Метою роботи є покращення стану екологічної безпеки цементного виробництва (попередження негативного впливу відходів і потенційних негативних наслідків їх термічної утилізації для природного довкілля та здоров'я людини) за рахунок співспалювання з кам'яним вугіллям альтернативного палива на основі горючих відходів у процесі випалювання портландцементного клінкеру в обертових печах. Для досягнення зазначеної мети поставлені такі завдання: - провести аналіз проблеми термічної утилізації горючих відходів у цементному виробництві та методів оцінювання і зниження впливу на стан екологічної безпеки викидів обертових випалювальних печей; - дослідити хімічний склад та фізичні властивості горючих відходів (зношені автомобільні шини, відходи оброблення макулатури, тирса деревинна, відходи тари пластикової дрібної використаної) як компонентів твердого альтернативного палива; - розробити та оптимізувати склади твердого альтернативного палива на основі горючих відходів, встановити безпечну для довкілля кількість співспалюваного альтернативного палива при випалі портландцементного клінкеру; - розрахувати кількість забруднюючих речовин, що потенційно утворюються, надходять в обертову випалювальну піч та викидаються в атмосферу від спалювання палива у процесі виробництва портландцементного клінкеру; - провести польові дослідження вмісту забруднюючих речовин у викидах обертових випалювальних печей та здійснити статистичну обробку одержаних результатів замірів; - здійснити оцінювання впливу на довкілля використання кам'яного вугілля і альтернативного палива на основі горючих відходів в обертових випалювальних печах та провести промислово-дослідну апробацію результатів роботи. Об'єкт дослідження - спільне використання з природним паливом в обертових випалювальних печах альтернативного палива на основі горючих відходів. Предмет дослідження - підвищення екологічної безпеки при використанні альтернативного палива для випалювання портландцементного клінкеру в обертових випалювальних печах. ЗМІСТ ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 5 ВСТУП 6 РОЗДІЛ 1. СТАН ПИТАННЯ ТА ТЕОРЕТИЧНІ ПЕРЕДУМОВИ ДОСЛІДЖЕНЬ 13 1.1. Проблема накопичення і утилізації промислових та комунальних відходів 13 1.2. Правові аспекти поводження з відходами та їх повторним використанням 15 1.3. Передумови термічної утилізації горючих відходів в обертових випалювальних печах 20 1.3.1. Енергетичне використання горючих відходів як альтернативного палива у цементному виробництві 23 1.3.2. Забруднюючі речовини, що утворюються при термічній утилізації відходів, та способи зменшення і запобігання їх викидів 27 1.3.3. Місце цементної промисловості у зниженні екологічної загрози утворення діоксинів і фуранів у процесі спалювання відходів 31 1.4. Теоретичні передумови досліджень та наукова гіпотеза 34 РОЗДІЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ВИХІДНИХ МАТЕРІАЛІВ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ 36 2.1. Характеристика горючих відходів і кам'яного вугілля 36 2.1.1. Відходи оброблення макулатури 38 2.1.2. Відходи тари пластикової дрібної використаної 40 2.1.3. Тирса деревинна 41 2.1.4. Зношені автомобільні шини 43 2.1.5. Кам'яне вугілля 45 2.2. Методи дослідження 47 2.2.1. Методи визначення фізичних параметрів відходів і альтернативного палива на їх основі 47 2.2.2. Методи хімічного аналізу горючих відходів та альтернативного палива на їх основі 49 2.2.3. Лабораторне визначення вмісту діоксинів і фуранів (ПХДД/ПХДФ) у газоповітряних викидах обертових печей 52 2.2.4. Метод оцінювання впливу на довкілля заміни частки кам'яного вугілля альтернативним паливом 55 2.3. Характеристика обладнання та способів відбирання зразків газоповітряних викидів 58 РОЗДІЛ 3. РОЗРОБЛЕННЯ ТВЕРДОГО АЛЬТЕРНАТИВНОГО ПАЛИВА ДЛЯ ЦЕМЕНТНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ НА ОСНОВІ ГОРЮЧИХ ВІДХОДІВ 62 3.1. Вплив вологості на калорійність горючих відходів 62 3.2. Моделювання і оптимізація складу твердого альтернативного палива на основі горючих відходів 67 3.3. Дослідження залишку від згорання твердого альтернативного палива 70 3.4. Визначення оптимальної кількості співспалювання альтернативного палива в обертовій випалювальній печі 75 3.4.1. Розрахунок безпечної кількості співспалюваного альтернативного палива в обертовій випалювальній печі: 75 3.4.2. Моделювання паливної суміші вугілля і альтернативного палива 78 Висновки до розділу 82 РОЗДІЛ 4. ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ СПІВСПАЛЮВАННЯ КАМ'ЯНОГО ВУГІЛЛЯ І АЛЬТЕРНАТИВНОГО ПАЛИВА НА ВИКИДИ ОБЕРТОВИХ ВИПАЛЮВАЛЬНИХ ПЕЧЕЙ 84 4.1. Розрахунок потенційних викидів забруднюючих речовин від співспалювання кам'яного вугілля і альтернативного палива 84 4.2. Розрахунок потенційних викидів діоксинів і фуранів від цементного виробництва 90 4.3. Оцінювання потенційного впливу на довкілля заміни частки кам'яного вугілля альтернативним паливом 93 4.3.1. Оцінювання потенційного негативного впливу спалювання палива на рівні серединних категорій 95 4.3.2. Оцінювання потенційного негативного впливу спалювання палива на пошкодження довкілля 102 4.4. Польові дослідження вмісту забруднюючих речовин у викидах обертових печей 105 4.4.1. Встановлення залежності вмісту забруднюючих речовин у викидах обертових випалювальних печей від використання альтернативного палива з допомогою основних статистичних досліджень 107 4.4.2. Встановлення залежності вмісту забруднюючих речовин у викидах обертових випалювальних печей від використання альтернативного палива з допомогою факторного аналізу 113 4.4.3. Порівняння викидів обертових випалювальних печей і сміттєспалювальних заводів 120 Висновки до розділу 124 РОЗДІЛ 5. ПРОМИСЛОВИЙ ВИПУСК ТА ВПРОВАДЖЕННЯ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ПАЛИВА В ЦЕМЕНТНОМУ ВИРОБНИЦТВІ.... 127 5.1. Промисловий випуск альтернативного палива для цементної промисловості 127 5.2. Промислове впровадження альтернативного палива у цементному виробництві 131 Висновки до розділу 136 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 138 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 141 ДОДАТКИ 162