پخت

تهیه خوراک کوره

پس از آماده شدن مواد خام، نوبت به تهیه خوراک کوره می‌رسد. این عمل روشهای گوناگونی دارد و بر همین اساس، روشهای مختلف تولید سیمان را دسته‌بندی می‌کنند. بدین منظور چهار شیوه وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره می‌گردد.

۱- روش تر

داخل حوضچه‌هایی را از آب پر می‌کنند و مواد اولیه را به نسبت معین به آن می‌افزایند. یک بازوی مکانیکی همزن، وظیفه اختلاط مواد و جلوگیری از ته نشین شدن آنها را بر عهده دارد. البته ممکن است از دمیدن هوای فشرده از
زیر حوضچه به داخل آن نیز استفاده شود. از دوغاب بدست آمده نمونه بردای کرده، در آزمایشگاه تجزیه می‌کنند تا نسبت مواد در آن را تشخیص دهند. بدین ترتیب، کمبود مواد و ترکیبات در دوغاب را تعیین و با استفاده از سیلوهای کمکی، مواد لازم را به میزان کافی اضافه می‌ نمایند تا دوغاب با ترکیبات مناسب بدست آید. دوغاب آماده شده را به کوره پخت سیمان انتقال می دهند.

۲- روش نیمه تر

در این شیوه، دوغاب بدست آمده از روش تر را پیش از آنکه به کوره بفرستند، داخل فیلترهایآکاردئونی می‌‌فشارند تا آب آن گرفته شود. حاصل، خمیر سختی خواهد بود که پس از بریدن به شکل استوانه‌های کوچک، جهت پخت به کوره می‌رود.

۳- روش نیمه خشک

در این روش، مواد اولیه را بر روی سینی‌های دواری به نام دستگاه گلوله ساز ریخته، چهار الی پنج درصد آب اضافه می‌کنند. حرکت دورانی سینی و رطوبت موجود باعث پیوستن پودر مواد اولیه به یکدیگر و ایجاد گلوله‌هایی به نام آماج می‌شود. این گلوله‌ها، خوراک کوره خواهند بود.

۴- روش خشک

در این روش، پودر سنگ آهک و خاک رس به صورت خشک با یکدیگر مخلوط می‌شوند و نمونه‌هایی از‌ آن تهیه می‌شود. این نمونه‌‌ها در معرض تابش اشعه X قرار می‌گیرند و بازتاب اشعه تحلیل می‌شود. از آنجا که هر ماده، بازتاب مخصوصی از اشعه X دارد، با تحلیل طیفهای بازتابی از نمونه می‌توان درصد مواد گوناگون در نمونه را تعیین و نسبت به تنظیم آنها اقدام کرد. مخلوط حاصل به همان صورت خشک، خوراک کوره 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

هنگامیکه خوراک کوره به هر یک از چهار روش فوق آماده شد، باید در دمای حدود ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد حرارت ببیند تا فعل و انفعالات لازم به وجود آید. بدین منظور از دو نوع کوره استفاده می‌شود.

۱- کوره قائم

کوره قائم، استوانه‌‌ای است ایستاده به قطر معمولاً ۲ تا ۳ متر و ارتفاع ۷ الی ۱۰ متر که داخل آن با لایه‌ای از آجر نسوز پوشیده شده است. خوراک کوره از بالا همراه با درصدی پودر ذغال کک وارد کوره می‌شود. ذغال در مجاورت آتش و دمیدن هوا از پایین کوره مشتعل گشته، حرارت لازم را تأمین می‌کند. آنچه به صورت تفاله از پایین کوره خارج می‌شود، کلینکر نام دارد و جهت تولید سیمان از آن استفاده می‌شود. در حالیکه این کوره شامل سیستم بسیار ساده و بهره برداری آسانی می باشد، غیر یکنواختی کلینکر تولید شده، هزینه پرسنلی زیاد، تولید کم و مصرف ذغال کک گران قیمت از مهمترین معایب آن به حساب می‌آید. بنابراین کوره های قائم به تدریج از خط تولید کارخانجات حذف و جای آنها به کورهای گردنده ی افقی داده شد.

۲- کوره گردنده افقی (Rotary kiln)

کوره گردنده ی افقی، استوانه‌ای است فلزی به قطر حدود ۳ تا ۵ متر و طول کافی که گاهی تا ۱۶۰ متر نیز می‌رسد. محور این کوره با افق زاویه کوچکی می‌سازد تا مواد وارد شده از بالا، در اثر حرکت دورانی و شیب کوره به سمت پایین آن منتقل شوند. حرارت لازم کوره توسط مشعلی که در قسمت انتهایی قرار گرفته و جریان‌های گرم و حرارت را از انتهای کوره به سمت ابتدای آن برقرار می‌کند، تأمین می‌شود. از آنجا که دما در داخل کوره بسیار زیاد است، جهت ‌گیری از انتقال آن به بدنه کوره،
قسمت داخلی آنرا با یک لایه آجر نسوز و همچنین عایق های حرارتی می‌پوشانند.

در صورت خاموش کردن کوره، تغییرات دمایی بسیار زیاد حاصله (در حدود)، ایجاد شوک حرارتی نموده و باعث تخریب بخشهای درونی کوره می‌شود. لذا حتی‌المقدور بجز در موارد ضروری یا تعمیر نباید کوره را متوقف نمود.

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

همانگونه که اشاره گردید، در کوره‌های گردنده افقی دو جریان مخالف هم برقرار است:

۱- جریان مواد از بالا به پایین.

۲- جریان هوای گرم از پایین به بالا.

خروج کلینکر از پایین کوره و هوای گرم از بالای کوره،‌ باعث اتلاف بخش عظیمی از حرارت کوره و انرژی می‌شود. لزوم مقابله با این پدیده، منجر به ابداع شیوه‌های گوناگون و افزودن تجهیزاتی از جمله پیش گرم کن، کلساینر، کولر و … به کوره های دوار گردید.

پیش گرم‌کن (Pre heater)

پیش گرم کن متشکل از ظروفی به شکل مخروطهای ناقص معکوس (سیکلون) است که در بالای ورودی کوره نصب می‌شوند و مواد پیش از ورود به کوره، از این سیکلونها می گذرند.

هوای گرم خروجی از بالای کوره از سیکلونها عبور داده شده، این جریان هوای گرم موجب گرم شدن و خشک شدن نسبی مواد خام می‌شود. لذا با کاهش مناطق حرارتی داخل کوره، به همین نسبت از طول کوره کاسته می شود.
پیش گرم کن مجهز به یک فن دمنده و تیغه‌هایی در مسیر خروجی سیکلون ها می باشد که جریان هوا پس از تنظیم سرعت توسط فن، در برخورد با تیغه‌ها آشفته شده، مواد اولیه را در خود شناور نگاه می‌دارد و گرم می‌‌کند.

از مزایای پیش گرم کن می توانبه بالا بودن راندمان (حدود ۹۰%) و افزایش راندمان کوره، کاهش مصرف حرارتی کوره تا ۷۵۰kcal/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.

پیش کلسینه کن (calciner)

پیش کلسینه کن همانند پیش گرم کن بر مبنای استفاده هرچه بیشتر از انرژی تلف شده در مسیر گازهای خروجی از کوره طراحی می گردد. پیش کلسینه کن که شامل یک یا چند مشعل می باشد مابین پیش گرم کن و کوره نصب شده و درصدی از مواد در اثر حرارت آن کلسینه می‌شوند. و به دنبال آن، از طول کوره کاسته و در انرژی و هزینه آن صرفه جویی می شود.

کولر (Cooler)

 

اتلاف بخش قابل توجهی از حرارت و انرژی کوره به دلیل خروج کلینکر با دمای بالا، غیر قابل مصرف بودن کلینکر خروجی از کوره با دمایی بیش از ۱۰۰۰ 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 بکارگیری سیستمی به نام کولر شد.

کولرها انواع مختلفی دارند و سیستم عمومی آنها بدین شرح است که کلینکر با دمای بالا از کوره وارد کولر شده و تحت اثر جریان هوای خنک قرار می‌گیرد. از طرف دیگر، هوایی که در مجاورت کلینکر با دمای بالا، افزایش دما یافته است، به داخل کوره هدایت شده و میزان انرژی لازم جهت گرم کردن را کاهش می‌دهد.

فیلترهای الکترواستاتیک (Electrostatics filter)

گازهای خروجی از کوره، پس از عبور از کلساینر و پیش گرم کن، در نهایت وارد جو می‌شوند. این گازها شامل مقادیر قابل ملاحظه‌ای از ذرات ریز معلق می باشند که در صورت عدم بازیافت، موجب آلودگی محیط زیست می‌ گردند. لذا جهت جدا کردن این ذرات، از فیلترهای گوناگون استفاده می‌شود. یکی از انواع این فیلترها، فیلتر الکترواستاتیک است. در این سیستم، صفحاتی فلزی با بار مثبت الکترواستاتیکی در مسیر گازهای خروجی قرار می‌گیرند و ذرات معلق موجود در گاز به وسیله جریان برق فشار قوی، به بار منفی باردار می‌شوند. ذرات با بار منفی به سمت صفحات با بار مثبت جذب می‌شوند. هنگامیکه ضخامت ذرات روی صفحات به حد معینی برسد، با دستگاه‌های لرزاننده صفحات را تمیز می‌کنند. ذرات بدست آمده در صورت دارا بودن قابلیت مصرف، به قسمت خوراک کوره بازگردانده می‌شوند.

گاز خروجی از پیش گرمکن که قسمت عمده حرارت خود را به مواد داده است، تا دمای تقریبی ۳۰۰ 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 ۱۵۰ 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 ۱۰ تا ۷۰ 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: ۵۲m

قطر کوره: ۴٫۴m

شیب کوره: ۳٫۵%

تعداد پایه ها: ۲

ظرفیت: ۳,۳۰۰ ton/day

میزان دور: ۰٫۵-۳٫۴rpm

توان مصرفی موتور:۴۷۰kW

طرح مشعل: PYRO-JET BURNER HPJ/240

۲۳۷٫۶*۱۰۶kj/h:توان حرارتی مشعل

نوع سوخت مصرفی:گازطبیعی- نفت کوره

۶۹۰۰Nm3/h @ P=3bar , T=15°c :ظرفیت حجمی مشعل در زمان مصرف گاز طبیعی

ظرفیت جرمی مشعل در زمان مصرف نفت کوره: ۵۷۰۰Nm3/h @ P=40bar , T=130°c , volesiyt:2°E

سیستم بای پاس

شامل: فیلتر کیسه ای- فن خنک کن

ظرفیت فیلتر:۵۰,۰۰۰m3/h

نرخ گاز خروجی به سمت بای پاس: ۵% گازهای خروجی کوره

پیش گرم کن

طرح: تک پل ۵ مرحله ای با دو سیکلون در مرحله ی اول.

توان مصرفی فن پیش گرم کن:۲,۰۰۰kW

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

۳۲۰*۱۰۶kj/h:توان حرارتی مشعل

نوع سوخت مصرفی:گازطبیعی- نفت کوره

۸,۸۰۰Nm3/h @ P=3bar , T=37.2°c:ظرفیت حجمی در زمان مصرف گاز طبیعی
۷,۵۰۰Nm3/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:  ۴,۰۰۰ ton/day

سطح:۸۳m3

تعداد واحدهای متحرک: ۲

 ۴-۲۵ ۱/min:میزان حرکت گریت

تعداد فن خنک کن: ۹

دبی فن های گریت کولر: