PRACE
Instytutu Szk³a, Ceramiki Materia³ów Ogniotrwa³ych i Budowlanych
Scientific Works of Institute of Glass, Ceramics Refractory and Construction Materials
Nr 1
ISSN 1899-3230
Rok I Warszawa–Opole 2008
Ocena mo¿liwoœci zastosowania py³u wêgla brunatnego w przemyœle
cementowym, wapienniczym i wytwórniach mas bitumicznych
W artykule przedstawiono analizê uwarunkowañ techniczno-technologicz- nych substytucji dotychczas stosowanych paliw wêglem brunatnym oraz ob- liczenia rocznego potencjalnego zapotrzebowania py³u wêgla brunatnego w przemys³ach cementowym, wapienniczym oraz wytwórniach mas bitumicz- nych (asfaltu). Bior¹c pod uwagê aktualnie zu¿ywan¹ iloœæ paliw w analizowa- nych sektorach, najwiêkszym potencjalnym odbiorc¹ wêgla brunatnego mo¿e byæ przemys³ cementowy.
1. Wstêp
W przemys³ach cementowym, wapienniczym oraz wytwórniach mas bitumicz- nych istniej¹ realne mo¿liwoœci zastosowania py³u wêgla brunatnego jako sub- stytutu wêgla kamiennego.
Przeprowadzona ocena stanowi wstêpne rozeznanie rynku krajowego w zwi¹z- ku z planowan¹ inwestycj¹ produkcji suszonego py³u wêgla brunatnego z kopal- ni Be³chatów.
Artyku³ obejmuje analizê uwarunkowañ techniczno-technologicznych zamiany dotychczasowych paliw kopalnych na wêgiel brunatny oraz obliczenia iloœciowe rocznego potencjalnego zapotrzebowania py³u wêgla brunatnego w poszczegól- nych przemys³ach. Podjêcie tematu uzasadnienia kilkakrotnie wy¿sze ni¿ wêgla kamiennego eksploatowanie zasobów wêgla brunatnego w Polsce. Ponadto py³ wêgla brunatnego mo¿e byæ konkurencyjny cenowo w stosunku do py³u wêgla kamiennego. Wraz z postêpuj¹cym rozwojem technik spalania (oxyfuel, zgazo- wanie) mo¿liwoœci wykorzystania tego wêgla, mimo nieco gorszych parame- trów jakoœciowych ni¿ wêgla kamiennego, bêd¹ wzrastaæ.
! "#$%& '#()*)+) ,-./0& 12!03"."& 40)2!"0/56 78#"9)!60/*:; " <+=96>0#*:;& 7==-"0/ '#$*#"2!""
40)2!"0/962?& @!9:2(962? " A!9=96"(.0 6 7B9>+%
2. Charakterystyka jakoœciowa py³u wêgla brunatnego
Zasoby wêgla brunatnego w okolicach Be³chatowa wynosz¹ oko³o 930 mln t.
Wed³ug danych uzyskanych z kopalni jest ona w stanie wydobywaæ z tego pola wêgiel w iloœci oko³o 2 mln t rocznie, przy œrednich parametrach jakoœciowych przedstawionych w tab. 1.
! " # $ ! % Parametry fizykochemiczne py³u wêgla brunatnego z kopalni Be³chatów
(wartoœci œrednie)
&!'(! )!*!+#,*- .!*,/01 )!*!+#,*-
2&23452 645789:;<=4:5&2 >7?@
2!"#A)/)BCD E,!F E-GHIJ %KLMMN
.$A(B$O/,F/01 E,!F P/E,!(IJ %MN
Q"%A(!*,/01 /)!D/(! E,!F P/E,!(IJ %RSTM UVWUO AXYKY UG!$WUOJ
Z$AEB!*U! G!DU/(B,! E,!F E-GHIJ %LKSN
Z"AEB!*U! )!$F! E,!F E-GHIJ ML[XN
Z&AEB!*U! )/)B/D/(! E,!F E-GHIJ MLYXN
&!'9 A,$#F#U E/P/(I E,!F E-GHIJ MLMYN
8'9 A,$#F#U )/,!E/(I E,!F E-GHIJ MLM%N
:$ AGH$/* E,!F E-GHIJ %%Y ))+
6 A\$-/* E,!F E-GHIJ %K ))+
;O A*,]1 E,!F E-GHIJ MLTS ))+
:!9 A,$#F#U (!)FB/(I E,!F E-GHIJ KLT^N
_ ()AG']0GB $/,F# E,!F E-GHI B "#')/)B/D/(IJ YKLSXN : ()A)B#*(B!E,#U (]O$! ( 'D/`-L E,!F E-GHI B "#'a
)/)B/D/(IJ TTLXN
; ()A(/PC* ( 'D/`-L E,!F E-GHI B "#')/)B/D/(IJ YLK[N 2&23452 :;<=4:5&2 >9>49?@
ZB9' ^YL%N
6#'9* YLR[N
2$'9* %TLYTN
:!9 K[LM[N
=O9 %LKSN
Z9* %^LYN
&!'9 ML^^N
8'9 MLKRN
!" #$%&'()*+, )-%.+'*+,
3. Zastosowanie py³u wêgla brunatnego w przemyœle cementowym
3.1. Krótka charakterystyka przemys³u cementowego w Polsce
W Polsce pracuje obecnie 11 cementowni, jednak g³ówne skupisko tych instala- cji wystêpuje w po³udniowym rejonie kraju. Oprócz tego istnieje kilka prze- mia³owni klinkieru produkuj¹cych cement na bazie sprowadzanego klinkieru.
Procesy wypalania klinkieru przebiegaj¹ w obrotowych piecach cementowych.
W eksploatacji jest 17 pieców metody suchej oraz cztery piece metody mokrej.
Analiza wykorzystania wêgla brunatnego odnosi siê tylko do procesów wypala- nia. Spoœród wszystkich cementowni wytypowano do omówienia osiem instala- cji. Wstêpnym kryterium wyboru by³a odleg³oœæ od kopalni Be³chatów, która w tym przypadku wynosi max. 230 km. Na mapie (ryc. 1) przedstawiono loka- lizacje cementowni oraz przemia³owni klinkieru w Polsce, zaznaczono tak¿e, symbolem BOT, usytuowanie kopalni wêgla brunatnego Be³chatów.
!"# $# %&'()*+(",( "-.-/0&1/* * 23+-.*(4&1/* ')*/'*-35 1 6&)7"-
!"#$%
&'"(')*$*
&#)+# ,('-.
/'"*$0'1 2*$03%
4#-*5*6717 /!83090 :8)#
2*$# ;!+#
1'.'3+*$30'
<)7'.0#-*$30' ,'.1*3
&#)67#$#
=9*1'.
!"
>?)#@8@'
:@#)?$
>?)9#
Podstawowym paliwem technologicznym we wszystkich cementowniach w Pol- sce jest py³ wêgla kamiennego. Poza tym spala siê ³upki powêglowe, popio³y oraz ró¿ne rodzaje paliw alternatywnych sta³ych i ciek³ych. Udzia³ paliw alter- natywnych jako substytutu ciep³a stale roœnie i aktualnie jest na poziomie ok.
30% (wed³ug danych Stowarzyszenia Producentów Cementu oraz rocznych ra- portów dotycz¹cych emisji gazów cieplarnianych za rok 2006). Rodzaje i iloœci obecnie spalanych paliw przedstawiono w tab. 2 [1]:
! " # $ ! % Rodzaje i iloœci obecnie spalanych paliw w cementowniach w Polsce
&'()!* +!$,-! .(),!/ - %001 23 456 789,#$ :!;,#<<=
>':? +'<!@A'-=
B$#* '+!/'-=
&CD<# 2'()!*# '(+!(C-
1E1 F E0
3.2. Wymagania techniczno-technologiczne dla paliw do wypalania klinkieru
Brane pod uwagê zak³ady cementowe eksploatuj¹ nowoczesne piece pracuj¹ce wed³ug metody suchej. W Polsce wystêpuj¹ dwa rodzaje pieców: z kalcynatora- mi i z cyklonowymi wymiennikami ciep³a. Dla obu rodzajów pieców paliwo wprowadza siê w dwóch miejscach – na palniku g³ównym oraz w kalcynato- rze/wymienniku ciep³a. Piece z prekalcynatorami maj¹ wiêksze mo¿liwoœci spalania paliw o ni¿szej kalorycznoœci. Generalne wymagania dla wszystkich rodzajów paliw do wypalania klinkieru, wynikaj¹ce z wymogów technologicz- nych, s¹ nastêpuj¹ce (stan roboczy):
• wartoœæ opa³owa:
– palnik g³ówny (mieszanka paliw) – 22 MJ/kg, – kalcynator/wymiennik ciep³a –15 MJ/kg,
• zawartoœæ siarki – <1%;
• zawartoœæ chloru – <0,1%.
Progowa wielkoœæ wartoœci opa³owej 22 MJ/kg wynika z praktycznych obser- wacji wp³ywu jakoœci paliwa na proces wypalania. Ni¿sza kalorycznoœæ paliwa powoduje obni¿enie temperatury p³omienia w strefie spiekania, a to z kolei ma wp³yw na zmniejszanie wydajnoœci pieca i wzrost zapotrzebowania ciep³a [2].
Kalorycznoœæ paliwa na palniku g³ównym 22 MJ/kg przyjêto jako akceptowaln¹ wartoœæ graniczn¹. Takie same wymagania jak dla paliwa do palnika g³ównego odnosz¹ siê tak¿e do py³u wêgla brunatnego.
!" #$%&'()*+, )-%.+'*+,
Zatem proponowany py³ wêgla brunatnego z kopalni Be³chatów nie spe³nia wy- magañ wartoœci kalorycznej dla palnika g³ównego. Natomiast mo¿e byæ w pe³ni wprowadzany w uk³adzie piecowym kalcynator/wymiennik ciep³a. Ogranicze- niem iloœciowym jest tutaj stosowanie obecnie innych paliw, zw³aszcza paliw alternatywnych.
Miejsca dozowania paliw i odpadów palnych do pieca obrotowego oraz wyma- gane progowe kalorycznoœci przedstawiono na rys. 2.
!"# $# %&'()"* +,-,.*/&* 0*1&. & ,+0*+2. 0*1/!"3 +, 0&'"* ,45,6,.'7, ,5*- .!8*7*/' +1* /&"3 .*56,9"& ,0*:,.' ;<=
Zawartoœæ siarki i chloru w materia³ach wsadowych do pieca cementowego (w tym w szczególnoœci w paliwach) ma istotne znaczenie w stabilnym procesie wypa- lania. Zbyt du¿a zawartoœæ tych zanieczyszczeñ powoduje zak³ócenia w prze- p³ywie materia³u przez uk³ad piecowy (klejenie siê materia³u wsadowego), st¹d jest ona kontrolowana na wlocie do pieca. W³aœciwy zakres stê¿eñ reguluje siê tzw. bypassem (upustem czêœci gazów piecowych).
Wêgiel brunatny z Be³chatowa posiada podwy¿szon¹ zawartoœæ siarki (0,7%) w stosunku do paliw dzisiaj stosowanych. Natomiast zawartoœæ chloru w dekla- rowanym pyle wêgla brunatnego jest niska (0,015%), co poprawiæ mo¿e bilans obiegu sk³adników lotnych w instalacji.
W opcji palnikowej wy¿sze i stabilne czêœci lotne w wêglu brunatnym powinny wp³yn¹æ na obni¿enie iloœci NOx termicznego, powstaj¹cego w strefie spieka- nia.
W opcji kalcynatorowej dozowanie jest ³atwiejsze w porównaniu z opcj¹ palni- kow¹, niemniej w ka¿dym uk³adzie konieczne jest zabudowanie zbiorników i wag dozuj¹cych.
paliwo Qr >15 MJ/kg 25–60% udzia³u ciep³a
paliwo Qr >22 MJ/kg 40–100% udzia³u ciep³a
3.3. Obliczenia potencjalnego zapotrzebowania py³u wêgla brunatnego
W tym podrozdziale przedstawiono przeanalizowan¹ substytucjê energetyczn¹ i ma- sow¹ wêgla kamiennego wêglem brunatnym dla pieców z kalcynatorem i przy spalaniu zu¿ytych opon. Analiza oparta jest na rzeczywistych danych. Wartoœci kaloryczne wêgla brunatnego i kamiennego wynosz¹ odpowiednio 19 oraz 25 MJ/kg.
Dane do obliczeñ wziêto z dostêpnych rocznych raportów dotycz¹cych emisji gazów cieplarnianych za rok 2006 oraz audytów technologicznych i energetycz- nych zak³adów cementowych [4].
Aktualne zapotrzebowanie ciep³a:
• zu¿ycie ciep³a z wêgla kamiennego – 2700 kJ/kg ! (Q"#=25MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z ³upka przywêglowego – 350 kJ/kg ! (Q"#=3,5MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z opon – 350 kJ/kg ! (Q"#=25MJ/kg);
• zu¿ycie masowe na 1 Mg klinkieru:
– 108 kg wêgla kamiennego, – 0 kg wêgla brunatnego, – 100 kg ³upka,
– 14 kg opon.
• Symulacja energetyczna 50/50 – opcja palnikowa:
• zu¿ycie ciep³a z wêgla kamiennego – 1400 kJ/kg ! (Q"#=25MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z wêgla brunatnego – 1400 kJ/kg ! (Q"#=19MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z ³upka – 250 kJ/kg ! (Q"#= 3,5MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z opon – 350 kJ/kg ! (Q"#=25MJ/kg);
• zu¿ycie masowe na 1 Mg klinkieru:
– 56 kg wêgla kamiennego, – 74 kg wêgla brunatnego, – 71 kg ³upka,
– 14 kg opon.
• Symulacja masowa 50/50 – opcja palnikowa:
• zu¿ycie ciep³a z wêgla kamiennego – 1590 kJ/kg ! (Q"#=25MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z wêgla brunatnego – 1210 kJ/kg ! (Q"#=19MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z ³upka – 250 kJ/kg ! (Q"#=3,5MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z opon samochodowych – 350 kJ/kg ! (Q"#=25MJ/kg);
• zu¿ycie masowe na 1 Mg klinkieru:
– 63,5 kg wêgla kamiennego, – 63,5 kg wêgla brunatnego, – 71 kg ³upka,
– 14 kg opon.
! "#$%&'()*+ (,$-*&)*+
Symulacja energetyczna 55/45 – opcja kalcynatorowa:
• zu¿ycie ciep³a z wêgla kamiennego – 1620 kJ/kg ! (Q"#=25MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z wêgla brunatnego – 1080 kJ/kg ! (Q"#=19MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z ³upka – 300 kJ/kg ! (Q"#=3,5MJ/kg);
• zu¿ycie ciep³a z opon – 350 kJ/kg ! (Q"#=25MJ/kg);
• zu¿ycie masowe na 1 Mg klinkieru:
– 65 kg wêgla kamiennego, – 57 kg wêgla brunatnego, – 86 kg ³upka,
– 14 kg opon.
Zapotrzebowanie roczne wêgla brunatnego dla poszczególnych opcji przy pro- dukcji pieców 1 mln t klinkieru zestawiono w tab. 3.
! " # $ ! % Roczne zapotrzebowanie py³u wêgla brunatnego
&'()*+,-! +$./+.#'*
012
3(,4/# 4!5(1'4#"(6!/.# 578*
(5,-! 9 : 5!$/.+;
<7=*$!,-! #/#'>#17,4/!
?@A?@ 012
(5,-! B : 5!$/.+;
<7=*$!,-! =!<(6!
?@A?@ 012
(5,-! % : +!$,7/!1(';
<7=*$!,-! #/#'>#17,4/!
??AC? 012
9 @@@ 17<D EC 17<D F%;? 17<D ?E 17<D
Do obliczeñ potencjalnego zapotrzebowania py³u wêgla brunatnego z kopalni Be³chatów przyjêto jego wartoœæ kaloryczn¹ 19 MJ/kg oraz opcjê palnikow¹ udzia³u masowego 50/50%. Opcja ta jest prosta do wyliczeñ i spe³nia w ka¿dym przypadku wymagania progowe 22 MJ/kg. Jednoczeœnie daje ona bardzo zbli-
¿one wyniki jak dla opcji z kalcynatorem, a zatem mo¿na powiedzieæ, ¿e odnosi siê do wszystkich uk³adów technologicznych wystêpuj¹cych w kraju.
Obliczenia zapotrzebowania dla pieców cementowych wykonano dla wariantu ze spalaniem zu¿ytych opon + 30% paliw alternatywnych. Uzasadnienie tych wariantów jest takie, ¿e instalacje spalania opon s¹ eksploatowane z maksy- maln¹ wydajnoœci¹, a udzia³ paliw alternatywnych wynosi obecnie w rozpatry- wanych cementowniach ok. 30%. W przyjêtej opcji palnikowej udzia³u maso- wego 50/50% (opcja 2, tab. 3), przy stosowanym wêglu kamiennym o kalory- cznoœci 24–27 MJ/kg, substytucja ciep³a wêglem brunatnym zawiera siê w prze- dziale 35–39%. Odpowiada to aktualnym i realnym mo¿liwoœciom technologicz- no-technicznym przemys³u cementowego w Polsce.
W tabeli 4 zestawiono wyniki obliczeñ zapotrzebowania py³u wêgla brunatnego dla opisanej opcji udzia³u masowego wêgla kamiennego i brunatnego 50/50%.
W tabeli podano tak¿e wartoœæ opa³ow¹ mieszanki obu tych paliw dla poszcze- gólnych instalacji.
! " # $ ! % Potencjalne zapotrzebowanie py³u wêgla brunatnego, t/rok.
Wariant – spalanie opon + 30% paliw alternatywnych
&#'#()*+(,!
-*./(# /!0*)1/#"*+!(,# 2!1)*34 *0!5*+!
',#6/!(7, 89$#:5*34 *9
;2< <#5.=!)>+
80.?! '!6*+!
@AB@A C DEFB7:G D7'G
H(6)!$!.?! I II% J%A KK @L
H(6)!$!.?! K @K KMK KN LL
H(6)!$!.?! N @% L%J KNO@ IK%
H(6)!$!.?! % %% N@K KKO@ INK
H(6)!$!.?! @ NN KL% KN I@A
H(6)!$!.?! L M% K@A KKO@ IMA
H(6)!$!.?! M IKN @@K KKON KAM
H(6)!$!.?! J LM NKA KK KNA
-!/#' @L% %PJ
Nastêpnie przedstawiono przyk³adowe obliczenie iloœci wêgla brunatnego dla opcji udzia³u masowego 50/50% w odniesieniu do instalacji 8 (tab. 5). Miejsce przeciêcia siê obu prostych na ryc. 3, dla wêgla kamiennego i brunatnego, daje w wyniku godzinowe zapotrzebowanie py³u wêgla brunatnego oraz kalorycz- noœæ mieszanki obu wêgli. Zapotrzebowanie roczne wyliczono przy za³o¿eniu 330 dni pracy pieca w roku. Wyniki obliczeñ przedstawiono w tab. 5 oraz na ryc. 3. Roczne mo¿liwoœci substytucji wêgla kamiennego py³em wêgla brunat- nego w przemyœle cementowym wynosz¹ ok. 565 tys. t.
! "#$%&'()*+ (,$-*&)*+
! " # $ ! % Wyniki obliczeñ iloœci wêgla brunatnego dla opcji udzia³u masowego 50/50%
(instalacja 8)
&'()
*+#,-!.+.! /!$+0! 1!$2345-.267 *89:; <$267 =9>
?@;+#$ :!A+#..4 B1C D% DD
E/2.4 DF D
?@;+#$ "3G.!=.4 BHC IJ
EHK<LM)(<'
*+#,-!.+.! /4NG <$267
O4N 0@;$204 B1C =9> IDPQ% IIPDR JPF% SPIR FP%% %PRR TPUU IPSJ
O4N 0@;$204 BHC =9> T % Q J II IT I% IQ
1!$2345-.267 A+#,-!.:+
*+#,-!.:! B1VHC *89:; DTPJ DTPI DDP% DIPS DIPD DRPQ DRPI IJPF
W45X TX <$267 ,/!$!.#;2 0@;$! "3G.!=.#;2 + :!A+#..#;2
23!- 0!3=267 2/!N20! A+#,-!.:+ 2"G /!$+0 0 +.,=!$!5Y+ S
Mo¿liwa do spalania iloœæ py³u wêgla brunatnego dla instalacji 8 wed³ug obli- czeñ wynosi 8,5 t/h, co daje zapotrzebowanie 67 tys. rocznie.
23,9 23,1 22,5 21,8 21,2 20,7 20,1 19,6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
wartoœæ opa³owa [MJ/kg]
iloϾpaliwa[tJ/h]
kamienny brunatny
4. Zastosowanie py³u wêgla brunatnego w przemyœle wapienniczym
4.1. Krótka charakterystyka przemys³u wapienniczego w Polsce
W Polsce pracuje 10 zak³adów wapienniczych, jednak g³ówne ich skupisko wy- stêpuje w po³udniowym pasie kraju. Procesy wypalania wapna odbywaj¹ siê ty- lko w piecach szybowych typu B, C oraz w nowoczesnych piecach typu Maerz, których u nas w tej chwili jest w eksploatacji piêæ. Opalanie py³em technicznie mo¿liwe jest tylko w tych piecach, w zwi¹zku z czym analiza wykorzystania wêgla brunatnego odnosi siê wy³¹cznie do technologii Maerz. Lokalizacja zak³adów wapienniczych w Polsce pokazana jest na mapie (ryc. 4).
!"# $# %&'()*+(",( +('-(./0 0(1*233*"+!"4 0 5&)6"2
! "#$%&'()*+ (,$-*&)*+
BOT
4.2. Wymagania techniczno-technologiczne dla paliw do wypalania wapna
W rozwa¿aniach wziêto pod uwagê tylko piece typu Maerz, poniewa¿ tylko w nich mo¿liwe jest podawanie paliwa w postaci py³owej, ciek³ej czy gazowej [5].
Wymagania jakoœciowe paliwa przekazane przez producentów wapna podane s¹ w tab. 6. Najistotniejsze parametry krytyczne, których nie nale¿y przekraczaæ, to zawartoœæ popio³u i siarki. Tak¿e istotna w popio³ach jest iloœæ tlenków bar- wi¹cych MgO, FeO!, która ma bezpoœredni wp³yw na zabarwienie produktu.
Generalnie nawet 12% popio³u nie dyskwalifikuje paliwa do wypalania, ale za- le¿y to od gatunku produkowanego wapna. Na przyk³ad w przypadku produkcji w piecu Maerz wapna do PCC – papieru o du¿ej bia³oœci – 6-procentowa zawa- rtoœæ popio³u jest ju¿ za wysoka.
Analizuj¹c wymagania dla wêgla brunatnego zawarte w tab. 6, mo¿na stwier- dziæ, ¿e wiêkszoœæ parametrów krytycznych nie jest spe³niona, w zwi¹zku z tym proponowany py³ nie nadaje siê do wypalania wszystkich gatunków wapna.
! " # $ ! % Wymagania jakoœciowe paliwa do wypalania w piecach Maerz
&!'!(#)'* +,-$! .#/01!)2+
&!'!(#)'*
3'*)*045#
6$! +*7!$!58!
+!75!
9:9;<=9 ><=?@ABCDE<B=:9 FGH;9
96I'J K4!+!')LIM 7L78L/N O)!5 ON01*P Q RST U%
F) K+8$-L)5LIM + O)!58# 6LO)!+*P Q RVT L3J RV
W'8 K+!')LIM L7!/L+! + O)!58# 6LO)!+*P Q RX Y%V 3Z[3- K\]S] 30!$[3-P L3J SV VVV 3Z[3-
^6) K4!+J O8!'38 0!/3J L"$J 5! O!)5 ON01*P Q R_SYT V_X
`6!a K4!+J 04,I08 $L)5*01 L"$J 5! O)!5 ON01* 8 O)!5 "#47L78L/L+*P Q ]S_Y\T \]
9:9;<=9 BCDE<B=:9 &A&<Abc dTe
^8A Q f]_R UR]
>#A!Q ]_Xg UR]
9$A!Q R%_]% URV
E-A Q R_SY UX
:!A Q V_ff R_]
@A Q V_SX
4.3. Obliczenia potencjalnego zapotrzebowania na py³ wêgla brunatnego
Przy za³o¿eniu wykorzystania py³u wêgla brunatnego w piecach Maerz obliczo- no potencjalne zapotrzebowanie dla istniej¹cych i planowanych do uruchomie- nia pieców (zu¿ycie ciep³a 3900 kJ/ kg wapna). Daje to jednostkowe zapotrze- bowanie wêgla brunatnego ok. 210 kg/t wapna.
Wyliczono roczne zapotrzebowanie wêgla brunatnego w przemyœle wapienni- czym:
• Zak³ad CRH (2 piece o wyd. 450 t/dobê) – ok. 55 tys. t/rok;
• Zak³ad LHOIST (2 piece o wyd. 450 t/dobê oraz planowany 1 piec o wyd.
600 t/dobê) – ok. 90 tys. t/rok.
£¹czne roczne zapotrzebowanie py³u wêgla brunatnego wyniesie ok. 145 tys. t.
5. Zastosowanie py³u wêgla brunatnego w produkcji mas bitumicznych
5.1. Krótka charakterystyka wytwórni mas bitumicznych w Polsce
Wytwórnie mas bitumicznych, ze wzglêdu na lokaln¹ specyfikê produkcji dla drogownictwa, rozlokowane s¹ na terenie ca³ego kraju. Mo¿na wyró¿niæ trzy najwiêksze grupy producenckie, które mog¹ byæ zainteresowane wprowadze- niem takiego paliwa, jakim jest py³ wêgla brunatnego: STRABAG o potencjale produkcyjnym 2 mln t masy rocznie, MASFALT – 1 mln t oraz WPRD War- szawa z produkcj¹ 0,4 mln t.
5.2. Wymagania techniczno-technologiczne dla paliw do produkcji mas bitumicznych
Wytwórnie mas bitumicznych (asfaltu) dla drogownictwa nie stawiaj¹ specjal- nych wymagañ paliwom od strony techniczno-technologicznej. Du¿a zawartoœæ czêœci lotnych w wêglu brunatnym jest nawet zalet¹, poniewa¿ pozwala na szy- bkie, okresowe uruchamianie pieców. Potwierdzeniem przydatnoœci py³u wêgla brunatnego do produkcji asfaltu jest jego stosowanie przez STRABAG, mimo
¿e w aktualnej sytuacji sprowadza siê go z Niemiec.
! "#$%&'()*+ (,$-*&)*+
5.3. Obliczenia potencjalnego zapotrzebowania py³u wêgla brunatnego
Potencjalne zapotrzebowanie na py³ wêgla brunatnego do wytwarzania mas bi- tumicznych obliczono na podstawie rocznej produkcji trzech najwiêkszych firm.
Eksploatowane w Polsce instalacje do wytwarzania mas bitumicznych maj¹ wydajnoœæ od 160 do 320 t/h. Jednostkowe zu¿ycie ciep³a pieców wynosi ok.
400 kJ/ kg masy. Daje to zapotrzebowanie wêgla brunatnego ok. 20 kg/t asfaltu.
Potrzeby wêgla brunatnego do opalania pieców w produkcji mas bitumicznych:
• STRABAG (prod. masy 2 mln t) – ok. 40 tys. t/rok;
• MASFALT CRH (prod. masy 1 mln t) – ok. 20 tys. t/rok;
• WPRD, Warszawa (prod. masy 0,4 mln t) – ok. 8 tys. t/rok.
£¹czne roczne zapotrzebowanie py³u wêgla brunatnego wyniesie ok. 68 tys. t.
6. Wnioski
• W krajowym przemyœle cementowym istniej¹ techniczno-technologiczne mo¿- liwoœci zastosowania py³u wêgla brunatnego z kopalni Be³chatów jako substytu- tu wêgla kamiennego. Ze wzglêdu na wymagania jakoœciowe dla pieców cemen- towych do palnika g³ównego mo¿na wprowadziæ limitowan¹ iloœæ wêgla brunat- nego, natomiast do kalcynatora/wymiennika ciep³a – bez ograniczeñ.
• W procesie wypalania klinkieru cementowego py³ wêgla brunatnego z kopalni Be³chatów – o kalorycznoœci w stanie roboczym ok. 19 MJ/kg – mo¿e byæ sto- sowany albo jako mieszanka z wêglem kamiennym podawany do palnika g³ów- nego lub bezpoœrednio do kalcynatora/wymiennika ciep³a.
Przy uwzglêdnieniu spalania zu¿ytych opon jako paliwa dodatkowego oraz 30%
paliw alternatywnych (stan aktualny) oszacowane roczne zapotrzebowanie wê- gla brunatnego wyniesie ok. 565 tys. t.
• Wykorzystanie py³u wêgla brunatnego w zak³adach cementowych wymaga budowy zbiorników zapasowych na paliwo oraz wykonania instalacji uk³adów wa¿¹co-dozuj¹cych wêgiel do palnika g³ównego lub kalcynatora/wymiennika.
Przy odpowiedniej relacji cenowej py³u wêgla brunatnego do kamiennego in- westycje zwi¹zane z wprowadzeniem wêgla brunatnego powinny byæ dla zak³adów cementowych op³acalne.
• Wêgiel brunatny mo¿e byæ wykorzystany do wypalania wapna tylko w ogra- niczonym zakresie, z uwagi na niektóre parametry jakoœciowe, które nie mog¹ byæ spe³nione: wartoœæ opa³owa ok. 20 MJ/kg, zawartoœæ siarki – <0,8%, za- wartoœæ popio³u – 6 % (dla wapna specjalnej jakoœci).
• Potencjalnym odbiorc¹ py³u wêgla brunatnego z wytwórni krajowej do pro- dukcji mas bitumicznych mo¿e byæ firma STRABAG, która wykorzystuje ju¿
czêœciowo py³ wêgla brunatnego sprowadzany z Niemiec (grupa Vattenfall).
• Parametry jakoœciowe wêgla brunatnego s¹ nieco gorsze od kamiennego, ale jednoczeœnie z rozwojem technik spalania (oxyfuel, zgazowanie) mo¿liwoœci wykorzystania tego wêgla bêd¹ wzrastaæ. Jest to o tyle istotne, ¿e eksploatowa- ne zasoby wêgla brunatnego w Polsce s¹ kilkakrotnie wiêksze od wêgla ka- miennego.
Literatura
!" #$%&'()*+, -./ )01 *120&34%567 )(4893*567 8&67*+, ' 3(04,+: 3$%&:5;0& 6&:&*8('(<'1<
3+&**+6%5:= >+*+48&$48'( ?$()('+4,1= @1$4%1'1= '$%&4+&A BCCDE
B" F G ) 1 HE= Energooszczêdne i proekologiczne techniki wypalania klinkieru cementowego=
I#$16& J>>-K= L3(0& BCCME
D" N O 1 ) & 6 % & , PE= Q + & : 6 % 5 , #E= Ekologiczne i techniczne aspekty wspó³spalania osadów œciekowych w przemyœle cementowym i w energetyce= I.$67+'G: N3101*+1K BCCR= S(0E RE M" .G)585 8&67*(0(T+6%*& + &*&$T&856%*& %1,O1)U' 6&:&*8('567E V13($85 J>>-= L3(0& BCCCE W" X+*8&T$('1*& X13(Y+&T1*+& + LT$1*+6%1*+& X1*+&6%54%6%&A ZJ##[\E F(,G:&*8 V&]&$&*652*5 -./ )01 *120&34%567 )(4893*567 8&67*+, ' 3$%&:5;0& 6&:&*8('(<'13+&**+6%5:= N&S+001=
T$G)%+&A BCC!E
FRANCISZEK S£ADECZEK
ASSESSMENT OF POSSIBILITY OF BROWN COAL DUST USAGE FROM BE£CHATÓW MINE IN CEMENT AND LIME INDUSTRY AND
ASPHALT MANUFACTURE INSTALLATIONS IN POLAND
In the paper technical and technological aspects of possibilities of current used fossil fuels substitution by brown coal dust from Belchatow mine were considered. Analysis have covered cement and lime industry and asphalt manufacture installations in Poland. Potential annual demand for these sec- tors were calculated. Taking into account quantity of fuels used today, the biggest consumer of brown coal seems to be cement industry.
! "#$%&'()*+ (,$-*&)*+
