baroun
المدير العام للمنتدى
عدد المساهمات : 2508
نقاط : 18903
تاريخ التسجيل : 04/04/2010
العمر : 41
الموقع : www.elbayadh.ahladalil.com
 |  موضوع: حـمـايـة الـبـيـئـة مـن الـتـلـوث عـنـد انـتـاج الأسـمـنـت  السبت 4 سبتمبر - 21:03 | |
|
حـمـايـة الـبـيـئـة مـن الـتـلـوث عـنـد انـتـاج الأسـمـنـت :
مقدمة:
من
التحديات الكبيرة التي تواجه تشغيل مصانع الأسمنت ومن المهام التي تقع على
عاتق المسؤولين القيام باستنباط عمليات جديدة وتحسين العمليات الموجوده
بهدف الوصول الى الحد الأدنى من تأثير عمليات صناعة الأسمنت على البيئة ,
يجب على صانع الأسمنت اختيار أفضل التقنيات المتاحة كمحاولة لأن يجمع بين
أمرين :
الانسجام مع
البيئة والجدوى الاقتصادية والسعي للقيام بتجريب الطرق المؤدية الى توفير
استهلاك الطاقة والاستفادة ثانية من المواد المهدورة والمطروحة في
العمليات الأنتاجية.
وصار من المؤكد أكثر فأكثر أن الأنشطة الأنسانية تؤدي الى اضطراب هام في توازن الطبيعة والى تضرر بيئتنا وهذا يعنينا جميعا .
ان ظاهرة موت
الأشجار على نطاق واسع وتبدلات المناخية بفعل البيوت الزجاجية وظاهرة ثقب
طبقة الاوزون هي كلها أمثلة على تغير حاصل في توازن الطبيعة .
ولكن ماذا نستطيع أن نفعل لحماية البيئة عند انتاج الأسمنت ؟
هذا السؤال
يواجهنا لايجاد عمليات جديدة وتحسين العمليات الموجودة بهدف الوصول الى
الحد الادنى من التأثير على البيئة وذلك باختيار أفضل التكنولوجيا المتاحة
للمصانع الجديدة والموجودة ايضا وهذا يمكن من الوصول الى القناعة بأن
صناعة الأسمنت مأمونه من ناحية البيئة واذا فعلنا ذلك فانه من المؤكد أن
نجمع بين الانسجام مع البيئة والجدوى الاقتصادية للعملية الانتاجية وتحويل
صناعة الأسمنت من نقمة الى نعمة .
وكما قلنا أن
الملوثات الغازية الرئيسية لمعامل الأسمنت تتمثل بالغبار الأسمنتي وأكاسيد
الكبريت والازوت وغاز ثاني أكسيد الكربون واحادي اكسيد الكربون بالاضافة
الى الملوثات الاخرى التي لا تجلب اهتمام حماة البيئة نظرا لتراكيزها
المنخفضة بالمقارنة مع الصناعات الأخرى .
يمكن تلخيص مفهوم حماية البيئة من التلوث عند انتاج الأسمنت بالبنود الرئيسية التالية :
A. تخفيض الاستهلاك النوعي للحرارة .
B. تصميم المصنع بحيث يكون تأثيره على البيئة في حده الأدنى
C. التدابير
المتخذه والتجهيزات المستخدمة لتخفيض اطلاق الغازات والأبخرة مثل اطلاق
(NOx-CO2-SO2-CO-) بالاضافة الى المعادن الثقيلة والغبار .
D. استخدام الوقود المهدور (النفايات) كبديل للوقود المستحاثي بدون زيادة المعدل الكلي لاطلاق الغازات .
a) التـوفير في طاقـة الـوقـود :
في هذه
الأيام يجري تحديد الاستهلاك النوعي الحراري للعملية الحرارية قبل كل شيء
بواسطة الكفاءة والمردود للمسخن الأولي Preheater وقدرة مبرد الكلنكر على
استرجاع الحرارة والاستفادة منها , عند قابلية حرق خاصة محددة للطحين
الخام يكون للفرن الدوار أبعاد معينة تحدد ضياع الطاقة بالحمل والاشعاع
الحراريين في نظام الفرن المزود بمكلس أولي Precalciner يكون هذا الضياع
أقل منه في نظام الفرن المزود بمسخن أولي تقليدي وتم تحديث المكلس الأولي
ليصبح مكلس تام Calciner يقوم بعملية تكليس كاملة للمواد الخام قبل الدحول
الى الفرن الدوار ومع ذلك فان الضياع النوعي الحراري بالأشعاع هو قيمة
ثابتة تكون كبيرة أو قليلة وتتغير بشكل ضئيل وفق اختلاف نسبة طول الفرن
على قطره كذلك فان المكلس يأتي بالدرجة الثانية من الأهمية بالنسبة
للمردود والكفاءة الحرارية لعملية الحرق لأن حرارة التفاعلات الكيميائية
بعد أسفل المسخن تتحدد قبل كل شيء بالوقود والمواد المغذية شريطة أن يكون
زمن بقاء الغاز والمواد كاف وملائم.
لهذه الأسباب
يتركز تطوير العمل المتعلق بتوفير الطاقة الحرارية في السنوات السابقة على
منشأة المسخن الأولي ومنشأة مبرد الكلينكر وتم تطوير المسخن الأولي المعلق
DOPOL 90 والمبرد المصبعي REPOL_S .
DOPOL 90 :
نستطيع وصف هذا المسخن للطحين الخام كما يلي :
هبوط الضغط أدنى
, درجة الفصل في السيكلونات أعلى ,دورة المواد أقل وبالتالي أدنى تسرب
(انتقال ) للطاقة الحرارية من مرحلة سيكلونات الى أخرى اذن تكون درجة
الحرارة للغاز المطروح منخفضة أيضا وهذا يعني أن المردود الحراري للمسخن
الأولي قد جرى تحسينه , وكنييجة لاستمرار الجهود المبذولة للوصول الى
الدرجة المثلى لتدفق تيار الغاز ولتطوير العملية التكنولوجية ظهر تصميم
جديد للمسخن الأولي للطحين الخام في أعوام 1988-1989 وهو DOPOL 90 .
يشكل كل من مجرى
الغاز الداخل , المجرى العلوي الصاعد والشكل الهندسي للسيكلون ذي السقف
المائل وحده متكامله.جريان المواد والغاز متسارع بشكل ثابت من نقطة
التغذية المناسبة للطحين حتى داخل السيكلون مما ينتج عنه توزيع أمثل
للطحين بشكل جزيئات معلقة في الغاز.
الأنبوب الغاطس
هو في وضعية اللامركزية بالنسبة لمحور السيكلون بحيث أن تدفق تيار المواد
الداخل يحافظ عليه بعيدا عن الأنبوب الغاطس ولا يستطيع أن يفلت الى داخل
مرحلة السيكلونات التالية الأعلى وهذا يسمح باستخدام أنابيب غاطسة أقصر
مما يزيد في امكانية الصيانة الميكانيكية ويقلل من هبوط الضغط وفي نفس
الوقت تتحقق درجة فصل جيدة للغبار وبالتالي تقصر وتقل دورة المواد في
المسخن الأولي .
النتائج
التكنولوجية العملية لهذا التطوير في المسخن الأولي باهرة بحيث أنها لا
تقبل المقارنة بأي نظام اخر موجود في السوق وهي تحقق مواصفات بيئية ممتازة
من حيث التوفير في الطاقة الحرارية والاستفادة المثلى من الحرارة المسحوبة
من مبرد الكلنكر والفرن الدوار.
REPOL-S :
ان ابتكار نموذج
رياضي جديد لوصف العمليات المتعاقبة الجارية في المبردات الترددية ذات
التدفق العرضي يؤدي الى تعميق مفهوم المبرد الترددي ,في هذا المفهوم
الجديد يجري تقسيم المبرد الى قسم استرجاع الحرارة وقسم التبريد اللاحق.
لقد حصلنا على القيمة المثلى لهاتين الوظيفتين للمبرد في المبرد المصبعي
المتدرج المسمى ريبو – اس REPOL-S والذي يمتلك تحسينات جوهرية في استطاعة
استرجاع الحرارة ويحقق أخفض درجة حرارة للكلنكر الخارج من الفرن.
تتمثل الخصائص
المميزة للمبرد المصبعي المتدرج في أن سماكة فرشة الكلنكر تزداد مرحلة بعد
أخرى في قسم استرجاع الحرارة باتجاه تدفق الكلنكر وعلى عكس التزايد
المستمر في سماكة فرشة الكلنكر فان النظام المتدرج يسمح بخلق ظروف تبريد
جديدة خلال تدفق الكلنكر خاصة بكل طبقة من الكلنكر . تتطلب السماكات
المختلفة لفرشة اللكلنكر في قسم استرجاع الحرارة مواصفات مختلفة ملائمة
لنقل الكلنكر فوق الحجر المختلفة وهذا يمكن تحقيقه عن طريق تكييف شكل
بلاطات المصبعة.
في الحجرة
الأولى من قسم استرجاع الحرارة (الغرفة الساخنة) تكون فرشة الكلنكر وكمية
هواء التبريد مشابهتان للفرشة وكمية الهواء في الحجرة الأولى للمبرد
التقليدي وذلك بهدف منع تراكم وتكتل الكلنكر وهذا يعني أن الكلنكر فوق
الحجرة الأولى يخضع للتسقية (التبريد السريع) ويحافظ على سرعة حركته. في
الحجرة التالية من الغرفة الساخنة يمكن زيادة سماكة فرشة الكلنكر ويمكن أن
نتحكم بتوزيع هواء التبريد دون أي تأثير عملي على العمليات التكنولوجية
المتعاقبة.
يمتلك المبرد المصبعي المتدرج الافضليات التالية:
- تحسين في الاستفادة من الحرارة
- انخفاض أكبر لدرجة حرارة الكلنكر
- عدم وجود حد خطر في الانشاء والتصميم أو في العملية التكنلوجية
ونتيجة تطبيق
هذه التكنولوجيا باستخدام التسخين الأولي والمكلس واستخدام مبرد متطور
لتبريد الكلنكر الخارج من الفرن الدوار والاستفادة المثلى من هذه الحرارة
لتسخين هواء المسخن الأولي والمكلس وفي عملية الطحن , انخفضت الطاقة
النوعية اللازمة لانتاج واحد طن من الأسمنت بشكل ملحوظ في الشركات التي
طبقت هذه التكنولوجيا وفي المخطط التالي منحني يبين تغير الطاقة النوعية
اللازمة لانتاج 1 طن أسمنت خلال عدة سنين .
- أهمية التوفير في الطاقة الحرارية للوقود على انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون :
في الأعوام
الثلاثين الماضية جرى تخفيض في الاستهلاك النوعي الحراري من الطاقة
الحرارية للوقود الى حدود 770-780 كيلو كالوري / طن لانتاج الكلنكر وتعو
هذه الاحصائية بالدرجة الأولى الى الشركات المستخدمة للمسخن الأولي ذي
المراحل السيكلونية الأربعة مع أو بدون كلسنة مسبقة أما النظامان DELOP 90
و REPOL S فيقدمان الامكانية المتاحة التالية لتوفير الاستهلاك النوعي من
الطاقة الحرارية .
توفير 80-70 كيلو كالوري/كغ كلنكر اذا جرى تركيب DELOP 90 ذي المراحل السيلكونية الستة بالمقارنة مع المسخن الأولي التقليدي.
ويوفر حوالي 20 كيلو كالوري/ كغ كلنكر عن طريق تطبيق استخدام المبرد المصبعي المتدرج REPOL S .
بادخال DELOP 90
و REPOL S فانه يمكن نخفيض الاستهلاك النوعي الحراري الى قيمة أدنى من 700
كيلوكالوري/كغ كلنكر بشرط اعطاء طحين خام ووقود بمواصفات مناسبة وجيدة.
الان يمكن عن
طريق استخدام النظامين السابقين أن لا تزيد قيمة الاستهلاك النوعي للحرارة
عن القيمة النظرية المذكورة أعلاه الا بحوالي 10% فقط.
وهذا التوفير في
الطاقة الحرارية للوقود يوفر كلفة انتاج الأسمنت كما يؤدي أيضا الى تخفيض
انطلاق CO2 وكذلك فان هذا التخفيض بالتالي يؤثر على خفض انبعاثات غازات
أكاسيد الكبريت والازوت الناتجة عن حرق الوقود والأبخرة وغاز CO .
- الـتـوفـيـر فـي أستهـلاك الطـاقـة الـكهـربـائيـة :
من الواضح أن
التوفير في الطاقة الكهربائية يؤدي الى التوفير في الطاقة الأساسية وفق
هذا فان البيئة كذلك تستفيد من تخفيض التوليد غير الكفء من ناحية تحويل
الطاقة الى قدرة كهربائية.
قبل سنوات قليلة
كانت منشات الطحن في صناعة الأسمنت رديئة من ناحية المردود المفيد للطاقة
وهذا الموضوع ذو أهمية بشكل خاص لأن مجموع استهلاك الطاقة الكهربائية
لنظام طحن المواد الخام والاسمنت كان مساويا فوق 50% من مقدار الطاقة
المستهلكة داخل المنشأة الأنتاجية.
وتعد مطاحن
المواد الخام بالضافة الى مطحنة الكلنكر المستهلك الرئيسي للطاقة
الكهربائية داخل معامل الأسمنت وتعد مطاحن نظام POLYCOM الافضل في هذا
المجال وهي بدأت تنتشر لتحل تدريجيا مكان المطاحن الرحوية. وهذا النظام
بالاضافة الى التوفير في الاستهلاك النوعي للكهرباء يحقق مواصفات بيئية
جيدة من ناحية امتصاص الكبريتات والاستفادة من حرارة الفرن والغبار
المتشكل في الفرن وسنتحدث عن انواع المطاحن ومواصفاتها لاحقا.
b) تصميم المصنع بحيث يكون تأثيره في حده الأدنى :
تعد مشكلة
الغبار الأسمنتي من أكبر التحديات التي تواجه صناعة الأسمنت كما قلنا ينتج
الغبار من مختلف مراحل تشكيل الأسمنت وليست المدخنة المصدر الوحيد للغبار
كما يظن البعض انما أيضا سوء الانتاج والتخزين المكشوف للمواد الخام وهدر
الأسمنت وجمعه على شكل أكوام وسوء عملية التعبئة مصدرا كبيرا لانتشار
الغبار الأسمنتي الذي ينتشر بسرعة بواسطة الرياح الخفيفة نظرا لنعومة
حباته وصغر حجمها.
لذلك يجب
الانتباه لعمليات التعامل مع المواد الخام والناتج النهائي وعمليات
التخزين ضمن مستودعات مسقوفة ومعزولة عن عوامل الرياح من أجل الحد من
انبعاث الغبار لكن هذه الاجراءات لا تكفي لانتشار الغبار لأن كميات كبيرة
منه تخرج عبر المدخنة وهي مشكلة جدية استغرقت كثيرا من الوقت من أجل البحث
عن حلول الى أن توصلت الأبحاث على تركيب الفلاتر سواءا كانت كهربائية أو
قماشية.
حتى نهاية عام
1990 قامت شركة ELEX ببناء 50 مصفاة الكتروستاتيكية خلف مبردات الكلنكر
وهذا دليل على أن الفلتر الكهربائي أثبت نفسه في التطبيق العملي وأخذ
بالانتشار حتى أصبح أستخدامه الزاما في كافة المنشأت الأسمنتية وحتى كافة
الصناعات التي ينتج عنها أتربة ناعمة على العلم أن كمية الأتربة المسموح
طرحها من المنشأات الصناعية محددة بـ 50 - 100 ميلي غرام / م3 حسب نظام كل
دولة المتبع.و هناك نوعان من الفلاتر المستخدمة في معامل الأسمنت لتخليص
تيار الغازات أو الهواء من الغبار وعدم السماح له بالانطلاق الى الجو
المحيط وهما:
- الفلاتر الكهربائية (الالكتروستاتيكية) (Elcetrostatic Filters)
- الفلاتر القماشية (Bag House Filters)
وهنا في الشكلين
التاليين نلاحظ أن المظهر الخارجي للفلاتر القماشية والكهربائية متشبهان
الى حد ما لكن الفلاتر الكهربائية عادة تكون أكبر حجما كما أنها تتصل
بالمدخنة الرئيسية للمعمل ذات الأرتفاع الكبير بينما الفلاتر القماشية كما
هو موضح تكون مدخنتها قصيرة نسبيا وهذا السبب يعود الى نوعية الهواء
المطروح من كل فلتر .
الفلاتر الكهربائية (الالكتروستاتيكية) (Elcitrostatic Filters) :
هذا النوع من
الفلاتر يعتمد في عمله على تطبيق جهود عالية ومستمرة حتى 85 كيلو فولت على
قطبي الفلتر فالقطب الموجب والصفائح العمودية المتوازية تشكل جسم الفلتر
والالكترودات الموازية للصفائح هي القطب السالب كما هو موضح بالشكل التالي.
يتم ادخال
الغازات المحملة بالغبار الى الفلتر بعد تخفيض درجة حرارتها بواسطة الماء
المضغوط بضغط 40 بار بواسطة بخاخات خاصة وذلك لكي يتم دخول الغازات الى
الفلتر ضمن شروط أو ظروف عمل الفلتر لكي تتأين ذرات الغبار بقطبية سالبة
أو موجبة وتنجذب الى القطب المخالف (أي الصفائح أو الالكترودات) وبعد
انجذابها الى القطب الموجب أو السالب يتم التقاطها من قبل هذا القطب الى
أن يتم تنظيفها دوريا بواسطة نظام التنظيف الخاص بالفلتر وهو نظام الطرق
أو الطارق ومن ثم ينزل هذا الغبار الى بنكر في أسفل الفلتر ثم الى حلزون
أو ناقل حلزوني لاخراجه خارج الفلتر الى خزانات المواد (Silo) أو يتم
ادخالة الى مطحنة المواد الخام وهذا يتب الى نوع خط الأنتاج المتبع وبذلك
نكون قد خلصنا الغازات من الغبار وهذه الطريقه فعاله في عملية التنقية
والتصفية من الغبار اذ نتمكن من الوصول الى أقل من 50 ميلي غرام/م3 وفي
الشركات السورية تم تحديث الفلاتر الكهربائية وذلك بتبديل نظام القدرة أي
التغذية بالجهود العالية ونظام التحكم بأنظمة حديثة متطورة قادرة على
المناورة بشكل فعال وذلك لزيادة فاعلية الفلتر الكهربائي وتم تطبيق هذه
التقنية في معامل الأسمنت الحديثة في سورية ومثال عليها معمل أسمنت حماه
الحديث.
ولكن في الأماكن
التي تشكو من قلة المياه لا ينصح بأستخدامها وذلك بسبب زيادة استهلاك
المياه الا في حال كانت دورة المياه في المنشأة مغلقة أي تكرر المياه
الخارجة من الفلتر لتصفى وتعاد ثانية للاستخدام الصناعي بواسطة مصافي على
شكل خزانات اسطوانية الشكل تحوي على رمل ناعم لحجز المواد العالقة في
المياه يتم سكب المياه فوق طبيقة الرمل الناعم بعداه يتم تطبيق ضغط عالي
لاجبار المياه على الخروج من أسفل الخزانات الى سواقي ليعاد جمعها
واستخدامها للأغراض الصناعية فقط (غير معدة للأستخدام البشري) .
وفي الشكل الأتي
صورة لهذه الخزانات تبين هذه التقنية المتبعة في تصفية المياة داخل معامل
الأسمنت ,في سورية ونظرا الى ضرورة الحفاظ على المصادر المائية من الاسراف
في الاستخدام تتبع هذه الطريقة لكون سوريا تقع ضمن المناطق المصنفة عالميا
على أنها تشكو من فقر مائي لذلك يتوجب على معامل
الأسمنت جعل دورة المياه مغلقة أو استخدام نظام الفلاتر القماشية التي في
بعض الاحيان لا يمكنأن تحل مكان الفلاتر الكهربائية كما سنرى .
ومن مميزات نظام
تدوير المياه أنه يتم تجنب الملوثات المائية من الدخول الى خطوط الصرف
التي قد تكون غير مهيئة لنقل مثل هذا النوع من الملوثات المائية التي قد
تضر محطات المعالجة والتربة .
الـفـلاتـر الـقمـاشيـة (Bag House Filters) :
يعتمد هذا
النوع من الفلاتر على تمرير الغازات المحملة بالغبار ضمن أكياس قماشية
موجودة ضمن صناديق ذات مسامات ناعمة جدا تسمح للغاز بالمرور دون الغبار
فتستطيع هذه الأكياس التقاط الغبار اما في داخلها أو خارجها حسب نموذج
الفلتر ومن ثم يتم تنظيف هذه الأكياس اما بالطريقه الميكانيكية أو
بالطريقة الحديثة بالهواء المضغوط عن طريق نفث الهواء المضغوط بضغط 6-8
بار داخل الكيس عن طريق فوهة مقابل فتحة الكيس فتسقط المواد في بنكر أسفل
الفلتر ومن ثم تؤخذ خارجا عن طريق ناقل حلزوني.
هذه الطريقة
فعالة أيضا في عمليات التصفية في صناعة الأسمنت وهي الطريقة المفضلة وذلك
بسبب توفير المياه التي تحتاجها الفلاتر الكهربائية بالاضافة الى كلفتها
الأقل ولكن الفلاتر الكهربائية ذات استطاعة أكبر كما أن الفلاتر القماشية
لا يمكنها العمل كفلتر لغازات درجة حرارتها مرتفعه كما هو الحال في
الغازات الخارجة من الفرن وأكثر درجة حرارة يمكن أن تتحملها تصل الى حوالي
400 درجة مئوية لذلك لايمكن أستخدام الفلاتر القماشية في كل مراحل التصنيع
وعادة يركب هذا النوع من الفلاتر
في مصانع الأسمنت عند منشأة الطحن للكلنكر أو عند مطاحن المواد الخام في
بعض خطوط الانتاج, نستطيع الوصول في هذه الطريقة الى التصفية أقل من 50
ميلي غرام/م3.
كذلك
تم تعديل وتحديث الفلاتر القماشية في سورية (كمثال معمل أسمنت حماه
الحديث) حيث نوع الأكياس ومساحة الفلترة ونظام التحكم وبذلك أصبحت ذات
فاعلية أعلى للفلترة قد تصل حتى 20 ميلي غرام/م3.
وبتطبيق نظام
الفلترة أصبحت المنشأت الأسمنتية أكثر أمانا بشكل كبير على البيئة المحيطة
وعلى الصحة العامة للمناطق السكنية القريبة منها وعلى البيئة الداخلية
للمعمل وهكذا تم التخلص من أكبر ملوث تسببه مصانع الأسمنت وهو الغبار
الأسمنتي وهكذا يمكن تجنب المقولة بأن صناعة الأسمنت صناعة قذرة كذلك
الحال بالنسبة للغازات السامة الأخرى التي سوف نتحدث عنها لاحقا .
والمخطط البياني
التالي يبين قيم انبعاثات الغبار الأسمنتي الناجم عن معامل الأسمنت في
المملكة المتحدة قبل وبعد تطبيق نظام الفلترة .نلاحظ المقدار الكبير لتغير
تركيز الغبار المنبعث من خلال تطبيق نظام الفلاتر الالكتروستاتيكية ونظام
الفلاتر القماشية المطورة من حوالي 0.35 طن غبار /طن أسمنت الى نسبة تقارب
الصفر.
c) الـتدابيـر الـمتخـذه والـتجهيـزات لـتخفيـض اطـلاق الغـازات :
تخفيض التلوث و
المراقبة المستمره للاطلاق هما قضيتان هامتان لكل من السلطات الحكومية
ومستثمري منشأت الأسمنت , متابعة الجهود المشتركة لكل الناس المسؤولين
مطلوبة لمكافحة ناجحة لتأثيرات الأمطر الحمضية والضباب الدخاني على بيئتنا
,يتولد عن انتاج الأسمنت عدة أنواع من التلوث مثل اكاسيد النتريك وثاني
اكسيد الكبريت والغبار بالأضافة الى اول اكسيد الكربون وثاني اكسيد
الكربون هما الملوثات الرئيسية لمصانع الأسمنت لذلك تشترط التشريعات في
كثير من الدول الأوربية ومختلف أنحاء العالم اجراء القياسات المستمره لذلك
الاطلاق مع مراقبة قيم التركيز الأعظمية في نفس الوقت.
طورت كثير من
أجهزة قياس ومراقبة كمية الغازات المطروحة عبر المدخنة ويعتبر جهاز
المراقبة المشترك GM 30 المطور من شركة Erwin Sick Gmbh الألمانية من
الأجهزة الفعالة والمنتشرة بكثرة في كثير من المنشأت الصناعية حيث أنه
نظام بصري يتم تركيبه مباشرة على جدار المدخنة حيث لا يكون مع تماس مباشر
مع تيار الغاز بالاضافة الى أنه يحتاج الى صيانة أقل تدوم أقل من ساعة كل
ثلاثة أشهر ولا يوجد خطر الانسداد الاتساخ أو الصدأ أو أي تفسخ اخر يؤدي
الى تضايق مقطع جريان الغاز المطروح ويوقوم هذا الجهاز بتحاليل طيفية لحقل
الأشعة فوق البنفسجية لتحديد غازات NOx و SOx حيث أن قياس تركيز الغبار
يعتمد على امتصاص الضوء المرئي وتستخدم حزمة أطوال الموجة ما بين 220 و
230 نانومتر ويكون الجهاز موصول مباشرة مع غرفة التحكم في المنشأة ويظهر
النتائج فوريا على شاشات في غرفة التحكم .
والان سنتحدث عن الطرق الرئيسية لمعالجة الغازات السامة والمضرة بيئيا SO2 , NOx , CO2 , CO
v غـاز ثـانـي اكسـيـد الـكـبـريـت SO2 :
من المعروف أن
SO2 يسبب الامطار الحمضية وما ينتج عنها من تهديم للأبنية الحجرية
والبيتونية وللمنشأات المعدنية كما يسبب الى حد النمو عند الأشجار وقتل
بعض المزروعات وتضرر البيئة المائية لزيادة حموضتها كما أنه غاز سام يسبب
تخريش للغشاء المخاطي وغيره من الأضرار البيئية والصحية.
انطلاق غاز ثاني أكسيد الكبريت :
ينتج غاز
SO2 في معامل الأسمنت من حرق الوقود الذي يحوي على نسب كبريت متفاوته حسب
نوع الوقود المستخدم ويكون تركيز الكبريت مرتفع في الفيول يصل الى 3.5%
وهو عادة ما يستخدم في معامل الأسمنت كوقود كما أن المواد الخام تحوي على
كميات من الكبريت تتحول الى أكاسيد الكبريت داخل الفرن ,يسمح بانبعاث غاز
SO2 من معامل الأسمنت بتركيز 400 ميلي غرام/م3.
يمكن أن تحوي
المادة الخام على الكبريت بأنواع مختلفة من الرابطة الكيميائية , ان لنوع
الرابطة الكيميائية الأهمية الأولى في تحديد سلوك الكبريت أثناء عمليات
الحرق , يمكن أن تتفكك الكبريتات في جو مؤكسد في منطقة الاحتراق للفرن بعض
الأحيان .
يبدأ تفكك
كبريتات الكالسيوم CaSO4 في حال وجود جو مرجع عند درجة حرارة حوالي 1000
درجة مئوية وتكون محققة في جملة فرن - المسخن الأولي في منطقة مدخل الفرن
ويحدث هذا التفاعل عندما يجري حرق الجبس و الغضار لتشكيل الكلنكر وفي نفس
الوقت ينتج حمض الكبريتيد من غاز ثاني أكسيد الكبريت.
اما نوع الرابطة
( كبريتيد المعدن) فيحصل تفككها عند درجات حرارة منخفضة تتراوح ما بين
حوالي 700 حتى 600 ويتطابق هذا المجال الحراري مع عملية التحميص الصناعية.
بالنسبة للروابط العضوية وهي أيضا تتفكك في درجات الحرارة المنخفضة بين 600-700 درجة مئوية.
من القياسات
والحسابات للعمليات المتعاقبة الدورية تبين أن كميات وافرة من الكبريت
تحصل في المنطقة الانتقالية بيم الفرن والمسخن الأولي ويوجد ايضا بعض ثاني
أكسيد الكبريت الغازي الداخل الى المسخن الأولي مع أكسيد الكالسيوم الذي
نتج عن الكلسنة الأولية للطحين الخام ويتفاعل هذان المركبان (SO2,CaO)
بشراهة بوجود الأكسجين الزائد الموجود في غاز الفرن ليشكلان كبريتات
الكالسيوم CaSO4 عند درجة الحرارة المتوفرة في هذا الجزء من الجملة .
ومن المعروف أن
للكلس الحي المتولد من المواد الخام الموجود في شكل الماءات Ca(OH)2 شراهة
خاصة لاتجاه SO2 ويتفاعل معه الى شكل الكبريتات أو الكبريتيك , يكون هذا
التفاعل نشيط في الدرجات الحرارة العالية ودرجة الحرارة الأدني التي يحصل
فيها هذا التفاعل هي 200 درجة مئوية ,هذا الواقع موجود في عمليات الحرق
القائمة على مبدأ الفرشة المميعة الذي يراعي جدا موضوع حماية البيئة.
عند درجة حرارة
الحرق المساوية الى حوالي 850 مئوية تضاف كربونات الكالسيوم CaCO3 لتؤدي
في الواقع الفعلي الى امتصاص كامل للكبريت الموجود في رماد الوقود والى
تجنب انطلاق غاز ثاني اكسيد الكبريت هذا يعني ان مرحلة الكلسنة في جملة
المسخن الاولي تعمل كفلتر كامل للكبريت.
بفعل الجو
المؤكسد السائد بالفرن ينطلق غاز SO2 من مركبات الكبريت ويسلك نفس سلوك
ثاني اكسيد الكبريت المتشكل في الدورة الداخلية والذي يتفاعل الى كبريتات
القلويات وكبريتات الكالسيوم .
يجري امتصاص
كامل لغاز ثاني اكسيد الكبريت المتحرر من الوقود وذلك ضمن شروط تفاعل
مناسبة مع الكلس والمتولدة عن الكلس (تفكك الكربونات) الجزء غير الممتص من
غاز SO2 يطرح الى الجو الخارجي مع الغازات المطروحة اذن بالرغم من هذا مرت
كميات كبيرة من غاز ثاني اكسيد الكبريت ضمن الغازات المطروحة من المسخن
فيجب ان يكون هذا حاصلا بفعل تحكم سيء بالعملية الانتاجية أو خطأ في
النظام.
كما مذكور سابقا
ان الحرق في الجو مرجع يمكن أن يؤدي الى تفكك الكبريتات أو منع غاز من
المشاركة في تشكيل الكبريتات ويمكن عندئذ لجزء من الكميات الكبيرة من غاز
ثاني اكسيد الكبريت أن يعبر ويرحل ضمن الغازات المطروحة أنه من الممكن
تخفيض كمية غاز SO2 المنطلق عن طريق تحسين عملية الاشتعال وزيادة كمية
الهواء الزائد أي زيادة كمية الاكسجين في مدخل الفرن.
في أنظمة
الأفران المجهزة بمكلسات يمكن أن يكون الحرق الناقص الى حد بعيد سببا
لانطلاق غاز ثاني اكسيد الكبريت اذا عبر الكربون غير المحروق والمتبقي من
وقود المكلس الى داخل الفرن مع الطحين الساخن فان عملية تفكك كبريتات
الكالسيوم يمكن أن تحصل وبالتالي زيادة كمية غاز ثاني اكسيد الكبريت
المنطلق .
كما يمكن أن
تكون الكميات المتزايدة من غاز ثاني اكسيد الكبريت في الغاز المطروح من
المسخن الأولي حاصلة عن التوزيع السيء للطحين الخام في مقطع مكلس المسخن
الأولي هذا ينتج في حال التماس غير الكافي بين الغاو والطحين ويسمح لغاز
ثاني اكسيد الكبريت الغير ممتص بالرحيل ضمن الغاز المطروح .
اذا لتحسين
توزيع الطحين أثر واضح وتأثير مباشر على انطلاق غاز ثاني اكسيد الكبريت مع
الغاز المطروح وهذا ما دلت عليه التجارب والقاسات بقياس درجات الحرارة في
سيلكونات الجهة اليمنى والجهة اليسرى من المرحلة السفلى للمسخن الأولي .
دلت القياسات
على أن غاز ثاني أكسيد الكبريت يمر من الجزء السفلي من المسخن الأولي مع
الغاز المطروح فانه من الممكن أخذ تدابير فعالة للتخلص بشكل مناسب من هذه
المشكلة , في أنظمة الأفران التي تحقق الشروط الفنية الكاملة وتعمل بشكل
طبيعي يكون السبب في انطلاق غاز SO2 بكميات عالية موجودا في تركيب المواد
الخام.
كما أن للمطاحن
دور هام في عملية امتصاص غاز ثاني أكسيد الكبريت حيث يمكن أن تعمل كفلتر
للغاز المطروح حيث يسخن هذا الغاز المواد الخام الغنية بالكالسيوم الحي
وماءات الكالسيوم فاذا تحقق شروط اجراء تفاعل امتصاص الغاز الكبريت وهذا
محقق في نظام الطحن المزود بمطحنة رحوية كما يلي :
تتألف المطحنة
الرحوية من أربع رحيات موجودة في زوجين تدور الرحيات في صحن طحن مزدوج
الأخدود وتستطيع أن تنحرف بشكل شاقولي وكذلك أن تنقلب (تميل) حول المحور
الأفقي تحصل قوة الضغط المطلوبة للطحن عن طريق نظام هيدروليكي ,تعمل
المطحنة بدارة خارجية وأخرى داخلية للمواد , عن طريق تعيير حلقة الفوهة
نستطيع تغيير الحمولة الدورانية , جعل فرشة الطحن مستقرة وتحدد الكمية
المثلة للغاز.
يجري رفع المادة
المترسبة الساقطة عبر حلقة الفوهة بواسطة رافع دلائي (ناقل دلوي) الى
الفارزة وتعاد بعدئذ المواد الخشنة الى المطحنة ,هذا يخفف الحمولة على
الدارة الهوائية الداخلية للمطحنة وكذلك يقلل من هبوط الضغط .
حيث يؤمن هذا
النوع من المطاحن تلامس قوي بين الغاز المطروح والمواد بشكل دائم وهذا
التلامس جوهري لعملية نزع الكبريت من الغازات المطروحة من الفرن وأخذت هذا
النوع من المطاحن بالانتشار بفعل المزايا التالية :
- توفير جيد في الحرارة باستعمال الحرارة المتبقية من الفرن.
- تجفيف المواد المحتوية على رطوبة عالية
- الانتفاع من الكمية الكاملة من الغازات المطروحة من الفرن لاعادة استخدامها
- اسلوب تشغيل بسيط
- حيز بسيط مطلوب
اذا من هذه
المحاسن نجد أن هذا النوع من المطاحن يحقق مواصفات بيئية جيدة كما أنها
توفر في كلفة الانتاج وتدر ارباحا اقتصادية لمصانع الأسمنت كافة وطريقة
التشغيل الجافة بشكل خاص لأنها تطحن وتجفف المواد المطحونة بتيار غاز
الفرن وبذلك تمتص أعظم كمية ممكنة من غاز ثاني اكسيد الكبريت.
مع ذلك فانه
يوجد منافس جدي للمطحنة الرحوية من وجهة النظر الاقتصادية وهو نظام
بوليكوم POLYCOM الرحاة (العجلة ) الطاحنة العالية الضغط لأجل المواد
المحتوية على رطوبة منخفضة تكون بشكل خصوصي التكلفة الرأسمالية والطاقة
الكهربائية النوعية المطلوبة في نظام البوليكوم أخفض منها لدرجة ما في
المطحنة الرحوية.
اذا جرى سحب
الكمية الكاملة من الغاز المطروح من الفرن عبر المطحنة من أجل عملية
التجفيف ربما بعد تكييف اولي في المعدل الحراري (برج التبريد) واذا عملت
المطحنة لاطول زمن ممكن في اليوم فان القيام باجراءات اضافية قليلة فقط
يكون ضروريا لتخفيض ثاني اكسيد الكبريت اذا كانت المطحنة تعمل بالتشغيل
المشترك مع الفرن وتم سحب الكمية الكاملة من الغاز المطروح من الفرن عبر
المطحنة فان مستوى انطلاق غاز ثاني اكسيد الكبريت يكون اما موجودا تحت
الحد القانوني او ان كمية اصغرية فقط منه في عملية نزع الكبريت الناجمة
يمكن ان تطرح الى الخارج . وتكون عندئذ المراحل المصحوبة بانطلاق غاز SO2
في التشغيل المباشر والتي تتطلب اجراءات غالية الثمن قصيرة نسبيا.
في بعض الأحيان
يتم تحديد المناطق التي يمكن فيها اضافة الكلس الحي للاستخلاص الأمثل لغاز
ثاني اكسيد الكبريت في أماكن تشكله , في المسخن الأولي تصل درجة الحرارة
حوالي 400 وحتى 600 درجة مئوية وفيه يتشكل غاز الكبريت وهو وسط مثالي
لعملية امتصاص الكبريت حيث يتم استخدام الكلس على شكل ماءات الكالسيوم
بشكل مواد جافة للتخلص من غاز الكبريت.
في معامل
الأسمنت التي يتشكل فيها غاز الكبريت بكميات كبيرة تدفع ماءات الكالسيوم
بطريقة هوائية الى مرحلة استخلاص الغبار حيث تكون كمية غاز الكبريت كبيرة
ومن أجل تحقيق درجة عالية للنزع فانه من الضروري أن تكون نسبة الأوزان
الغرامية الاتحادية (مول / مول) للكالسيوم على الكبريت عالية .
يسمى نظام
الأضافات الجافة من أجل ازالة الكبريت من الغازات المطروحة بنظام
البوليديسوكس (POLYDESOX) في العمليات الجارية في انتاج الاسمنت .
يتضمن هذا
النظام حقن المادة المضافة داخل مناطق المسخن الأولي حيث يتشكل معظم غاز
الكبريت ويتكون النظام من مستودع تخزين يتسع للمواد المضافة بالاضافة
لتجهيزات الوزن والنقل , وتستعمل بخاخات خاصة لحقن الأضافات .
الشروط المسبقة
للسير الأمثل للتفاعل غير المتجاس غاز- صلب بين CaO (صلب) و SO2 (غاز) هي
التوزيع المنتظم للأضافت في تيار الغاز وهذا يمكن تحقيقه عن طريق استثمار
بخاخات خاصة مبتكره لأجل هذا الغرض حيث تولد ابثاقا مفلطحا للاضافات التي
تنفخ ضمن تيار الغاز .
خــلاصـة :
اذا حصل
انطلاق غاز ثاني أكسيد الكبريت SO2 في الشركات فيجب أن يبحث في شكل اتحاد
الكبريت في المواد الخام , اذا كان يوجد أكثر من 0.2% من SO2 في المواد
الخام بشكل بيريت فيمكن أن يكون انطلاق غاز ثاني اكسيد الكبريت أثناء
التشغيل المباشر أعلى من 400 ميلي غرام/المتر المكعب .
اذا كان خط
الانتاج مزود بمكلس ومسخن أولي الذين يعملان على امتصاص اكاسيد الكبريت
بشكل الي وكان الغاز المطروح من جملة الفرن مستخدما في جملة الطحن في
المطاحن الرحوية أو مطاحن POLYCOM ستكون نسبة انطلاق SO2 حتما أخفض من
نسبته في خطوط الانتاج التقليدية , وهنا أية كمية من الغاز الباقي زيادة
عن الحدود القانونية يمكن تخفيضها الى المستوى المسموح به عن طريق استخدام
عملية ضخ الاضافات الجافة التي ينصح باجراءها كما في نظام POLYDESOX
البسيط والفعال.
عندما يجري
التخطيط لبناء خط انتاجي جديد يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار محتوى الكبريت في
المواد الخام قبل الاقلاع عن طريق اختيار جيد لجملة الطحن ولزمن تشغيل
المطحنة يمكن أن يكون سلوك انطلاق غاز ثاني اكسيد الكبريت مؤثرا هكذا بحيث
يجعل الاستخدام المطلوب للاضافات النازعة للكبريت أصغريا.كما ويمكن أن
يكون انطلاق غاز ثاني اكسيد الكبريت مختزلا مسبقا عبر الاجراءات التشغيلية
أو جعل المنشأة مثلى وهذا يتبع الى المهارة في التصميم والدراسة للمواد
الخام ومحتواها الكبريتي قبل البدأ في تصميم المنشأة .
وللأسف
في الجمهورية العربية السورية لا يتم أخذ قياسات للانبعاث الكبريتي من
منشأت تصنيع الأسمنت بعين الاعتبار على أساس أن كمية الكبريت المنبعث من
معامل الأسمنت تعتبر قليلة نسبيا بالمقارنة مع بعض الصناعات الأخرى و
الصناعات المنتجة للكبريت .
v غـاز أول اكسيـد الـكـربـون CO :
السبب الوحيد
لانبعاث غاز أول اكسيد الكربون هو عملية الحرق غير المنتظمة وهو مؤشر على
سوء عملية الحرق التي يؤثر سلبا على نوعية الكلنكر المنتج.
وقد علمنا
بالمخاطر الصحية لغاز أول أكسيد الكربون حيث يعتبر غاز سام وايضا له
تأثيرات بيئية اذ أنه من غازات الاحتباس الحراري وله اضرار على منشأت
الاسمنت سنتحدث عنها .
لقياس نسبة
الغازات الناتجة عن حرق المواد الأولية في الفرن ومنها غاز أول اكسيد
الكربون والأكسجين يوجد عدة أجهزة تقوم بهذه العملية منها نظام مقدم من
شركة ICER الفرنسية وهو نظام متطور وهو مطبق في معمل أسمنت حماه الجديد
حيث يقوم الجهاز بقياس هذه الغازات في منطقة مدخل الفرن بأخذ عينة منها
ونقلها الى جهاز تحليل الغازات الذي يقوم بمقارنتها مع قيمة مرجعية محددة
واظهار النتائج على لوحة اظهار وذلك في صالة التحكم التابعة للمنشأة ,ومن
هذه القيم الناتجة يتم ضبط عملية الحرق الصحيحة لانتاج كلنكر بمواصفات
جيدة بالاضافة الى مراقبة غاز أول اكسيد الكربون والذي ظهوره يعني قلة
التهوية وعدم كفائتها وزيادة نسبته وانخفاض الاكسجين يدل على وجود خلل ما
في عملية الحرق وهناك نسب معينة يجب عدم تجاوزها وهي:
- القيمة التشغيلية الطبيعية لـ CO 0% .
- أول اشارة تنبيه يصدرها النظام لنسبة تقارب 0.5% .
- ثاني أشارة تنبيه 0.7% .
- يتم بعدها قطع التيار الكهربائي .
كما يتم قياس
الغازات في الفلتر وخاصة غاز أول أكسيد الكربون بنفس الطريقة السابقة حيث
تظهر القيم الناتجة على لوحة اظهار على الجهاز في صالة التحكم ومنها يتم
ملاحظة ارتفاع غاز أول اوكسيد الكربون حيث أن ارتفاعه بنسبة كبيرة يؤدي
الى تشكيل ظاهرة القوس الكهربائي في الفلتر الالكتروستاتيكي مما يؤدي الى
انفجار الفلتر لذلك يتم قطع التيار الكهربائي عن الفلتر في حال ازدياد
نسبة غاز أول اكسيد الكربون عن 0.7% بالاضافة الى التلوث الناتج عن خروج
غاز أول اكسيد الكربون الى الوسط المحيط.
فاذا بالاضافة
الى أضرار CO البيئية والصحية كذلك يشكل خطورة حقيقية على أنظمة الفلاتر
الكهربائية بظاهرة القوس الكهربائية لذلك يجب أخذ قيمة CO بعين الاعتبار
في المنشأت الأسمنتية والحلول دون ازدياد نسبته في تيار الغاز المطروح من
الفرن الدوار وذلك بمراقبة عملية الاحتراق وضخ كميات اذافية من الهواء في
حال ظهور هذا الغاز وبذلك نحقق حماية للبيئة والصحة وكذلك حماية لمعمل
الأسمنت.
v أكـاسيـد الـنتـروجـيـن أو الازوت NOx :
يقصد بـ NOx غازي NO و NO2 .
تتشكل أكاسيد
النيتروجين بشكل روتيني في عملية صناعة الأسمنت نتيجة العمليات التي تتطلب
حرارة عالية , اذا يمكن اعتبار ان كامل اكاسيد النيتروجين تتشكل في
الأفران الحرارية ذات الحرارة العالية وهذا شرط رئيسي لتشكيل أكاسيد
النيتروجين الذي يتطلب درجة حرارة حوالي 1430- 1480 درجة مئوية ,حيث تتشكل
هذه الأكاسيد في عملية حرق الوقود داخل الأفران بأليتين رئيسيتين :
- أكسدة ذرات النيتروجين الموجودة في هواء الفرن .
- أكسدة ذرات النيتروجين الموجودة في الوقود
أن الغلاف الجوي
يحوي على كمية كبيرة من الازوت الحر N2 الذي يتأكسد داخل الفرن بوجود
الاكسجين الى اكاسيد الأزوت بوجود الحرارة العالية كما أن المواد الخام
تحوي على كميات ملحوظة من الروابط الازوتية مشابهة للروابط الموجودة في
الوقود ونتيجة الحرارة العالية داخل الأفران لتشكيل الكلنكر تتأكسد هذه
الذرات بوجود الاكسجين الى احد اشكال أكاسيد النيتروجين .
توجد أربعة
أنواع من الأفران في منشاات صناعة الأسمنت : أفران العمليات الرطبة وأفران
العمليات الجافة وأفران المسخن الأولي وأفران المكلس الأولي . في خطوط
الانتاج الرطبة والجافة ومعظم خطوط الانتاج ذات المسخن الأولي توجد منطقة
واحدة لاحتراق الوقود , في حين أن أفران خطوط الأنتاج المزودة بالمكلسات
الأولية والمسخنات الأولية الحديثة تحوي على منطقتين لاحتراق الوقود.
تختلف درجات
الحرارة في الأفران بين منطقة المسخن الأولي والمكلس الأولي وبين أفران
تشكيل الكلنكر وهي عوامل تؤثر على تشكيل أكاسيد الازوت التي تختلف بشكل ما
حسب نوع الفرن المستخدم.
في منطقة نهاية
الفرن تكون درجة الحرارة مرتفعة وهذه الحرارة تقود الى تشكيل أكاسيد
الازوت اما في منطقة الاحتراق الثانوية في المكلس والمسخن الأولي تكون
درجة حرارة الغاز منخفضة نوعا ما حيث تقوم باعاقة تشكيل أكاسيد النيتروجين
.
بالاضافة لالية
تشكيل أكاسيد الازوت ,كمية الطاقة المطلوبة من أجل عمليات تصنيع الأسمنت
مهمة جدا في تحديد كمية الطاقة النوعية اللازمة لانتاج أسمنت ذو نوعية
جيدة وهذا يؤدي الى تخفيض كمية الحرارة اللازمة لتشكيل واحد طن أسمنت الذي
ينعكس على كمية أكاسيد الازوت المنبعثة كما أن الاستفادة من الهواء الساخن
المسحوب من مبردات الكلنكر لرفع درجة حرارة هواء المسخن الأولي واعادة
تدوير الغبار الملتقط من الفلاتر الالكتروستاتيكية أو القماشية تقلل من
كم | |
|
محارب الصحراء
عدد المساهمات : 70
نقاط : 99
تاريخ التسجيل : 14/08/2010
العمر : 39
| | موضوع: رد: حـمـايـة الـبـيـئـة مـن الـتـلـوث عـنـد انـتـاج الأسـمـنـت الثلاثاء 7 سبتمبر - 15:56 | |
| | |
|
