در سال های اخیر، مساله بهره وری انرژی در فرایند تولید چینی بهداشتی سرامیکی، به ویژه در فرآیند پخت کاملا جا افتاده است. افزایش قیمت انرژی، تلاش ها برای کاهش هزینه ها همراه با ضرورت حفظ منابع و حفاظت از محیط زیست، منجر به تجدید نظر و مجموعه ای از اقدامات برای بهبود کارایی در هر جنبه می شوند.
مصرف انرژی در جهان
در طول ۳۰ سال گذشته مصرف جهانی مواد اولیه برای تولید انرژی اولیه حدود ۷۰ درصد افزایش یافته است. تا سال ۲۰۳۰، افزایش در مصرف جهانی انرژی اولیه تا بیشتر از ۴۵ درصد در مقایسه با ۲۰۰۶ پیش‌بینی می شود (چشم انداز جهانی انرژی ۲۰۰۸).
افزایش تقریبا ۵۰ درصدی در مصرف، گاز طبیعی را سریع ترین سوخت فسیلی در حال رشد می کند و بنابراین بهره وری انرژی نقش مهمی در مهار رشد تقاضای جهانی انرژی تا میزان یک سوم تا سال ۲۰۴۰ دارد؛ در حالی که اقتصاد جهانی تا حدود ۱۵۰ درصد در حال رشد است.
گاز طبیعی به طور عمده به عنوان سوخت در صنعت چینی بهداشتی سرامیکی استفاده میشود. احتراق کربن و هیدروکربن ها منجر به تشکیل اکسیدهای نیتروژن و به ویژه گازهای دی اکسید کربن می گردد.
گاز CO۲ با عبارت گاز گلخانه ای همراه است که مشخص کننده اثرات تخریبی آن بر محیط است.
بر اثر جذب پرتو مادون قرمز توسط پوسته زمین، هوا در نزدیکی زمین گرم میشود و سپهرهای sphere، مناطق بالاتر در نتیجه تابش خنک می شوند. در اجلاس سران گروه ۸ (G8) در سال ۲۰۰۸ در ژاپن، «اهداف بلند مدت» تعریف شد؛ برای مثال، نصف کردن انتشار گازها تا سال ۲۰۵۰ که بدون افزایش راندمان انرژی امکان پذیر نیست (World EnergyOutlook 2014).انتشار CO۲ مستقیما به مصرف سوخت مربوط می شود.
درصدهای کم در گاز خروجی نشانه ای از انتشار اندک CO۲ نیست، اما نشانه ای است که گاز خروجی با هوای اضافی کاهش یافته است. گزینه جایگزین بهبود ضریب انتقال حرارت با مقدار زیادی از هوای اضافی نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد، زیرا افزایش مقدار هوا باعث افزایش مصرف انرژی می شود که با انتقال حرارت بهتر قابل جبران نیست.
وضعیت فناوری کوره با توجه به صرفه جویی در مصرف انرژی و CO۲
الزاماتی که در بالا ذکر شدند، منجر به پیشرفتهای جدیدی میشوند که توسط Riedhammer GmbH تحقق یافته اند و می توانند به صورت زیر خلاصه شوند:
• مهندسی انرژی کارآ (-Energy efficientengineering , EEE)
• سامانه مدیریت انرژی (EMS) در نسل جدید برای همه کوره هایی که به صورت مداوم کار می‌کنند
• کوره های شاتلی Reko
• استفاده از حرارت ترکیب شده از تجهیزات پخت با مصرف کنندگان انرژی در یک کارخانه.
مهندسی انرژی کارآ (EEE)
نقطه عطف دیگر در توسعه تجهیزات فرایند حرارتی، معرفی سامانه های طراحی مبتنی بر سه بُعد است.
امروزه به عنوان نتیجه ای از این که می توان به طور قابل اطمینانی از برخوردها در سایت نصب جلوگیری کرد، ارائه کارخانه به صورت یک مدل یکپارچه امکان پذیر است.
مزیت اصلی در این جا ارائه طرح یک کارخانه با هر جزئیات جالب است، به گونه ای که می توان همه بخش های لازم را از هر منظر مشاهده کرد. چنین دیدگاهی با استفاده از روش های محاسبه و شبیه سازی موجود تکمیل می شود و طراح را قادر می سازد تا راه حل های جزئی را کامل کند.
ارتباط داخلی برنامه های طراحی سه بعدی و ظرفیت روزافزون سامانه های رایانه ای مدرن، شبیه سازی فرایندهای حرارتی را برای مهندسی کوره نیز جذاب کرده است.
اگر چه هنوز یک شبیه سازی کامل از فرایندهای گرما و جریان گذرا در یک کوره مداوم با هزینه ای معقول قابل تحقق نیست، اما شبیه سازی های جزئی از راه حل های ویژه مشخص قبلا در Riedhammer و در قلمرو پیش – مهندسی انجام شده است.
نسل جدید سامانه مدیریت انرژی (EMS)
بر اساس کوره های مداومی که سال ها در بازار به طور موفقیت آمیز مشغول به کار بوده اند، Riedhammer تجربه اندوخته شده خود را متمرکز کرده و آن را در نسل جدیدی از سامانه های EMS به صورت زیر ادغام کرده است
در این نسخه جدید EMS، نتایج مشابهی با توجه به صرفه جویی انرژی و کاهش CO۲ به دست می‌آیند، اما با نیمی از هزینه های سرمایه گذاری برای این سامانه در مقایسه با EMS400 قبلی. این سامانه جدید EMS400-4.0 اساسا بر ترکیبی از مؤلفه های منفرد زیر بنا شده است:
•مشعل های پالسی در منطقه پیش گرم با هوای احتراق پیش گرم شده تا ۲۰۰ °C
•مشعل های با کارکرد مداوم در منطقه اصلی پخت با هوای احتراق پیش گرم شده تا C° ۴۰۰
•کنترل الکترونیکی نسبت گاز /هوا
•عملیات مرتبط با گرمای ترکیبی با سامانه های کمکی و حرارت هدر رفته.
جداول ۱ و ۲ کاهش شدید در مصرف/ هزینه و انتشار گاز را برای یک کوره تونلی و رولری با ۴.۰-EMS400 بر اساس ظرفیت تولید ۳۰ تن در روز و با قیمت یکسان گاز طبیعی در مقایسه با کوره های استاندارد تونلی نشان می دهد.
EMS700-Cyber
EMS700-Cyber که نسخه جدید EMS است کاملا بر روی -EMS400 4.0 ساخته شده و اساسا بر ترکیبی از اجزای جداگانه زیر بنا شده است:
• مشعل های پالسی در منطقه پیش گرم با هوای احتراق پیش گرم شده تا ،۲۰۰ °C
• مشعل های با کارکرد مداوم در منطقه اصلی پخت با هوای احتراق پیش گرم شده تا C° ۷۰۰،
• سامانه بازیاب (recuperator) کنترل شده در منطقه خنک کن سریع، و کنترل الکترونیکی نسبت گاز /هوا
• عملیات مرتبط با گرمای ترکیبی با سامانه های کمکی و حرارت هدر رفته.
جداول ۳ و ۴ میزان مصرف هزینه و کاهش انتشار گاز برای یک کوره تونلی و رولری با EMS700-Cyber را بر اساس ظرفیت تولید ۳۰ تن در روز و با قیمت یکسان گاز طبیعی در مقایسه با کوره های استاندارد تونلی نشان می دهد.
کوره شاتلی Reko 0/2 از Riedhammer
در صنعت چینی بهداشتی سرامیکی و در میان دستگاههای کوره که به صورت متناوب کار می کنند، کوره شاتلی به عنوان عنصر مهمی در تولید پخت اول، پخت مجدد و پخت تزئینی تثبیت شده است.
در گذشته، مصرف انرژی و انتشار CO۲ بسیار بیشتر از کورههای مداوم بود. با این حال، در سال های اخیر این تفاوت به دلیل سامانه های احتراق بسیار کارآمد مانند سامانه Reko که در این جا شرح داده شده، بسیار کمتر شده است (شکل ۳).
یکی از دلایل برای این میزان از تفاوت که هنوز وجود دارد، جرم بیشتر عایق های کوره و واگن های کوره است که باید در هر چرخه (سیکل) از آغاز تا دمای نهایی گرم شود.
دلیل دیگر، اتلاف گازهای خروجی است که طبیعتا در بالاترین دما (دمای بیشینه) هستند. عایق بندی دیواره کوره و واگن کوره در کوره های مدرن بر اساس اصول انتقال حرارت گذرا با جدیدترین فناوری رایانه ای طراحی و بهینه شده اند.
با برنامههای ویژه رایانه ای، می توان شرایط جریان در محفظه کوره را تعیین کرد؛ به گونه ای که موقعیت های بهینه مشعل و حالت های عملکرد مشعل را می توان تعریف کرد و در همان حال، یکنواختی دما در محفظه کوره بهبود بیشتری پیدا می کند.
در جدول ۵، داده های انرژی یک کوره شاتلی طراحی شده با روشهای ذکر شده در بالا با داده های انرژی یک کوره شاتلی متداول مقایسه شده است. در حال حاضر با معیارهای توصیف شده، می توان به صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار CO۲ در حدود ۴۵ درصد دست یافت.
به عنوان مبنایی برای محاسبه، در این جا از قیمت EUR/m3n ۰/۳ از سوخت گازی استفاده شد. این امر اپراتور دستگاه را قادر می سازد تا به کاهش زیادی در هزینه های تولید دست یابد و یقینا مزایایی را در رقابت جهانی به وی می دهد.
در کوره شاتلی Reko با در نظر گرفتن نتایج روشهای محاسبه ای که در بالا اشاره شد، مشعل های ثبت شده جدیدی علاوه بر این معرفی شده اند.
برای هر مشعل، حجمهای گاز و هوا در طرف سرد ورودی (feed) سیال اندازه گیری می شوند، به گونه‌ای که نیازی به تصحیح دما نباشد. مدول های الکترونیکی برای کنترل حجم گاز / هوا، احتراق بهینه مورد نیاز را برای کل فرایند پخت تضمین می کنند.
به جای یک بازیاب در یک خط مشترک گاز خروجی – همان طور که معمولا به عنوان استاندارد نصب میشود – اکنون برای هر مشعل مشخصی یک مبدل حرارتی برای پیش گرم کردن هوا و گاز احتراق در دیواره کوره تعبیه شده است.
از آن جا که انتقال انرژی مستقیما در درون ساختار کوره رخ می دهد، به طریقی دیگر، تلفات بالای خط از بین می رود. با این اقدامات بهبود قابل توجهی در بهره وری انرژی حاصل می شود. هدف از توسعه های ارائه شده، در درجه اول صرفه جویی در انرژی و به حداقل رساندن میزان انتشار CO است.
از آن جا که احتراق بهینه سوخت ها طبق قوانین فیزیکی با یک واکنش CO2 بسیار شدید همراه است، انتشار CO در گاز خروجی نمی تواند از لحاظ غلظت کاهش یابد، بلکه در نتیجه تأمین انرژی کمتر به دلیل استفاده از گرمای بازیافت شده، فقط در مقدار کاهش می یابد.
نتیجه گیری در فرآیند تولید چینی بهداشتی
در فرایند تولید چینی بهداشتی سرامیکی، استفاده از انرژی به صورت کارآمد و سازگار با محیط زیست اهمیت قابل توجهی کسب کرده است. در درجه اول، امکان بهبود بهره وری انرژی از بهینه سازی گروه های عملکردی منفرد کوره ناشی می شود؛ برای مثال، سامانه احتراق، و در درجه دوم از پتانسیل نه چندان کم تر فرایندهای مرتبط؛ برای مثال، استفاده از حرارت هدر رفته.
در حال حاضر بهره وری انرژی در فرایند، تأثیر چشمگیری بر کارآیی اقتصادی و رقابت پذیری تولید کنندگان چینی بهداشتی سرامیکی دارد و در سال های پیش رو اهمیت بیشتری خواهد یافت.
در صورتی که این مطلب برای شما مفید بود برای دوستان خود نیز به اشتراک بگذارید
نظرات ۰