Combustibles dérivés refusés et combustibles de remplacement pour réduire l'utilisation de combustibles fossiles dans la production de ciment

Le rôle des combustibles dérivés refusés dans les fours à ciment modernes

Les combustibles dérivés refusés (RDF) et d'autres combustibles alternatifs tels que les pneus usés, les résidus plastiques, la biomasse et les fractions de déchets traités sont de plus en plus utilisés pour remplacer les combustibles fossiles dans les fours rotatifs à ciment. En remplaçant le charbon, le pétrole ou le gaz naturel, les combustibles dérivés refusés contribuent à réduire les émissions de gaz à effet de serre tout en permettant la récupération de l'énergie et, dans certains cas, des constituants minéraux précieux des flux de déchets. Pour assurer un fonctionnement stable du four et une qualité constante du clinker, ces combustibles secondaires doivent répondre à des spécifications de qualité clairement définies. Cela rend essentiels des tests de laboratoire fiables, une préparation standardisée des échantillons et des flux de travail analytiques reproductibles.

Échantillonnage représentatif et homogénéisation des carburants de remplacement

Les carburants dérivés refusés et les autres carburants alternatifs sont souvent volumineux, hétérogènes et difficiles à manipuler. Pour obtenir des résultats analytiques significatifs, les sous-échantillons de laboratoire doivent être représentatifs du lot original. Les meilleures pratiques comprennent:

Prélever des incréments à partir de plusieurs points du matériau en vrac
Traitement d'une masse d'échantillon initial suffisamment importante
Mélange et fractionnement approfondis, par exemple à l'aide d'un séparateur rotatif tel que le PT 200, pour minimiser les effets de ségrégation
Pour les paramètres critiques, les analyses en double ou en triple améliorent considérablement la confiance dans les résultats et aident à évaluer la variabilité des matériaux.

Diviseur tubulaire rotatif PT 200

Flux de travail échelonné de préparation des échantillons pour les combustibles dérivés refusés

Un flux de travail de préparation typique pour les combustibles dérivés refusés commence par une réduction de taille grossière dans un broyeur de coupe (par exemple SM 300) pour produire une fraction coulable. Après mélange et fractionnement, le sous-échantillon analytique est fraisé à la finesse requise à l'aide d'un broyeur à rotor tel que l'Ultra Centrifugal Mill ZM 300. Lorsque le broyage par impact est avantageux, un laminoir à batteur croisé (par exemple SK 300) peut être utilisé à la place.

Les qualités de combustible livrées peuvent inclure le RDF/SRF, le moelleux ou l'EBS, les déchets de bois, les boues d'épuration, les rejets de papier et les résidus agricoles. Les principales sources de variabilité comprennent le pouvoir calorifique, la teneur en cendres, le chlore, le soufre et les oligo-éléments. Une préparation efficace doit donc garantir à la fois une granulométrie définie et une homogénéisation complète entre les plastiques, les textiles, le papier, le caoutchouc et les fractions minérales. Pour les lots très variables, il est souvent préférable de broyer d'abord à une finesse intermédiaire (par exemple 1–2 mm), puis de mélanger à nouveau et de fendre à nouveau avant de terminer l'étape finale de fraisage.

Broyeurs à couteaux Broyeur Ultra Centrifuge ZM 300

Finesse cible et exigences analytiques pour les combustibles dérivés refusés

La finesse cible des combustibles dérivés refusés devrait toujours être alignée sur la méthode analytique:

La détermination du pouvoir calorifique ne nécessite souvent qu'une finesse modérée
Les analyses de cendres, de lettres d'intention et d'éléments bénéficient d'une granulométrie uniforme et d'un découpage minutieux
L'analyse XRF sur pastilles pressées nécessite généralement un broyage plus fin pour minimiser les effets granulométriques et améliorer la comparabilité

Comme les carburants de remplacement introduisent également des composants minéraux dans le système du four, les résultats analytiques sont directement pertinents pour la stabilité du procédé. Le chlore peut favoriser les accumulations et les cycles internes, tandis que le soufre et les alcalis influencent la chimie du clinker et le contrôle des émissions. Les paramètres de préparation documentés et normalisés - y compris les schémas de fractionnement, la sélection des broyeurs et des tamis, la vitesse du rotor et le fonctionnement des cyclones - sont essentiels pour des données reproductibles. La conservation de sous-échantillons de référence et l'exécution régulière de duplicatas favorisent le contrôle de la qualité à long terme et la qualification fiable du carburant dérivé refusé.

Considérations relatives à la préparation des matériaux

Résidus plastiques et carburants dérivés des pneumatiques

Les carburants dérivés refusés riches en plastique, filmogènes ou dérivés de pneus nécessitent un contrôle minutieux de la température pendant le broyage. Le fonctionnement en cyclone favorise le refroidissement et le déchargement rapide, tandis que la fragilisation de la glace carbonique peut empêcher le maculage et permettre une réduction efficace de la taille. La combinaison de broyeurs de coupe pour le prébroyage et du broyeur ultracentrifuge ZM 300 pour le broyage final est une approche éprouvée pour homogénéiser ces matériaux. Selon les propriétés de l'échantillon (comme des blocs de plastique plus gros et plus compacts), l'utilisation du rotor à 6 disques dans l'étape de prédécoupe au lieu du rotor à section parallèle standard pourrait être bénéfique.

Combustibles secondaires

40 mm, 50 g

SM 50

3 min | 2 mm

100 mm, 600 g

SM 300

15 min | 6 mm

6 mm, 100 g

Pré-broyage SM 300
broyage fin ZM 300

45 s | 0,75 mm

15 mm, 300 g

Pré-broyage SM 300
broyage fin ZM 300

15 min | 0,3 µm

Biomasse et résidus de bois

Les combustibles alternatifs à base de biomasse tels que les copeaux de bois, l'écorce ou le bois de démolition peuvent être efficacement homogénéisés lorsque l'échantillon est représentatif et prétrié. Les contaminants métalliques (p. ex. clous, vis, agrafes) doivent être éliminés avant la comminution afin de protéger les outils de coupe et d'éviter tout biais analytique. Les broyeurs de coupe sont généralement utilisés pour la réduction de la taille grossière, suivie d'une homogénéisation et d'un fraisage supplémentaires dans le ZM 300 à l'aide d'un tamis approprié. En ce qui concerne les échantillons en plastique, selon les propriétés de l'échantillon (comme les brindilles plus grosses ou les blocs en bois plus compacts), l'utilisation du rotor à 6 disques plus robuste dans l'étape de prédécoupe au lieu du rotor à section parallèle standard pourrait être bénéfique. Une alimentation régulière et un fonctionnement cyclonique facultatif dans les deux cas, étape de prébroyage et de broyage fin, aident à assurer un traitement stable et reproductible.

Broyeurs à couteaux Broyeur Ultra Centrifuge ZM 300

Diviseur tubulaire rotatif PT 200

Papier usagé et papier rejeté

Les rejets de papier et de papier usagés montrent souvent une forte variabilité des charges, des revêtements et de la teneur en humidité, ce qui rend une homogénéisation complète essentielle. Les broyeurs de coupe sont bien adaptés pour l'étape initiale de déchiquetage. L'utilisation d'un rotor en V et le préfrissage du matériau en portions plus petites améliorent l'efficacité de la coupe. Après mélange et fractionnement, la partie analytique peut être fraisée dans le ZM 300 pour répondre aux exigences en matière de cendres, d'analyse élémentaire ou de XRF.

Boues d'épuration comme combustible dérivé refusé

Les boues d'épuration étant généralement humides et sujettes à l'agglomération, une étape de séchage définie (par exemple en utilisant le TG 200) est nécessaire avant qu'une homogénéisation reproductible soit possible. Après séchage, le matériau peut être pré-comprimé dans un broyeur à mâchoires ou un broyeur à mâchoires, puis homogénéisé de façon à minimiser les effets de concentration locale des minéraux et oligo-éléments cendriers. Pour un broyage fin et une homogénéité maximale, des broyeurs à billes planétaires tels que le PM 400 sont recommandés. Les paramètres de broyage devraient atteindre la finesse requise tout en limitant l'accumulation excessive de chaleur. Un protocole standardisé de séchage et de broyage garantit des résultats analytiques comparables de ce combustible dérivé refusé dans le temps.

Broyeurs à billes

Résidus de bois
125 mm, 800 g

Pré-broyage SM 300
broyage fin ZM 300

5 min | 0,3 mm

Biomasse
100 mm, 125 g

SM 300

2 min | 0,4 mm

Papier
50 mm, 7 g

SM 300

30 s | 0,6 mm

Boues d'épuration séchées
30 mm, 40 g

PM 400

10 min | 0,2 mm

Les combustibles dérivés refusés comme alternative fiable à l'énergie fossile

Lorsqu'ils sont correctement échantillonnés, préparés et analysés, les combustibles dérivés refusés et d'autres combustibles alternatifs offrent une voie fiable et durable pour réduire la consommation de combustibles fossiles dans la fabrication du ciment. Des flux de travail normalisés en laboratoire, des stratégies d'homogénéisation robustes et des techniques de préparation spécifiques aux matériaux sont les fondements d'une performance constante du four, de la conformité réglementaire et de l'optimisation des processus à long terme.

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FAQ

Quels sont les combustibles dérivés refusés (RDF) et pourquoi sont-ils utilisés dans les fours à ciment?

Les combustibles dérivés refusés (FDR) sont des fractions de déchets transformés qui peuvent être utilisées comme combustibles de remplacement dans les fours rotatifs à ciment. Ils aident à remplacer les combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole ou le gaz naturel tout en récupérant l'énergie des flux de déchets. Lorsque les spécifications et les tests de qualité sont en place, RDF peut soutenir une réduction des émissions de gaz à effet de serre et une production stable de clinker.

Comment garantissez-vous un échantillonnage et une homogénéisation représentatifs des carburants dérivés refusés?

Étant donné que les carburants dérivés refusés sont souvent volumineux et hétérogènes (plastiques, textiles, papier, caoutchouc et fractions minérales), les sous-échantillons de laboratoire doivent être représentatifs pour éviter les résultats biaisés. La meilleure pratique consiste à prélever des incréments à partir de plusieurs points, à traiter une masse initiale suffisamment grande et à utiliser un mélange et un fractionnement approfondis (p. ex. avec un diviseur rotatif). Pour les paramètres critiques, les analyses en double ou en triple peuvent améliorer la confiance et aider à quantifier la variabilité.

Quelle est la granulométrie (finesse) nécessaire pour l'analyse RDF, et pourquoi est-ce important?

La finesse cible pour les combustibles dérivés refusés devrait correspondre à la méthode d'analyse et au paramètre d'intérêt. Les tests de pouvoir calorifique peuvent ne nécessiter qu'une finesse modérée, tandis que les analyses de cendres, de lettres d'intention et d'éléments bénéficient d'une granulométrie constante et d'un découpage minutieux. Pour les XRF sur pastilles pressées, un broyage plus fin est généralement nécessaire pour réduire les effets granulométriques et améliorer la comparabilité