Příloha 1 k dokumentu 4.6. Využití tuhých alternativních paliv pro výpal cementářského slinku a vápna v ČR TECHNICKÁ ZPRÁVA

Transkript

1 Příloha 1 k dokumentu 4.6 Využití tuhých alternativních paliv pro výpal cementářského slinku a vápna v ČR TECHNICKÁ ZPRÁVA

2 Obsah 1. Úvod Vliv spalování TAP na technologii výroby cementářského slinku a vápna Vliv podílu škodlivin v TKO a SKO na produkci TAP Vymezení provozních požadavků na TAP Odhad potenciální spotřeby TAP v cementárnách a vápenkách v ČR Provozní opatření, spojená s využíváním TAP Odhad ceny, používaných TAP Závěr... 6 Seznam použitých zkratek... 7

3 Seznam tabulek Tabulka č. 1: Provozní hodnoty obsahu škodlivin v TAP... 2 Tabulka č. 2: Informativní prvkové složení TAP... 3 Tabulka č. 3: Souhrn provozní a maximální spotřeby TAP v cementárnách a vápenkách... 4 Tabulka č. 4: Cenová kalkulace... 5

4 I. Poradenství Tepelné stroje a zařízení II. Ing. Josef Hopjan, CSc. Jezdecká 35, Prostějov tel: mob.: Josef.Hopjan@seznam.cz Název akce: Technické a cenové podklady pro výpočet optimální sítě nakládání s odpady v ČR Místo konání: VUT Brno, fakulta strojního inženýrství Technická 2896/ Brno Česká republika Datum: Srpen 2015 TECHNICKÁ ZPRÁVA Využití tuhých alternativních paliv pro výpal cementářského slinku a vápna v ČR Zakázka číslo: Objednávka č Datum: Srpen 2015 Vypracoval: Ing. Josef Hopjan, CSc. Číslo vyhotovení: Revize: 1

5 1. Úvod Cílem vypracování technických a cenových podkladů v oblasti možností současného využití TAP, je stanovit reálné údaje pro výpočet optimální sítě nakládání s odpady v České republice a stanovení potenciální kapacity spotřeby TAP pro jednotlivé cementárny, případně vápenky. V současné době je TAP /tuhé alternativní palivo/ využíváno obvykle jako dílčí náhrada tuhého fosilního paliva, černého nebo hnědého uhlí. Používání TAP v cementářském a vápenické průmyslu je výhodné i z hlediska ekologického, protože vlivem vysokých spalovacích teplot nedochází k tvorbě toxických plynů a zbylé popeloviny ze spalování jsou absorbovány do produktu, cementářského slínku, případně podsítných podílů vápna. V cementářském a vápenickém průmyslu se TAP používá výhradně pro výpal slinku a štěrkového vápna pro spalování v pecních linkách s rotačními pecemi. Velikost náhrady množství uhlí nebo jiných ušlechtilých paliv tuhým alternativním palivem, je však omezena technologickými požadavky na TAP tak, aby kvalita výsledného produktu cementářského slinku, případně vápna, odpovídala požadovaným standardům. Proto je nezbytné, aby každé dodávané TAP mělo svůj atest o chemickém složení a výhřevnosti. Vzhledem k tomu, že údaje o používaném množství a nákupní ceně TAP jsou u jednotlivých výrobců cementu a vápna utajované a komerčně nedostupné, byla pro stanovení spotřeby TAP zvolena metoda výpočtu z projektovaných výkonů pecních linek, s korekcí na současný provozní výkon. U každé pecní linky bylo současně používané množství TAP stanoveno teoretickým výpočtem ze spotřeby tepla na výpal slinku a vápna a z výhřevnosti a podílu TAP při spalování v rotační peci a kalcinátoru. Vstupní zadávací údaje pro výpočet provozní a maximální spotřeby TAP byly zpracovány na základě odborných informací z konferencí a seminářů výrobců cementu a vápna, uváděných statistik spotřeby paliv pro výrobu cementu a vápna svazem výrobců cementu a vápna a odborných znalostí z dlouholeté činnosti v oboru konstrukce, projekce a realizace cementářských a vápenických pecí v ČR a zahraničí. 1

6 2. Vliv spalování TAP na technologii výroby cementářského slinku a vápna Používání TAP a dalších druhů sekundárních paliv /např. masokostní moučky, drcených pneumatik atd./ jako náhrady primárních fosilních paliv, je limitováno z hlediska jejich výhřevnosti, množství a chemického složení popela tak, aby byla vždy dosažena požadovaná kvalita výstupního produktu a přitom dosaženy požadované technologické spalovací teploty v rotační peci. Při výpalu cementářského slinku se jedná hlavně o dosažení odpovídající skladby cementářské suroviny a slinku, obsah vnášených škodlivin a o dostatečnou výhřevnost, pro dosažení požadované slinovací teploty v rotační peci. Vzhledem k tomu, že TAP obecně obsahují značně více škodlivin než primární paliva, je nutno v provozu obvykle využívat bypass pecních plynů ke snížení koncentrace škodlivin v pecních plynech a tím i ke snížení zalepování předehřívače, rotační pece a propojovacích kanálů. To současně klade další požadavky i na počty osazených vzduchových děl v kritických místech pecní linky, aby bylo možno udržet stabilizovaný provoz pecní linky. Z technologického hlediska dochází při používání TAP k prodloužení slinovacího pásma v rotační peci, což má nepříznivý vliv na nárůst teploty odpadních plynů z rotační pece a zvyšování teplot v patním kuse. Používání TAP je v pecních linkách obecně dáno jejich cenou a dostupným množstvím, proto se jejich podíl liší region od regionu a obvykle je pro spalování využíváno více druhů odpadních paliv. 2.1 Vliv podílu škodlivin v TKO a SKO na produkci TAP Pro výrobu TAP, použitelných pro výpal maltovin /cement, vápno atd./, je třeba využívat homogenizované TKO a SKO s poměrně ustáleným obsahem škodlivin, hlavně Cl, Na 2 O, K 2 O a S. Provozní hodnoty obsahu škodlivin obsažených v TAP, využívaných v cementářství a vápenictví, jsou uvedeny v tabulce č. 1., přičemž by neměla výrazně kolísat ani jejich vlhkost a výhřevnost. Tabulka č. 1: Provozní hodnoty obsahu škodlivin v TAP Název Cl S Na 2O K 2O Vlhkost Popel % hm. % hm. % hm. % hm. % hm. % hm. TAP do cca 0,4 0,2 0,8 0, ,5 10,5 Popel TAP do cca 0,9 3,8 2 1,4 - - Výhřevnost GJ/t V praxi je samozřejmě možný i výskyt TAP s vyšším obsahem škodlivin, jak v uvedené tabulce. Potom je však nutno vždy individuálně posoudit možné technologické dopady na provoz pecní linky a složení vypáleného slinku a stanovit, pokud je to ještě ekonomické, odpovídající množství odtahovaných pecních plynů z rotační pece bypassem. 2.2 Vymezení provozních požadavků na TAP Tuhá alternativní paliva /TAP/ jsou v současné době spalována v sedmi pecních linkách na výrobu cementářského slinku v pěti cementárnách a dvou pecních linkách na výrobu štěrkového vápna v jedné vápence. Větší část TAP je vyráběna v České republice, zbytek pochází z dovozu ze zahraničí. Hlavními tuzemskými dodavateli jsou fa. Celio a.s. Litvínov, ASA a.s. a OZO Ostrava s.r.o. Poměr dovážených 2

7 TAP ze zahraničí a vyráběných TAP v ČR odhaduji na cca / %. V jednom případě má cementárna vlastní výrobnu TAP. Tuhá alternativní paliva jsou vyráběna na speciálních úpravnických linkách z komunálního, živnostenského a průmyslového odpadu. Tato TAP jsou dodávána do cementáren a vápenky s příslušnými atesty kvality, které zaručují homogenitu dodávané šarže. To je z technologického hlediska nutné pro dodržení kvalitativních parametrů vypáleného cementářského slinku a vápna v požadovaných mezích a udržení kontinuálního provozu pecní linky bez většího rozkolísání technologického provozu. Kvalita používaných TAP se tak liší jak konkrétním složením spalitelných látek a škodlivin, tak i výhřevností a dodávanou vlhkostí. To v cementárnách rozhoduje o použití konkrétního množství TAP do kalcinačního systému nebo do hořáku RP. V tabulce č. 2 je uvedeno informativní rozmezí prvkového složení TAP v původním stavu dodávaného do cementáren a vápenky. Složení TAP kolísá více či méně jak dle použitého TKO a SKO pro výrobu TAP, tak i dle regionu výrobce. Vlhkost TAP a tím i výhřevnost pak obvykle kolísá dle ročního období a skladování. Tabulka č. 2: Informativní prvkové složení TAP Název Rozměr Informativní složení TAP W - voda % 6,0-14 A - popel % 9,5-12 V (100-W-A) celk. hořl. % 74-84,1 C - uhlík % H - vodík % 5,9-6,9 S c síra celková % 0,3-0,6 N - dusík % 0,8-1,4 O. kyslík % 19,0-32,0 Q s spalné teplo MJ/kg Qi - výhřevnost MJ/kg 18,0-22 Mírná odchylka ve zvýšené výhřevnosti a kvality TAP je ve vápence Mokrá, kde jsou používané TAP vyráběny z průmyslového odpadu o vyšší výhřevnosti. 2.3 Odhad potenciální spotřeby TAP v cementárnách a vápenkách v ČR V tabulce č. 3 je uveden odhad současné provozní a maximální spotřeby TAP v jednotlivých cementárnách a vápence, stanovený přepočtem z projektované kapacity a počtu pecních linek. Celkové maximální množství TAP, které se dá v cementářském a vápenickém průmyslu v České republice využít, je dáno součtem maximálních možných dílčích spotřeb v jednotlivých cementárnách a vápence. Podrobný výpočet současné a maximální spotřeby TAP v cementárnách a vápenkách, na základě získaných vstupních údajů, je uveden ve výpočtové tabulce /v Excelu/ v příloze zprávy. 3

8 Tabulka č. 3: Souhrn provozní a maximální spotřeby TAP v cementárnách a vápenkách Spotřeba TAP v ČR Název Jednotka Cementárny Vápenky Celkem Provozní TAP do pecní linky t/r , , ,7 Maximální množství TAP t/r , , ,1 Zbývající využitelná kapacita TAP t/r , , ,4 2.4 Provozní opatření, spojená s využíváním TAP Využívání TAP pro spalování v rotační peci a kalcinačním systému cementářské pecní linky a vápenické linky je spojené s vybudováním, případně navýšením skladovacích, dopravních a dávkovacích kapacit. Vzhledem ke kolísání vstupní vlhkosti TAP a tím i výhřevnosti TAP v průběhu roku, se jeví výhodné využití odpadního tepla z pecní linky pro sušení TAP před vstupem do RP a kalcinačního systému. Tím se TAP kaloricky zhodnotí a kromě snížení spotřeby tepla na výpal slinku a vápna, dojde i ke stabilizaci provozu pecní linky. Zvýšený obsah škodlivin, hlavně Cl, S, Na 2 O a K 2 O, vnášený TAP při provozu do pecní linky, však vyžaduje téměř výhradně používání bypassu, aby nedocházelo k totálnímu zalepování pecní linky v kritických místech a tím i narušování technologicky ustáleného provozu. Proto si používání TAP dále vyžádalo osazení nových vzduchových děl ve všech kritických místech pecní linky, hlavně patního kusu RP, kalcinačního kanálu, kalcinátoru, výpadu z horkého cyklonu a propojovacích kanálů. Současně došlo i k úpravě parametrů při spalování TAP v hlavním hořáku rotační pece a kalcinátoru, tj. hlavně parametrů primárního, sekundárního a terciárního vzduchu tak, aby byly minimalizovány emise oxidů CO a NO x. 4

9 3. Odhad ceny, používaných TAP Cena TAP je pro jednotlivé cementárny a vápenky stanovována dodavateli TAP individuálně, na základě vzájemných smluvně odběratelských vztahů a v rámci konkurenčního boje je utajená. Z tohoto důvodu nelze konkrétní cenu u konkrétních odběratelů zjistit. Obecně je však závislá na odebíraném množství TAP, jeho kvalitě a dopravní vzdálenosti mezi místem výroby a spotřeby. Proto mohou být rozdíly v ceně TAP mezi jednotlivými odběrateli značné. Pro potřeby studie je proto odborným odhadem stanoveno rozmezí ceny, ve kterém se může pohybovat. Odhad zahrnuje vlastní cenu TAP, náklady na nakládku a vykládku v místě spotřeby a dopravní kilometry. Tabulka č. 4: Cenová kalkulace Cenová kalkulace Název Jednotka Cena TAP Kč/t Doprava1) Kč/km Nakládka, vykládka, manipulace Kč/hod ) Uvažujeme objem cca 20 m 3 /10 t/ TAP Z uvedené tabulky je zřejmé, že náklady spojené s dopravou, nakládkou, vykládkou a manipulací budou obdobné u různých přepravců v různých regionech. Nejvýhodnější cena TAP i přepravy bude v cementárně Prachovice, kde je TAP vyráběn v objektu cementárny. 5

10 4. Závěr Ve zprávě jsou uvedeny podklady pro vypracování komplexní studie řešení Optimální sítě nakládání s odpady v ČR, v oblasti využívání TAP pro spalování v cementárnách a vápenkách. Protože jsou údaje o používaném množství a nákupní ceně TAP u jednotlivých výrobců cementu a vápna utajované a nedostupné, byly tyto stanoveny metodou výpočtu z projektovaných výkonů pecních linek, ze spotřeby tepla na výpal slinku a vápna, a výhřevnosti TAP, s korekcí na současný provozovaný výkon. Je však třeba konstatovat, že i provozní výkon pecních linek je závislý na potřebách trhu a může se v čase měnit. Podrobný výpočet používaného množství TAP je proveden na základě stanovených vstupních parametrů ve výpočtové tabulce v příloze č. 1. Protože byl výpočet množství proveden pro průměrnou výhřevnost TAP v konkrétní cementárně a vápence na současné podmínky, může se množství TAP v případě budoucí změny výhřevnosti TAP lišit od vypočteného množství. Chyba by však neměla překročit 10 %. Cena sekundárního paliva TAP je však i dnes značně rozdílná. Je to zřejmě způsobeno tím, že někteří výrobci TAP mohou mít zpracování a výrobu dotovanou různými ekologickými dotacemi a dotacemi od producentů a dodavatelů TKO, SKO a průmyslových odpadů. Uvedené údaje o maximálním možném množství TAP, které jsou cementárny a vápenky schopny odebrat, platí za předpokladu, že výrobní kapacity výrobců TAP budou dostatečné a cena TAP v Kč/GJ bude v porovnání nižší, než u jiných využitelných sekundárních paliv, např. masokostní moučky, drcených pneumatik a odpadních olejů, které jsou v současné době také v cementářském a vápenickém průmyslu využívány. 6

11 Seznam použitých zkratek Seznam zkratek TAP TKO SKO Cl Na 2O K 2O S W A C Tuhá alternativní paliva Tuhý komunální odpad Směsný komunální odpad Chlór Oxid sodný Oxid draselný Síra Voda Popel Uhlík S é Síra celková N O SO 2 Dusík Kyslík Oxid siřičitý Q s Spalné teplo Qi V (100-W-A) CO RP Výhřevnost Celková hořlavost Oxid uhelnatý Reakční pec NO x Oxidy dusíku (NO a NO 2) 7

12 EY Assurance Tax Transactions Advisory About EY EY is a global leader in assurance, tax, transaction and advisory services. The insights and quality services we deliver help build trust and confidence in the capital markets and in economies the world over. We develop outstanding leaders who team to deliver on our promises to all of our stakeholders. In so doing, we play a critical role in building a better working world for our people, for our clients and for our communities. EY refers to the global organization, and may refer to one or more, of the member firms of Ernst & Young Global Limited, each of which is a separate legal entity. Ernst & Young Global Limited, a UK company limited by guarantee, does not provide services to clients. For more information about our organization, please visit ey.com Ernst & Young, s.r.o. Ernst & Young Audit, s.r.o. E & Y Valuations s.r.o. All Rights Reserved. ey.com

13 EY Assurance Tax Transactions Advisory Informace o EY EY je předním celosvětovým poskytovatelem odborných poradenských služeb v oblasti auditu, daní, transakčního a podnikového poradenství. Znalost problematiky a kvalita služeb, které poskytujeme, přispívají k posilování důvěry v kapitálové trhy i v ekonomiky celého světa. Výjimečný lidský a odborný potenciál nám umožňuje hrát významnou roli při vytváření lepšího prostředí pro naše zaměstnance, klienty i pro širší společnost. Název EY zahrnuje celosvětovou organizaci a může zahrnovat jednu či více členských firem Ernst & Young Global Limited, z nichž každá je samostatnou právnickou osobou. Ernst & Young Global Limited, britská společnost s ručením omezeným garancí, služby klientům neposkytuje. Pro podrobnější informace o naší organizaci navštivte prosím naše webové stránky ey.com Ernst & Young, s.r.o. Ernst & Young Audit, s.r.o. E & Y Valuations s.r.o. Všechna práva vyhrazena. ey.com

14 Evropská unie Spolufinancováno z Prioritní osy 8 - Technická pomoc financovaná z Fondu soudržnosti. Ministerstvo životního prostředí Státní fond životního prostředí České republiky zelená linka dotazy@sfzp.