مروری بر فناوریهای مدرن بهسازی کارایی انرژی در صنعت سیمان

[XMEHRDADX 7514]

چکیده:

 

تولید سیمان یک فرآیند بشدت انرژی‌بر است. صنعت سیمان در شرایط فعلی به‌ علت افزایش رقابت، افزایش هزینه‌های تولید و پایین آمدن سود حاصل از فروش تحت فشار قرار دارد. صنعت سیمان تقریبا 15ـ 12 درصد کل مصرف انرژی بخش صنعت را به خود اختصاص می‌دهد، از این رو، در این بخش صنعتی ضروری است که فناوری‌هایی با کارآیی انرژی بالاتر ایجاد شوند. بنابر این بررسی مصرف انرژی برای شناسایی اتلاف‌های انرژی لازم است، به‌طوری که اقدامات ضروری برای کاهش مصرف انرژی در این بخش صنعتی بتواند پیاده‌سازی شود. این امر می‌تواند با به‌کارگیری تکنیک‌های فرآیندی مدرن در تولید سیمان محقق شود. در این مقاله تکنیک‌های فرآیندی مدرن در بخش‌های مختلف تولید سیمان و مزایای مورد انتظار آنها بررسی می‌شود.

 

 

مقدمه:

 

انرژی یک نیاز ضروری برای تقریبا تمام بخش‌های تولیدی و صنعتی و یکی از مهم‌ترین نیازها در فرآیند رشد اقتصادی و توسعه صنعتی است. نیاز به منابع گوناگون انرژی در صنایع مختلف به پیشرفت فناوری، گستره فعالیت‌های اقتصادی و چندین عامل دیگر بستگی دارد. انتظار می‌رود که مصرف انرژی صنعتی در سطح جهانی 4/1 درصد در هر سال افزایش یابد. صنایع به‌طور مداوم در جستجوی فرآیندها و فناوری‌هایی هستند که بتوانند در کاهش مصرف انرژی موثر باشند. سیمان صنعت بشدت مصرف‌کننده انرژی می‌باشد. مصرف بالای انرژی، این بخش را در یک وضعیت مهم از نقطه نظر اقتصادی قرار می‌دهد. بدون شک انرژی یکی از ابزارهای اصلی برای ارزیابی عملکرد گرمایی هر کارخانه سیمان است. به لحاظ تئوری، تولید یک تن کلینکر نیازمند حداقل 6/1 GJ گرما است، اگرچه در حقیقت، متوسط مصرف انرژی ویژه (SEC2) حدود 95/2 GJ به ازای هرتن سیمان تولیدی در کارخانه‌های پیشرفته می‌باشد، ولی در کارخانه‌های قدیمی این رقم به میزان قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد. بیشتر انرژی گرمایی در فرآیند پخت به منظور تولید کلینکر و بیشترین مصرف انرژی الکتریکی در آسیاب کردن کلینکر است. ون اوس و پادوانی گزارش کرده‌اند که فرآیندهای پخت معمولا نیازمند تقریبا 3/6 – 2/3 GJ انرژی به ازای هرتن کلینکر تولیدی هستند. در صنعت سیمان مصرف انرژی گرمایی حدود 80 درصد انرژی اولیه است، 20 درصد باقیمانده به شکل انرژی الکتریکی است. در کشورهای دارای اقتصاد آزاد انرژی حدودا 40 درصد کل هزینه تولید سیمان را به خود اختصاص می‌دهد. کارخانه‌های سیمان مدرن به 9/2 GJ انرژی به ازای هرتن سیمان تولیدی نیازمندند. در کارخانه‌هایی با فناوری قدیمی مصرف انرژی می‌تواند از 5/5 GJ به ازای هرتن سیمان تولیدی فراتر رود. طبق گزارش‌ها مصرف انرژی بخش صنعتی، از 30 درصد تا 70 درصد کل انرژی مصرف شده در برخی کشورها متغیر است. از آنجایی که مقدار قابل ملاحظه‌ای از انرژی در تولید سیمان مصرف می‌شود،‌ بنابراین باید روی کاهش مصرف انرژی تمرکز شود. مصرف انرژی الکتریکی یک کارخانه سیمان نسبتا مدرن حدود kWh 110 به ازای هرتن سیمان است. در واقعیت، پتانسیل صرفه جویی در مصرف انرژی و هزینه در هر فناوری ممکن است متغیر باشد و به شرایط مختلفی مانند کیفیت مواد خام (مثلا محتوای رطوبت مواد خام و سختی سنگ آهک)، تولیدکننده فناوری، ظرفیت تولید، اندازه کوره، نرمی محصول نهایی و محصولات جانبی، و غیره بستگی دارد. این مقاله ضمن معرفی فرآیندهای مدرن بهسازی کارآیی انرژی در صنعت سیمان به بررسی کاهش مصرف انرژی حاصل از پیاده‌سازی تعدادی از این فناوری‌ها و اقدامات انجام شده در صنعت سیمان می‌پردازد.

 

 

فرآیند تولید سیمان:

 

فرآیند تولید سیمان می‌تواند به سه مرحله اصلی تقسیم شود آماده‌سازی مواد خام، ‌فرآیند گرمایشی برای تولید کلینکر، آمیختن و آسیاب کردن کلینکر با مواد دیگر برای تولید سیمان. مواد خام به دست آمده از معدن تحت خردایش قرار می‌گیرند، آسیاب می‌شوند و به‌صورت دوغاب در فرآیند تر و پودر در فرآیند خشک درمی‌آیند. سپس این مخلوط قبل از این‌که به کوره تزریق شود وارد یک کلساینر و پیش گرمکن می‌شود. دمای کوره به بیش از 1450 درجه سانتیگراد می‌رسد. دانه‌های کلینکر تولید شده به همراه هرگونه افزودنی تا رسیدن به نرمی مطلوب آسیاب می‌شوند. فرآیند گرمایشی 99 درصد انرژی سوخت را مصرف می‌کند در حالی‌که الکتریسیته عمدتا برای راه‌اندازی تجهیزات خردایش،‌ همگن‌سازی و آسیاب مواد خام (حدود 30 درصد) و کلینکر (حدود 38 درصد) استفاده می‌شود. فرآیند گرمایشی نیازمند حدود 20 درصد دیگر الکتریسیته است، از این رو این مرحله انرژی برترین مرحله فرآیند تولید است. فرآیند خشک در مقایسه با فرآیند تر، مدرن‌تر و کارآیی انرژی بهتر دارد. مصرف انرژی ویژه (SEC) در تولید سیمان از یک فناوری تا فناوری دیگر تغییر می‌کند. فرآیند خشک نسبت به فرآیند تر انرژی الکتریکی بیشتری مصرف می‌کند، اما مصرف انرژی گرمایی خیلی کمتری دارد. انرژی الکتریکی برای راه‌اندازی تجهیزاتی مانند موتورهای کوره، دمنده‌های هوای احتراق و پمپهای تامین سوخت و غیره (حدود 20 درصد) مورد نیاز است. آسیاب کردن (آسیاب کردن کلینکر و مواد خام) سهم عمده‌ای (60 درصد) از کل مصرف انرژی را در فرآیند تولید سیمان دارد. این بخش می‌تواند مورد هدف واقع شده تا مصرف انرژی با بکار گیری فناوری‌های موثر در بهسازی کارآیی انرژی کاهش یابد. در مطالعه دیگری مشخص شده است که آسیاب سیمان، آسیاب موادخام، خردکننده‌ها و سامانه پخت به ترتیب تقریبا 40 درصد ، 20 درصد، 15 درصد و 25 درصد کل انرژی را مصرف می‌کنند.

 

جدول (1) مصرف انرژی گرمایی ویژه برای فرآیندهای مختلف تولید کلینکر را نشان می‌دهد. جدول (2) هم مصرف انرژی الکتریکی ویژه برای فرآیندهای تر و خشک را نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود که فرآیند خشک در مقایسه با فرآیند تر دارای کارآیی انرژی بهتری می‌باشد. در یک فرآیند تر، انرژی اضافی برای حذف رطوبت موجود در دوغاب لازم است. صنایع سیمان موجود در جهان به سمت فرآیند تولید خشک حرکت می‌کنند، زیرا این فرآیند مصرف انرژی کمتری نسبت به یک فرآیند تر دارد. فرآیند خشک نسبت به فرآیند تر حدود 13 درصد انرژی الکتریکی کمتر و حدود 28 درصد سوخت کمتری مصرف می‌کند.

 

بهینه‌سازی و ممیزی انرژی کارخانه به طور منظم به منظور کاهش مصرف انرژی ویژه و بهینه‌سازی خروجی انجام می‌شوند. توسعه‌های اخیر در تکنیک‌های نگهداشت انرژی برای واحد فرآیند گرمایشی، به ظهور فناوری‌های زیر منجر شده است:

 

ـ نصب پیش گرمکن چند مرحله‌ای با سیکلون‌های افت فشار پایین با بازده بالا

ـ مشغل‌های اولیه با هوای کمتر

ـ درزگیرهای پیشرفته کوره با نشتی و هزینه تعمیر کمتر

ـ سامانه‌های نسوز بهبودیافته

ـ استفاده از سوخت‌های جایگزین

 

علاوه بر این می‌توان اطلاعاتی به منظور نگهداشت انرژی و فرصت‌های صرفه‌جویی دیگری غیر از موارد فوق فراهم کرد. به‌عنوان مثال بازیابی گرمای اتلافی از گازهای خروجی از کوره، خنک کن، سطوح کوره و پیش گرمکن می‌تواند به بهبود کارآیی انرژی گرمایی کمک کند.

 

 

فرآیند گرمایشی:

 

پیشرفت‌های مختلف در بخش فرآیند گرمایشی به منظور نگهداشت انرژی عمدا در نواحی زیر هستند:

 

× پیش کلساینر

× پیش گرمکن 5 یا 6 مرحله‌ای با سیکلون‌های افت فشار پایین با بازده بالا

× سامانه‌های اسپری آب خنک‌کننده گاز در مجراهای پایینی پیش گرمکن

× مشغل‌های اولیه با هوای کمتر

× کوره‌ها و درزگیرهای کوره با نشتی کم و هزینه تعمیر پایین

× بازیابی گرمای خروجی از خنک‌کن کلینکر (تا 78 درصد)

× سامانه‌های نسوز بهبودیافته

× فن‌های بازده – بالا (تا 82 درصد)

× استفاده از سوخت‌های جایگزین مانند کک نفتی،‌ تایرهای ضایعاتی، پسماندهای شهری و غیره

 

 

الف) کوره

 

کوره‌ها در فرآیند گرمایشی انواع مختلف سیمان استفاده می‌شوند. کوره‌های سیمان قلب فرآیند تولید این ماده محسوب می‌شوند. نوع فناوری کوره، تعداد مراحل سیکلون در پیش گرمکن و نوع خنک‌کننده کلینکر عناصر کلیدی هستند که مصرف انرژی گرمایی را تعیین می‌کنند. در حال حاضر فناوری‌های متفاوت کوره استفاده می‌شوند:

 

کوره دوار خشک با پیش‌گرمکن و پیش‌کلساینر، کوره دوار خشک با پیش‌گرمکن، کوره دوار بلند خشک، کوره دوار نیمه خشک، کوره دوار نیمه‌تر، کوره دوار تر و کوره شفت.

 

یکی از عواملی که روی مصرف انرژی این فناوری‌های متفاوت اثر می‌گذارد، مقدار رطوبت موجود در مواد خام است. این امر روی مقدار گرمای مورد نیاز در یک کارخانه سیمان تاثیرگذار است، افزایش رطوبت مواد خام به افزایش گرمای لازم برای خشک کردن آنها منجر می‌شود. کوره‌های شفت به‌صورت عمودی نصب می‌شوند، به‌طوری که مواد خام از بالای آنها به سمت پایین حرکت می‌کنند. زمانیکه مقدار آب طبیعی مواد اولیه 15 تا 25 درصد باشد، معمولا خوراک به‌صورت دوغاب تهیه و به کوره تزریق می‌شود. خوراک کوره تر دارای 38 درصد آب است. این کار باعث می‌شود تا خوراک همگن تر شده و در نتیجه مصرف انرژی الکتریکی برای آسیاب کردن کمتر شود. اگرچه مصرف کلی انرژی به علت تبخیر آب در دوغاب بالاتر خواهد بود. این فرآیند هنوز بندرت و به دلیل رطوبت طبیعی نسبتا بالای مواد اولیه در برخی کشورها استفاده می‌شود، اما بسیاری از کشورها از کوره تر به کوره خشک تغییر فناوری داده‌اند تا مصرف کلی انرژی را کاهش دهند. در کوره‌های دوار نیمه خشک، مواد خام مرطوب بعد از همگن شدن، در یک ***** فرآوری می‌شوند تا مقدار رطوبت کاهش یابد. این فرآیند نوع بهبودیافته فرآیند تر است. از این کوره‌ها عمدتا برای به روز کردن کوره‌های تر موجود استفاده می‌شود. این فرآیند می‌تواند مصرف انرژی را تا 3/0 GJ به ازای هرتن کلینکر کاهش دهد. کوره‌های خشک با پیش گرمکن دارای پیش گرمکن‌های 4 تا 6 مرحله‌ای هستند. مواد خام از سیکلون‌ها عبور می‌کند. در اینجا هر مرحله سیکلون محدوده دمایی متفاوتی دارد. این سیکلون‌ها در بالای یکدیگر در یک برج که می‌تواند بیشتر از 100 متر ارتفاع داشته باشد، قرار گرفته‌اند. از آنجایی که بخشی از کلسیناسیون در پیش‌گرمکن اتفاق می‌افتد، بنابر این کاهش مصرف انرژی به علت کاهش طول کوره ممکن می‌شود. در کوره‌های خشک با پیش‌گرمکن و پیش‌کلساینر، یک محفظه احتراق اضافی بین پیش‌گرمکن و کوره نصب می‌شود. این محفظه، پیش‌کلساینر است که حدود 60 درصد سوخت در سامانه پخت را مصرف می‌کند و 80 تا 90 درصد کلسیناسیون در آن انجام می‌شود. بدین طریق کاهش مصرف انرژی حدود 8 تا 11 درصد است. جدول (3) محدوده مصرف انرژی گرمایی به ازای هر تن کلینکر در انواع مختلف فناوری کوره را نشان می‌دهد. مقادیر پایین‌تر مصرف انرژی گرمایی در یک کارخانه سیمان مدرن با فناوری خنک کن کلینکر بازده بالا و تعداد مراحل سیکلون بیشتر در پیش‌‌گرمکن را نشان می‌دهد، همچنین مقادیر بیشتر خنک‌کن کلینکر بازده پایین و تعداد کمتر مراحل سیکلون در پیش گرمکن را نشان می‌دهد.

 

 

ب) پیش گرمکن

 

برج‌های پیش‌گرمکن از یک سری محفظه‌های سیکلون عمودی تشکیل شده‌اند. این سیکلون‌ها این امکان را فراهم می‌سازند تا قسمتی از گرمای گازهای خروجی از کوره بازیابی شوند. این گرما برای پیش‌گرم کردن مواد خام قبل از ورود آنها به کوره استفاده می‌شود. تعداد محفظه‌های سیکلون فقط به تعادل بین هزینه بهینه ساختمان برج پیش‌گرمکن و صرفه‌جویی در مصرف انرژی گرمایی در کارخانه سیمان بستگی ندارد، بلکه به میزان افت فشار در برج و درصد رطوبت موجود در مواد خام نیز وابتسه است. جدول (4) مصرف انرژی گرمایی ویژه برای انواع مختلف پیش‌گرمکن را نشان می‌دهد.

 

مشاهده شده که پیش‌گرم کردن با تعداد مراحل متعدد می‌تواند مصرف انرژی را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش دهد. فناوری 6 مرحله‌ای مدرن‌ترین و اقتصادی‌ترین فناوری پیش‌گرمکن می‌باشد. تولید همزمان برق و گرما در فناوری 6 مرحله‌ای امکان‌پذیر است. این فناوری در مدرن‌ترین کارخانه‌های سیمان جهان استفاده می‌شود.

 

 

آسیاب کردن:

 

آسیاب کردن یک فرآیند بشدت انرژی بر در صنعت سیمان است. تقریبا 60 تا 70 درصد کل انرژی الکتریکی استفاده شده در یک کارخانه سیمان برای آسیاب کردن مواد خام، زغال‌سنگ و کلینکر مصرف می‌شود. معمولا پتانسیل قابل ملاحظه‌ای برای بهینه‌سازی مدار آسیاب سیمان وجود دارد. افزایش تقاضا برای سیمان نرم‌تر و نیاز به کاهش مصرف انرژی، ضرورت بهینه‌سازی فرآیند آسیاب کردن را ایجاب می‌کند. مواد بهبودیافته مقاوم در برابر سایش می‌توانند برای ساخت تجهیزات آسیاب بخصوص در آسیاب‌های گلوله‌ای استفاده شوند. تجهیزات آسیاب معمولا مطابق با ویژگی‌های سایندگی مواد انتخاب می‌شوند. بهبود در توزیع شارژ (بار گلوله)، افزایش سختی سطح عوامل سایش (تجهیزات آسیاب) و مقاومت زره‌ها در برابر سایش به‌عنوان عوامل موثر در کاهش میزان سایش و همچنین میزان مصرف انرژی شناخته شده‌اند. استفاده از گلوله‌های بهبودیافته و زره‌های از جنس فولاد کروم‌دار نمونه یک چنین پتانسیلی است. استفاده از زره‌های شیاردار نیز می‌توان مناسب باشد. این اقدامات، مصرف انرژی آسیاب‌ کردن را 5 تا 10 درصد در برخی از آسیاب‌ها کاهش می‌دهد. در نتیجه مصرف انرژی الکتریکی ویژه kWh 5-3 به ازای هر تن سیمان کاهش می‌یابد.

 

پیشرفت‌های تکنولوژیکی مختلف در این بخش از فرآیند تولید سیمان شامل موارد زیر می‌شود:

 

× جداکننده‌های بازده بالا

× اجزای داخلی بهبودیافته در آسیاب گلوله‌ای

× آسیاب غلتکی عمودی (VRM)

× آسیاب غلتکی فشار بالا (HPGR)

× آسیاب غلتکی دیسکی/افقی

 

 

الف) آسیاب غلتکی عمودی (VRM)

 

انرژی مصرف شده برای فرآیند آسیاب عمدتا به سختی مواد خام و نوع آسیاب به کار رفته بستگی دارد‌ (یعنی آسیاب گلوله‌ای یا آسیاب غلتکی عمودی). معمولا موتور الکتریکی یک آسیاب گلوله‌ای حدود kWh 15-14 به ازای هرتن مواد خام انرژی مصرف می‌کند. ازطرف دیگر، موتور یک آسیاب غلتکی عمودی حدود kWh 8-7 به ازای هرتن ماده خام انرژی مصرف می‌کند، بنابر این به‌طور کلی، یک آسیاب غلتکی عمودی در مقایسه با یک آسیاب لوله‌ای مدار بسته با ظرفیت یکسان حدود 20 درصد انرژی الکتریکی ویژه کمتری مصرف می‌کند.

 

 

 

ادامه دارد ...

[XMEHRDADX 7514]

ب) آسياب غلتكي فشاربالا (HPGR)

 

آسياب غلتكي فشار بالا ابتدا در سال 1985 به‌صورت تجاري درآمد. موفقيت آن به افزايش تعداد كاربردهاي آن در صنعت سيمان منجر شد. سپس پيكربندي‌هاي مختلفي براي آسياب كردن با كارآيي انرژي بهتر با استفاده از آسياب غلتكي فشار بالا توسعه يافت.

 

طبق گزارش‌ها، بعد از تبديل آسياب گلوله‌اي مداربسته به يك آسياب نيمه نرم شامل يك آسياب غلتكي فشار بالا، 30 درصد كاهش در مصرف انرژي به دست آمده است. كاربردهاي آسياب غلتكي فشار بالا در مدارهاي مختلف در مقايسه با آسياب گلوله‌اي مداربسته به 20 تا 50 درصد صرفه‌جويي در انرژي منجر شده است. فناوري آسياب غلتكي فشاربالا درحال به دست آوردن محبوبيت بيشتري در صنعت معدنكاري است، زيرا كارآيي انرژي بالا و هزينه عملياتي پايين‌تري در قياس با فناوري‌هاي ديگر موجود در جهان دارد.

 

پيش‌آسياب كردن،‌آسياب كردن هيبريد، آسياب‌كردن نيمه نرم و آسياب كردن نرم، از جمله مدارهاي آسياب هستند كه اخيرا توسعه يافته‌اند. اگر افزايش توليد 20 تا 30 درصدي مورد نياز باشد، سامانه پيش آسياب كردن به كار مي‌رود. صرفه‌جويي 15 تا 20 درصدي در مصرف انرژي بسته به ماده‌اي كه آسياب مي‌شود، به دست مي‌آيد. گزارش شده است كه وقتي نسبت كاهش اندازه از 2/308 تا 4/4 تغيير كند، مصرف انرژي ويژه آسياب غلتكي فشار بالا به ترتيب kWh 02/8 و kWh 05/4 به ازاي هرتن مي‌شود. پيكربندي‌هاي مختلف شامل آسياب غلتكي فشار بالا و مصرف كلي و ويژه انرژي آنها در جدول (5) آمده است.

 

 

ج) آسياب غلتكي ديسكي/ افقي

 

آسياب غلتكي ديسكي/ افقي اخيرا در فرآيند آسياب كردن توسط هوروميل و سماكس توسعه يافته است. هوروميل براي آسياب كردن خوراك خام، سيمان و مواد معدني و آسياب سماكس عمدتا براي آسياب كردن سيمان مناسب است. آسياب مي‌تواند براي پيش‌آسياب كردن و آسياب كردن نرم به كار رود. اين سامانه آسياب نسبت به آسياب گلوله‌اي، آسياب غلتكي و رولر پرس قابليت اطمينان بيشتري دارد و صرفه‌جويي بيشتري در مصرف انرژي را سبب مي‌شود. اين نوع آسياب حدود 20 درصد انرژي الكتريكي كمتري نسبت به يك آسياب گلوله‌اي مصرف مي‌كند. نتايج صنعتي در مورد عملكرد هورومين در سطح جهاني نشان داده‌اند كه صرفه‌جويي در مصرف انرژي الكتريكي بين 35 تا 70 درصد است.

 

 

د) جداكننده‌هاي بازده بالا (HES)

 

يك روش مهم بهبود عملكرد يك آسياب گلوله‌اي اين است كه به يك جداكننده بازده بالا مجهز شود. جداسازي بازده بالا، توزيع اندازه دانه را بهبود، توليد را افزايش و نياز به انرژي الكتريكي براي آسياب كردن را 8 تا 18 درصد كاهش مي‌دهد. طراحي بهبوديافته جداكننده‌ها از بازگشت مواد آسياب شده به آسياب گلوله‌اي و در نتيجه از آسياب بيش از حد آنها جلوگيري مي‌كند، همچنين اين جداكننده‌هاي بهبوديافته براي آسياب‌هاي گلوله‌اي مواد خام و آسياب‌هاي غلتكي عمودي كاربرد پيدا كرده‌اند.

 

 

ه) اجزاء داخلي آسياب گلوله‌اي-

 

آسياب‌هاي گلوله‌اي قسمت جدايي ناپذير بيشتر كارخانه‌هاي سيمان براي آسياب كردن موادخام، زغال‌سنگ و كلينكر بوده‌اند. پيشرفتهاي عمده در اين آسياب‌ها شامل بهبود در ديافراگم، زره‌ها و گلوله‌ها بوده است. كاربرد ديافراگم جرياني كنترل شده، زره‌هاي طبقه‌بندي و گلوله‌هاي كروم ـ بالا در افزايش نرخ توليد و كاهش انرژي الكتريكي ويژه در عمليات آسياب كردن و نرخ سايش نقش دارند.

 

 

بازيابي گرماي اتلافي:

 

بازيابي گرماي اتلافي از گازهاي داغ به‌ عنوان يك پتانسيل قابل ملاحظه براي بهبود كارآيي انرژي شناخته شده و جريان‌هاي گرماي اتلافي اين ايده را مطرح مي‌كند كه يك ژنراتور بخار بازيابي گرماي اتلافي (WHRSG) براي توليد بخار استفاده شود. اين بخار از يك توربين بخار عبور كرده و برق توليد مي‌كند. طراحي يك ژنراتور بخار بازيابي،‌ گرماي اتلافي براي جريان‌هاي گازي نيازمند اين است كه گازهاي دودكش غبارزدايي شوند.

 

بخار توليد شده وارد يك توربين بخار شده و الكتريسيته توليد مي‌شود. سطح داغ كوره نيز يكي از منابع اتلاف گرماست و گرماي اتلافي از طريق جابجايي و تشعشع باعث اتلاف قسمتي از انرژي اوليه مي‌شود. گرماهاي اتلافي بايد بازيابي شده تا كارآيي گرمايي واحد فرآيند گرمايشي بهبوديافته و در هزينه نيز صرفه‌جويي شود. استفاده از پوسته ثانويه بر روي سطح كوره مي‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌اي اين اتلاف گرما را كاهش دهد. پيش‌گرم كردن مواد خام در آسياب مواد با استفاده از گازهاي خروجي، يك اقدام مناسب به منظور نگهداشت انرژي در كارخانه سيمان است. اين كار به آسياب كردن كارآمدتر مواد خام و همچنين افزايش دماي مواد منجر مي‌شود. از مزاياي اين كار آن است كه مقدار آب موجود در مواد خام تبخير شده و خشك كردن به طرز موثري انجام مي‌شود و كارآيي آسياب افزايش مي‌يابد، همچنين مي‌توان با استفاده از گرماي اتلافي گازهاي خروجي كوره و گازهاي خروجي خنك كن كلينكر به توليد الكتريسيته اقدام كرد. گرماي اتلافي مي‌توان به صورت بخار در يك جوش‌آور فشار بالا (HPB) بازيابي شود. يك روش ممكن براي بازيابي گرما در كارخانه سيمان، استفاده از چرخه آلي رانكين (ORC) است. اين چرخه مي‌تواند گرماي اتلافي در دماهاي بالا را به كار مكانيكي تبديل كند. موتورهاي گرمايي مي‌توانند گرما را از منابع مختلف بازيابي كرده و كار مكانيكي و درنتيجه الكتريسيته توليد كند. اين موتورها مي‌توانند براي بازيابي گرماي اتلافي در كارخانه‌هاي سيمان به كار روند. يك موتور گرمايي با استفاده از اختلاف دما،‌ انرژي گرمايي را به انرژي مكانيكي تبديل مي‌كند. مقدار قابل ملاحظه‌اي گرما از طريق گاز خروجي از خنك كن به هدر مي‌رود كه مي‌تواند براي پيش‌گرم كردن هواي اوليه به‌كار رود. به‌منظور بازيابي گرماي اتلافي از گازهاي خروجي از پيش‌گرمكن و خنك كن كلينكر در كارخانه سيمان، چرخه بخار فلش منفرد،‌چرخه بخار با فشار دوگانه، ORC و چرخه كالينا براي توليد همزمان برق و گرما استفاده مي‌شوند.

 

 

نتيجه‌گيري:

 

در مراحل مختلف فرآيند توليد سيمان شامل آماده‌سازي موادخام،‌ توليد كلينكر،‌ آسياب كردن نرم،‌ طراحي محصولات و تغييرات خوراك مي‌توان با استفاده از تكنيك‌هاي مختلف به نگهداشت انرژي و بازيابي مقادير قابل ملاحظه‌اي از انرژي‌هاي اتلافي اقدام كرد. استفاده از آسياب غلتكي عمودي (VRM)، آسياب غلتكي فشاربالا (HPGR)،‌ آسياب غلتكي ديسكي/ افقي، جداكننده‌هاي بازده بالا (HES)، پيش‌گرمكن 6 مرحله‌اي،‌ راكتور كلساينر راندمان بالا، و خنك كن كلينكر بازده بالا، از جمله مهم‌ترين فناوري‌هاي نگهداشت انرژي هستند كه در مدرن ترين كارخانه‌هاي سيمان دنيا استفاده شده‌اند. علاوه بر اين، فرصت‌هاي ديگري در كارخانه‌هاي سيمان براي توليد الكتريسيته از گرماي اتلافي نيز وجود دارد. گرماهاي اتلافي در گازهاي خروجي از خنك‌كن كلينكر و پيش‌گرمكن مهم‌ترين و اقتصادي‌ترين فرصت‌هاي توليد الكتريسيته به شمار مي‌روند. تكنيك مناسب براي اين منظور استفاده از يك ژنراتور بخار بازيابي گرماي اتلافي (WHRSG) است.

 

 

 

منبع: دوماهنامه صنعت سيمان