Все эффекты, описанные в предыдущих статьях, указывают на то, что желательно быстрое охлаждение: алюминатная фаза медленнее реагирует с водой при мелкозернистом и плотном смешивании с ферритом, что облегчает регулирование скорости схватывания, алит фиксируется в кристаллическом состоянии в результате реакций с участием промежуточного материала.

Скорость охлаждения позволяет перераспределять MgO по разным фазам, что придает клинкеру размалываемость.

Быстрое охлаждение клинкера также повышает сульфатостойкость  цемента. Это объясняется тем фактом, что содержание C₃A, которое связано с устойчивостью портландцемента к воздействию сульфатных растворов, в основном присутствует в стеклообразном состоянии при быстром охлаждении; в этой форме C₃A гораздо менее подвержен воздействию сульфата натрия или магния (рис. 3).

На рис. 3 показано расширение двух стержней раствора, изготовленных из одного и того же клинкера, содержащего 11 % C₃A, и хранящихся в 5% растворе сульфата магния. В одном случае – при медленном охлаждении – кристаллы C₃A полностью разрушались, тогда как в другом случае клинкер охлаждался быстро. Кривые показывают определенное преимущество быстрого охлаждения клинкера.

На рис. 4 с помощью двух диаграмм показано сравнение измельчаемости быстро и медленно охлаждаемого клинкера. Клинкер, который медленно охлаждался в рекуператорном холодильнике, показывает более высокую удельную потребляемую мощность для измельчения в кВт/т, чем клинкер, который быстро охлаждался в колосниковом холодильнике клинкера. Более высокая доля жидкой фазы, а также более мелкие кристаллы минералов клинкера делают измельчение этого клинкера более легким, чем измельчение медленно охлаждаемого клинкера.

При медленном охлаждении неустойчивые модификации алита начинают перекристаллизовываться с выделением примесей, вследствие чего они подвергаются расщеплению.  Если клинкер охлаждается слишком медленно в диапазоне от 1250 C до 1100 C, алит начинает распадаться на вторичные кристаллы белита и СаО. Зерна белита при этом располагаются в виде каемок на поверхности кристаллов алита.

Скорость охлаждения влияет на то, как происходят белитовые переходы, причем эффекты различимы микроскопически.

Медленное охлаждение клинкера способствует росту минералов клинкера. Размер кристаллов алита не только влияет на измельчаемость клинкера (для измельчения крупных кристаллов требуется дополнительная энергия), но также влияет на гидратацию и прочность цемента. Кристаллы алита, которые при правильном обжиге и быстром охлаждении остаются небольшими, повышают прочность цемента. Из двух цементов с идентичным химическим составом тот, который содержит кристаллы алита меньшего размера (15 микрон), оказался прочнее. Его 28-дневная прочность на сжатие составила 391 кг / см², тогда как испытание на прочность при сжатии цемента с кристаллами диаметром 40 микрон составило всего 293 кг / см².

Составы алюминатной и ферритовой фаз при охлаждении могут заметно отличаются от расчетных составов C₃A и C₄AF соответственно в зависимости от скорости охлаждения и присутствия второстепенных оксидов.

 Несколько более медленное охлаждение, от 1300 до 700 C за несколько секунд, дает орторомбическую кристаллизацию C₃A, слабокристаллическую, богатую железом форму этой фазы. Еще более медленное охлаждение (1300-1100 C за 6 минут) дало обычно кристаллическую алюминатную и ферритную фазы.

Орторомбическая модификация C₃A известна как призматический, темный промежуточный материал, и иногда является псевдотетрагональной. Эта модификация может возникнуть только при наличии достаточного количества щелочных оксидов, но его образованию, по-видимому, способствует также быстрое охлаждение и исходное содержание оксида алюминия в материале, потенциально способные давать относительно высокую долю алюмината.

Кубический алюминат C₃A в клинкере часто мелкозернистый и тесно смешан с дендритными кристаллами феррита: когда он образует более крупные кристаллы, они, как правило, равноразмерны. Эти две модификации имеют разную скорость растворения в воде, т.о. разную химическую гидравлическую активность.

Поведение MgO при образовании клинкера заметно зависит от скорости охлаждения. Если клинкер обжигается при высокой температуре (> 1500 C), относительно высокое содержание MgO может попасть в жидкую фазу, и при быстром охлаждении большая его часть остается в кристаллической решетке алюминатной и ферритовой фазах, и только небольшое количество периклаза отделяется в виде мелких кристаллов. При медленном  охлаждении от высоких температур только около 1,5% MgO (относящегося к клинкеру) переходит в твердый раствор, избыток которого образует крупные кристаллы периклаза. При температурах ниже 1450  C MgO сложнее переходит в раствор, и могут сохраняться скопления кристаллов периклаза.

Прочность твердеющего портландцемента зависит от размера кристаллов периклаза. Гидратация более крупных кристаллов периклаза, которая связана с одновременным увеличением объема, происходит медленнее, чем гидратация минералов, образующих клинкер и это ухудшает прочность твердеющего цемента. Максимальный размер кристаллов периклаза, которые практически не повреждают цемент, составляет около 5-8 микрон. Медленное охлаждение клинкера может привести к образованию кристаллов периклаза размером около 60 микрон. Было обнаружено, что 4% кристаллов периклаза в цементе размером до 5 микрон демонстрируют ту же скорость расширения в тесте с автоклавированием, что и 1% кристаллов периклаза размером 30-60 микрон.

Алит и белит, составляющие более 75 мас.% клинкера, в процессе охлаждения могут претерпевать изменения. Далее при охлаждении он может подвергаться  перекристаллизации и разложению (последнее с образованием белита).

Кристаллы алита и белита распределяются в плотной матрице из мелкокристаллического срастания алюмината и феррита, которое образовалось на самой ранней стадии охлаждения выше 1300 C.

В процессе обжига образуется клинкерная жидкость, количество которой может достигать до 30%. Кристаллы алита быстро зарождаются и растут в расплаве через растворение. Белит может образовываться как на стадии процесса обжига, так и на стадии охлаждения. 

Клинкерная жидкость  может вести себя любым из трех способов во время охлаждения, с промежуточными возможностями.

В первом случае постоянно поддерживается равновесие между жидкой и ранее существовавшими твердыми фазами (алит и белит). Это подразумевает возможность переноса материала между этими твердыми частицами и жидкостью в любом направлении до момента, пока жидкость остается. Эта ситуация будет называться "равновесной кристаллизацией".

Во втором случае жидкость не кристаллизуется, а образует стеклофазу.

В третьем случае жидкость кристаллизуется независимо, т.е. без  взаимодействия с уже присутствующими твердыми фазами. Промежуточные режимы включают, например, равновесную кристаллизацию до определенной температуры и независимую кристаллизацию ниже нее.

Быстрое охлаждение клинкера позволяет получать кристаллы алита и белита достаточно однородного строения. Промежуточная фаза при этом выделяется или в виде мелких кристаллов, или затвердевает в виде стекла.

Хлор, содержащийся в цементном сырье, испаряется в высокотемпературной секции в печи и конденсируется в нижней части подогревателя, где температура сравнительно низкая. Эта операция повторяется для конденсации примерно 200 раз. В результате реакции с сырьем, хлор или сера образуют различные соединения с низкой температурой плавления и образует накипь (покрытие) на внутренней стенке подогревателя, вызывая такие технологические проблемы, как увеличение сопротивления вентиляции и засорение циклона.

Необходимы были решительные меры, чтобы предотвратить возникновение этих проблем, вызывающих большие энергетические потери.

Причина отложения окалины в подогревателе соответствует температуре плавления компаунда и распределением температуры в подогревателе. Отложения в восходящем канале в основном обусловлены сульфидом, а в циклоне - хлоридом. Их чрезмерное сопротивление вызывает серьезную проблему синергетического характера.

Хлорный байпас - это технология эффективного извлечения хлора из нижней части подогревателя, где происходит конденсация хлора. подогревателя, где хлор конденсируется в наибольшей степени. Сырьевые материалы частично извлекаются или газ отводится для извлечения мелкой пыли. Регенерация хлора уменьшает конденсацию в сырье и решает или смягчает образование накипи связанное с конденсацией хлора.

Системы  байпаса печных газов традиционно использовались в регионах, где местные сырьевые материалы отличаются большим содержанием хлорида, серы или щелочей.

Растущая практика использования альтернативных видов топлива и других материалов приводит к увеличению попадания хлорида в системы печи в таком объеме, что может появиться необходимость в установке байпаса для поддержания стабильности производственного процесса и обеспечения высокого качества продукции.

Сегодня в большинстве проектов, использующих альтернативные виды топлива и материалы, предусматривается пространство для будущей установки небольшой системы байпаса хлорида (менее 10%).

Очевидно, что байпасные системы увеличивают потребление энергии и материальные потери. При 30% байпасе расход топлива увеличивается на 15%, а материальные потери - на 7,5%.

Причина отложения окалины в подогревателе соответствует температуре плавления компаунда и распределением температуры в подогревателе. Отложения в восходящем канале в основном обусловлены сульфидом, а в циклоне - хлоридом. Их чрезмерное сопротивление вызывает серьезную проблему синергетического характера.

Хлорный байпас - это технология эффективного извлечения хлора из нижней части подогревателя, где происходит конденсация хлора в наибольшей степени. Сырьевые материалы частично извлекаются или газ отводится для извлечения мелкой пыли. Регенерация хлора уменьшает конденсацию в сырье и решает или смягчает образование накипи связанное с конденсацией хлора.

Системы  байпаса печных газов традиционно использовались в регионах, где местные сырьевые материалы отличаются большим содержанием хлорида, серы или щелочей.

Растущая практика использования альтернативных видов топлива и других материалов приводит к увеличению попадания хлорида в системы печи в таком объеме, что может появиться необходимость в установке байпаса для поддержания стабильности производственного процесса и обеспечения высокого качества продукции.

Сегодня в большинстве проектов, использующих альтернативные виды топлива и материалы, предусматривается пространство для будущей установки небольшой системы байпаса хлорида (менее 10%).

Очевидно, что байпасные системы увеличивают потребление энергии и материальные потери. При 30% байпасе расход топлива увеличивается примерно на 15%, а материальные потери - на 7,5%.

В печных системах подогревателя-прекальцинатора летучие вещества практически не имеют путей выхода, и, следовательно, циркулирующие летучие вещества могут либо привести к закупорке циклона из-за образования низкоплавких фаз или чрезмерное улавливание в клинкере. Эта ситуация частично преодолевается путем отвода части выходящих из печи газов через обводной канал.

Если концентрация летучих веществ в системе печи становятся слишком высокой, необходима установка байпаса печного газа для извлечения части летучих компонентов из системы печи.

Летучие компоненты в печном сырье, особенно сульфаты, щелочи, и хлориды, проходят через циклы конденсации-волатилизации в печных системах подогревателя-прекальцинатора.

Летучесть системы состоит из двух компонента: первичная летучесть (E1) и вторичная или контурная летучесть (E2).

Первичная летучесть - это потери при испарении K₂O, Na₂O, SO₃, и Cl- (и других, если они присутствуют), когда печное сырье проходит через зону горения печи в первый раз.

Вторичная или контурная летучесть - это потери при испарении этих оксидов/радикалов после того, как испарившиеся фазы подверглись реакции конденсации в циклонах подогревателя и повторили свой путь через печь.

Зона обжига печи очень горячая (обычно около 1400  C). Некоторые незначительные соединения и их эвтектика кипят или улетучиваются ниже температуры зоны горения. Они переносятся в потоке газа к концу подачи, где они часто конденсируются, создавая проблемы с налипанием материала. Они также конденсируются на частицах сырья и уносятся обратно в зону обжига, где снова улетучиваются. Это приводит к “летучему циклу”, который может сделать печь очень нестабильной и сложной в эксплуатации. Хлор, сера и щелочи - это элементы, которые обычно способствуют возникновению этой проблемы. Основная часть летучих соединений может быть удалена вместе с клинкером при соблюдении правильных условий эксплуатации печи. Однако хлориды (наиболее летучие) и большие количества сульфатов должны быть удалены и утилизированы с использованием либо системы отвода газа (для циклонных печей с предварительным нагревом), либо для удаления пыли в мешках/осадителях (для длинных печей). Содержание хлорида в сырьевом сырье выше 0,015- 0,02% обычно приводит к необходимости удаления пыли.

Первичная летучесть химических компонентов обычно определяется с помощью специально разработанных лабораторных установок, но летучесть контура трудно оценить, так как она измеряется на основе анализа образцов цепи, собранных надлежащим образом за период исследования.

Из приведенных выше данных следует, что летучесть щелочей в контуре и сульфатов существенно возрастает по сравнению с их первоначальной первичной летучестью, что не так для хлоридов. В этом контексте важно отметить что фактическая летучесть в печной системе будет также зависеть от потери летучих веществ из системы и их количества, переходящего в клинкер.

Современная байпасная система состоит из воздушной камеры гашения, запорного клапана, камеры водяного гашения и пылеуловителя. Воздушная камера гашения используется для смешивания окружающего воздуха с печными газами для быстрого охлаждения.

 Эффект заключается в том, чтобы вызвать быстрый переход из парообразного состояния в твердое и предотвратить образование жидкости. Камера водяного тушения используется для охлаждения газов до более низких температур для сбора пыли.

Хлор, содержащийся в цементном сырье, испаряется в высокотемпературной секции в печи и конденсируется в нижней части подогревателя, где температура сравнительно низкая. Эта операция повторяется для конденсации примерно 200 раз. В результате реакции с сырьем, хлор или сера образуют различные соединения с низкой температурой плавления и образует накипь (покрытие) на внутренней стенке подогревателя, вызывая такие технологические проблемы, как увеличение сопротивления вентиляции и засорение циклона.

В таблицах ниже представлены составы RDF, полученного из ТКО среднего состава по России и г. Москва. Теплота сгорания RDF , полученного из ТКО по г. Москва Qн^р = 12,719 МДж/кг.

Теплота сгорания (калорийность топлива) в большей степени зависит от содержания в отходах горючих фракций. Средние значения теплоты сгорания топлива RDF лежат в преде­лах от 12 до 18 МДж/кг.

Доля летучих веществ и фиксированного углерода важна для характеристик горения. Наиболее важные различия между альтернативными видами топлива и ископаемым топливом перечислены ниже, поскольку эти различия могут оказать значительное влияние на сжигание и производство цемента:

• Альтернативные виды топлива могут иметь значительно более высокое содержание летучих веществ по сравнению с твердым ископаемым топливом. В целом, альтернативные виды топлива содержат меньше серы, фиксированного углерода и связанного с топливом азота и имеют более высокое содержание кислорода и водорода, чем ископаемое топливо;
• Содержание золы в альтернативных видах топлива обычно выше, чем в ископаемом топливе. Зола может содержать некоторые новые элементы, которые могут повлиять на химический состав цементных материалов и повлиять на работу системы. Кроме того, альтернативные виды топлива могут содержать различные количества летучих элементов, таких как S, Cl, Na, K и Hg;
• Альтернативные виды топлива часто имеют высокое содержание влаги, что может увеличить необходимое время горения. Кроме того, некоторое количество энергии расходуется на нагрев и испарение воды, а объем дымовых газов увеличивается. Это может привести к снижению производственных мощностей и негативно сказаться на эффективности процесса;
• Теплотворная способность некоторых альтернативных видов топлива может быть значительно ниже, чем у обычного ископаемого топлива, из-за содержания золы и влаги, а также химического состава. Это означает, что для обеспечения той же тепловой мощности необходимы более высокие массовые расходы топлива. Увеличение объема (если плотность топлива низкая) вместе с увеличенным массовым расходом это может вызвать проблемы с обработкой и подачей.

Альтернативные виды топлива могут иметь иную кинетику удаления летучих веществ и окисления обугливания, чем обычные виды топлива, из-за различного химического состава и структуры. Это может повлиять на время сгорания топлива и выбросы NOx.

Более того, состав альтернативных видов топлива редко бывает постоянным, что будет отражаться в неоднородных физических и химических свойствах. Эти изменения могут повлиять на выбросы, стабильность процесса и качество клинкера.

Еще одним важным отличием по отношению к ископаемому топливу является то, что в печь можно добавлять альтернативные виды топлива система в виде крупных частиц в диапазоне миллиметров и сантиметров, в то время как ископаемое топливо обычно вводится с остатком частиц на сите 2-20 % на сите 90 мкм .

Длительная практика сжигания альтернативного топлива в странах ЕС показала, что использование альтернативных видов топлива не приводит к увеличению общих выбросов загрязняющих веществ по сравнению с ископаемым топливом. Однако использование альтернативных видов топлива может оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на выбросы газовых загрязняющих веществ. Цементные заводы, расположенные в Европейском Союзе и использующие альтернативные виды топлива, подпадают под действие Директивы 2010/75/ЕС о промышленных выбросах (Directive 2010/75/EU).

Важными выбросами являются SO₂, NOx, HCl, HF, Hg, Tl, диоксины и фураны, общий органический углерод и CO. Дополнительную информацию о законодательстве в области выбросов и пределе выбросов каждого соединения можно найти в вышеупомянутой Европейской директиве, за исключением предела выбросов CO, который устанавливается местными властями.

Большое внимание при производс­тве и применении RDF стоит уделять экологическому фактору. Должен проводиться серьезный анализ ком­понентов, входящих в состав топлива и продуктов его горения. В процессе сепарации должна исключаться воз­можность попадания вредных ве­ществ в топливо. Обязательно осу­ществление периодического контро­ля количества выбросов в атмосферу: оно должно соответствовать приня­тым законодательством экологичес­ким нормам.