تهیه خوراک کوره

پس از آماده شدن مواد خام، نوبت به تهيه خوراك كوره مي‌رسد. اين عمل روشهاي گوناگوني دارد و بر همين اساس، روشهاي مختلف توليد سيمان را دسته‌بندي مي‌كنند. بدين منظور چهار شيوه وجود دارد كه در ادامه به آنها اشاره مي‌گردد.preheater precalciner kiln from fldsmidth

1- روش تر

داخل حوضچه‌هايي را از آب پر مي‌كنند و مواد اولیه را به نسبت معين به آن مي‌افزايند. يك بازوي مكانيكي همزن، وظيفه اختلاط مواد و جلوگيري از ته نشين شدن آنها را بر عهده دارد. البته ممكن است از دميدن هواي فشرده از
زير حوضچه به داخل آن نیز استفاده شود. از دوغاب بدست آمده نمونه برداي كرده، در آزمايشگاه تجزيه مي‌كنند تا نسبت مواد در آن را تشخيص دهند. بدين ترتيب، كمبود مواد و تركيبات در دوغاب را تعيين و با استفاده از سيلوهاي كمكي، مواد لازم را به ميزان كافي اضافه مي‌ نمایند تا دوغاب با تركيبات مناسب بدست آيد. دوغاب آماده شده را به كوره پخت سيمان انتقال می دهند.

2- روش نيمه تر

در اين شيوه، دوغاب بدست آمده از روش تر را پيش از آنكه به كوره بفرستند، داخل فيلترهايآكاردئونی مي‌‌فشارند تا آب آن گرفته شود. حاصل، خمير سختي خواهد بود كه پس از بريدن به شكل استوانه‌هاي كوچك، جهت پخت به كوره مي‌رود.

3- روش نيمه خشك

در اين روش، مواد اوليه را بر روي سيني‌هاي دواري به نام دستگاه گلوله ساز ريخته، چهار الي پنج درصد آب اضافه مي‌كنند. حركت دوراني سيني و رطوبت موجود باعث پيوستن پودر مواد اوليه به يكديگر و ايجاد گلوله‌هايي به نام آماج مي‌شود. اين گلوله‌ها، خوراك كوره خواهند بود.

4- روش خشك

در اين روش، پودر سنگ آهك و خاك رس به صورت خشك با يكديگر مخلوط مي‌شوند و نمونه‌هايي از‌ آن تهيه مي‌شود. اين نمونه‌‌ها در معرض تابش اشعه X قرار مي‌گيرند و بازتاب اشعه تحليل مي‌شود. از آنجا كه هر ماده، بازتاب مخصوصي از اشعه X دارد، با تحليل طيفهاي بازتابي از نمونه مي‌توان درصد مواد گوناگون در نمونه را تعيين و نسبت به تنظيم آنها اقدام كرد. مخلوط حاصل به همان صورت خشك، خوراك كوره خواهد بود. در سیستم پخت سایر روشها منسوخ شده و تامین خوراک کوره با روش خشک انجام می پذیرد.


پخت مواد اولیه و تولید کلینکر

هنگاميكه خوراك كوره به هر يك از چهار روش فوق آماده شد، بايد در دماي حدود 1400 درجه سانتیگراد حرارت ببيند تا فعل و انفعالات لازم به وجود آيد. بدين منظور از دو نوع كوره استفاده مي‌شود.

1- كوره قائم

كوره قائم، استوانه‌‌اي است ايستاده به قطر معمولاً 2 تا 3 متر و ارتفاع 7 الي 10 متر كه داخل آن با لايه‌اي از آجر نسوز پوشيده شده است. خوراك كوره از بالا همراه با درصدي پودر ذغال كك وارد كوره مي‌شود. ذغال در مجاورت آتش و دميدن هوا از پايين كوره مشتعل گشته، حرارت لازم را تأمين مي‌كند. آنچه به صورت تفاله از پايين كوره خارج مي‌شود، كلينكر نام دارد و جهت توليد سيمان از آن استفاده مي‌شود. در حاليكه اين كوره شامل سيستم بسيار ساده و بهره برداري آسانی می باشد، غير يكنواختي كلينكر توليد شده، هزينه پرسنلي زياد، توليد كم و مصرف ذغال كك گران قيمت از مهمترين معايب آن به حساب مي‌آيد. بنابراین کوره های قائم به تدریج از خط تولید کارخانجات حذف و جای آنها به کورهای گردنده ی افقی داده شد.

2- كوره گردنده افقي (Rotary kiln)

كوره گردنده ی افقي، استوانه‌اي است فلزي به قطر حدود 3 تا 5 متر و طول كافي كه گاهي تا 160 متر نيز مي‌رسد. محور اين كوره با افق زاويه كوچكي مي‌سازد تا مواد وارد شده از بالا، در اثر حركت دوراني و شيب كوره cement kiln1به سمت پايين آن منتقل شوند. حرارت لازم كوره توسط مشعلي كه در قسمت انتهايي قرار گرفته و جريان‌هاي گرم و حرارت را از انتهاي كوره به سمت ابتداي آن برقرار مي‌كند، تأمين مي‌شود. از آنجا كه دما در داخل كوره بسيار زياد است، جهت ‌گيري از انتقال آن به بدنه كوره،
قسمت داخلي آنرا با يك لايه آجر نسوز و همچنين عايق های حرارتي مي‌پوشانند.

در صورت خاموش كردن كوره، تغييرات دمايي بسيار زياد حاصله (در حدود)، ايجاد شوك حرارتي نموده و باعث تخريب بخشهاي دروني كوره مي‌شود. لذا حتي‌المقدور بجز در موارد ضروري يا تعمير نبايد كوره را متوقف نمود.

جلوگيري از اتلاف انرژي دلیلی بود که طراحان به فکر راهکارهایی جهت بهبود راندمان سیستم های پخت افتادند.

همانگونه كه اشاره گردید، در كوره‌هاي گردنده افقي دو جريان مخالف هم برقرار است:

1- جريان مواد از بالا به پايين.

2- جريان هواي گرم از پايين به بالا.

خروج كلينكر از پايين كوره و هواي گرم از بالاي كوره،‌ باعث اتلاف بخش عظيمي از حرارت كوره و انرژي مي‌شود. لزوم مقابله با اين پديده، منجر به ابداع شيوه‌هاي گوناگون و افزودن تجهیزاتی از جمله پیش گرم کن، کلساینر، کولر و ... به کوره های دوار گردید.

پيش گرم‌كن (Pre heater)

پيش گرم كن متشكل از ظروفي به شكل مخروطهاي ناقص معكوس (سیکلون) است كه در بالاي ورودي كوره نصب مي‌شوند و مواد پيش از ورود به كوره، از این سیکلونها می گذرند.

هواي گرم خروجي از بالاي كوره از سیکلونها عبور داده شده، این جریان هوای گرم موجب گرم شدن و خشك شدن نسبي مواد خام مي‌شود. لذا با کاهش مناطق حرارتی داخل کوره، به همين نسبت از طول كوره كاسته می شود. 
پيش گرم كن مجهز به يك فن دمنده و تيغه‌هايي در مسیر خروجی سیکلون ها می باشد كه جريان هوا پس از تنظيم سرعت توسط فن، در برخورد با تيغه‌ها آشفته شده، مواد اوليه را در خود شناور نگاه مي‌دارد و گرم مي‌‌كند.

از مزایای پیش گرم کن می توانبه بالا بودن راندمان (حدود 90%) و افزایش راندمان کوره، کاهش مصرف حرارتی کوره تا 750kcal/kg clinker ، امکان بکارگیری مواد نرم تر و تاثیر بر ترمودینامیک کلسیناسیون و کاهش میزان رطوبت، بهبود کیفی محصول و ... اشاره نمود.

از معایب آن می توان به ارتفاع زیاد سازه، افت فشار زیاد و نیاز به مصرف انرژی بالاتر در فن پیش گرم کن، اشاره نمود.

پيش كلسينه كن (calciner)

پيش كلسينه كن همانند پيش گرم كن بر مبناي استفاده هرچه بيشتر از انرژي تلف شده در مسیر گازهای خروجی از کوره طراحی می گردد. پيش كلسينه كن که شامل یک یا چند مشعل می باشد مابين پيش گرم كن و كوره نصب شده و درصدي از مواد در اثر حرارت آن كلسينه مي‌شوند. و به دنبال آن، از طول كوره كاسته و در انرژي و هزينه آن صرفه جويي می شود.

كولر (Cooler)

 grate cooler

اتلاف بخش قابل توجهي از حرارت و انرژي كوره به دليل خروج كلينكر با دمای بالا، غیر قابل مصرف بودن كلينكر خروجی از كوره با دمایی بیش از 1000 درجه سانتیگراد و همچنین جلوگیری از برگشت فازهای تشکیل شده کلینکر در کوره جهت بالا بردن کیفیت آن، همگی از عواملی بودند که منجر به بكارگيري سيستمي به نام کولر شد.

كولرها انواع مختلفي دارند و سيستم عمومي آنها بدين شرح است كه كلينكر با دمای بالا از كوره وارد كولر شده و تحت اثر جريان هواي خنك قرار مي‌گيرد. از طرف دیگر، هوايي كه در مجاورت كلينكر با دمای بالا، افزایش دما یافته است، به داخل كوره هدايت شده و ميزان انرژي لازم جهت گرم كردن را كاهش مي‌دهد.

فيلترهاي الكترواستاتيك (Electrostatics filter)

گازهای خروجي از كوره، پس از عبور از کلساینر و پيش گرم كن، در نهايت وارد جو مي‌شوند. اين گازها شامل مقادیر قابل ملاحظه‌اي از ذرات ريز معلق می باشند كه در صورت عدم بازيافت، موجب آلودگي محيط زيست مي‌ گردند. لذا جهت جدا كردن اين ذرات، از فيلترهاي گوناگون استفاده مي‌شود. يكي از انواع اين فيلترها، فيلتر الكترواستاتيك است. در اين سيستم، صفحاتي فلزي با بار مثبت الكترواستاتيكي در مسير گازهای خروجی قرار مي‌گيرند و ذرات معلق موجود در گاز به وسيله جريان برق فشار قوي، به بار منفي باردار مي‌شوند. ذرات با بار منفي به سمت صفحات با بار مثبت جذب مي‌شوند. هنگاميكه ضخامت ذرات روي صفحات به حد معيني برسد، با دستگاه‌هاي لرزاننده صفحات را تميز مي‌كنند. ذرات بدست آمده در صورت دارا بودن قابليت مصرف، به قسمت خوراك كوره بازگردانده مي‌شوند.

گاز خروجی از پیش گرمکن که قسمت عمده حرارت خود را به مواد داده است، تا دمای تقریبی 300 درجه سانتیگراد سرد می گردد. دمای گاز جهت جلوگیری از آسیب حرارتی تجهیزات فیلتر و بالابردن راندمان غبارگیری، لازم است کاهش یابد. بدین منظور ابتدا گاز را از برج خنک کن عبور داده و با پاشش مقدار مناسب آب، دما را تا حدود 150 درجه سانتیگراد کاهش و سپس وارد سیستم غبارگیری می نمایند.

البته بجز فیلترهای الکترواستاتیکی، فیلترهای دیگری از جمله فیلترهای هیبریدی (hybrid filter) نیز، بدین منظور استفاده می گردند که پروسه خنک سازی گاز ورودی به آنها نیز متفاوت می باشد.

کار غبارگیری گازهای خروجی از سیستم پخت جدای از موارد اقتصادی آن، از نظر زیست محیطی نیز بسیار حائز اهمیت می باشد.

سیستم بای پاس (By pass)

وجود عناصر فرار از جمله کلر، اکسید پتاسیم، اکسید سدیم، سولفور و فسفات در خوراک و یا سوخت کوره، موجب تشکیل سیکلی از این مواد، در محدوده ی دمایی تبخیر و میعان آنها می گردد. بالا رفتن غلظت مواد در این سیکلها، موجب بروز مشکلاتی از جمله گرفتگی (ورودی کوره، کلساینر و سیکلون های انتهایی)، تاثیر در ترمودینامیک پخت، فرسایش نسوز و ... می گردد.

لزوم جلوگیری از بالا رفتن غلظت این عناصر، موجب تمهیداتی از جمله، طراحی سیستم بای پاس شده است. این سیستم، درصدی از گاز خروجی کوره را خارج نموده که معمولاً مکش در نقطه ای که حداکثر غلظت مواد فرار وجود دارد انجام می پذیرد؛ پس از سرد کردن گاز و تصعید عناصر مذکور، هوای تمیز به محیط و مواد جامد که عموماً شامل موادی با دانه بندی بسیار نرم و عناصر فرار می باشند، از سیستم خارج می گردد. بدین ترتیب سعی بر ثابت نگه داشتن غلظت مواد فرار در سیستم پخت می گردد.

میزان گاز خارج شده از سیستم پخت توسط بای پاس، می تواند 10 تا 70 درصد گازهای خروجی از کوره در نظر گرفته شود.

معرفی سیستم پخت کارخانه

سیستم پخت سیمان ممتازان با بهره گیری از بالاترین تجارب و تکنولوژی روز طراحان آلمانی طراحی، ساخت و نصب گردیده و تمامی موارد ذکر شده در راستای بهبود جنبه های مصرف انرژی و زیست محیطی در آن پیش بینی شده و با بهره برداری بهینه از این سیستم، نیل به اهداف مذکور میسر گردیده است.

طراح: KHD HUMBOLDT WEDAG

کوره

طول کوره: 52m

قطر کوره: 4.4m

شیب کوره: 3.5%

تعداد پایه ها: 2

ظرفیت: 3,300 ton/day

میزان دور: 0.5-3.4rpm

توان مصرفی موتور:470kW

طرح مشعل: PYRO-JET BURNER HPJ/240

237.6*106kj/h:توان حرارتی مشعل

نوع سوخت مصرفی:گازطبیعی- نفت کوره

6900Nm3/h @ P=3bar , T=15°c :ظرفیت حجمی مشعل در زمان مصرف گاز طبیعی

ظرفیت جرمی مشعل در زمان مصرف نفت کوره: 5700Nm3/h @ P=40bar , T=130°c , volesiyt:2°E

سیستم بای پاس

شامل: فیلتر کیسه ای- فن خنک کن

ظرفیت فیلتر:50,000m3/h

نرخ گاز خروجی به سمت بای پاس: 5% گازهای خروجی کوره

پیش گرم کن

طرح: تک پل 5 مرحله ای با دو سیکلون در مرحله ی اول.

توان مصرفی فن پیش گرم کن:2,000kW

کلساینر

طرح: PYRO TOP (از مزایا این کساینر می توان به اختلاط کامل سوخت و مواد، اختلاط بهینه ی گازها و کاهش میزان NOx اشاره نمود.)

طرح مشعل:    PYRO-JET BURNER HPJ/320

320*106kj/h:توان حرارتی مشعل

نوع سوخت مصرفی:گازطبیعی- نفت کوره

8,800Nm3/h @ P=3bar , T=37.2°c:ظرفیت حجمی در زمان مصرف گاز طبیعی
7,500Nm3/h @ P=40bar , T=130°c , volesiyt:2°E:ظرفیت جرمی در زمان کارکرد با نفت کوره

کولر

طرح: PYROSTEP Cooler. PSC 2-083.12 HT

ظرفیت:  4,000 ton/day    

سطح:83m3

تعداد واحدهای متحرک: 2

 4-25 1/min:میزان حرکت گریت

تعداد فن خنک کن: 9

دبی فن های گریت کولر:

No.fan

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Flow

16.74

16.74

29.33

33.44

26.88

48.83

68.38

112.32

4.5