تُصعّب عوامل مثل الغبار الكثيف، ودرجات الحرارة المرتفعة، والاحتراق غير المستقر، وحدود الانبعاثات الصارمة، قياس غازات أفران الإسمنت. وبدون بيانات غازات موثوقة، قد يفقد المشغلون كفاءة استهلاك الوقود ويغفلون عن مشاكل في العمليات.
A محلل غاز المداخن في مصنع للأسمنت، يتم قياس الغازات بشكل مستمر مثل الأكسجين2، CO، CO2، وأكاسيد النيتروجين، والكبريتO2 عند نقاط العمليات أو الانبعاثات الرئيسية. تساعد هذه البيانات المشغلين على تحسين الاحتراق، ومراقبة استقرار الفرن، وتحسين كفاءة استهلاك الوقود، والتحكم في الانبعاثات.
يكمن السر في اختيار نقطة القياس المناسبة وتكوين جهاز التحليل الأمثل. فلكل من مخرج الفرن، والمكلس، والمسخن المسبق، ومطحنة الفحم، والمدخنة أهداف مراقبة مختلفة. لذا، يجب أن يراعي النظام العملي قياس الغازات بما يتناسب مع العملية، وليس مجرد قياس أكبر عدد ممكن من الغازات.
لماذا يُعد تحليل غازات المداخن مهماً في مصانع الأسمنت؟
يعتمد إنتاج الإسمنت على الاحتراق المستقر والإدارة الدقيقة للحرارة. يجب أن يحافظ الفرن الدوار والمكلس على ظروف احتراق مناسبة مع نقل الحرارة بكفاءة إلى المواد الخام. حتى التغييرات الطفيفة في كمية الهواء الزائد أو الاحتراق يمكن أن تؤثر على استهلاك الوقود وجودة الكلنكر والانبعاثات.
احتراق الفرن
O2 يُعد كل من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون من أهم مؤشرات العمليات.2 يُظهر مؤشر الأكسجين المتبقي في غاز العادم، بينما يشير مؤشر أول أكسيد الكربون إلى احتراق غير كامل أو ظروف اختزالية. وباستخدامهما معًا، يساعدان المشغلين على فهم توازن الهواء والوقود وضبط الاحتراق وفقًا لذلك.
من الناحية العملية:
زيادة كمية الهواء الزائدة ← فقدان حرارة غير ضروري ← زيادة الطلب على الوقود
نقص الهواء ← احتراق غير كامل ← ارتفاع نسبة أول أكسيد الكربون وتشغيل غير مستقر
استهلاك الوقود
يستهلك فرن الإسمنت كمية كبيرة من الطاقة الحرارية، لذا فإن كفاءة الاحتراق تؤثر بشكل مباشر على تكلفة التشغيل. توفر بيانات الغاز المستمرة للمشغلين رؤية أسرع لتغيرات ظروف العملية مقارنةً بأخذ عينات مخبرية متقطعة.
على سبيل المثال، الاتجاهات في O2، CO ، CO2ويمكن أن تساعد أكاسيد النيتروجين في تحديد التغيرات في الاحتراق أو تسرب الهواء. وهنا تكمن أهمية التحليل الفوري: إذ يمكن للمشغلين رؤية اتجاه العملية أثناء تشغيل الفرن والاستجابة قبل أن يتحول أي انحراف بسيط إلى مشكلة إنتاجية أكبر.
التحكم في الانبعاثات
يمكن لتحسين الاحتراق أن يقلل من هدر الوقود ويساعد في الحد من تكوّن الملوثات المرتبطة بالاحتراق. وفي الوقت نفسه، قد تحتاج مصانع الإسمنت إلى مراقبة دقيقة للانبعاثات عند المدخنة، وذلك تبعاً للوائح المحلية ومتطلبات الترخيص.
ما هي الغازات التي يجب أن يقيسها جهاز تحليل غازات المداخن في مصنع الأسمنت؟
لا توجد قائمة غازات موحدة لجميع مصانع الإسمنت. وتعتمد المعايير المطلوبة على نقطة القياس والغرض من التحليل.
| غاز | الغرض الرئيسى | تطبيق نموذجي |
|---|---|---|
| O2 | التحكم في الاحتراق والهواء الزائد | فرن، مكلس، مسخن مسبق، مدخنة |
| CO | الاحتراق غير الكامل والسلامة | فرن، مسخن مسبق، مطحنة فحم |
| CO2 | مراقبة الاحتراق والعمليات | فرن، مدخنة |
| أكاسيد النيتروجين | مراقبة الانبعاثات والاحتراق | فرن، مكلس، مدخنة |
| SO2 | رصد الانبعاثات المرتبطة بالكبريت | فرن، مدخنة |
| CH4 / الهيدروكربونات | تشخيص الاحتراق | نقاط المعالجة المختارة |
| NH3 | التحكم في DeNOx/SNCR | قسم إزالة أكاسيد النيتروجين |
| حمض الهيدروكلوريك / حمض الهيدروفلوريك / المركبات العضوية المتطايرة | مراقبة الانبعاثات المحددة | قم بالتكديس، عند الحاجة |
لا يحتاج مصنع الإسمنت إلى نفس قياسات الغاز في كل موقع. محلل غاز المداخن ينبغي ضبطها بما يتناسب مع عملية الفرن، وظروف الاحتراق، وهدف التحكم في الانبعاثات. عند مخرج الفرن الدوار، O2 يُعد كل من ثاني أكسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون عنصرين أساسيين في التحكم بالاحتراق. ويمكن لأكاسيد النيتروجين أن توفر معلومات إضافية حول ظروف الاحتراق، بينما يوفر أول أكسيد الكربون معلومات إضافية.2 يساعد في تتبع التركيب العام لغازات المداخن.2 يصبح الأمر مهماً عندما يؤثر الكبريت الموجود في الوقود أو المواد الخام على العملية.
بمعنى آخر، يجب أن يبدأ تكوين محلل غازات المداخن في مصنع الأسمنت بمكان قياس الغاز وما يحتاج المصنع إلى التحكم فيه، ثم تحديد الغازات المناسبة والنطاقات وطريقة أخذ العينات وتقنية المحلل.
أين ينبغي تركيب جهاز تحليل غازات المداخن في مصنع الأسمنت؟
بالنسبة لمصانع الإسمنت، تُعدّ نقطتا قياس بالغتا الأهمية: مخرج غاز الفرن لتحسين العمليات، والمدخنة الرئيسية لمراقبة الانبعاثات. تخدم هاتان النقطتان غرضين مختلفين، لذا يجب ألا يكون تكوين جهاز تحليل غازات الاحتراق متطابقًا.
مخرج غاز الفرن
يوفر مخرج غاز الفرن رؤية مباشرة لعملية الاحتراق. ويساعد تحليل الغاز في هذه المرحلة المشغلين على فهم ما إذا كان نظام الاحتراق الأساسي يعمل ضمن نطاق احتراق مستقر.
تستخدم أنظمة تحليل الغازات في صناعة الإسمنت عادةً مخرج غازات الفرن لتحسين عملية الحرق الأولي، وتقليل استهلاك الوقود، والحفاظ على جودة الكلنكر. مع ذلك، تُعدّ هذه نقطة أخذ عينات حساسة، إذ تشير التطبيقات المنشورة في مجال الإسمنت إلى درجات حرارة غازات تتجاوز 900 درجة مئوية، ما يستلزم استخدام مجسات متخصصة ومعالجة العينات. لذا، فإن جهاز تحليل غازات المداخن ليس سوى جزء من الحل. يتطلب نظام موثوق مثل نظام مراقبة الانبعاثات المستمر (CEMS) مجسًا مناسبًا لأخذ العينات، ونظام تبريد أو معالجة، وترشيحًا، ونقلًا مستقرًا للعينات.
المكدس الرئيسي
ما الذي يطلقه النبات فعلياً في الغلاف الجوي؟ هنا، يتحول التركيز من تحسين احتراق الأفران إلى مراقبة الانبعاثات والامتثال للوائح. وبناءً على المتطلبات المحلية، قد يقوم مصنع الأسمنت بمراقبة أكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت.2، CO، O2، أول أكسيد الكربون2، ومركبات THC، وHCl، وHF، وغيرها من الملوثات. وهذا يجعل المدخنة الرئيسية موقعًا طبيعيًا لجهاز مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) أو محلل غازات المداخن.
| نقطة القياس | الهدف الرئيسي | الغازات النموذجية |
|---|---|---|
| مخرج غاز الفرن | تحسين الاحتراق والعمليات | O2، CO، NO، CO2، وبالتالي2، CH₄ |
| المكدس الرئيسي | مراقبة الانبعاثات والامتثال | أكاسيد النيتروجين، ثاني أكسيد الكبريت2، CO، O2، أول أكسيد الكربون2، HCl، HF، THC/VOC |
يُعد هذا التمييز مهماً في عمليات الشراء. يجب تصميم جهاز تحليل غازات المداخن في الفرن بما يتناسب مع ظروف التشغيل القاسية، بينما يجب تصميم نظام المدخنة بما يتناسب مع متطلبات الانبعاثات والمعايير المعمول بها.
ما هي تقنية تحليل غازات المداخن المناسبة لمصانع الأسمنت؟
بالنسبة لتطبيقات الأسمنت، تعتبر تقنية UV-DOAS تقنية أساسية قوية لقياس ثاني أكسيد الكبريت2لا، ولا2وخاصةً عندما يتطلب النظام تحليل انبعاثات متعددة المكونات. ويمكن لتقنيات أخرى مثل NDIR، والتحليل الكهروكيميائي، والزركونيا، وTDLAS أن تُكمّل تقنية UV-DOAS للغازات ذات خصائص القياس المختلفة.
| التكنولوجيا | الغاز النموذجي | دور أساسي |
|---|---|---|
| الأشعة فوق البنفسجية | SO2، NO، NO2 | تحليل غازات الانبعاثات الأولية |
| NDIR | ثاني أكسيد الكربون، والميثان، وغازات مختارة | تحليل غاز العملية |
| الكهروكيميائية | O2 | قياس الأكسجين الفعال من حيث التكلفة |
| زركونيا | O2 | عملية ذات درجة حرارة عالية O2 |
| TDLAS | الغازات المختارة | قياس سريع وانتقائي للغاية |
| F | غازات متعددة | تحليل واسع متعدد المكونات |
على سبيل المثال، يجمع جهاز ESEGAS بين تقنية UV-DOAS لتحليل ثاني أكسيد الكبريت/أكاسيد النيتروجين/ثاني أكسيد النيتروز، وتقنية NDIR لتحليل ثاني أكسيد الكربون، وتقنية ECD لتحليل الأكسجين في تكوينه UV-GAS-500. يوفر محلل غازات المداخن مخرجات 4-20 مللي أمبير ومخرجات RS485 للتكامل مع أنظمة التحكم أو البيانات في المصنع.
بالنسبة لمصانع الأسمنت التي تتعامل مع غازات الأفران ذات درجات الحرارة العالية ومتطلبات مراقبة المداخن الصارمة، ينبغي شراء جهاز التحليل كنظام قياس كامل، وليس مجرد أداة مستقلة.
كيف تقوم شركة ESEGAS بتصميم نظام تحليل غازات المداخن لمصانع الأسمنت؟
يحتاج مصنع الإسمنت إلى أكثر من مجرد جهاز تحليل الغاز. فهو يحتاج إلى مسبار أخذ العينات، والترشيح، والمعالجة. غاز المداخن محللتؤثر جميع عوامل المعايرة ونظام الاتصالات على القياس النهائي. لذلك، تصمم شركة ESEGAS نظام مراقبة الغاز بناءً على نقطة القياس وظروف الغاز.
نظام مخرج غاز الفرن
عند مخرج غاز الفرن، يكمن التحدي الرئيسي في اجتماع عوامل الحرارة العالية والغبار الكثيف والرطوبة والمكونات المسببة للتآكل. ويمكن أن تُعرّض تطبيقات أفران الإسمنت معدات أخذ العينات لدرجات حرارة تقارب 1,400 درجة مئوية وتركيزات عالية جدًا من الغبار.
يمكن لـ ESEGAS تهيئة النظام وفقًا لما يلي:
- مسبار أخذ العينات ذو درجة الحرارة العالية
- ترشيح الغبار
- التنظيف العكسي التلقائي
- خط أخذ العينات المُسخّن
- تبريد وتكييف الغاز
- امتصاص الأشعة فوق البنفسجية التفاضلي لثاني أكسيد الكبريت، وأول أكسيد النيتروجين، وثاني أكسيد النيتروجين
- أجهزة تحليل الغازات التكميلية لغازات أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والأكسجين
الهدف بسيط: توصيل عينة غاز تمثيلية إلى محلل الغاز دون السماح للغبار أو التكثيف أو التآكل بالتأثير على القياس.
نظام المكدس الرئيسي
يتطلب المدخنة الرئيسية نهجًا مختلفًا لأن الأولوية عادة ما تكون مراقبة الانبعاثات والامتثال بدلاً من التحكم المباشر في احتراق الفرن.
تستطيع شركة ESEGAS دمج تقنيات قياس الأشعة فوق البنفسجية التفاضلية (UV-DOAS) والأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) والقياسات الكهروكيميائية وفقًا للملوثات المطلوبة. ويمكن لمنصة UV-DOAS قياس ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد النيتروجين (NO) وثاني أكسيد النيتروجين (NO2)، بينما يمكن للتقنيات التكميلية التعامل مع أول أكسيد الكربون (CO) وثاني أكسيد الكربون (CO2) والأكسجين (O2). كما يمكن دمج هذه التقنيات في جهاز تحليل غازات الاحتراق.
يمكن لجهاز تحليل غازات المداخن في نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) ربط بيانات القياس بأنظمة التحكم في المصنع أو أنظمة جمع البيانات. يدعم نظام ESEGAS الاتصالات الصناعية وتكامل أنظمة جمع البيانات من الهواء (DAHS) لتطبيقات مراقبة الغازات المستمرة.
خاتمة
يجب أن يتعامل محلل غازات المداخن الموثوق به في مصانع الإسمنت مع العملية نفسها، وليس مع الغاز فقط. يتطلب مخرج غاز الفرن أخذ عينات دقيق وتحليلاً يركز على الاحتراق، بينما تتطلب المدخنة الرئيسية مراقبة تركز على الانبعاثات.
إذا كنت تقوم باختيار جهاز تحليل غازات المداخن لفرن أسمنت أو مدخنة رئيسية، فاتصل بشركة ESEGAS مع ذكر غازات القياس والنطاقات وظروف أخذ العينات ونقطة التركيب. يبدأ النظام الصحيح بالعملية نفسها، وليس فقط بجهاز تحليل الغاز.
