Jäätmekäitlus ja selle kvaliteedinõuded temendi pöördahjudes

Töös selgitatakse esmalt jäätmekütuste terminoloogiat. Rahvusvaheliselt kasutatakse tahketest jäätmetest valmistatud kütuse kirjeldamiseks mitmeid nimetusi, millest tuntumad on akronüümid RDF ehk „refuse derived fuel” ning SRF ehk „solid recovered fuel”. SRF on jäätmekütus, mis on toodetud vastavalt Euroopa Standardikomitee Tehnilise Komitee 343 juhistele. Töös antakse ülevaade RDF-i tootmistehnoloogiatest. RDF-i saab toota mehaanilise töötlemise ja mehaanilis-bioloogilise töötlemise teel. Mehaanilise töötluse käigus jäätmete suurust vähendatakse, jäätmed liigitatakse ja eraldatakse, segatakse ning mõningal puhul tihendatakse. Jäätmete peenestamis- ning eraldamisprotsessiks kasutatakse erinevaid seadmeid. Jäätmete suuruse vähendamiseks on laialdaselt kasutatusel purustaja ja haamerveski. Eraldamis tehnoloogiate hulgas võib välja tuua sõelad, ballistilise eraldaja, magnetiliste ja mitte-magnetiliste metallide eraldaja. RDF-i tootmisprotsess võib lisaks jäätmete mehaanilise töötluse etappidele omada bioloogilise töötlemise etappi. Sellist RDF-i tootmisprotsessi nimetatakse mehaanilis-bioloogiliseks töötluseks ning selles rakendatavat bioloogilise töötluse protsessi biokuivatuseks. Biokuivatusreaktor võimaldab jäätmeid eeltöödelda kõige madalama ajaga tootmaks kõrgekvaliteedilist RDF-i. Biokuivatamise puhul hõlbustab üleliigse niiskuse eemaldamine sisendjäätmetest mehaanilist töötlust ja parandab sisendite energiakasutuse potentsiaali. Töös antakse ülevaate RDF-i turustamise juures määrava tähtsusega kvaliteedijuhtimisest. Kvaliteedijuhtimine tõstab kindlust tootjates, kasutajates ja jäätmekütuse kasutamist reguleerival poolel. Kvaliteedijuhtimissüsteemid jagunevad kvaliteedi planeerimise, -tagamise ja -kontrolli süsteemideks. Mitmetes Euroopa riikides on loodud oma vastavad kvaliteedi tagamise ja/või kontrolli süsteemid ja standardid, kuid nende puudusteks on suured erinevused üksteise suhtes. Siduv riikideülene raamistik RDF-i kvaliteedi juhtimiseks onloodud Euroopa Standardikomitee 2003. aastal moodustatud Tehnilise Komitee 343 poolt, kes on välja töötanud vastavad raportid, spetsifikatsioonid ja standardid. Töös antakse ülevaade tsemendi tootmisprotsessist ja RDF-i tsemenditööstuses kasutamisega kaasnevatest probleemidest. Tsemendi pöördahjudes on RDF-i põletamiseks väga sobivad tingimused, nagu kõrge temperatuur, leeliseline keskkond, oksüdeeriv atmosfäär ja puuduvad põletusjäägid. Tsemendi toormaterjali termiline töötlemine toimub mitmes etapis, millest viimase, klinkristamise, jooksul toimuvad reaktsioonid kõrgete, 1000-1500 oC, temperatuuride juures. RDF-i tsemendiahjudes kasutamisega kaasnevad probleemid jagunevad tehnoloogilisteks ja keskkonna-alasteks. Tehnoloogiliste probleemide all mõeldakse enamasti keemiliste ühendite ülekandeid klinkrisse ning keskkonna-alaste mõjude all ülekandeid välisõhku. Enamasti on RDF fossiilsest kütusest madalama kütteväärtusega. Seepärast tuleb fossiilsete kütuste asendamisel RDF-iga arvestada nende energia ja massi tasakaaludega. Elemendid, mille sisaldust tuleb RDF-i tsemendi pöördahjus kasutades jälgida, on lämmastik, väävel, kloor ja erinevad metallid. Lämmastik võib tekitada probleeme, kuna moodustab põlemisel mürgiseid NOx ühendeid. On leitud, et RDF-i puhul on lämmastiku tase reeglina madalam kui fossiilsetel kütustel ja seega ohtu ei kujuta. Tänu klinkri aluselisele maatriksile ei põhjusta väävel ja kloor asenduskütustes gaasiemissioonide kriitilisi tasemeid. Arvestada tuleb nende elementide võimalikke reaktsioone tooraines sisalduvate metallidega. Kloori sisalduse tõus võib viia mõningate probleemideni tulenevalt reaktsioonidest leeliste ja kloori vahel, kloriidide volatiliseerumisest ja taaskasutamisest tuhaga. Sellest võib tekkida vajadus luua möödapääs, et limiteerida kloriidide taset lõpp-klinkris. On tõestatud, et möödalastavate gaaside kõrge temperatuur põhjustab tõusu soojustarbimises. Raskemetallide sisaldus RDF-is on probleemne, kuna võib kaasa tuua ülekandumise toodetud klinkrisse ja välisõhku. Viimaseks antakse töös ülevaate RDF-i kvaliteedinõuetest Eestis Kunda Nordic Cement ja Lätis Cemex Broceni tehastes. Tehaste esitatavad nõuded RDF-i erinevatele parameetritele on ligikaudu samad. Cemexi Broceni tehase põletite spetsifikatsioonid on kokkuvõttes põhjalikumad ning vastavuses EN 15359 standardiga, kus on toodud RDF-i määratlemis- ja klassifitseerimis- tingimused. Kuna Cemex Broceni tehasesse tarnitav jäätmekütus vastab CEN/TC 343 määratlustingimustele, on tema kohta korrektne kasutada terminit SRF.

One of the most favorable options in waste management is to recover energy from waste. The term Refuse Derived Fuel (RDF) refers to combustible, high calorific value waste fraction produced by the mechanical or mechanical-biological treatment of municipal or similar commercial/industrial waste. Cement rotary kilns are suitable for the combustion of a large array of waste materials. The aim of this paper is to: • Explain the terminology of refuse derived fuels; • Provide an overview of RDF production technologies and quality management; • Provide an overview of the aspects and problems regarding the use of RDF in cement kilns; • Aquire and analyse the quality specifications of RDF in Kunda Nordic Cement (Estonia), Cemex Broceni (Latvia) and Heidelberg Cement Group cement plants in Sweden. The author of this paper estimates that the aims of this paper were fulfilled. It was not possible aquire specifications from Heidelberg Cement Group in Sweden due to the confidentiality of that matter. Generally, RDF refers to a waste derived fuel that does not meet any specific standards, except in the Unites States, where the term RDF has been applied to waste derived fuels of standardized quality, according to American Society for Testing and Materials standards. A recent acronymous for solid waste derived fuels is Solid Recovered Fuel (SRF), which is a fuel that follows the quality management guidelines of European Commitee for Standardization. RDF production through the mechanical treatment of waste encompasses waste comminution, classification, separation, homogenization and in some cases, compression processes. RDF production may include, in addition to mechanical treatment processes, a biological treatment phase. This biological treatment technology is called biodrying. Biodrying aims to remove moisture from the waste stream, hence improving it´s energy recovery potential and mechanical handling properties. Quality management for RDF plays a key role in efforts to establish viable market outlets, by creating confidence in suppliers, end-users, and regulators. A general framework for quality managent of RDF has been provided by European Commitee of Standardization (CEN), which established Technical Committee 343 – Solid Recovered Fuels, in order to publish reports, specifications and standards for quality assurance and control of RDF. Cement industry is the dominant user of RDF in the world. The process of clinker burning in a rotary kiln creates favorable conditions for the use of refuse derived fuel. These include: high temperature (over 1500 oC), alkaline environment, oxidizing atmosphere, the lack of incineration wastes, large heat-exchange surface, and sufficient time (over 2 s) for the disposal of hazardous wastes. The problems concerning the use of RDF in cement kilns can be either technological or environmental. Technological problems are related to the transfer of chemical elements to produced clinker. This especially concerns reactions between chlorine and alkalis in the raw meal. Environmental problems are related to the gaseous emission levels of chemical elements, mainly various metals. Due to the alkaline matrix of the clinker, the presence of sulphur and chlorine in substitute fuels does not result incritical levels of gaseous emissions. Quality specifications for various parameters of RDF at Kunda and Broceni cement plants are relatively similar. Kunda plant specification is for the main burner as it uses wet process technology. Broceni plant uses dry process technology and specifies the quality of RDF for main burner as well as calcinator. Overall, the specifications of Broceni plant are more thorough and meet the standards set by CEN. Therefore, the term SRF should be used when referring to the refuse derived fuel used in Broceni cement plant.