Environmental impact assessment of alternative fuels co-processing in rotary cement kilns

• Autorzy: Khrunyk S , Sanytskyy M

Warianty tytułu

PL

Ocena oddziaływania na środowisko współspalania paliw alternatywnych w obrotowych piecach cementowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study focuses on comparison of potential negative environmental impact of the coal combustion and its partial substitution by alternative fuels from combustible wastes (used tires and solid alternative fuel TP-1) during Portland cement clinker production in rotary cement kiln. Environmental impact assessment was carried out based on the fuels chemical composition and operating parameters of a rotary cement kiln in accordance with EURITS and IMPACT 2002+ methodologies. Chemical composition and physical properties of used tires and solid alternative fuel from plastic, paper and wood waste mixture (TP-1) were studied. Available data shows that hard coal from Ukrainian deposits has high level of some pollutants (S = 3.1 wt. %, As = 135 ppm, Hg = 0.7 ppm). The high content of Zn (up to 4100 ppm) in used tires limits their usage as alternative fuel in cement kiln. Solid alternative fuel TP-1 was prepared in accordance with the EURITS and Lafarge Cement Group requirements. In comparison with the usage of exclusively Ukrainian coal, the use of a composite fuel, which includes up to 10 energy-eq % of used tires leads to an increase of the negative environmental impact by 8% on aquatic ecotoxicity and 5% on terrestrial ecotoxicity, respectively. But, the negative impact on global warming, aquatic eutrophication and acidification, terrestrial acidification and nutrification, respiratory effect and human toxicity was decreased. The partial substitution of coal by solid alternative fuel TP-1 in equal proportions with used tires reduces the negative environmental impact of fuel combustion in cement kiln compared to the use of coal only and in case of coal with used tires usage. Coal substitution by alternative fuels in all proposed scenarios caused less damage to human health, ecosystem quality and climate change compared to the usage of coal alone. Increase of the part of co-processed alternative fuels led to environmental damage decreases.

PL

Przeprowadzone badanie skupia się na porównaniu potencjalnego negatywnego oddziaływania na środowisko spalania węgla i jego częściowej substytucji paliwem alternatywnym z odpadów palnych (zużyte opony samochodowe i paliwo alternatywne stałe TP-1) podczas produkcji klinkieru portlandzkiego w obrotowych piecach cementowych. Ocena oddziaływania na środowisko została przeprowadzona na podstawie składu chemicznego paliw i parametrów pracy obrotowego pieca cementowego zgodnie z metodologią EURITS i IMPACT 2002+. Zbadano skład chemiczny i właściwości fizyczne zużytych opon samochodowych i paliwa alternatywnego stałego (TP-1) z mieszanki odpadów tworzyw sztucznych, papieru i drewna. Dostępne dane wskazują, że węgle kamienne ze złóż ukraińskich posiadają podwyższoną zawartość zanieczyszczeń chemicznych (S = 3,1% wag., As = 135 ppm, Hg = 0,7 ppm). Wysoka zawartość cynku (do 4100 ppm) w zużytych oponach ogranicza ich wykorzystanie jako paliwa alternatywnego w piecach cementowych. Paliwo alternatywne stałe TP-1 zostało przygotowane zgodnie z wymaganiami EURITS i Grupy Lafarge Cement. W porównaniu z wykorzystaniem wyłącznie ukraińskiego węgla kamiennego stosowanie paliwa kompozytowego, w którym ilość zużytych opon nie przekracza 10% energii cieplnej, wywołuje większy o 8% wpływ na ekotoksyczność dla wód oraz o 5% większy wpływ na ekotoksyczność lądową. Jednak zmniejszał się negatywny wpływ na globalne ocieplenie, eutrofizację i zakwaszenie wód, zakwaszenie i eutrofizację gleby, efekt dla układu oddechowego i toksyczność dla ludzi. Częściowe zastąpienie węgla stałym paliwem alternatywnym TP-1 w równych proporcjach z zużytymi oponami zmniejsza negatywny wpływ spalania paliwa w piecu cementowym na środowisko w porównaniu z wykorzystywaniem samego węgla i w przypadku współspalania węgla z zużytymi oponami. Zastąpienie węgla paliwem alternatywnym według proponowanych scenariuszy (receptur mieszanki paliwowej) powodowało mniejsze szkody dla zdrowia człowieka, jakości ekosystemu i zmian klimatu w porównaniu do wykorzystania wyłącznie węgla kamiennego. Zwiększenie udziału współspalanych paliw alternatywnych doprowadziło do zmniejszenia szkód dla środowiska naturalnego.

Słowa kluczowe

EN

environmental impact assessment; midpoint level; damage level; rotary cement kiln; alternative fuel; used tires; solid alternative fuel; TP-1; coal; combustion; co-processing; pollutants

PL

ocena oddziaływania na środowisko; poziom środkowy oddziaływania na środowisko; poziom szkód; obrotowy piec cementowy; paliwo alternatywne; zużyte opony; paliwo alternatywne stałe; TP-1; węgiel; spalanie; współspalanie; zanieczyszczenia

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 17, nr 1
• Strony: 147--155
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Khrunyk S

• Lviv Polytechnic National University, Institute of Civil and Environmental Engineering S. Bandery Str., 12, Lviv, 79013, Ukraine

autor

Sanytskyy M

• Lviv Polytechnic National University, Institute of Civil and Environmental Engineering S. Bandery Str., 12, Lviv, 79013, Ukraine

Bibliografia

• [1] Sładeczek F., Wymagania najlepszych dostępnych technik (BAT) dla współspalania odpadów w przemyśle cementowym, Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa-Opole 2012, 11, 125-135.
• [2] Bień J., Neczaj E., Worwąg M., Grosser A., Nowak D., Milczarek M., Janik M., Kierunki zagospodarowania osadów w Polsce po roku 2013, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2011, 14, 4, 375-384.
• [3] Bień J.D., Zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych metodami termicznymi, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2012, 15, 4, 439-449.
• [4] Co-processing: the cement industry’s contribution to the resource efficiency agenda, CEMBUREAU, Eurobrief, September 2012, Mode of access: http://www.cembureau.eu/newsroom/article/co-processing-cement-industry%E2%80%99s-contribution-resource-efficiency-agenda
• [5] Resolution of Cabinet of Ministers of Ukraine No. 22-p dated 03/01/2013 On the approval of the concept of national waste management program for 2013-2020, Governmental Courier on 25.01.2013.
• [6] Bolwerk R., Co-processing of waste in cement plants, IMPEL waste project “Waste permitting and enforcement of waste installations”, Netherlands, Zwolle 2005.
• [7] Gineys N., Aouad G., Damidot D., Managing trace elements in Portland Cement - Part I, Interactions between cement paste and heavy metals added during mixing as soluble salts, Cement & Concrete Composites 2010, 32, 8, 563-570.
• [8] Natesan M. et al., The cement industry and global climate change: Current and potential future cement industry CO2 emissions, 6th International Conference Greenhouse Gas Control Technologies, Pergamon, Oxford 2003, 995-1000.
• [9] Pacyna E.G., Pacyna J.M., Steenhuisen F., Wilson S., Global anthropogenic mercury emission inventory for 2000, Atmospheric Environment 2006, 40, 22, 4048-4063.
• [10] Khrunyk S.Ya., Sanytskyi M.A., Tverde alternatyvne palyvo dlia tsementnoi promyslovosti (Solid alternative fuel for cement industry), UA Patent 83071, August 27, 2013.
• [11] Saranchuk W., State of coal chemistry in Ukraine, Donetsk. visn., Shevchenko Scientific Society, Donetsk 2003, 3.
• [12] Shubin Y.P., Useful trace elements in coals of various grades of Donbass, Naukovі pratsі UkrNDMІ NAS of Ukraine 2008, 2, 192-198.
• [13] Eurits methodology for the determination of technical co-incineration criteria, Mode of access: http://www.incineration.info/files/publications/Eurits_tech_criteria_coincin.doc
• [14] Vermeulen I., Van Caneghem J., Block C., Vandecasteele C., Comparison of the environmental impact of the incineration of calorific industrial waste in a rotary kiln and a cement kiln in view of fuel substitution, LUEVEN, Belgium, Heverlee 2009.
• [15] Humbert S., Margni M., Jolliet O., IMPACT 2002+: User guide draft for ver. 2.1, Industrial Ecology & Life Cycle Systems Group, GECOS, EPFL, Switzerland, Lausanne 2005.