بررسی منابع انتشار گرد و غبار و جمع آوری و تصفیه آن در بخشهای مختلف صنعت سیمان
» گزیده مطالب » » آموزش » بررسی منابع انتشار گرد و غبار و جمع آوری و تصفیه آن در بخشهای مختلف صنعت سیمان
بررسی منابع انتشار گرد و غبار و جمع آوری و تصفیه آن در بخشهای مختلف صنعت سیمان
امروزه جمع آوری و تصفیه آلودگی در صنایع آلوده ساز نظیر سیمان به خاطر کنترل آلودگی سازی محیطهای صنعتی، محیط زیست سالم افزایش عمر تجهیزات و بالا بردن راندمان کار و تولید سیمان کشورمان شاهد، انتشار بیرویه گرد و غبار و آلودگی هوا میباشیم، لذا ضرورت پرداختن مجددانه و بررسی منابع انتشار گرد و غبار و جمع آوری و تصفیه آن در بخشهای مختلف صنعت سیمان اجتناب ناپذیر میباشد.
صنعت سیمان همواره با آلودگی شدید هوا همراه میباشد و گرد و غبار زیادی از دودکش اصلی و بسیاری از مواضع منتشر میشود، میزان آلودگی هوا به انتخاب و راندمان عملکرد سیستمهای فیلتراسیون بستگی دارد، در حالیکه با تقلیل تعداد مواضع نقل و انتقال مواد که منابع عمده آلوده کننده هوا هستند میتوان از انتشار مقدار زیادی گرد و غبار در هوا جلوگیری نمود ولی استقرار استفاده از سیستمهای جمعآوری هوای آلوده و تصفیه آنها ناگزیر میباشد.
۲-۱
معادن مواد اولیه (Quarries)
معادن تأمین کننده مواد و اولیه در صنعت سیمان همانند سایر معادن سنگ بوده و مشتمل بر عملیات ترکانیدن ، حفاری، بارگیری، حمل مواد، خرد کردن، سرند نمودن و ذخیره سازی است که غالباً با ایجاد گرد و غبار همراه میباشد.
مقررات و آیین نامه های (NSPS 40 CFR60- Subpart …) که از ۱۹۸۳، ۳۱و August تدوین شده در این خصوص قابل استناد میباشد.
در این بخش از صنعت سیمان، کنترل آلودگی از طریق پاشش آب، کف با آب، ایجاد بادگیرها، استقرار فیلترهای کیسه ای صورت میپذیرد.
۳-۱ آسیاب مواد اولیه (Raw milling)
به منظور بالا بردن راندمان سوخت و افزایش پتانسیل مقاومتی و دوام تغذیه مواد به کوره، معمولاً حدود ۸۵% مواد اولیه را تا قابلیت گذر از –mesh) 200) micro meter74 خرد و آسیاب میکنند.
آسیاب کردن بیش از حد و غیر ضرور مواد اولیه سبب افزایش غبار در کوره شده و حرکت مطلوب گاز گرم در کوره را مختل و اثر سوء در پروسه احتراق گذارده، لذا باعث کاهش نسبی تولید و بهره وری کوره میگردد.
روش خشک کردن و آسیاب کردن مواد اولیه به خواص فیزیکی آن پروسه تولید و نهایتاً به امکانات کارخانه، هزینه انرژی و تسهیلات منطق های بستگی دارد.
فیدرهای مواد اولیه، سیلوهای ذخیره سازی، مخلوط کن ها و سیستمهای تخلیه مواد، سیستمهای حمل و نقل شامل تسمه نقاله ها و باکت الواتورها، منابع اصلی ایجاد و انتشار گردد و غبار میباشند.
در مواقعی که هوا سرد میباشد، هوای آلوده به غبار خروجی از خشک کن ها، آسیابهای مواد اولیه جدا کننده های هوای ممکن است با پدیده طغیان بخار (steam-plume) که گاهی حاوی ذرات معلق غبار نیز میباشد مواجه شده و در این صورت تقطیر آب در فیلترهای کیسه ای مشکل آفرین خواهد بود، لذا باید برای پیشگیری از چنین معضلاتی، جدا کننده های هوا (سیکلونها) و فیلترها را به خوبی عایق پیچی کنیم تا از مسدود شدن منافذ کیسه ها جلوگیری شود. لازم به ذکر است که در سیستمهای تولید سیمان به روش تر، در این بخش با مساله
انتشار غبار مواجه نیستیم و صرفاً انتشار گردد و غبار ایجاد شده در سیستم حمل و نقل و پیش از آسیابهای قابل ذکر خواهد بود.
برای کنترل آلودگی هوا در این بخش از صنعت سیمان از سیکلونها و فیلتره ای کیسه ای و به ندرت از فیلترهای الکترواستاتیکی استفاده بعمل میآید. غبار جمع آوری شده به پروسه تولید برگردانیده میشود. لازم به ذکر است که غالباً از فیلترهای کیسه ای مجهز به سیستم تکاننده از نوع پالس- جت استفاده میشود.
۴-۲ آماده سازی مخلوط مواد (Preprocessing)
سومین گام در تولید سیمان پرتلند، آماده سازی مخلوط مواد جهت تولید کلینگر میباشد.
در سیستمهای پیش گرم و کلسینه کن، همواره به ناگزیر بخشی از گاز حاوی ترکیبات فرار، از طریق کانال فرعی مستقر در فاصله انتهای محل تغذیه مواد به کوره دوار به برج پیشگرم عبور داده میشود، در حالیکه این گاز دارای رطوبت، سریعاً توسط هوا یا آب خنک شده و قسمتی از گازهای فرار و بخار آب موجود در آن تقطیر میشوند. ذرات معلق گرد و غبار موجود در این گاز توسط فیلترهای کیسه ای یا فیلترهای الکترواستاتیکی تصفیه میشوند.
در کوره های دوار متعارف، بخشی از ذرات ریز مواد اولیه شده، ذرات مواد کلسینه شده، غبار کلینگر و مقادیری گازهای فرار (نظیر: سولفات پتاسیم) تشکیل دهنده گاز خروجی از آن میباشند که باید کلاً و پیش از تخلیه گاز ناشی از احتراق به اتمسفر، زدوده شوند.
گرد و غبار جمع آوری شده ناشی از تصفیه گازهای خروجی از کورههای دوار، بنام غبار کوره سیمان (CKD) خوانده میشود که در برخی از کارخانه تمام آن و یا بخشی از آن به پروسه تولید برگردانده میشود.
با توجه به اینکه در سیمان پرتلند محدودیتهایی به میزان سدیم و یا اکسیدها نمکهای آنها، مطرح میباشد، لذا گاهی تمام و یا بخشی از غبار کوره سیمان (CKD) از پروسس تولید حذف میگردد تا محصول مطابق استاندارد حاصل آید.
جابجائی انباشت و تخلیه غبار جمع آوری شده (CKD) با ایجاد و انتشار گرد و غبار همراه است.
در خصوص گازهای خروجی پیش گرم کن ها می توان بعد از عبور دادن آنها از فیلتر یا آسیاب مواد خام به آتمسفر تخلیه نمود.
غلظت ذرات معلق در گاز خروجی در این موارد باید کمتر از ۰۱۵/۰۱ کیلوگرم به ازای هر تن مواد تغذیه شده در کوره باشد. گاز خروجی از بخش مخلوط کننده مواد، غالباً حاوی نیتروژن، اکسید کربن، اکسیژن و اکسیدهای نیتروژن و اکسیدهای سولفوره و منواکسید کربن هیدروکربنها می باشد.
برای کنترل آلودگی مربوط به کوره ها از فیلترهای کیسه ای و یا فیلترهای الکترواستاتیکی استفاده میشود.
۵-۱ خنک کن کلینگر (Clinker Cooler)
این بخش از پروسه تولید با کاهش دمای کلینگر از ۱۱۰۰ به ۱۸۰ درجه سانتی گراد توسط هوای محیط تا حدود ۳% حرارت ورودی به کروه را در سیستم احتراق، تأمین می کند و همچنین کیفیت مطلوب محصول را تضمین و امکان حمل و نقل و جابجایی آنرا توسط سیستمهای متعارف میسر میسازد.
در خنک کن های رفت و برگشت (reciprocating grate cooler) از طریق عبور دادن هوا از کلینگر نسبت به کاهش درجه حرارت آن اقدام می شود. این هوای گرم شده نمی تواند در جهت افزایش راندمان سیستم احتراق کوره بکار گرفته شده و لذا از آن غالباً برای گرم کردن مواد اولیه و یا بعنوان منبع انرژی حرارتی مطلوبی برای پیش کلسینه نمودن مواد استفاده بعمل می آید.
خنک کن های گردان (planetary coolers) به جداره کوره ها سوار بوده و با آن میگردند. در هر حال گاز خروجی از آنها باید قبل از تخلیه به اتمسفر غبار کلینگر تصفیه شود.
غبار جمع آوری شده از خنک کن های کلینگر نسبتاً زبر و درشت بوده و کمتر از ۱۵% آن ریزتر از ۱۰ میکرومتر می باشد که به پروسه تولید برگردانیده می شود.
جهت اطلاع، هوای مورد نیاز جهت خنک کردن کلینگر معمولاً ۱ الی ۲ کیلوگرم بازای هر کیلو کلینگر می باشند.
اگر چنانچه تمام یا بخشی از گاز خروجی از خنک کن های کلینگر، برای خشک کردن مواد استفاده شود،در این صورت حجم های خروجی از خنک کن که می بایستی مستقیم فیلتر شود و می تواند از ۰ تا ۱۰۰ درصد کاهش یابد.
طبق ضوابط و مقررات جاری، حد مجاز غبار در گاز خروجی از پروسس خنک کن ها، معادل ۰۵/۰ کیلوگرم به ازای هر تن از کلینگر تغذیه شده به کوره (پروسس خشک) می باشد و لازم به ذکر است که همین مقررات در خصوص گازهای خروجی از بخش خشک کن مواد نیز حاکم می باشد.
در پاره ای موارد طغیان بوجود آمده در کوره، درجه حرارت گاز خروجی از آنرا تا ۵۴۰ درجه سانتی گراد و میزان غبار معلق در آنرا تا میزان ۱۴۱ تا ۱۷۶۶ گرم بر متر مکعب افزایش می دهد.
در کارخانه های نسبتاً قدیمی با اعمال تمهیداتی نظیر تعبیه کانالهای فرعی، این گازها مستقیماً به اتمسفر تخلیه
می شوند تا شرایط به حالت متعارف برگردد ولی در کارخانه های جدیدی این عمل مورد پذیرش و منطبق با ضوابط زیست محیطی نمی باشد. در واحدهای جدید درجه حرارت گاز خروجی در کلکتور خروجی بدقت کنترل و از طریق تزریق هوای محیط به مقدار مورد نیاز یا با پاشش آب و یا با بکارگیری مبدل های حرارتی در حد مطلوب حفظ می شود.
همچنین در برخی از واحدهای جدید از فیلترهای با بستر شنی که قادر به تحمل درجه حرارت بالاتری هستند استفاده بعمل می آید.
در فیلترهای با بستر شنی از دانه های کوارتز با درشتی ۲ الی ۵ میلیمتر استفاده می شود و این فیلترها با دمش معکوس هوا و هم زدن گراولها تمیز و احیا می شوند.
همه روشهای فوق دارای هزینه بوده و با محدودیت هایی مواجه می باشند و بطور عام راه حل کلی برای این مسئله هنوز در اختیار نمی باشد.
خنک کن های رفت و برگشتی کلینگر، برای تصفیه غبار منتشره غالباً از فیلترهای کیسه ای به ندرت از فیلترهای الکترواستاتیکی و گاهی نیز از فیلترهای با بستر شنی استفاده بعمل می آید. در برخی مواد نیز قبل از فیلترها، سیکلون یا مالتی سیکلون ها نیز بکار گرفته می شود که موجب افزایش کارآئی و عمر مفید فیلترها می گردد.
۶-۲ انباشته کلینگر (Clinker storage)
تجهیزات حمل و نقل مواد در این بخش همانند بخش آماده سازی مواد می باشد. مواضع ریزش مواد، نقاط جابجائی و سیستمهای انباشت، غالباً دارای پوشش بوده و غبارهای ایجاد شده، جمع آوری و به سیستمهای فیلتراسیون هدایت می شوند.
ریزش آزاد کلینگر به هنگام انباشت آن غالباً غبار زیادی را منتشر می کند که می توان با تعبیه سیستمهای تخلیه مکانیکی مناسب نظیر شوت هایی با قابلیت تغییر ارتفاع، تسمه نقاله اتوماتیک قابل انعطاف و … از ایجاد و انتشار گردد و غبار زیاد جلوگیری نمود.
۷-۲
بسته بندی و بارگیری سیمان (Packing and loading )
سیمان پرتلند به کمک تجهیزات مختلف حمل و نقل، نظیر تسمه نقاله، پاکت الواتور، نقاله، باکت الواتور، نقاله مارپیچی یا سیستمهای پنوماتیکی از قسمت نهایی پروسس تولید به بخش بسته بندی و بارگیری حمل می شود.
از منافذ سیلوها، تجهیزات حمل و نقل و بسته بندی، گرد و غبار ایجاد و منتشر می شود که باید آنها را جمع آوری و از طریق فیلترهای کیسه ای تصفیه نمود. غبار جمع آوری شده توسط فیلترها مجدداً مورد استفاده قرار
می گیرد.
به هنگام تخلیه سیمان فله ای به بونکرهای حمل سیمان، لوله و نت بونکرها نیز به فیلترهای کیسه ای وصل و از انتشار گرد و غبار ایجاد شده در فضا، جلوگیری بعمل می آید.
نتیجه اینکه اگر بخواهیم یک جمع بندی در مورد اجزاء خط کارخانه سیمان داشته باشیم باید به موارد زیر اشاره نماییم: در ایران انواع مختلفی از سیمان تهیه می شود:
سیمان سفید :
تولید سیمان سفید کمی پیچیده تر است. برای سفید نمودن آن مواد دیگری به غیر از آهک می طلبد (حدود ۷۵% سنگ آهک)
سیمان خاکستری:
سیمان در حالت کلی از آهک و خاک رس ساخته شده است.
رنگ تیره سیمان به دلیل وجود سولفات آهن و منیزیم و نیز دوده حاصل از سوخت می باشد. پس برای تهیه سیمان سفید باید سولفات آهن و منیزیم از سیمان حذف شود و از سوخت بدون دوده استفاده گردد (مثل گاز)
۱- سنگ شکن (Crusher):
به عنوان مثال همبولت آلمان با ظرفیت ۴۵۰ تن بر ساعت:
سنگ آهن و سنگ آهک پس از استخراج از معدن به قسمتی به نام سنگ شکن منتقل می شوند و در سنگ شکن سنگها حداکثر بسته به نوع سنگ شکن بین mm12، cm6 خرد می شوند. سنگ آهک خرد شده توسط تسمه نقاله (belt conveyer) به سالن اختلاط مواد منتقل می شود.
۲- سالن اختلاط (سالن خاک):
در این سالن، مواد به وسیله دستگاهی به نام تپه ساز (stacker) به صورت تپه ذخیره می شوند. دستگاه دیگری به نام (reclimer) از این تپه های ذخیره شده به مقدار مورد نیاز برداشت می کند و روی تسمه نقاله دیگری می ریزد. این تسمه نقاله مواد را به سوی بونکرهای تغذیه آسیاب مواد خام هدایت می کند.
۳- بینهای آسیاب مواد خام:
در این واحد ۳ تا ۴ بونکر وجود دارد. یکی از آنها مخصوص سنگ آهک و بقیه مخصوص موادی میباشند که حاوی نسبت های مناسبی از کلسیم، سیلیس، آلومینیم و اکسیدهای آهن هستند. در قسمت خروجی هر کدام از سیلوهای فلزی، یک قپان الکترونیکی نصب شداست و مواد معدنی آسیاب مواد خام با نسبت های معینی توزین شده و توسط یک نوار نقاله به قسمت بالای آسیاب مواد حمل و به داخل آن ریخته می شود.
۴- آسیاب مواد خام:
(به عنوان مثال دستگاه آسیاب با قدرت موتور kw 1700 و ظرفیت تولید ۱۸۰ تن بر ساعت)
در این آسیاب براساس استانداردهای فانیز، Atox، لوشر ساخته می شوند و شرکت های Flsmith , polisuins, KMD, IKN طراحی اجزاء مختلف کارخانجات سیمان را انجام می دهند.
دو نوع آسیاب مواد خام موجود است.
آسیاب گلوله ای
آسیاب غلطکی:
آسیاب غلطکی ۳ سنگ آسیاب دارد که به وسیله موتور می چرخد و مواد را پودر می کند. هوا به آسیاب تزریق می شود و با مواد از آسیاب خارج می شود و پس از عبور از separator که مواد درشت را از مواد ریز جدا می کند، به درون duct منتهی به سیکلون های جدا کننده ذرات از هوای جریان می یابد. در سیکلون ها مواد به واسطه ی نیروی گریز از مرکز و نیروی گرانش از هوا جدا شده و از زیر سیکلون خارج می شوند و توسط انتقال دهنده هایی به نامه Air slide به سیلوهای مواد خام منتقل می شوند.
حداقل ۱۰% غبار به همراه هوا خارج می شود که این هوا باید وارد الکتروفیلتر کوره شود.
(برای یک آسیاب ۲۴۰ تن بر ساعت، مقدار غبار خروجی حدود ۲۴ تن بر ساعت است)
۵- سیلوهای مواد خام:
در این سیلوها توسط دمندههایی کار هموژن کردن مواد انجام میشود . سپس مواد از سیلو، ابتدا به Control bin که یک مخزن است و باید همیشه پر باشد وارد می شود و سپس با وسیله Air slide به بالای پیش گرم کن (pre hrater) منتقل می شود.
۶- Pre heater:
در این قسمت مواد در چندین مرحله مرحله و در چندین سیلکون توسط گاز خروجی از پیش گرم شده و تحت اثر وزن خود به پایین حرکت می کنند. در اینجا مسیر جریان هوای داغ و مواد برعکس هم هستند.
دمای ورودی کوره به ۴۵۰ درجه می رسد.
(در گاز خروجی از pre heater نیز غبار داریم و باید از الکتروفیلتر استفاده کنیم)
۷- Kiln (کوره)
کوره علاوه بر سوخت، به هوای زیادی نیاز دارد که به وسیله ی Fan تأمین میشود.
کوره شیب ملایم ۴ درجه دارد.
مواد شروع به ذوب شدن می کنند، میگردد و پایین می آید.
در کوره ابتدا کربنات کلسیم با آزاد شدن co2 به اکسید کلسیم تبدیل شده و محصول خارج شده از کوره به دورن Cooler ریخته توسط فن های آن خنک می شود و در نهایت محصول خارج شده CaCo3 می باشد که به آن Clinker گفته می شود.
Clinker به شکل کلوخههای سیاه رنگ دانه بندی شده است و دمایی حدود ۲۵۰ درجه سانتی گراد تا ۳۰۰ درجه سانتی گراد دارد. Clinker توسط نقاله ای فلزی به نام باند آموند به سیلوهای کلینکر منتقل می شود.
۸- سیلوهای Clinker
Clinker توسط vibrator از سیلو خارج و به وسیله یک تسمه فلزی دیگر بالا رفته و وارد بونکرهای سیمان می شود.
۹- بونکرهای سیمان
مانند بونکرهای مواد اولیه ولی داخل آنها Clinker ، گچ و سایر مواد افزودنی است، سپس مواد وارد آسیاب
می شوند.
۱۰- آسیاب سیمان
مخلوط سیمان توسط آسیاب گلولهای (ball mill) آسیاب شده و پودر حاصل که سیمان نام دارد، توسط فن، مکیده میشود و به طرف duct منتهی به سیکلون جدا کننده (separator) جریان مییابد و سیمان از هوا جدا می شود و از آنجا به سمت سیلوی سیمان و نهایتاً به سمت بارگیر خانه می رود.
در داخل آسیاب سیمان معمولاً آب وجود دارد که دما بالا نرود و مواد نسوزند.
۱۱- سیلوی سیمان
برخلاف سیلوی مواد، به همگن کردن نیازی نداریم.
۱۲- بارگیر خانه
بارگیری فله ای
بارگیری کیسه ای
همانگونه که گفته شد در گاز خروجی از Pre heater غبار داریم. پس به الکتروفیلتر نیاز داریم. علت بالا بودن دمای گاز، قبل از ورود به الکتروفیلتر، گاز باید وارد برج خنک کن شود.
۱۳- برج خنک کن
در این برج گاز با آب مخلوط می شود تا دمای پایین بیاید و هوای مرطوب شود و قسمتی از غبار گرفته شود. هوا با هوای خروجی از آسیاب مواد وارد الکتروفیلتر kiln می شود.
دمای ورودی بین ۱۲۰ درجه سانتی گراد تا ۱۵۰ درجه سانتی گراد باشد.
الکتروفیلتر kiln از برج و از آسیاب مواد خام غبار می گیرد و مهم ترین الکتروفیلتر است.
