Impact of alternative fuels on the chemistry of clinker and cement

Abstract

In cement production, most carbon dioxide emissions are caused by the burning of clinker. In order to reduce emissions, alternative fuels have been developed for cement production. Examples of alternative fuels used in cement production include recycled oil, industrial waste, and car tires.

This study presents the cement manufacturing process in general and examines the impact of alternative fuels on the chemistry of clinker and cement. The focus of the study was on investigating SRF (Solid Recovered Fuel) as an alternative fuel.

In the experimental part of the study, ash-containing alternative fuels were analyzed using XRF analysis. The study was conducted at the Finnsementti’s Lappeenranta cement factory.

The quality of the clinker was studied with different amounts of fuel, evaluating the best relative proportions based on its quality. The results revealed a dependency between the amount of alternative fuel and the quality of the clinker and cement. However, the difference between alternative and fossil fuel ratios was not considered significant.

While the addition of alternative fuels improved the quality of some clinker parameters, it deteriorated others, such as Lime Saturation Factor. Based on the results, the study made a recommendation regarding the optimal ration for fuels.

Sementintuotannossa suurin osa hiilidioksidipäästöistä aiheutuu klinkkerin polttamisesta. Päästöjen vähentämiseksi sementintuotantoon on kehitetty vaihtoehtoisia polttoaineita, joita ovat esimerkiksi kierrätysöljy, teollisuusjäte ja autonrenkaat.

Tässä työssä kirjallisuusosassa esitellään sementinvalmistusprosessi yleisesti ja kokeellisessa osassa tutkitaan vaihtoehtoisten polttoaineiden vaikutusta klinkkerin ja sementin kemiaan. Työssä keskityttiin tutkimaan SRF-polttoainetta (Solid Recovered Fuel).

Kokeellisessa osassa tuhkapitoisen kierrätyspolttoaineen koostumus mitattiin XRF-analyysillä. Työ on suoritettu Finnsementin Lappeenrannan sementtitehtaalle.

Klinkkerin laatua tutkittiin eri polttoainemäärillä arvioimalla parhaat polttoaineiden keskinäiset suhteet klinkkerin laadun perusteella. Tuloksista huomattiin korrelaatiota vaihtoehtoisten polttoaineiden määrien ja klinkkerin laadun välillä. Vaihtoehtoisten polttoaineiden määrien vaikutusta klinkkerin laatuun ei kuitenkaan arvioitu huomattavaksi.

Vaikka vaihtoehtoisten polttoaineiden määrän lisääminen paransi joidenkin klinkkeriparametrien laatua, se heikensi toisia, esimerkiksi LSF-arvoa (Lime Saturation Factor). Tulosten perusteella tehtiin ehdotus siitä, mikä olisi optimaalinen polttoaineiden keskinäinen suhde.