Научная статья на тему 'СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ NOX В ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА'

СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ NOX В ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
3
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
обжиг клинкера / снижение выбросов NOx / безопасность труда / фторсодержащие добавки / минерализаторы / снижение температуры обжига / clinker firing / reduction of nox emissions / occupational safety / fluorinecontaining additives / mineralizers / reduction of firing temperature

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Новоселов Алексей Геннадьевич, Дреер Юлия Ивановна, Новоселова Инна Николаевна, Левина Юлия Андреевна

Рассматривается возможность снижения вредных выбросов оксидов азота NOx при обжиге клинкера за счет использования фторсодержащих добавок. Данные выбросы являются крайне вредными и существенно ухудшают экологическую обстановку на производстве. Также выбросы NOx могут приводить к появлению профессиональных заболеваний у сотрудников производственных предприятий. Поэтому их снижение является крайне важной задачей. Фторсодержащие добавки выполняют роль минерализаторов и способствуют более раннему формированию клинкерных минералов, усвоению оксида кальция, протеканию физико-химических процессов обжига. Процессы усвоения оксида кальция и образования основных клинкерных минералов завершаются при температуре 1400 ºС при использовании фторсодержащих минерализаторов. Для бездобавочной сырьевой смеси не происходит полного усвоения свободного оксида кальция при максимальной температуре обжига 1450 ºС. Снижение температуры обжига клинкера при использовании фторсодержащих добавок способствует снижению максимальной температуры факела, что приводит к снижению образования оксидов азота NOx примерно на 15…20 %. Снижение температуры обжига клинкера при использовании фторсодержащих добавок способствует снижению удельного расхода тепла на обжиг клинкера примерно на 90 кДж/кг клинкера.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Новоселов Алексей Геннадьевич, Дреер Юлия Ивановна, Новоселова Инна Николаевна, Левина Юлия Андреевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

REDUCTION OF NOX EMISSIONS IN CEMENT PRODUCTION TO ENSURE OCCUPATIONAL SAFETY

The article discusses the possibility of reducing harmful emissions of nitrogen oxides NOx during clinker burning through the use of fluorine-containing additives. These emissions are extremely harmful and significantly worsen the environmental situation at work. NOx emissions can also lead to occupational diseases in employees of manufacturing enterprises. Therefore, their reduction is an extremely important task. Fluorine-containing additives act as mineralizers and contribute to the earlier formation of clinker minerals, the binding of calcium oxide, and the progress of physical and chemical burning processes. The processes of reduction of free calcium oxide content and the formation of the main clinker minerals are completed at a temperature of 1400ºC when using fluorine-containing mineralizers. For a non-additive raw material mixture at the maximum burning temperature, free calcium oxide remains in the clinker. Reducing the clinker burning temperature when using fluorine-containing additives helps to reduce the maximum flame temperature, which leads to a reduction in the formation of nitrogen oxides NOx by approximately 15...20%. Reducing the clinker firing temperature when using fluorine-containing additives helps to reduce the specific heat consumption for clinker burning by approximately 90 kJ/kg of clinker.

Текст научной работы на тему «СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ NOX В ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА»

7. On the risk of loss of health and disability of mining workers / V.I. Golik [et al.] // Bulletin of the All-Russian Society of specialists in medical and social expertise, rehabilitation and rehabilitation industry. 2019. No. 4. pp. 78-85.

8. On the issue of environmental protection from fine dust of mining enterprises / S.Z. Kalaeva, G.V. Stas, K.M. Muratova, Ya.V. Chistyakov // Izvestiya Tula State University. Earth Sciences. 2019. Issue 1. p. 92.

9. Gryazev M.V., Kachurin N.M., Stas G.V. Dust and gas emissions from the surface of rock dumps of liquidated mines of the coal basin // Sustainable development of mountain territories. 2018. Vol. 10. No. 4 (38). pp. 500-508.

10. Stas G.V., Zakharov E.I., Ishutina S.A. Dust and gas emissions from coal mining enterprises in the Kemerovo region // Collection of scientific tr. Socio-economic and environmental problems of the mining industry, construction and energy. Under the general editorship of R.A. Kovalev. 2017. pp. 34-37.

УДК 331.43, 666.942

СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ NOx В ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

А.Г. Новоселов, Ю.И. Дреер, И.Н. Новоселова, Ю.А. Левина

Рассматривается возможность снижения вредных выбросов оксидов азота NОх при обжиге клинкера за счет использования фторсодержащих добавок. Данные выбросы являются крайне вредными и существенно ухудшают экологическую обстановку на производстве. Также выбросы NOx могут приводить к появлению профессиональных заболеваний у сотрудников производственных предприятий. Поэтому их снижение является крайне важной задачей. Фторсодержащие добавки выполняют роль минерализаторов и способствуют более раннему формированию клинкерных минералов, усвоению оксида кальция, протеканию физико-химических процессов обжига. Процессы усвоения оксида кальция и образования основных клинкерных минералов завершаются при температуре 1400 °С при использовании фторсодержащих минерализаторов. Для бездобавочной сырьевой смеси не происходит полного усвоения свободного оксида кальция при максимальной температуре обжига 1450 °С. Снижение температуры обжига клинкера при использовании фторсодержащих добавок способствует снижению максимальной температуры факела, что приводит к снижению образования оксидов азота NOx примерно на 15...20 %. Снижение температуры обжига клинкера при использовании фторсодержащих добавок способствует снижению удельного расхода тепла на обжиг клинкера примерно на 90 кДж/кг клинкера.

Ключевые слова: обжиг клинкера, снижение выбросов NOx, безопасность труда, фторсодержащие добавки, минерализаторы, снижение температуры обжига.

Введение

Цементная промышленность по причине высокой энергоемкости, а точнее, по причине повышенного потребления топливно-энергетических ресурсов, характеризуется большим количеством газовых выбросов в атмо-

сферу, которые могут нанести ущерб экологической обстановке прилегающих территорий, а также причинить вред здоровью работников предприятия. Определенную долю в таких выбросах занимает смесь монооксида азота N0 и диоксида азота N02 [1-3], которые находятся в соотношении 95:5 и объединяются единым обозначением N0x. Большую опасность представляет собой диоксид азота. Утечка его обнаруживается даже в самых малых количествах благодаря острому запаху и красно-коричневому цвету. Концентрация более 10 ррт в воздухе оказывает сильный коррозионный эффект и раздражающее действие на глаза и носовую полость. Превышение концентрации 150 ррт влечет за собой развитие бронхита, а 500 ррт вызывает отек легких даже при кратковременном воздействии. Присутствие монооксида азота в воздухе обнаружить не так легко, он бесцветен и не имеет запаха, не представляет опасности для человека в концентрации до 50 ррт.

Постановка проблемы

В процессе обжига портландцементного клинкера происходит образование нескольких видов оксидов азота: топливные, быстрые и тепловые оксиды азота N0^ Доля топливных и быстрых оксидов составляет около 25 % и зависит от состава топлива. Образование тепловых оксидов азота происходит при высоких температурах и повышенной концентрации кислорода в процессе окисления атмосферного азота при горении топлива. При увеличении температуры факела и коэффициента избытка воздуха в печи будет увеличиваться количество образующихся тепловых N0x (рис. 1).

4% О, 2% О,

1100 1300 1500 1700 1900 Температура, °С

Рис. 1. Зависимость концентрации NOx от температуры и содержания кислорода

Однако трудноспекаемые сырьевые смеси требуют более высокой температуры обжига. Такие смеси характеризуются либо повышенным значением LSF, либо предназначены для получения белого клинкера. Сырьевые смеси, обжигаемые по сухому способу производства, также требуют более высокой температуры обжига из-за большой производительности печей с циклонным теплообменником. Снизить концентрацию NOx возможно при

использовании горелок, обеспечивающих сжигание топлива с низким выделением NOx. Еще одним вариантом является снижение температуры обжига клинкера, что возможно при использовании фторсодержащих минерализаторов.

Применение минерализаторов позволяет снизить температуру обжига портландцементного клинкера, сохраняя при этом его качественные показатели, снижая объемы вредных выбросов, а также интенсифицируя процесс обжига трудноспекаемых сырьевых смесей [4-10] и повышая производительность печных агрегатов.

Материалы и методы

Исследования осуществлялись на основе сырьевой смеси (табл. 1), которая была получена путем гомогенизации следующих химических реактивов: карбоната кальция CaCO3, оксида кремния (IV) SiO2, оксида алюминия Al2O3 и оксида железа (III) Fe2O3. Степень чистоты реактивов определена как «химически чистый».

Таблица 1

Химический состав сырьевой смеси и клинкера, %

Реактивы SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO 111111

Сырьевая смесь 14,70 3,13 2,75 44,42 35,00

Клинкер 22,61 4,82 4,23 68,33 -

Представленная сырьевая смесь рассчитана на синтез рядового клинкера, характеризующегося минералогическим составом и модульными характеристиками, приведенными в табл. 2.

Таблица 2

Минералогический состав и модульные характеристики _синтезированного клинкера, %_

Расчетный минералогический состав, масс. % Модульные характеристики

C3S C2S C3A C4AF КН n Р

67,83 13,65 5,61 12,89 0,93 2,49 1,14

В качестве минерализующих добавок были использованы реактив фторида кальция (CaF2) и криолит (NaзAlF6). Синтез криолита осуществлялся собственноручно в лаборатории из химических реактивов карбоната натрия, гидроксида алюминия и плавиковой кислоты. Согласно результатам рентгенофазового анализа, полученное вещество преимущественно состоит из криолита (№3АШ6) с незначительными примесями хиолита

(Na5Al3F14) и не вступившего в реакцию гидроксида алюминия (рис. 2). Минерализующие добавки вводились в состав сырьевой смеси сверх 100 % в количестве 1 % по содержанию иона фтора (F-).

Сырьевая смесь далее прессовалась в цилиндрические образцы массой 2 г, которые обжигались партиями в лабораторной печи в интервале температур 1100... 1450 °С с выдержкой в течение 15 минут и шагом отбора проб 100 °С.

С помощью прибора синхронного термического анализа STA 449 F5 фирмы NETZSCH сырьевые смеси подвергались комплексному термическому анализу в среде аргона.

Рассмотрение скорости и полноты связывания оксида кальция в клинкерные минералы в синтезированных образцах осуществлялось с помощью этилово-глицератного метода.

Рентгенофазовый анализ проводился методом порошковой дифрак-тометрии на приборе ARL X'TRA в интервале двойных углов отражения 20 - 4.64 г.

• - Na,AIF8 0-NasAI,F,„ ■ - AlfOH), □ - AIO(OH)

14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60

Рис. 2. Фазовый состав синтезированного криолита Результаты

С учетом того, что формирование основных клинкерных минералов происходит в высокотемпературной области, после завершения процессов, происходящих в подготовительных зонах вращающейся печи, необходимо рассмотреть влияние фторсодержащих соединений на завершающем этапе формирования клинкерных минералов. Для этого был проведен комплексный термический анализ бездобавочного образца сырьевой смеси, а также с добавками фторида кальция СаР2 и криолита КазЛ1Еб. На рис. 3 представлены результаты комплексного термического анализа высокотемпературной области после завершения процесса разложения карбоната кальция. Как и следовало ожидать, бездобавочная сырьевая смесь характеризуется двумя термическими эффектами. Экзотермический эффект при температуре 1349

°С относится, в первую очередь, к образованию двухкальциевого силиката 2СаО8Ю2, белита. В данном температурном интервале также могут образовываться алюминаты и ферриты кальция. Однако их количество незначительно по сравнению с количеством образующегося белита. Второй термический эффект на кривой - эндоэффект при температуре 1392 °С, который свидетельствует о появлении жидкой фазы - клинкерного расплава в системе. Как правило, с появлением клинкерного расплава и после формирования двухкальциевого силиката 2СаО8Ю2 начинается образование алита

Температура, °С

Рис. 3. Кривые ДСК сырьевых смесей высокотемпературной области

В отличие от бездобавочной сырьевой смеси при введении фторсо-держащих добавок процесс клинкерообразования происходит иначе. Для смеси с добавлением криолита №3А№6 при температуре 1163 °С фиксируется эндотермический эффект, который, скорее всего, свидетельствует об образовании жидкой фазы. Такой же эндотермический эффект при температуре 1162 °С характерен и для сырьевой смеси с добавлением фторида кальция CaF2. Предположительно, жидкая фаза может быть образована при плавлении промежуточных соединений, которые образуются под влиянием фторсодержащих соединений с последующим их плавлением. С момента появления жидкой фазы происходит образование двухкальциевого силиката 2СаО8Ю2, что подтверждается переходом от эндоэффекта к экзоэффекту при температуре 1196 °С для смеси с добавлением криолита №3АШ6, при температуре 1194 °С для смеси с добавлением фторида кальция CaF2. Наличие жидкой фазы будет способствовать интенсификации процесса клинке-рооборазования. Стоит отметить, что форма пиков эндо- и экзотермических эффектов отличается при введении в сырьевую смесь криолита и фторида кальция. Это может быть связано с тем, что использовался реактив фторида кальция, а криолит был синтезирован.

При температуре 1390 °С для смеси с добавлением криолита КазАШ6 и 1398 °С для смеси с добавлением фторида кальция СаБ2 фиксируется эндотермический эффект, соответствующий появлению клинкерного расплава. Следует отметить, что данные эффекты существенно меньше, чем тот же эффект бездобавочной сырьевой смеси. Это говорит о том, что, скорее всего, образуется дополнительное количество клинкерного расплава при соответствующих температурах при введении фторсодержащих добавок. Основная часть клинкерного расплава появляется при увеличении температуры от 1280 °С для смесей с добавками, о чем свидетельствует некоторое отклонение кривой комплексного термического анализа от базовой линии.

Интенсификация процессов клинкерообразования при введении фторсодержащих соединений подтверждается кинетикой усвоения свободного оксида кальция в клинкерные минералы (рис. 4). Исследование проводилось в том же температурном интервале, что и комплексный термический анализ, от 1100 до 1450 °С.

Для бездобавочной сырьевой смеси при начальной температуре проведения эксперимента 1100 °С количество свободного оксида кальция составляет 40.9 %. Дальнейшее повышение температуры обжига до 1300 °С способствует незначительному снижению свободного оксида кальция, всего на 5,89 %. Основное количество свободного оксида кальция СаОсв усваивается при повышении температуры обжига от 1300 до 1400 °С, т. е. в температурном интервале появления жидкой фазы. При температуре 1400 °С количество СаОсв составляет 2,13 %. Это опять-таки свидетельствует о том, что с появлением жидкой фазы происходит интенсификация процессов клинкерообразования. Дальнейшее повышение температуры обжига до 1450 °С приводит к некоторому снижению свободного оксида кальция в клинкере, но он полностью не усваивается, и его количество при температуре обжига 1450 °С составляет 0,82 %.

42

40 38 36 34 32 30 28 26 24

П22

§ 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

-*- Б/л

V

\

д

V

\ 1

\

\

\

\

\

\

1100

1200

1300

1400 1450

Температура, °С

Рис. 4. Кинетика усвоения СаОсв

С введением в сырьевую смесь фторсодержащих добавок усвоение свободного оксида кальция СаОсв происходит гораздо интенсивнее. Уже при начальной температуре 1100 °С содержание СаОсв существенно меньше, чем для бездобавочной сырьевой смеси и составляет 20 % для смеси с добавлением криолита КазАШб и 26 % с добавлением фторида кальция СаБ2. При повышении температуры обжига до 1300 °С усвоение оксида кальция протекает интенсивно и примерно с одинаковой скоростью. Наличие жидкой фазы в этом температурном интервале способствует почти полному усвоению свободного оксида кальция СаОсв в клинкерные минералы при температуре 1300 °С. Для сырьевой смеси с добавкой фторида кальция СаБ2 количество несвязанного СаО при этой температуре составляет 2,6 %, а для сырьевой смеси с добавкой криолита - 1,72 %. Полное усвоение свободного оксида кальция происходит при температуре 1400 °С для обеих сырьевых смесей.

Интенсификация процесса обжига клинкера при использовании фторсодержащих добавок подтверждается рентгенофазовым методом анализа. На рис. 5 представлено изменение фазового состава материала при нагревании. Приводятся результаты рентгенофазового анализа сырьевых смесей, обожженных при температурах 1200 °С и 1450 °С для бездобавочной сырьевой смеси и 1400 °С для смесей с добавками фторида кальция и криолита.

26 28 30 32 34 36 38 52 54 26 28 30 32 34 36 38 52 54

Рис. 5. Изменение фазового состава сырьевых смесей при нагревании

При температуре обжига 1200 °С бездобавочная сырьевая смесь характеризуется наличием большого количества оксида кальция с дифракционными отражениями ё, А = 2,408 и 1,702, что согласуется с количественным определением СаОсв, и содержанием оксида кремния БЮ2, ё, А = 3,344. Кроме этого, на рентгенограмме фиксируется небольшое содержание бели-товой фазы ё, А = 2,780; 2,755; 2,614. Отражение ё, А = 2,780 имеет достаточно большую интенсивность из-за наложения отражений белита и свободного оксида кальция. Т. е. можно сказать, что процесс клинкерообразо-вания находится на начальном этапе.

С добавлением в сырьевую смесь фторида кальция и криолита при температуре обжига 1200 °С снижается интенсивность дифракционных отражений, принадлежащих оксиду кальция ё, А = 2,408 и 1,702. Дифракционные отражения оксида кремния БЮ2 не фиксируются, т. е. к температуре 1200 °С происходит полное усвоение оксида кремния в силикаты кальция. Об этом свидетельствует увеличение интенсивности дифракционных отражений белита 2СаО8Ю2 ё, А = 2,780; 2,755; 2,614. Кроме того, появление жидкой фазы при низкой температуре при введении в сырьевую смесь фтор-содержащих соединений способствует формированию алитовой фазы 3СаО8Ю2. Об этом свидетельствует наличие характеристических дифракционных отражений алита ё, А = 3,042 и 1,769 на рентгенограммах.

На рентгенограмме клинкера, полученного из бездобавочной сырьевой смеси при температуре 1450 °С, фиксируются отражения основных клинкерных минералов: алит 3СаО8Ю2 ё, А = 3,042; 2,780; 2,755; 2,614; 1.769, белит ё, А = 2,975; 2,780; 2,755, трехкальциевый алюминат 3СаОА12О3 ё,А =2,690, четырехкальциевый алюмоферрит 4СаОА12О28Ю2 ё,А =2 ,640. Кроме этого, фиксируется небольшое количество свободного оксида кальция СаО ё,А =2,408, что подтверждается количественным определением оксида кальция в клинкере. Таким образом, в бездобавочной сырьевой смеси не происходит полного усвоения оксида кальция в клинкерные минералы даже при температуре обжига 1450 °С.

На рентгенограммах клинкеров, обожженных из сырьевых смесей с добавлением фторида кальция и криолита при температуре 1400 °С так же, как и для бездобавочной сырьевой смеси, фиксируются отражения основных клинкерных минералов: алит 3СаО8Ю2 ё, А = 3,042; 2,780; 2,755; 2,614; 1,769, белит ё, А = 2,975; 2,780; 2,755. Клинкерные минералы промежуточной фазы выражены не так ярко, как для бездобавочной сырьевой смеси. Это может быть связано с формированием алюминатов и алюмофер-ритов кальция немного другого состава. Дополнительные фазы на рентгенограммах клинкеров не идентифицируются. Следует отметить, что спекание клинкера с вводом фторсодержащих добавок в сырьевую смесь происходит в полной мере, и в клинкере отсутствует свободный оксид кальция в отличие от бездобавочной сырьевой смеси.

Таким образом, эффективность действия криолита NaзAlF6 как минерализатора не уступает эффективности действия «классического» минерализатора фторида кальция CaF2. При этом температура обжига может быть снижена до 1400 °С, что будет способствовать снижению выбросов

Заключение

Применение фторсодержащих минерализаторов способствует снижению температуры обжига клинкера примерно на 50 °С для сырьевой смеси из химических реактивов. Снижение температуры обжига цементной сырьевой смеси на 50 °С обеспечит снижение расхода топлива на обжиг клинкера. Экономия тепла составит 90 кДж/кг клинкера. Снижение расхода топлива на обжиг клинкера будет способствовать снижению выбросов оксидов азота NOx примерно на 15.20 % что будет способствовать улучшению экологической обстановки и условий труда на производстве.

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках реализации Программы развития университета «ПРИОРИТЕТ 2030». Проект № 3/23 «Разработка способа интенсификации процесса синтеза вяжущих материалов на основе использования фторсодержащих соединений».

Список литературы

1. The collaborative pollutants and carbon dioxide emission reduction and cost of ultra-low pollutant emission retrofit in China's cement kiln / W. Yanchao [and others] // Journal of Cleaner Production. 2023. V. 405. P. 136939. https://doi.org/10.1016 / j.jclepro.2023.136939.

2. A thermal and chemical fuel pretreatment process for NOx reduction from cement kiln / W. Huixing [and others] // Fuel Processing Technology. 2020. V. 210 P. 106556. https: //doi.org/ 10.1016/j.fuproc.2020.106556.

3. An efficient and economic denitration technology based on fuel pre-treatment for cement cleaner production / W. Huixing [and others] // Journal of Cleaner Production. 2020. V. 272. P. 122669. https://doi.org/10.1016/jjcle-pro.2020.122669.

4. Potential of preparing cement clinker by adding the fluorine-containing sludge into raw meal / Y. Da^^^, T. He, C. Shi, M. Wang, Y. Feng // Journal of Hazardous Materials. 2021. No. 403 P. 123692. https://doi.org/10.1016/jjhaz-mat.2020.123692.

5. Effects of Pair-Mineralizer on Burnability of Clinker and Formation of Mineral / W. Kwon [and others] // Materials Science Forum. 2009. V. 620-622. P. 209-212. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.620-622.209.

6. Utilizing titanium-containing pickling sludge to prepare raw meal for clinker production / Y. Da^^^, T. He, Ch. Shi, Y. Lin // Construction and Building Materials. 2020. No. 268, P. 121216. https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2020.121216.

7. Natural fluorapatite as a raw material for Portland clinker / B. Sonia [and others] // Cement and Concrete Research. 2018. No. 105. P. 72-80. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.01.006.

8. Efficiency of using a technogenic product of electrolytic aluminum production as a mineralizer in the burning of cement clinker. Digital Technologies in Construction Engineering / A. Novosyolov, Y. Ershova, I. Novoselova, Y. Vasina // Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. No. 173. P. 251-257. https://doi.org/10.1007/978-3-030-81289-8_32.

9. An overview of industrial wastes as fuel and mineralizer in the cement industry / M. Reno [and others] // Latin American applied research. 2014. No. 46. P. 43-50. https ://doi. org/10. 52292/j. laar.2016.326.

10. Эффективность использования техногенного продукта электролитического производства алюминия в качестве минерализатора при обжиге портландцементного клинкера / А.Г. Новоселов, Ю.И. Дреер, И.Н. Новоселова, Ю.А. Васина // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2022. № 5. С. 71-80. https://doi.org/doi.org/10.34031/2071-7318-2022-7-5-71-80.

Новоселов Алексей Геннадьевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Белгород, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,

Дреер Юлия Ивановна, аспирантка, [email protected], Россия, Белгород, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,

Новоселова Инна Николаевна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Белгород, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,

Левина Юлия Андреевна, аспирантка, vasinajulia1511@,gmail.com, Россия, Белгород, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

REDUCTION OF NOx EMISSIONS IN CEMENT PRODUCTION TO ENSURE

OCCUPATIONAL SAFETY

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

A.G. Novosyolov, Yu.I. Dreer, I.N. Novoselova, Yu.A. Levina

The article discusses the possibility of reducing harmful emissions of nitrogen oxides NOx during clinker burning through the use of fluorine-containing additives. These emissions are extremely harmful and significantly worsen the environmental situation at work. NOx emissions can also lead to occupational diseases in employees of manufacturing enterprises. Therefore, their reduction is an extremely important task. Fluorine-containing additives act as min-eralizers and contribute to the earlier formation of clinker minerals, the binding of calcium oxide, and the progress of physical and chemical burning processes. The processes of reduction of free calcium oxide content and the formation of the main clinker minerals are completed at a temperature of1400°C when using fluorine-containing mineralizers. For a non-additive raw material mixture at the maximum burning temperature, free calcium oxide remains in the

clinker. Reducing the clinker burning temperature when using fluorine-containing additives helps to reduce the maximum flame temperature, which leads to a reduction in the formation of nitrogen oxides NOx by approximately 15...20%. Reducing the clinker firing temperature when using fluorine-containing additives helps to reduce the specific heat consumption for clinker burning by approximately 90 kJ/kg of clinker.

Key words: clinker firing, reduction of nox emissions, occupational safety, fluorine-containing additives, mineralizers, reduction of firing temperature.

Novoselov Alexey Gennadievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Belgorod, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Drescher Julia Ivanovna, postgraduate, [email protected], Russia, Belgorod, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Novoselova Inna Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, grebenik_inna@,mail.ru, Russia, Belgorod, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Levina Yulia Andreevna, postgraduate, vasinajulia1511@,gmail.com, Russia, Belgorod, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov

Reference

1. The collaborative pollutants and carbon dioxide emission reduc-tion and cost of ultra-low pollutant emission retrofit in China's cement kiln / W. Yanchao [and others] // Journal of Cleaner Production. 2023. V. 405. P. 136939. https://doi.org/10.1016 / j.jclepro.2023.136939.

2. A thermal and chemical fuel pretreatment process for NOx reduc-tion from cement kiln / W. Huixing [and others] // Fuel Processing Technolo-gy. 2020. V. 210 P. 106556. https://doi.org/10.1016Zj.fuproc.2020.106556.

3. An efficient and economic denitration technology based on fuel pretreatment for cement cleaner production / W. Huixing [and others] // Journal of Cleaner Production. 2020. V. 272. P. 122669. https://doi.org/10.1016/jjclepro.2020.122669.

4. Potential of preparing cement clinker by adding the fluorine-containing sludge into raw meal / Y. Da^^^, T. He, C. Shi, M. Wang, Y. Feng // Journal of Hazardous Materials.

2021. No. 403 P. 123692. https://doi.org/10.1016/jjhazmat.2020.123692.

5. Effects of Pair-Mineralizer on Burnability of Clinker and For-mation of Mineral / W. Kwon [and others] // Materials Science Forum. 2009. V. 620-622. P. 209-212. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.620-622.209.

6. Utilizing titanium-containing pickling sludge to prepare raw meal for clinker production / Y. Da^^^, T. He, Ch. Shi, Y. Lin // Construction and Building Materials. 2020. No. 268, P. 121216. https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2020.121216.

7. Natural fluorapatite as a raw material for Portland clinker / B. Sonia [and others] // Cement and Concrete Research. 2018. No. 105. P. 72-80. https://doi.org/10.1016/jxemcon-res.2018.01.006.

8. Efficiency of using a technogenic product of electrolytic aluminum production as a mineralizer in the burning of cement clinker. Digital Tech-nologies in Construction Engineering / A. Novosyolov, Y. Ershova, I. Novo-selova, Y. Vasina // Lecture Notes in Civil Engineering.

2022. No. 173. P. 251-257. https://doi.org/10.1007/978-3-030-81289-8_32.

9. An overview of industrial wastes as fuel and mineralizer in the ce-ment industry / M. Reno [and others] // Latin American applied research. 2014. No. 46. P. 43-50. https://doi.org/10.52292/i.laar.2016.326.

10. The efficiency of using a technogenic product of the electrolytic production of aluminum as a mineralizer during the firing of Portland cement clinker / A.G. Novoselov, Yu.I. Dreher, I.N. Novoselova, Yu.A. Vasina // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2022. No. 5. pp. 71-80. https://doi.org/doi.org/10.34031/2071-7318-2022-7-5-71-80.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.