hc8meifmdc|2010A6132836|Articlebsfe|tblEssay|text_Essay|0xfbff424e020000003413000001000300
مدیریت
مصرف انرژی در یکی از کارخانجات سیمان کشور
محمدحسن زربخش، محمدتقی زیاری، محمودرضا قهارپور، فریدون
فریدونی
سازمان بهره‌وری انرژی ایران
خلاصه
از آنجایی که مبحث انرژی و بهینه‌سازی مصرف آن یکی از مهمترین
سرفصلهای برنامه‌های توسعه اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی 5 سالة سوم دولت می‌باشد،
بنابراین نیاز به اجرای پروژه‌های مدیریت مصرف انرژی در کارخانجات و صنایع
پرمصرف مختلف بیش از پیش معین گشته است. در این راستا اعمال مدیریت مصرف
انرژی در کارخانجات سیمان کشور به دلایل زیر حائز اهمیت می‌باشد.
1- پر مصرف بودن این صنعت
2- داشتن پروسه تقریباً یکسان
در کارخانجات مختلف
3- بالا بودن سهم انرژی
در قیمت تمام شده محصول ( حدوداً 20 درصدی ) که از این نظر در بین صنایع دارای
رتبه اول می‌باشد.
این مقاله نتایج به دست آمده از پروژه مدیریت مصرف انرژی در
یکی از کارخانجات صنعت سیمان در کشور را که توسط سازمان بهره‌وری انرژی
ایران انجام شده است ارائه میکند و شامل مراحل زیر می‌باشد. بررسی مصرف انرژی
بخشهای مختلف کارخانه و محاسبه میزان صرفه‌جویی انرژی ناشی از بالا بردن ظرفیت
عملی بخشها ـ تعیین موقعیت مصرف انرژی ویژه این بخش در مقایسه با بخشهای
مشابه در کارخانجات دیگر کشور- بررسی مصرفکنندههای الکتریکی پر قدرت
کارخانه ـ تعیین فرصت‌های صرفه‌جویی
انرژی الکتریکی از قبیل کنترل دور فنها و پمپها و انتقال مکانیکی مواد به جای
انتقال پنوماتیکی آنها و مدیریت بار، انتقال بار از ساعات پیک به غیر پیک ـ
تعیین میزان نشتی هوا در سیستم کوره و
جلوگیری از آن ـ بررسی بازیافت
حرارت از بخشهای برج خنککن و گریت کولر و سرانجام کاهش هوادهی فنها در قسمت
گریت کولر.
در نهایت پیش‌بینی می‌شود که با انجام راهکارهای کمهزینه و
پرهزینه که در جدول نتیجه‌گیری در انتهای این مقاله آورده شده با سرمایه‌گذاری
به میزان 3،450 میلیون ریال می‌توان سالانه در حدود 6/17 میلیون کیلووات
ساعت انرژی الکتریکی و 516،000 لیتر گازوئیل جمعاً به مبلغ حدود 2000 میلیون
ریال صرفه‌جویی نمود.
واژههای کلیدی:بالابر مکانیکی، بالابر الکتریکی، V.S.D، خنککن شبکهای، پیش گرمکن
مقدمه
همانطور که ذکر شد، در این پروژه بررسی مصرف انرژی بخشهای
مختلف کارخانه و محاسبة میزان صرفه‌جویی انرژی در این قسمت در اولویت کار قرار داشت که برای انجام
این منظور ابتدا عملکرد دستگاهها از نقطهنظر مصرف برق در قسمت انرژی
الکتریکی مورد بررسی قرار گرفته و سپس با موازنة جرم در سیستم کوره و
شناسایی میزان نشتی و محاسبة تلفات انرژی، عملکرد سیستم حرارتی نیز مورد بررسی
قرار گرفت که در ادامة به تفکیک شرح داده خواهد شد.
همچنین در ادامه، راهکارهای قابل اجرا به همراه محاسبات
اقتصادی و میزان بازگشت سرمایه در دو بخش الکتریکی و مکانیکی آورده شده
است.
کارخانه مورد مطالعه دارای دیماند مصرفی 12 مگاوات و مصرف سوخت
فسیلی برابر 32 میلیون لیتر مازوت در سال را دارا می‌باشد و ظرفیت تولید
سیمان 2000 تن در روز می‌باشد.
به منظور تولید سیمان (به صورت اجمالی) ابتدا سنگ آهک از معادن
استخراج شده و در اولین مرحله وارد سنگ شکن شده و عمل خردایش انجام می‌شود،
پس از عمل خردایش وارد آسیاب مواد خام شده و پس از آسیاب شدن آماده جهت
ورود به کوره می‌گردند، مواد آسیاب شده سپس وارد پری هیتر و کوره شده و عمل
پخت انجام گرفته و کلینکر تولید می‌گردد. پس از عمل خنککاری، کلینکر وارد
آسیاب سیمان شده و بسته به نوع سیمان مواد افزودنی به آن اضافه می‌گردد
و نهایتاً محصول سیمان تولید می‌گردد.
در این مقاله ابتدا به بررسی عملکرد تجهیزات الکتریکی پرداخته
و راهکارهایی جهت کاهش هزینه‌ها ارائه شده و سپس به تجزیه و تحلیل سیستم
پخت پرداخته و راهکارهایی در این خصوص ارائه شده است.
1ـ مدیریت بار
عمده‌ترین هزینه انرژی در کارخانه سیمان مربوط به مصارف
الکتریکی بخشهای مختلف می‌باشد که می‌توان با ایجاد تمهیداتی از مصارف
انرژی کاسته و بهره‌وری سیستم را بالا برد.
1ـ1ـ
نصب VSD روی فنها
در ایـــن کــــارخانه، 14 عـــدد فن پرقدرت وجود دارد که با نصــبVSD
(Variable Speed Drive)
دارای پتــانســیل صــرفه‌جویی انــرژی مـــی‌باشـد کـــه در حـــدود kwh/Ton12ـ10 کاهش در مصرف ویژه انرژی‌الکتریکی
به همراه دارد. میزان سرمایه‌گذاری جهت اجرای این پروژه در حدود 1600
میلیون ریال بوده که بازگشت سرمایه برای انجام این فعالیت حدود 2 سال
می‌باشد.
2ـ1ـ
استفاده از الواتر به جای ایرلیفت
پیش‌بینی شده است که در صورت استفاده از الواتر به جای
ایرلیفت می‌توان انرژی الکتریکی قابل ملاحظه‌ای صرفه‌جویی نمود که در حدود kwh/Ton 4 کاهش در مصرف ویژة انرژی الکتریکی به
همراه دارد. میزان سرمایه‌گذاری در حدود 1500 میلیون ریال بوده و بازگشت
سرمایه این فعالیت در حدود 6 سال می‌باشد.
3ـ1ـ
کنترل دبی پمپها به وسیله نصب VSD
انجام پروژه مذکور در حدود 145 میلیون ریال سرمایه‌گذاری نیاز
دارد و بازگشت سرمایه آن در حدود4 سال می‌باشد.
4ـ1ـ انتقال بار روز به
نیمه شب برای آسیاب و انتخاب گزینه مناسب
در این کارخانه دو عدد آسیاب سیمان وجود دارد که معمولاً یکی
در حال کار و دیگری متوقف می‌باشد. اگر ترتیبی داده شود که در ساعات نیمه
شب هر دو آسیاب با حداکثر توان کار کنند، می‌تواند در حدود 184 میلیون ریال
بدون صرف هزینه در هزینه‌های انرژی صرفه‌جویی نمود.
2ـ تجزیه و تحلیل سیستم پخت کوره از
نقطه نظر موازنه جرم و انرژی
عمده مصرف انرژی فسیلی در فرآیند تولید کارخانه سیمان در سیستم
کوره نیز از (Kiln System)
می‌باشد. مسئله هوای نشتی(Leak
Air) از جمله مشکلاتی است
که اکثر صنایع در کارخانجات بزرگ با آن مواجه هستند و حذف و کاهش آن از
جمله دغدغه‌های اکثر صاحبان کارخانه‌ها می‌باشد. میزان هوای کاذب را می‌توان
از طریق اندازه‌گیری ها و انجام موازنه جرم بر روی سیستم مورد نظر و همچنین
از طریق بالانس اکسیژن محاسبه نمود . که برای انجام این کار انتخاب حجم
کنترل باید مد نظر قرار گیرد . در کارخانه‌های سیمان معمولاً با توجه به
پیوستگی و نحوة عمل، حجم کنترل در نظر گرفته شده
شکل (1)، Kiln
System یا سیستم کوره می‌باشد.
شکل 1ـ طرح شماتیک سیستم
کوره
برای انجام محاسبات موازنه جرم و انرژی باید ابتدا ورودی‌ها و
خروجی‌ها در حجم کنترل مشخص و سپس محاسبات آن انجام گیرد.
1ـ2ـ موازنه جرم
همانگونه که ذکر شد برای موازنه جرم ابتدا حجم کنترل مشخص
شده و سپس توسط اندازه‌گیری، میزان ورودی‌ها و خروجی‌های سیستم در نظر گرفته
شده مشخص می‌گردد که بر این اساس موازنه برای سیستم پخت انجام گردید و
با این روش مقدار هوای کاذب و گاز خروجی از پیش گرمکن مشخص شد.
همچنین ذکر این نکته لازم است که موازنة جرم برای سیستم
پخت در حالتی که آسیای موادخام در مدار بوده و سیستم روال طبیعی خود را
داشت، انجام شده است.
با توجه
به توضیحات فوق، نشتی موجود که شامل نشتی هوا در سیستم کوره، کلساینر و
پری هیتر به علاوه میزان هوای ناشی از انتقال مواد به پری هیتر (Airlift) می‌باشد
در حدودTon/hr
9/67 محاسبه گردیده است . به هرحال جدول (1) نتایج موازنة
جرم در سیستم کوره را نشان می‌دهد.
جدول 1ـ موازنة جرم در
کوره
ردیف
|
دبی
جرم
|
ورودی
(T/h)
|
خروجی
(T/h)
|
|
I1
|
ورودی
هوا به خنک کن کلینکر
|
6/396
|
|
|
I2
|
هوای
اولیه مشعل کوره
|
6/12
|
|
|
I3
|
هوای
اولیه مشعل کلساینر
|
7/2
|
|
|
I4
|
سوخت
مازوت کوره
|
0616/3
|
|
|
I5
|
سوخت
مازوت کلساینر
|
649/3
|
|
|
I6
|
مواد
خام ورودی به پری هیتر
|
140
|
|
|
O1
|
گازهای
داغ خروجی از پری هیتر
|
|
695/285
|
|
O2
|
گازهای
داغ خروجی از گریت کولر
|
|
25/251
|
|
O3
|
غبار
خروجی از پری هیتر
|
|
6/8
|
|
O4
|
کلینکر
تولیدی
|
|
81
|
|
|
نتیجه
اولیه
|
610/558
|
545/626
|
|
I7
|
هوای
نشتی و ترانسپورت مواد اولیه
|
935/67
|
|
|
|
نتیجه
نهایی
|
545/626
|
545/626
|
همچنین پس از انجام موازنه جرم، به کمک اندازه‌گیریهای انجام
گرفته در قسمتهای دیگر سیستم، موازنة جریان گاز اکسیژن از انتهای کوره
تا بعد از فن الکتروفیلتر انجام شده است که در شکل(2) نشان داده شده است.
بر اساس نمودار مذکور مقدار هوای کاذب ورودی به آسیای مواد خام
، الکتروفیلتر و ... مشخص گردیده است.
(of kiln gas 75/0) /kg.cl3 Nm 635/1 = Total Air
Volume
شکل 2ـ نمودار جریان
بالانس اکسیژن از انتهای کوره تا دودکش
2ـ2ـ موازنه
انرژی
پس از انجام مطالعات گسترده و یافتن جرمهای ورودی و خروجی به
سیستم کوره در حجم کنترل مشخص شده ، اینک با در نظر گرفتن انرژی آنها می‌توان
به موازنه انرژی پرداخت و میزان انرژی تلفاتی از سیستم را مشخص نمود. به هرحال،
نتایج حاصله از موازنه انرژی سیستم پخت در جدول (2) آورده شده است که
با توجه به توضیحات فوق، میزان انرژی تلفاتی سیستم در حدودKJ/Kg.cl
295 برآورده شده است. همچنین نمودار شکل (3) نیز نشاندهندة جریان
انرژی در سیستم کوره می‌باشد.
جدول
2ـ موازنه انرژی در سیستم کوره
ردیف
|
مواد
مختلف اندازه‌گیری
|
انرژی
ورودی
|
انرژی
خروجی
|
|
Mcal\hr
|
KJ/Kg.cl
|
Mcal\hr
|
KJ/Kg.cl
|
|
I1
|
انرژی
هوای ورودی توسط فنهای گریت کولر
|
9/1879
|
97
|
|
|
|
I2
|
انرژی
هوای اولیه مشعل کوره
|
72/59
|
05/3
|
|
|
|
I3
|
انرژی
هوای اولیه مشعل کلساینر
|
798/12
|
66/0
|
|
|
|
I4
|
انرژی
محسوس در سوخت مازوت کوره
|
26/162
|
37/8
|
|
|
|
انرژی
ناشی از احتراق مازوت کوره
|
616/30646
|
516/1581
|
|
|
|
I5
|
انرژی
محسوس در سوخت مازوت کلساینر
|
397/193
|
98/9
|
|
|
|
انرژی
ناشی از احتراق مازوت کلساینر
|
49/36526
|
94/1884
|
|
|
|
I6
|
انرژی
محسوس ناشی از ورود مواد خام
|
2352
|
37/121
|
|
|
|
I7
|
انرژی
ورودی از طریق هوا نشتی و ترانسپورت
|
01/322
|
61/16
|
|
|
|
O1
|
انرژی
گازهای داغ خروجی از پری هیتر
|
|
|
23/19927
|
34/1028
|
|
O2
|
انرژی
خروجی از دودکش گریت کولر
|
|
|
6/7959
|
75/410
|
|
O3
|
انرژی
محسوس در غبار خروجی از پری هیتر
|
|
|
558
|
82/28
|
|
O4
|
انرژی
محسوس موجود در کلینکر خروجی
|
|
|
1539
|
42/79
|
|
|
انرژی
پخت کلینکر (Reaction)
|
|
|
36450
|
1881
|
|
|
نتیجه
|
10/72155
|
56/3723
|
35/66434
|
34/3428
|
|
O5
|
تلفات
انتقال حرارتی و سایر تلفات
|
|
|
84/5720
|
22/295
|
|
|
نتیجه
نهایی
|
19/72155
|
56/3723
|
19/72155
|
56/3723
|
شکل 3ـ جریان انرژی در
کوره کارخانه سیمان
3ـ2ـ
پیشنهادات عملی و پتانسیلهای صرفه‌جویی در سیستم کوره
در زیر بعضی از پیشنهادات عملی در خصوص کاهش مصرف انرژی فسیلی
در سیستم کوره ارائه شده و در جدول انتها میزان سرمایه‌گذاری، ارزش صرفه‌جویی
شده و زمان بازگشت سرمایه مشخص می‌باشد.
1ـ3ـ2ـ بررسی عملکرد گریت کولر
با توجه به اندازه‌گیری دبی هوای ورودی به گریت کولر و مقایسة
آن با کارخانجات مشابه، مشخص شد که در حدود
55000 هوای اضافی
دارد گریت کولر می‌شود که می‌توان با انجام برخی از اقدامات بدون هزینه مانند
بررسی مداوم صفحات گریت و تصحیح نحوة انتقال هوای ورودی و با کاستن در حدود
30000 از میزان هوای
ورودی در حدود Kwh 765000 صرفه‌جویی در انرژی الکتریکی و در حدود 7650000 ریال
صرفه‌جویی ریالی به عمل خواهد آمد.
2ـ3ـ2ـ
بازیافت حرارت از برج خنککن
در این قسمت با استفاده از مبدل حرارتی THERMOWIR می‌توان از تلفات موجود در برج خنک کن به
منظور تولید الکتریسیته استفاده نمود که با محاسبات انجام شده ، تخمین زده
می‌شود که در حدود MW 28/2 می‌توان انرژی الکتریکی تولید کرد.
3ـ3ـ2ـ
بازیافت حرارت از خروجی گریت کولر
با توجه به دمای بالای گازهای خروجی از گریت کولر و همچنین
با توجه به اینکه گازهای فوق تقریباً تمیز بوده و گازهای حاصل از احتراق
در آن موجود نمی‌باشد، می‌توان با کاهش دمای خروجی تا حدود 100ـ80 درجه
سیلیسیوس از تلفات، حرارت بازیافت نموده و جهت گرمایش مازوت استفاده نمود.
بنابراین با توجه به محاسبات انجام گرفته شده در این قسمت،
برآورد می‌شود که در حدود (ماه/ لیتر)43022 گازوئیل صرفه‌جویی می‌شود و همچنین
می‌توان پیش‌بینی نمود که علاوه بر بازیافت حرارت جهت
گرمایش مازوت ، به میزان حدود
106*6/1 از
تلفات جهت گرمایش آب بهداشتی، سرویس، کانتین و یا سیستمهای گرمایش و
سرمایش استفاده نمود.
4ـ3ـ2ـ
کاهش بار فنها از طریق کاهش نشتی در سیستم
با توجه به موازنة اکسیژن انجام شده در شکل (2) ، می‌توان
دریافت که بیشترین نشتی موجود در سیستم، در پری هیتر، آسیاب مواد و
الکتروفیلتر می‌باشد که اگر با انجام تمهیداتی مانند آب‌بندی مناسب در نقاط
مختلف آن، بتوان تنها 10% از نشتی در قسمتهای مذکور کاست، پیش‌بینی می‌شود
که در حدود Kwh 800000 در سال، بار فنها کاهش می‌یابد که خود، موجب صرفه‌جویی
ریالی در حدود 8000000 ریال در سال خواهد شد.
3ـ نتیجه‌گیری
جدول (3)
خلاصه راهکارها و پیشنهادهای قابل اجرا در این کارخانه به همراه میزان
صرفه‌جویی و بازگشت سرمایه آنها را در دو بخش الکتریکی و حرارتی نشان می‌دهد.
جدول
3 - خلاصه اقدامات و راهکارهای قابل اجراء به همراه محاسبات اقتصادی
فعالیتهای
پیشنهادی
|
میزان
سرمایه‌گذاری
(میلیون
ریال)
|
میزان
صرفه‌جویی انرژی (KWh)
|
صرفه‌جویی
ریالی سالانه
(میلیون ریال)
|
بازگشت
سرمایه
|
|
نصب VSD بر روی فنها
|
1600
|
7،900،000
|
792
|
2
|
|
نصب
الواتر به جای ایرلیفت
|
1500
|
2،640،000
|
264
|
6
|
|
کنترل
دور پمپها
|
145
|
340،000
|
37
|
4
|
|
بالا
بردن ظرفیت دپارتمانها
|
-
|
6،000،000
|
600
|
-
|
|
انتقال
بار روز به نیمه شب
|
-
|
|
5/184
|
-
|
|
بازیافت
حرارت از برج خنککن
|
20،000
|
1،700،000
|
2000
|
10
سال
|
|
بازیافت
حرارت از خروجی گریت کولر
|
کمتر
از 100
|
Kcal 106/6/1
|
53
|
کمتر
از دو سال
|
|
کاهش
بار فنها از طریق کاهش نشتی در سیستم
|
ناچیز
|
765،000
|
5/76
|
-
|
مراجع
1- هند بوک مهندسی سیمان،
تألیف مهندس منوچهر بکائیان، جلد اول و دوم ، چاپ اول تابستان 76.
2-
“Industrial Energy
management & atilization” pp 584-600| Larry C. White| Philips. Schmidt
3- نتایج اندازه‌گیریهای
انجام شده در حین انجام پروژه