Çimento

Fırın Ortası Yanma

Uzun yaş ve uzun kuru sistemli fırınlarda parça yakıtların yakılması sonucunda oluşan indirgeme bölgesi NOx emisyonlarını azaltır.Uzun döner fırınlar,genelde 900-1000oC sıcaklık bölgesine geçemediğinden bazı tesislerde ana brülörlerden geçemeyecek atık yakıtların kullanımı için fırın ortası yakma sistemleri tesis edilmiştir.



5.9.Mineralize Klinker

Hammaddeye mineralin ilavesi klinkerin kalitesini iyileştiren ve sinterleşme bölgesinin sıcaklığını azaltan bir yöntemdir.Bu yolla yanma sıcaklığı düşülerek NOx oluşumu azaltılır,hatta bazı durumlarda %50’ye kadar varan oranlarda NOx emisyonlarında azalmalar gözlenebilir.Kalsiyum florür,üretimde kullanılabilen minerallerden bir tanesidir,ancak aşırı miktarlardailavesi hidrojen florür emisyonlarını arttırabilir.

5.10.Seçici katalitik olamayan indirgeme

Seçicili katalitik olmayan indirgeme (SNCR) proseinde baca gazına 800-1000 oC sıcaklığında NH2-X bileşikleri enjekte edilir.En yaygın kullanılan NH2-X bileşiği %25 NH3 ihtiva eden amonyaklı sudur.Bunun yanı sıra amonyak gazı, üre solüsyonları ve syanamid gibi bileşikler indirgeme reaksiyonu için endüstriyel ölçekte kullanabilen maddelerdir.

Bu teknikte önemli olan husus sıcaklık aralığını sağlayabilmektir;aksi takdirde sıcaklık bu seviyenin altına düşerse dönüşmeyen amonyak NOx ‘ e okside olur.SNCR sisteminin uygulanmasıyla günlük ortalama değer olarak 800 mg/m3 ‘ ünaltında bir konsantrasyonu sağlamak mümkündür ve bu tekniğin azaltma oranı % 10-15 arasındadır.(NH3/NO2 mol oranı 0.5-0.9 olduğunda)Ancak SNCR teknolojisinin kullanımındaki çalışmalar tesisin kademeli yanma sistemine ihtiyaç duyduğunu göstermiştir.

Buu sistemde suyun buharlaşması için ilave ısı ihtiyacı,bu durumun ilave CO2 emisyonuna nden olması ve amonyaklı suyun taşınması ve depolanması bu tekniğin olumsuz yönleridir.

Seçici katalitik indirgeme prosesi

Seçicili katalitik indirgeme(SCR) prosesinde indirgeme maddesi olarak amonyak(NH3) kullanılmakta ve katalizörün etkisi altında NOx (NO2, NO) seçicili olarak sanayilerde de 300-400 oC sıcaklıkta azot suya indirgenmektedir.Bu teknoloji,diğer sanayilerde de (kömür yakıtlı termik santrallarda,atık yakma fırınlarında,cam sanayinde )oldukça yaygın olarak kullanılan bir tekniktir.Genelde dünyada uygulanan baca gazı azot giderme (denitrifikasyon) sistemlerinde petek tipli katalizör kullanılmakta olup,bu petekler metalik ve seramik özellik taşımaktadırlar.Baca gazlarının etkileri nedeni ile şu anda bu tip proseslerde en fazla kullanılan katalizör vanadyum pentaoksittir.

Bu azaltma tekiniğinde düşük tozlu baca gazları ve yüksek tozlu baca gazları olmak üzere iki sistem üzerinde durulur;düşük tozlu sistemlerde baca gazları tozsuzlaştırmadan sonra çıkış gazlarının bir ön ısıtmaya tabi tutulmasını gerektirir ve bu ilave bir maliyet getirir.Yüksek tozlu sistemler ise teknik ve ekonomik nedenlerden dolayı daha fazla tercih edilen sistemlerdir.Günümüze kadar SCR sistemlerinin en önemli avantajı yüksek tozlu sistemlerde %85-95 oranında NOx emisyonlarında azalma sağlanmasıdır.

Bu tekniğin yüksek azaltma potansiyelini bağlı olarak tüm fırınlara uygulanabilir uygun bir teknik olduğu düşünülebilir,ancak yatırım maliyeti, seçicili katalitik olmayan indirgeme sistemine göre yüksektir.

5.12.SO2 EMİSYON KONTROL TEKNİKLERİ

SO2 emisyonlarının kontrolünde de ilk aşamada;düzgün fırın operasyonunu,oksijen konsantrasyonunun seçimi,hammadde ve yakıtların seçimini kapsayan birincil tedbirler uygulanır.Bu tedbirlerin yeterli olmadığı durumlarda ise genelde baca gazı sonrası kontrol teknikleri dikkate alınır.

Tablo8.1.’de çimento üretiminden kaynaklanan SO2 emisyonlarının azaltılmasında olumlu etkilere sahip teknikler,azaltma potansiyelleri,maliyetleri ve diğer kirleticilere olan etkileri ile birlikte gösterilmektedir.Genelde SO2 emisyonlarının giderilmesi,toz emisyonlarının kontrolünde elektro filtrelerin uygulanmasındaki verimliliği arttırabilir.

Tablo 6.1. Toz Emisyonlarının Kontrol teknikleri
Emisyon Azaltma Tekniği
Uygulanan Sistem
Emisyon Değerleri
Mg/m3 kg/ton
Maliyet
Yatırım İşletme
İlave Etkiler
Elektro Filtreler





Tüm Fırınlara

Klinker Soğutucularına
Çimento değirmenlerine

5-50 0,01-0,10

5-50 0,01-0,10

5-50 0,01-0,10
2,1-4,6 0,1-0,2

0,8-1,2 0,09-0,018

0,8-1,2 0,09-0,018


Dioksin Metaller
Torbalı Filtreler





Tüm Fırınlara
Klinker Soğutucularına
Çimento değirmenlerine
5-50 0,010,14
5-50 0,01-0,10

5-50 0,01-0,10
2,1-4,3 0,15-0,35
1,0-1,4 0,1-0,15

0,3-0,5 0,03-0,04

Dioksin Metaller





Bu tabloda verilen değerlerde;
-Emisyon değerleri günlük ortalamalar olarak kuru gazda, 273 oK,101.3kPa ve %10 O2 bazındaki rakamlardır.
-kg/ton değerleri 2000 m3/ton klinker içindir
-Yatırım maliyeti 106 Euro ve işletme maliyeti ton klimker başına Euro ciinsinden verilmektedir.
Genelde temiz gaz toz miktarı azaldıkça, elektro filtrelerin toplam maliyetleri artar.

5.13.Elektro Filtreler

Partikül emisyonlarında yüksek toz tutma verimine sahip olan elektro filtrelerin çalışma prensibi;elektriksel olarak yüklenmiş partiküllerin yükleyici plakalar üzerine hareket etmesine dayanır.

Elektro filtreler bir hava akımı içeren partikül maddelerin geçtiği bir elektrostatik alan oluşturur ve partiküller negatif olarak yüklenerek pozitif yüklü toplama plakalarına doğru hareket ederler.Toplayıcı plakalar periyodik olarak silkelendiğinde veya titreştiğinde toplanan malzemeler toplama bunkerlerine dökülürler.Elektro filtreler yüksek sıcaklıklarda (400 oC sıcaklığa kadar ) ve yüksek nemde çalışabilme özelliğe sahiptir.Elektro filtrelerin verimliliği,genellikle elektrostatik alanların sayısına (2-4 arasında) ve boyutlarına, baca gazının nemine, sıcaklığa göre şartlandırılması ve partikül direncine bağlıdır.

Bunun yanı sıra baca gazının çıkış hızı, partikül yükleme hızı,SO2 konsantrasyonunun verimliliğini etkileyen diğer faktörleridir.Özellikle toplama plakaların üzerinde bir izolasyon tabakasının oluşmasını sağlayacak malzemenin girişi elektriksel alanı azaltarak filtrenin performansını düşürebilir.Bu durum genelde fırın prosesine yüksek klor ve kükürdün giderek alkali metal klorürlerin ve sülfatların oluşması durumunda meydana gelir.Alkali metal korürler çok ince taneli tozlar (0.1-1µm) şeklindedir ve elektrotların üzerinde izolasyon tabakası oluşturarak yüksek spesifik toz direnci (1012-1013 Ώ cm) gösterdiklerinden tozların azaltılmasında problemlere neden olurlar.Bu problemler genelde suyun enjekte edilmesi ile çözülür.(veya torbalı filtreler kullanılır.)

Siklonlu ön ısıtıcılı bir çimento döner fırını birleşik işletme şartlarında çalışıyorsa,fırın çıkış gazı, farin değirmeninde hammadde ile temas halinde nemlendirilerek soğutulur ve böylece elektro filtre için uygun şartlar sağlanmış olur.Doğrudan işletme çıkış gazının için su enjeksiyonu ile buharlaştırıcı soğutucu gereklidir.

Izgaralı ön ısıtıcılı çimento fabrikalarında fırın çıkış gazı özel bir şartlandırma olmaksızın,proses özelliklerine bağlı olarak düşük sıcaklık ve yüksek neme sahip olduğundan
uygun koşulların sağlanması daha kolaydır.Birçok durumda klinker soğutma havasını fırın çıkış gazı ile birlikte işletmeye tabi tutmak avantajlı olabilir ve böyle bir yapının mümkün olabildiği yerlerde klinker soğutucu ve fırın çıkış gazı için birleşik bir sistem kullanmak iki ayrı elektro filtre kullanmaktan ekonomik olarak daha uygundur.Tozların yanı sıra elektro filtrelerle toz partiküllerine absorblanan dioksin ve metal gibi emisyonlarıda azaltmak mümkündür.İyi dizayn edilmiş ve şartlandırılmış bu sistemlerde %10 O2 bazında 5-15 mg/m3 civarında yoz emisyonlarına inmek mümkündür.

5.14.Torbalı Filtreler

Avrupa çimento sanayinde torbalı filtreler, çimento değirmenlerinde,kömür değirmenlerinde,stok silolarında,bunkerlerde ve çimentonun yüklenmesinde kullanılır.Kuzey Amerika’da fırın baca gazlarının torbalı filtrelerle temizlenmesi oldukça yaygın olmasına rağmen Avrupa’da bu konu oldukça yeni bir gelişmedir.
Torbalı filtrasyonun temel prensibi;gaz için geçirgen olup,tozları tutma kabiliyetine sahip torbalı membranların kullanılmasıdır.Başlangıçta,toz hem fiberlerin üzerinde hemde torbaıın içinde tutulurken yüzey kabuklaşır ve filtre için uygun ortam oluşturur.Gaz akışı torbaların içinden dışına veya dışından içine doğru olabilir.Toz keki kalınlaşırken gaz akışına karşı direnç artar ve gaz basıncının düşmesini kontrol amacıyla filtre ortamının periyodik olarak temizliği yapılır.

En yaygın kullanılan temizleme sistemleri ters hava akımı,mekaniksel silkeleme, vibrasyon ve basınçlı hava darbeleridir.Tozun torbadan geçirgenliği temizleme darbelerine bağlı olarak 20mg/Nm3 ve 45mg/Nm3 arasında olduğu kısa temzileme titreşimlerinde en yüksek seviyededir.

Eğer torbalı filtrenin ana permeabilitesi 1.5 mg/Nm3 ise ortalama toz geçişi 1.8 mg/Nm3 ile 2.4 mg/Nm3 arasında değişir.Standart torba malzemeleri polyester elyaftır ve bazı zamanlar ise poliakril nitril elyaf kullanılır.Malzeme özellikleri ;havanın geçirgenliğine,mekanik kararlılığa,sıcaklığa ve kimyasallara karşı dirence bağlı kalır.Fırın baca gazları için polyester elyaf malzemeler yüksek sıcaklıklarda yeteri kadar dayanıklı olmadıklarından polyesterden daha pahalı özel membran elyaf malzemelere ihtiyaç duyulur.

Torba malzemenin yarılanma ömrü,filtrenin işletme maliyetleri üzerinde son derece önemli bir faktör olup malzemenin kalitesine,gaz sıcaklığına,hacmine tozun miktarına kimyasal bileşimine ve optimum işletme şartlarına sağlanmasına bağlı olarak 1 ile 3 yıl arasında değişir.Torbalı filtreler çok bölmeli olduğunda bir torbanın çalışmaması diğerlerinden bağımsız olur ve bu nedenle her bölümde bakım için ihtiyaç duyulduğunda torba dedektörlerinin bulundurulması gerekebilir.Modern torbalı filtrelerin kullanımı ile toz emisyonlarını 5 mg/m3 ‘ün (10 O2 bazında kuru gazda, 0 oC ) altındaki seviyelere düşürmek mümkündür.Tozun yanısıra torbalı filtre ,dioksin ve metal gibi partiküllerine absorblanan meddelerinde uzaklaştırılmasını sağlar.

Sonuç olarak;Tablo 5.2. den de görüldüğü gibi elektro filtreler ve torbalı filtreler normal proses süresince oldukça yüksek tozsuzlaştırma verimine sahip olmalarına rağmen her iki sisteminde hem avantajlı hemde dezavantajlı yönleri vardır.Örneğin CO artışları,fırının işletmeye alınması, ünitelerin devre dışı kalması gibi durumlarda elektro filtre verimleri oldukça azalırken torbalı filtre verimliliği etkilemez.Elektro filtreler genel olarak normal işletme şartlarında oldukça güvenilir sistemlerdir.

Ancak yukarıdada bahsedildiği gibi fırının işletmeye alınması,birleşik işletmeden doğrudan işletmeye geçilmesi ve özellikle CO pkileri (fırın çıkış gazında CO konsantrasyonları çok yükseldiğinde bir patlatma riskinden kaçınmak amacıyla kısa bir zaman için voltaj kesintileri vs.)gibi özel şartlarda bazı problemler görülür.

Ayrıca elektro filtrelerde normal temiz gaz toz düzeylerinde elektrik enerjisi tüketimi düşük gerçekleştiğinden torbalı daha düşük işletme maliyetlerine sahiptirler.Torbalı filtreler ise genelde çiğlenme noktasının altındaki kısa dönemli sıcaklık piklerinde son derece hassas olup bu durum filtreler üzerinde tıkanma problemlerini yaratan toz tabakalarının oluşumuna neden olur.Bu nedenle masraflı olup işletme maliyetleride elektro filtrelerden daha yüksektir.

Tablo 6.2. Elektro filtrelerin ve torbalı filtrelerin avantaj ve dezavantajları
Avantajları
Dezavantajları
Elektro Filtreler

*Yüksek işletme emniyet
*Yüksek toz tutma
*Uzun hizmet süresi
*Düşük enerji tüketimi
*Torbalı filtrelerden daha düşük işletme maliyetleri
*Düşük temiz gaz toz seviyelerinde enerji tüketiminde artış
*İşletme dışı durumlarda emisyonlarda arışlar
*CO pikleri
*Torbalı filtrelerden daha yüksek yatırım maliyetleri
Torbalı Filtreler

*Yüksek toz tutma verimliliği
*CO piklerinde veya tesisin devre dışı kalması durumlarında emisyonlarda artış sağlamak
*Elektro Filtrelerden daha düşük yatırım maliyetleri
*Filtre torbalrının kısa hizmet süresi
*Filtre torbalarının yırtılması
*Yüksek basınç düşüşleri
*Sıcaklık piklerinden etkilenmeme
*Sıcaklığın çiğlenme noktasının altına düşmesi durumunda riskin artması veya tıkanma
*Yüksek işletme ve bakım malliyeti
*Elektro filtrelerden daha yğksek işletme maliyeti

5.14.KAÇAK TOZ EMİSYONLARININ KONTROLÜ

Çimento üretim tesislerinde başlıca kaçak toz emisyon kaynaklarını;

-Taşınması ile hammaddelerin,yakıtlarını,klinkerin depolanmasını ve
-üretim sahasındaki araç trafiği oluşturur.

Yeni çimento üretim tesislerinde,kaçak toz emisyonlarının önlenmesi projenin önemli unsurlarından biri olup proje;kaçak tozun oluşabileceği her kaynağı en aza indirmek amacıyla tasarlanmıştır.Bu açıdan düşünüldüğünde basit ve düzgün bir tesis yerleşim planı emisyonların azaltılmasında en iyi çözüm olmasına rağmen bu sistemi mevcut tesislerde uygulamak tesisin yerleşim planında oldukça büyük değişiklikleri gerektireceğinden çoğu zaman mümkün değildir.
Kaçak tozların azaltılmasında farklı toz oluşum kaynaklarına göre aşağıda sıralanan kontrol tedbirleri düşünülür,

-Rüzgar koruyuculu açık yığınlar
-Su püskürtme ve kimyasal toz tutucuları,
-Yolların kaplanması ve ıslatılması,
-Vakumlu gezici ve sabit temizleme cihazları,
-Torbalı filtrelerde havalandırma ve toplama,
-Otomatik taşıyıcı sistemli kapalı stoklama,
-Gezer vinç otomasyonu

Ayrıca tesiste yürütülen bakım çalışmaları kaçak toz ve emisyonlarının azaltılmasında dolaylı bir yöntem olmasına rağmen hava kaçaklarının ve sızıntı noktalarının azaltılmasını sağlar.Bunun yanı sıra otomatik ekipmanların ve kontrol sistemlerinin kullanılması da kaçak tozlarının azaltılmasında yardımcı olur.

5.15.Açık Yığınlar ve Rüzgar Koruyucuları

Genelde tozlu malzemenin açıkta depolanmasından kaçınılmalı,bunun olması durumunda ise rüzgar önleyici engeller (doğal veya yapay olarak oluşturulmuş rüzgarın kuvvetini ve erozyon etkisini azaltan engeller) kullanılarak açıktaki yığınlardan kaçak toz emisyonları önlenmelidir.Bu engeller yaz kış yeşil olan ağaçlarla tamamlanarak sahadaki kirli su deşarjını önlemek amacıyla da etkili bir su toplama sistemi tesis edilir.Açık yığınların oluşması esnasında yığınların yüksekliğini azaltan,yüzeyi sıkıştıran veya ıslatan tedbirlerle bu sistem daha da verimli hale getirilir.

5.16.Su Püskürtülmesi ve Kimyasal Toz Tutucuları

Kamyonların boşaltma işlemleri esnasında ve malzemenin bir taşıyıcı sistemden bir diğerine, veya stok sahası içinde bir yığına nakli gibi işlemler kaçak toz emisyonlarının oluşmasına neden olur.Toz emisyonunun geldiği nokta iyi tespit edildiğinde su püskürtme sistemi tesis edilebilir ve toz partikülleri nemlendirerekk tozların çökmesi sağlanır.Su püskürtme nozulları iyi yerleştirildiğinde (mümkün olduğunca toz kaynağına yakın olacak şekilde) ve sıvı akış hızı miinimum seviyede kontrol edildiğinde maksimum yarar sağlar.



5.17.Yolların Kaplanması ve Islatılması

Özellikle kamyonlar tarafından kullanılan alanlar betonlanarak, asfaltlanarak yüzeyleri mümkün olduğunca temiz tutulmalı (özellikle kurak mevsimlerde ıslatılmalı) ve muayyen yollarr belirlenerek araç hızları sınırlandırılmalı,böylece çöken tozun askıda partikül madde haline geçişi önelenmelidir.Bu yöntemin verimini artırabilmek amacıyla sürekli olarak veya belirli aralıklarla çimento nakli ve tesliminin yapıldığı alanlar dışına ise sulama yapılmalıdır.Zaman zaman sulama kesilerek kuru asfalt yüzeyler vakumlu süpürgeli cihazlarla da temizlenmelidir.

5.18.Vakumlu Gezici ve Sabit Temizleme Sistemleri

Bakıım işlemleri esnasında veya taşıyıcı sistemlerdeki herhangi bir problemde malzemelerin dökülmesi söz konusudur.Bu gibi durumlarda kaçak tozların oluşumunu önlemek için vakumlu sistemler kullanılmalıdır.Torba filtre ile bağlantılı yüksek basınç fanı,boru donanımı içinde vanalarla yan borulara giren yüksek negatif basıncı oluşturur ve uygun vananın açılması ile torba filtre içinde toplayacak şekilde tozu hatta agregayı bile emmek mümkündür.

Yeni tesisler bu şekildeki sabit vakumlu temizleme sistemleri ile kolayca teçhiz edilebilirken mevcut üretim tesislerinde ise gezicili temizlik sistemleri ve sabit olmayan bağlantılar kurulabilir.

5.19.Havalandırma ve Torbalı Filtre Toplama

Genelde tüm malzemelerin nakli, mümkün olduğunca kapalı sistemlerle negatif basınç altında yapılmalı bu amaçla emme havası torbalı filtre ile atmosfere verilmeden önce tozsuzlaştırılmalıdır.Bu kontrol tekniğinin verimliliğini optimum şartlara getirmek, hava kaçaklarını,enerji kaybını ve tozssuzlaştırılan havayı azaltmak amacıyla en iyi mühendislik dizaynı uygulanmalıdır.

Jet puls tipli torbalı filtrenin temizleme sistemi,akış hızındaki (0.5m3/sn’den 10m3/sn veya daha fazlasına kadar)uygun filtre bez kalitesindeki, geometrik dizaynındaki ve boyutlardaki esnekliğe bağlı olarak bu tipteki uygulamaya en fazla uyan sistemlerdir.Bu özellikler bu tip fltreleri stoker ve sıyırıcılar gibi gezicili tesislerde bile uygun ve kullanılabilir hale getirir.Ortam sıcaklığında normal şartlarda polyester veya akrilik filtre bezleri kullanılmalı,ıslak malzeme nakledildiği zaman özel neme dayanıklı filtre bezleri,klinker gibi sıcak malzeme durumunda ise ısıya dayanıklı filtre bezleri kullanılmalıdır

5.20.Otomatik Nakliye Sistemli Kapalı Stoklama

Klinker siloları tamamıyla otomatik hale getirilmiş hammadde stoklama sistemi günümüzde yüksek hacimli stoklardan oluşan kaçak toz probleminin çözümünde en etkili yöntemdir.Bu tipteki stoklama alanı yükleme ve boşaltma işlemlerindeki kaçak tozların oluşumunu önlemek için bir veya daha fazla sayıdaki torbalı filtre ile donatılır.

Gerçekte her çeşit malzemenin spesifik özelliklerine göre (çok yaş ve yapışkan killerden kuru ve tozlu kumlara kadar) çok farklı sayıda teknik çözümler mevcutturr.Genelde kapalı ve tamamen otomatik hale getirilmiş hammadde stoklanması oldukça kompleks bir yapı arz eder , çünkü üretimde çok farklı hammaddenin nakliyesi söz konusudur.Mevcut tesislerde ise klinker siloları yeterli ortam mevcut olduğunda tesis edilebilirken aynı durum otomatik hammadde stoklanması için mümkün değildir,çünkü tesisin yerleşim planının değiştirilmesi gerekebilir.

5.21.Gezer Vinç Otomasyonu

Mevcut birçak tesiste hemen hemen tüm malzeme nakliye sistemleri,kayışlı konveyör sistemlerinin besleme bunkerlerinden stoklama alanı ile bağlantılıdır.Genelde kapatılmış stoklama alanında gezer vinç operatörlerinin ışık ve taze hava ihtiyacı için çok sayıda pencereler gereklidir.

Böyle bir sistem; tek tek her gözdeki malzeme seviyesini kontrol edebilen ve vinci malzemenin nakliyesi için farklı gözlerden hareket ettirebilen bir elektronik sistem esasına dayanır.Bu şekilde gelişmiş bir sistem birçok tesiste denenmş olmasına rağmen halen pratikte bazı problemler mevcuttur.