Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR ÇİMENTO ÜRETİMİ VE HAVA KİRLİLİĞİ 1 / 56
EN ÇOK ÜRETİM YAPAN 15 ÜLKE Türkiye, çimento üretiminde dünyada 5. Avrupada 1. sırada 2 / 56
3 / 56
Türkiye Yıllık Çimento Üretimi : 71 Mton Entegre Çimento Fabrikaları : 49 Çimento Öğütme Fabrikaları : 19 Toplam Çimento Fabrikası Sayısı : 68 Sektör Toplam Personel Sayısı : 17.190 Enerji yoğun faaliyet içerisinde bulunan çimento sektöründe yaklaşık maliyetlerin % 65 ini enerji (% 40 yakıt - %25 elektrik) oluşturmaktadır. 2015 yılında yaklaşık 900 bin ton atık ise alternatif hammadde olarak çimento fabrikalarında değere dönüştürülmüştür. 4 / 56
Üretim aşamaları Ham madde depolama ve hazırlama Yakıt depolama ve hazırlama Fırın sistemleri Ürün hazırlama ve depolama Ambalajlama ve sevk 5 / 56
Çimento üretimi Çimento imalat sürecinin temel kimyası kalsiyum karbonatın (CaCO 3 ) 900 C de çözülmesiyle başlar ve bu süreçten kalsiyum oksit ortaya çıkar ve (CaO, kireç) gaz halinde karbon dioksit (CO 2 ) serbest kalır. Bu sürece kalsinasyon denir. CaCO 3 CaO + CO 2 Bunun sonucunda klinkerleme süreci başlar ve kalsiyum oksit yüksek ısıda silis, alümin ve demir oksit ile reaksiyona girerek klinkeri meydana getiren silikatları, aluminatları ve kalsiyum ferritlerini meydana getirir. Bunun üzerine klinker alçı ve başka katkı maddeleriyle çimento üretmek amacıyla öğütülür veya işlenir 6 / 56
ÇİMENTO ÜRETİMİ AKIŞ ŞEMASI Demir Çevheri Kömür Kalker Kil HOMOJENİZASYON KIRMA ÖĞÜTME VE PİŞİRME SOĞUTMA Kırılmış Farin STOKLAMA Farin Klinker hammadde Klinker YARI MAMUL (KLİNKER) ÜRETİMİ Katkı (Tras, Curuf) Alçıtaşı Çimento STOKLAMA ÖĞÜTME Çimento MAMUL (ÇİMENTO) ÜRETİMİ Klinker 7 / 56
1 kg çimentonun kütle dengesi 8 / 56
23.4.2019 / 56
1. ÇİMENTAŞ İZMİR FABRİKA VE PROSES TANITIMI 10 / 56
Hammadde üretimi Patlatma Kazma Kırma Eleme Depolama Yükleme-aktarma Madencilik, taş ocakları, mıcır tesisleri vb tesislerde de bu faaliyetler uygulanmaktadır. 11 / 56
Mineral Prosesler için Emisyon Faktörleri Kaynaklar Emisyon Faktörleri kg/ton Kontrolsüz Kontrollü Patlatma 0,080 - Sökme 0,025 0,0125 Yükleme 0,010 0,005 Nakliye (gidiş-dönüş toplam mesafesi) 0,7 0,35 Boşaltma 0,010 0,005 Depolama 5,8 2,9 Birincil Kırıcı 0,243 0,0243 İkincil Kırıcı 0,585 0,0585 Üçüncül Kırıcı 0,585 0,0585 12 / 56
Enerji Kullanımı Çimento sanayi enerji-yoğun bir sanayi olup enerji, üretim maliyetinin % 30-40 ını oluşturur (sermaye maliyeti hariç). Süreç için gerekli olan ısıyı sağlamak için çeşitli yakıt türleri kullanılabilir. 1995 te en çok kullanılan yakıtlar petkok (%39) ve kömür (%36), çeşitli atıklar (%10), fuel oil (%), linyit (%6) ve gaz (%2) türleri olmuştur. Klinker pişirme, çimento imalatında enerji kullanımı ve hava emisyonları gibi en önemli çevre konuları bakımından işleme sürecinin en önemli parçasıdır. En önemli çevre emisyonları nitrojen oksitleri (NOx), sülfür dioksit (SO2) ve tozdur. Toz oranı 50 yıldan fazla bir süre boyunca azaltıldığı ve SO2 azaltması da tesise özgü bir durum olduğu için, NOx nin azaltılması konusu çimento sanayi için göreceli olarak yeni bir konudur. 13 / 56
Fırınlarda CO riski Konsantrasyonların alt patlama sınırının altında kalmasını sağlamak için partiküllerin azaltılmasında elektrostatik çöktürücülerin/filtrelerin (ESF) kullanıldığı çimento (ve kireç) fırınlarında CO düzeylerinin kontrolü kritik öneme sahiptir. ESP lerde CO seviyesi (normalde hacme göre % 0.5 oranında) arttığında ESF sistemi patlama riskini önlemek için kapanır. Bunun sonucunda partiküller kontrol edilmeden fırının içinden salınır. CO oluşumu yanma sisteminin istikrarsız çalışmasından kaynaklanabilir. Bu katı yakıt yüklenirken olabilir, başka bir deyişle katı yakıt besleme sistemleri yakıtın brülöre kaçmasını önleyecek şekilde tasarlanmalıdır. Katı yakıtların nem içeriği bu açıdan kritik bir faktördür ve yakıt hazırlama ve besleme sistemlerinde takılma ve blokajları engellemek için dikkatli bir biçimde kontrol edilmelidir. 14 / 56
Emisyonlar Çimento sanayi ile ilgili emisyon sınırları genelde NOx, SO2 ve tozdan oluşan üç ana kirleticilere yöneliktir. Bazı ülkelerin metaller, HCI, HF, organik bileşikler ve PCDD/F için ek sınırları vardır. 15 / 56
İzleme Fırın sürecini kontrol etmek için aşağıdaki parametrelerin sürekli ölçülmesi tavsiye edilir: Basınç Sıcaklık O2 içeriği Nox CO SOx (konsantrasyonu yüksek ise) 16 / 56
İzleme Emisyonları doğru bir şekilde niceleştirmek için aşağıdaki parametrelerin sürekli olarak ölçülmesi tavsiye edilir Hacimsel gaz debisi (Hesaplanabilir) Nem (Hesaplanabilir) Sıcaklık Toz O2 içeriği NOx CO SOx (konsantrasyonu yüksek ise) 17 / 56
Örnek bir tesis Klinker üretimi Çimento öğütme Enerji tüketimi Kömür tüketimi 1.400.000 Ton 2.000.000 ton 190.000.000 kwh 270.000 ton Tesisteki çok sayıda bacadan atmosfere verilen toz (partikül madde) emisyonlarının azaltılması için bacalar, yüksek toz tutma verimine sahip en son sistem elektrostatik toz tutucu veya jet filtre (torba filtre sistemi) ile donatılmıştır. Tesisteki 8 bacada elektrostatik toz tutucu ve 45 bacada jet filtre kullanılarak toz emisyonları teknolojik olarak en düşük seviyelere indirilmiştir. Tesisteki en önemli emisyon kaynağı olan döner fırın bacalarında elektrostatik filtre çıkışlarına takılan sürekli toz ölçüm cihazları ile atmosfere verilen toz emisyonları sürekli olarak ölçülmekte ve kaydedilmektedir. 18 / 56
bacalar ve atmosfere verilen toz emisyonları Baca adı Çap (cm) H (m) T (C) ÇıkışHızı (m/sn) Toz (kg/saat) Konkasör III jet filtre 90 18,0 9 8,8 0,14 Kalker pres I. Jet filtre 70 17,0 16 20,2 0,06 Kalker pres II. Jet filtre 56 * 87 15,0 26 8,7 0,05 Kalker pres III. jet filtre 55 * 75 5,1 15 14,5 0,2 Kalker pres IV. jet filtre 30 * 33 4,25 15 34,8 0,02 Farin silo üstü I. jet filtre 80 33,0 20 9,6 0,62 Farin silo üstü II. jet filtre 80 21,0 40 11,4 0,04 Homojen silo I. jet filtre 80 37,0 58 17,5 0,02 Homojen silo II. jet filtre 50 * 50 37,0 42 18,1 0,06 Farin dozaj jet filtre 75 24,0 38 14 0,07 Fırın II, K. nakil I. jet filtre 80 12,0 54 9,8 0,1 Klinker pres I. Jet filtre 60 9,5 54 17,2 0,12 Klinker pres II. Jet filtre 60 26,0 14 11,3 0,16 Klinker pres III. Jet filtre 30 6,2 41 21,7 0,03 Klinker pres IV. Jet filtre 20 * 30 11,9 36 12,9 0,04 19 / 56
Baca adı Çap (cm) H (m) T (C) ÇıkışHızı (m/sn) Toz (kg/saat) III. çimento değirmeni jet filtre 130 35,0 82 8,7 2,7 IV. çimento değirmeni II. jet filtre 80 6,0 25 16,2 0,08 IV. çimento değirmeni III. jet filtre 50 8,0 23 18,3 0,19 IV. çimento değirmeni IV. jet filtre 28 * 36 25,0 35 17,4 0,03 IV. çimento değirmeni VI. jet filtre 80 21,0 32 14,6 0,14 IV. çimento değirmeni VII.jet filtre 80 23,0 50 12,6 0,08 IV. çimento değirmeni XI. jet filtre 13 * 27 16,0 45 28,8 0,02 IV. çimento değirm. XII. Jet filtre 25 12,0 25 12,5 0,04 IV. çimento değirm. XIII. jet filtre 35 * 35 14,0 16 7,5 0,08 Yeni paketleme RO-4 jet filtre 45 13,0 22 7 0,04 Yeni paketleme RO-5 jet filtre 45 13,0 22 17 0,05 Yeni paketleme elevatör 1 jet filtre 80 33,0 23 13,3 0,1 Yeni paketleme elevatör 2 jet filtre 80 33,0 24 15 0,08 Yeni paketleme silo 1 jet filtre 70 55,0 48 17,9 0,15 Yeni paketleme silo 2 jet filtre 70 55,0 22 17,3 0,15 20 / 56
Baca adı Çap (cm) H (m) T (C) Çıkış Hızı (m/sn) Toz (kg/saat) Yeni paketleme I. Bunker jet filtre 90 35,0 22 9,5 0,12 Yeni paketleme II. bunker jet filtre 90 32,5 28 9,8 0,12 Yeni paketleme III. bunker jet filtre 90 32,5 22 8,4 0,25 Yeni paketleme IV. bunker jet filtre 50 31,0 24 11,1 0,1 Yeni paketleme V. bunker jet filtre 50 31,0 24 13 0,1 2 no'lu çimento değirmeni elektrofiltre 50 20,0 76 16,4 2,4 4 no'lu çimento değirmeni elektrofiltre 60 36,0 78 6,9 1,29 Fırın II, 1 no'lu (yukarı) elektrofiltre 200 75,4 110 11,6 1,84 Fırın II, 2 no'lu (aşağı) elektrofiltre 218 74,5 99 8,6 3,19 Fırın II, 3 no'lu (eski) elektrofiltre 300 70,0 98 6,7 3,41 Fırın II, Eleks elektrofiltre (soğutma eleksi) 300 30,0 265 16,5 1 Fırın I, Eleks elektrofiltre (giriş eleksi) 275 78,6 130 18,2 1,79 Fırın I, eleks altı jet filtre 23 * 29 8,0 22 6,1 0,01 Fırın I, Eleks elektrofiltre (soğutma eleksi) 300 33,3 190 9,4 0,56 Yeni dökme silo üstü jet filtre 45 * 56 48,0 36 20,1 0,13 Kömür değirmeni (Loesche) jet filtre 162 46,0 108 13,2 3,09 Yeni dökme silo içi jet filtre 80 9,5 33 8 0,07 Eski paketleme ek tesis jet filtre 90 18,0 23 7,8 0,02 Eski paketleme silo 1-2 jet filtre 80 15,4 26 9 0,08 Eski paketleme silo 3-4 jet filtre 90 14,2 28 3,2 0,06 Eski paketleme silo RO-3 jet filtre 90 14,2 24 7,2 0,12 Eski paketleme silo RO-4 jet filtre 90 14,2 23 7,1 0,06 Fırın I, kovalı bant filtre 32 * 40 6,0 45 24,9 0,13 21 / 56
NOx ve CO emisyonu olan bacalar Baca Adı Baca Çapı (cm) Sıcaklık (C) Gaz çıkış hızı (m/sn) H (m) NOx (kg/saat) CO (kg/saat) Fırın II, 1 No lu(yukarı) elektrofiltre 200 Fırın II, 2 No lu (aşağı) elektrofiltre 218 Fırın II, 3 No lu (eski) elektrofiltre 300 Fırın I Eleks Elektrofiltre (Giriş eleksi) 275 Kömür değirmeni (Loesche) jet filtre 110 11,6 99 8,6 98 6,7 130 18,2 75,4 74,5 70,0 78,6 33,28 73,47 48,46 107,18 49,9 129,61 74,67 45,77 162 108 13,2 46,0 32,47 28,38 22 / 56
Sürekli toz ölçüm cihazı kalibrasyonu BATISÖKE Fırın-1 Toz Ölçüm Cihazı (SICK OMD 41) Toz konsantrasyonu (mg/nm 3 ) 1200 1000 800 600 400 200 y = 67,15x - 300,22 R 2 = 0,9514 0 0,0 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 Cihazda ölçülen değer (ma) 23 / 56
Sürekli toz ölçüm cihazı kalibrasyonu BATISÖKE Fırın 2 Toz Ölçüm Cihazı (SICK OMD 41) Toz konsantrasyonu (mg/nm 3 ) 150 125 100 75 50 25 0 y = 24,586x - 102,09 R 2 = 0,9749 0 2 4 6 8 10 Cihazda ölçülen değer (ma) 24 / 56
25 / 56
26 / 56
27 / 56
28 / 56
29 / 56
30 / 56
31 / 56
32 / 56
33 / 56
34 / 56
35 / 56
36 / 56
37 / 56
38 / 56
39 / 56
40 / 56
41 / 56
42 / 56
43 / 56
44 / 56
45 / 56
46 / 56
9 2 5 1 11 7 6 4 3 8 1-Rampa 2- Agrega Bunkerleri 3- Agrega Tartı Bandı 10 4- Agrega Bandı 5- Çimento Silosu Hazır Beton 6- Çimento Helozonu 7- Çimento Kantarı 8- Karıştırıcı 9- Su Tartı Kantarı 10- Boşaltma Suyu Hazır Beton Tesisi Akım Şeması 11- Agrega Biriktirme Bantı 47 / 56