بخشی از مقاله
خلاصه
سوخت های جایگزین به منظور کاهش هزینه های تولید، حفظ منابع سوخت های فسیلی، و به حداقل رساندن انتشار گاز دی اکسید کربن با موفقیت در کارخانه های سیمان استفاده می شوند. سوخت های فرآوری شده از زباله - refuse derived - fuel = RDF برای احتراق در یک کارخانه سیمان باید در کارخانه های بازیافت به روشهای مکانیکی آماده شوند.
سوخت فرآوری شده از زباله، که اغلب شامل مواد زائد بسیار سبک وزن است، باید به ابعاد 20 تا 80 میلی متر خرد شود به طوری که بتوان آن را در جریان گاز وارد کرد و در زمان کوتاه اقامت در کلساینر یا کورهدوّار به طور کامل سوزاند. برای افزایش استفاده از سوخت های جایگزین درشت، با ابعاد 250 تا 300 میلی متر، باید از یک سیستم احتراق که به طور مستقیم به تجهیزات پیش گرمکن و یا کلساینر متصل است استفاده کرد.
با استفاده از این سیستم احتراق می توان از سوخت های جایگزینی که تنها چند مرحله آماده سازی بر روی آنها انجام شده را در فرایند تولید کلینکر استفاده کرد. این مقاله، اطلاعاتی از طراحی، نصب، و راه اندازی اولین سیستم محفظه احتراق پله ای - step combustor - در یک کارخانه سیمان در آلمان را ارایه می دهد. طیف گسترده ای از سوخت های جایگزین را می توان در این سیستم استفاده کرد. راه اندازی سیستم جدید با انجام تست عملکرد موفقیت آمیز با سوختی از مخلوط زباله فرآوری شده درشت و پوشش سقف دور ریخته شده - waste roofing felt - و دست یابی به ارزش حرارتی بیش از 40 مگاوات و ضریب بهره برداری - availability - بیش از 95 درصد پایان یافت.
.1 مقدمه
استفاده از سوخت های جایگزین به طور مداوم در سراسر جهان رو به افزایش است. سوخت های معمول قبل، مانند زغال سنگ، نفت کوره، و گاز طبیعی، به طور فزاینده توسط سوخت های جدید، مانند زباله های صنعتی و تجاری خرد شده، قسمت با ارزش حرارتی بالای زباله های شهری، لجن فاضلاب، باقیمانده لاشه احشام، پوشش سقف دور ریخته شده، و لاستیک استفاده شده جایگزین می شوند. این اقدامات نه تنها هزینه تولید کلینکر را بوسیله کاهش هزینه سوخت کم می کنند، بلکه باعث حفظ منابع سوخت های فسیلی و کاهش انتشار دی اکسید کربن - با توجه به وجود مواد آلی در سوخت های جایگزین - می شوند.
در حال حاضر اکثر کارخانه های تولید کننده سیمان در اروپا با استفاده از سوخت های جایگزین به تبادل حرارتی بیش از 50 درصد و در بعضی موارد حتی تا 100 درصد دست یافته اند. با این حال، در عرصه جهانی هنوز هم پتانسیل زیادی برای توسعه استفاده از سوخت های جایگزین وجود دارد. افزایش استفاده از این سوخت ها نه تنها به کارخانه تولید کننده سیمان بستگی دارد، بلکه به موجود بودن و کیفیت این سوخت ها نیز وابسته است. برای حداکثر کردن فواید زیست محیطی و اقتصادی استفاده از سوخت های جایگزین باید از سوخت هایی استفاده کرد که با کمترین مراحل آماده سازی اولیه تهیه شده اند.
محفظه احتراق پله ای طراحی جدیدی از محفظه احتراق برای استفاده از ارزش حرارتی سوخت های جایگزین درشت است که تنها یک مرحله آماده سازی را گذرانده اند. سیستم های معمول به دلیل وجود قطعات متحرک و مکانیزم حمل و نقل خود آسیب پذیر هستند، اما محفظه احتراق پله ای به طور عمده برای انتقال سوخت در محفظه از نیروی جاذبه و هوای فشرده استفاده می کند.
این سیستم در مجاورت کلساینر نصب شده و می توان برای کارخانه های جدید و یا موجود استفاده شود. اولین نمونه از این سیستم در کارخانه ای در آلمان نصب و از اواخر سال 2013 در حال بهره برداری است. در زیر ابتدا تکنولوژی محفظه احتراق توضیح داده شده بعد نصب و راه اندازی آن در آلمان مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سوخت های مختلف مورد استفاده نیز ذکر خواهند شد.
.2 استفاده از سوخت های جایگزین در تولید کلینکر
سالهای متمادی است که کارخانه های سیمان در حال استفاده از سوخت های جایگزین می باشند. تمهیدات استفاده از سوخت مایع اغلب ساده تر از سوخت جامد است، گرچه امروزه سوخت های جامد از نظر مقدار و تنوع بیشتر هستند. بنابراین، تکنولوژی استفاده از سوخت های جایگزین جامد ، در طول سال ها و دهه های اخیر به طور پیوسته توسعه یافته است و در حال حاضر فن آوری استفاده از این سوخت ها در کوره هایدوّار و کلساینرها موجود است.
هنگامی که این سوخت ها در کوره هایدوّار استفاده می شوند باید دقت شود که خصوصیات لازم از نظر حداقل ارزش حرارتی و حداکثر اندازه ذرات را دارا باشد تا از ثبات فرایند تولید و کیفیت کلینکر اطمینان حاصل شود. این امر مستلزم آماده سازی مناسب سوخت های جایگزین و نظارت مستمر در محل کارخانه است. سوخت های جایگزین با ابعاد کمتر از 20 میلی متر و با ارزش حرارتی نسبتا بالا اغلب در مشعل اصلی کوره هایدوّار استفاده می شوند. فقط با استفاده از این سوخت با کیفیت بالا می توان از دستیابی به درجه حرارت لازم در منطقه پخت با توجه به شعله و زمان احتراق کوتاه آن اطمینان حاصل کرد.
کیفیت سوخت های جایگزین در صورت استفاده در کلساینر نیز باید تضمین و نظارت شوند. با این حال، به دلیل زمان اقامت - residence time - سه تا هفت ثانیه ای سوخت در کلساینر های مدرن فعلی امکان استفاده از سوخت های جایگزین با ابعاد بزرگتر وجود دارد. برای مثال، سوخت هایی با ابعاد حدود 80 میلی متر در بسیاری از کلساینرها استفاده می شوند. بر خلاف مشعل اصلی این سوخت ها می توانند دارای ذرات سه بعدی نیز باشند. عکس 1 سوخت های که به طور معمول در کارخانه های سیمان اروپا استفاده می شوند را نشان می دهد.
صرفه اقتصادی استفاده از سوخت های جایگزین همیشه یک مصالحه بین هزینه سوخت و کیفیت سوخت است، چرا که به طور مستقیم با کیفیت کلینکر و تداوم تولید مرتبط است. به همین دلیل در اغلب موارد هر چه سوخت کمتر آماده شده باشد استفاده از آن برای تولید کلینکر دشوارتر است. در اغلب موارد استفاده از سوخت های جایگزین، ابتدا فقط سوخت های جایگزینی که از نظر نقل و انتقال و نظارت ساده هستند استفاده می شوند.
تاکید نه تنها بر روی ارزش حرارتی، بلکه بر ثبات ترکیبات شیمیایی و اندازه ذرات نیز می باشد. به همین دلیل نرخ جایگزینی مصرف انرژی حرارتی اغلب فقط تک رقمی و یا دو رقمی پایین می باشد. پس از اینکه کارخانه سیمان در استفاده از این سوخت ها تجربه به دست آورد، گام بعدی استفاده مقادیر زیادتر با تنوع بیشتر می باشد. این بدین معنی است که بخش تولید و آزمایشگاه اغلب تجربه قابل توجهی در استفاده و تجزیه و تحلیل این سوخت ها دارند.
این در توصیف کارخانه سیمان ذکر شده در آلمان که محفظه احتراق پله ای در آن نصب شده مشهود می باشد. در این کارخانه قبل از نصب و راه اندازی محفظه احتراق، سوخت های جایگزین به طور گسترده با نرخ جایگزینی حرارتی 100 درصد در کلساینر و تا 75 درصد در کل کارخانه استفاده می شده است. با استفاده از محفظه احتراق پله ای اکنون امکان استفاده از سوخت هایی با ابعاد 250 میلی متر فراهم شده است که قبلا امکان استفاده آنها وجود نداشت.
.3 نحوه کارکرد محفظه احتراق پله ای
همانطور که قبلا ذکر شد، علاوه بر ترکیب شیمیایی سوخت، حداکثر اندازه ذرات نیز، از جنبه های مهمی است که در تولید کلینکر تاثیر می گذارد. بخش قابل توجهی از هزینه های بالادست تهیه سوخت جایگزین از نیاز به آماده سازی مکانیکی و تنظیم ابعاد ذرات آن ناشی می شود. محفظه احتراق پله ای {3-1} به منظور کاهش همزمان میزان مصرف انرژی و هزینه های این آماده سازی طراحی شده است و به اپراتور کارخانه آزادی عمل بیشتری در انتخاب سوخت های مختلف با ارزش حرارتی متغیر را می دهد.
محفظه احتراق پله ای به طور مستقیم به کلساینر متصل شده و در فرایند تولید کلینکر وارد می شود و تبدیل انرژی حرارتی سوخت های درشت و ناهمگن با ابعاد تا حدود 250 میلی متر را فراهم می کند - عکس . - 2 این اندازه ذرات با آماده سازی مکانیکی و تنها پس از یک مرحله جدا سازی در کارخانه بازیافت به دست می آید. بنابراین این امکان وجود دارد تا با انجام مرحله دوم خردایش و غربالگری اضافه بتوان شرایط مورد نیاز سوخت برای استفاده در مشعل اصلی را نیز فراهم کرد.
