نیازهای زیست‌محیطی و راه‌کارهای مؤثر

آقای کوین هاپ مدیر تولید واحد فرآیند حرارتی پیش‌گرمکن کارخانه اف ‌ال اسمیت در آمریکا مطالعه موردی خود را در خصوص چالش‌های یک کارخانه سیمان با مقررات زیست‌محیطی، به شرح ذیل ارائه می‌نماید. اخیراً بحث در خصوص نیازهای زیست‌محیطی تولیدکنندگان سیمان بسیار متداول بوده و لازمه آن ارائه راه‌کارهائی است که بر دانش اولیه فرآیند تولید سیمان استوار باشد.
مطالعات تکمیلی که اخیراً شرکت اف ال اسمیت روی کارخانجات سیمان یکی از مشتریان خود و ذرات پراکنده یکنواخت و قابل رویت دوده دودکش اصلی این کارخانه به عمل آورد، نمونه خوبی در این خصوص است. این کارخانه سیمان که چندان مورد تائید این گروه نیست، باید از شرایطی برخوردار باشد که با شرایط انتشار شدید دوده کاملاً هماهنگ باشد. با استفاده از یک بررسی چند مرحله‌ای در جهت حل کلیه زوایای این معضل، می‌توان به نتایج دقیق‌تر و جامع‌تری در این خصوص دست یافت.
● مطالعات مقدماتی:
اولین گام این بود که نمونه‌های معرف مواد اولیه مصرفی این کارخانه نظیر ذغال‌سنگ و کک (Potcoke) به‌طور جداگانه در محیط آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفت. آنالیزهای شیمیائی و آزمایشات بدون گاز روی مخلوط مواد انجام شد و آنالیز تقریبی نیز روی نمونه‌های ذغال‌سنگ و کک به عمل آمد. در آزمایش (off-gas) بدون گاز که از نظر شرکت اف ال اسمیت آزمایشی بی‌نظیر است، نمونه مواد با اندکی افزایش دما در کوره در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد قرار گرفت و میزان آلودگی گاز خروجی طی یک دوره زمانی اندازه‌گیری شد. شرایط جوی کوره نیز نزدیک به شرایط قابل انتظار در سیستم واقعی پیش‌گرمکن تنظیم گردید. بررسی‌های متعددی روی اطلاعات حاصله در شرایط واقعی در مقایسه با نتایج آزمایشات فوق در شرایط بدون گاز، نشان می‌دهد که بین این دو ارتباطی است که انتشار آلودگی در این کارخانه را دقیقاً پیش‌بینی می‌نماید.
یافته‌های مقدماتی این بررسی‌های آزمایشگاهی نشان داد که تکه‌های دوده به دلیل وجود آمونیاک و سولفور موجود در گاز دودکش اصلی است، اما میزان کلراید موجود در این نمونه‌ها با توجه به درصد بای پس کوره کارخانه‌ای که به‌طور نرمال کار می‌کند، برای تشکیل دوده آن‌قدر کافی نبود.
به‌علاوه، نتایج به‌دست آمده حاکی است که میزان سولفور حاصل از سوخت در کارخانه‌ای که از طریق سیستم بای پس کوره کار می‌کند، کمک مؤثری در میزان انتشار گاز SO۲ می‌باشد.
● بازرسی در محل:
گام بعدی این بود که میزان و منبع انتشار گاز در دودکش اصلی از جمله پیش‌گرمکن و سیستم سایش مواد و بای پس کوره مورد بازرسی قرار گیرد.
یک نوع سیستم آنالیز مجهز ویژه نیز در محل کارخانه راه‌اندازی شد که نه‌تنها میزان آلوده‌کننده‌های معمولی نظیر NOx، SO۲و CO۲ بلکه سایر ترکیبات نظیر آمونیاک، اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریدریک را اندازه‌گیری می‌نمود. این سیستم آزمایشی تائید نمود که دوده از آمونیاک و سولفور تولید می‌شود. این آزمایش جنبه‌های عملی متعددی را در خصوص تشکیل و جذب آلوده‌کننده‌ها در کل سیستم مورد بررسی قرار داد. معمولاً برای از بین بردن دوده میزان مواد معرف را کم و سپس تلاش می‌کردند که این ذرات را به حداقل برسانند.
اگرچه در این کارخانه، آمونیاک به‌عنوان عنصری که قابلیت ترکیبی زیادی با سنگ آهک را داراست، درصد بالائی از مخلوط مواد خام را تشکیل می‌دهد، بنابراین همه تلاش‌ها روی سولفور ورودی و تولید گاز SO۲ متمرکز شد.
بررسی آزمایشگاهی فاز اول در این خصوص نشان داد که فقط این امکان وجود داشت که میزان مخلوط مواد خام را کاهش دهند.
جهت اثبات این‌که با کاهش گاز SO۲ می‌توان تولید دوده را به حداقل رساند، آزمایش تزریق آهک هیدراته خشک انجام شد. با تزریق آهک هیدراته خشک در پیش‌گرمکن و سیستم بای پس در حالی‌که انتشار گاز SO۲ پائین‌تر از حداکثر میزان مطمئنه بود، دوده از بین رفت و نتایج بسیار عالی حاصل شد خصوصاً در پیش‌گرمکن زمانی که نسبت مولی آهک به گاز SO۲ـ، ۵ به ۴ بود، میزان گاز خروجی SO۲ تا ۹۲ درصد کاهش یافت.
● بهبودهای عملیاتی:
با اثبات ارتباط بین کاهش گاز SO۲ و ذرات جدا شده دوده، فاز دوم روی بهبود عملیاتی و کاهش گاز SO۲ تمرکز یافت. استفاده از آهک هیدراته شده به دلیل قیمت نسبتاً بالای آن محدود شد و حجم زیادی از گاز SO۲ نه‌تنها در پیش‌گرمکن به دلیل سوخت سولفور رنگی (پیریتیکی) موجود در خوراک مواد خام بلکه به دلیل احتراق ناقص سوخت کلساینر و کاهش هوای اضافی در سیستم بای پس ایجاد شد. از آن‌جا که کلساینر طوری طراحی نشده که بتوان سوخت خوب و بدون نقصی را در آن ذغال‌سنگ ایجاد نمود، با توجه به احتراق و اختلاط، چندین راه‌کار در جهت بهبود شرایط سوخت آن پیشنهاد شد که عبارتند از جایگزینی مشعل بهتر در کلساینر، توزیع مواد و بالا بردن زمان ماندگاری. علاوه‌بر آن توصیه شد که جهت کاهش گاز SO۲ روش‌های عملیاتی این فرآیند را نیز ارتقاء دهند.
با نگهداری هوای اضافی کافی در کوره با فن پرسرعت پیش‌گرمکن و پاکسازی منظم لوله بالابر کوره، سرعت تبخیر سولفور کم شده و بنابراین سولفور بیشتری به همراه کلینکر به بیرون هدایت می‌شود. با یک روش مؤثر دیگر حجم گاز داغ خارج شده از پیش‌گرمکن و آزاد شده در سیستم سایش مواد را به حداکثر می‌سانند. برای عملی شدن این موضوع می‌توان درجه حرارت خروجی پیش‌گرمکن را با پاشش آب از بالا و پائین کاهش داده، هوای ورودی آسیاب را کم نموده و زمان چرخش دائمی آسیاب مواد را نیز در وضعیت طولانی نگه داشت. آمونیاک موجود در گاز نیز هنگام خروج گاز از مدار سایش مواد آزاد می‌شود و نهایتاً با توجه به شرایط تشکیل دوده، پائین نگه داشتن درجه حرارت در ورودی فیلتر اصلی طی دوره‌های افت سایش مواد، نمک‌های آمونیاکی را تغلیظ و جذب می‌نمود. متدهای متفاوت متعددی جهت رفع و از بین بردن تکه‌های دوده و به حداقل رساندن شرایط انتشار با همکاری مشترک شرکت اف ال اسمیت و این کارخانه مورد بررسی قرار گرفت که با مقایسه تحلیلی هزینه‌های تفصیلی، لی آوت، شرایط و محدودیت‌ها هم‌چنین برنامه زمان‌بندی توانستند عملی‌ترین و جالب‌ترین راه‌کار را در این خصوص ارائه دهند.
● نتیجه:
موضوع ذرات دوده که در بالا به آن پرداخته شد، دقیقاً یکی از چندین نیاز زیست‌محیطی است که مدیران کارخانجات سیمان ممکن است امروزه با آن مواجه شوند و ارائه راه‌کار صحیح و کامل در این خصوص نیازمند آگاهی کلی در خصوص فرآیند تولید کارخانه سیمان است. به منظور دستیابی به نتایج مطلوب‌تر، این مورد خاص که با بررسی آزمایشگاهی آغاز شد، با آزمایشاتی در خصوص انتشار در محل، کاهش انتشار و بهبودهای عملیاتی و تجهیزاتی مورد پیگیری قرار گرفت.

مترجم: سهیلا حمیدی
منبع:
World Cement. April ۲۰۰۶

منبع : ماهنامه صنعت سیمان