صرفه جويي در مصرف انرژي در صنايع سيمان (3)

[Sara12]

3.2.2 کوره پيش گرم کن

همانگونه که در شکل 8 نشان داده شده است فرآيند اشتعال در بخش سيمان ژاپن به سرعت تغيير کرده است. اين تغيير باعث جايگزيني فرآيند تر بوسيله ی فرآيند NSP شده است.و از اين رو، سرعت مصرف انرژي(حرارت) بطور قابل ملاحظه اي بهبود يافته است.شکل 20مثالي خاص از پيش کلسينه کننده(precalciner) مورد استفاده در ژاپن است.
شکل 21، فرآيند پخت کلينکر در سيستم NSP را نشان مي دهد. اين مطلب نيز فهميده مي شود که بيشتر حجم حرارت مورد نياز براي تجزيه Caco3 مصرف مي شود. و بيشتر اين حجم حرارتي نيز بطور مستقيم در بخش پيش کلسينه کننده(Precalciner) مصرف مي شود، در نتيجه بار گرمايي کوره در سيستمNSP عمدتا کاهش مي يابد و فرآيند پيش کلسينه کننده به آساني مي تواند(صرفنظر از حالت کوره) کنترل گردد.

در حقيقت، سيستم NSP براي اين مسأله ابداع شد که اندازه کوره را در فرآيندهاي نيازمند به حجم بالاي توليد، کاهش دهد. از اين رو برخي از سوءتفاهم ها وجود دارد اما از آنجايي که مکانيزم عالي اشاره شد در بالا به طور پيش بيني نشده اي توليد NOX را متوقف مي کند، سيستم NSP بايد براي کوره هاي با ظرفيت کم مورد استفاده قرار گيرد.
عموما سیکلون (بخش مخصوص گرم کردن مواد اوليه) داراي مقاومت بادگيري(resistance ventilation) بزرگي دارد و معمولا افت فشاري در حدود 100-150mmAq در طي عبور جريان در داخل آن اتفاق مي افتد .

يک پيش گرم کن از 4يا 5 سيکلون تشکيل شده است. که اين سیکلون ها مصرف انرژي بالايي دارند و اين يکي از بدي هاي سيستم SP و NSP است.

در تمام فرآيندها، جلوگيري از هدر رفتن هواي جريان يافته، امري مهم است و از اين رو پيش گرم کن نيز يک استثناء محسوب نمي شود. همانگونه که در شکل 22 نشان داده شده است، هنگامي که مدل سازي انجام مي شود، از يکي از بخش هاي پيش گرم کن به عنوان مدل استفاده مي شود که در اين مورد مقدار هدر رفتن انرژي 10 درصد است. اين هدر رفتن 10 درصدي باعث زيان 18 کيلو کالري بر هر کيلوگرم کلينکر مي شود. البته هنگامي که هدر رفتن انرژي حاصل از افزايش مقدار گاز خروجي و يا کاهش خروجي نيز اضافه گردد، مقدار هدر رفتن کلي بيش از اين مقدار مي شود. جلوگيري از هدر رفتن انرژي در اين بخش را بايد در راهکار زير بهبود داد:
1-بهبود امکانات و وسايل
2-آموزش اپراتورها
بازرسي و تميز کاري خروجي ها که در طي عمليات به طور مکرر باز يا بسته مي شوند بايد صورت گيرد.
و همچنين نحوه ي باز و بسته کردن اين دريچه ها بايد اصلاح گردد تا از هدر رفتن انرژي جلوگيري گردد. به علاوه بايد همواره اين تذکر به کارگرها داده شود که پس از اتمام عمليات دريچه ها را محکم ببندند. ترويج يک عادت که کارگران دريچه ها را محکم ببندند يک ضرورت است. البته محکم بسته نشدن را مي توان از روي صدا، خروج گاز به بيرون و ... بدانيم. همچنين اين توصيه مي شود که اتصالات و فلنج ها (Flanges) را براي آسودگي بيشتر جوشکاري کنيم. و در صورتي که در آنها ترکيدگي و يا سوراخ ايجاد شود، آنها را تعويض کنيم. در بسياري از موارد، امکان ايجاد ترک در بخش هاي متحرک کوره و لبه ها بيشتر است که علت اين امر ايجاد تغيير شکل در اين ابزار بوسيله حرارت و خزش اتفاق افتاده است. سوراخ هاي بوجود آمده در اين اجزا به طور مستقيم باعث کاهش خروجي کوره مي گردد. پس از تعميرات، بايد داده هاي بدست آمده، با داده هاي قبلي مقايسه گردد. تا بواسطه آنها در مورد نحوه تاثيرگذاري اين ترک ها بر مصرف انرژي اطلاعات بدست آوريم.

[Sara12]

3.2.3 خنک کننده هاي سريع هوايي

صرفنظر از نوع، سرد کننده ي کلينکر براي بهبود کيفيت کلينکر نصب مي گردد. اين سردکننده با سريع سردکردن کلينکر خواص آن را بهبود داده اما اين جزء علاوه بر اين عمل ، وظيفه بازيافت گرمايي باقيمانده در داخل کلينکر را نيز بر عهده دارد. (کلينکر ها پيش از خنک شدن بوسيله سردکننده ي سريع، به حالت قرمز در آمده اند). هواي گرم شده بوسيله سردکن ها را مي توان براي پيش گرم کردن مواد اوليه استفاده کرد. در اين نقطه نظر، سردکننده ي گريت (grate cooler) برتر از نوع پلانتری (Planetary cooler) یا سرد کننده ی آندر (under cooler) است، که علت آن اين است که در نوع گريت دماي هواي ثانويه قابل کنترل مي باشد.
بر اساس محاسبات انجام شده، گاز خروجي سردکننده داراي حجم گرمايي بين 13 تا16 در صد از کل حجم گرماي مصرفي را دارد. و هنگامي که بازده گرمايي کوره و پيش گرم کن بهبود يابد، مقدار هواي ثانويه ی مورد استفاده براي احتراق کاهش مي يابد. مقدار گاز خروجي از سردکننده افزايش مي يابد. که نتيجه اين کار افزايش اساسي در اتلاف است. به عنوان يک اقدام متقابل، اين لازم است که ضخامت لايه کلينکر بر روي سردکننده گريت افزايش يابد. اين امر موجب بهبود بازده تبادل گرمايي مي گردد.

[Sara12]

3.2.4 آسياب زغال سنگ

براي خشک کردن و آسياب کردن زغال و تزريق آن به کوره، سيستم مناسبي بايد در نظر گرفته شود. انواع مختلف اين سيستم ها عبارتند از:
a.پخت مستقيم (Direct Firing)
b.پخت نيمه مستقيم (Semi- direct Firing)
c.پخت غير مستقيم (Indirect Firing)
از ميان سيستم هاي بالا، سيستم پخت مستقيم در بسياري از جاها استفاده مي شود که علت آن اين است که وسايل آن ساده، قيمت ساختمان وسايل آن کم و عمليات آن ساده است، اما براي اهداف با دقت بالا، کنترل کردن مقدار خوراک کوره و محدود کردن حجم هواي ثانويه ، مينيمم است که در اين حالت سيستم پخت غير مستقيم برتري دارد. اين امکان داردکه سيستم a را با سيستم c عوض کرد اما ضروري است که توجه خاصي به جلوگيري از احتراق خود بخود و انفجار پودر زغال سنگ انجام شود.
3.2.5 آسياب کردن پاياني

عموماً، در ارتباط با کيفيت سيمان بايد اين مسئله را بيان کرد که استحکام اوليه(Inital Strengh) با بهبود درجه نرمي(Fineness) محصولات بالا مي رود اما با اين عمل استحکام بلند مدت (Strengh long- term) بالا نمي رود. بنابراين بايد از آسياب کردن بيش از حد اجتناب کرد. عدد بلين(Blain Value) [ ] و در صد باقيمانده بر روي الک 88 و يا (99) ميکرون به عنوان واحد براي درجه نرمي محصول در نظر گرفته مي شود. عدد بلين به خاطر سهولت در اندازه گيري در سايت عملياتي کارخانه مورد استفاده قرار مي گيرد.
به هر حال، اين واحد ، که زماني مقايسه ها در زمينه ي بهبود صورت مي گيرد، ناکافي مي باشد (يعني در همه مواقع نمي توان از عدد بلين استفاده کرد). عدد بلين بيان کننده رشد در ناحيه ی سطح ويژه ي شيئي آسياب شده است. که اين عدد مقدار انرژي مصرفي در فرآيند آسياب کردن را به ما مي دهد. توزيع اندازه ي ذرات محصولات اساساً متنوع مي باشد که اين تنوع وابسته به نوع آسياب است. محصول توليدي از فرآيند چرخه باز داراي توزيع اندازه ذرات وسيعي نسبت به فرآيند چرخه بسته دارد و زماني که مواد اوليه نيمه پخته به صورت کلينکر در مي آيند، عدد بلين بالايي بدست مي آيد که اين مسأله ي غيرعادي است و علت آن اين است که اين مواد به آساني آسياب مي شوند. به صورت خاص، هنگامي که تعدادي آسياب و سيستم با اندازه هاي مختلف استفاده شوند، براي جلوگيري از ايجاد قضاوت هاي نادرست، اين مطلوب است که عدد بلين را 88MR قرار دهيم.
در فرآيند چرخه بسته، يک بخش جداکننده ي ديناميکي براي جلوگيري از آسياب کردن بيش از حد محصولات و مخلوط اجزاي زبر نصب شده است. بهر حال انواع مختلفي از جداکننده ها ابداع شده است، که در آنها مکانيزمي وجود دارد که بوسيله آن اجزاي با قطر بحراني بوسيله يک جريان هوا از باقيمانده محصولات جدا مي شوند، بنابراين اين جداکننده ها را عموماً به جداکننده ي هوايي(Air Separators) معروفند.
اگر چه فرآيند بسته، نيروي مصرفي بوسيله فن هاي بخش جداکننده نيز به مصرف انرژي افزوده مي شود اما مصرف انرژي در فرآيند چرخه بسته 10-15 درصد کمتر از فرآيند چرخه باز است. از آنجايي که هر جداکننده به نحوه اي ساخته شده است که اجازه ي تغيیر خواص تقسيم بندي را دارد، يک مسئله کليدي براي مصرف کم انرژي در اين سيستم، کنترل مقدار خوراک آسياب است. اين کنترل مقدار خوراک آسياب باعث ايجاد يک سرعت مناسب در آسياب مي گردد و بنابراين محصول توليدي با انرژي کمتري آسياب گشته و به مقدار نرمي مورد نظر ما مي رسد.
بهترين توصيه براي کاهش مصرف انرژي در اين بخش تبديل فرآيند چرخه باز به فرآيند چرخه بسته است.
توضيحات مفصلي در بخش هاي قبلي در مورد افزايش بازده در آسياب هاي مورد استفاده در بخش مواد خام داده شده است. لذا از تکرار آنها پرهيز مي کنيم. در همه ي انواع آسياب گلوله اي، مقدار بچ آسياب يک مسئله ي کليدي است. در اين مورد اين مسئله توصيه مي شود که حالت بهينه ي مقدار بچ آسياب يکبار تعيين گردد. و بر همان مبنا آسياب پر گردد. با تعيين عوامل موثر بر آسياب کاري حالت بهينه شناسايي مي شود. که با مقايسه ي تغيير عوامل مؤثر بر آسياب کاري مي توانيم آگاه شويم که آيا حالت آسياب ما مناست است يا نه؟
نياز به گفتن اين مطلب نيست که بايد بدانيم بار اضافي آسياب موجب مصرف انرژي بيشتر مي شود. افزايش بار آسياب پاياني در صورتي توصيه مي گردد که حجم کلينکر زنیته شده بوسيله کوره بسيار بالا باشد. و يا بخاطر محدوديت زمان استفاده از نيروي برق ما نيازمند آسياب کردن مقدار بيشتری ماده در يک زمان معين باشيم. اين مسئله به قيمت برق مصرفي در زمان هاي مختلف روز و شب و منبع تامين کننده ي انرژي مورد نياز کارخانه وابسته است. در کارخانجاتي که از منبع برق عمومي استفاده مي کنند بهتر است استفاده از آسياب در ساعات اوج مصرف برق نباشد.
در فرآيند آسياب کردن پاياني، آسياب کردن مخلوط کلينکر با سرباره ي کوره بلند موجب افزايش سرعت مصرف برق مي شود. در برخي موارد، همچنين ممکن است سوخت نيز احتياج شود. به هر حال اين افزايش در سرعت مصرف انرژي بسيار کوچکتر از کل انرژي مصرفي مورد نياز براي پخت کلينکر است. البته مسأله ي مورد توجه ديگر کيفيت سيمان توليدي نيز هست که اين مورد با توجه به مخلوط کلينکر و مواد افزودني و همچنين تدابير کاهش مصرف انرژي بايد فرآيندهاي توليد سيمان اصلاح و تعديل گردند.

[Sara12]

4- نتيجه گيري

صنعت سيمان ژاپن به سرعت در حال تغيير بوده و در فرآيند توليد در حال حرکت از حالت تر به خشک است. همچنين با افزايش حجم توليد، سيستمnsp در حال گسترش است. از آنجايي که سهم سوخت در هزينه سيمان توليدي بسيار بالاست، حفاظت از منابع انرژي يک کار ضروري در اين صنعت محسوب مي شود (قيمت توليد سيمان وابسته به فرآيند توليد سيمان است). فرآيند تر به دليل مصرف انرژي قابل ملاحظه اش نمي تواند فرآيند خشک را مغلوب کند. البته بهبود فرآيندها در کارخانجات سيمان نيازمند صرف هزينه هنگفتي است که بايد پيش از هرگونه اقدام به مسائل مالي آن نيز توجه گردد. ضمناً پيش از هر گونه بهبود در فرآيند توليد به موارد اشاره شده در اين مقاله دقت کنيد.