تغییر اولویت‌های کوره

در طول ماه مارس سال ۲۰۰۷ میلادی از دکتر کلارک دعوت شد که درباره موضوع هنر کارگاهی در فعالیت‌های تولید سیمان که به وسیله گروه موسوم به (GCC) ترتیب داده شده بود، سخنرانی نمایند. کارخانه گروه دارای برنامه‌های متنوع و جالبی از قبیل، قابلیت پخت خوراک کوره، مواد معدنی، آنالیز به وسیله دستگاه ایکس ری، ساختار میکروسکوپی، تولید گازهای گلخانه‌ای، بهینه‌سازی سیستم و سایش سیمان بود. از دکتر کلارک عدوت شده بود که درباره متغیرهای سوختی یا کوره‌های با گازهای آلاینده در حد صفر و در نهایت با توجه به ۳۴ سال تجربه ایشان در صنعت سیمان سخنرانی نمایند.
خوانند عادی مجله سیمان ICR (مجله بین‌المللی سیمان) شاهد مقالات متعدد در چند سال گذشته در زمینه متغیرهای سوختی کوره‌های سیمان بوده‌اند. در ماه می و اکتبر سال ۲۰۰۶ میلادی مقاله‌ای درباره کوره‌های سیمان با گازهای آلاینده (در حد صفر درصد) در مجله نگاشته شده بود (توسط آقای فرانک زمان از دانشگاه کلمبیا). این مقالات گروه GCC را به راهی هدایت کرد که از دکتر کلارک دعوت به عمل آوردند تا در زمینه فعالیت‌های هنر تولید سیمان سخنرانی کنند. این تقاضا و دعوت منجر به موضوعاتی شدکه مبین تغییرات پیچیده و اساسی در عملیات اپراتوری کوره از سال ۱۹۷۰ میلادی شده است، سالی که دکتر کلارک برای اولین‌بار فعالیت خود را در صنعت سیمان آغاز نمود. برای هر تولیدکننده موضوع تقلیل هزینه‌ها اصلی‌ترین هدف است ولی برای رسیدن به این استراتژی راه‌های متنوعی وجود دارد. در واقع توجه به راهبری کوره‌های سیمان می‌تواند یک هدف اساسی برای حداقل‌سازی هزینه‌ها باشد.
● سرعت تولید کلینکر:
در ابتدای سال ۱۹۷۰ میلادی در اپراسیون کوره‌ای سیمان موضوع اولیه مقدار تولید کلینکر بود (مقدار تولید در روز بر نفر و برای هر کوره مطرح بود). این اولویت اولیه تا به امروز که کوره‌های با ظرفیت ۱۰۰۰۰ تن و ۱۲۰۰۰ تن طراحی شده‌اند، هم‌چنان باقی است. شرکت BLUE CIRCLE با شش کوره تر بلند را در کارخانه NORTH FLEET با ظرفیت کلی ۱۲۰۰۰ تن در روز را به پایان رسانده است. این شرکت بزرگ‌ترین کارخانه سیمان اروپا و همانند نگینی بر تاج پروژه‌های BLUE CIRCLE می‌باشد. ظرفیت تولید کارخانه برای هر شش کوره به مقدار استاندارد رسیده است.
● راندمان انرژی:
متأسفانه برای این کمپانی و کارخانه NORTH FLEET اولویت کارخانه از سال ۱۹۷۰ میلادی تاکنون با توجه به دوشوک بزرگ نفتی عوض شده و اکنون راندمان انرژی مطرح است، این کارخانه یکی از بزرگ‌ترین کارخانه‌های سیمان با کوره‌های تر بلند در جهان بود. امروزه این کارخانه در انتهای عمر خویش به‌سر می‌برد و تاکنون چهار کوره آن متوقف شده است، شوک‌های نفتی نشان داد که انرژی اولویت دوم کارخانه‌های تولید سیمان است و باعث شد که به عمر کوره‌های تر سیمان خاتمه داده شود. بعد از شوک‌های نفتی، قیمت‌های انرژی تثبیت شد و دیگر با تورم جهانی افزایش نیافت، هرچند با افزایش ۳ ساله اخیر قیمت‌های انرژی معلوم گردید که راندمان انرژی یکی از اولویت‌های اصلی کارخانجات تولید سیمان باقی می‌ماند.
● اهمیت افزایش کیفیت کلینکر:
برای اپراتورهای کوره‌های سیمان موضوع کیفیت کلینکر تا سال‌های ۱۹۷۰ میلادی و قبل از آن، حائز اهمیت نبود (هم‌چنان‌که برای بسیاری از شرکت‌ها هنوز هم اهمیت چندانی ندارد) در صورتی‌که کلینکر دارای درصد پائینی از آهک آزاد باشد، در مرحله بعدی کیفیت محصول به نرمی سایش در آسیاب‌های سیمان بستگی دارد. هرچند این وضعیت در سال‌های اخیر تغییر یافته است ولی من حیث‌المجموع کیفیت کلینکر به‌عنوان اولویت سوم بعد از میزان تولید آن و راندمان انرژی مطرح می‌باشد. اولویت در حال افزایش کیفیت کلینکر با رشد تولید سیمان‌های مخلوط رو به افزایش است، هرچند کلینکر دارای کیفیت افزایش مقاومت و خواص هیدرولیک باشد در نتیجه جایگزینی مقدار کلینکر در سیمان‌های مخلوط دارای اهمیت بیشتری می‌شود. امروزه بهترین کوره‌بان‌های سیمان درک کرده‌اند که توجه روی مینرالوژی کلینکر باشد تا این‌که پخت به‌صورت کامل انجام شود و تنها به محاسبه BO GUE اکتفا شود. وقتی کنترل واقعی روی مینرالوژی کلینکر امکان‌پذیر است که از میکروسکوپ و دستگاه X-Ray استفاده شود، در ضمن کنترل تغذیه کوره و شرایط پخت آن مد نظر باشد.
رسیدن به پتانسیل هیدرولیک کلینکر با افزودن آلیت نیز یک نکته قابل توجه است که این موضوع ابتدا توسط شرکت Aalborg در دانمارک به وسیله افزودن کلسیم فلوراید یا گچ خام به مواد عملی گردید و به وسیله کمپانی FLSMIDTH کامل‌تر گردید. در نتیجه امروزه شرکت‌های متعددی هستند که به تغذیه کوره کلسیم فلوراید اضافه می‌کنند. توجه به مواد معدنی کلینکر و کیفیت آن به موازات مقدار تولید آن و انرژی مصرفی در واقع اولویت‌های تولید سیمان مرغوب است.
● کنترل گازهای آلاینده:
حداقل نمودن هزینه‌ها و توجه به انرژی مصرفی به وسیله دو استراتژی اصلی عملی می‌گردد، اول راندمان انرژی مناسب، دوم جایگزینی سوخت‌های سنتی که قیمت‌های پائین‌تری دارند. استراتژی اول دلیل عملی باقی ماندن کوره‌های تر سیمان است. با توجه به تاریخ گذشته یعنی سال‌های ۱۹۷۰ میلادی و قبل از آن مراحل اساسی جهت کاهش انرژی مصرفی توسط سازندگان ماشین‌آلات سیمان عملی گردید، این کار با ساختن آسیاب‌های عمودی و تکنولوژی آن و خنک‌کن‌های جدا از کوره توسعه یافت. استراتژی دوم در حقیقت باعث گردید که تعداد زیادی کوره تر بلند هم‌چنان در فعالیت‌ باقی بمانند. وقتی برای سوخت قیمتی در نظر گرفته می‌شود مقدار سوخت مصرفی زیاد برای یک کوره تر بلند نشان آن است که هزینه‌های سوختی بسیار بیشتری باید پرداخت گردد که این موضوع با پائین نگهداشتن هزینه‌ها برای هر نوع کوره‌ای مغایرت دارد و این مسئله عملی نمی‌شود مگر آن‌که سوخت‌های متنوع و ارزان به‌کار برده شود. با توجه به مقدمه فوق متوجه می‌شویم که کنترل آلاینده‌ها چهارمین اولویت مورد نظر برای کوره‌های سیمان است. براساس قوانین دولت‌ها برای کاربرد سوخت‌های متفاوت باید مقدار گازهای آلاینده تحت کنترل باشد، حدودهای مشخصی برای میزان گردوغبار خروجی و گازهای اسیدی NOx,SO۲,CO و کربن آلی فرار و فلزات سنگین در نظر گرفته می‌شود و با توجه به این محدودیت‌ها کاربرد سوخت‌های متفاوت عملی خواهد بود.
مقدار صرفه‌جوئی در هزینه‌ها برای سوخت‌های متغیر باید در حدی باشد که بتوان آن را در راه کاربرد نصب دستگاه‌های کاهش آلاینده‌ها در نظر گرفت با توجه به این موضوع آلاینده‌ها را باید کنترل نمود که یک موضوع پیچیده و کاملاً مورد نیاز است. در داخل اروپا اهمیت کنترل آلاینده‌ها به‌عنوان چهارمین اولویت برای اپراتورهای کوره‌های سیمان مدنظر قرار گرفته و توسط اتحادیه‌ اروپا EU شاخه کنترل آلاینده‌ها و خروج CO۲ مورد تأکید قرار گرفته است، در نتیجه تولید سیمان‌های مخلوط مورد توجه بیشتری شده که به‌ تبع آن کیفیت کلینکرهای تولیدی بالاتر رفته است. هم‌چنین جایگزینی سوخت‌های سنتی با متغیرهای سوختی آلی انجام پذیرفته که در نتیجه میزان خروج CO۲ تا حد صفر درصد کاهش یافته است.
در نهایت در سیمان‌های مخلوط مقدار بیشتری از کلینکر جایگزین شده و کاربرد سوخت‌های آلی (BIOMASS) و هزینه آنها کفایت هزینه‌های کنترل خروج آلاینده‌های کربنی را در صنعت سیمان نمی‌نمایند. در این‌جاست که موقعیت تکنولوژی‌هائی که حبس آلاینده‌های کربنی را در نیروگاه‌های مختلف در اسکاندیناوی و جاهای دیگر در نظر دارند، فراهم می‌گردد. تاکنون در صنعت سیمان پروژه معینی مشاهده نشده است که در مورد کنترل آلاینده‌ها اقدام خاصی صورت گرفته باشد ولی مطالعات هزینه‌ها و امکان‌پذیری طرح شروع شده است.
● قابلیت اطمینان:
کارخانجات سیمانی که آلاینده‌هایش در حد صفر باشد موضوع آینده است اما پنجمین اولویت برای اپراتورهای کوره که همیشه مورد نظر است کارکرد مؤثر کوره است. مقدار تولید سالیانه کلینکر تنها تابعی از سرعت تولید کلینکر نیست بلکه به ساعات کارکرد و مدت زمانی که تولید در حداکثر خود قرار دارد، بستگی دارد. ثمربخشی کوره‌های سیمان در جهان دارای آمار بسیار ضعیفی است.
آمار رو به افزایش استفاده از سوخت‌های متغیر که مقدار کالری حرارتی متفاوتی دارند و شامل مواد فرار نیز می‌باشند، نشان می‌دهد که ثمربخشی و کارکرد یکنواخت کوره‌ها به مراتب مشکل‌تر می‌شود. هرچند سوخت‌های آلی و (BIOMASS) از نظر خروج CO۲ در حد صفر می‌باشد ولی شامل عناصر فعال از قبیل کلر می‌باشد که کارکرد با ثبات کوره را به مراتب مشکل‌تر می‌سازد.
● نتیجه‌گیری:
▪ کارکرد هر کوره سیمان دارای پنج اولویت مهم است:
۱) مقدار تولید کلینکر
۲) راندمان انرژی
۳) کیفیت کلینکر تولیدی
۴) کنترل آلاینده‌ها
۵) ثمربخشی کارکرد
به پنج اولویت فوق باید اولویت مهم دیگری افزود و اولویت ششم سلامت پرسنل و ماشین‌آلات است. این اولویت همیشه مورد توجه خاص بوده است. نیاز به راهبری صحیح کوره به نیازهای مردمی که کوره را هدایت می‌کنند، بستگی دارد اصطلاح قدیمی مشعل‌بان شاید دلالت به کسی نداشته باشد که بتواند به‌صورت بهینه اولویت‌های پیچیده‌ و درهم کوره را مدیریت نماید. امروزه حتی فارغ‌التحصیلان رشته علوم و مهندسی هم بدون آموزش‌های مقدماتی قادر به استفاده بهینه و مدیریت اولویت‌ها نیستند. اتوماسیون و بهینه‌سازی سیستم‌ها در بسیاری موارد مشترک هستند اما عده کمی از پس مدیریت اولویت‌ها برمی‌آیند، اپراتوری کوره‌های سیمان و کنترل آنها موضوع پیچیده‌ای است و در بسیاری از اولویت‌ها تداخل موجود است.
مدیریت بهینه‌سازی و استراتژی‌های کنترل و در کنار آنها سلامت ماشین‌آلات و پرسنل جزء کوشش‌های نوینی است که باید در نظر داشته باشیم.

مترجم: نصرت‌اله پولادی‌بند
۱) International Cement review April ۲۰۰۷, Pages ۷۷&۷۸
۲) کارشناس ارشد تولید شرکت سیمان اردبیل و آبیک آذرشهر

منبع : ماهنامه صنعت سیمان