать, оценить и приобрести: термическая эффективность печей, замена клинкера, эффективность измельчения и гибкость использования топлива. Capture — это средство защиты, которое вы можете выбрать после того, как все более дешевое будет удалено.

Контент

1 Где на самом деле находятся выбросы
2 Эффективность печи: самый дешевый углерод — это топливо, которое вы никогда не сжигаете
3 Замена клинкера: самый быстрый рычаг, который у вас уже есть
4 Измельчение и обработка: небольшие проценты, настоящие мегаватт-часы
5 Альтернативные виды топлива и сырье, полученное из отходов
6 Захват и электрификация: куда уходят оставшиеся тонны
7 Что указать в спецификации

Где на самом деле находятся выбросы

CO2 покидает цементный завод из трех разных мест, и только два из них реагируют на то, как вы зажигаете печь. Третий — химия: известняк обжигается до извести и CO2, и никакой выбор топлива не меняет эту реакцию.

Ориентировочное распределение выбросов для интегрированного цементного завода; фактические доли варьируются в зависимости от технологии печи, структуры топлива, сырья и портфеля продукции.
Источник выбросов	Типичная доля	Что на самом деле управляет этим
Обжиг известняка (процесс CO2)	50-60%	Клинкерный фактор и альтернативное сырье; остаточные потребности улавливаются
Сжигание топлива в печи и кальцинаторе	30-40%	Удельный расход тепла, коэффициент теплозамещения, углеродоемкость топлива
Электричество для мельниц, вентиляторов и конвейеров	5-10%	Тип и схема мельницы, эффективность вентилятора и привода, углеродоемкость сети.

Прочитайте таблицу как бюджет. Если технологические выбросы составляют 55 процентов от общего объема, даже полностью декарбонизированное топливо ограничивает ваше сокращение на уровне 45 процентов. Тонна клинкера также содержит примерно полтонны CO2 только из сырья. Вот почему фактор клинкера и улавливание находятся в центре каждой серьезной дорожной карты и почему проекты печей следует оценивать по количеству топлива на тонну клинкера, а не по общим выбросам завода.

Эффективность печи: самый дешевый углерод — это топливо, которое вы никогда не сжигаете

Длинная сухая печь без печи предварительного обжига обычно потребляет от 1200 до 1500 ккал на килограмм клинкера. Современный пяти- или шестиступенчатый подогреватель с декарбонизатором потребляет примерно 700–800 ккал/кг того же клинкера. Этот разрыв составляет от 30 до 40 процентов расходов на топливо и аналогичную долю выбросов CO2 при сжигании.

Потери скрываются в предсказуемых местах: количестве ступеней и падении давления в циклоне; температура газов на выходе из подогревателя, которая падает примерно на 30–50 °C на каждой дополнительной ступени теплообмена; температура третичного воздуха и рекуперация колосникового охладителя, который обычно восстанавливает от 65 до 75 процентов тепла клинкера; и ложный воздух, всасываемый через входное отверстие печи, охладитель и контуры мельницы. Рекуперация отходящего тепла на выходе из подогревателя и более холодных выхлопных газах может покрыть значительную часть потребности электростанции в электроэнергии, и она лучше всего работает на печи, которая уже работает с низким удельным потреблением тепла.

Одно практическое предостережение: выбирайте подогреватель, декарбонизатор и охладитель для топлива, которое вы собираетесь сжигать через пять лет, а не для угля, который вы сжигаете сегодня. Топливу, полученному из отходов, требуется более длительное время пребывания, другой импульс горелки и часто более высокий восходящий канал для полного сгорания.

Предварительный нагреватель На линиях по производству цемента подогреватели объединяют порошок сырьевого материала с высокотемпературными отходящими газами в хвосте печи за счет синергетического эффекта предварительного подогрева суспензии. Посмотреть продукт →

Замена клинкера: самый быстрый рычаг, который у вас уже есть

Среднее мировое соотношение клинкера и цемента составляет от 0,70 до 0,75. Каждые 0,01 удаленного CO2 составляют примерно 8–10 кг CO2 на тонну цемента до замены оборудования. Основные варианты и их практические ограничения:

Гранулированный доменный шлак: замена от 30 до 70 процентов, но он имеет влажность от 10 до 15 процентов и требует сушки и отдельной емкости для измельчения.
Летучая зола: недорогая, если она доступна, но предложение сокращается по мере прекращения производства угля.
Смеси обожженной глины: каолинитовая глина, обожженная при температуре от 700 до 850 °C, второй термический процесс при температуре, составляющей часть температуры клинкера, и интенсивности выбросов CO2.
Известняковый наполнитель: обычно от 5 до 15 процентов в соответствии со многими стандартами; дешево, но это ослабляет раннюю силу.

Потолок редко бывает химией. Это стандартное принятие, развитие силы в раннем возрасте и логистика. Завод, который не может последовательно сушить и измельчать шлак, не получит выгоды, что делает мельницу, а не печь, узким местом во многих проектах по замене.

Измельчение и обработка: небольшие проценты, настоящие мегаватт-часы

Помол цемента обычно потребляет от 30 до 40 кВтч на тонну в шаровой мельнице. Вальцовый пресс или вертикальная валковая мельница могут снизить удельную мощность на 30–50 процентов, и экономия распространяется на каждую произведенную тонну в течение следующих двадцати лет. Распределение частиц по размерам имеет большее значение, чем показатель крупности, указанный в сертификате: хорошо контролируемое распределение позволяет сохранять раннюю прочность при меньшем количестве клинкера в смеси, что напрямую связывает помол с вышеуказанной целью замещения. Влажность сырья – это еще одна переменная, которую стоит честно оценить, потому что влажный мел или глина снижают мощность мельницы, размер которой был рассчитан с учетом предположения о сухом питании.

Роликовый пресс Валковый пресс — это новый тип энергосберегающего оборудования для измельчения цемента, разработанный в середине 1980-х годов. Он может полностью или частично заменить систему высокоэнергетической шаровой мельницы. Посмотреть продукт →

Альтернативные виды топлива и сырье, полученное из отходов

Коэффициент теплозамещения колеблется от примерно 10 процентов на консервативных станциях до более 60 процентов на установках, предназначенных для этого. Печь представляет собой щадящий реактор: температура газа выше 1450 °C, длительное время пребывания и щелочная среда, которая связывает хлор и серу в клинкер. Пределы одинаково реальны:

Циклы хлора и серы, которые приводят к увеличению входного отверстия печи и требованиям байпаса.
Колебания теплотворной способности топлива, полученного из отходов, проверяют стабильность горелки и контроль подачи.
Изменения химического состава золы приводят к сдвигу фаз клинкера и свободной извести.
Стоимость подготовки топлива: измельчение, сушка, учет и хранение.

Таким образом, подготовка топлива и обработка твердых отходов не являются второстепенным проектом, привязанным к модернизации печи; они решают, достижима ли цель замены неделю за неделей.

Обращение с твердыми отходами Система переработки твердых отходов имеет широкую применимость к отходам, высокую тепловую эффективность сгорания, а степень термического уменьшения остатков составляет ≤3%. Сжигание... Посмотреть продукт →

Захват и электрификация: куда уходят оставшиеся тонны

Если технологический CO2 составляет более половины ваших выбросов, то остаток после повышения эффективности и замены представляет собой проблему улавливания. Опубликованные данные о затратах показывают, что захват может увеличить цену цемента примерно на 20–40 процентов, в то время как влияние на общую стоимость строительства обычно составляет всего один или два процента, поскольку цемент составляет небольшую долю бюджета построенного объекта. Эта асимметрия является аргументом в пользу раннего начала исследований по улавливанию, даже когда до строительства осталось несколько лет.

Электрифицированные декарбонизаторы, плазменный и микроволновый нагрев, а также аккумулирование тепловой энергии остаются в основном в пилотных или демонстрационных масштабах. Они также зависят от декарбонизированной сети, чтобы получить свои требования по выбросам углерода, и они меняют профиль электрической нагрузки станции, что касается мощности трансформатора и конструкции высоковольтного распределительного устройства. Их легче указать заранее, чем модернизировать.

Что указать в спецификации

Целевые показатели выбросов углерода учитываются только тогда, когда они появляются на языке покупателей. Настаивайте на:

Гарантированный удельный расход тепла при определенной влажности сырьевой муки, скорости подачи и условиях окружающей среды, а не в лучшем случае.
Гибкость фактора клинкера: схемы мельниц, которые могут производить смешанные цементы с одинаковой производительностью.
Таблица гибкости топлива с указанием размера частиц, влажности, диапазона теплотворной способности и степени замещения, которую могут выдерживать горелка и кальцинатор.
Гарантии выбросов NOx, SO2 и пыли, а также хлора и ртути там, где планируется использование отходов топлива.
Производительность при частичной нагрузке, поскольку установки редко работают с паспортными данными в течение всей кампании.

Возможности изготовления решают, выдержат ли эти гарантии первый выстрел. Корпуса печей, корпуса мельниц и сосуды под давлением представляют собой толстостенные изделия большого диаметра, и для этого класса работ требуются большие вертикальные токарные станки, зубофрезерные станки, тяжелые краны и печи для снятия напряжений; оборудование, обеспечивающее эту мощность, описано на нашем сайте. страница производства . Повседневная дисциплина имеет не меньшее значение, и наши заметки о оптимизация работы вращающейся печи охватывают вопросы стабильности, которые определяют, будет ли гарантированное количество достигнуто на практике.

Последовательность превосходит список технологий. Сначала проверьте печь и закройте ложные утечки воздуха и охладителя. Поднимите уровень замещения до предела, приемлемого для вашего рынка. Затем продвигайте замену топлива и рекуперацию отходящего тепла. Только после этого изучайте захват оставшихся тонн. Заводы, которые отменяют этот порядок, в конечном итоге финансируют улавливание выбросов, которые могла бы устранить модернизация завода.

И измеряйте все в одной и той же единице: CO2 на тонну цемента, а не на тонну клинкера, иначе каждый из ваших проектов по замене, измельчению и топливу будет претендовать на одинаковое сокращение.