Det kræver rigtig meget energi at brænde cementklinker, og dette indlæg handler om brændslerne.
Aalborg Portlands mellemlager for kul og petcoke. Kilde: Aalborg Portlands arkiv.
Oliekrisen i 1973 ramte cementproduktionen hårdt i det meste af verden. Olie var et nemt brændsel at bruge, men pludselig var det en mangelvare, og siden var det for dyrt.
Man begyndte at formale kul til fint pulver og brugte det i stedet for olie. En sky af formalet kul blæses ind i roterovnen, hvor det antænder næsten øjeblikkelig.
Kul skal være fintformalet, for det går ud over kvaliteten, hvis der er større partikler, som falder ud af flammen og brænder nede i materialefyldningen.
Tommelfingerreglen er, at kul skal formales så fint, at sigteresten (altså det der er tilbage) på en 90 µ sigte er 50 % af gasindholdet. Gasindholdet i stenkul er typisk 20 – 36 %.
Brænder med flere kanaler, som fyrer brændsler ind i ovnens brændezone. Billedet er fra en fabrik nær Berlin.
Petcoke
I den stadige jagt på billigere brændsel begyndte man også at bruge petroleumskoks, petcoke, der er et affaldsprodukt fra olieraffinaderierne.
Det gav problemer for mange. Petcoke er ofte hårde at formale, har lavt gasindhold (10-11 %) og kan indeholde temmelig meget svovl.
Mange oplevede et fald i cementens styrkeudvikling, fordi svovl blev indbygget i mineralet C2S og stabiliserede dette, så det fik svært ved at reagere videre til C3S.
Problemet kan modvirkes ved at sørge for balance mellem svovl og alkali, så der dannes alkalisulfat. Man kan også tilsætte fluorid, som hjælper dannelsen af C3S.
Det ændrer dog ikke ved, at svovl påvirker ”lavaens” viskositet og overfladespænding, så der dannes færre noduler, og ovnen bliver mere støvet – man skal finde et balancepunkt.
Et scoop
Stigningen i olieprisen var et stort problem for producenter af hvid cement som Aalborg Portland (AP), fordi stenkul ikke kunne erstatte olie. Kullenes askerest ødelægger nemlig den hvide farve.
På AP opdagede man så, at der på den caribiske ø Aruba (ud for Venezuela) fandtes store mængder olieaffald fra raffinering af råolie til flybenzin under 2. Verdenskrig.
Brændværdien var høj, og der var ingen askerest, som kunne ødelægge den hvide farve. Når det var koldt, var en brudflade helt glat og blank som sort glas.
At formale det til pulver var dog mildt sagt et problem, for formaling udvikler varme, og Aruba-”kullet” smeltede til en asfaltagtig masse ved 50° eller deromkring.
I en kuglemølle kunne det klæbe til møllerøret som et tykt lag asfalt, og i massen sad kuglerne nydeligt indstøbt. Det var noget djævelskab at have med at gøre!
Men man fandt efter års udviklingsarbejde en teknisk løsning på formalingsproblemet. AP købte hele dyngen og fik en gevaldig konkurrencefordel på markedet for hvid cement fra ca. 1980.
Det sidste Aruba-kul blev brændt af i løbet af 90’erne. I dag er Aruba et ferieparadis, og AP bruger petcoke og kød- og benmel på sine hvide ovne.
Gas
Gas kan fint bruges som brændsel i cementovne, men i DK er det alt for dyrt, hvilket en del har mærket på fjernvarmeregningen, hvis de er tilsluttet et naturgasfyret varmeværk.
Den 7. september 1996 varmede den hollandske cementfabrik ENCI nær Maastricht ovnen op med naturgas, før der skulle produktion på; men flammen gik ud, fordi opblandingen af gas og luft var defekt (fandt man senere ud af).
Da flammesvigtet blev opdaget, lukkede man for gastilførslen, men tændlansen fortsatte med at brænde i kort tid. Ovnen var fyldt med gas, som eksploderede med voldsom kraft.
Ovnrøret virkede som en stor kanon, der retningsbestemte eksplosionen, så cyklontårnet og klinkerkøleren blev lagt i ruiner. Selve ovnen led kun mindre skade.
Heldigvis skete der ingen personskade, men det tog ca. et halvt år, før alt var repareret, så ovnen kunne producere igen.
Alternative brændsler – affald
Brændbart affald. Kilde: Aalborg Portlands arkiv.
I 90’erne vedtog man i Tyskland en lov, som forbød deponering af brændbart affald.
Affald voksede til bjerge, og der var gode penge i at skaffe det af vejen. Ikke blot fik man betaling for at modtage og brænde det af, man sparede også dyrt, fossilt brændsel som fx kul.
Cementfabrikker i Tyskland og nabolandene installerede anlæg til affaldsforbrænding i stor stil. AP fulgte trop og modtog affald fra Tyskland.
Men at bruge affald som brændsel er ikke problemfrit. Det øger bl.a. inputtet af klor og andre flygtige stoffer, og snart fik mange problemer med ovnenes ildfaste foringssten, og roterovnens ovnskal begyndte også at korrodere hastigere.
Stenene isolerer, fordi de er porøse, men med det større input af flygtige stoffer, blev stenenes porer infiltreret, og stenene skallede af.
Den ildfaste foring er meget dyr, men det koster også tabt produktion, hvis man må stoppe i utide for at udskifte foring.
Med årene udviklede producenterne af foringssten nye materialer, og med de nye stentyper er afskalning ikke nær så stort et problem, som det var.
Så mange investerede i affaldsforbrænding, at Tyskland nu er nettoimportør af affald. Investeringerne skal jo forrentes! AP modtager dog stadig affald fra Nordtyskland.
I England har man gennem årene øget deponeringsafgiften for affald, så her ser man nu historien gentage sig. AP modtager (ligesom nogle kraftværker) i dag en del affald fra England. Det er pakket i baller og fragtes med skib.
Op mod halvdelen af affaldet er CO2-neutralt, og det tæller i CO2-regnskabet.
En prognose her fra lænestolen siger, at briterne om føje år selv har kapacitet til at brænde affaldet (som i Tyskland), og så må AP finde supplerende kilder.
Der er et gryende marked for dansk, industrielt affald til forbrænding. Tidligere bestemte kommunerne, hvor affaldet skulle hen, og de valgte de kommunale forbrændingsanlæg. I dag er reglerne for industrielt affald lempet, og der begynder at ske noget.
Kød- og benmel
Da man fandt ud af, at kogalskab skyldtes kød- og benmel i kreaturernes foder, en slags kannibalisme, blev det i januar 1997 forbudt at bruge som foder til drøvtyggere i EU.
Hurtigt var der bjerge af kød- og benmel, og producenterne var desperate. Cementproducenter over det meste af Europa så chancen, for cementovnenes høje temperaturer garanterer total destruktion af prionerne, som er ondets rod, og pga. fedtindholdet har benmelet en rimelig brændværdi.
Senere blev produktionen af kød- og benmel ændret, så det primært var særligt risikomateriale (hjerne og rygmarv) der gik til destruktion.
AP bruger stadig kød- og benmel, men der er ikke de samme mængder til rådighed som tidligere. Benmelets indhold af klor og fosfor (P2O5) sætter også en øvre grænse for, hvor meget man kan bruge.
Klor skal generelt holdes nede, og fosfor forlænger cementens bindetid, hvis indholdet i klinkerne kommer over ca. 0,5 %.
Tørret spildevandsslam
AP modtager og brænder Aalborg Kommunes samlede produktion af tørret, granuleret spildevandsslam.
Det leveres med tankbiler, som blæser det på en silo, hvorfra det doseres direkte til en af den største ovns to kalcinatorer.
Det skal bruges så hurtigt som muligt, for hvis det henstår, komposterer det og selvantænder.
Brændværdien er ikke særlig høj, men det er CO2-neutralt og giver sit bidrag. Så vidt jeg husker, er det op mod 6.000 tons om året.
Det tørrede spildevandsslam blev i en årrække kørt til Tyskland, og det var indlysende galimatias for enhver, men først da affaldsforbrændingsafgiften (1.000 kr./ton så vidt jeg husker) bortfaldt for nogle år siden, kunne AP byde ind på lige vilkår.
Den noble intention med afgiften var, at affald så vidt muligt skulle genanvendes, men da der ikke var afgift på importeret affald, førte afgiften i stedet til en vanvittig trafik.
Der blev importeret affald til forbrænding i Danmark, og noget dansk affald (som fx tørret spildevandsslam) blev sendt til forbrænding i udlandet.
Bildæk
En del steder bruger man også kasserede bildæk som brændsel. Det er især på ovne uden kalcinator.
De kan lempes ind via en sluse i ovnens indløb eller midtvejs gennem ovnskallen, når slusen er i top. Det er ikke uden problemer, fordi dækkene begraves delvis af materialerne, når ovnen roterer, og så danner forbrændingen CO pga. iltunderskud.
Billedet herunder er fra en polsk cementfabrik, jeg besøgte i 2005, men jeg har set bildæk brugt som brændsel flere steder.
Bildæk på vej til ovnindløbet. De vejes, før de lempes ind i ovnen, og vægten afgør, hvornår det næste dæk tilsættes.
Dæk kan også snittes til mindre stykker og bruges som brændsel i en kalcinator eller på hovedbrænderen i ovnens udløb, men det er kostbart at neddele dækkene, og så går en del af fidusen fløjten.
Andre brændsler
Ganske vist har prisen på fossile brændsler som olie og kul nået et lavpunkt lige for tiden, men historisk går priserne kun én vej, og det er opad.
Så for cementindustrien generelt gælder, at dens økonomiske interesser går hånd i hånd med samfundets ønske om lavere CO2-udledning.
Industrien er på evig udkig efter nye alternative brændsler, og de alternative brændsler er ofte helt eller delvis CO2-neutrale.
Næste afsnit handler om røgrensning, emissioner, fjernvarme og sand fra Sahara.
/Eric
Relateret:
- Om cementproduktion
- Kridt og kalksten til cementproduktion
- Flere råmaterialer til cement
- Lange vådovne til cementproduktion
- Tørre og semi-tørre cementovne
- Emissioner, røgrensning, fjernvarme og sand fra Sahara
- Formaling af klinker til færdig cement
- Processtyring og kvalitetskontrol på cementfabrikken
Det er interessant læsning. Det er det fordi der viser sig et meget stort antal løsningsmuligheder på den problemstilling at cementfremstilling kræver meget energi. Det forekommer godt at mange restprodukter og affald er egnet til afbrænding. Mon ikke dette fænomen bliver ret verdensomspændende omend det sikkert tager mange år.
Det er “nemt” i Europa, hvor der er industri, som skaber affald, og hvor der er nogenlunde styr på affaldsstrømmene. Helt anderledes ser det ud i den 3. verden, hvor der også er mange cementfabrikker. Der er mulighederne ofte begrænset til lokalt landbrugsaffald à la risskaller o.l.
Der er vist generelt rift om affaldet. Jeg ved at KARA (kraftvarmeværk) her i Roskilde køber affald i Irland, de kan ikke få fat i nok i DK.
Ja, der er rift om affaldet og især affald med høj brændværdi, og den udvikling er ikke slut endnu. Affald er forlængst blevet big business.
Hvis du har ret i – og det har du jo nok – at det er specielt, at vi dansker bruger affald til at producere fjernvarme i stedet for at smide det på lossepladsen, så er jeg faktisk stolt af at være dansker.
Det har du al mulig grund til at være 🙂 I det hele taget er det ikke så udbredt det med fjernvarme, men det er jo også et stort projekt at kaste sig ud i med ledningsnet, og hvad ved jeg.
Det er dog utroligt, at man sådan fragter affald fra det ene land til det andet for at skaffe brændstof. Når man så tænker på, at visse typer affald er svære at komme af med, udrangerede skibe og affald fra atomreaktorer fx, så er der måske en eller anden slags syret balance i det hele. ?-)
Hvorfor din kommentar lige skulle godkendes, ved jeg ikke.
Men hvorfor er det så utroligt? Man transporterer så meget andet (inklusive brændstof som kul og olie) fra land til land.
Jeg fører mig frem med et .dk domæne nu om dage, derfor troede din WordPress nok, at jeg var ny. Jo, altså, vi bliver jo belært om, at vi ikke skal producere så meget affald, det er endda sådan, at skraldeselskaberne AVV fx vejleder folk i at kompostere organisk affald. Man inviterer skoleklasser ind og underviser dem i, hvordan familien kan generere mindre affald, jeg har selv været der flere gange, og så er affald i virkeligheden en “hot commodity”. Det synes jeg er underligt, men det er muligvis, fordi mit hoved ikke er stort nok. 😉
Det er nok vigtigt at skelne mellem husholdningsaffald og industrielt affald. Industrielt affald bruges i stor stil som råmaterialer i andre industrier. Fx er flyveaske affald fra kraftværker, men det er samtidig Aalborg Portlands vigtigste kilde til aluminiumi den grå klinkerproduktion. Således også med brændbart affald.
At bruge affald til produktion af fjernvarme er et ret specielt, dansk fænomen; i langt de fleste lande er lossepladsen det eneste alternativ.