صرفه جويي در مصرف انرژي در صنايع سيمان(2)

3.ارتقاء تکنيک هاي حفاظت از منابع انرژي

حفاظت ازانرژي دربخش هاي صنعتي از بخش نرم افزاري شروع مي شود. (بخش نرم افزاري شامل کنترل عمليات(Operation Control) و کنترل فرآيند(Process Control) مي شود.)
سپس به سراغ بخش سخت افزاري مي رود(بخش سخت افزاري شامل بهبود ادوات و وسايل و بهبود فرآيند مي شود.) عموماً مهارت هاي حفاظت از انرژي را مي توان به مراحل زير تقسيم بندي کرد:

مرحله ی1) اداره کردن مناسب اوضاع (Good housekeeping)

مهارت هاي حفاظت از انرژي بدون نياز به اضافه کردن وسايل زياد انجام مي شود. اين مهارت ها شامل موارد زير مي شود:
1)جلوگيري ازاتلاف انرژي (حتي مقادير کم)
2)بررسي استانداردهاي عملياتي در خط توليد
3) مديريت مؤثر
4) بهبود تکنيک عملياتي
5) کارهاي گروهي
6) بهبود تکنيک عملياتي

مرحله 2) بهبود فرآيندها

اين مسأله به معناي کاهش مصرف انرژي بوسيله اصلاح اساسي در فرآيند توليد(بوسيله بهبود تکنولوژي) مي باشد. بدون نياز به گفتن، اين مسئله روشن است که اين کار نياز به سرمايه گذاري وسيع در زمينه خريد ادوات و لوازم جديد دارد. به هرحال اين مساله با مدرن سازي فرآيند توليد پيوند خورده است.
وبه حفاظت از منابع انرژي ، بالا رفتن کيفيت، افزايش ارزش افزوده، افزايش قيمت محصولات در بازار کمک کرده و نياز به نيروي انساني را نيز کمتر مي کند.

3.1 مديريت انرژي

3.1.1 سرعت مصرف انرژي

شکل 12و13و14 نشاندهنده ی يک تغيير در مصرف انرژي و سرعت مصرف انرژي در تمام کارخانجات ژاپن است. با مقايسه کردن دوره ها در شکل 12و 8 در زماني که مصرف سوخت به شدت کاهش يافته است اين مسأله معلوم مي شود که اين کاهش در مصرف سوخت در دوره اي اتفاق افتاده که با دوره ي استفاده از سيستمNSP همزمان شده است. درهمان دوره سرعت مصرف انرژي الکتريکي به طور يکباره افزايش يافته است و سپس به طور مداوم کاهش يافته و براي چند دوره از سال 1973 ثابت مانده است.
دراين دوره، سوخت از نفت به زغال سنگ تغيير يافته است. بهبود اتفاق افتاده بعد ازآن دوره ممکن است نتيجه اي از استفاده از آسياب رولري (Roller mill) به عنوان آسياب کننده مواد خام اوليه باشد.

3.1.2 تحلیل وضعیت عملیاتی

بهبود در زمینه مصرف انرژی با شناسایی صحیح از وضعیت موجود امکان پذیر می باشد. کارهای روزانه ای که در کارخانه انجام می شود را باید در لوگ شیت هایی(log shates) ثبت کرد.
و به طور روتین این لوگ شیت ها باید بوسیله مسئولان اجرایی کارخانه بررسی و با داده های قبلی مقایسه گردد. و درصورتی که ناهنجاری وجود دارد سریعاً به سایت کاری اطلاع داده شود. داده هایی که دارای اهمیت هستند را ثبت کرده که هر مسئله ی عملیاتی روزانه باید با آنالیز این داده های مهم حل گردد.اما برای بهبود بیشتروضعیت موجود، این اطلاعات کافی نیست و بنابراین اندازه گیری جزئی بیشتری باید صورت بگیرد. و نتایج بدست آمده به صورت موازنه ی ماده و موازنه انرژی(گرما) جمع آوری می شود. چیزی که در اینجا ازاهمیت خاصی برخوردار است بررسی بر روی نتایج بدست آمده است. مشکلات بوسیله ارجاع دادن به برنامه ی ابتکاری کارخانه و یا نتایج اندازه گیری در گذشته و مقایسه آنها با دیگر کارخانجات مشابه ( به صورت محض) مشخص می گردد. با کمی مدل سازی،آثار بهسازی را می توان پیش بینی کرد. و این مسائل را می توان خواه به صورت ابتکاری یا به صورت تقلیدی استفاده کرد.
اندازه گیری های انجام گرفته نیازمند تکنیک های ویژه و یا وسایل ویژه نمی باشد اما، از آنجایی که دما، فشار و سرعت جریان همواره، در طی عملیات تغییر می کند، کمی مهارت و شکیبایی برای کاهش خطا دراندازه گیری ها نیاز است. و این مسأله ضروری می گردد که یک نقطه اندازه گیری در یک مکان متفاوت از مکان های معمولی کار بر پا کرد و همفکری با یک گروه کاری مناسب نیز به عنوان ضمانت کار،مناسب می باشد.
البته اندازه گیری بایستی بوسیله همکاری گروهی انجام شود. تفسیرهای اندازه گیری برای عملیات نباید به عنوان داده ی اندازه گیری پذیرفته گردند این مقادیرهمواره اطلاعاتی درست و صحیح نیستند.

3.1.3 ایجاد آیین نامه ی عملیاتی

نیازبه گفتن این مسأله که دستیابی به عملیات پایدار در سطح گسترده یک حالت ضروری برای رسیدن به سود در یک کارخانه ی سیمان می باشد(لازم به ذکراست که کارخانه های سیمان مقادیرزیادی انرژی مصرف می کنند.)
یک سیستم محاسباتی می تواند نقصان در کارخانه را مورد ارزیابی قراردهد که این نقصان ها می تواند باعث تعطیلی یک واحد تولیدی به خاطر وضعیت کارخانه و اوضاع بازار شود.
برای مثال محاسبات زیر را می توان انجام داد:
زمانی که:
1) ظرفیت مجاز کارخانه 500 تن در روز باشد.
2)زمان مورد نیاز برای ریکاوری 12 ساعت باشد.
3) زمان اتلافی و سرعت کاهش عملکرد در زمان بالا 50 درصد باشد.
سپس:
اتلاف گرما(قیمت انرژی 5.5(دلار بر تن))
دلار 1938=(درصد)50×(تن)500×(12.24)×(دلار بر تن)15.5
- سود به خاطرکاهش خروجی(یک سود کم حدود 29.5دلار برتن) در نظرگرفته شده است.
بنابراین:
دلار3687=(درصد)50×(زمان)500×(12.24)×(دلار بر تن)29.5
از اینرو جمع کلی موارد بالا 625/5دلار می شود. اگرعملیات ریکاوری بطورمناسب انجام شود،اتلاف ممکن است کاهش یابد اما اگریک حادثه ی ثانویه مانند شکست آجرها باعث اتلاف شود ممکن است اتلاف بوجود آمده ازحالت قبل بیشتر شود.
عملیات ریکاوری زمانی که تاسیسات و وسایل بزرگتر شوند، طولانی تر می شود. از سوی دیگر این مسأله قطعی است که تا یک عملیات پایدارو مداوم انجام نشود، مسئله حفاظت از انرژی بخوبی انجام نمی شود. و یک رهبری خوب برای تهیه سالنامه های مناسب مورد نیازاست. در این سالنامه ها، راه کارهای صرفه جویی انرژی آورده شده است. از این رو درهربخشی که این سالنامه های تخصصی به خوبی تهیه شود و مورد استفاده ی متخصصان قرار گیرد،مصرف انرژی کاهش می یابد.

3.1.4 انتخاب مواد اولیه خام و سوخت

پس ازانجام کارهای مربوط به کارخانه و برطرف کردن فاکتورهای نامعین مختلف، منبع ماده ی اولیه ی خام می تواند مورد بازدید قرار گیرد. با بسط لایه های ذخیره منبع(معدن) مواد اولیه یا آداپته کردن سیستم پیش مخلوط کن می توان موقعیت هایی برای جایگزینی مواد اولیه ی ارزان قیمت به جای مواد اولیه گران بها ساخت. هنگامی که کامپیوتر برای کنترل فرآیند مخلوط کردن مواد اولیه استفاده می شود،فرآیند به صورت پایدارتری انجام می شود.
مخلوط کردن سرباره کوره بلند(blast furnace slag)، پزلان(Pozzolan)، و خاکستر بادی(Fly ash) با مواد اولیه به طور عمده ای در زمینه ی حفاظت از منابع انرژی به ما کمک می کند. استاندارد صنعتی ژاپن(jis) استانداردهایی کیفی برای نسبت های مخلوط کردن ارائه کرده است. برای رسیدن به این استاندارد هم باید مخلوط مناسب تهیه نمود و هم باید گروه سیمان مناسب(host semen) نیزانتخاب گردد. و کیفیت این دو عامل به دقت کنترل شود. دراین جهت، کنترل کیفیت، اولین قدم برای حفاظت از انرژی می باشد.
عموماً، گازطبیعی(Natural gas)، نفت سنگین(heavy oil) و زغال سنگ به عنوان سوخت مصرف می شود. در ژاپن در حدود سال 1980 سوخت نفت سنگین با زغال سنگ جایگزین شد. این مسأله به خاطر وقوع بحران نفت ثانویه، اتفاق افتاد. که در شکل 18 دیده می شود. اخیراً مصرف نفت سنگین تنها حدود 1درصد نسبت به زغال سنگ است. تغییر نوع سوخت مصرفی از نفت سنگین به زغال سنگ نه تنها در ژاپن بلکه درکشورهای قدرتمند در زمینه ی نفت مانند اندونزی و مالزی نیزاتفاق افتاد. از ضایعات لاستیکی تولید شده درسال 1992 در ژاپن که مقدار آن 000/840تن بوده است حدود 20.1درصد آن در زینترنیگ سیمان استفاده شده است. با توجه به ناحیه ای که کارخانه های تولید سیمان درآن واقع هستند، سوخت های جایگزین متنوعی ممکن است پیدا شود.

3.1.5 تولید انرژی با ریکاوری گرمای تلف شده

برطبق داده ها و محاسبات صورت گرفته تقریباً 20% ارزش گرمایی سوخت بوسیله گازهای خروجی از پیش گرم کن ها حمل می گردد. همچنین گازهای خروجی از سرد کننده تقریباً 14درصد از این مقدار را با خود حمل می کند. این ارزش گرمایی باقیمانده را می توان برای خشک کردن مواد اولیه خام استفاده کرد و یا از آن برای تولید برق بهره گرفت. در کارخانجات سیمان موجود در ژاپن 19 کارخانه تولید برق وجود دارد که ازاین گرمای تلف شده بهره می گیرند( این کارخانجات تولید برق به صورت مستقل عمل کرده که 41.8 درصد از کل انرژی الکتریسیته ی مصرفی در کارخانجات سیمان بوسیله این کارخانجات تولید برق تأمین می گردد.(همانگونه که درشکل 2 نشان داده شده است))،

شکل 15 نشان دهنده یک دیاگرام جریانی(Flow diagram) این کارخانجات است.
سیستم های تولید برق خصوصی براین فرض آداپته شده اند که مخارج روزانه (running cost)کمتراز قیمت واحد برق خریداری است. اگرآسیاب پایانی ظرفیت اضافی داشته باشد، به هرحال می توان از مقدار بارکمتری درطی روز(برای آسیاب کردن) استفاده کرد و درطی شب مقداراین بار افزایش می یابد. به علاوه باعث ایجاد مزایایی مانند جلوگیری از خاموش شدن آسیاب به خاطر فاکتورهای خارجی و بهبود سرعت عملیات کوره می گردد.

3.1.6 سرمایه گذاری در زمینه ی وسایل

شکل 16،17و 18 نشان دهنده این هستند که حفاظت از انرژی در ژاپن به صورت بهنگام انجام شده است. و با گام هایی آهسته به سمت بالا بردن ظرفیت تولید و بهبود سودمندی کار پیش می رود. هنگامی که یک سرمایه گذاری انجام می شود، نه تنها در زمینه ی مصرف انرژی صرفه جویی می شود بلکه این کار موجب اثرات ترکیبی مانند افزایش تولید و پایدارشدن عملیات نیز می شود. این مزایا بسیارمهم و بزرگ بوده و به زودی سرمایه گذاری خود را باز می گردانند. از این رو یک سرمایه گذاری در زمینه ی نوسازی کارخانه امری حتمی و مورد نیازاست که این کار یک پروسه ی صنعتی برای باقی ماندن در بازار رقابتی دنیا است. که در این میان همواره یک شانس و موقعیت برای بهبود امکانات و صرفه جویی در مصرف انرژی است. و مدیریت کارخانه باید همواره آماده ی بالا بردن و بهبود ادوات کارخانه باشد و زمان را از دست ندهد. مدیران زیردستی و مهندسان باید همواره اطلاعات به روز شده را به مدیران ارشد بدهند تا آنها بتوانند تصمیم گیری مناسب را در موقع بحرانی اتخاذ کنند.
3.2 تکنیک صرفه جویی در مصرف انرژی در فرآیند تولید سیمان از آنجایی که فرآیند تر دارای سیستمی ساده است،این مسأله مهم است که بازده عملیاتی آسیاب ها دراین فرآیند ارتقاء داده شود. عملکرد آسیاب به عوامل متنوعی بستگی دارد. و از بین همه ی آنها، فاکتورهای اساسی به صورت یک فرمول تجربی در زیر آورده شده است:
تئوری سوم پیوند:
1.............

که در این فرمول:
کیلو وات ساعت بر تن کوچک مواد آسیاب شونده =W
میکرون - 80درصد از خوراک عبوری =F
میکرون - 80درصد از محصول عبوری =P
ایندکس کار با توجه به آسیاب تست پیوند=Wi
سرعت بحرانی آسیاب

2.............

قدرت حرکت آسیاب
3..............N=C.G.Di.n
که در این فرمول
مصرف برق بر حسب N=KW
وزن شارژ آسیاب (توان) =G
قطر داخلی آسیاب(Di=(m
(دور بر دقیقه) سرعت چرخش آسیاب =n

فاکتور قدرت شکل 19=C
انتخاب مناسب اندازه گلوله،مقدار گلوله شارژ شده با توجه به اندازه آسیاب و بسیاری از راهنمایی های دیگر در این زمینه در کتب زیر آورده شده است:
"Cement Engineers, Handbook,, )Labohm and others, Bau Verlag Gmbh, Wiesbaden)"
"Cement-Data- Book,, )Duda, Macdonald & Even, London"
عموماً ،سیستم آسیاب های ساخته شده به نحوه ای طراحی می شوند که بتوان آنها را درموقعیت واقعی و با دقت بسیارخوبی تنظیم کرد. که این تنظیمات دقیق بواسطه نمونه گیری های انجامی بدست آمده است. اما با گذر زمان، خواص مواد اولیه تغییرمی کند. که این تغییر کردن خواص در مواد اولیه به صورت مداوم انجام می شود. بنابراین، نقطه بهینه درعملیات تولید بوسیله استفاده از سیستم در شرایط واقعی بدست می آید.
اگرحجم تولید در طی پیشرفت عملیات کاهش یابد، در وهله ی اول باید به مقادیر F (اندازه ی خوراک ورودی) شک کنیم. هنگامی که اندازه F از مقدارمورد نظر بزرگتر باشد، یکی از راه حل ها، افزایش گلوله ها در آسیاب اولیه است. اما یک راه حل بهتر تنظیم اندازه ی دانه ها بوسیله فرآیند فشردن پیشرفته(Preceding crusher process)است که در طی این
فرآیند اندازه خوراک ورودی کاهش می یابد. اگر محصولات زبر شوند و یا اندازه P در فرمول 1 بزرگ شود، باید ابتدا مقدار گلوله شارژ شده به آسیاب را بررسی کنیم زیرا کاهش قدرت سایندگی موجب زبر شدن محصولات خروجی می گردد. فرمول1 در اصل برای یک سیستم مداربسته (system closed circuit ) ابداع شده است که به صورت خشک، کار می کند، اما این فرمول را برای فرآیند تر نیز می توان استفاده کرد. البته برای این کار باید فاکتورهای تغییر دقیقی برای افزایش دقت کار اعمال گردد. در فرآیند تر، از آنجایی که سطح گلوله همواره با آب شسته و تمیز می شود، بازده ی آسیاب کردن 20-30 درصد نسبت به روش خشک بالاتر است، اما در روش تر سایش گلوله ها و آسیاب بیشتر است. کاهش گلوله به خاطر سایش، با کاهش بار موتور آسیاب نمایان می گردد.(همانگونه که در شکل 17 دیده می شود،رابطه ای میان آنها به صورت خطی نمی باشد).
با اندازه گیری دوره ای در فاصله زمانی بین 2-3 ماه می توان به خواص سایندگی یک آسیاب پی برد. بعد از این با توجه به زمان عملیات یا مواد خروجی، مقدار شارژ اولیه به صورت دقیق معین می گردد.
صرفنظر از این که فرآیند تولید به صورت خشک یا تر باشد، باید از آسیاب کردن بیش از حد مواد جلوگیری کنیم زیرا آسیاب کردن بیش از حد موجب مصرف انرژی بیشتر می شود که این امر مد نظر ما نیست. تجربیات بدست آمده در سال های اخیرنشان داده است که حتی اگر درصد مواد باقی مانده بر روی الک 88 میکرون به 13-15 درصد نیز برسد، در فرآیند زینترینگ خللی وارد نمی شود، البته تا جایی که دانه های زبر بتوانند با کربنات کلسیم ترکیب شوند. (این تجربیات بر اساس کار بر روی کوره های SP و NSP بدست آمده است).
درکل تدابیر انجامی موجب صرفه جویی 3-5 درصدی در مصرف انرژی الکتریکی می شود. مخلوط نمودن خاکستر بادی و یا پزولان به عنوان مواد جایگزین خاک رس باعث بدست آمدن همین نایج می گردد. ( البته این مسأله درصورتی است که اندازه ی دانه های مواد اولیه ریز باشند).
درمورد آسیاب فرآیند خشک، علاوه بر بازده آسیاب ،دو مسئله: بهبود دهنده ی بازده اقتصادی سوخت و کاستن قدرت فن ها باید حل گردد. برای خشک کردن مواد اولیه می توان از گاز خروجی پیش گرم کن استفاده کرد. این گاز خروجی ظرفیت گرمایی 170کیلو کالری درهرکیلوگرم کلینکر دارد. بنابر این این گاز از لحاظ تئوری می تواند 10 درصد آب موجود در مواد اولیه را بخارکند. از این رو می تواند در صرفه جویی مصرف انرژی به ما کمک کند.
اخیراً، گسترش استفاده از آسیاب رولری(roller mill) که در شکل 4 نشان داده شده است،سهم بزرگی در کاهش حجم گاز موجود درسیستم و افزایش انرژی مصرفی بوسیله فن داشته است. تفاوت در قدرت آسیاب به خودی خود به کاهش مصرف انرژی الکتریکی بستگی ندارد، اما ، درمقایسه با فرآیند های موجود ( که بوسیله آسیاب گلوله ای انجام می شود)، مصرف انرژی 10-15درصد کاهش می یابد کاهش بیشتر در مصرف انرژی در صورتی مورد انتظاراست که حجم گازعبوری یا چرخنده در فرآیند کاهش یابد.
/خ